JP2005229000A

JP2005229000A - 結晶質半導体膜の製造方法、結晶質半導体膜、半導体素子、液晶表示装置、ロジック回路、電子機器および噴霧装置

Info

Publication number: JP2005229000A
Application number: JP2004037534A
Authority: JP
Inventors: Michinori Iwai; 道記岩井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】触媒元素溶液を非晶質半導体膜に添加する際に、スプレーノズルからの液滴が及ぼす処理の均一性の低下を抑制し、ミスト粒径の均一性を低コストで容易に向上させる。
【解決手段】シリコンを含む結晶質半導体膜の作製において、噴霧装置１の噴霧ノズル４により、処理ステージ２に保持されたガラス基板６に向けて、スプレー処理法によりガラス基板６の非晶質半導体薄膜の表面上にミスト状の触媒元素溶液３を噴霧して添加する際に、重力方向に対して反対方向（上方向）のベクトルを含む方向（上方向）に噴霧する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンを含む結晶質半導体膜の作製方法、これにより得られた結晶質半導体膜、この結晶質半導体膜を用いて構成された薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴと略記する）などの半導体素子、その半導体素子を用いた液晶表示装置、その半導体素子を用いたγ補正回路、メモリ回路やクロック発生回路などのロジック回路、それらが組み込まれた電子機器および、この結晶質半導体膜の作製に用いられる噴霧装置に関する。

近年、ガラス基板などの絶縁性基板上にＴＦＴなどの半導体素子を作製して半導体回路を構成する技術が急速に進んでおり、この技術を利用してアクティブマトリクス型液晶表示装置などの電気光学装置が作製されている。

アクティブマトリクス型液晶表示装置には、マトリックス状に配置された複数の画素部を選択するためにＴＦＴなどのスイッチング用素子が画素部毎に設けられており、同一基板上に画素マトリクス表示回路とドライバ回路（駆動回路）とが設けられたモノリシック型液晶表示装置もある。また、上記従来技術を利用して、γ補正回路、メモリ回路およびクロック発生回路などのロジック回路が内蔵されたシステムオンパネルなどの電子機器の開発も進められている。

このようなドライバ回路やロジック回路においては、高速動作を行う必要があるため、ＴＦＴの活性層である半導体層に非晶質シリコン膜を用いることは好ましくなく、現状では多結晶シリコン膜を半導体層としたＴＦＴが主流になりつつある。また、ＴＦＴが作製される基板についても、コスト的に安価なガラス基板の適用が求められており、ガラス基板への適用が可能な低温プロセスの開発が盛んに行われている。

低温プロセス技術としては、ガラス基板上に結晶質シリコン膜を成膜するための技術開発が進められており、例えば特許文献１には、非晶質シリコン膜上への触媒元素の添加技術が公開されている。この特許文献１の従来技術は、非晶質シリコン膜に結晶化を助長する触媒元素をスピン処理法により添加し、熱処理を行って非晶質シリコン膜を結晶化するというものである。この結晶化技術によって、非晶質シリコン膜の結晶化温度を摂氏５０〜１００度程度に引き下げることが可能となり、また、結晶化に要する時間も１／５〜１／１０にまで短縮化することが可能となった。その結果、耐熱性が低いガラス基板を用いて、大きな面積を有する結晶質シリコン膜を成膜することが可能になった。上記低温プロセスで得られた結晶質シリコン膜は、優れた結晶性を有することが実験的に確認されている。

上記スピン処理法による触媒元素の添加技術を利用した非晶質シリコン膜の結晶化技術では、非晶質シリコン膜上に触媒元素を含む溶液（以下、触媒元素溶液と略記）をスピン処理法により添加して、所定量の触媒元素を非晶質シリコン膜の表面に吸着させた後、熱処理を行って結晶質シリコン膜を作製する。

この従来技術は、以下ような特徴を有している。溶液中における触媒元素濃度は、予め厳密に制御することが可能である。溶液と非晶質シリコン膜との表面が接触していれば、触媒元素の非晶質シリコン膜への導入量は、溶液中における触媒元素の濃度に依存するからである。また、非晶質シリコン膜の表面に吸着される触媒元素が結晶化に寄与することになるため、必要最小限度の濃度で触媒元素を導入することができる。半導体装置の信頼性および電気的安定性のためには、結晶質シリコン膜内に含まれる触媒元素の量を極力少なくする必要がある。スピン処理法により触媒元素を添加する場合には、触媒元素の添加量を精密に制御することにより、必要最低限の触媒元素導入量で結晶化を行うことができるため、半導体装置の信頼性および電気的安定性の点で有利である。

上記スピン処理法による触媒元素の添加技術は、実際の添加量よりも多量の触媒元素溶液を基板面に滴下することにより基板上に触媒元素溶液を付着（液盛り）させて、基板を高速でスピンすることにより、滴下された触媒元素溶液を振り切って、所望の量の触媒元素を基板面に添加するものである。このスピン処理法は、触媒元素溶液の触媒元素濃度および基板のスピン速度を調整することにより、厳密に制御された量の触媒元素を容易に添加できるという利点を有している。

しかしながら、上記スピン処理法では、基板上に触媒元素溶液を滴下した後に基板を高速スピンさせて乾燥させるため、基板面への触媒元素溶液の添加量は滴下された触媒元素溶液のごく一部である。よって、大半の触媒元素溶液は処理時に捨てられるという使用効率上の欠点がある。

一方、アクティブマトリクス型液晶表示装置などの製造では、生産性の向上とコスト低減化とが要求されている状況下において、基板の大型化が急速に進行している。例えば、従来は６００ｍｍ×７２０ｍｍまたは６８０ｍｍ×８８０ｍｍの基板が使用されていたが、最近では１ｍ×１ｍ程度の大型基板が採用されている。このような基板の大型化に伴って、上記スピン処理法における触媒元素溶液の使用効率上の欠点は、生産コスト上の大きな問題となることが考えられる。

また、スピン処理装置においては、触媒元素添加処理の均一性を確保するため、基板スピン時に加速度の微調整などが必要になっており、基板の大型化に伴って、触媒元素添加処理の均一性を確保することが益々困難になっている。このような状況の下、スピン処理法では、触媒元素添加処理の均一性の確保と基板の大型化との両立のため、装置価格が高価格になるという問題も懸念されている。

このような問題に対して、非晶質シリコン膜上への触媒元素の添加技術を改善することが進められており、例えば特許文献２において、非晶質シリコン膜上への触媒元素の新たな添加技術が開示されている。

この特許文献２の従来技術では、ロール式処理法、ディップ式処理法およびスプレー式処理法の三つの技術を用いて非晶質シリコン膜上に触媒元素を添加する。このうち、スプレー式処理法は、微細なミスト状の触媒元素溶液を基板上に付着させることにより触媒元素溶液を基板に添加する方式である。これによって、スピン処理法における触媒元素溶液の使用効率上の問題を解決することが可能になり、また、スピン処理法における装置価格上の問題をも解決することが可能になる。
特開平７−２１１６３６号公報特開２００２−２３７４５３号公報

上記従来の特許文献２には、スプレー式処理法において、基板面を重力に対して垂直方向（上方向）に向けて上方向から触媒溶液をスプレー（噴霧）する方法と、基板面を重力に対して平行方向に向けて横方向から触媒溶液をスプレーする方法の２種類の方法が開示されている。

しかしながら、この特許文献２の従来技術では、長時間スプレーすることによりスプレーノズル（噴霧ノズル）付近で形成される液滴を除去する手段が講じられていないため、この液滴が基板に付着して局所的に触媒元素量が過多になるという欠点がある。基板面を上方向に向けて配置した場合、液滴が基板面に付着するおそれが強くなる。

このスプレーノズルから噴出されたミストは、粒径が均一ではなく、少なからず粒径にばらつきが生じる。触媒元素添加処理の均一性を確保するためには、ミストの粒径を可能な限り均一にすることが必要である。このようなミストの粒径を均一化することを可能とする特殊なスプレーノズルを開発および採用するためには、コストが高くなったり、納期が遅くなったりするおそれがあり、また、スプレーノズルのスループットが低くなったり、メンテナンス性が悪くなったりすることにも繋がるため、従来から用いられているスプレーノズルを使用せざるを得ない。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、スプレー式処理法によって触媒元素溶液を非晶質半導体膜に添加する際に、スプレーノズルからの液滴が及ぼす触媒元素添加処理の均一性の低下を抑制すると共に、ミスト粒径の均一性を低コストで容易に向上できる噴霧装置、これを用いた結晶質半導体膜の作製方法、これにより得られた結晶質半導体膜、これを用いた半導体素子、これを用いた液晶表示装置、これを用いたロジック回路、これらを用いた電子機器を提供することを目的とする。

本発明の結晶質半導体膜の作製方法は、結晶化を助長する触媒元素を非晶質半導体膜の一部または全部の表面上に添加した後に、熱処理を行って結晶質半導体膜を作製する結晶質半導体膜の作製方法において、該触媒元素を非晶質半導体膜の表面上に添加する際に、該触媒元素の溶液を噴霧する方向を、重力方向に対して反対方向のベクトルを含む方向に設定し、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、絶縁性基板上に非晶質半導体膜を設ける第１の工程と、該非晶質半導体膜の全面に前記触媒元素の溶液を噴霧する第２の工程と、該非晶質半導体膜を熱処理することにより該非晶質半導体を結晶成長させて結晶質半導体膜を形成する第３の工程とを有する。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、絶縁性基板上に非晶質半導体膜を設ける第１の工程と、該非晶質半導体膜上にマスク絶縁膜を設け、該マスク絶縁膜の一部の領域に開口領域を形成する第２の工程と、該マスク絶縁膜の開口領域を介して該非晶質半導体膜の表面上に前記触媒元素の溶液を噴霧する第３の工程と、該非晶質半導体膜を熱処理することにより該非晶質半導体を結晶成長させて結晶質半導体膜を形成する第４の工程とを有する。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、触媒元素の溶液を噴霧する方向を水平面に直交する垂直方向とする。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、触媒元素の溶液を噴霧する噴霧ノズルと前記非晶質半導体膜の表面との距離を、該噴霧ノズルに付着して噴出する液滴の飛距離よりも長く設定する。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、触媒元素の溶液を噴霧する噴霧ノズルと前記非晶質半導体膜の表面との距離を、該非晶質半導体の表面に付着させるべきミスト状触媒元素溶液の粒径に応じて設定する。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、触媒元素の溶液を噴霧する方向と交差するように気流発生機構によって気流を発生させ、該気流によって該非晶質半導体膜の表面に向けて、該触媒元素の溶液の噴霧進行方向を変化させる。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、触媒元素の溶液を噴霧する噴霧ノズルと前記気流発生機構との距離を、該噴霧ノズルに付着して噴出する液滴の飛距離よりも長く設定する。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、触媒元素の溶液を噴霧する噴霧ノズルと前記気流発生機構との距離を、該非晶質半導体の表面に付着させるべきミスト状触媒元素溶液の粒径に応じて設定する。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、触媒元素の溶液として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕおよびＡｕから選択される一種類または複数種類の元素を含む溶液を用いる。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、触媒元素の溶液を噴霧する工程の直前に、前記絶縁性基板上に設けた非晶質半導体膜上の酸化薄膜を前処理として除去および再作製する工程と、該触媒元素の溶液を噴霧する工程の直後に、熱処理により該非晶質半導体膜を脱水素化処理する工程とを更に有し、少なくとも該前処理工程から該脱水素化処理工程までを連続処理装置を用いて連続に行う。

