JP2001144302A - 半導体装置及びその作製方法並びに電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得るため
のレーザーアニール方法とそれを用いた半導体装置の作
製方法を提供する。 【解決手段】 非晶質半導体膜をレーザー光の照射によ
り結晶化する際に、非晶質半導体膜の形状変化（凸部ま
たは凹部）を用いて意図的に結晶成長の起点を規定し、
結晶粒径の大粒径化を図る。そして、一つの結晶粒の内
部に少なくともチャネル形成領域が収まるように活性層
（島状半導体膜）の配置を設計することで、ＴＦＴの電
気特性を向上させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は活性層として半導体
膜を用いた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）で
形成された半導体装置及びその作製方法に関する。具体
的には、レーザーアニールによる半導体膜の結晶化に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、活性層として半導体膜を用いたＴ
ＦＴの開発が進められ、結晶質半導体膜として多結晶シ
リコン膜（ポリシリコン膜）を用いたＴＦＴが注目され
ている。特に、液晶表示装置（液晶ディスプレイ）やＥ
Ｌ（エレクトロルミネッセンス）表示装置（ＥＬディス
プレイ）においては、画素をスイッチングする素子やそ
の画素を制御するための駆動回路を形成する素子として
用いられる。

【０００３】ポリシリコン膜を得る手段としては、非晶
質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を結晶化させ
てポリシリコン膜とする技術が一般的である。特に、最
近ではレーザー光を用いてアモルファスシリコン膜を結
晶化する方法が注目されている。本明細書中では、非晶
質半導体膜をレーザー光で結晶化し、結晶質半導体膜を
得る手段をレーザー結晶化という。

【０００４】レーザー結晶化は、半導体膜の瞬間的な加
熱が可能であり、ガラス基板やプラスチック基板等の耐
熱性の低い基板上に形成された半導体膜のアニール手段
として有効な技術である。また、従来の電熱炉を用いた
加熱手段（以下、ファーネスアニールという）に比べて
格段にスループットが高い。

【０００５】レーザー光にも様々な種類があるが、一般
的にはパルス発振型のエキシマレーザーを発振源とする
レーザー光（以下、エキシマレーザー光という）を用い
たレーザー結晶化が用いられている。エキシマレーザー
は出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であ
るという利点を有し、さらにエキシマレーザー光はシリ
コン膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。

【０００６】現在、最も注目されている問題はレーザー
光で結晶化された結晶質半導体膜の結晶粒径を如何に大
きくするかである。当然のことながら、一つの結晶粒
（グレインともいう）が大きくなれば、ＴＦＴの特にチ
ャネル形成領域を横切る結晶粒界の数が減る。そのた
め、電界効果移動度やしきい値電圧といったＴＦＴの代
表的な電気特性のばらつきを改善することが可能とな
る。

【０００７】また、各結晶粒の内部は、比較的きれいな
結晶性を維持しており、上述のＴＦＴの諸特性を向上さ
せるためには、一つの結晶粒の内部に完全にチャネル形
成領域が収まるようにしてＴＦＴを形成することが望ま
しい。

【０００８】しかしながら、現在の技術では結晶粒径の
十分に大きな結晶質半導体膜を得ることは困難であり、
実験的に得られたという報告はあるものの、実用化レベ
ルには達していないのが現状である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するための技術であり、結晶粒径の大きい結晶質
半導体膜を得るためのレーザーアニール方法を提供し、
そのようなレーザーアニール方法を用いた半導体装置の
作製方法を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、非晶質
半導体膜をレーザー結晶化する際に非晶質半導体膜の形
状変化を用い、結晶質半導体膜の結晶粒径を従来の結晶
質半導体膜の結晶粒径よりも大きくする点にある。そし
て、結晶粒径を大きくすることで、理想的にはその中に
チャネル形成領域が収まるようにＴＦＴを形成する。

【００１１】非晶質半導体膜の形状変化とは、非晶質半
導体膜に設けられた凸部（突起部）、凹部もしくは孔部
を指す場合もあるし、非晶質半導体膜の形状が連続的も
しくは段階的に変化する領域を指す場合もある。勿論、
凹部や凸部は矩形状、半円状、楕円状または三角形状で
あっても良い。

【００１２】また、本発明を実施する際、非晶質半導体
膜をパターニングして島状に加工された半導体膜（以
下、島状半導体膜という）とした後で結晶化することが
好ましい。パターニングする前の状態（成膜直後の状
態）の非晶質半導体膜は凸部、凹部もしくは孔部のいず
れを形成するにおいてもパターニングが必要である。そ
の点、島状にパターニングした後であれば、後に活性層
となる島状半導体膜を形成すると同時に凸部、凹部もし
くは孔部を形成することが可能である。

【００１３】また、非晶質半導体膜の結晶化に用いるレ
ーザー光の発振源となるレーザーとしては、エキシマレ
ーザー（代表的にはＫｒＦレーザーもしくはＸｅＣｌレ
ーザー）、固体レーザー（代表的にはＮｄ：ＹＡＧレー
ザーもしくはルビーレーザー）、ガスレーザー（代表的
にはアルゴンレーザーもしくはヘリウム・ネオンレーザ
ー）、金属蒸気レーザー（代表的には銅蒸気レーザーも
しくはヘリウム・カドミウムレーザー）または半導体レ
ーザーを用いることができる。

【００１４】また、これらのレーザーから発するレーザ
ー光はパルス発振または連続発振のどちらの手段で発生
させたものであっても良い。

【００１５】なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのように基本
波（第１高調波：波長１０６４ｎｍ）の波長が長いレー
ザー光を用いる場合は、第２高調波（波長５３２ｎ
ｍ）、第３高調波（波長３５５ｎｍ）もしくは第４高調
波（２６６ｎｍ）を用いるのが好ましい。これらの高調
波は非線形結晶（非線形素子）を用いて得ることができ
る。また、公知のＱスイッチ方式を用いても良い。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図１
を用いて説明する。図１（Ａ）において、１０１は非晶
質半導体膜をパターニングして得た島状半導体膜であ
る。島状半導体膜１０１は、「ＴＦＴ完成後のチャネル
形成領域」を含む領域１０２が設けられている。この領
域１０２は島状半導体膜１０１に凸部１０３を形成する
ような形状で形成される。即ち、完成したＴＦＴの活性
層には、チャネル形成領域またはチャネル形成領域の近
傍に凸部（凹部であっても良い）が形成されることにな
る。ここで近傍とは、チャネル形成領域の端部から１μ
m以内の範囲を指す。

【００１７】図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の状態に対して
エキシマレーザー光１０４を照射している様子である。
エキシマレーザー光１０４は、被照射面における断面形
状が線状（厳密には細長い長方形状）となるように光学
系で加工されている。勿論、断面形状は矩形であっても
構わないが、線状にした方がスループットは向上する。
図１（Ｂ）では矢印で示す方向に線状のエキシマレーザ
ー光１０４が走査され、島状半導体膜１０１の結晶化が
行われる。

【００１８】このとき、前述の凸部１０３がレーザー結
晶化の際に結晶成長の起点となって（結晶核となって）
結晶粒の拡大に寄与する。理論的にどのような機構で結
晶化が進行するのかは現状では不明であるが、結晶核が
規定されることにより結晶成長を阻害する原因となる不
規則な核発生が抑制された結果と考えられる。

【００１９】図１（Ｃ）において、１０５で示されるの
はレーザー結晶化により形成された結晶質半導体膜でな
る島状半導体膜である。このとき、１０２で囲まれた領
域は凸部１０３によって結晶核の位置が規定されている
ため、他の領域（島状半導体膜１０５の領域１０２以外
の領域）に比べて結晶粒径の大きい領域となる。

【００２０】即ち、凸部１０３を意図的に設けること
で、結晶核の位置を任意に規定することができるため、
所望の位置に結晶粒径の大きい結晶粒を形成することが
可能となる。この現象を用いれば、ＴＦＴ形成後にチャ
ネル形成領域となる領域の結晶粒径を十分に大きくする
ことが可能となり、チャネル形成領域に含まれる結晶粒
界の数を制御することができる。

【００２１】理想的には一つの結晶粒内に一つのチャネ
ル形成領域を形成しうるように設計し、チャネル形成領
域内の結晶粒界の数を０本にすることも可能である。個
々の結晶粒の内部は実質的に単結晶と見なせる程に結晶
性が高いため、ＴＦＴの電気特性を改善することが可能
である。具体的には、サブスレッショルド係数（Ｓ値）
を従来以上に小さくでき、電界効果移動度（モビリテ
ィ）を従来以上に高めることが可能である。

【００２２】

【実施例】〔実施例１〕本実施例では具体的に画素部の
画素ＴＦＴおよび保持容量と、画素部の周辺に設けられ
る駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴ
とを同時に作製する方法について説明する。説明には図
２〜図６を用いる。

【００２３】図２（Ａ）において、基板２０１にはコー
ニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに
代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケ
イ酸ガラスなどのガラス基板の他に、ポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（Ｐ
ＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）など光学的
異方性を有しないプラスチック基板を用いることができ
る。また、石英基板や結晶化ガラス基板を用いても良
い。

【００２４】そして、基板２０１のＴＦＴを形成する表
面に、基板２０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化
シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜
などの下地膜２０２を形成する。本実施例ではプラズマ
ＣＶＤ法でＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏから作製される酸化
窒化シリコン膜２０２ａを１０〜２００nm（好ましくは
５０〜１００nm）、同様にＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製され
る酸化窒化水素化シリコン膜２０２ｂを５０〜２００ｎ
ｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成す
る。

【００２５】酸化窒化シリコン膜は従来の平行平板型の
プラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化シリコン
膜２０２ａは、ＳｉＨ₄を１０SCCM、ＮＨ₃を１００SCC
M、Ｎ ₂Ｏを２０SCCMとして反応室に導入し、基板温度３
２５℃、反応圧力４０Pa、放電電力密度０．４１W/c
m²、放電周波数６０MHzとする。一方、酸化窒化水素化
シリコン膜２０２ｂは、ＳｉＨ₄を５SCCM、Ｎ₂Ｏを１２
０SCCM、Ｈ₂を１２５SCCMとして反応室に導入し、基板
温度４００℃、反応圧力２０Pa、放電電力密度０．４１
W/cm²、放電周波数６０MHzとする。これらの膜は、基板
温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形
成することもできる。

