JP2004104110A - 薄膜トランジスタ及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　Ｎｉを代表とする金属元素は、ＴＦＴのデバイス特性に悪影響を及ぼすため、それらを除去する工程（以下、ゲッタリング工程と表記する）が設けられていた。しかし以上のようなゲッタリング工程により、工程数が増え、コストが増加する欠点がある。そこで本発明は、ゲッタリング工程を必要としない結晶性半導体膜の作製方法を提供する。
【解決手段】　本発明のＴＦＴは結晶性半導体膜中の金属元素、代表的にはＮｉの濃度を４×１０¹⁶atoms/cm³未満、具体的には５×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³、好ましくは７×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³とすることを特徴とする。そして本発明は、非晶質半導体膜中の酸素濃度を１×１０²⁰atoms/cm³以上、具体的には５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³、好ましくは１×１０²⁰〜６×１０²⁰atoms/cm³とすることで、低濃度の金属元素であっても結晶化することを可能とし、ゲッタリング工程を不要とする。

Description

　本発明は、薄膜トランジスタ及びその作製方法に係り、また薄膜トランジスタを備えた半導体装置、具体的には液晶表示装置、ＥＬ表示装置、及びその他の表示装置並びにそれらの作製方法に係る。

　最近、薄膜トランジスタを用いた高性能な半導体装置（具体的には液晶表示装置、ＥＬ表示装置その他の表示装置）に関して研究が進められている。特に、高速性や高機能性が要求される半導体装置においては、高移動度を有する薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと表記する）を実現する必要があり、その半導体膜の結晶性を改善する方法として、半導体膜にニッケル元素（Ｎｉ）を代表とする結晶性を促進させる金属元素を添加、成膜又は塗布し、その後加熱して結晶性半導体膜を形成する結晶化工程が行われている。

　このような結晶化の工程において、Ｎｉを代表とする結晶化を促進する金属元素を用いることで、大粒径の結晶性半導体膜が得られ、更には粒界と粒界とが繋がる確率が高く、粒内欠陥が少ない結晶性半導体膜が得られた。

　しかし、Ｎｉを代表とする金属元素は、ＴＦＴのデバイス特性（電気特性）に悪影響を及ぼすため、それらを除去する工程（以下、ゲッタリング工程と表記する）が設けられていた。ゲッタリング工程は半導体中に取り込まれた金属不純物が、何らかのエネルギーでゲッタリングサイト（ゲッタリングシンク）に偏析して、素子の能動領域の不純物濃度を低減させる技術として知られている。

　それは、エクストリンシックゲッタリング(Extrinsic Gettering)とイントリンシックゲッタリング(Intrinsic Gettering)の二つに大別されている。エクストリンシックゲッタリングは外部から歪場や化学作用を与えてゲッタリング効果をもたらすものである。一方、イントリンシックゲッタリングは単結晶シリコンウエハーの内部に生成された酸素が関与する格子欠陥の歪場を利用したものとして知られている。

　具体的なゲッタリング工程の例としては、希ガス元素（希ガス）を添加した不純物領域を形成し、加熱処理により前記不純物領域に半導体膜に含まれる金属元素を偏析させゲッタリングを行っている（例えば、特許文献１参照）。また、引張応力が所定の値以上である物質を基板上の半導体に接して形成することにより、前記半導体中の不純物元素を前記物質中にゲッタリングさせる（例えば、特許文献２参照）。

　　このように、ゲッタリング工程をはじめとする様々な工程を経た後、結晶性半導体膜を得ることができる。
特開２００２−２０３７８９号公報 特開２００１−２２３２１９号公報

　しかし以上のようなゲッタリング工程により、工程数が増え、コストが増加する欠点がある。そのため、ゲッタリング工程を必要としない結晶性半導体膜の作製方法が求められていた。

　そこで、本発明はＮｉを代表とする金属元素を用いた半導体膜の結晶化工程において、ゲッタリング工程を不要とする結晶性半導体膜の作製方法やＴＦＴの作製方法を提供することを課題とする。

　また、本発明を用いて作製されたＴＦＴ及びそれらを備えた半導体装置（具体的には液晶表示装置、ＥＬ表示装置その他の表示装置）を提供することを課題とする。

　上記課題を鑑み、本発明者は、結晶化のプロセスに使用する結晶化を助長する（促進させる）金属元素（以下、単に金属元素と表記する）の濃度を低減させる点に着目した。すなわち、ＴＦＴのデバイス特性に影響がでない程度まで、金属元素の濃度を低減した状態で結晶化を行うことができれば、ゲッタリング工程を削除できるのではないかと考えた。

　そこで、本発明のＴＦＴは結晶性半導体膜中の金属元素、代表的にはＮｉ濃度を４×１０¹⁶atoms/cm³未満とすることを特徴とする。また本発明における、具体的なＮｉ濃度は５×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³、好ましくは７×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³とする。なお本発明において、金属元素はニッケル元素以外に、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）などがあり、これらから選ばれた一種又は複数種を用いることができうる。

　且つ本発明は、非晶質半導体膜中の酸素濃度を５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³、好ましくは１×１０²⁰〜６×１０²⁰atoms/cm³とすることで、低濃度の金属元素であっても結晶化することを可能とする。なお、非晶質半導体膜中の酸素濃度は結晶化後において差が生じないため、結晶性半導体膜中の酸素濃度は５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³、好ましくは１×１０²⁰〜６×１０²⁰atoms/cm³ということができる。

　また本発明は、結晶性半導体膜の金属濃度を制御するために、非晶質半導体膜に添加される金属元素の濃度を制御することを特徴とする。具体的には、微量の金属元素のイオンをイオン注入により非晶質半導体膜に入注したり、金属元素を含有する水蒸気雰囲気中で非晶質半導体膜を加熱したり、金属元素を含有する水溶液を非晶質半導体膜上に塗布し、その後洗浄したりすることにより制御することを特徴とする。

　また本発明は、非晶質半導体膜の酸素濃度を制御するために、非晶質半導体膜の形成時に酸素濃度を制御することを特徴とする。具体的には、減圧ＣＶＤ法（以下、ＬＰＣＶＤ法と表記する）やプラズマＣＶＤ法（以下、ＰＣＶＤ法と表記する）を用い、原料ガスに微量な酸素を含むガス（例えば酸素ガス、酸化窒素ガスや水蒸気）を含有させることを特徴とする。また、成膜装置の基板温度、成膜圧力、ＲＦ電源を制御してもよい。