さらに、好ましくは、本発明の結晶質半導体膜の作製方法において、連続処理装置を用いて、前記前処理工程から前記熱処理により結晶質半導体膜を作製する工程までを行う。

本発明の結晶質半導体膜は、請求項１〜１２のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法により作製されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の半導体素子は、請求項１３に記載の結晶質半導体膜を用いて構成されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の液晶表示装置は、請求項１４に記載の半導体素子を、表示領域の各画素部毎に設けられたスイッチング用トランジスタおよび、該スイッチング用トランジスタを駆動して表示するためのドライバ回路のうち少なくともいずれかに用いて構成し、そのことにより上記目的が達成される。

本発明のロジック回路は、請求項１４に記載の半導体素子を用いて構成されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の電子機器は、請求項１５に記載の液晶表示装置が組み込まれたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の電子機器は、請求項１６に記載のロジック回路が組み込まれたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の噴霧装置は、請求項１〜６および１０〜１２のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法に用いられる噴霧装置であって、前記絶縁性基板上の非晶質半導体膜の表面を、重力が働く方向に向けて基板部を固定する処理ステージと、ミスト状の触媒元素溶液を重力方向に対して反対方向のベクトルを含む方向に噴霧する噴霧ノズル部とを有し、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の噴霧装置は、請求項１〜３および７〜１２のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法に用いられる噴霧装置であって、前記絶縁性基板上の非晶質半導体膜の表面を、重力が働く方向に向けて基板部を固定する処理ステージと、ミスト状の触媒元素溶液を重力方向に対して反対方向のベクトルを含む方向に噴霧する噴霧ノズル部と、該触媒元素溶液の噴霧方向と交差するように、該非晶質半導体膜の表面側に向けて気流を発生させる気流発生機構とを有し、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。

本発明にあっては、結晶質半導体膜の作製において、スプレー処理法により非晶質半導体薄膜に触媒元素溶液を添加する際に、重力方向に対して反対方向（上方向）のベクトルを含む方向へミスト状の触媒元素溶液を噴霧する。噴霧ノズルを長時間および繰り返し使用した場合に発生して噴霧ノズルに付着する液滴は、噴霧ノズルから噴出されたときに、空気抵抗および重力による影響を受けて、ミスト状の触媒元素溶液よりも短時間で落下運動を開始するため、本発明は基板部表面への液滴付着防止に有効である。

また、ミスト状の触媒元素溶液は、空気抵抗および重力による影響を受けて、粒径によって高さ方向に分離されるため、基板部表面に到達して付着するミスト状触媒元素溶液の粒径が均一化されて、本発明は添加量を調整するために有効である。

さらに、噴霧ノズルを傾斜させて、気流発生機構から発生される気流を、ミスト状の触媒元素溶液の噴霧方向に交差させることにより、触媒元素溶液の噴霧方向を変化させることができる。ミスト状の触媒元素溶液は、空気抵抗および重力による影響を受けて、粒径によって噴霧ノズルから気流発生機構への距離方向に分離される。気流発生機構からの気流と交差する位置まで到達したミストが気流発生機構から発生される気流に乗って、さらに高さ方向にも粒径によって分離される。これにより、基板表面に付着されるミスト粒径の制御にさらに大きな効果が得られ、さらに均一化されたミスト状の触媒元素溶液を基板部表面上に添加することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、シリコンを含む結晶質半導体膜の作製において、重力に対して反対方向のベクトルを含む方向へ触媒元素溶液を噴霧することにより、基板表面への液滴付着を防ぐと共に、基板表面に付着されるミスト粒径の均一性を向上させて基板への触媒元素溶液付着量を制御し、処理の均一性を向上させることができる。これにより、高品位な結晶質半導体薄膜を均一性良く低コストで作製することができる。

以下に、本発明の噴霧装置の実施形態および、これを結晶質半導体薄膜の作製方法に適用した場合の実施形態について図面を参照しながら説明し、次に、この実施形態の噴霧装置を結晶質半導体薄膜の作製方法に具体的に適用した場合の実施例１，２および、これらによって得られた結晶質半導体膜を用いて構成されたＴＦＴなどの半導体素子および、この半導体素子を用いた液晶表示装置の製造方法として実施例３、このＴＦＴを用いたロジック回路や液晶表示装置が組み込まれた電子機器として実施例４について、図面を参照しながら詳細に順次説明する。

本発明にあっては、シリコンを含む非晶質半導体膜に触媒元素を添加して熱処理することにより結晶質半導体膜を作製する方法において、スプレー処理法により非晶質半導体膜に触媒元素溶液を添加する際に、重力に対して反対方向（上方向）のベクトルを含む方向に噴霧する。

まず、本発明の結晶質半導体薄膜の作製方法に直接用いられる本発明の噴霧装置の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である噴霧装置の概略構成を示す側断面図である。

図１に示すように、噴霧装置１は、基板固定用の処理ステージ２と、ミスト状の触媒元素溶液３を噴霧するための噴霧ノズル部としての噴霧ノズル４と、触媒元素溶液を排液する処理槽５とを有している。この処理ステージ２には、ガラス基板６を固定するために、基板支持冶具７と吸着パッド８とが取り付けられている。

この噴霧装置１は、基板搬送ユニット（図示せず）により、表面を重力方向（下向き）に向けてガラス基板６を処理ステージ２に搬送する。この処理ステージ２に固定されたガラス基板６上に、ガラス基板６の下部に配置されている噴霧ノズル４からミスト状の触媒元素溶液３を所定時間だけ噴霧する。その後、基板搬送ユニット（図示せず）により、噴霧装置１に隣接するスピン乾燥装置（図示せず）またはエアーナイフ乾燥装置（図示せず）にガラス基板６を搬送し、これを乾燥させる。

一般的な噴霧法の場合、長時間および繰り返し噴霧を行うと、噴霧ノズルに液滴が付着する。この液滴は、重力や噴霧圧力によってミスト状の触媒元素溶液３と共に噴霧される。特許文献２に開示されている従来のスプレー式処理法では、この液滴への対策が講じられておらず、液滴がガラス基板に付着する可能性が非常に高いため、量産を対象とした装置に適用した場合には、液滴による不良によって歩留りが低下する原因となる。

一方、図１に示す本実施形態の噴霧装置１においては、ミスト状の触媒元素溶液３の噴霧方向が重力に対して反対方向のベクトルを含む方向に設定されている。噴霧ノズル４に付着された液滴は、ミスト状の触媒元素溶液３よりも大きい空気抵抗および重力による影響を受けるため、ミスト状の触媒元素溶液３と比較して飛距離が短くなり、重力によって短時間で落下運動を開始する。この性質は、ガラス基板６上への液滴付着の防止に有効である。噴霧ノズル４とガラス基板６との距離を液滴の飛距離よりも長くなるように設定することにより、ガラス基板６への液滴の付着を防止することができる。

また、本実施形態の噴霧装置１においては、ミスト状の触媒元素溶液３が上方向に噴霧されるため、ミスト状の触媒元素溶液３が空気抵抗および重力による影響を受ける。これらの影響により、ミスト状の触媒元素溶液３は、そのミスト粒径によって飛距離が変化し、ミスト粒径によって高さ方向に分離される。粒径が大きいミストは低い位置に、粒径が小さいミストは高い位置に分離される。この性質は、ガラス基板６上への触媒元素溶液３の添加量調整に有効である。例えば、触媒元素溶液を低濃度でガラス基板６の表面側に付着させるためには、ミスト粒径が小さいものが多数存在する高さにガラス基板６を搬送して、所定の時間、ガラス基板６を固定すればよい。また、触媒元素溶液３を高濃度・短時間でガラス基板６の表面に付着させるためには、粒径が大きいミストが多数存在する高さにガラス基板６を搬送し、所定の時間、ガラス基板６を固定すればよい。

なお、本実施形態の噴霧装置１では、噴霧ノズル４から噴霧されるミスト状の触媒元素溶液３が、ガラス基板６に対して下から上に、水平面に直交する垂直方向に噴霧されるように設定しているが、ミスト状の触媒元素溶液３が重力と反対方向のベクトルを含む方向に噴霧されてガラス基板６に付着されることを前提として、角度を適宜変更してもよい。

上記ミスト粒径の分離をさらに改善するためには、気流発生機構で発生させた気流によって、ガラス基板６の表面側に向きえて、ミスト状の触媒元素溶液３の噴霧進行方向を変化させることが有効である。

図２は、本発明の他の実施形態である噴霧装置の概略構成を示す側断面図である。

図２に示すように、噴霧装置１１は、基板固定用の処理ステージ１２と、ミスト状の触媒元素溶液１３を噴霧するための噴霧ノズル部としての噴霧ノズル１４と、触媒元素溶液を排液する処理槽１５と、ミスト状の触媒元素溶液１３にエアー（気流）を吹き付ける気流発生機構１６と、ミスト状の触媒元素溶液１３を受けるミスト受け１７とを有している。また、処理ステージ１２には、ガラス基板１８を固定するために、基板支持冶具１９と吸着パッド２０とが取り付けられている。

この噴霧装置１１は、基板搬送ユニット（図示せず）により、表面を重力方向（下向き）に向けてガラス基板１８を処理ステージ１２に搬送する。この処理ステージ１２に固定したガラス基板１８上に、ガラス基板１８の下部に配置されている噴霧ノズル１４からミスト状の触媒元素溶液１３を所定時間噴霧する。その後、基板搬送ユニット（図示せず）により、噴霧装置１１に隣接するスピン乾燥装置（図示せず）またはエアーナイフ乾燥装置（図示せず）にガラス基板１８を搬送し、これを乾燥させる。

上述したように、ミスト状の触媒元素溶液１３は、そのミスト粒径によって飛距離が変化するため、ミスト粒径によって高さ方向に分離される。ここで、噴霧ノズル１３を所定角度だけ傾斜させ、気流発生機構１６から噴出される気流を、ミスト状の触媒元素溶液１３の噴霧方向に交差させることにより、ミスト粒径による分離をさらに改善する効果が得られる。

この具体的なミスト粒径の分離構成について以下に更に説明する。

噴霧ノズル１４から噴霧されたミスト状の触媒元素溶液１３は、その噴霧進行方向に設置されたミスト受け１７に向けて噴霧される。この噴霧ノズル１３とミスト受け１７との間に、噴霧ノズル１４からの噴霧方向と交差するように気流（ここでは下から上）を発生させる気流発生機構１６を配置する。このとき、気流発生機構１６と噴霧ノズル１４との距離は、噴霧ノズル１４から噴出される液滴の飛距離よりも長く設定する。

ミスト状の触媒元素溶液１３は、重力と反対方向のベクトルを含む方向に噴霧されるため、空気抵抗および重力による影響を受ける。この影響により、ミスト状の触媒元素溶液１３は、そのミスト粒径によって飛距離が変化し、噴霧ノズル１４から気流発生機構１６への距離方向にミスト粒径が分離される。

このように、粒径によって分離されたミスト状の触媒元素溶液１３に対して、ガラス基板１８の下部に設置された気流発生機構１６から、ガラス基板１８の表面に向かう気流１３Ａを発生させて、ミスト状の触媒元素溶液１３と交差させる。これにより、気流発生機構１６からガラス基板１８の表面に向かう気流１３Ａに乗ることが可能な粒径のミストのみが抽出され、粒径が均一化されたミスト状の触媒元素溶液１３がガラス基板１８の表面に向けて噴霧されることになる。