【００２６】また、酸化窒化シリコン膜２０２ａは基板
を中心に考えて、その内部応力が引張り応力となるよう
に形成する。酸化窒化水素化シリコン膜２０２ｂも同様
な方向に内部応力を持たせるが、酸化窒化シリコン膜２
０２ａよりも絶対値で比較して小さい応力となるように
する。

【００２７】次に、２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜
６０ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜２０３を、プラズマ
ＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。例
えば、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を５５ｎｍ
の厚さに形成する。このとき、下地膜２０２と非晶質半
導体膜２０３とは両者を連続形成することも可能であ
る。例えば、前述のように酸化窒化シリコン膜２０２ａ
と酸化窒化水素化シリコン膜２０２ｂをプラズマＣＶＤ
法で連続して成膜後、反応ガスをＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂
からＳｉＨ₄とＨ₂或いはＳｉＨ₄のみに切り替えれば、
一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結
果、酸化窒化水素化シリコン膜２０２ｂの表面の汚染を
防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの特性バラツキ
やしきい値電圧の変動を低減させることができる。

【００２８】そして、まず非晶質構造を有する半導体層
２０３から、図２（Ｂ）で示すように島状半導体膜２０
４〜２０８を形成する。図５（Ａ）はこの状態における
島状半導体膜２０４、２０５の上面図であり、同様に図
６（Ａ）は島状半導体膜２０８の上面図を示す。

【００２９】このとき図５（Ａ）に示すように島状半導
体膜２０４、２０５の各々の「ＴＦＴ完成後のチャネル
形成領域」を含む領域５０１、５０２には、レーザー結
晶化時の結晶成長の起点となる凸部５０３、５０４が形
成される。また同様に、図６（Ａ）に示すように島状半
導体膜２０８の「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」を
含む領域６０１a、６０１bには、レーザー結晶化時の結
晶成長の起点となる凸部６０２a、６０２bが形成され
る。

【００３０】勿論、島状半導体膜２０６、２０７におい
ても図５（Ａ）と同様にして凸部が形成されているが説
明は省略する。

【００３１】次に、このような島状半導体膜２０４〜２
０８に対して結晶化の工程を行う。本実施例ではＸｅＣ
ｌを励起ガスとして用いたエキシマレーザー光（波長３
０８ｎｍ）によって島状半導体膜２０４〜２０８のレー
ザー結晶化を行う。本実施例では、島状半導体膜２０４
〜２０８のレーザー結晶化に際し、図７に示すレーザー
装置を用いる。特徴的な点は、レーザー光を島状半導体
膜の表面及び裏面に対して照射する点にある。

【００３２】図７（Ａ）に示すレーザー装置は、レーザ
ー７０１、レーザー７０１を発振源とするレーザー光を
線状に加工する光学系８０１、透光性基板を固定するス
テージ７０２を有し、ステージ７０２にはヒータ７０３
とヒータコントローラー７０４が具備されて、基板を室
温〜５５０℃の範囲の温度に保持することができる。ま
た、ステージ７０２上には反射体７０５が設けられ、そ
の上に島状半導体膜が形成された基板７０６が設置され
る。

【００３３】また、図７（Ｂ）に示すようにステージ７
０２に設置された基板７０６は、反応室７０７に設置さ
れ、レーザー７０１を発振源とする線状のレーザー光が
照射される。反応室内は図示されていない排気系または
ガス系により減圧状態または不活性ガス雰囲気とするこ
とができ、半導体膜を汚染させることなく１００〜５５
０℃まで加熱することができる。

【００３４】また、ステージ７０２はガイドレール７０
８に沿って反応室内を移動することができ、基板の全面
に線状のレーザー光を照射することができる。レーザー
光は基板７０６の上面に設けられた図示されていない石
英製の窓から入射する。また、図７（Ｂ）ではこの反応
室７０７にトランスファー室７０９、中間室７１０、ロ
ード・アンロード室７１１が接続され、各部屋（室）は
仕切弁７１２、７１３で分離されている。

【００３５】ロード・アンロード室７１１には複数の基
板を保持することが可能なカセット７１４が設置され、
トランスファー室７０９に設けられた搬送ロボット７１
５により基板が搬送される。基板７０６'は搬送中の基
板を表す。このような構成とすることによりレーザーア
ニールを減圧下または不活性ガス雰囲気中で連続して処
理することができる。

【００３６】次に、レーザー光を線状にする光学系８０
１の構成について図８を用いて説明する。図８（Ａ）は
光学系８０１を側面から見た図であり、図８（Ｂ）は光
学系８０１を上面から見た図である。

【００３７】レーザー７０１を発振源とするレーザー光
はシリンドリカルレンズアレイ８０２により縦方向に分
割される。この分割されたレーザー光はシリンドリカル
レンズ８０３によりさらに横方向に分割される。即ち、
レーザー光はシリンドリカルレンズアレイ８０２、８０
３によって最終的にはマトリクス状に分割されることに
なる。

【００３８】そして、レーザー光はシリンドリカルレン
ズ８０４により一旦集光される。その際、シリンドリカ
ルレンズ８０４の直後にシリンドリカルレンズ８０５を
通る。その後、ミラー８０６で反射され、シリンドリカ
ルレンズ８０７を通った後、照射面８０８に達する。

【００３９】このとき、照射面８０８に投影されたレー
ザー光は線状の照射面を示す。即ち、シリンドリカルレ
ンズ８０７を透過したレーザー光の断面形状は線状にな
っていることを意味する。この線状に加工されたレーザ
ー光の幅方向（短い方向）の均質化は、シリンドリカル
レンズアレイ８０２、シリンドリカルレンズ８０４及び
シリンドリカルレンズ８０７で行われる。また、上記レ
ーザー光の長手方向（長い方向）の均質化は、シリンド
リカルレンズアレイ８０３及びシリンドリカルレンズ８
０５で行われる。

【００４０】また、ここで説明した光学系以外にも、特
開平１０−０６４８４２号公報に記載された光学系を用
いても良い。

【００４１】次に、基板上に形成された被処理膜の表面
及び裏面からレーザー光を照射するための構成について
図９を用いて説明する。図９に示したのは、図７におけ
る基板７０６と反射体７０５との位置関係を示す図であ
る。９０１は透光性基板であり、その表面（薄膜または
素子が形成される側の面）には絶縁膜９０２、非晶質半
導体膜（または微結晶半導体膜）９０３が形成されてい
る。また、透光性基板９０１の下にはレーザー光を反射
させるための反射体９０４が配置される。

【００４２】本実施例では非晶質半導体膜を結晶化する
にあたって、レーザー光を非晶質半導体膜の表面（上に
薄膜が重ねられていく面）及び裏面（表面とは反対側の
面）に同時に照射し、且つ、その表面に照射されたレー
ザー光（以下、第一次レーザー光という）の実効エネル
ギー強度と裏面に照射されるレーザー光（以下、第二次
レーザー光という）の実効エネルギー強度とを異なるも
のとする。

【００４３】即ち、第一次レーザー光の実効エネルギー
強度を（Ｉ₀）とし、第二次レーザー光の実効エネルギ
ー強度を（Ｉ₀'）とした時、実効エネルギー強度比（Ｉ
₀'／Ｉ₀）に「０＜Ｉ₀'／Ｉ₀＜１」または「１＜Ｉ₀'／
Ｉ₀」の関係が成り立つようにレーザー光を照射する。
勿論、Ｉ₀・Ｉ₀'≠０である。このとき、実効エネルギ
ー強度比（Ｉ₀'／Ｉ₀）は０．２〜０．９（好ましくは
０．３〜０．７）とすることが好ましい。

【００４４】なお、本明細書中において、「実効エネル
ギー強度」とはレーザー光が非晶質半導体膜の表面また
は裏面に達した時に有するエネルギー強度であり、透過
時や反射時のエネルギー損失（エネルギーの減衰）を考
慮したエネルギー強度（ここでは、単位は密度：ｍＪ／
ｃｍ²で表す）と定義する。測定することはできない
が、レーザー光の経路に存在する媒質が判れば反射率や
透過率の計算から容易に求めることができる。

【００４５】透光性基板９０１はガラス基板、石英基
板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用い
られる。この透光性基板９０１自体で第二次レーザー光
の実効エネルギー強度を調節することが可能である。ま
た、絶縁膜９０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン
膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば
良く、この絶縁膜９０２で第二次レーザー光の実効エネ
ルギー強度を調節しても良い。また、非晶質半導体膜９
０３はアモルファスシリコン膜の他に、アモルファスシ
リコンゲルマニウム膜などの化合物半導体膜も含む。

【００４６】また、反射体９０４は表面（レーザー光の
反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金
属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜と
しては如何なる材料を用いても良い。代表的には、シリ
コン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タ
ングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）
のいずれかの元素を含む金属膜を用いる。例えば、窒化
タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タ
ンタル（ＴａＮ）を用いても良い。

【００４７】さらに、この反射体９０４は透光性基板９
０１に接して設けても良いし、離して設けても良い。ま
た、反射体９０４を配置する代わりに、基板９０１の裏
面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形
成し、そこでレーザー光を反射させることも可能であ
る。いずれにしても、この反射体９０４の反射率で第二
次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することがで
きる。また、反射体９０４を透光性基板９０１と離して
設置する場合、その隙間に充填する気体（ガス）や離し
た距離で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を制御
することも可能である。

【００４８】そして、図８で説明した光学系８０１を経
由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜
９０３に照射される。この線状に加工されたレーザー光
の照射はレーザー光を走査することによって行われる。

