JP3934629B2 - 半導体装置、ヘルメット、フロントガラス及び風防ガラスの作製方法 - Google Patents

半導体装置、ヘルメット、フロントガラス及び風防ガラスの作製方法 Download PDF

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Description

本明細書で開示する発明は、フレキシブルな（可撓性を有する）ディスプレイ
パネルを提供する技術に関する。特にフレキシブルなアクティブマトリクス型の
液晶表示装置を提供する技術に関する。
小型軽量で薄型のディスプレイとして、液晶表示装置が知られている。これは
、ディスプレイパネルの構成として、数μｍの間隔で張り合わせられた一対の透
光性の基板間に液晶を挟んで保持した構成を有している。動作に当たっては、所
定の領域の液晶に電界を加えることにより、その光学特性を変化させ、パネルを
透過する光の透過の有無や透過光量を制御する。
この液晶表示装置の表示特性をさらに高いものとする技術として、アクティブ
マトリクス型のディスプレイパネルが知られている。これは、マトリクス状に配
置された各画素にスイッチング用の薄膜トランジスタ（一般に非晶質珪素薄膜が
利用される）を配置し、各画素に出入りする電荷を薄膜トランジスタによって制
御するものである。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置の特性を向上させるには、使用される
薄膜トランジスタの特性を向上させる必要があるが、それは使用する基板の関係
から困難であるのが現状である。
液晶ディスプレイパネルに利用される基板に必要とされるのは、可視光を透過
する光学特性である。このような光学特性を有する基板としては、各種樹脂基板
、ガラス基板、石英基板等である。この中で、樹脂基板は、耐熱性が低いので、
その表面に薄膜トランジスタを作製することは困難である。また石英基板は、１
０００℃以上の高温にも耐えることができるが、高価であり、ディスプレイの大
型化に際しての経済性に問題がある。そこで一般的には、ガラス基板が利用され
ている。
薄膜トランジスタの特性を向上させるには、薄膜トランジスタを構成する薄膜
半導体として、結晶性を有する珪素半導体薄膜を用いる必要がある。しかし、結
晶性珪素薄膜を形成するには、試料を高温雰囲気に曝す必要があり、ガラス基板
を利用する場合、基板の反りや変形が問題となる。特に大面積化を計った場合、
この問題が顕在化してしまう。
このような問題を解決し、かつ高い表示特性を有する液晶表示パネルを得る技
術として、特許出願公表番号平６−５０４１３９号公報に記載された技術が公知
である。この技術は、ＳＯＩ技術等によって形成された単結晶珪素薄膜を利用し
て薄膜トランジスタを作製し、さらにこの薄膜トランジスタをエピタキシャル成
長用の基板から剥離し、必要とする光学特性を有する任意の基板に接着すること
によって、液晶表示装置を構成するパネルを得るものである。
この技術を用いた場合、公知のＳＯＩ技術を用いて形成された単結晶珪素薄膜
を用いることができるので、高い特性を有する薄膜トランジスタを得ることがで
きる。また、基板として湾曲面を有するものを利用することができる。
前述の特許出願公表番号平６−５０４１３９号公報に記載された技術におい
ては、ＳＯＩ技術を用いて薄膜トランジスタを作製している。しかし現状におけ
るＳＯＩ技術では、１０インチ対角以上の大面積において単結晶薄膜を形成する
ことは困難である。
例えば、現状においては、単結晶ウエハーとして最大のものは１６インチのも
のである。この場合、得られる正方形のパネルの最大のものは、１６×（１／２
）-2≒１１インチ対角のものである。
一方、液晶表示パネルとしては、対角寸法で２０インチあるいは３０インチ以
上のものが今後要求されていくことが予想される。このような大型の液晶表示パ
ネルを構成することは、公知のＳＯＩ技術を用いた方法では不可能である。
そこで、本明細書で開示する発明は、大面積にわたって高い特性を有する薄膜
トランジスタを作製する技術を提供することを課題とする。また、この技術を利
用して表示パネルを得る技術を提供することを課題とする。さらにこれら技術を
用いて作製された薄膜トランジスタや表示パネルを提供することを課題とする。
本明細書で開示する発明の一つは、
第１の基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、