さらに、図２に示す噴霧装置１１において、粒径が均一化されたミスト状の触媒元素溶液１３は、上述したような空気抵抗および重力による影響を受けて、再度、ミスト粒径によって高さ方向に分離されるため、図１に示す噴霧装置１の場合に比べて、さらに均一化されたミスト状の触媒元素溶液１３をガラス基板１８の表面上に噴霧して添加することが可能になる。

なお、この噴霧装置１１では、噴霧ノズル１４から斜め上方向に噴霧されて気流１３Ａによって真上方向に噴霧進行方向が変化する。このように、触媒元素溶液１３が、ガラス基板１８に対して下から上の垂直方向に噴霧されるように設定しているが、ミスト状の触媒元素溶液１３が重力と反対方向のベクトルを含む方向に噴霧されてガラス基板１８の表面上に付着することを前提として、角度を適宜変更してもよい。

本実施形態の上記噴霧装置１，１１においては、ミスト状の触媒元素の溶液１３が噴霧されることから、基板表面に均一に付着させることもできるという前提であるが、付着領域と非付着領域とが斑に存在するように処理することも可能である。このように付着領域と非付着領域とが斑に存在する場合でも、スピン乾燥やエアーナイフ乾燥を採用することにより、付着領域が移動しながら乾燥させることができるため、実質的に基板表面に均一に触媒元素を添加させることが可能であると考えられる。このため、この場合にも、触媒元素溶液の添加量がかなり少なくても、基板表面上に均一に触媒元素を添加させることが可能となる。

また、上記噴霧装置１，１１によれば、噴霧ノズル４，１４からガラス基板６および１８上に触媒元素溶液３，１３が添加されるため、その添加量によっては、ガラス基板６，１８上に付着された触媒元素溶液３，１３が、ある程度、処理槽５，１５に流れることになる。この場合、処理槽５，１５から触媒元素溶液３，１３を回収して再利用することによって、更なる触媒元素溶液３，１３の使用量削減を図ることが可能である。

次に、本発明の結晶質半導体薄膜の作製方法において使用する触媒元素溶液について説明する。

従来のスピン処理法で使用される触媒元素およびその溶液については、特許文献２に開示されている。本発明においても、基本的には、従来のスピン処理法と同様の触媒元素およびその溶液を使用可能である。以下に、使用可能な触媒元素溶液の例について、具体的に説明する。

触媒元素溶液の溶媒としては、水または有機溶媒を使用することが可能であり、触媒元素の溶解性の点で純水、アルコール、酸、アンモニアなどの極性溶媒が好適である。また、触媒元素の溶媒としては、無極性の有機溶媒であるベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホルム、エーテル、トリクロロエチレン、フロンなども使用可能である。溶液中の触媒元素の状態としては、化合物として溶解されている場合と単体元素として溶解されている場合とがある。

触媒元素としては、非晶質半導体薄膜の結晶化を助長するために用いられるものであり、例えばＮｉ元素を使用する場合には、通常は、Ｎｉ化合物として溶液中に導入される。代表的なＮｉ化合物としては、臭化ニッケル、酢酸ニッケル、シュウ酸ニッケル、炭酸ニッケル、塩化ニッケル、ヨウ化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、ニッケルアセチルアセテート、２−エチルヘキサンニッケル、４−シクロヘキシル酪酸ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケルなどが挙げられる。また、Ｎｉ化合物ではなく、Ｎｉ元素単体として溶液中に溶解させる場合は、酸に溶解させる方法が好適である。なお、溶液中におけるＮｉ元素の存在状態としては、通常は、完全に溶解されている状態が好適であるが、Ｎｉ元素が均一に分散された乳濁液（エマルジョン）の状態であってもよい。

上記Ｎｉ元素以外の触媒元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕおよびＡｕなどの金属類も適用可能である。触媒元素の適用法としては、単一の触媒元素を溶液中に溶解させる方法が一般的であるが、複数種類の触媒元素を混合溶解させて使用してもよい。また、これらの触媒元素は、Ｎｉ元素の場合と同様に、化合物の状態で溶液中に溶解させてもよく、また、触媒元素単体を酸類に溶解させても特に問題はない。上記触媒元素の代表的な化合物を以下に記載する。

Ｆｅ化合物としては、臭化第１鉄、臭化第２鉄、酢酸第２鉄、塩化第１鉄、フッ化第２鉄、硝酸第２鉄、リン酸第１鉄、リン酸第２鉄などが挙げられる。また、Ｃｏ化合物としては、臭化コバルト、酢酸コバルト、塩化コバルト、フッ化コバルト、硝酸、コバルトなどが挙げられる。また、Ｒｕ化合物としては、塩化ルテニウムなどが挙げられる。また、Ｒｈ化合物としては、塩化ロジウムなどが挙げられる。また、Ｐｄ化合物としては、塩化パラジウムなどが挙げられる。また、Ｏｓ化合物としては、塩化オスミウムなどが挙げられる。また、Ｉｒ化合物としては、３塩化イリジウム、４塩化イリジウムなどが挙げられる。また、Ｐｔ化合物としては、塩化第２白金などが挙げられる。また、Ｃｕ化合物としては、酢酸第２銅、塩化第２銅、硝酸第２銅などが挙げられる。さらに、Ａｕ化合物としては、３塩化金、塩化金塩、テトラクロロ金ナトリウムなどが挙げられる。

次に、触媒元素が添加された非晶質半導体膜を熱処理により結晶成長させる工程について説明する。結晶成長法には、縦成長法と横成長法とがあるため、これらの各成長法についてそれぞれ説明する。

まず、結晶成長法の縦成長法について説明する。

縦成長法は、シリコンを含む非晶質半導体膜の全面に均一に触媒元素を添加した後、熱処理により結晶化させる結晶成長法である。触媒元素が添加された非晶質半導体膜の表面から縦方向（基板面に垂直な方向）に結晶成長が進行するため、ここでは、縦成長法と称している。

第１の工程；ガラス基板などの絶縁性基板上にシリコンを含む非晶質半導体膜を堆積させる。

第２の工程；非晶質半導体膜の全面に、結晶化を助長する触媒元素を本実施形態の噴霧法（噴霧装置１，１１）により添加する。このとき、上述したように、触媒元素溶液の進行方向を重力と反対方向のベクトルを含む方向に設定する。また、ミスト粒径の分離をさらに改善するためには、気流発生機構で発生させた気流によって、触媒元素溶液の噴霧進行方向を変化させる。

第３の工程：非晶質半導体膜を熱処理することにより縦成長させて、シリコンを含む結晶質半導体膜を形成する。

次に、結晶成長法の横成長法について説明する。

横成長法は、マスク絶縁膜の開口領域を介して、シリコンを含む非晶質半導体膜の一部の領域に選択的に触媒元素を添加した後、熱処理により結晶化させる結晶成長法である。その開口領域を基点として周辺領域に熱拡散することにより、横方向（基板面に平行な方向）に結晶成長が進行するため、ここでは横成長法と称している。

第２の工程；非晶質半導体膜上にマスク絶縁膜を堆積させ、マスク絶縁膜に開口領域を形成する。

第３の工程；マスク絶縁膜に結晶化を助長する触媒元素を本実施形態の噴霧法（噴霧装置１，１１）により添加することにより、マスク絶縁膜の開口領域を介して非晶質半導体薄膜の一部に触媒元素を選択的に導入する。このとき、上述したように、触媒元素溶液の進行方向を重力と反対方向のベクトルを含む方向に設定する。また、ミスト粒径の分離をさらに改善するためには、気流発生機構で発生された気流によって、触媒元素溶液の噴霧進行方向を変化させる。

第４の工程；非晶質半導体膜を熱処理することにより横成長させて、シリコンを含む結晶質半導体膜を形成する。

なお、ここでは、多結晶半導体膜ではなく、結晶質半導体膜という技術用語を用いている。本発明によって作製される結晶質半導体膜は、通常の多結晶半導体膜と比較して、結晶粒が概略同一方向に配向しており、高い電界効果移動度を有するなどの特徴があるため、通常の多結晶半導体膜と区別するためである。

以下に、本発明の実施形態のさらに具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例１では、非晶質シリコン膜の全面に触媒元素を添加する縦成長法による結晶質シリコン膜の作製方法について、図３を用いて説明する。触媒元素溶液の添加工程は、上記図１または図２の噴霧装置１，１１を用いて行うものとする。

図３（Ａ）〜図３（Ｆ）は、本実施例１の結晶質シリコン膜の作製方法の各処理手順を説明するための断面図である。

図３（Ａ）に示すように、まず、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により、ガラス基板３１上に非晶質シリコン膜３２を１０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚で堆積させる。本実施例１では、プラズマＣＶＤ法により、１００ｎｍの非晶質シリコン膜３２を堆積する。この堆積の際には、非晶質シリコン膜３２の表面は、処理雰囲気中に混入した空気中の酸素の影響により極薄の自然酸化膜３３で汚染されている。

図３（Ｂ）に示すように、枚葉方式の処理法により、この図３（Ａ）の処理後の基板部３４を希釈フッ酸で所定時間だけ洗浄する。この希釈フッ酸による洗浄処理により、非晶質シリコン膜３２の表面を汚染している自然酸化膜３３の除去を行い、続けて水洗処理を行った後に基板部表面をエアーナイフなどで乾燥させる。

図３（Ｃ）に示すように、枚葉方式の処理法で所定時間のオゾン水処理を行うことにより、非晶質シリコン膜３２の表面を酸化させる。この酸化処理により、非晶質シリコン膜３２上に清浄な極薄のシリコン酸化膜３５を形成し、これに続いて基板部表面上をエアーナイフなどで乾燥させる。

なお、この極薄のシリコン酸化膜３５は、オゾン水処理の他に、過酸化水素水で処理することにより形成してもよいし、酸素雰囲気中での紫外線（ＵＶ）照射によりオゾンを発生させて形成してもよい。このような極薄のシリコン酸化膜３５は、後で触媒元素溶液であるＮｉ水溶液を添加する際に、非晶質シリコン膜３２に対する濡れ性を改善し、Ｎｉ元素を均一に付着させる作用がある。

図３（Ｄ）に示すように、非晶質シリコン膜３２の全面（厳密には極薄のシリコン酸化膜３５の表面）に、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する作用を有する触媒元素溶液であるＮｉ水溶液を、図１または図２に示すような噴霧装置１，１１を用いて、噴霧法により添加する。本実施例１では、Ｎｉ化合物であるニッケル酢酸塩を純水に溶解させ、重量換算で１０ｐｐｍの濃度に調整したＮｉ水溶液を、噴霧装置１，１１を用いて噴霧して基板部表面上に添加する（図１または図２参照）。

図３（Ｅ）に示すように、この基板部表面上をエアーナイフなどで乾燥させることにより、非晶質シリコン膜３２（厳密には極薄のシリコン酸化膜３５）の表面上に均一なＮｉ含有層３６を形成する。