【００４９】いずれにしても、シリンドリカルレンズ８
０７を透過して非晶質半導体膜９０３の表面に照射され
る第一次レーザー光９０５と、反射体９０４で一旦反射
されて非晶質半導体膜９０３の裏面に照射される第二次
レーザー光９０６との実効エネルギー強度比（Ｉ₀'／Ｉ
₀）が、０＜Ｉ₀'／Ｉ₀＜１または１＜Ｉ₀'／Ｉ₀の関係
を満たす。このためには、反射体９０４のレーザー光に
対する反射率は２０〜８０％であることが好ましい。

【００５０】また、シリンドリカルレンズ８０７を透過
したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して
４５〜９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザ
ー光９０６は非晶質半導体膜９０３の裏面側にも回り込
んで照射される。また、反射体９０４の反射面に起伏部
を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二次レー
ザー光９０６をさらに効率良く得ることができる。

【００５１】以上のような構成のレーザー装置及びレー
ザー照射方法を用いて非晶質半導体膜２０４〜２０８の
結晶化を行い、結晶質半導体膜でなる島状半導体膜２０
９〜２１３が形成される。このとき、図５（Ｂ）におい
て、５０５、５０６で示された領域は、本発明の効果に
より他の領域に比べて結晶粒径の大きな領域となる。ま
た、図６（Ｂ）においても同様に、６０３a、６０３bで
示された領域は、本発明の効果により他の領域に比べて
結晶粒径の大きな領域となる。

【００５２】また、照射するレーザーエネルギー密度が
高い場合、島状半導体膜全体が内側に向かって０．１〜
０．５μm程小さくなる現象が見られる。これはレーザ
ー光の照射により島状半導体膜が溶融した際、膜の緻密
化もしくは表面張力により収縮したためと予測される。
この現象を積極的に用いれば、島状半導体膜２０４〜２
０８に結晶成長の起点として設けられていた凸部を島状
半導体膜２０９〜２１３の形成と同時に除去することも
可能である。

【００５３】次に、この島状半導体膜２０９〜２１３を
覆って、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法により５０
〜１００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層２
１４を形成する。この状態で島状半導体膜に対し、ＴＦ
Ｔのしきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与
する不純物元素を１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷atoms／cm³程
度の濃度で島状半導体膜の全面に添加しても良い。

【００５４】半導体に対してｐ型を付与する不純物元素
には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム
（Ｇａ）など周期表の第１３族の元素が知られている。
その方法として、イオン注入法やイオンドープ法を用い
ることができるが、大面積基板を処理するにはイオンド
ープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）を添加す
る。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく
省略しても差し支えないが、特にｎチャネル型ＴＦＴの
しきい値電圧を所定の範囲内に収めるためには有効であ
る。

【００５５】次に、レジストマスク２１５ａ〜２１５ｅ
を形成し、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体膜２
１０、２１２、２１３に選択的に添加する。ｎ型を付与
する不純物元素としては、周期表の１５族に属する元
素、代表的にはリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）を用いれば良
く、ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン
（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法を用いる。

【００５６】形成された不純物領域は低濃度ｎ型不純物
領域２１６、２１７として、このリン（Ｐ）濃度は２×
１０¹⁶〜５×１０¹⁹atoms／cm³の範囲とすれば良い。本
明細書中では、ここで形成された不純物領域２１６、２
１７に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ
^-）と表す。また、不純物領域２１８は、画素部の保持
容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同
じ濃度でリン（Ｐ）が添加される（図２（Ｄ））。

【００５７】次に、添加した不純物元素を活性化させる
工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中で５００〜６００
℃で１〜４時間の熱処理や、レーザー活性化の方法によ
り行うことができる。また、両者を併用して行っても良
い。レーザー活性化の方法による場合、エキシマレーザ
ー光を用いれば良い。尚、レーザー光の照射条件には何
ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良
い。この工程は、マスク層２１４を残して行っても良い
し、除去してから行っても良い。

【００５８】図２（Ｅ）において、ゲート絶縁膜２１９
はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４
０〜１５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成す
る。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜か
ら形成すると良い。また、ＳｉＨ₄とＮ₂ＯにＯ₂を添加
させて作製された酸化窒化シリコン膜は、膜中の固定電
荷密度が低減されているのでこの用途に対して好ましい
材料となる。勿論、ゲート絶縁膜２１９はこのような酸
化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコ
ンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良
い。

【００５９】そして、図２（Ｅ）に示すように、ゲート
絶縁膜２１９上にゲート電極を形成するための耐熱性導
電層を形成する。耐熱性導電層は単層で形成しても良い
が、必要に応じて二層あるいは三層といった複数の層か
ら成る積層構造としても良い。このような耐熱性導電性
材料を用い、例えば、導電性の窒化物金属膜から成る導
電層（Ａ）２２０と金属膜から成る導電層（Ｂ）２２１
とを積層した構造とすると良い。

【００６０】導電層（Ｂ）２２１はタンタル（Ｔａ）、
チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン
（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とす
る合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代表的には
Ｍｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成すれば良
く、導電層（Ａ）２２０は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒
化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒
化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。また、導電層
（Ａ）２２０はタングステンシリサイド、チタンシリサ
イド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。

【００６１】また、導電層（Ｂ）２２１は低抵抗化を図
るために含有する不純物濃度を低減させることが好まし
く、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすること
が好ましい。例えば、タングステン（Ｗ）は酸素濃度を
３０ｐｐｍ以下とすることで２０μΩｃｍ以下の比抵抗
値を実現することができる。

【００６２】導電層（Ａ）２２０は１０〜５０ｎｍ（好
ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）２２１は
２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）
とすれば良い。Ｗをゲート電極とする場合には、Ｗをタ
ーゲットとしたスパッタ法で、アルゴン（Ａｒ）ガスと
窒素（Ｎ₂）ガスを導入して導電層（Ａ）２２０を窒化
タングステン（ＷＮ）で５０nmの厚さに形成し、導電層
（Ｂ）２２１をＷで２５０nmの厚さに形成する。その他
の方法として、Ｗ膜は６フッ化タングステン（ＷＦ₆）
を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。

【００６３】いずれにしてもゲート電極として使用する
ためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２
０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を
大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ
中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害
され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場
合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、さら
に成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分
配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μ
Ωｃｍを実現することができる。

【００６４】一方、導電層（Ａ）２２０にＴａＮ膜を、
導電層（Ｂ）２２１にＴａ膜を用いる場合には、同様に
スパッタ法で形成することが可能である。ＴａＮ膜はＴ
ａをターゲットとしてスパッタガスにＡｒと窒素との混
合ガスを用いて形成し、Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを
用いる。また、これらのスパッタガス中に適量のＸｅや
Ｋｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して
膜の剥離を防止することができる。α相のＴａ膜の抵抗
率は２０μΩcm程度でありゲート電極に使用することが
できるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩcm程度で
ありゲート電極とするには不向きである。ＴａＮ膜はα
相に近い結晶構造を持つので、この上にＴａ膜を形成す
ればα相のＴａ膜が容易に得られる。

【００６５】なお、図示しないが、導電層（Ａ）２２０
の下に２〜２０ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープし
たシリコン膜を形成しておくことは有効である。これに
より、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防
止を図ると同時に、導電層（Ａ）２２０または導電層
（Ｂ）２２１が微量に含有するアルカリ金属元素がゲー
ト絶縁膜２１９に拡散するのを防ぐことができる。いず
れにしても、導電層（Ｂ）２２１は抵抗率を１０〜５０
μΩcmの範囲とすることが好ましい。

【００６６】次に、フォトマスクを用い、フォトリソグ
ラフィーの技術を使用してレジストマスク２２２ａ〜２
２２ｆを形成し、導電層（Ａ）２２０と導電層（Ｂ）２
２１とを一括でエッチングしてゲート電極２２３〜２２
７と容量配線２２８を形成する。ゲート電極２２３〜２
２７と容量配線２２８は、導電層（Ａ）から成る２２３
ａ〜２２７ａと、導電層（Ｂ）から成る２２３ｂ〜２２
７ｂとが一体として形成されている（図３（Ａ））。

【００６７】また、この状態における島状半導体膜２０
９、２１０とゲート電極２２３、２２４との位置関係を
図５（Ｃ）に示す。同様に島状半導体膜２１３とゲート
電極２２７、容量配線２２８の関係を図６（Ｃ）に示
す。図５（Ｃ）および図６（Ｃ）において、ゲート絶縁
膜２１９は省略する。

【００６８】導電層（Ａ）および導電層（Ｂ）をエッチ
ングする方法は実施者が適宣選択すれば良いが、前述の
ようにＷを主成分とする材料で形成されている場合に
は、高速でかつ精度良くエッチングを実施するために高
密度プラズマを用いたドライエッチング法を適用するこ
とが望ましい。高密度プラズマを得る方法として、マイ
クロ波プラズマや誘導結合プラズマ（Inductively Coup
led Plasma：ＩＣＰ）エッチング装置を用いると良い。

【００６９】例えば、ＩＣＰエッチング装置を用いたＷ
のエッチング法は、エッチングガスにＣＦ₄とＣｌ₂の２
種のガスを反応室に導入し、圧力０．５〜１．５Ｐａ
（好ましくは１Ｐａ）とし、誘導結合部に２００〜１０
００Ｗの高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力を印加する。
この時、基板が置かれたステージには２０Ｗの高周波電
力が印加され、自己バイアスで負電位に帯電することに
より、正イオンが加速されて異方性のエッチングを行う
ことができる。ＩＣＰエッチング装置を使用することに
より、Ｗなどの硬い金属膜も２〜５nm／秒のエッチング
速度を得ることができる。また、残渣を残すことなくエ
ッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッ
チング時間を増しオーバーエッチングをすると良い。し
かし、この時に下地とのエッチングの選択比に注意する
必要がある。例えば、Ｗ膜に対する酸化窒化シリコン膜
（ゲート絶縁膜２１９）の選択比は２．５〜３であるの
で、このようなオーバーエッチング処理により、酸化窒
化シリコン膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチン
グされて実質的に薄くなる。