前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させ
る工程と、
加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、
前記結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記薄膜トランジスタを封止する層を形成する工程と、
前記封止する層に透光性を有する第２の基板を接着する工程と、
前記第１の絶縁膜を除去し、前記第１の基板を剥離する工程と、
を有することを特徴とする。
上記構成の具体的な例を図１〜３に示す。まず図１において、第１の基板であ
るガラス基板１０１上に剥離層として機能する第１の絶縁膜（酸化珪素膜）１０
２を成膜する。次に第２の絶縁膜として酸化珪素膜１０３を成膜する。この酸化
珪素膜１０２と１０３とは、その成膜方法が異なり、第１の酸化珪素膜１０２は
後にエッチングによって除去され易いものとする。（この点に関しては後述する
）
次に第２の絶縁膜１０３上に非晶質珪素膜１０４を成膜する。そして珪素の結
晶化を助長する金属元素を含んだ溶液を塗布し、水膜１０５を形成し、スピナー
１０６を用いたスピンドライを行うことにより、非晶質珪素膜１０４の表面に当
該金属元素が接して保持された状態とする。
そして加熱処理を施すことにより、結晶性珪素膜１０７を得て、この珪素膜を
活性層として、図２（Ａ）に示すように薄膜トランジスタを形成する。薄膜トラ
ンジスタを形成したら、この薄膜トランジスタを封止する層１１９を形成する。
そして、フレキシブルな透光性基板１２０を接着する。その後、エッチングを行
うことにより、剥離層である第１の絶縁膜１０２を除去し、ガラス基板１０１を
薄膜トランジスタから剥離する。
他の発明の構成は、
その表面に溝が形成された第１の基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、
前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させ
る工程と、
加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、
前記結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記薄膜トランジスタを封止する層を形成する工程と、
前記封止する層に透光性を有する第２の基板を接着する工程と、
エッチング溶液を用いて前記第１の絶縁膜を除去し、前記第１の基板を剥離す
る工程と、
を有することを特徴とする。
他の発明の構成は、
表面に溝が形成された第１の基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、
前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させ
る工程と、
加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、
前記結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記薄膜トランジスタを封止する層を形成する工程と、
前記封止する層に透光性を有する第２の基板を接着する工程と、
エッチング溶液を用いて前記第１の絶縁膜を除去し、前記第１の基板を剥離す
る工程と、
を有し、
前記溝の底部と前記第１の絶縁膜との間には隙間が形成されており、
前記エッチング溶液は前記隙間に進入することを特徴とする。
本明細書で開示する構成においては、珪素の結晶化を助長する金属元素として
、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選
ばれた一種または複数種類の元素が用いることできる。特にＮｉを用いた場合に
高い再現性と効果を得ることができる。
またこの珪素の結晶化を助長する金属元素は、珪素膜中において、１×１０14
〜５×１０18原子ｃｍ-3の濃度となるように調整する必要がある。これは、結晶
化に必要とする濃度としては、１×１０14原子ｃｍ-3の濃度が必要であり、５×
１０15原子ｃｍ-3以上の濃度となると半導体としての特性が損なわれてしまうか
らである。なお、本明細書中における原子の濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン分析
方法）を用いて得られた計測値の最小値として定義される。
また、上記金属元素を利用することによって得られた結晶性珪素膜は、その膜