図３（Ｆ）に示すように、専用の熱処理炉を使用して、窒素雰囲気中で非晶質シリコン膜３２を熱処理して結晶成長（縦成長）させて、結晶質シリコン膜３７を形成する。この熱処理は、結晶化を助長させる触媒元素の作用により、摂氏４５０〜７５０度の温度範囲で熱処理することにより結晶化が達成されるが、熱処理温度が低いと処理時間を長くする必要があり、生産効率が低下するという一般的性質がある。また、摂氏６００度以上の熱処理を行うと、基板として使用されるガラス基板３１の耐熱性の問題が表面化してしまう。したがって、ガラス基板３１を使用する場合には、上記熱処理工程の温度は摂氏４５０〜６００度の範囲が好ましい。また、非晶質シリコン膜３２の堆積方法によっても、好適な熱処理条件が異なっており、例えば減圧ＣＶＤ法で堆積した非晶質シリコン膜３２は摂氏６００度−１２時間程度の熱処理が好適である。また、プラズマＣＶＤ法で堆積させた非晶質シリコン膜は摂氏５５０度−４時間程度の熱処理で十分なことが判っている。本実施例１においては、プラズマＣＶＤ法で膜厚１００ｎｍの非晶質シリコン膜３２を堆積しているため、摂氏５５０度−４時間の熱処理を行うことにより縦成長させて、結晶質シリコン膜３７を形成している。

以上により、本実施例１の結晶質シリコン膜の作製方法によれば、触媒元素を非晶質シリコン膜３２の表面上に添加する際に、スピン処理法を用いた従来技術のように、基板上にＮｉ水溶液が液盛りされることがないため、Ｎｉ水溶液の使用量削減に有効である。また、スピンモータおよびスピン速度調整機構などからなる基板スピン手段を設ける必要がないため、基板の大型化が進行しても、装置価格をある程度の範囲内に抑えることが可能と考えられる。さらに、従来のスプレー式処理法のように、液滴が基板に付着して局所的に触媒元素量が過多になったり、基板面が上を向くことによりパーティクルが付着することがなく、さらに、ミスト粒径もより均一化される。

なお、上記自然酸化膜３３の除去工程から非晶質シリコン膜３２の酸化工程、さらには触媒元素溶液の添加工程は、専用の連続処理装置により連続的に処理してもよい。この場合、Ｎｉ水溶液の使用量削減に加えて、生産性の点でも有利である。以下に、連続処理装置の一例について説明する。

図４は、図３の各工程における連続処理が可能な連続処理装置の概略構成を示す平面図である。

図４に示すように、連続処理装置４１は、複数の処理用基板４２を収納可能（通常：２０枚程度収納可能）なローダ側キャリア４３と、処理用基板４２を処理するための複数の処理ユニット４４Ａ〜４４Ｇおよび４５と、処理中の基板を一時収納し、隣接したユニットに受け渡すためのバッファ４６および４７と、処理済基板４８を収納可能なアンローダ側キャリア４９と、基板を搬送するための基板搬送ユニット（図示せず）とを有している。

ローダ側キャリア４３に収納された処理用基板４２は、基板搬送ユニット（図示せず）により図中の矢印（→）で示す方向に１枚ずつ順次搬送され、各処理ユニット４４Ａ〜４４Ｇおよび４５でそれぞれ処理される。各処理ユニット４４Ａ〜４４Ｇおよび４５は、非晶質シリコン膜３２の表面上の自然酸化膜３３を除去するための酸化膜除去ユニット４４Ａと、自然酸化膜３３の除去後の基板表面を水洗するための水洗ユニット４４Ｂと、水洗後の基板表面を乾燥させるための乾燥ユニット４４Ｃと、非晶質シリコン膜３２の表面を酸化するための酸化ユニット４４Ｄと、この酸化処理後の基板を乾燥させるための乾燥ユニット４４Ｅと、非晶質シリコン膜３２（厳密には極薄のシリコン酸化膜３５）の表面に触媒元素溶液であるＮｉ水溶液を添加処理するための添加ユニット４４Ｆと、Ｎｉ水溶液の添加処理後の基板部表面を乾燥させるための乾燥ユニット４４Ｇと、非晶質シリコン膜３２中の含有水素を脱水素化処理するための脱水素化ユニット４５とを有している。

まず、触媒元素溶液の添加前処理工程（非晶質シリコン膜の希釈フッ酸処理工程→非晶質シリコン膜の酸化工程）に適用される処理ユニットについて、詳細に説明する。

酸化膜除去ユニット４４Ａは、非晶質シリコン膜３２表面に存在する自然酸化膜３３を除去するための処理ユニットであり、この酸化膜除去ユニット４４Ａの上方に設置されているシャワーノズル（図示せず）から希釈フッ酸が基板上に供給されて処理が行われる。

水洗ユニット４４Ｂは、基板表面に付着している希釈フッ酸を水洗するための処理ユニットであり、この水洗ユニット４４Ｂの上方に設置されているシャワーノズル（図示せず）から純水が基板上に供給されて水洗処理が行われる。

乾燥ユニット４４Ｃは、水洗後の基板を乾燥するための処理ユニットであり、エアーナイフ方式が使用されている。

酸化ユニット４４Ｄは、非晶質シリコン膜３２の表面を酸化するための処理ユニットであり、ディップ式処理法によりオゾン水または過酸化水素水で酸化処理される。

乾燥ユニット４４Ｅは、オゾン水または過酸化水素水で酸化処理された後の基板を乾燥するための処理ユニットであり、エアーナイフ方式が使用されている。

次に、Ｎｉ水溶液の添加工程に適用される処理ユニットについて、詳細に説明する。

添加ユニット４４Ｆは、非晶質シリコン膜３２（厳密には極薄のシリコン酸化膜３５）の表面に触媒元素溶液を添加処理するための処理ユニットであり、Ｎｉ化合物であるニッケル酢酸塩を純水に溶解させ、重量換算で１０ｐｐｍの濃度に調整したＮｉ水溶液が、触媒元素溶液として使用されている。この添加ユニット４４Ｆには、図１または図２に示す噴霧装置１，１１が設置されており、効率的にＮｉ水溶液が基板上に添加されるようになっている。

乾燥ユニット４４Ｇは、Ｎｉ水溶液添加後の基板を乾燥するための処理ユニットであり、エアーナイフ方式が使用されている。

次に、脱水素化工程に適用される処理ユニットについて、詳細に説明する。

脱水素化ユニット４５は、非晶質シリコン膜３２中の含有水素を５ａｔｏｍ％以下に制御するために脱水素化処理する処理ユニットであり、窒素雰囲気中で摂氏４５０度に温度調整された８個のホットプレート５０上に連続的に基板が搬送されて処理される。従来、脱水素化工程は、電熱炉内で摂氏４５０度−１時間の処理条件で処理されているため、この脱水素化ユニット４５においても、８個のホットプレート５０により、基板１枚当たり合計１時間程度（各ホットプレート５０当たり、１／８の処理時間）が処理される構成になっている。

本実施例１では、ホットプレート５０のみで熱処理し、脱水素化工程を処理する構成となっているが、熱処理効率の向上のために、各ホットプレート５０の上方にランプアニール用のハロゲンランプを付設した構成としてもよい。また、熱処理効率の向上のために、基板搬送ユニットを付設した横型の電熱炉を設置し、この電熱炉内を基板を１枚ずつ通過させることにより熱処理する構成としてもよい。この場合には、熱処理温度と処理時間とを適切に調整することにより、脱水素化工程のみでなく、熱処理による結晶化（結晶成長）工程までも処理可能であると考えられる。
（実施例２）
本実施例２では、非晶質シリコン膜の表面の一部に触媒元素を添加する横成長法による結晶質シリコン膜の作製方法について、図５を用いて詳細に説明する。なお、上記実施例１の場合と同様に、触媒元素溶液の添加工程は、上記噴霧装置１，１１を用いて行うものとする。

図５（Ａ）〜図５（Ｆ）は、本実施例２の結晶質シリコン膜の作製方法の各処理手順について説明するための断面図である。なお、図５（Ｄ）に示す触媒元素溶液の添加工程は、上記実施例１の図３（Ｄ）に示す工程と基本的に同じであるため、ここでの重複説明は省略し、その相違点のみ記載する。

図５（Ａ）に示すように、まず、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により、ガラス基板５１上に非晶質シリコン膜５２を１０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚で堆積させる。本実施例２では、プラズマＣＶＤ法により、１００ｎｍの非晶質シリコン膜５２を堆積させる。この堆積の際には、非晶質シリコン膜５２の表面は、処理雰囲気中に混入した空気中の酸素の影響により極薄の自然酸化膜５３で汚染されている。

図５（Ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、膜厚７０ｎｍ〜２００ｎｍのシリコン酸化膜からなるマスク絶縁膜５４を堆積させる。本実施例２では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１２０ｎｍのマスク絶縁膜５４を堆積させている。通常のフォトリソグラフィ工程とエッチング工程（ウェットエッチングが一般的）により、マスク絶縁膜５４の一部の領域に開口領域５５を形成する。この開口領域５５は、触媒元素（本実施例２でもＮｉ元素を適用）の選択的導入領域となる部分で、開口領域５５の底部は、非晶質シリコン膜５２が露出した状態となっている。

図５（Ｃ）に示すように、基板を酸化することにより、上記開口領域５５における非晶質シリコン膜５２の露出領域に３ｎｍ〜１０ｎｍ程度の極薄のシリコン酸化膜５６を形成する。なお、極薄のシリコン酸化膜５６は、過酸化水素水で処理することにより形成してもよいし、酸素雰囲気中での紫外線（ＵＶ）照射によりオゾンを発生させて形成してもよい。このような開口領域５５における極薄のシリコン酸化膜５６は、後で触媒元素溶液であるＮｉ水溶液を添加する際に、非晶質シリコン膜５２に対する濡れ性を改善し、Ｎｉ元素を均一に付着させる作用がある。

図５（Ｄ）に示すように、開口領域５５を設けたマスク絶縁膜５４に、結晶化の助長作用を有する触媒元素溶液であるＮｉ水溶液５７を噴霧して添加する。本実施例２では、Ｎｉ化合物であるニッケル酢酸塩を純水に溶解させ、重量換算で１０ｐｐｍの濃度に調整したＮｉ水溶液５７を図１または図２に示した噴霧装置１，１１を用いて下方から噴霧して添加する。

図５（Ｅ）に示すように、基板部表面をエアーナイフなどで乾燥することにより、Ｎｉ含有層５８を形成する。ここでは、開口領域５５から露出された非晶質シリコン膜５２（厳密には極薄のシリコン酸化膜５６）の表面上にのみ、選択的にＮｉ含有層５８が形成される。

図５（Ｆ）に示すように、専用の熱処理炉を使用して、窒素雰囲気中で非晶質シリコン膜５２を熱処理して結晶成長（横成長）させ、開口領域５５の結晶質シリコン膜５９を形成する。当該熱処理は、結晶化を助長させる触媒元素の作用により、４５０℃〜７５０℃の温度範囲で熱処理することにより結晶化が達成されるが、熱処理温度が低いと処理時間を長くする必要があり、生産効率が低下するという一般的性質がある。また、６００℃以上の熱処理を行うと、基板として使用されるガラス基板の耐熱性の問題が表面化してしまう。したがって、ガラス基板を使用する場合には、上記熱処理工程の温度は４５０℃〜６００℃の範囲が好ましい。本実施例２においては、５７０℃−１４時間の熱処理を行うことにより非晶質シリコン膜５２を結晶成長させて、結晶質シリコン膜５９を形成する。この際、上記開口領域５５を介して非晶質シリコン膜５２にＮｉ元素が選択的に導入されたため、Ｎｉ元素が開口領域５５を基点として周辺領域に拡散し、この拡散の過程で非晶質シリコン膜５２の結晶化が横方向（基板表面に平行な方向）に進行して横成長する。