【００７０】そして、画素ＴＦＴのｎチャネル型ＴＦＴ
にＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物
元素添加の工程（ｎ^--ドープ工程）を行う。ゲート電極
２２３〜２２７をマスクとして自己整合的にｎ型を付与
する不純物元素をイオンドープ法で添加すればよい。ｎ
型を付与する不純物元素として添加するリン（Ｐ）の濃
度は１×１０¹⁶〜５×１０¹⁹atoms／cm³の濃度範囲で添
加する。このようにして、図３（Ｂ）に示すように島状
半導体膜に低濃度ｎ型不純物領域２２９〜２３３を形成
する。

【００７１】次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソー
ス領域またはドレイン領域として機能する高濃度ｎ型不
純物領域の形成を行う（ｎ⁺ドープ工程）。まず、フォ
トマスクを用い、レジストマスク２３４ａ〜２３４ｄを
形成し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して高濃度ｎ
型不純物領域２３５〜２４０を形成する。ｎ型を付与す
る不純物元素にはリン（Ｐ）を用い、その濃度が１×１
０²⁰〜１×１０²¹atoms／cm³の濃度範囲となるようにフ
ォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法で行う
（図３（Ｃ））。

【００７２】次に、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状
半導体膜２０９、２１１にソース領域およびドレイン領
域とする高濃度ｐ型不純物領域２４２、２４３を形成す
る。ここでは、ゲート電極２２３、２２５をマスクとし
てｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に高
濃度ｐ型不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル
型ＴＦＴを形成する島状半導体膜２１０、２１２、２１
３は、レジストマスク２４１ａ〜２４１ｃによって全面
を被覆しておく。

【００７３】高濃度ｐ型不純物領域２４２、２４３はジ
ボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で形成する。
この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×１０²⁰〜３×１０²¹
atoms／cm³となるようにする（図３（Ｄ））。

【００７４】この高濃度ｐ型不純物領域２４２、２４３
には、前工程においてリン（Ｐ）が添加されていて、高
濃度ｐ型不純物領域２４２ａ、２４３ａには１×１０²⁰
〜１×１０²¹atoms／cm³の濃度で、高濃度ｐ型不純物領
域２４２ｂ、２４３ｂには１×１０¹⁶〜５×１０¹⁹atom
s／cm³の濃度でリンが含まれるが、この工程で添加する
ボロン（Ｂ）の濃度を、含まれるリンの濃度の１．５か
ら３倍とすることでｐチャネル型ＴＦＴのソース領域お
よびドレイン領域として問題なく機能させることができ
る。

【００７５】その後、図４（Ａ）に示すように、ゲート
電極およびゲート絶縁膜上から保護絶縁膜２４４を形成
する。保護絶縁膜は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン
膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層
膜で形成すれば良い。いずれにしても保護絶縁膜２４４
は無機絶縁物材料から形成する。また、保護絶縁膜２４
４の膜厚は１００〜２００ｎｍとする。

【００７６】ここで、酸化シリコン膜を用いる場合に
は、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル
（Tetraethyl Orthosilicate：ＴＥＯＳ）とＯ₂とを混
合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃と
し、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W
/cm²で放電させて形成することができる。酸化窒化シリ
コン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉ
Ｈ₄、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃から作製される酸化窒化シリコン
膜、またはＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化シリ
コン膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧
力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高
周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm²で形成す
ることができる。また、ＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂から作製
される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。窒
化シリコン膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ
Ｈ₃から作製することが可能である。

【００７７】その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型
またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程を行
う。この工程は電熱炉を用いるファーネスアニール法で
行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッド
サーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができ
る。ファーネスアニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以
下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４０
０〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うこと
が好ましく、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を
行う。また、基板２０１に耐熱温度が低いプラスチック
基板を用いる場合にはレーザーアニール法を用いる（図
４（Ｂ））。

【００７８】活性化の工程の後、さらに、３〜１００％
の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２
時間の熱処理を行い、島状半導体膜を水素化する工程を
行う。この工程は熱的に励起された水素により島状半導
体膜のダングリングボンドを終端する工程である。水素
化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより
励起された水素を用いる）を行っても良い。また、基板
２０１の耐熱性が許せば３００〜４５０℃の加熱処理に
より下地膜２０２の酸化窒化水素化シリコン膜２０２
ｂ、保護絶縁膜２４４の酸化窒化シリコン膜の水素をに
拡散させて島状半導体膜を水素化しても良い。

【００７９】活性化および水素化の工程が終了したら、
有機絶縁物からなる層間絶縁膜２４５を１．０〜２．０
μｍの平均厚を有して形成する。有機絶縁物としては、
ポリイミド、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリイミドア
ミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用すること
ができる。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイプの
ポリイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで３０
０℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる場合
には、２液性のものを用い、主材と硬化剤を混合した
後、スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホットプ
レートで８０℃で６０秒の予備加熱を行い、さらにクリ
ーンオーブンで２５０℃で６０分焼成して形成すること
ができる。

【００８０】層間絶縁膜を有機絶縁物で形成することに
より、表面を良好に平坦化させることができる。また、
有機絶縁物は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減
するできる。しかし、吸湿性があり保護膜としての効果
は弱いので、本実施例のように、保護絶縁膜２４４とし
て形成した酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化
シリコン膜などと組み合わせて用いることが好ましい。

【００８１】その後、フォトマスクを用い、所定のパタ
ーンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体
膜に形成されたソース領域またはドレイン領域に達する
コンタクトホールを形成する。コンタクトホールの形成
はドライエッチング法により行う。この場合、エッチン
グガスにＣＦ₄、Ｏ₂、Ｈｅの混合ガスを用い有機絶縁物
から成る層間絶縁膜２４５をまずエッチングし、その
後、続いてエッチングガスをＣＦ₄、Ｏ₂として保護絶縁
膜２４４をエッチングする。さらに、島状半導体膜との
選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ₃に切
り替えてゲート絶縁膜２１９をエッチングすることによ
り、良好にコンタクトホールを形成することができる。

【００８２】そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真
空蒸着法で形成し、フォトマスクによりレジストマスク
を形成し、エッチングによってソース配線２４６〜２５
０とドレイン配線２５１〜２５３を形成する。ドレイン
配線２５４は隣接する画素のドレイン配線を示す。ここ
で、ドレイン配線２５３は画素電極として機能するもの
である。図示していないが、本実施例ではこの電極を、
Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体膜
のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコン
タクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム
（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成して配線とす
る。

【００８３】図５（Ｄ）はこの状態における島状半導体
膜２０９、２１０、ゲート電極２２３、２２４、ソース
配線２４６、２４７およびドレイン配線２５１の上面図
を示す。ソース配線２４６、２４７は図示されていない
層間絶縁膜および保護絶縁膜に設けられたコンタクトホ
ールによって、島状半導体膜２０９、２１０と各々５０
７、５０８で接続している。また、ドレイン配線２５１
は５０８、５０９で島状半導体膜２０９、２１０と接続
している。

【００８４】同様に、図６（Ｄ）では島状半導体膜２１
３、ゲート電極２２７、容量配線２２８、ソース配線２
５０およびドレイン配線（画素電極）２５３の上面図を
示し、ソース配線２５０はコンタクト部６０４で、ドレ
イン配線２５３はコンタクト部６０５で各々島状半導体
膜２１３と接続している。

【００８５】この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特
性向上に対して好ましい結果が得られる。例えば、３〜
１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で
１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ
水素化法を用いても同様の効果が得られる。また、この
ような熱処理により保護絶縁膜２４４や、下地膜２０２
に存在する水素を島状半導体膜２０９〜２１３に拡散さ
せ水素化をすることもできる。いずれにしても、島状半
導体膜２０９〜２１３中の欠陥密度を１０¹⁶/cm³以下と
することが望ましく、そのためには水素を５×１０¹⁸〜
５×１０¹⁹atoms/cm³程度付与することが好ましい。
（図４（Ｃ））。

【００８６】こうして同一の基板上に、駆動回路のＴＦ
Ｔと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させるこ
とができる。駆動回路には第１のｐチャネル型ＴＦＴ３
００、第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０１、第２のｐチャ
ネル型ＴＦＴ３０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ３０
３、画素部には画素ＴＦＴ３０４、保持容量３０５が形
成されている。本明細書では便宜上このような基板をア
クティブマトリクス基板と呼ぶ。

【００８７】駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ３０
０には、島状半導体膜２０９にチャネル形成領域３０
６、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域３０７
ａ、３０７ｂ、ドレイン領域３０８ａ、３０８ｂを有し
た構造となっている。

【００８８】第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０１には、島
状半導体膜２１０にチャネル形成領域３０９、ゲート電
極２２４と重なるＬＤＤ領域３１０、ソース領域３１
２、ドレイン領域３１１を有している。このＬＤＤ領域
において、ゲート電極２２４と重なるＬＤＤ領域のチャ
ネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは
１．０〜２．０μｍとする。ｎチャネル型ＴＦＴにおけ
るＬＤＤ領域の長さをこのようにすることにより、ドレ
イン領域近傍に発生する高電界を緩和して、ホットキャ
リアの発生を防ぎ、ＴＦＴの劣化を防止することができ
る。

【００８９】駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ３０
２は同様に、島状半導体膜２１１にチャネル形成領域３
１３、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域３１４
ａ、３１４ｂ、ドレイン領域３１５ａ、３１５ｂを有し
た構造となっている。

【００９０】第２のｎチャネル型ＴＦＴ３０３には、島
状半導体膜２１２にチャネル形成領域３１６、ゲート電
極２２６と一部が重なるＬＤＤ領域３１７、３１８、ソ
ース領域３２０、ドレイン領域３１９が形成されてい
る。このＴＦＴのゲート電極２２６と重なるＬＤＤ領域
の長さも０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．
０μｍとする。また、ゲート電極と重ならないＬＤＤ領
域のチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ま
しくは１．０〜２．０μｍとする。