　また、本発明の半導体膜の結晶化工程においては、加熱、レーザ光照射、磁場エネルギー又は高出力マイクロ波等を使用してもよいし、それらを合わせて使用しても構わない。

　このように本発明は、結晶性半導体膜、例えば結晶性珪素膜中の金属元素、代表的にはＮｉ濃度を４×１０¹⁶atoms/cm³未満、具体的には５×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³、好ましくは７×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³とし、非晶質半導体膜、例えば結晶性珪素膜中の酸素濃度を５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³、好ましくは１×１０²⁰〜６×１０²⁰atoms/cm³とすることにより、ゲッタリング工程を不要とすることができる。従って、ＴＦＴ、更にはＥＬ表示装置や液晶表示装置の作製工程のスループットを向上でき、コストを削減することができる。

　このような本発明は、非晶質半導体膜中の酸素濃度を低減させた状態において、低濃度の金属元素で結晶化工程を行うことができるためゲッタリング工程を不要とすることができる。従って本発明により、良好な結晶性半導体膜を形成することができ、ゲッタリング工程を設けなくとも、デバイス特性のよいＴＦＴを提供することが可能となる。そして更には、それらＴＦＴを備えた半導体装置（具体的には液晶表示装置、ＥＬ表示装置その他の表示装置）を提供することができる。

　以下の実施の形態で、本発明を詳細に説明する。
　（実施の形態１）

　本実施の形態では、結晶性半導体膜として結晶性珪素膜中の金属元素濃度と、非晶質半導体膜として非晶質珪素膜中の酸素濃度、及び本発明により形成された結晶性珪素膜の結晶粒径について、実験に基づいて説明する。

　まず本発明者は、ＴＦＴのデバイス特性に影響がでない程度の金属元素の濃度を見積もるため、ＴＦＴのIoff＿２と、結晶性珪素膜中のＮｉ濃度との関係を求めた。その結果を図１に示す。なお、Ｎｉ濃度を測定した手段はＩＣＰ−ＭＳであり、誤差は±５％である。

　図１をみると、結晶性珪素膜中のＮｉ濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³以上では、I off#２の値は高く且つバラツキが大きいが、１．６×１０¹⁶atoms/cm³のとき、I off#２の値は小さくなっていることがわかる。このとき、異常点もほとんど出なくなっており、バラツキも抑えられている。

　以上のことから、結晶性珪素膜中のＮｉ濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³未満で、珪素膜を結晶化することができれば、ＴＦＴのデバイス特性に影響がでないためゲッタリング工程の必要性がないと考えられる。

　すなわち、結晶性珪素膜中のＮｉを代表とする金属元素の濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³未満、具体的には５×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³、好ましくは７×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³で結晶化を行えば、ゲッタリング工程は不要となりうる。

　このようにＮｉ濃度を低減させて珪素膜の結晶化を行う場合の結晶方位について、参考データである図１２を参照して説明する。なお参考データとしたのは、測定試料として、ＰＣＶＤ法を用いて形成した非晶質珪素膜に、Ｎｉ水溶液をそれぞれ２、３、５、１０ppm添加し、５００℃、１時間で加熱後、５３０℃、１０時間で加熱して結晶性珪素膜としたものを使用しており、本発明の濃度と多少ずれがあるためである。

　図１２をみると、Ｎｉ濃度が減少するにつれ、｛１１０｝比率が減少し、｛１１１｝比率が増加することがわかる。特に、Ｎｉ水溶液が３ppm以下では、｛１１０｝比率と｛１１１｝比率とが逆となり、｛１１１｝比率が２０％程度となっている。

　従って、本発明のようにＮｉ濃度を低下させた状態で結晶化を行った場合、｛１１１｝比率が高く、２０％以上である構成が想到される。また｛１１１｝においては、ＴＦＴの電子移動度及び正孔移動度の値にバラツキがほとんどないため、｛１１１｝比率の高い結晶性珪素膜ではＴＦＴの活性層を設ける配置決めの自由度が高くなる。

　また、上述したような低濃度の金属元素における珪素膜の結晶化について検討するため、非晶質珪素膜中の酸素濃度と結晶化した結晶粒径との関係を求めた。その結果を図２に示す。

　図２をみると、非晶質珪素膜中の酸素濃度が高いと、結晶粒が小さくなっていくことがわかる。これは、非晶質珪素膜中の酸素濃度が高くなるにつれ、結晶核となるＮｉＳｉ₂（ニッケルシリサイド）が形成される頻度（確率）が高くなり、多くの結晶核から結晶成長が始まることが要因として考えられる。

　また図７に、結晶粒をＳＥＭとＥＢＳＰ法で観察した参考結果を示す。図７では、図２にプロットした点における酸素濃度がそれぞれ３．０×１０¹⁷、６．０×１０¹⁷、６．５×１０¹⁷、９．０×１０¹⁷atoms/cm³である非晶質珪素膜をＬＰＣＶＤ法により形成し、Ｎｉ水溶液５ｐｐｍを塗布し、４５０℃１時間で加熱し、更に６００℃１２時間で加熱して形成された結晶性珪素膜を観察試料としている。このとき、セコ・エッチング法で粒界及び非晶質領域をエッチング除去した結晶性珪素膜を観察している。なお本実験において、酸素濃度が低濃度であっても結晶化する理由は、Ｎｉ濃度がある程度高いためである。

　ここで、ＥＢＳＰ法について説明する。ＥＢＳＰ（Electron BackScatter diffraction Pattern：反射電子線回折パターン）法は、結晶質半導体膜の表面の結晶方位を解析する手法であり、各測定ポイントの結晶粒が向いている結晶方位を色別に表したり、ある測定ポイントに着目し、隣接するポイントにおいて、測定者の設定した結晶方位のずれ角（許容ずれ角）の範囲内である領域を区別して表したりできる。許容ずれ角は測定者が自由に設定することが可能であるが、一般的な許容ずれ角の設定値は１５°であり、あるポイントに着目したときに隣接するポイントの結晶方位のずれ角が１５°以下の範囲内である領域をドメインと呼ぶ。微視的にみると、ドメインは複数の結晶粒から形成されているが、結晶方位の許容ずれ角が小さいため、巨視的には１つの結晶粒と見なすことができるのである。

　図７からも、酸素濃度が増すにつれて結晶粒の平均粒径が小さくなっていることがみてとれる。

　以上の図２及び図７から、非晶質珪素膜中の酸素濃度が高ければ、結晶粒が小さくなり、結晶核が形成される頻度（確率）が上がることがわかる。つまり非晶質珪素膜中の酸素濃度が高いほど、結晶化しやすくなると考えられる。