本実施例２の結晶質シリコン膜５９の作製方法によれば、触媒元素を非晶質シリコン膜５２に添加する際に、スピン処理法を用いた従来技術のように、基板部表面上にＮｉ水溶液が液盛りされることがないため、Ｎｉ水溶液の使用量削減に有効である。また、スピンモータおよびスピン速度調整機構などからなる基板スピン手段を設ける必要がないため、基板の大型化が進行しても、装置価格をある程度の範囲内に抑えることが可能と考えられる。さらに、従来のスプレー式処理法のように、液滴が基板部表面上（非晶質シリコン膜５２の表面上）に付着して局所的に触媒元素量が過多になったり、基板部表面が上を向くことにより基板部表面にパーティクルが付着することもなく、さらに、触媒元素溶液のミスト粒径も均一化される。

なお、上記開口領域５５における非晶質シリコン膜５２の酸化工程から触媒元素溶液の添加工程は、上記図４に示したような専用の連続処理装置４１により連続的に処理してもよい。この場合、Ｎｉ水溶液の使用量削減に加えて、生産性の点でも有利である。
（実施例３）
本実施例３では、触媒元素を利用した縦成長法による本発明の結晶質シリコン膜の作製方法を液晶表示装置の製造工程に適用し、その結晶質半導体膜によって構成された半導体素子（ＴＦＴ）を、その画素領域（表示領域）のスイッチング用素子と画素領域のスイッチング用素子を駆動するドライバ回路（駆動回路）に用いたモノリシック型液晶表示装置を作製する場合の一例について、図６〜図１０を用いて詳細に説明する。

図６〜図１０は、本実施例３の液晶表示装置の製造工程を説明するための断面図である。

図１０に示すように、本実施例３の液晶表示装置は、画素領域（画素マトリクス回路）７０７の周囲に画素領域を表示駆動するための駆動回路（ドライバ回路）７０６が設けられたモノリシック型ＬＣＤである。

画素領域７０７には、マトリクス状に設けられた複数の画素を選択するスイッチング用素子としての画素ＴＦＴ７０４と、画素の液晶容量に並列に接続されて電荷を保持するための保持容量７０５が設けられている。

駆動回路（ドライバ回路）７０６としては、画素ＴＦＴ７０４のゲートに接続されて各ＴＦＴをオン・オフ制御するための走査線駆動回路と、画素ＴＦＴ７０４のソースに接続されて各画素部に画素ＴＦＴ７０４を介してデータ電圧（画素信号）を供給する信号線駆動回路とが設けられている。これらの駆動回路７０６は、ｎチャネル型ＴＦＴ７０１および７０３とｐチャネル型ＴＦＴ７０２とによって構成されている。駆動回路７０６のｎチャネル型ＴＦＴ７０１および７０３と、画素領域７０７のｎチャネル型画素ＴＦＴとはＬＤＤ構造である。また、駆動回路７０６のｐチャネル型ＴＦＴ７０２はシングルドレイン構造である。

本実施例３において、図６に示す触媒元素溶液の添加前処理工程（非晶質シリコン膜の希釈フッ酸処理工程→非晶質シリコン膜の酸化工程）→Ｎｉ水溶液の添加工程→脱水素工程は、図４に示した連続処理装置４１を用いて連続処理されるものとする。また、触媒元素溶液の添加工程は、図１または図２に示す噴霧装置１，１１を用いて行われるものとする。

図６（ａ）に示すように、まず、ガラス基板６０１上に、プラズマＣＶＤ法により、各々組成比が異なる第１層目の酸化窒化シリコン膜６０２ａを膜厚５０ｎｍで、第２層目の酸化窒化シリコン膜６０２ｂを膜厚１００ｎｍで堆積して、酸化窒化シリコン膜６０２ａおよび酸化窒化シリコン膜６０２ｂからなる下地膜６０２を成膜する。なお、ガラス基板６０１としては、石英ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスまたはアルミノホウケイ酸ガラスなどが挙げられる。

上記下地膜６０２（６０２ａと６０２ｂ）上に、プラズマＣＶＤ法により、非晶質シリコン膜６０３を膜厚５５ｎｍで堆積する。この堆積の際には、非晶質シリコン膜６０３の表面は、処理雰囲気中に混入された空気中の酸素の影響により極薄の自然酸化膜（図示せず）で汚染されている。なお、本実施例３では、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜６０３を堆積しているが、減圧ＣＶＤ法で堆積してもよい。

また、非晶質シリコン膜６０３の堆積においては、空気中に存在する炭素、酸素および窒素が混入されるおそれがある。これらの不純物ガスの混入は、最終的に得られるＴＦＴ特性の劣化を引き起こすことが経験的に知られており、このことから、上記不純物ガスの混入は結晶化の阻害要因として作用すると本願発明者らは認識している。したがって、上記不純物ガスの混入は極力排除することが好ましい。具体的な濃度範囲としては、炭素および窒素の場合は共に５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とし、酸素の場合は１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とするのが好ましい。

上記図４に示す連続処理装置４１を使用して、触媒元素溶液の添加前処理工程（非晶質シリコン膜の希釈フッ酸処理工程→非晶質シリコン膜の酸化工程）→触媒元素溶液（Ｎｉ水溶液）の添加工程→脱水素工程を連続処理する。具体的な処理は、以下のようにして行う。

まず、当該基板を希釈フッ酸で所定時間洗浄する。この処理により、非晶質シリコン膜６０３の表面を汚染している自然酸化膜（図示せず）の除去を行い、続けて水洗処理を行った後に当該基板部表面を乾燥させる。

上記非晶質シリコン膜６０３の表面に存在する自然酸化膜（図示せず）を除去する処理は、図４に示す酸化膜除去ユニット４４Ａにおいて、この処理ユニット上方に設置されているシャワーノズル（図示せず）から希釈フッ酸が基板上に供給されることにより行われる。また、基板部表面に付着している希釈フッ酸を水洗する処理は、図４に示す水洗ユニット４４Ｂにおいて、この処理ユニット上方に設置されているシャワーノズル（図示せず）から純水が基板上に供給されることによって行われる。また、水洗後の基板を乾燥する処理は、図４に示す乾燥ユニット４４Ｃにおいて、エアーナイフ方式によって行われる。

次に、所定時間のオゾン水処理を行うことにより、非晶質シリコン膜６０３を酸化する。この酸化処理により、非晶質シリコン膜６０３上に清浄な極薄のシリコン酸化膜（図示せず）を成膜し、続いてこの基板部表面を乾燥させる。なお、極薄のシリコン酸化膜（図示せず）は、過酸化水素水で処理することにより成膜してもよい。この極薄のシリコン酸化膜（図示せず）は、後で触媒元素溶液であるＮｉ水溶液を添加する際に、非晶質シリコン膜６０３に対する濡れ性を改善し、Ｎｉ元素を均一に付着させるためのものである。

上記非晶質シリコン膜６０３の表面を酸化する処理は、酸化ユニット４４Ｄにおいて、ディップ式処理法によってオゾン水または過酸化水素水を用いて行われる。また、オゾン水または過酸化水素水で酸化処理した後の基板を乾燥させる処理は、図４に示す乾燥ユニット４４Ｅにおいて、エアーナイフ方式によって行われる。

次に、非晶質シリコン膜６０３の全面に、結晶化の助長作用を有する触媒元素溶液であるＮｉ水溶液を添加する。本実施例３では、Ｎｉ化合物であるニッケル酢酸塩を純水に溶解させ、重量換算で１０ｐｐｍの濃度に調整したＮｉ水溶液を、図１または図２に示す噴霧装置１，１１により噴霧して添加する。

上記非晶質シリコン膜６０３（厳密には極薄のシリコン酸化膜：図示せず）の表面に触媒元素溶液を添加する処理は、図４に示す添加ユニット４４Ｆにおいて、Ｎｉ化合物であるニッケル酢酸塩を純水に溶解させ、重量換算で１０ｐｐｍの濃度に調整したＮｉ水溶液を触媒元素溶液として用いて行われる。当該添加ユニット４４Ｆには、図１または図２に示したような噴霧装置１，１１が設置されており、効率的にＮｉ水溶液が基板部表面上に添加する。

次に、この基板部表面上をエアーナイフなどで乾燥させることにより、非晶質シリコン膜６０３（厳密には極薄のシリコン酸化膜：図示せず）の表面に均一なＮｉ含有層（図示せず）を形成する（図６（ａ）参照）。

上記Ｎｉ水溶液添加後の基板部表面上を乾燥させる処理は、図４に示す乾燥ユニット４４Ｇでエアーナイフ方式によって行われる。

次に、非晶質シリコン膜６０３中の含有水素量を５ａｔｏｍ％以下に制御するため、当該基板部を窒素雰囲気中で４５０℃−１時間の条件で熱処理し、非晶質シリコン膜６０３中の含有水素の脱水素化処理を行って非晶質シリコン膜６０３ａとする。ここまでの処理が、図４に示す連続処理装置４１で行われる（図６（ｂ）および図４参照）。

上記非晶質シリコン膜６０３ａ中の含有水素を５ａｔｏｍ％以下に制御するための脱水素化処理は、図４に示す脱水素化ユニット４５において、窒素雰囲気中で４５０℃に温調された８個のホットプレート５０上に連続的に基板部が搬送されることによって行われる。従来、脱水素化工程は電熱炉内で４５０℃−１時間の処理条件で処理されているため、当該脱水素化ユニット４５においても、８個のホットプレート５０により、基板部１枚当たり合計１時間程度（各ホットプレート５０当たり、１／８の処理時間）の処理が行われるようになっている。本実施例３では、ホットプレート５０のみで熱処理を行って脱水素化処理を行う構成となっているが、熱処理効率を向上させるために、各ホットプレート５０の上方にランプアニール用のハロゲンランプを付設した構成としてもよい。また、熱処理効率を向上させるために、基板搬送ユニットを付設した横型の電熱炉を設置し、基板を当該電熱炉内を１枚ずつ通過させることにより熱処理する構成としてもよい。この場合には、熱処理温度と処理時間とを適切に調整することにより、脱水素化工程のみでなく、次の熱処理による結晶化工程までも処理可能と考えられる。

次に、上記連続処理工程が終了した後に、電熱炉において、５５０℃−４時間の条件で熱処理することにより、図６（ｂ）に示すように、非晶質シリコン膜６０３ａの結晶化を行い、結晶質シリコン膜６０３ｂを形成する。そして、得られた結晶質シリコン膜６０３ｂの結晶性を改善させるため、結晶質シリコン膜６０３ｂに対してレーザー照射を行う。このレーザー照射により、結晶質シリコン膜６０３ｂの結晶性は大幅に改善される。本実施例では、パルス発振型のＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を適用している。このエキシマレーザー照射によって、結晶質シリコン膜６０３ｂの結晶性が改善されるのみでなく、Ｎｉ元素が非常に移動し易い状態となるため、ゲッタリング源によるゲッタリング効率の向上という作用も有している。

図７（ａ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ処理およびドライエッチング処理により、結晶質シリコン膜６０３ｂをパターン形成し、ＴＦＴのチャネル領域およびソース・ドレイン領域となる半導体層６０４〜６０８を形成する。なお、半導体層６０４〜６０８の形成後、ＴＦＴのＶｔｈ（閾値電圧）を制御するために、不純物元素（ボロンまたはリン）をイオン注入してチャネルドープを行ってもよい。