【００９１】画素ＴＦＴ３０４には、島状半導体膜２１
３にチャネル形成領域３２１、３２２、ＬＤＤ領域３２
３〜３２５、ソースまたはドレイン領域３２６〜３２８
を有している。ＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは
０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍで
ある。さらに、容量配線２２８と、ゲート絶縁膜と同じ
層に形成された絶縁膜と、画素ＴＦＴ３０４のドレイン
領域３２８に接続する半導体層３２９とから保持容量３
０５が形成されている。図４（Ｃ）では画素ＴＦＴ３０
４をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造で
も良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造
としても差し支えない。

【００９２】図１０は画素部のほぼ一画素分を示す上面
図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図４（Ｃ）に示す
画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴ３０４のゲ
ート電極２２７は、図示されていないゲート絶縁膜を介
してその下の島状半導体膜２１３と交差している。図示
はしていないが、島状半導体膜には、ソース領域、ドレ
イン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、６０４
はソース配線２５０とソース領域３２６とのコンタクト
部、６０５はドレイン配線２５３とドレイン領域３２８
とのコンタクト部である。保持容量３０５は、画素ＴＦ
Ｔ３０４のドレイン領域３２８と電気的に接続された半
導体層３２９がゲート絶縁膜を介して容量配線２２８と
重なる領域で形成されている。

【００９３】以上のようにしてアクティブマトリクス基
板が完成する。本実施例に従って作製されたアクティブ
マトリクス基板は、画素部および駆動回路の仕様に応じ
て適切な構造のＴＦＴを配置している。そのため、この
アクティブマトリクス基板を用いた電気光学装置の動作
性能と信頼性を向上させることを可能としている。

【００９４】なお、本実施例では画素ＴＦＴ３０４に電
気的に接続されたドレイン配線２５３をそのまま画素電
極として用いており、反射型液晶表示装置に対応した構
造となっている。しかし、ドレイン配線２５３に電気的
に接続されるように透明導電膜でなる画素電極を形成す
ることで透過型液晶表示装置にも対応できる。

【００９５】また、本実施例は本発明を用いた半導体装
置の作製工程の一例であり、本実施例に示した材料や数
値範囲に限定する必要はない。さらに、ＬＤＤ領域の配
置なども実施者が適宜決定すれば良い。

【００９６】〔実施例２〕本実施例では実施例１に従っ
て作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブ
マトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。
まず、図１１（Ａ）に示すように、図４（Ｃ）の状態の
アクティブマトリクス基板にパターニングにより樹脂材
料でなるスペーサ４０１a〜４０１fを形成する。なお、
スペーサとして公知の球状シリカ等を散布して用いるこ
ともできる。

【００９７】本実施例では、樹脂材料でなるスペーサ４
０１a〜４０１fとしてＪＳＲ社製のＮＮ７００を用い、
スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定の
パターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１
５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして
作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形
状を異ならせることができるが、好ましくは、柱状で頂
部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合
わせたときに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確
保することができる。

【００９８】また、形状は円錐状、角錐状など特別の限
定はないが、例えば円錐状としたときに具体的には、高
さＨを１．２〜５μｍとし、平均半径Ｌ１を５〜７μ
ｍ、平均半径Ｌ１と底部の半径Ｌ２との比を１対１．５
とする。このとき側面のテーパー角は±１５°以下とす
る。

【００９９】スペーサ４０１a〜４０１fの配置は任意に
決定しても良いが、好ましくは、図１１（Ａ）で示すよ
うに、画素部においてはドレイン配線２５３（画素電
極）のコンタクト部６０５と重ねてその部分を覆うよう
に形成すると良い。コンタクト部６０５は平坦性が損な
われこの部分では液晶がうまく配向しなくなるので、コ
ンタクト部６０５にスペーサ用の樹脂を充填することで
ディスクリネーションなどを防止することができる。

【０１００】その後、配向膜４０２を形成する。通常液
晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂を用いる。配向
膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある
一定のプレチルト角を持って配向するようにする。画素
部に設けたスペーサ４０１a〜４０１fの端部からラビン
グ方向に対してラビングされない領域が２μｍ以下とな
るようにすることが好ましい。また、ラビング処理では
静電気の発生がしばしば問題となるが、駆動回路のＴＦ
Ｔ上において、少なくともソース配線およびドレイン配
線上にもスペーサ４０１ａ〜４０１ｅを形成しておく
と、ラビング工程におけるスペーサとしての本来の役割
と、静電気からＴＦＴを保護する効果を得ることができ
る。

【０１０１】対向基板４０３には、遮光膜４０４、透明
導電膜でなる対向電極４０５および配向膜４０６を形成
する。遮光膜４０４はＴｉ、Ｃｒ、Ａｌなどを１５０〜
３００nmの厚さで形成する。そして、画素部と駆動回路
が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを
シール材４０７で貼り合わせる。シール材４０７にはフ
ィラー４０８が混合されていて、このフィラー４０８と
スペーサ４０１a〜４０１fによって均一な間隔を持って
対向基板とアクティブマトリクス基板とが貼り合わせら
れる。

【０１０２】その後、両基板の間に液晶４０９を注入
し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶
には公知の液晶を用いれば良い。例えば、ＴＮ液晶の他
に、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応
答性を示す無しきい値反強誘電性混合液晶を用いること
もできる。無しきい値反強誘電性混合液晶にはＶ字型の
電気光学応答特性を示すものもある。詳細は「H.Furue
et al.;Charakteristicsand Drivng Scheme of Polymer
-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting FastRespons
e Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Cap
ability,SID,1998」、「T.Yoshida et al.;A Full-Colo
r Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting W
ide Viewing Angle with Fast Response Time,841,SID9
7DIGEST,1997」、「S.Inui et al.;Thresholdless anti
ferroelectricity in liquid crystals and its applic
ation to displays,671-673,J.Mater.Chem.6(4),199
6」、または米国特許第5,594,569号を参照すれば良い。

【０１０３】このようにして図１１（Ｂ）に示すアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置が完成する。図１１では
スペーサ４０１a〜４０１eを駆動回路のＴＦＴ上の少な
くともソース配線およびドレイン配線上にに分割して形
成したが、その他に、駆動回路の全面を覆って形成して
も差し支えない。

【０１０４】図１２はアクティブマトリクス基板の上面
図を示し、画素部および駆動回路部とスペーサおよびシ
ール剤の位置関係を示す上面図である。画素部１２００
の周辺に駆動回路として走査信号駆動回路１２０１と画
像信号駆動回路１２０２が設けられている。さらに、そ
の他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路１２０３も付加
されていても良い。

【０１０５】そして、これらの駆動回路は接続配線１２
１１によって外部入出力端子１２１０と接続されてい
る。画素部１２００では走査信号駆動回路１２０１から
延在するゲート配線群１２０４と画像信号駆動回路１２
０２から延在するソース配線群１２０５がマトリクス状
に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦ
Ｔ３０４と保持容量３０５が設けられている。

【０１０６】画素部において設けられるスペーサ１２０
６は、図１１で示したスペーサ４０１fに対応するもの
で、すべての画素に対して設けても良いが、マトリクス
状に配列した画素の数個から数十個おきに設けても良
い。即ち、画素部を構成する画素の全数に対するスペー
サの数の割合は２０〜１００％とすると良い。また、駆
動回路部に設けるスペーサ１２０７〜１２０９はその全
面を覆うように設けても良いし、図１１で示したように
各ＴＦＴのソースおよびドレイン配線の位置にあわせて
複数個に分割して設けても良い。

【０１０７】シール材４０７は、基板２０１上の画素部
１２００および走査信号制御回路１２０１、画像信号制
御回路１２０２、その他の信号処理回路１２０３の外側
であって、外部入出力端子１２１０よりも内側に形成す
る。

【０１０８】このようなアクティブマトリクス型液晶表
示装置の構成を図１３の斜視図を用いて説明する。図１
３においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板２
０１上に形成された、画素部１２００と、走査信号駆動
回路１２０１と、画像信号駆動回路１２０２とその他の
信号処理回路１２０３とで構成される。

【０１０９】画素部１２００には画素ＴＦＴ３０４と保
持容量３０５が設けられ、画素部の周辺に設けられる駆
動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。走
査信号駆動回路１２０１と、画像信号駆動回路１２０２
はそれぞれゲート配線２２７とソース配線２５０で画素
ＴＦＴ３０４に接続している。また、フレキシブルプリ
ントサーキット（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）
１２１３が外部入力端子１２１０に接続していて画像信
号などを入力するのに用いる。フレキシブルプリントサ
ーキット１２１３は補強用樹脂剤１２１２で接着強度を
高めて固定されている。そして接続配線１２１１でそれ
ぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板４０３
には図示していないが、遮光膜、カラーフィルター、透
明電極等が設けられている。

【０１１０】このような構成の液晶表示装置は、実施例
１で示したアクティブマトリクス基板を用いて形成する
ことができる。例えば、図４（Ｃ）の構造のアクティブ
マトリクス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が得ら
れ、実施例１で述べたように画素電極として透明導電膜
を用いたアクティブマトリクス基板を用いれば透過型の
液晶表示装置を得ることができる。

【０１１１】〔実施例３〕本実施例では、実施例１と異
なる光学系を有するレーザー装置によって島状半導体膜
のレーザー結晶化工程を行う例について説明する。具体
的には実施例１で用いた光学系のように反射体を用い
ず、光学系の途中で分光した二系統のレーザー光を非晶
質半導体膜の表面及び裏面から照射する例を示す。な
お、レーザー装置の基本的な構成は図７とほぼ同様であ
るが、ステージ７０２に少なくともレーザー光を透過す
る窓がついていることが必要である。

【０１１２】本実施例で用いる光学系の構成について図
１４を用いて説明する。図１４（Ａ）は光学系を側面か
ら見た図である。レーザー１４０１を発振源とするレー
ザー光はシリンドリカルレンズアレイ１４０２により縦
方向に分割される。この分割されたレーザー光はシリン
ドリカルレンズ１４０３によりさらに横方向に分割され
る。こうしてレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ
１４０２、１４０３によってマトリクス状に分割され
る。