　但し、非晶質珪素膜中の酸素濃度を多くしすぎると（一般的には酸素濃度が１０²¹atoms/cm³を越える場合）酸化珪素膜となってしまうので注意が必要である。

　一方、Ｎｉ濃度を低減させた状態で酸素濃度を低減させる（酸素濃度が５×１０¹⁸〜１×１０¹⁹atoms/cm³程度）場合、結晶化工程において良好な結晶性を得られないことがある。これは、十分な酸素及びＮｉが珪素膜材料であるシリコンへ供給されないため、非晶質膜が残ってしまうことが原因であると考えられる。

　以上のことを踏まえ、本発明者は非晶質珪素膜中の酸素濃度が５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³、好ましくは１×１０²⁰〜６×１０²⁰atoms/cm³であれば、結晶性珪素膜のＮｉ濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³未満、具体的には５×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³、好ましくは７×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³であっても結晶化が行えることを見出した。

　すなわち本実施の形態は、非晶質珪素膜中の酸素濃度が５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³、好ましくは１×１０²⁰〜６×１０²⁰atoms/cm³であって、結晶性珪素膜中の金属元素、代表的にはＮｉ濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³未満、具体的には５×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³、好ましくは７×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³であることを特徴とする。その結果、本発明のＴＦＴ作製工程において、ゲッタリング工程を不要とすることができ、工程のスループットを向上させることが可能となる。
　（実施の形態２）

　本実施の形態では、本発明を用いて形成されたＴＦＴを有するアクティブマトリクス基板の作製方法について説明する。なお、アクティブマトリクス基板は複数のＴＦＴを有しているが、ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴを有する駆動回路部とｎチャネル型ＴＦＴを有する画素部とを有する場合で説明する。

　まず、図３（Ａ）に示すように絶縁表面を有する基板３０１上に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層や酸化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜との積層といった絶縁膜の積層からなる下地絶縁膜３０２をスパッタ法やＣＶＤ法を用いて形成する。また、下地絶縁膜として２層構造を用いてもよいし、前記絶縁膜の単層膜又は２層以上積層させた構造を用いてもよい。なお本実施の形態では、下地絶縁膜の一層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ及びＨ₂を反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜３０２ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）形成する。ここでは、膜厚５０nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。次いで、下地絶縁膜のニ層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ₄及びＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜３０２ｂを５０〜２００nm（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。ここでは、膜厚１００nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。

　次いで、図３（Ｂ）に示すように、下地膜３０２上に半導体膜３０３を形成する。半導体膜は非晶質構造を有する珪素を含む非晶質半導体膜であり、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法又はプラズマＣＶＤ法等により成膜すればよい。このとき成膜方法は、非晶質半導体膜の酸素濃度を制御できれば、どのような方法を用いても構わない。例えば、原料ガスに微量な酸素、二窒化酸素、窒化酸素や水蒸気といった酸素を含むガスを含有させればよい。また反応装置において基板の温度を２００〜２８０℃としたり、反応容器内の圧力を０．３〜２Torr（３９．９〜２６６Pa）としたり、ＲＦ電源を３０〜１５０Wに設定したりしてもよい。なお本実施の形態では、原料ガスにシラン（ＳｉＨ₄）とヘリウム（Ｈｅ）にＮ₂Ｏを混合させた混合ガスを用いて、流量をシラン１００ｓｃｃｍ、Ｎ₂Ｏ５０ｓｃｃｍとして、ＰＣＶＤ法により非晶質珪素膜を形成する。また、反応容器内の圧力は０．４５Torr（５９．８５Pa）、ＲＦ電源を１８W、周波数１３．５６MHzとし、基板の温度を２００〜２５０℃に保持して成膜を行う。

　その後、非晶質半導体膜３０３に金属元素を添加する。ここで添加とは、少なくとも結晶化を行う非晶質半導体膜の表面に金属元素が接するようにすることをいう。例えば、非晶質半導体膜上にスピンコーティング法やディップ法という塗布方法によりＮｉ溶液（水溶液や酢酸溶液を含む）を塗布し、必要があれば洗浄し、Ｎｉを含む膜（但し、極めて薄いため膜として観測できない場合もある）を形成する。このとき非晶質半導体膜の表面の濡れ性を改善し、非晶質半導体膜の表面全体に水溶液を行き渡らせるため、酸素雰囲気中でのＵＶ光の照射、熱酸化法、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水又は過酸化水素による処理等により、酸化膜を１０〜５０Åに成膜することが望ましい。また、イオン注入法によりＮｉイオンを非晶質半導体膜中に注入したり、Ｎｉを含有する水蒸気雰囲気中で加熱したり、ターゲットをＮｉ材料としてＡｒプラズマでスパッタリングしてもよい。すなわち、結晶性半導体膜となるときのＮｉ濃度を制御できれば、どのような方法でも構わない。なお本実施の形態では、オゾン水を用いて非晶質珪素膜上に薄い酸化膜を形成し、０．５〜５ｐｐｍのＮｉ含有水溶液をスピンコーティング法により塗布する。その後、過剰に付着したＮｉを除去するために水洗し、Ｎｉの添加量が所望の値（０．０５ｐｐｍ程度以下、具体的には０．０１〜０．０５ｐｐｍ）とし、Ｎｉ水溶液膜３０４（但し、極めて薄いため膜として観測できない）を形成する。

　その後、５００〜５５０℃で８〜２０時間かけて熱処理を行い、非晶質半導体膜を結晶化する。このとき加熱温度を変化させて結晶化すると好ましく、最初の加熱工程により、非晶質半導体膜の水素等が出てくるため、結晶化の際の膜荒れを低減することができる。また、磁場をかけてその磁気エネルギーで結晶化させてもよいし、高出力マイクロ波を使用しても構わない。なお、本実施の形態では、５００℃で１時間熱処理後、５５０℃４時間で熱処理を行う。

　そして更に、レーザ光を照射し、結晶化を促進すると好ましい。また、レーザ光には、パルス発振型又は連続発光型のエキシマレーザやＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザを用いることができる。これらのレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザ光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数３０Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を２００〜６００mJ/cm²(代表的には４００〜５５０mJ/cm²)とする。また、ＹＡＧレーザを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数１〜１０ｋＨｚとし、レーザーエネルギー密度を３００〜６００mJ/cm²(代表的には３５０〜５００mJ/cm²)とすると良い。そして幅１００〜１０００μｍ、例えば４００μｍで線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、このときの線状レーザ光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９８％として行えばよい。このとき、基板を浮上させて走査し、結晶性半導体膜の全面にレーザ光を照射すると好ましい。なお、本実施の形態ではパルス発振型のエキシマレーザを用いて、３０Ｈｚ、４７０〜５２０mJ/cm²で照射し、結晶化の促進を行う。