次に、図７（ｂ）に示すように、上記半導体層６０４〜６０８を覆うように、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜からなるゲート絶縁膜６０９を堆積する。なお、ゲート絶縁膜６０９の堆積時には、半導体層６０４〜６０８の表面は自然酸化膜（図示せず）で汚染されているため、希釈フッ酸処理により除去する。

その後、ゲート絶縁膜６０９上に、ゲート電極膜６１０となるゲート電極材料である導電性膜をスパッタリング法またはＣＶＤ法により堆積する。このゲート電極材料としては、後の不純物元素の活性化を兼ねたゲッタリング用の熱処理温度（５５０℃〜６５０℃程度）に耐え得る耐熱性材料が好ましい。このような耐熱性材料としては、例えばＴａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）等の高融点金属、これら高融点金属とシリコンとの化合物である金属シリサイド、およびｎ型もしくはｐ型の導電型を有する多結晶シリコンなどが挙げられる。本実施例３では、膜厚４００ｎｍのＷ膜からなるゲート電極膜６１０をスパッタリング法により堆積する。

図８（ａ）に示すように、この基板部上に、ゲート電極形成用のフォトリソグラフィ処理とドライエッチング処理を行うことにより、ゲート電極６１７〜６２０と保持容量用電極６２１とソース配線として機能する電極６２２を形成する。ドライエッチングの後、ゲート電極６１７〜６２０上には、ドライエッチング用マスクであるレジストパターン６１１〜６１４が残っている。同様に、保持容量用電極６２１上にはレジストパターン６１５が残っており、ソース配線として機能する電極６２２上にはレジストパターン６１６が残っている。なお、ドライエッチングに伴って、下地の酸化窒化シリコン膜からなるゲート絶縁膜６０９は、膜減りによってゲート絶縁膜６２３のような形状に変形している。

次に、レジストパターン６１１〜６１６を残した状態で、ゲート電極６１７〜６２０と保持容量用電極６２１をマスクとして、イオン注入装置を用いて、第１のイオン注入処理であるｎ型不純物の低濃度イオン注入を行う。本実施例３では、ｎ型不純物であるＰ元素を用いて、加速電圧が６０ｋｅＶ〜１００ｋｅＶで、イオン注入量が３×１０^１２〜３×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２のイオン注入条件で処理する。この第１のイオン注入処理により、ゲート電極６１７〜６２０と保持容量用電極６２１の外側に対応する半導体層６０４〜６０８に、ｎ型不純物の低濃度不純物領域（ｎ−領域）６２９〜６３３が形成される。同時に、ゲート電極６１７〜６２０の真下には、ＴＦＴのチャネルとして機能する実質的に真性な領域６２４〜６２７が形成される。また、保持容量用電極６２１の真下の半導体層６０８は、ＴＦＴ形成領域でなく、保持容量６０５の形成領域であるため、容量形成用電極の片側として機能する真性な領域６２８が形成される（図８（ａ）参照）。

なお、上記第１のイオン注入処理工程においては、イオン注入という技術用語を用いているため、イオン注入の定義について明確にするために説明する。一般的には、質量分離された不純物イオンを注入する場合にイオン注入が用いられ、質量未分離の不純物イオンを注入する場合にはイオンドープという技術用語が用いられている。イオン注入もイオンドープも、不純物イオンを電気的に加速して打ち込む点では同じであり、両者を区別して記載する意味が余り認められないため、本発明においては、質量分離の有無に関係なく、不純物イオンを電気的に加速して打ち込む技術を広い意味でイオン注入と称している。

次に、この基板部を専用の剥離液で洗浄することにより、ドライエッチングのマスクとなったレジストパターン６１１〜６１６を除去する。その後、駆動回路７０６におけるｎチャネル型ＴＦＴ７０１および７０３と、画素領域７０７における画素ＴＦＴ７０４をＬＤＤ構造にするため、当該領域に存在するゲート電極６１７、６１９および６２０を被覆するように、第２のイオン注入処理のマスクとなるｎ＋領域形成用のレジストパターン６３４〜６３６を形成する。第２のイオン注入処理であるｎ型不純物の高濃度イオン注入を行う。本実施例３では、ｎ型不純物であるＰ元素を用いて、加速電圧が６０ｋｅＶ〜１００ｋｅＶで、イオン注入量が１．７×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２のイオン注入条件で処理する。このイオン注入処理により、上記レジストパターン６３４〜６３６の外側領域に対応する半導体層６０４、６０６および６０７にｎ型不純物の高濃度不純物領域（ｎ＋領域）６３７、６３９および６４０が形成される。この高濃度不純物領域（ｎ＋領域）６３７、６３９および６４０の形成に伴って、既に形成された低濃度不純物領域（ｎ−領域）６２９、６３１および６３２は、高濃度不純物領域（ｎ＋領域）６３７、６３９および６４０と低濃度不純物領域（ｎ−領域）６４２〜６４４に分離され、ＬＤＤ構造のソース領域およびドレイン領域が形成される（図８（ｂ）参照）。

この際、ＬＤＤ構造が形成されない領域である駆動回路７０６のｐチャネル型ＴＦＴ７０２の領域と画素領域７０７の保持容量７０５の領域においては、ゲート電極６１８と保持容量用電極６２１をマスクとして各々イオン注入されるため、ゲート電極６１８の外側領域に対応する半導体層６０５にｎ型不純物の高濃度不純物領域（ｎ＋領域）６３８が形成され、保持容量用電極６２１の外側領域に対応する半導体層６０８にもｎ型不純物の高濃度不純物領域（ｎ＋領域）６４１が形成されている（図８（Ｂ）参照）。

次に、通常のフォトリソグラフィ処理により、ｐチャネル型ＴＦＴ７０２に対応する半導体層６０５の領域と保持容量７０５に対応する半導体層６０８の領域を開口領域とするレジストパターン６４５〜６４７を形成する。その後、上記レジストパターン６４５〜６４７をマスクとして、イオン注入装置を用いて、第３のイオン注入処理であるｐ型不純物の高濃度イオン注入を行う。このイオン注入処理により、ｐチャネル型ＴＦＴ７０２に対応する半導体層６０５には、ゲート電極６１８をマスクとしてｐ型不純物であるＢ元素がイオン注入される。この結果、ゲート電極６１８の外側領域に対応する半導体層６０５に、ｐ型の導電型を有する高濃度不純物領域（ｐ＋領域）６４８が形成される。上記高濃度不純物領域（ｐ＋領域）６４８には、既にｎ型不純物であるＰ元素がイオン注入されているが、Ｂ元素のイオン注入量が２．５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２となるように高濃度にイオン注入されるため、ｐ型の導電型を有し、ソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物領域（ｐ＋領域）６４８が形成される。また、保持容量７０５の形成領域においても、保持容量用電極６２１の外側領域に対応する半導体層６０８にｐ型の導電型を有する高濃度不純物領域（ｐ＋領域）６４９が同様に形成される（図９（ａ）参照）。

次に、上記レジストパターン６４５〜６４７を除去した後、膜厚１５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜からなる第１の層間絶縁膜６５０をプラズマＣＶＤ法により堆積する。その後、半導体層６０４〜６０８に注入された不純物元素（Ｐ元素とＢ元素）を熱により活性化するため、電熱炉において、６００℃−１２時間の熱処理を行う。この熱処理は、不純物元素の活性化処理のために行うものであるが、チャネル領域として機能する実質的に真性な領域６２４〜６２７および容量形成用電極の片側として機能する真性な領域６２８に存在するＮｉ元素を前記不純物元素によりゲッタリングする目的も兼ねている。なお、上記熱活性化処理は、第１の層間絶縁膜６５０の堆積前に行っても良いが、ゲート電極等の配線材料の耐熱性が弱い場合には、第１の層間絶縁膜６５０の堆積後に行う方が好ましい。この後、半導体層６０４〜６０８のダングリングボンドを終端させるため、４１０℃−１時間の水素化処理を水素３％含有の窒素雰囲気中で行う（図９（ｂ）参照）。

次に、上記第１の層間絶縁膜６５０の上に、膜厚１．６μmのアクリル樹脂膜からなる第２の層間絶縁膜６５１を成膜する。この後、通常のフォトリソグラフィ処理とドライエッチング処理により、第２の層間絶縁膜６５１と第１の層間絶縁膜６５０、さらに下層膜であるゲート絶縁膜６２３を貫通するように、コンタクトホールを形成する。この際、コンタクトホールは、ソース配線として機能する電極６２２、高濃度不純物領域６３７、６３９、６４０、６４８および６４９と接続するように形成される（図１０（ａ）参照）。

次に、駆動回路７０６の高濃度不純物領域６３７、６３９および６４８と電気的に接続されるように、導電性の金属配線６５２〜６５７を形成する。また、画素領域７０７の接続電極６５８、６６０および６６１とゲート配線６５９を、金属配線６５２〜６５７と同じ導電性材料で形成する。本実施例３では、金属配線６５２〜６５７と、接続電極６５８、６６０および６６１とゲート配線６５９の構成材料として、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と膜厚５００ｎｍのＡｌ−Ｔｉ合金膜の積層膜を用いている。接続電極６５８は、不純物領域６４０とソース配線として機能する電極６２２とを電気的に接続させるように形成されている。また、接続電極６６０は、画素ＴＦＴ７０４の不純物領域６４０と電気的に接続されるように形成されており、接続電極６６１は、保持容量７０５の不純物領域６４９と電気的に接続されるように形成されている。また、ゲート配線６５９は、画素ＴＦＴ７０４の複数のゲート電極６２０を電気的に接続させるように形成されている。

その後、膜厚８０ｎｍ〜１２０ｎｍのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉ−Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜を堆積した後、フォトリソグラフィ処理とエッチング処理により、画素電極６６２を形成する。画素電極６６２は、接続電極６６０を介して、画素ＴＦＴ７０４のソース・ドレイン領域である不純物領域６４０と電気的に接続されており、さらに、接続電極６６１を介して保持容量７０５の不純物領域６４９とも電気的に接続されている（図１０（ｂ）参照）。

本実施例３の液晶表示装置の作製方法（製造方法）によれば、触媒元素を非晶質シリコン膜に添加する際に、スピン処理法を用いた従来技術のように、基板上にＮｉ水溶液が液盛りされることがないため、Ｎｉ水溶液の使用量削減に有効である。また、スピンモータおよびスピン速度調整機構等からなる基板スピン手段を設ける必要がないため、基板の大型化が進行しても、装置価格をある程度の範囲に抑えることが可能と考えられる。さらに、従来のスプレー式処理法のように、液滴が基板に付着して局所的に触媒元素量が過多になったり、基板部表面が上を向くことによりパーティクルが付着されることがなく、さらに、ミスト粒径が均一化される。

また、本実施例３によれば、上記図４に示したような専用の連続処理装置４１を用いて、触媒元素溶液の添加前処理工程（非晶質シリコン膜の希釈フッ酸処理工程→非晶質シリコン膜の酸化工程）→触媒元素溶液（Ｎｉ水溶液）の添加工程→脱水素工程を、連続処理することが可能である。これにより、タクトタイムが短くなり、生産性を向上させることができる。また、この連続処理装置においては、基板を１軸方向に搬送する構成となっているため、横方向（搬送方向と垂直な方向）の処理の均一性を確保することによって、基板全体の処理の均一性を確保することが容易となり、処理の均一性を確保するという点で有利である。また、このような連続処理装置に横型の電熱炉を付設することにより、非晶質シリコン膜の熱処理による結晶化工程までを連続処理することが可能となるため、さらなる生産性の向上を図ることができる。