【０１１３】そして、レーザー光はシリンドリカルレン
ズ１４０４により一旦集光される。その際、シリンドリ
カルレンズ１４０４の直後にシリンドリカルレンズ１４
０５を通る。ここまでは図８に示した光学系と同様であ
る。

【０１１４】その後、レーザー光はハーフミラー１４０
６に入射し、ここでレーザー光は第一次レーザー光１４
０７と第二次レーザー光１４０８とに分光される。そし
て、第一次レーザー光１４０７はミラー１４０９、１４
１０で反射され、シリンドリカルレンズ１４１１を通っ
た後、非晶質半導体膜１４１６bの表面に達する。

【０１１５】また、ハーフミラー１４０６で分光された
第二次レーザー光１４０８はミラー１４１２、１４１
３、１４１４で反射され、シリンドリカルレンズ１４１
５を通った後、基板１４１６aを透過して非晶質半導体
膜１４１６bの裏面に達する。

【０１１６】このとき、実施形態１と同様に基板の照射
面に投影されたレーザー光は線状の照射面を示す。ま
た、この線状に加工されたレーザー光の幅方向（短い方
向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ１４０
２、シリンドリカルレンズ１４０４及びシリンドリカル
レンズ１４１５で行われる。また、上記レーザー光の長
手方向（長い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズ
アレイ１４０３、シリンドリカルレンズ１４０５及びシ
リンドリカルレンズ１４０９で行われる。

【０１１７】いずれにしても、シリンドリカルレンズ１
４１１を透過して非晶質半導体膜１４１６bの表面に照
射される第一次レーザー光と、シリンドリカルレンズ１
４１５を透過して非晶質半導体膜１４１６bの裏面に照
射される第二次レーザー光との実効エネルギー強度比
（Ｉ₀'／Ｉ₀）が、０＜Ｉ₀'／Ｉ₀＜１または１＜Ｉ₀'／
Ｉ₀の関係を満たすことが好ましい。

【０１１８】本実施例では基板１４１６aとしてガラス
基板（ここで用いるレーザー光の透過率が約５０％の材
料でなるもの）を用いることで、上述の関係式を満たす
ようにしている。勿論、基板以外にも基板１４１６a上
に設けた絶縁膜（図示せず）や、基板１４１６aを設置
するステージ（図示せず）の透過率や界面の反射率を調
節して第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰さ
せても良い。

【０１１９】また、第二次レーザー光１４０８の光路に
おいて、任意の場所にバリアブルアッテネーター等の減
光フィルターを設けて、第二次レーザー光１４０８の実
効エネルギー強度を減衰させることも可能であるし、逆
に第一次レーザー光１４０７の光路において、任意の場
所に減光フィルターを設けて、第一次レーザー光１４０
７の実効エネルギー強度を減衰させることも可能であ
る。

【０１２０】以上のように本実施例の光学系を実施例１
の図７で示したようなレーザー装置に組み込んで、島状
半導体膜の結晶化を行えば良い。こうして形成されたア
クティブマトリクス基板は、実施例２に従って液晶表示
装置とすることができる。

【０１２１】〔実施例４〕本実施例では、非晶質半導体
膜をレーザー結晶化する際の島状半導体膜の形状につい
て図１５を用いて説明する。

【０１２２】図１５（Ａ）に示す島状半導体膜１５０１
の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」を含む
領域１５０２が最も細くなるように、段階的に形状が変
化するように形成された場合である。この場合、１５０
３で示される凸部が結晶成長の起点となる。

【０１２３】また、図１５（Ｂ）に示す島状半導体膜１
５０４の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」
を含む領域１５０２が最も細くなるように、連続的に形
状が変化するように形成された場合である。

【０１２４】なお、本実施例に示す島状半導体膜の形状
は、実施例１に示した島状半導体膜の変形例であり、そ
の他の構成に関しては実施例１に従えば良い。従って、
実施例２の液晶表示装置を作製する際にも本実施例は実
施することができる。また、実施例３の光学系を用いた
レーザー結晶化を行うこともできる。

【０１２５】〔実施例５〕本実施例では、非晶質半導体
膜をレーザー結晶化する際の島状半導体膜の形状につい
て図１６を用いて説明する。

【０１２６】図１６（Ａ）に示す島状半導体膜１６０１
の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」を含む
領域１６０２内に凸部１６０３が形成された場合であ
る。この凸部１６０３は島状半導体膜１６０１の形成と
同時に形成すれば良い。この場合、凸部１６０３が結晶
成長の起点となる。

【０１２７】なお、凸部１６０３は島状半導体膜１６０
１を挟んで二カ所に設けられているが、位置や個数に制
限はない。但し、多く設けると、チャネル形成領域内の
結晶粒界の本数が増えてしまうため、できるだけ少なく
することが望ましい。

【０１２８】図１６（Ａ）の場合、二つの凸部を起点と
して成長した結晶粒がぶつかりあって、チャネル形成領
域内に一本の結晶粒界１６０４が形成される。しかしな
がら、キャリアが流れる方向とほぼ同じ方向に形成され
るため、実質的にキャリアの移動の妨げとはなりにく
い。

【０１２９】次に、図１６（Ｂ）に示す島状半導体膜１
６０５の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」
を含む領域１６０６内に一カ所だけ凸部１６０７が形成
された場合である。この凸部１６０７は島状半導体膜１
６０５の形成と同時に形成すれば良い。この場合、凸部
１６０７を結晶成長の起点とする結晶粒の面積がチャネ
ル形成領域の面積よりも大きければ、結晶粒界の存在し
ないチャネル形成領域を形成することが可能である。

【０１３０】次に、図１６（Ｃ）に示す島状半導体膜１
６０８の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」
を含む領域１６０９の外に凸部１６１０が形成された場
合である。この凸部１６１０は島状半導体膜１６０８の
形成と同時に形成すれば良い。なお、凸部１６１０は領
域１６０８を囲むように四カ所に設けられているが、位
置や個数に制限はない。

【０１３１】また、図１６（Ｃ）の場合、四つの凸部を
起点として成長した結晶粒がぶつかりあって、チャネル
形成領域内に十字型の結晶粒界１６１１が形成される。
しかしながら、キャリアが流れる方向とほぼ垂直な方向
に形成される結晶粒界（チャネル幅方向に形成される結
晶粒界）は一本であるため、隣接するＴＦＴ間の電気特
性（特にしきい値電圧または電界効果移動度）における
バラツキの要因とはなりにくい。

【０１３２】なお、本明細書中においてチャネル幅方向
とは、図１６（Ｃ）において領域１６０９内で島状半導
体膜１６０８を横切るように結晶粒界が形成されている
方向を指す。即ち、紙面において上から下（または下か
ら上）に向かう方向を指す。

【０１３３】次に、図１６（Ｄ）に示す島状半導体膜１
６１２の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」
を含む領域１６１３の外に二つの凸部１６１４が形成さ
れた場合である。この場合、二つの凸部を起点として成
長した結晶粒がぶつかりあって、チャネル形成領域内を
斜めに横切る結晶粒界１６１５が形成される。しかしな
がら、キャリアの流れを妨げる結晶粒界は一本であるた
め、隣接するＴＦＴ間の電気特性におけるバラツキの要
因とはなりにくい。

【０１３４】次に、図１６（Ｅ）に示す島状半導体膜１
６１６の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」
を含む領域１６１７の外に一カ所だけ凸部１６１８が形
成された場合である。この凸部１６１８は島状半導体膜
１６１６の形成と同時に形成すれば良い。この場合、凸
部１６１８を結晶成長の起点とする結晶粒の面積がチャ
ネル形成領域の面積よりも大きければ、結晶粒界の存在
しないチャネル形成領域を形成することが可能である。

【０１３５】本実施例に示す島状半導体膜の形状は、実
施例１に示した島状半導体膜の変形例であり、その他の
構成に関しては実施例１に従えば良い。従って、実施例
２の液晶表示装置を作製する際にも本実施例は実施する
ことができる。また、実施例３の光学系を用いたレーザ
ー結晶化を行うこともできる。

【０１３６】〔実施例６〕本実施例では、非晶質半導体
膜をレーザー結晶化する際の島状半導体膜の形状につい
て図１７を用いて説明する。

【０１３７】図１７（Ａ）に示す島状半導体膜１７０１
の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」を含む
領域１７０２内に凹部１７０３が形成された場合であ
る。この凹部１７０３は島状半導体膜１７０１の形成と
同時に形成すれば良い。この場合、凹部１７０３が結晶
成長の起点となる。

【０１３８】なお、凹部１７０３は島状半導体膜１７０
１を挟んで二カ所に設けられているが、位置や個数に制
限はない。但し、多く設けると、チャネル形成領域内の
結晶粒界の本数が増えてしまうため、できるだけ少なく
することが望ましい。

【０１３９】図１７（Ａ）の場合、二つの凹部を起点と
して成長した結晶粒がぶつかりあって、チャネル形成領
域内に一本の結晶粒界１７０４が形成される。しかしな
がら、キャリアが流れる方向とほぼ平行に形成されるた
め、実質的にキャリアの移動の妨げとはなりにくい。

【０１４０】次に、図１７（Ｂ）に示す島状半導体膜１
７０５の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」
を含む領域１７０６内に一カ所だけ凹部１７０７が形成
された場合である。この凹部１７０７は島状半導体膜１
７０５の形成と同時に形成すれば良い。この場合、凹部
１７０７を結晶成長の起点とする結晶粒の面積がチャネ
ル形成領域の面積よりも大きければ、結晶粒界の存在し
ないチャネル形成領域を形成することが可能である。

【０１４１】次に、図１７（Ｃ）に示す島状半導体膜１
７０８の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」
を含む領域１７０９の外に凹部１７１０が形成された場
合である。この凹部１７１０は島状半導体膜１７０８の
形成と同時に形成すれば良い。なお、凹部１７１０は領
域１７０８を囲むように四カ所に設けられているが、位
置や個数に制限はない。