中に不対結合手の中和用に水素及び／又はハロゲン元素が0.0005原子％〜５原子
％の濃度で含まれている。
他の発明の構成は、
第１の基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、
前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させ
る工程と、
前記非晶質珪素膜に対してレーザー光を照射し、被照射領域を単結晶と見なせ
る領域、または実質的に単結晶と見なせる領域に変成する工程と、
前記単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と見なせる領域を活性層と
して用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記薄膜トランジスタを封止する層を形成する工程と、
前記封止する層に透光性を有する第２の基板を接着する工程と、
前記第１の絶縁膜を除去し、前記第１の基板を剥離する工程と、
を有することを特徴とする。
上記構成において、単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と見なせる
領域は、実質的に当該領域内に結晶粒界が存在しておらず、さらに欠陥を補償す
るための水素及び／又はハロゲン元素を１×１０15〜１×１０20原子ｃｍ-3の濃
度で含んでおり、さらに炭素及び窒素の原子を１×１０15〜５×１０15原子ｃｍ
-3の濃度で含んでおり、さらに酸素の原子を１×１０17〜５×１０19原子ｃｍ-3
の濃度で含んでいる。
他の発明の構成は、
第１の基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、
前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させ
る工程と、
前記非晶質珪素膜に対してレーザー光を照射し、被照射領域を結晶性を有する
領域へと変成する工程と、
前記結晶性を有する領域を活性層として用いて薄膜トランジスタを形成する工
程と、
前記薄膜トランジスタを封止する層を形成する工程と、
前記封止する層に透光性を有する第２の基板を接着する工程と、
前記第１の絶縁膜を除去し、前記第１の基板を剥離する工程と、
を有することを特徴とする。
本明細書で開示する発明における珪素の結晶化を助長する金属元素の導入方法
としては、当該金属元素を含んだ溶液を用いることが簡便である。例えば、Ｎｉ
を用いる場合には、臭化ニッケル溶液、酢酸ニッケル塩溶液、蓚酸ニッケル溶液
、炭酸ニッケル溶液、塩化ニッケル溶液、沃化ニッケル溶液、硝酸ニッケル溶液
、硫酸ニッケル溶液、蟻酸ニッケル溶液、ニッケルアセチルアセトネート溶液、
４−シクロヘキシル酪酸ニッケル溶液、酸化ニッケル溶液、水酸化ニッケル溶液
等から選ばれた少なくとも１種類の化合物を用いることができる。
また、当該金属元素として、Ｆｅ（鉄）を用いる場合には、その化合物として
鉄塩として知られている材料、例えば臭化第１鉄（ＦｅＢｒ2６Ｈ2Ｏ）、臭化第
２鉄（ＦｅＢｒ3６Ｈ2Ｏ）、酢酸第２鉄（Ｆｅ（Ｃ2Ｈ3 Ｏ2）3xＨ2Ｏ）、塩化
第１鉄（ＦｅＣｌ34Ｈ2Ｏ）、塩化第２鉄（ＦｅＣｌ34Ｈ2Ｏ）、フッ化第２鉄（
ＦｅＦ3３Ｈ2Ｏ）、硝酸第２鉄（Ｆｅ（ＮＯ3）3 ９Ｈ2 Ｏ）、リン酸第１鉄（
Ｆｅ3（ＰＯ4）2８Ｈ2Ｏ）、リン酸第２鉄（ＦｅＰＯ4２Ｈ2Ｏ）から選ばれたも
のを用いることができる。
また、当該金属元としてＣｏ（コバルト）を用いる場合には、その化合物とし
てコバルト塩として知られている材料、例えば臭化コバルト（ＣｏＢｒ６Ｈ2Ｏ
）、酢酸コバルト（Ｃｏ（Ｃ2 Ｈ3 Ｏ2）2 ４Ｈ2Ｏ）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ
2６Ｈ2 Ｏ）、フッ化コバルト（ＣｏＦ2xＨ2Ｏ）、硝酸コバルト（Ｃｏ（ＮＯ3
）2６Ｈ2 Ｏ）から選ばれたものを用いることができる。
また当該金属元素として、Ｒｕ（ルテニウム）を用いる場合には、その化合物
としてルテニウム塩として知られている材料、例えば塩化ルテニウム（ＲｕＣｌ
3 Ｈ2 Ｏ）を用いることができる。
また当該金属元素として、Ｒｈ（ロジウム）を用いる場合には、その化合物と
してロジウム塩として知られている材料、例えば塩化ロジウム（ＲｈＣｌ3 ３Ｈ
2 Ｏ）を用いることができる。
また当該金属元素として、Ｐｄ（パラジウム）を用いる場合には、その化合物