本実施例３では、上記実施例１のように触媒元素を利用した縦成長法により作製した本発明の結晶質シリコン膜を用いて、画素スイッチング用トランジスタおよび駆動回路を備えた本発明の液晶表示装置を作製したが、上記実施例２のように触媒元素を利用した横成長法により作製された本発明の結晶質シリコン膜を用いてもよい。さらに、本発明の結晶質シリコン膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を作製し、γ補正回路、メモリ回路やクロック発生回路などのロジック回路を構成することによって、システムオンパネルを構成することも可能である。
（実施例４）
本実施例４では、本発明の結晶質シリコン膜を用いて画素スイッチング用トランジスタや駆動回路が構成された本発明の液晶表示装置、および本発明の結晶質シリコン膜を用いて構成されたロジック回路などが組み込まれた本発明の電子機器の各種例について、図１１〜図１３を用いて詳細に説明する。

本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置およびロジック回路を組み込んだ様々な分野の電子機器の製造に適用可能である。例えば、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、ゲーム機、パーソナルコンピュータおよび携帯情報端末（モバイルコンピュータ，携帯電話装置，電子書籍等）などが挙げられる。

図１１（ａ）は、本発明の電子機器の一例であるパーソナルコンピュータの外観を模式的に示す斜視図である。

図１１（ａ）に示すように、パーソナルコンピュータは、本体８０１と映像入力部８０２と表示装置８０３とキーボード８０４とを有している。このパーソナルコンピュータにおいて、表示装置８０３は、本発明の結晶質シリコン膜を用いて画素スイッチング用トランジスタやドライバー回路が構成されている。また、他の部分についても、本発明の結晶質シリコン膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を作製し、ロジック回路（γ補正回路、メモリ回路およびクロック発生回路など）を構成することができる。

図１１（ｂ）は、本発明の電子機器の他の一例であるビデオカメラの外観を模式的に示す斜視図である。

図１１（ｂ）に示すように、ビデオカメラは、本体８１１、表示装置８１２、音声入力部８１３、操作スイッチ８１４、バッテリー８１５および受像部８１６を有している。このビデオカメラにおいて、表示装置８１２は、本発明の結晶質シリコン膜を用いて画素スイッチング用トランジスタやドライバー回路が構成されている。また、他の部分についても、本発明の結晶質シリコン膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を作製し、ロジック回路を構成することができる。

図１１（ｃ）は、本発明の電子機器の更に他の一例であるモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）の外観を模式的に示す平面図である。

図１１（ｃ）に示すように、モバイルコンピュータは、本体８２１、カメラ部８２２、受像部８２３、操作スイッチ８２４および表示装置８２５を有している。このモバイルコンピュータにおいて、表示装置８２５は、本発明の結晶質シリコン膜を用いて画素スイッチング用トランジスタやドライバー回路が構成されている。また、他の部分についても、本発明の結晶質シリコン膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を作製し、ロジック回路を構成することができる。

図１１（ｄ）は、本発明の電子機器の更に別の一例であるゴーグル型ディスプレイの外観を模式的に示す斜視図である。

図１１（ｄ）に示すように、ゴーグル型ディスプレイは、本体８３１、表示装置８３２およびアーム部８３３を有している。このゴーグル型ディスプレイにおいて、表示装置８３２は、本発明の結晶質シリコン膜を用いて画素スイッチング用トランジスタやドライバー回路が構成されている。また、他の部分についても、本発明の結晶質シリコン膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を作製し、ロジック回路を構成することができる。

図１１（ｅ）は、本発明の電子機器の更に別の一例であるプレーヤの外観を模式的に示す斜視図である。

図１１（ｅ）に示すように、このプレーヤは、本体８４１、表示装置８４２、スピーカー部８４３および操作スイッチ８４５を有しており、プログラムやデータを記録した記録媒体（以下、記録媒体と略記する）８４４を再生するために用いられる。記録媒体８４４としては、ＤＶＤやＣＤなどが用いられ、音楽鑑賞、ゲームまたはインターネットに利用可能である。このプレーヤにおいて、表示装置８４２は、本発明の結晶質シリコン膜を用いて画素スイッチング用トランジスタやドライバー回路が構成されている。また、他の部分についても、本発明の結晶質シリコン膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を作製し、ロジック回路を構成することができる。

図１１（ｆ）は、本発明の電子機器の更に別の一例である携帯電話装置の外観を模式的に示す斜視図である。

図１１（ｆ）に示すように、携帯電話装置は、表示用パネル８５１、操作用パネル８５２、接続部８５３、表示部８５４、音声出力部８５５、操作キー８５６、電源スイッチ８５７、音声入力部８５８およびアンテナ８５９を有している。表示用パネル８５１と操作用パネル８５２は、接続部８５３によって接続されている。また、表示用パネル８５１の表示部８５４が設置されている面と、操作用パネル８５２の操作キー８５６が設置されている面との角度θは、接続部８５３において任意に変えることができる。この携帯電話装置において、表示用パネル８５１は、本発明の結晶質シリコン膜を用いて画素スイッチング用トランジスタやドライバー回路が構成されている。また、他の部分についても、本発明の結晶質シリコン膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を作製し、ロジック回路を構成することができる。

図１２（ａ）は、本発明の電子機器の更に別の一例であるフロント型プロジェクターの概略構成を示す斜視図である。

図１２（ａ）に示すように、フロント型プロジェクタは、光源光学系および表示装置８６１と、スクリーン８６２とを有している。このフロント型プロジェクタにおいて、表示装置８６１は、本発明の結晶質シリコン膜を用いて画素スイッチング用トランジスタやドライバー回路が構成されている。また、他の部分についても、本発明の結晶質シリコン膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を作製し、ロジック回路を構成することができる。

図１２（ｂ）は、本発明の電子機器の一例であるリア型プロジェクターの概略構成を示す斜視図である。

図１２（ｂ）に示すように、リア型プロジェクタは、本体８７１と、光源光学系および表示装置８７２と、ミラー８７３および８７４と、スクリーン８７５とを有している。このリア型プロジェクタにおいて、表示装置８７２は、本発明の結晶質シリコン膜を用いて画素スイッチング用トランジスタやドライバー回路が構成されている。また、他の部分についても、本発明の結晶質シリコン膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を作製し、ロジック回路を構成することができる。

図１２（ｃ）は、図１２（Ａ）の光源光学系および表示装置８６１と、図１２（Ｂ）の光源光学系および表示装置８７２とについて、その構成の一例を示す概略図である。

図１２（ｃ）に示すように、光源光学系および表示装置は、光源光学系８８１と、ミラー８８２および８８４〜８８６と、ダイクロイックミラー８８３と、光学系８８７と、表示装置８８８と、位相差板８８９と、投射光学系８９０とを有している。投射光学系８９０は、投射レンズを備えた複数の光学レンズによって構成される。この構成は、表示装置８８８が３個用いられているため、三板式と称されている。また、図１２（ｃ）に矢印で示す光路において、光学レンズ、偏光機能を有するフィルム、位相差を調整するためのフィルムまたはＩＲフィルムなどを適宜設けてもよい。

図１２（ｄ）は、図１２（ｃ）の光源光学系８８１の構成の一例を示す概略図である。

図１２（ｄ）に示すように、光源光学系は、リフレクター８９１と、光源８９２と、レンズアレイ８９３および８９４と、偏光変換素子８９５と、集光レンズ８９６とを有している。なお、この図１２（ｄ）に示す光源光学系は一例であり、この構成に限定されない。例えば、光源光学系に、光学レンズ、偏光機能を有するフィルム、位相差を調整するフィルムまたはＩＲフィルムなどを適宜設けても良い。

図１３（ａ）は、光源光学系および表示装置の構成の他の一例を示す概略図である。

図１３（ａ）に示すように、光源光学系および表示装置は、光源光学系９０１、表示装置９０２、投射光学系９０３および位相差板９０４を有している。投射光学系９０３は、投射レンズを備えた複数の光学レンズによって構成される。この構成は、表示装置９０２が１個用いられているため、単板式と称されている。光源光学系９０１としては、図１２（ｄ）に示した光源光学系を用いることができる。なお、表示装置９０２にはカラーフィルタ（図示しない）が設けられており、表示映像がカラー化されている。この図１３（ａ）に示す光源光学系および表示装置は、図１２（ａ）および図１２（ｂ）の光源光学系および表示装置８６１および８７２に適用することができる。

図１３（ｂ）に示す光源光学系および表示装置は、図１３（ａ）の応用例であり、カラーフィルタを設ける代わりに、ＲＧＢの回転カラーフィルタ円板９０５を用いて表示映像がカラー化されている。この図１３（ｂ）に示す光源光学系および表示装置は、図１２（ａ）および図１２（ｂ）の光源光学系および表示装置８６１および８７２に適用することができる。

図１３（ｃ）は、光源光学系および表示装置の構成のさらに他の一例を示す概略図である。

図１３（ｃ）に示す光源光学系および表示装置は、光源光学系９１１と、ダイクロイックミラー９１２〜９１４と、マイクロレンズアレイ９１５と、表示装置９１６と、投射光学系９１７とを有している。この構成は、カラーフィルターレス単板式と称されている。この方式では、表示装置９１６にマイクロレンズアレイ９１５が設けられ、ダイクロイックミラー（緑）９１２とダイクロイックミラー（赤）９１３とダイクロイックミラー（青）９１４を用いて表示映像がカラー化されている。投射光学系９１７は、投射レンズを備えた複数の光学レンズによって構成される。また、光源光学系９１１としては、光源の他に結合レンズおよびコリメーターレンズを用いた光学系を用いることができる。この図１３（ｃ）に示す光源光学系および表示装置は、図１２（ａ）および図１２（ｂ）の光源光学系および表示装置８６１および８７２に適用することができる。

本実施例４で説明したように、本発明の結晶質半導体膜の作製方法は、その適用範囲が極めて広く、アクティブマトリクス型液晶表示装置を組み込んだ様々な分野の電子機器の製造に適用可能である。

以上のように、本発明の好ましい実施形態およびその実施例を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態およびその実施例に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態およびその実施例の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、シリコンを含む結晶質半導体膜の作製方法、この結晶質半導体膜の作製に用いられる噴霧装置の分野において、触媒元素溶液を、重力に対して反対方向のベクトルを含む方向へ噴霧することにより、基板部表面への液滴付着を防ぐと共に、基板部表面に付着するミスト粒径の均一性を向上させて、高品位な結晶質半導体薄膜を均一性良く低コストで作製することができる。

また、本発明の結晶質半導体薄膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を構成し、ＬＣＤの画素領域におけるスイッチング用トランジスタや画素領域を駆動するドライバー回路に用いることにより、高品質で信頼性の高いＬＣＤを低コストで作製することができる。

さらに、本発明の結晶質半導体薄膜を用いてＴＦＴなどの半導体素子を構成し、γ補正回路、メモリ回路やクロック発生回路などのロジック回路に用いることにより、高品質で信頼性の高いロジック回路を低コストで作製することができる。