【０１４２】また、図１７（Ｃ）の場合、四つの凹部を
起点として成長した結晶粒がぶつかりあって、チャネル
形成領域内に十字型の結晶粒界１７１１が形成される。
しかしながら、キャリアが流れる方向とほぼ垂直に形成
される結晶粒界は一本であるため、隣接するＴＦＴ間の
電気特性（特にしきい値電圧または電界効果移動度）に
おけるバラツキの要因とはなりにくい。

【０１４３】次に、図１７（Ｄ）に示す島状半導体膜１
７１２の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」
を含む領域１７１３の外に二つの凹部１７１４が形成さ
れた場合である。この場合、二つの凹部を起点として成
長した結晶粒がぶつかりあって、チャネル形成領域内を
斜めに横切る結晶粒界１７１５が形成される。しかしな
がら、キャリアの流れを妨げる結晶粒界は一本であるた
め、隣接するＴＦＴ間の電気特性におけるバラツキの要
因とはなりにくい。

【０１４４】次に、図１７（Ｅ）に示す島状半導体膜１
７１６の形状は、「ＴＦＴ完成後のチャネル形成領域」
を含む領域１７１７の外に一カ所だけ凹部１７１８が形
成された場合である。この凹部１７１８は島状半導体膜
１７１６の形成と同時に形成すれば良い。この場合、凹
部１７１８を結晶成長の起点とする結晶粒の面積がチャ
ネル形成領域の面積よりも大きければ、結晶粒界の存在
しないチャネル形成領域を形成することが可能である。

【０１４５】本実施例に示す島状半導体膜の形状は、実
施例１に示した島状半導体膜の変形例であり、その他の
構成に関しては実施例１に従えば良い。従って、実施例
２の液晶表示装置を作製する際にも本実施例は実施する
ことができる。また、実施例３の光学系を用いたレーザ
ー結晶化を行うこともできる。

【０１４６】〔実施例７〕実施例１〜６では、本発明を
液晶表示装置に対して用いた例を示しているが、本発明
はＴＦＴを用いる半導体装置であれば如何なるものにも
実施することが可能である。

【０１４７】具体的には、アクティブマトリクス型のＥ
Ｌ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やアクティブ
マトリクス型のＥＣ（エレクトロクロミクス）表示装置
を作製する場合に、活性層となる半導体膜のレーザー結
晶化工程において本発明を実施することが可能である。

【０１４８】さらに、ＩＣやＬＳＩに使われるＳＲＡＭ
の負荷トランジスタを形成する際に本発明を実施するこ
ともできるし、ＩＣやＬＳＩの上に三次元構造でＴＦＴ
を形成する場合においても本発明は有効である。

【０１４９】本発明はレーザー結晶化工程の部分の発明
であるので、その他の部分は公知のＴＦＴ作製プロセス
が適用できる。従って、アクティブマトリクス型ＥＬ表
示装置やアクティブマトリクス型ＥＣ表示装置を作製す
る場合には、公知の技術に本発明を用いれば良い。勿
論、図２〜４で説明した作製工程を参考にして作製する
ことも可能である。

【０１５０】ここで、本発明を用いてＥＬ表示装置を作
製した場合について図１８を用いて説明する。図１８
（Ａ）は本発明を用いたＥＬ表示装置の上面図である。
図１８（Ａ）において、１０は基板、１１は画素部、１
２はソース側駆動回路、１３はゲート側駆動回路であ
り、それぞれの駆動回路は配線１４〜１６を経てＦＰＣ
１７に至り、外部機器へと接続される。

【０１５１】このとき少なくとも画素部、好ましくは駆
動回路及び画素部を囲むようにしてシーリング材（ハウ
ジング材ともいう）１８を設ける。なお、シーリング材
１８は素子部を囲めるような凹部を持つ金属板やガラス
板を用いても良いし、紫外線硬化樹脂を用いても良い。
シーリング材１８として素子部を囲めるような凹部を持
つ金属板を用いた場合、接着剤１９によって基板１０に
固着させ、基板１０との間に密閉空間を形成する。この
とき、ＥＬ素子は完全に前記密閉空間に封入された状態
となり、外気から完全に遮断される。

【０１５２】さらに、シーリング材１８と基板１０との
間の空隙２０には不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒
素等）を充填しておいたり、酸化バリウム等の乾燥剤を
設けておくことが望ましい。これによりＥＬ素子の水分
等による劣化を抑制することが可能である。

【０１５３】また、図１８（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示
装置の断面構造であり、基板１０、下地膜２１の上に駆
動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型ＴＦＴと
ｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示
している。）２２及び画素部用ＴＦＴ２３（但し、ここ
ではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴだけ図示してい
る。）が形成されている。これらのＴＦＴは公知の構造
（トップゲート構造またはボトムゲート構造）を用いれ
ば良い。

【０１５４】本発明は、駆動回路用ＴＦＴ２２の活性層
２４、画素部用ＴＦＴ２３の活性層２５となる半導体層
の形成に際して用いることができる。また、半導体層の
形成以外のプロセスについては公知の技術を用いれば良
い。

【０１５５】本発明を用いて半導体層を形成し、それを
活性層とする駆動回路用ＴＦＴ２２、画素部用ＴＦＴ２
３が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化
膜）２６の上に画素部用ＴＦＴ２３のドレインと電気的
に接続する透明導電膜でなる画素電極２７を形成する。
透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化
合物（ＩＴＯと呼ばれる）または酸化インジウムと酸化
亜鉛との化合物を用いることができる。そして、画素電
極２７を形成したら、絶縁膜２８を形成し、画素電極２
７上に開口部を形成する。

【０１５６】次に、ＥＬ層２９を形成する。ＥＬ層２９
は公知のＥＬ材料（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、
電子輸送層または電子注入層）を自由に組み合わせて積
層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造と
するかは公知の技術を用いれば良い。また、ＥＬ材料に
は低分子系材料と高分子系（ポリマー系）材料がある。
低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子
系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法また
はインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能
である。

【０１５７】本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸
着法によりＥＬ層を形成する。シャドーマスクを用いて
画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光
層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カ
ラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣ
Ｍ）とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光
層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいず
れの方法を用いても良い。勿論、単色発光のＥＬ表示装
置とすることもできる。

【０１５８】ＥＬ層２９を形成したら、その上に陰極３
０を形成する。陰極３０とＥＬ層２９の界面に存在する
水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従っ
て、真空中でＥＬ層２９と陰極３０を連続成膜するか、
ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで
陰極３０を形成するといった工夫が必要である。本実施
例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）
の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とす
る。

【０１５９】なお、本実施例では陰極３０として、Ｌｉ
Ｆ（フッ化リチウム）膜とＡｌ（アルミニウム）膜の積
層構造を用いる。具体的にはＥＬ層２９上に蒸着法で１
ｎｍ厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成し、その上
に３００ｎｍ厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公
知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いても良い。そし
て陰極３０は３１で示される領域において配線１６に接
続される。配線１６は陰極３０に所定の電圧を与えるた
めの電源供給線であり、導電性ペースト材料３２を介し
てＦＰＣ１７に接続される。

【０１６０】３１に示された領域において陰極３０と配
線１６とを電気的に接続するために、層間絶縁膜２６及
び絶縁膜２８にコンタクトホールを形成する必要があ
る。これらは層間絶縁膜２６のエッチング時（画素電極
用コンタクトホールの形成時）や絶縁膜２８のエッチン
グ時（ＥＬ層形成前の開口部の形成時）に形成しておけ
ば良い。また、絶縁膜２８をエッチングする際に、層間
絶縁膜２６まで一括でエッチングしても良い。この場
合、層間絶縁膜２６と絶縁膜２８が同じ樹脂材料であれ
ば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることが
できる。

【０１６１】また、配線１６はシーリング材１８と基板
１０との間を隙間（但し接着剤１９で塞がれている。）
を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。なお、ここ
では配線１６について説明したが、他の配線１４、１５
も同様にしてシーリング材１８の下を通ってＦＰＣ１７
に電気的に接続される。

【０１６２】以上のような構成でなるＥＬ表示装置にお
いて、本発明を用いることができる。本発明を用いるこ
とで、ＴＦＴの活性層となる半導体層の結晶性が向上す
るため、ＴＦＴの電気特性（特にサブスレッショルド係
数または電界効果移動度）が向上する。そのため、画質
の良好な画像を表示することが可能となる。

【０１６３】〔実施例８〕本発明は、アクティブマトリ
クス型液晶表示装置やアクティブマトリクス型ＥＬ表示
装置などの電気光学装置を表示ディスプレイとして有す
る電子装置（電子機器ともいう）に対して実施すること
が可能である。電子装置としては、パーソナルコンピュ
ータ、プロジェクター、デジタルカメラ、ビデオカメ
ラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプ
レイ）、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電
話、電子書籍など）、ナビゲーションシステム、ゲーム
機、画像再生装置（ＤＶＤプレーヤー等）、音楽再生装
置（ＣＤプレーヤー、ＭＤプレーヤー等）などが上げら
れる。

【０１６４】図１９（Ａ）はパーソナルコンピュータで
あり、マイクロプロセッサやメモリーなどを備えた本体
２００１、画像入力部２００２、表示部２００３、キー
ボード２００４で構成される。本発明は表示部２００３
の作製に際して実施することができる。

【０１６５】図１９（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作
スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０
６で構成される。本発明は表示部２１０２の作製に際し
て実施することができる。

【０１６６】図１９（Ｂ）はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体２２０１、表示部２２０２、アーム部２２０
３から成っている。本発明は表示部２２０２の作製に際
して実施することができる。。