　そして、結晶性半導体膜にボロンを添加する（これをチャネルドープという）。ここでのボロン添加は必ずしも必要でないが、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手段として好適に用いることができる。

　その後、図３（Ｃ）に示すように、所望の形状にパターニングして、島状半導体膜３０５を形成する。半導体膜の厚さは２５〜８０nm（好ましくは３０〜６０nm）の厚さで形成する。

　次いで、図３（Ｄ）に示すように、フッ酸を含むエッチャントで半導体層の表面を洗浄し、半導体層を覆うゲート絶縁膜３０６を形成する。ゲート絶縁膜３０６はプラズマＣＶＤ法又はスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。なお、本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により１１５nmの厚さで酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。勿論、ゲート絶縁膜は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又は積層構造として用いても良い。

　次いで、図３（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜上に膜厚２０〜１００nmの第１の導電膜と、膜厚１００〜４００nmの第２の導電膜とを積層して形成する。第１の導電膜及び第２の導電膜はＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、第１の導電膜及び第２の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、２層構造に限定されず、例えば、膜厚５０nmのタングステン膜、膜厚５００nmのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０nmの窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、第１の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第２の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、第３の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層構造であってもよい。なお、本実施の形態では、ゲート絶縁膜３０６上に膜厚５０nmの窒化タンタル膜３０７、膜厚３７０nmのタングステン膜３０８を順次積層して形成する。

　その後、以下に示す手順でパターニングを行って各ゲート電極及び各配線を形成する。ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することにより、第１の導電膜及び第２の導電膜を所望のテーパー形状にエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄もしくはＣＣｌ₄などを代表とする塩素系ガス、ＣＦ₄、ＳＦ₆もしくはＮＦ₃などを代表とするフッ素系ガス又はＯ₂を適宜用いることができる。本実施の形態では、レジストからなるマスクを形成した後、第１のエッチング及び第２のエッチングを行う。

　第１のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０sccmとし、１Paの圧力でコイル型の電極に７００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、基板側（試料ステージ）に１５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第１のエッチング条件によりＷ膜のみをエッチングして端部を角度が１５〜４５°のテーパー形状とする。

　この後、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチングを行う。第２のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０sccmとし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第２のエッチングの条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。

　次いで、レジストからなるマスクを除去せずに、ゲート電極をマスクとして半導体膜に導電型を付与する不純物元素を添加する第１のドーピング処理を行う。第１のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えば良い。ｎ型を付与する不純物元素として、典型的にはリン（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）を用いる。自己整合的に第１の不純物領域（ｎ⁺領域）３０９が形成される（図３（Ｆ）参照）。第１の不純物領域には１×１０²⁰〜１×１０²¹/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。

　次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第３のエッチングを行う。ここでは、第３のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０sccmとし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。

　この後、レジストからなるマスクを除去せずに第４のエッチングを行う。第４のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、それぞれのガス流量比を２０／２０／２０sccmとし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第３のエッチング及び第４のエッチングにより、Ｗ膜及びＴａＮ膜を異方性エッチングする。また、エッチングガスに酸素を含ませることにより、Ｗ膜とＴａＮ膜とのエッチング速度に差をつけ、Ｗ膜のエッチング速度をＴａＮ膜のエッチング速度よりも速くする。そして、図３（Ｇ）に示すように、第１の導電膜で覆われていないゲート絶縁膜はエッチングされ薄くなる。この段階で第１の導電膜（ＴａＮ膜）３０７’を下層とし、第２の導電膜（Ｗ膜）３０８’を上層とするゲート電極が形成される。

　次いで、レジストからなるマスクを除去せずにゲート電極をマスクとして半導体膜に導電型を付与する不純物元素を添加する第２のドーピング処理を行う。第２のドーピング処理はイオンドープ法、又はイオン注入法で行えばよい。本実施の形態では、イオンドープ法を用い、フォスフィン（ＰＨ₃）を水素で５％に希釈したガスを流量３０sccmとし、ドーズ量を１．５×１０¹⁴atoms/cm²とし、加速電圧を９０KeVとして行う。レジストからなるマスクと第２の導電膜とがマスクとなり、第２のドーピング処理により、ゲート電極と重ならない第２の不純物領域（ｎ^-領域）３１０と、ゲート電極の一部と重なる第３の不純物領域（ｎ^--領域）３１１を形成する。第２の不純物領域３１０には１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。

　次いで、図４（Ａ）に示すようにレジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク３１２を形成して第３のドーピング処理を行う。第３のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層を形成する半導体層にｐ型の導電型を付与する不純物元素（ボロンなど）が添加された第３の不純物領域、第４の不純物領域、第５の不純物領域が形成される。また、第３の不純物領域には１×１０²⁰〜１×１０²¹/cm³の濃度範囲でｐ型を付与する不純物元素が添加されるように適宜条件を設定する。なお、第３の不純物領域には先の工程でリン（Ｐ）が添加された領域（ｎ⁺領域）であるが、ｐ型を付与する不純物元素の濃度がその１．５〜３倍添加されているため導電型はｐ型となっている。ここでは、第３の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をｐ⁺領域とも呼ぶ。

　また、第４の不純物領域は第２の導電膜のテーパー部と重ならない領域に形成される領域であり、１×１０¹⁸〜１×１０²⁰/cm³の濃度範囲でｐ型を付与する不純物元素が添加されるように適宜条件を設定する。第４の不純物領域も、先の工程でリン（Ｐ）が添加された領域（ｎ^-領域）であるが、ｐ型を付与する不純物元素の濃度がその１．５〜３倍添加されているため導電型はｐ型となっている。ここでは、第４の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をｐ^-領域とも呼ぶ。

　また、第５の不純物領域も、先の工程でリン（Ｐ）が添加された領域（ｎ^--領域）であるが、ｐ型を付与する不純物元素の濃度がその１．５〜３倍添加されているため導電型はｐ型となっている。ここでは、第２の導電膜のテーパー部と重なる第５の不純物領域をｐ^--領域とも呼ぶ。

　以上までの工程で、それぞれの半導体層にｎ型又はｐ型の導電型を有する不純物領域が形成される。

　不純物領域を形成した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、又はレーザ光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜３００℃の雰囲気中において、表面又は裏面からエキシマレーザを用いて不純物元素を活性化させる。ＹＡＧレーザはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段であるため、本実施の形態では、ＹＡＧレーザの第２高調波を照射して活性化を行う。