としてパラジウム塩として知られている材料、例えば塩化パラジウム（ＰｄＣｌ
2２Ｈ2Ｏ）を用いることができる。
また当該金属元素として、Ｏｓ（オスニウム）を用いる場合には、その化合物
としてオスニウム塩として知られている材料、例えば塩化オスニウム（ＯｓＣｌ
3 ）を用いることができる。
また当該金属元素として、Ｉｒ（イリジウム）を用いる場合には、その化合物
としてイリジウム塩として知られている材料、例えば三塩化イリジウム（ＩｒＣ
ｌ3 ３Ｈ2 Ｏ）、四塩化イリジウム（ＩｒＣｌ4 ）から選ばれた材料を用いるこ
とができる。
また当該金属元素として、Ｐｔ（白金）を用いる場合には、その化合物として
白金塩として知られている材料、例えば塩化第二白金（ＰｔＣｌ4５Ｈ2Ｏ）を用
いることができる。
また当該金属元素として、Ｃｕ（銅）を用いる場合には、その化合物として酢
酸第二銅（Ｃｕ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 ）、塩化第二銅（ＣｕＣｌ2 ２Ｈ2 Ｏ）、硝
酸第二銅（Ｃｕ（ＮＯ3）2 ３Ｈ2 Ｏ）から選ばれた材料を用いることができる
。
また当該金属元素として、金を用いる場合には、その化合物として三塩化金（
ＡｕＣｌ3 xＨ2 Ｏ）、塩化金塩（ＡｕＨＣｌ4 ４Ｈ2 Ｏ）から選ばれた材料を
用いることができる。
本明細書に開示する発明を利用することにより、フレキシブルなアクティブマ
トリクス型の液晶表示装置を得ることができる。またこのアクティブマトリクス
型の液晶表示装置は、結晶性の高い珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタを用いた
ものとすることができるので、極めて高い表示特性を有したものとすることがで
きる。
本実施例は、ガラス基板上に５５０℃程度以下の低温プロセスで作製された大
面積を有する液晶ディスプレイ用の薄膜集積回路を可撓性を有する基板であるＰ
ＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板に移替え、曲面においても配置可能な
アクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成する例に関する。特に本実施例で
は、画素領域の構成に関して説明する。ここでは、液晶表示装置を例として示す
が、ＥＬ型のディスプレイに本明細書で開示する技術を利用することもできる。
まずガラス基板１０１を用意する。このガラス基板は、その表面に細かい凹部
を予め付けておく。ここでは、この凹部は、幅及び高さが数千Å〜数μｍ、深さ
が数μｍ〜数１０μｍ、その形状が格子状あるいはストライプ状を有したものと
する。この凹部は後に成膜される剥離層の平坦性が保たれる範囲において、深く
した方がよい。この凹部の形成方法は、フォトリソグラフィー工程を用いたエッ
チング、または機械的なエッチングを用いて行えばよい。
ガラス基板の上には、剥離層として機能する酸化珪素膜が成膜される。ここで
は、酸化珪素系被膜形成用塗布液を用いた酸化珪素膜を用いる。この酸化珪素系
被膜形成用塗布液というのは、シラノール系のモノマーあるいはオリゴマー等を
アルコール、ケトン等の有機溶媒に溶解させたものや、酸化珪素の微粉末を有機
溶媒に分散させたものである。このような酸化珪素系被膜形成用塗布液の具体例
としては、東京応化工業株式会社のＯＣＤ(Ohka Diffusion Source) を用いるこ
とができる。
上記ＯＣＤ溶液は、スピナー等を用いて被形成面に塗布し、２００〜３００℃
の温度でベークすることにより、簡単に酸化珪素膜を形成することができる。ま
た、これら酸化珪素系被膜形成用塗布液（ＯＣＤ溶液に限らず）を用いて形成さ
れた酸化珪素膜は、スパッタ法やＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜に比較
して、極めてエッチングレートが高い（条件によっては１桁以上大きい）という
特徴を有する。例えば本発明者らの実験によれば、ＴＥＯＳガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法で成膜された酸化膜（ゲイト絶縁膜や層間絶縁膜に利用される）のバ
ッファーフッ酸に対するエッチングレートは、１０００〜２０００Å／分程度で
あるが、上記ＯＣＤ溶液を用いて成膜された酸化珪素膜のバッファフッ酸に対す
るエッチングレートは、１μｍ／分以上のものが得られている。
本実施例では、東京応化工業株式会社のＯＣＤ溶液の中で、Ｔｙｐｅ２ Ｓｉ