さらに、本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置やロジック回路を組み込んだ様々な分野の電子機器の製造に適用可能であり、例えば、本発明の液晶表示装置やロジック回路をビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ、ゲーム機、パーソナルコンピュータや携帯情報端末装置などの電子機器に組み込むことにより、高品質で信頼性の高いロジック回路および表示装置を低コストで作製することができる。

本発明の一実施形態である噴霧装置の概略構成を示す側断面図である。本発明の他の実施形態である噴霧装置の概略構成を示す側断面図である。（Ａ）〜（Ｆ）は、本実施例１の結晶質シリコン膜の作製方法の各処理手順を説明するための断面図である。図３の各工程における連続処理が可能な連続処理装置の概略構成を示す平面図である。（Ａ）〜（Ｆ）は、本実施例２の結晶質シリコン膜の作製方法の各処理手順について説明するための断面図である。（ａ）および（ｂ）は、本実施例３のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造工程を説明（その１）するための断面図である。（ａ）および（ｂ）は、本実施例３のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造工程を説明（その２）するための断面図である。（ａ）および（ｂ）は、本実施例３のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造工程を説明（その３）するための断面図である。（ａ）および（ｂ）は、本実施例３のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造工程を説明（その４）するための断面図である。（ａ）および（ｂ）は、本実施例３のアクティブマトリクス型液晶表示装置の製造工程を説明（その５）するための断面図である。（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ、本発明の液晶表示装置を組み込んだ電子機器の各一例をそれぞれ示す概略図である。（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明の液晶表示装置を組み込んだ電子機器の各構成例をそれぞれ示す概略図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の液晶表示装置を組み込んだ電子機器の他の各構成例をそれぞれ示す概略図である。

符号の説明

１噴霧装置
２、１２処理ステージ
３，１３ミスト状の触媒元素溶液
４，１４噴霧ノズル
５，１５処理槽
６，１８ガラス基板
７，１９基板支持治具
８，２０吸着パッド
１６気流発生機構
１７ミスト受け
３１，５１ガラス基板
３２，５２非晶質シリコン膜
３３，５３自然酸化膜
３５シリコン酸化膜
３６，５８Ｎｉ含有層
３７，５９結晶質シリコン膜
５４マスク絶縁膜（シリコン酸化膜）
５５開口領域
５６シリコン酸化膜
５７Ｎｉ水溶液
４１連続処理装置
４２処理用基板
４３ローダー側キャリア
４４Ａ酸化膜除去ユニット
４４Ｂ水洗ユニット
４４Ｃ乾燥ユニット
４４Ｄ酸化ユニット
４４Ｅ乾燥ユニット
４４Ｆ添加ユニット
４４Ｇ乾燥ユニット
４５脱水素化ユニット
４６，４７バッファ
４８処理済基板
４９アンローダー側キャリア
５０ホットプレート
６０１ガラス基板
６０２下地膜
６０２ａ第１層目の酸化窒化シリコン膜
６０２ｂ第２層目の酸化窒化シリコン膜
６０３，６０３ａ非晶質シリコン膜
６０３ｂ結晶質シリコン膜
６０４〜６０８半導体層
６０９ゲート絶縁膜（酸化窒化シリコン膜）
６１０ゲート電極膜（Ｗ膜）
６１１〜６１６レジストパターン（ゲート電極及び他の電極形成用）
６１７〜６２０ゲート電極
６２１保持容量用電極
６２２電極（ソース配線として機能）
６２３ゲート絶縁膜（ゲート電極ドライエッチング後）
６２４〜５２７実質的に真性な領域（チャネル領域として機能）
６２８真性な領域（容量形成用電極の片側として機能）
６２９〜６３３ｎ型不純物の低濃度不純物領域（ｎ−領域）
６３４〜６３６レジストパターン（ｎ＋領域形成用）
６３７〜６４１ｎ型不純物の高濃度不純物領域（ｎ＋領域）
６４２〜６４４ｎ型不純物の低濃度不純物領域（ｎ−領域）
６４５〜６４７レジストパターン（ｐ＋領域形成用）
６４８ｐ導電型の高濃度不純物領域（ｐ＋領域）（ソース・ドレイン領域として機能）
６４９ｐ導電型の高濃度不純物領域（ｐ＋領域）（容量形成用電極の片側として機能）
６５０第１の層間絶縁膜（酸化窒化シリコン膜）
６５１第２の層間絶縁膜（アクリル樹脂膜）
６５２〜６５７金属配線（Ｔｉ膜とＡｌ−Ｔｉ合金膜の積層膜）
６５８接続電極
６５９ゲート配線
６６０〜６６１接続電極
６６２画素電極（ＩＴＯ膜）
７０１ｎチャネル型ＴＦＴ
７０２ｐャネル型ＴＦＴ
７０３ｎチャネル型ＴＦＴ
７０４画素ＴＦＴ
７０５保持容量
７０６駆動回路
７０７画素領域
８０１パーソナルコンピュータの本体
８０２映像入力部
８０３表示装置
８０４キーボード
８１１ビデオカメラの本体
８１２表示装置
８１３音声入力部
８１４操作スイッチ
８１５バッテリ
８１６受像部
８２１モバイルコンピュータの本体
８２２カメラ部
８２３受像部
８２４操作スイッチ
８２５表示装置
８３１ゴーグル型ディスプレイの本体
８３２表示装置
８３３アーム部
８４１プレーヤの本体
８４２表示装置
８４３スピーカ部
８４４記録媒体
８４５操作スイッチ
８５１表示用パネル
８５２操作用パネル
８５３接続部
８５４表示部
８５５音声出力部
８５６操作キー
８５７電源スイッチ
８５８音声入力部
８５９アンテナ
８６１光学系および表示装置
８６２スクリーン
８７１リア型プロジェクターの本体
８７２光学系および表示装置
８７３，８７４ミラー
８７５スクリーン
８８１光源光学系
８８２，８８４〜８８６ミラー
８８３ダイクロイックミラー
８８７光学系
８８８表示装置
８８９位相差板
８９０投射光学系
８９１リフレクタ
８９２光源
８９３，８９４レンズアレイ
８９５偏光変換素子
８９６集光レンズ
９０１光源光学系
９０２表示装置
９０３投射光学系
９０４位相差板
９０５回転カラーフィルター円板
９１１光源光学系
９１２ダイクロイックミラー（緑）
９１３ダイクロイックミラー（赤）
９１４ダイクロイックミラー（青）
９１５マイクロレンズアレイ
９１６表示装置
９１７投射光学系

Claims

結晶化を助長する触媒元素を非晶質半導体膜の一部または全部の表面上に添加した後に、熱処理を行って結晶質半導体膜を作製する結晶質半導体膜の作製方法において、
該触媒元素を非晶質半導体膜の表面上に添加する際に、該触媒元素の溶液を噴霧する方向を、重力方向に対して反対方向のベクトルを含む方向に設定する結晶質半導体膜の作製方法。
絶縁性基板上に非晶質半導体膜を設ける第１の工程と、
該非晶質半導体膜の全面に前記触媒元素の溶液を噴霧する第２の工程と、
該非晶質半導体膜を熱処理することにより該非晶質半導体を結晶成長させて結晶質半導体膜を形成する第３の工程とを有する請求項１に記載の結晶質半導体膜の作製方法。
絶縁性基板上に非晶質半導体膜を設ける第１の工程と、
該非晶質半導体膜上にマスク絶縁膜を設け、該マスク絶縁膜の一部の領域に開口領域を形成する第２の工程と、
該マスク絶縁膜の開口領域を介して該非晶質半導体膜の表面上に前記触媒元素の溶液を噴霧する第３の工程と、
該非晶質半導体膜を熱処理することにより該非晶質半導体を結晶成長させて結晶質半導体膜を形成する第４の工程とを有する請求項１に記載の結晶質半導体膜の作製方法。
前記触媒元素の溶液を噴霧する方向を水平面に直交する垂直方向とする請求項１〜３のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法。
前記触媒元素の溶液を噴霧する噴霧ノズルと前記非晶質半導体膜の表面との距離を、該噴霧ノズルに付着して噴出する液滴の飛距離よりも長く設定する請求項１〜４のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法。
前記触媒元素の溶液を噴霧する噴霧ノズルと前記非晶質半導体膜の表面との距離を、該非晶質半導体の表面に付着させるべきミスト状触媒元素溶液の粒径に応じて設定する請求項５に記載の結晶質半導体膜の作製方法。
前記触媒元素の溶液を噴霧する方向と交差するように気流発生機構によって気流を発生させ、該気流によって該非晶質半導体膜の表面に向けて、該触媒元素の溶液の噴霧進行方向を変化させる請求項１〜３のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法。
前記触媒元素の溶液を噴霧する噴霧ノズルと前記気流発生機構との距離を、該噴霧ノズルに付着して噴出する液滴の飛距離よりも長く設定する請求項７に記載の結晶質半導体膜の作製方法。
前記触媒元素の溶液を噴霧する噴霧ノズルと前記気流発生機構との距離を、該非晶質半導体の表面に付着させるべきミスト状触媒元素溶液の粒径に応じて設定する請求項８に記載の結晶質半導体膜の作製方法。
前記触媒元素の溶液として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＣｕおよびＡｕから選択される一種類または複数種類の元素を含む溶液を用いる請求項１〜９のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法。
前記触媒元素の溶液を噴霧する工程の直前に、前記絶縁性基板上に設けた非晶質半導体膜上の酸化薄膜を前処理として除去および再作製する工程と、
該触媒元素の溶液を噴霧する工程の直後に、熱処理により該非晶質半導体膜を脱水素化処理する工程とを更に有し、
少なくとも該前処理工程から該脱水素化処理工程までを連続処理装置を用いて連続に行う請求項２または３に記載の結晶質半導体膜の作製方法。
前記連続処理装置を用いて、前記前処理工程から前記熱処理により結晶質半導体膜を作製する工程までを行う請求項１１に記載の結晶質半導体膜の作製方法。
請求項１〜１２のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法により作製された結晶質半導体膜。
請求項１３に記載の結晶質半導体膜を用いて構成された半導体素子。
請求項１４に記載の半導体素子を、表示領域の各画素部毎に設けられたスイッチング用トランジスタおよび、該スイッチング用トランジスタを駆動して表示するためのドライバ回路のうち少なくともいずれかに用いて構成した液晶表示装置。
請求項１４に記載の半導体素子を用いて構成したロジック回路。
請求項１５に記載の液晶表示装置が組み込まれた電子機器。
請求項１６に記載のロジック回路が組み込まれた電子機器。
請求項１〜６および１０〜１２のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法に用いられる噴霧装置であって、
前記絶縁性基板上の非晶質半導体膜の表面を、重力が働く方向に向けて基板部を固定する処理ステージと、
ミスト状の触媒元素溶液を重力方向に対して反対方向のベクトルを含む方向に噴霧する噴霧ノズル部とを有する噴霧装置。
請求項１〜３および７〜１２のいずれかに記載の結晶質半導体膜の作製方法に用いられる噴霧装置であって、
前記絶縁性基板上の非晶質半導体膜の表面を、重力が働く方向に向けて基板部を固定する処理ステージと、
ミスト状の触媒元素溶液を重力方向に対して反対方向のベクトルを含む方向に噴霧する噴霧ノズル部と、
該触媒元素溶液の噴霧方向と交差するように、該非晶質半導体膜の表面側に向けて気流を発生させる気流発生機構とを有する噴霧装置。