　次いで、図４（Ｂ）に示すように、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコンなどの絶縁膜からなる第１のパッシベーション膜３１３を形成する。本実施の形態ではプラズマＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を１００nmの厚さに形成する。その後、クリーンオーブンを用いて、３００〜５５０℃で１〜１２時間加熱し、半導体膜の水素化を行う。本実施の形態では、窒素雰囲気中で４１０℃、１時間加熱する。この工程は、第１のパッシベーション膜３１３に含まれる水素により、半導体層のダングリングボンドを終端することができる。また、水素化と共に上述の不純物領域の活性化処理を同時に行うことも可能である。

　その後、図４（Ｃ）に示すように第１のパッシベーション膜上に有機絶縁物材料からなる第１の層間絶縁膜を形成する。有機絶縁物材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。なお、第１の層間絶縁膜に感光性有機樹脂を用いた場合、フォトリソフラフィ工程による露光処理により感光性有機樹脂をエッチングすると曲率を有する第１の開口部を形成することができる。なお、第１の層間絶縁膜にポジ型の感光性有機樹脂を用いる場合、ポジ型の感光性樹脂は茶色に着色しているため、エッチング後に感光性有機樹脂の脱色処理を行う必要がある。なお、本実施の形態では第１の層間絶縁膜３１４として、厚さ１．０５μmの感光性アクリル樹脂膜を形成する。この後、第１の層間絶縁膜３１４上に窒化絶縁膜（代表的には、窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜）からなる第２のパッシベーション膜３１５を形成する。成膜条件としては、高周波放電によるスパッタ法で、シリコンターゲットを用い、スパッタガスとして窒素気体を用いればよい。圧力は適宜設定すれば良いが、０．５〜１．０Pa、放電電力は２．５〜３．５KW、成膜温度は室温（２５℃）〜２５０℃の範囲内であればよい。窒化絶縁膜からなる第２のパッシベーション膜３１５を形成することにより、第１の層間絶縁膜から発生する脱ガスを抑制することができる。

　次に、図４（Ｄ）に示すように、第２のパッシベーション膜３１５、第１の層間絶縁膜３１４、第１のパッシベーション膜３１３、ゲート絶縁膜３０６を順にエッチングし、曲率（なだらかな内壁）を有する開口部を形成する。このような曲率を有する開口部を形成することは、後に形成する電極の被覆率（カバレッジ）がよくなるという効果がある。このときのエッチング処理は、ドライエッチング処理でもウエットエッチング処理でもよい。なお、本実施の形態では、ＣＦ₄とＯ₂とＨ₂との混合ガスを用いたドライエッチングにより第２のパッシベーション膜３１５及び第１の層間絶縁膜３１４をエッチングし開口部を形成する。次いで同一の処理装置において、ＣＨＦ₃とＡｒとの混合ガスを用いたドライエッチングにより第１のパッシベーション膜３１３及びゲート絶縁膜３０６をエッチングし開口部を形成する。

　次に、開口部に金属膜を形成し、金属膜をエッチングしてソース電極及びドレイン電極、各配線（図示しない）を形成する。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いればよい。なお本実施の形態では、チタン膜／チタンーアルミニウム合金膜／チタン膜（Ｔｉ/Ａｌ−Ｓｉ/Ｔｉ）をそれぞれ１００／３５０／１００nmに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングしてソース電極、ドレイン電極３１６及び各配線（図示しない）を形成する。

　その後、電極（ＥＬ表示装置の場合は陽極又は陰極となり、液晶表示装置の場合は画素電極となる）を形成する。電極には、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂等の透明導電膜を用いたり、反射型の液晶表示装置の場合はＡｌ等の金属膜を用いたりすることができる。なお本実施の形態では、ＩＴＯを１１０nm成膜し、所望の形状にエッチングすることで電極３１７を形成する。

　以上のような工程により、ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板が完成する。

　このように本発明は、ゲッタリング工程を必要とせず、良好な結晶性半導体膜、例えば結晶性珪素膜を有し、デバイス特性のよいＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板を提供することができる。
　（実施の形態３）

　本実施の形態では、実施の形態２と異なり、比較的高温に耐えられる石英基板上に形成されるアクティブマトリクス基板の作製方法を説明する。なお、実施の形態２と同様に、ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴを有する駆動回路部とｎチャネル型ＴＦＴを有する画素部について説明する。なお、半導体膜や各電極は実施の形態２で説明した材料から選択して形成すればよい。

　まず、図８（Ａ）に示すように、石英基板８０１を用意する。石英基板はＴＦＴの動作に悪影響を与えるアルカリ金属等の不純物が混入されていないため、それを防止する下地膜を必ずしも必要としない。そして、実施の形態２に記載したいずれかの方法を用いて、石英基板８０１上に非晶質半導体膜を形成する。なお、本実施の形態では原料ガスにジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）（流量２５０sccm）とヘリウム（Ｈｅ）（流量３５０sccm）を用いてＬＰＣＶＤ法により非晶質珪素膜形成する。このとき非晶質珪素膜の酸素濃度を制御するために、Ｈｅに１０〜１０００ppmのＮ₂０を混合する。また、反応容器内の圧力は０．５Torr（６６．５Pa）、反応温度は４３０〜４６０℃として成膜を行う。

　次に、実施の形態２に記載したいずれかの方法を用いて非晶質半導体膜に金属元素を添加（塗布、成膜、注入を含む）する。なお本実施の形態では、イオン原材料にＮｉＣｌ₂（塩化ニッケル）を用いたイオン注入により非晶質珪素膜にＮｉを添加する。このとき、加熱により蒸発されたＮｉＣｌ₂の蒸気を成膜室内の基板に導くようにする。更に蒸着しにくい材料については、その材料に負の電圧を印加し、衝突により生じる原子をイオン化して用いればよい。更に本実施の形態では非晶質珪素膜、つまり結晶性珪素膜中のＮｉ濃度を制御するために、注入するエネルギーは５ＫｅＶ、注入量は１×１０¹²〜１×１０¹³個／cm²とする。

　その後、４５０℃、１時間で熱処理を行って、非晶質半導体膜中の水素等のガスを出し、６００℃、８時間で熱処理を行って結晶性半導体膜、つまり結晶性珪素膜を形成する。なお、必要に応じて結晶化を促進するために、レーザ光を照射しても構わない。