５９０００を用いて、剥離層１０２を形成する。この剥離層１０２の形成は、上
記ＯＣＤ溶液をスピナーを用いて塗布し、２５０℃の温度で３０分間のベークを
行うことにより行う。酸化珪素膜でなる剥離層１０２の厚さは１μｍとする。な
お、この剥離層１０２の表面は平坦なものとなるように注意する必要がある。
この剥離層１０２とガラス基板１０１との間には、図７に示すようにガラス基
板の凹凸に起因する隙間７０１が存在することとなる。また、隙間７０１が形成
されるように、ＯＣＤ溶液の濃度を調整することは有効である。
剥離層１０２を成膜したら、下地膜となる酸化珪素膜１０３を成膜する。この
酸化珪素膜１０３はＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて緻密な膜質
として成膜する。この酸化珪素膜１０３は、後に薄膜トランジスタの裏面側を覆
う保護膜としての機能を有するから、５０００Å以上の厚さの膜とする必要があ
る。また、この下地膜となる酸化珪素膜１０３の成膜は、スパッタ法によって行
ってもよい。（図１（Ａ））
次に図１（Ｂ）に示すように非晶質珪素膜１０４をプラズマＣＶＤ法または減
圧熱ＣＶＤ法で成膜する。この非晶質珪素膜１０４の成膜は従来より公知の成膜
方法を用いればよい。この非晶質珪素膜１０４の厚さは、５００Å程度とすれば
よい。さらに試料をスピナー１０６上に配置し、所定の濃度に調整したニッケル
酢酸塩溶液を塗布し水膜１０５を形成する。そしてスピナー１０６を用いてスピ
ンドライを行うことにより、不要な溶液を吹き飛ばし、ニッケル元素が非晶質珪
素膜１０４の表面に接して保持された状態とする。
この状態で加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜１０４を結晶化させる。
この加熱処理は５５０℃、４時間の条件で行えばよい。普通、非晶質珪素膜に対
して、５５０℃の温度で加熱処理を加えても、数１００時間以上の処理を加えな
いと結晶化は進行しない。しかし、珪素の結晶化を促進させるある種の金属元素
（ここではニッケル元素）を利用すると、上記のような条件でも結晶性珪素膜を
得ることができる。またこのような金属元素を用いた場合、５００℃程度の温度
でも、数十時間の時間をかければやはり結晶性珪素膜を得ることができる。この
ような低温結晶化の効果は、金属元素としてニッケルを用いた場合に顕著なもの
として得ることができる。
この加熱処理による非晶質珪素膜の結晶化工程において加えられる５５０℃程
度の温度であれば、コーニング７０５９ガラス基板のような安価で大面積化の容
易な基板を利用することができる。従って、生産コストを抑えて、大面積な結晶
性珪素膜を得ることができる。
こうして、図１（Ｃ）に示すように結晶性珪素膜１０７を得る。さらにレーザ
ー光を照射することにより、珪素膜１０７の結晶性を向上させる。そして結晶性
珪素膜１０７の表面を１００Å程度エッチングする。これは、結晶性珪素膜の表
面に存在している高濃度のニッケル層（おそらくニッケルシリサイド化している
）を取り除くためである。そしてこの結晶性珪素膜１０７をパターニングして、
図１（Ｄ）に示すように薄膜トランジスタの活性層１０８を得る。
次に図２（Ａ）に示すように、活性層１０８を覆ってゲイト絶縁膜として機能
する酸化珪素膜１０９を成膜する。このゲイト絶縁膜の厚さは１０００Å程度と
すればよい。勿論このゲイト絶縁膜の膜厚等は、必要とする特性や利用されるプ
ロセスに合わせて決定される。
ゲイト絶縁膜１０９の成膜後、スカンジウムを微量に含有したアルミニウムを
主成分とする膜を成膜し、さらにパターニングを施すことにより、ゲイト電極１
１０を得る。このアルミニウムを主成分とする膜の厚さは、例えば６０００・と
すればよい。この場合、ゲイト電極１１０の厚さは６０００Åとなる。
さらに電解溶液中においてゲイト電極１１０を陽極として陽極酸化を行うこと
により、陽極酸化物層１１１を２０００Åの厚さに成膜する。この陽極酸化物層
１１１の厚さでもって後の不純物イオン注入の工程において、オフセットゲイト
領域を形成することができる。
陽極酸化物層１１１を形成したら、ソース／ドレイン領域を形成するための不
純物イオンの注入を行う。ここでは、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを得るた
めにＰ（リン）イオンの注入を行う。この工程は、プラズマドーピング法または
イオン注入法によって行えばよい。