【０１６７】図１９（Ｄ）はテレビゲームまたはビデオ
ゲームなどの電子遊技機器であり、ＣＰＵ等の電気回路
２３０８、記録媒体２３０４などが搭載された本体２３
０１、コントローラ２３０５、表示部２３０３、本体２
３０１に組み込まれた表示部２３０２で構成される。表
示部２３０３と本体２３０１に組み込まれた表示部２３
０２とは、同じ情報を表示しても良いし、前者を主表示
装置とし、後者を副表示装置として記録媒体２３０４の
情報を表示したり、機器の動作状態を表示したり、或い
はタッチセンサーの機能を付加して操作盤とすることも
できる。また、本体２３０１とコントローラ２３０５と
表示部２３０３とは、相互に信号を伝達するために有線
通信としても良いし、センサ部２３０６、２３０７を設
けて無線通信または光通信としても良い。本発明は、表
示部２３０２、２３０３の作製に際して実施することが
できる。また、表示部２３０３は従来のＣＲＴを用いる
こともできる。

【０１６８】図１９（Ｄ）はプログラムを記録した記録
媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いる画像再生装置で
あり、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカー部２
４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構
成される。なお、記録媒体にはＤＶＤ（Digital Versa
tile Disc）やコンパクトディスク（ＣＤ）などを用
い、音楽プログラムの再生や映像表示、ビデオゲーム
（またはテレビゲーム）やインターネットを介した情報
表示などを行うことができる。本発明は表示部２４０２
の作製に際して実施することができる。

【０１６９】図１９（Ｅ）はデジタルカメラであり、本
体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作ス
イッチ２５０４、受像部（図示しない）で構成される。
本発明は表示部２５０２の作製に際して実施することが
できる。

【０１７０】次に、本発明を実施して作製した液晶表示
装置を用いたプロジェクターの例を図２０に示す。

【０１７１】図２０（Ａ）はフロント型プロジェクター
であり、光学エンジン（光源光学系および表示装置を含
むシステム）２６０１、スクリーン２６０２で構成され
る。また、図２０（Ｂ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２７０１、光学エンジン２７０２、ミラー２７
０３、スクリーン２７０４で構成される。

【０１７２】なお、図２０（Ｃ）に、図２０（Ａ）およ
び図２０（Ｂ）における光学エンジン２６０１、２７０
２の構造の一例を示す。光学エンジン２６０１、２７０
２は光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜
２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、ビームスプ
リッター２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２
８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系
２８１０は複数の光学レンズで構成される。本発明は液
晶表示装置２８０８に用いることができる。

【０１７３】図２０（Ｃ）では液晶表示装置２８０８を
三つ使用する三板式の例を示したが、このような方式に
限定されず、単板式の光学系で構成しても良い。また、
図２０（Ｃ）中で矢印で示した光路には適宣光学レンズ
や偏光機能を有するフィルムや位相を調節するためのフ
ィルムや、ＩＲフィルムなどを設けても良い。

【０１７４】また、図２０（Ｄ）は図２０（Ｃ）におけ
る光源光学系２８０１の構造の一例を示した図である。
本実施例では、光源光学系２８０１はリフレクター２８
１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１
４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成
される。なお、図２０（Ｄ）に示した光源光学系は一例
であって図示した構成に限定されるものではない。

【０１７５】また、ここでは図示しなかったが、本発明
はその他にも、ナビゲーションシステムやイメージセン
サの読み取り回路などの作製に際して実施することもで
きる。。このように本発明の適用範囲はきわめて広く、
あらゆる分野の電子装置の作製に際して実施することが
できる。

【０１７６】〔実施例９〕本発明の効果について実験結
果に基づいて説明する。まず基板として１．１ｍｍ厚の
石英基板を用意し、２００ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜
（ＳｉＯＮ膜）を設け、その上にアモルファスシリコン
膜を成膜した。さらに、アモルファスシリコン膜をパタ
ーニングして島状半導体膜とした。このとき、島状半導
体膜は図１５（Ｂ）に示すように連続的に形状が変化す
る部分を有するように形成した。

【０１７７】次に、実施例１において図９を用いて説明
した構成に従って島状半導体膜のレーザー結晶化を行っ
た。このとき、反射体としては、シリコン基板上に窒化
タングステン膜を形成したものを用いた。また、反射体
と石英基板との間には１５０μmの隙間を空けた。

【０１７８】この状態で島状半導体膜に対して室温、大
気雰囲気中でエキシマレーザー光を照射した。エキシマ
レーザー光は光学系により断面形状を線状（０．４ｍｍ
×１６０ｍｍ）に変形し、基板の一端から他端まで走査
した。また、走査速度は１ｍｍ／ｓとし、エネルギー密
度は３５３ｍＪ／ｃｍ²、パルス幅は３０ｎｓ、繰り返
し周波数は３０Ｈｚ、重ね合わせ率は９０％とした。こ
れにより一カ所に２０ショットのレーザー光を照射する
ことができた。

【０１７９】ここで本実施例に従って結晶化させたポリ
シリコン膜のＳＥＭ写真を図２１に示す。なお、図２１
はセコ・エッチング後の状態である。このセコ・エッチ
ングはフッ化水素酸溶液５０ｃｃと水２５ｃｃと１．１
４ｇのクロム酸カリウム（二価）とを加えた室温のエッ
チャントを用いた。

【０１８０】その結果、図２１のＳＥＭ（Scanning Ele
ctron Microscopy）により観察した写真に示すように、
島状半導体膜の形状が連続的に変化する部分において、
大きな粒径の結晶が確認された。この結果は本発明の効
果を立証するものと考える。

【０１８１】

【発明の効果】本発明によれば、非晶質半導体膜をレー
ザー光により結晶化する際、結晶成長の起点となる結晶
核の位置を制御することが可能となり、所望の位置に結
晶粒径の十分に大きい結晶粒を形成することができる。

【０１８２】その結果、ＴＦＴの活性層（島状半導体
膜）のうち、少なくともチャネル形成領域の内部に含ま
れる結晶粒界の本数を１本、望ましくは０本とすること
が可能となり、結晶粒界に起因するＴＦＴの電気特性の
低下やバラツキを改善することが可能である。

【０１８３】さらに、ＴＦＴで形成された半導体装置及
びその半導体装置を用いた電子装置の性能を大幅に向上
させうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レーザー結晶化の様子を示す図。

【図２】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の作
製工程を示す図。

【図３】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の作
製工程を示す図。

【図４】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の作
製工程を示す図。

【図５】 ＣＭＯＳ回路の作製工程を示す図。

【図６】 画素ＴＦＴの作製工程を示す図。

【図７】 レーザー装置の構成を示す図。

【図８】 レーザー装置の光学系の構成を示す図。

【図９】 レーザーアニールの方法を示す図。

【図１０】 画素構造を示す図。

【図１１】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断
面構造を示す図。

【図１２】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の上
面構造を示す図。

【図１３】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜
視図。

【図１４】 レーザー装置の光学系の構成を示す図。

【図１５】 島状半導体膜の形状を示す図。

【図１６】 島状半導体膜の形状を示す図。

【図１７】 島状半導体膜の形状を示す図。

【図１８】 アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構
造を示す図。

【図１９】 電子装置の一例を示す図。

【図２０】 プロジェクターの一例を示す図。

【図２１】 島状半導体膜の結晶粒を示すＳＥＭ写真。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/336 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｇ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャネル形成領域またはチャネル形成領域
   の近傍に、凸部または凹部を有する活性層を含むＴＦＴ
   を用いたことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】チャネル形成領域またはチャネル形成領域
   の近傍に、凸部または凹部を有し、且つ、前記チャネル
   形成領域に含まれる結晶粒界の本数が０本もしくは１本
   である活性層を含むＴＦＴを用いたことを特徴とする半
   導体装置。
3. 【請求項３】チャネル形成領域またはチャネル形成領域
   の近傍に、凸部または凹部を有し、且つ、前記チャネル
   形成領域をチャネル幅の方向に横切る結晶粒界の本数が
   ０本または１本である活性層を含むＴＦＴを用いたこと
   を特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】半導体膜にレーザー光を照射することによ
   り該半導体膜を結晶化する工程を有する半導体装置の作
   製方法において、 前記半導体膜の一部であって後のチャネル形成領域を含
   む領域に、凸部または凹部を形成する工程と、 前記凸部または凹部を形成した半導体膜にレーザー光を
   照射する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】半導体膜にレーザー光を照射することによ
   り該半導体膜を結晶化する工程を有する半導体装置の作
   製方法において、 前記半導体膜の一部であって後のチャネル形成領域を含
   む領域に、凸部または凹部を形成する工程と、 前記凸部または凹部を形成した半導体膜の表面及び裏面
   にレーザー光を照射する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】島状の半導体膜にレーザー光を照射するこ
   とにより該半導体膜を結晶化する工程を有する半導体装
   置の作製方法において、 前記島状の半導体膜を形成する際、後のチャネル形成領
   域を含む領域に凸部または凹部を形成する工程と、 前記凸部または凹部を形成した島状の半導体膜にレーザ
   ー光を照射する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】島状の半導体膜にレーザー光を照射するこ
   とにより該半導体膜を結晶化する工程を有する半導体装
   置の作製方法において、 前記島状の半導体膜を形成する際、後のチャネル形成領
   域を含む領域に凸部または凹部を形成する工程と、 前記凸部または凹部を形成した島状の半導体膜の表面及
   び裏面にレーザー光を照射する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 【請求項８】請求項５または請求項７において、前記半
   導体膜の表面側に照射されるレーザー光の実効エネルギ
   ー強度（Ｉ₀）と前記半導体膜の裏面側に照射されるレ
   ーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ₀'）との間に０＜Ｉ
   ₀'／Ｉ₀＜１または１＜Ｉ₀'／Ｉ₀の関係があることを特
   徴とする半導体装置の作製方法。
9. 【請求項９】請求項４乃至請求項８のいずれか一に記載
   された作製方法で作製されたことを特徴とする半導体装
   置。
10. 【請求項１０】請求項１乃至請求項３または請求項９の
    いずれか一に記載された半導体装置を用いたことを特徴
    とする電子装置。