　次いで、熱酸化によりゲート絶縁膜８０３を形成し、結晶性半導体膜を所望の形状にパターニングする。そして、結晶性半導体膜にボロンを添加する（チャネルドープ）。

　その後、図８（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜上のゲート電極を形成する。本実施の形態では、窒化タンタル（ＴａＮ）８０４とタンタル８０５の積層構成で形成する。

　そして、酸化珪素膜からなるマスクを形成し、不純物領域上に開口部を形成し、リンやボロンといった不純物元素を添加し、ソース領域及びドレイン領域を形成する。なお、ソース領域及びドレイン領域の作製方法は実施の形態２を参照すればよく、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域を適宜設けるとよい。

　その後、窒素雰囲気中で８００℃１時間かけて不純物領域の活性化を行う。本実施の形態では、石英基板を用いているため、このような８００℃という高温で活性化できる。

　次いで、図８（Ｃ）に示すように、窒化珪素からなるパッシベーション膜８０６を形成し、半導体膜の水素化を行う。そして図８（Ｄ）に示すように、パッシベーション膜上にアクリル樹脂材料を用いて第１の層間絶縁膜８０７を形成する。そして、第１の層間絶縁膜にソース領域及びドレイン領域と接続する配線を形成するための開口部を形成する。開口部にチタン（Ｔｉ）とアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）とチタン（Ｔｉ）を積層させたソース配線及びドレイン配線８０８を形成する。

　その後、図８（Ｅ）に示すように、アクリル樹脂材料を用いて第２の層間絶縁膜８０９を形成し、電極８１０（ＥＬ表示装置の場合は陽極又は陰極となり、液晶表示装置の場合は画素電極となる）を形成する。

　以上のような工程により、ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板を完成させる。

　このように本発明は、ゲッタリング工程を必要とせず、良好な結晶性半導体膜、例えば結晶性珪素膜を有し、デバイス特性のよいＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板を提供することができる。
　（実施の形態４）

　本実施の形態では、実施の形態２又は３に示すように形成されたアクティブマトリクス基板に発光素子を設けてＥＬ表示装置（ＥＬ表示モジュール）を形成する例を、図５を用いて説明する。

　まず、実施の形態２又は２で説明した電極３１７又は８１０がＥＬ表示装置の陽極となる場合、仕事関数の大きい金属（Ｐｔ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ）を用いて形成する。なお、本実施の形態では、仕事関数の大きいＩＴＯで形成し、所望の形状にエッチングする。

　次いで、図５（Ａ）に示すように、電極３１７又は８１０の端部を覆う絶縁物（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる）５０１を形成する。絶縁物５０１は、感光性の有機樹脂を用いて形成するとよく、例えば、絶縁物の材料としてネガ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物５０１の上端部に第１の曲率半径を有する曲面を有し、前記絶縁物の下端部に第２の曲率半径を有する曲面を有するように形成することができ、前記第１の曲率半径及び前記第２の曲率半径は、０．２μm〜３μmとすることが好ましい。また更に、絶縁物５０１を窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、又は窒化珪素膜からなる第２の保護膜で覆ってもよい。本実施の形態では、絶縁物５０１の材料としてポジ型の感光性アクリルを用い、更に絶縁物５０１を窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、又は窒化珪素膜からなる第２の保護膜（図示しない）で覆う。

　その後、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系の多孔質体を用いて拭い、ゴミ等の除去を行う。なお本実施の形態では、ベルクリンを用いた拭浄により、ＩＴＯや絶縁膜をエッチングしたときに発生する微粉（ゴミ）を除去することができる。

　次いで発光層（有機化合物を含む層）の蒸着前処理に、全体にＰＥＤＯＴを塗布し、ベークを行ってもよい。このとき、ＰＥＤＯＴはＩＴＯとの濡れ性が良くないため、一旦ＰＥＤＯＴを塗布後、水洗し、再度ＰＥＤＯＴを塗布することが好ましい。その後、減圧雰囲気で加熱を行う。なお、本実施の形態では、ＰＥＤＯＴを塗布後、１７０℃の減圧雰囲気で３０分加熱し、その後３０分かけて自然冷却を行う。

　そして、蒸着装置を用いて、蒸着源を移動させながら蒸着を行う。例えば、真空度が５×１０^-3Torr（０．６６５Pa）以下、好ましくは１０^-4〜１０^-6Torrまで真空排気された成膜室で蒸着を行う。蒸着の際、抵抗加熱により、予め有機化合物は気化されており、蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。気化された有機化合物は、上方に飛散し、メタルマスクに設けられた開口部を通って基板に蒸着され、発光層５０２（正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層を含む）が形成される。

　次いで、上記発光層上に、第２の電極５０３を陰極として形成する。第２の電極５０３は、仕事関数の小さい金属（Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｓ）を含む薄膜を用いて形成すればよい。また更に、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｓ等を含む薄膜上に積層した透明導電膜（ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂Ｏ₃―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層膜で形成すると好ましい。また、陰極の低抵抗化を図るため、絶縁物５０１上に補助電極を設けてもよい。

　ここでは蒸着法により発光層５０２を形成した例を示したが、特に限定されず、塗布法（スピンコート法、インクジェット法など）により高分子からなる発光層を形成してもよい。また、本実施の形態では、有機化合物層として低分子材料からなる層を積層した例を示したが、高分子材料からなる層と、低分子材料からなる層とを積層してもよい。また、ＲＧＢの発光層を形成してフルカラー表示を行っても、単色の発光層を形成し、色変換層やカラーフィルターを用いて、フルカラー表示を行ってもよい。

　なお、ＥＬ表示装置は、光の放射方向で２通りの構造が考えられる。一つは、発光素子からの発光が第２の電極５０３を透過して観測者の目に入る構造である。発光素子からの発光が第２の電極を透過して観測者の目に入る構造とする場合である。もう一つの構造は、発光素子からの発光が電極３１７又は８１０及び基板を透過して観測者の目に入るものである。発光素子からの発光が第１の電極を透過して観測者の目に入る構造とする場合、電極３１７又は８１０は透光性を有する材料を用いることが望ましい。

　以上の工程で第２の電極５０３までを形成した後は、図５（Ｂ）にＥＬ表示装置の全体図を示すように、第１の保護膜５０４として窒化シリコン膜を設け、更に第２の保護膜５０５として紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂その他の樹脂膜を設け、その上にカバー材５０６としてプラスチックフィルムを設けることが挙げられる。なお、プラスチックフィルムは、窒化シリコン膜等の無機絶縁膜で表面を覆い、水分や酸素を透過しないようにしておくことが望ましい。その後更に、異方性導電膜５１１を用いてＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）５１２を用いて外部端子と接続しＥＬ表示装置（ＥＬ表示モジュール）が完成する。