この工程によって、ソース領域１１２、ドレイン領域１１５、チャネル形成領
域１１４、オフセットゲイト領域１１３が形成される。また、不純物イオンの注
入終了後、レーザー光または強光の照射を行い、ソース／ドレイン領域１１２、
１１５の再結晶化と注入されたイオンの活性化を行う。このようにして図２（Ａ
）に示す状態を得る。
図２（Ａ）に示す状態を得たら、層間絶縁膜１１６として酸化珪素膜を形成す
る。層間絶縁膜１１６としては、有機樹脂を用いてもよい。有機樹脂としては、
エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド等を利用することができる。また、層
間絶縁膜１１６としては、各種樹脂材料の２層以上の多層構造や酸化珪素膜と樹
脂層との積層構造をとることもできる。
層間絶縁膜１１６を成膜したら、コンタクトホールの形成を行う。そしてチタ
ンとアルミニウムの積層体を用いてソース電極１１７を形成する。さらに、酸化
珪素膜である２層目の層間絶縁膜２００を形成する。次にＩＴＯを用いてドレイ
ン領域１１５に接続される電極１１８を形成する。この電極は、薄膜トランジス
タのドレイン領域に接続された画素電極を構成する。こうして配線をも含めて薄
膜トランジスタが完成する。
次に配線をも含めて薄膜トランジスタを封止するための封止材料として機能す
る樹脂材料１１９を形成する。樹脂材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂
、ポリイミド等を利用することができる。樹脂材料１１９としては、各種樹脂材
料の２層以上の多層構造を利用してもよい。
ここでは、この樹脂材料１１９としてＵＶ硬化型の接着剤としての機能を有す
るエポキシ樹脂を用いる。そして、次に液晶パネルの基板となる透光性でありか
つ可撓性を有する樹脂基板１２０を樹脂材料１１９でもって接着する。ここでは
、樹脂基板１２０として、厚さ１ｍｍ厚のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート
）フィルムを用いる。また、基板１２０の接着方法としては、樹脂材料１１９を
用いるのではなく、他に接着層を利用するのでもよい。
次にバッファーフッ酸を用いて剥離層１０２のエッチングをする。この工程に
おいて、ガラス基板１０１の表面には溝が形成されているので、剥離層とガラス
基板の表面との間にはこの溝の存在に従う隙間が存在している。そしての隙間に
エチャントが進入することにより、エッチングが急速に進行していく。さらに、
ＯＣＤ溶液に代表される酸化珪素系被膜形成用塗布液を用いて形成された酸化珪
素膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法で形成された酸化珪素膜に比較して、１
桁以上高いエッチングレートを有している。従って、このエッチング工程におい
て、剥離層のみを選択的に取り除くことができる。
この結果、図３（Ａ）に示すように、ガラス基板１０１と下地膜である酸化珪
素膜１０３とが剥離されることとなる。
こうして図３（Ｂ）に示す状態を得る。この状態では、アクティブマトリクス
型の液晶表示パネルの一方が完成する。即ち、一対の基板間に液晶を挟んで保持
する構成の液晶パネルにおけるパネルの一方が完成する。
なお、図３（Ｂ）に示す一方のパネルにおいては、画素領域の１画素の部分し
か示されていない。しかし、以上示したような工程と同様な工程により、周辺回
路用の薄膜トランジスタを構成し、周辺駆動回路をも一体化した構成とすること
ができる。
さらに図４に示すように厚さ１ｍｍのＰＥＴフィルム１２４の表面に対向電極
１２３と配向膜１２２を配置する。こうして図３（Ｂ）に示すパネルと対になる
パネルを得る。そして、図３（Ｂ）に示すパネルの露呈した酸化珪素膜１０３上
に液晶を配向させるための配向膜１２１を形成する。そして、２つのパネルを張
り合わせ、さらにその隙間（５μｍ）にＴＮ型液晶を注入する。こうして図４に
示す液晶ディスプレイパネルを完成させる。また図には示されていないが、カラ
ーフィルターや移送補償フィルム、さらに偏光フィルムが必要に応じて配置され
る。
本実施例においては、ＴＮ液晶に紫外線硬化型の樹脂材料を混入したものを用
いる。そしてパネルの完成後、紫外線を照射し、この樹脂材料を硬化させる。こ
の結果、柱状に硬化した樹脂材料によって、一対のパネルの間隔が保持される。
またこの樹脂材料だけでは、パネルの張り合わせの際にパネル間の間隔を保持で
きないので、公知のスペーサーを利用する必要がある。
また図４に示す状態では、水分の進入等により、特性の劣化が進行する可能性
があるので、全体を熱硬化型の樹脂フィルムを用いて封止する。
図４に示す構成においては、基板として可撓性を有する樹脂基板を用いている
ので、液晶パネル全体を可撓性を有するものとすることができる。また、結晶性
の珪素膜を用いた薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型の液晶表示
装置であるので、高い画像表示機能を有したものとすることができる。
本実施例は、実施例１で示した工程において、珪素の結晶化を助長する金属元
素として、Ｃｕ（銅）を用いた場合の例である。本実施例においては、酢酸第二
銅（Ｃｕ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 ）溶液を用いて銅元素の導入を行う。この溶液中の
銅元素の濃度は、最終的な珪素膜中に残留する銅元素の濃度が、１×１０15〜５
×１０15原子ｃｍ-3となるように調整する。
珪素の結晶化を助長する金属元素として、Ｃｕを用いた場合、結晶化のための
加熱処理は、５８０℃、４時間の条件で行う。これは、ＣｕはＮｉに比較して、
珪素の結晶化を助長する作用が多少小さいからである。その他の構成や工程条件
は、実施例１に示したのと同様である。
本実施例は、ガラス基板上に単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と
見なせる領域を有する珪素膜を形成し、この珪素膜を用いて、フレキシブルな構
造を有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成する例を示す。
ここでは、ガラス基板としてコーニング７０５９ガラス基板（歪点５９３℃）
を用いる。またガラス基板上には、予め格子状あるいはストライプ状に数μｍ幅
で深さが数μｍ〜数十μｍの溝を形成しておく。
まずガラス基板５０１上に剥離層５０２を形成する。この剥離層５０２は、前
述のＯＣＤ溶液を用いた酸化珪素膜とする。この際、先の溝が存在する関係で、
溝の低部には微小な隙間が形成される。
そして、この剥離層５０２の上にＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法で酸
化珪素膜５０３を形成する。この酸化珪素膜５０３は、後に薄膜トランジスタ回
路を支える支持体となるので、厚く成膜する。ここでは８０００Åの厚さに成膜
する。さらにプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法により、非晶質珪素膜５０
４を３００Åの厚さに成膜する。
次に試料をスピナー５０６上に配置し、ニッケル酢酸塩溶液を塗布し水膜５０
５を形成する。ここで塗布されるニッケル酢酸塩溶液のニッケル元素の含有濃度
は、最終的に珪素膜に中に残留するニッケル元素の濃度が１×１０15〜５×１０
19原子ｃｍ-3となるように調整する。このニッケル元素の珪素膜中での濃度は、
ＳＩＭＳ（２次イオン分析法）を用いた珪素値の最大値でもって定義される。
ニッケル酢酸塩溶液の水膜５０５の形成後、スピンドライを行い、不要な溶液
を吹き飛ばす。こうして、非晶質珪素膜の表面にニッケル元素が接して保持され
た状態とする。この状態においてレーザー光を照射し、非晶質珪素膜の結晶化を
行う。ここでは、線状にビーム加工したＫｒＦエキシマレーザーを用いる。この
レーザー光の照射に際、試料を５５０℃の温度に加熱する。
ここで用いるレーザー光は、ビームを長さ数十ｃｍ、幅１ｍｍ程度の線状に光
学系（多数の各種レンズで構成される）を用いて加工されたものを用いる。この
線状のレーザー光を用いた珪素膜の結晶化は、レーザー光をゆっくりと走査させ
ながら非晶質珪素膜に照射することによって、図５（Ｂ）の５０７で示されるよ
うな結晶化された領域を少しずつ成長させていくものである。
このレーザー光の照射によって得られる結晶化された領域は、単結晶または実
質的に単結晶と見なせる電気特性を有している。即ち、その領域内には実質的に
結晶粒界が存在していない結晶構造を有している。しかし、一般的な単結晶ウエ
ハーとは異なり、その領域中においては、欠陥を補償するための水素（またはハ
ロゲン元素）を１×１０15〜１×１０20原子ｃｍ-3の濃度で含んでいる。これは
、出発膜が非晶質珪素膜であるからである。
また、炭素及び窒素の原子を１×１０15〜５×１０18原子ｃｍ-3の濃度で含ん