　以上のような本発明により、ゲッタリング工程を不要とすることができ、ＥＬ表示装置の作製工程のスループットを向上でき、コストを削減することができる。
　（実施の形態５）

　本実施の形態では、実施の形態２又は３に示すように形成されたアクティブマトリクス基板に液晶素子を設けて液晶表示装置（液晶表示モジュール）を形成する例を、図６を用いて説明する。

　まず、実施の形態２又は３で説明した電極３１７又は８１０をＩＴＯで形成し透過型の液晶表示装置の画素電極とする。なお、反射型の液晶表示装置の場合、画素電極をＡｌ等の金属膜で形成すればよい。その後、図６（Ａ）に示すように、有機材料を用いて平坦化膜６０１を形成する。このとき無機材料を用いて形成し、CMP等で平坦化してもよい。

　その後、アクティブマトリクス基板上に配向膜６０２を設け、予め用意された対向基板６０４に対向電極６０３を設け、図６（Ｂ）に示すようにシール材６０８を用いて対向基板とアクティブマトリクス基板を貼り合わせた後、その間に液晶６０７を注入して液晶セルを形成する。なお、液晶素子とは、液晶の光学的変調作用により光の透過又は非透過を制御する素子であり、一対の電極及びその間に挟持された液晶で構成される。更に、異方性導電膜６１１を用いてＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６１２を接着して外部端子とすれば良い。

　以上のような本発明により、ゲッタリング工程を不要とすることができ、液晶表示装置の作製工程のスループットを向上でき、コストを削減することができる。

　（実施例１）
　本発明を用いて形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子を備えた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはDigital Versatile Disc（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。特に、斜め方向から画面を見る機会が多い携帯情報端末は、視野角の広さが重要視されているため、発光素子を有する表示装置を用いることが望ましい。それら電子機器の具体例を図９に示す。

　図９（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２００３に用いることができる。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用発光装置が含まれる。

　図９（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２１０２に用いることができる。

　図９（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２２０３に用いることができる。

　図９（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２３０２に用いることができる。

　図９（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。

　図９（Ｆ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２６０２に用いることができる。

　図９（Ｇ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２７０３に用いることができる。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。

　以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また本実施例の電子機器は、実施の形態２から５に示したいずれの構成の画素構造や駆動回路を用いることができる。
　（実施例２）

　実施例１において示した電子機器には、発光素子又は液晶素子が封止された状態にあるパネルに、コントローラ、電源回路等を含むＩＣが実装された状態にあるモジュールが搭載されている。モジュールとパネルは、共に表示装置の一形態に相当する。本実施例では、モジュールの具体的な構成について説明する。

　図１０（Ａ）に、コントローラ１００１及び電源回路１００２がパネル１０００に実装されたモジュールの外観図を示す。パネル１０００には、発光素子が各画素に設けられた画素部１００３と、前記画素部１００３が有する画素を選択する走査線駆動回路１００４と、選択された画素に信号を供給する信号線駆動回路１００５とが設けられている。

　またプリント基板１００６にはコントローラ１００１、電源回路１００２が設けられており、コントローラ１００１または電源回路１００２から出力された各種信号及び電源電圧は、ＦＰＣ１００７を介してパネル１０００の画素部１００３、走査線駆動回路１００４、信号線駆動回路１００５に供給される。

　プリント基板１００６への電源電圧及び各種信号は、複数の入力端子が配置されたインターフェース（I/F）部１００８を介して供給される。

　なお、本実施例ではパネル１０００にプリント基板１００６がＦＰＣを用いて実装されているが、必ずしもこの構成に限定されない。ＣＯＧ(Chip on Glass)方式を用い、コントローラ１００１、電源回路１００２をパネル１０００に直接実装させるようにしても良い。

　また、プリント基板１００６において、引きまわしの配線間に形成される容量や配線自体が有する抵抗等によって、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりすることがある。そこで、プリント基板１００６にコンデンサ、バッファ等の各種素子を設けて、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりするのを防ぐようにしても良い。

　図１０（Ｂ）に、プリント基板１００６の構成をブロック図で示す。インターフェース１００８に供給された各種信号と電源電圧は、コントローラ１００１と、電源電圧１００２に供給される。

　コントローラ１００１は、位相ロックドループ（PLL：Phase Locked Loop）１０１０と、制御信号生成部１０１１と、必要に応じてＡ／Ｄコンバータ１００９及びＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）１０１２、１０１３とを備えている。なお、必要に応じて備えるとは、入力される信号がアナログ信号又はデジタル信号の場合や、パネルの画素構成がアナログ信号又はデジタル信号のいずれかにより制御させる場合によって適宜設けるためである。なお、ＳＲＡＭの代わりに、ＳＤＲＡＭや、高速でデータの書き込みや読み出しが可能であるならばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）も用いることが可能である。

　インターフェース１００８を介して供給されたビデオ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１００９においてパラレル−シリアル変換され、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応するビデオ信号として制御信号生成部１０１１に入力される。また、インターフェース１００８を介して供給された各種信号をもとに、Ａ／Ｄコンバータ１００９においてＨｓｙｎｃ信号、Ｖｓｙｎｃ信号、クロック信号ＣＬＫ、交流電圧（AC Cont）が生成され、制御信号生成部１０１１に入力される

　位相ロックドループ１０１０では、インターフェース１００８を介して供給される各種信号の周波数と、制御信号生成部１０１１の動作周波数の位相とを合わせる機能を有している。制御信号生成部１０１１の動作周波数は、インターフェース１００８を介して供給された各種信号の周波数と必ずしも同じではないが、互いに同期するように制御信号生成部１０１１の動作周波数を位相ロックドループ１０１０において調整する。

　制御信号生成部１０１１に入力された信号がビデオ信号の場合、一旦ＳＲＡＭ１０１２、１０１３に書き込まれ、保持される。制御信号生成部１０１１では、ＳＲＡＭ１０１２に保持されている全ビットのビデオ信号のうち、全画素に対応するビデオ信号を１ビット分づつ読み出し、パネル１０００の信号線駆動回路１００５に供給する。

　また制御信号生成部１０１１では、各ビットの、発光素子が発光する期間に関する情報を、パネル１０００の走査線駆動回路１００４に供給する。

　また電源回路１００２は所定の電源電圧を、パネル１０００の信号線駆動回路１００５、走査線駆動回路１００４及び画素部１００３に供給する。

　次に電源回路１００２の詳しい構成について、図１１を用いて説明する。本実施例の電源回路１００２は、４つのスイッチングレギュレータコントロール１０６０を用いたスイッチングレギュレータ１０５４と、シリーズレギュレータ１０５５とからなる。

　一般的にスイッチングレギュレータは、シリーズレギュレータに比べて小型、軽量であり、降圧だけでなく昇圧や正負反転することも可能である。一方シリーズレギュレータは、降圧のみに用いられるが、スイッチングレギュレータに比べて出力電圧の精度は良く、リプルやノイズはほとんど発生しない。本実施例の電源回路１００２では、両者を組み合わせて用いる。

　図１１に示すスイッチングレギュレータ１０５４は、スイッチングレギュレータコントロール（ＳＷＲ）１０６０と、アテニュエイター（減衰器：ＡＴＴ）１０６１と、トランス（Ｔ）１０６２と、インダクター（Ｌ）１０６３と、基準電源（Ｖｒｅｆ）１０６４と、発振回路（ＯＳＣ）１０６５、ダイオード１０６６と、バイポーラトランジスタ１０６７と、可変抵抗１０６８と、容量１０６９とを有している。

　スイッチングレギュレータ１０５４において外部のＬｉイオン電池（３．６Ｖ）等の電圧が変換されることで、陰極に与えられる電源電圧と、シリーズレギュレータ１０５５に供給される電源電圧が生成される。

　またシリーズレギュレータ１０５５は、バンドギャップ回路（ＢＧ）１０７０と、アンプ１０７１と、オペアンプ１０７２と、電流源１０７３と、可変抵抗１０７４と、バイポーラトランジスタ１０７５とを有し、スイッチングレギュレータ１０５４において生成された電源電圧が供給されている。

　シリーズレギュレータ１０５５では、スイッチングレギュレータ１０５４において生成された電源電圧を用い、バンドギャップ回路１０７０において生成された一定の電圧に基づいて、各色の発光素子の陽極に電流を供給するための配線（電流供給線）に与える直流の電源電圧を生成する。

　なお電流源１０７３は、ビデオ信号の電流が画素に書き込まれる駆動方式の場合に用いる。この場合、電流源１０７３において生成された電流は、パネル１０００の信号線駆動回路１００５に供給される。なお、ビデオ信号の電圧が画素に書き込まれる駆動方式の場合には、電流源１０７３は必ずしも設ける必要はない。

　なお、スイッチングレギュレータ、ＯＳＣ、アンプ、オペアンプは、本発明の薄膜トランジスタを用いて形成することが可能である。

本発明に関する実験結果を示す図。 本発明に関する実験結果を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明のＥＬ表示装置の作製工程を示す図。 本発明の液晶表示装置の作製工程を示す図。 本発明に関する実験結果を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明を用いた電子機器を示す図。 本発明を用いた電子機器のモジュールを示す図。 本発明を用いた電子機器の電源回路を示す図。 本発明に関する実験結果を示す図。

Claims (13)

1. 絶縁表面上に酸素濃度が５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³含むように非晶質珪素膜を形成し、
   前記非晶質珪素膜上に結晶性を促進させる金属元素を添加し、
   前記非晶質珪素膜を加熱して結晶性珪素膜を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
   前記結晶性を促進させる金属元素の添加量を前記結晶性珪素膜における結晶性を促進させる金属元素の濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³未満となるように制御することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
2. 絶縁表面上に酸素濃度が５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³含むように非晶質珪素膜を形成し、
   前記非晶質珪素膜に結晶性を促進させる金属元素を注入し、
   前記非晶質珪素膜を加熱して結晶性珪素膜を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
   前記結晶性を促進させる金属元素の注入量を前記結晶性珪素膜における結晶性を促進させる金属元素の濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³未満となるように制御することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
3. 絶縁表面上に酸素濃度が５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³含むように非晶質珪素膜を形成し、
   前記非晶質珪素膜上に結晶性を促進させる金属元素を含む水溶液を塗布し、
   前記非晶質珪素膜を加熱して結晶性珪素膜を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
   前記結晶性を促進させる金属元素の塗布量を前記結晶性珪素膜における結晶性を促進させる金属元素の濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³未満となるように制御することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
4. 絶縁表面上に、減圧ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により酸素濃度が５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³含むように非晶質珪素膜を形成し、
   前記非晶質珪素膜上に結晶性を促進させる金属元素を含む水溶液を塗布し、
   前記非晶質珪素膜を加熱して結晶性珪素膜を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
   前記結晶性を促進させる金属元素の塗布量を前記結晶性珪素膜における結晶性を促進させる金属元素の濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³未満となるように制御することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
5. 絶縁表面上に、酸素を含む原料ガスを用いて減圧ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により酸素濃度が５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³含むように非晶質珪素膜を形成し、
   前記非晶質珪素膜上に結晶性を促進させる金属元素を含む水溶液を塗布し、
   前記非晶質珪素膜を加熱して結晶性珪素膜を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
   前記結晶性を促進させる金属元素の塗布量を前記結晶性珪素膜における結晶性を促進させる金属元素の濃度が４×１０¹⁶atoms/cm³未満となるように制御することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
6. 　請求項３乃至５のいずれか一において、スピンコーティング法又はディップ法により前記結晶性を促進させる金属元素を含む水溶液を塗布することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
7. 　請求項６において、前記水溶液を塗布後、洗浄することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか一において、加熱により前記結晶性珪素膜を形成した後、レーザ光を照射することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
9. 絶縁表面上に設けられた結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタにおいて、
   前記結晶性半導体膜は４×１０¹⁶atoms/cm³未満の結晶性を促進させる金属元素を有し、且つ５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³の酸素を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
10. 絶縁表面上に設けられた結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタにおいて、
    前記結晶性半導体膜は５×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³の結晶性を促進させる金属元素を有し、且つ５×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³の酸素を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
11. 絶縁表面上に設けられた結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタにおいて、
    前記結晶性半導体膜は７×１０¹⁵〜３×１０¹⁶atoms/cm³の結晶性を促進させる金属元素を有し、且つ１×１０²⁰〜６×１０²⁰atoms/cm³の酸素を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
12. 請求項９乃至１１のいずれか一に記載の薄膜トランジスタを有することを特徴とするＥＬ表示装置。
13. 請求項９乃至１１のいずれか一に記載の薄膜トランジスタを有することを特徴とする液晶表示装置。

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