でいる。また、酸素の原子を１×１０17〜５×１０19原子ｃｍ-3の濃度で含んで
いる。これら、炭素、窒素さらには酸素を含んでいるのは、出発膜がＣＶＤ法で
成膜された非晶質珪素膜であることに起因する。即ち、プラズマＣＶＤ法や減圧
熱ＣＶＤ法で成膜された非晶質珪素膜中には、炭素、窒素、酸素がその成膜の際
に不可避に含まれてしまうことに起因する。
また、本実施例で示すような珪素の結晶化を助長する金属元素を利用している
場合には、その膜中に当該金属元素を１×１０14〜５×１０18原子ｃｍ-3の濃度
で含んでいる。この濃度範囲の意味するところは、これ以上の濃度範囲では、金
属としての特性が表れてしまい、またこの濃度範囲以下では、そもそも珪素の結
晶化を助長する作用を得ることができないということである。
また、本実施例で示すレーザー光の照射による結晶化によって得られる単結晶
とみなせる領域または実質的に単結晶と見なせる領域は、細長い線状の領域とし
て得ることができるが、その幅をあまり大きくすることができない。即ち大面積
にわたって上記領域を得ることは、現状の技術においてはできない。
しかし、アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、薄膜トランジス
タが図６に示すように、規則正しく列をなして配置されるので、実際に結晶化が
必要とされるのは、特定の線状の領域となる。
図６において、６０１がソース線であり、６０２がゲイト線である。また６０
３が画素電極を構成するＩＴＯ電極である。また６０５が薄膜トランジスタのソ
ース領域へのコンタクトであり、６０４がゲイト電極へのコンタクトであり、６
０６がドレイン領域と画素電極６０３とのコンタクトである。
図６に示す構成においては、６０７で示される領域が薄膜トランジスタの活性
層を構成する領域となる。従って、少なくともこの領域を結晶化させればよいこ
ととなる。
実際には、図６に示されるような構成は、数百×数百のマトリクス状に形成さ
れる。従って、最低限必要なのは、６０８や６０９で示される線状の領域を結晶
化させればよいこととなる。活性層の幅は数μｍ〜数十μｍ程度であるので、６
０８や６０９で示される線状の領域を、本実施例で示すようなレーザー光の照射
によって単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と見なせる領域とするこ
とができる。
そこで、本実施例においては、図５（Ｂ）に示すように線状のレーザービーム
を走査しながら照射することによって、５０７で示されるような、単結晶と見な
せる領域、または実質的に点結晶と見なせる線状の領域を選択的に形成する。
本実施例では、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いたが、この金属元素を
用いない場合は、単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と見なせる領域
を形成することは困難となる。
また、レーザー光の照射条件は非常に微妙なものであるので、予備実験を十分
に行い、その条件を見い出しておく必要がある。レーザー光の照射条件で特に重
要なものとなるのは、レーザー光の照射密度とその走査速度の関係である。
また、金属元素を用いても、レーザー光の照射の際に加熱を行わないと、やは
り単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と見なせる領域を形成すること
は困難となる。ここでは、この加熱温度を５５０℃としたが、ガラス基板が耐え
る範囲においてなるべく高くすることが望ましい。具体的には、ガラス基板の歪
点以下の温度でなるべく高い温度とすることが望ましい。
図５（Ｂ）に示すような方法により得られる単結晶と見なせる領域、または実
質的に単結晶と見なせる領域は、図５（Ｂ）の奥行き方向に長手方向を有する線
状を有している。そして、形成されるべき薄膜トランジスタは、図面の奥行き方
向に多数個並んで配置されることとなる。
図５（Ｂ）に示すレーザー光の照射工程において、単結晶と見なせる領域、ま
たは実質的に単結晶と見なせる領域を形成した後、パターニングを施すことによ
り、図５（Ｃ）に示すように薄膜トランジスタの活性層５０８を形成する。この
活性層５０８の紙面向こう側（奥手側）と手前側にも同様な活性層が同時に多数
個形成される。
この活性層５０８は単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と見なせる
領域で構成されている。即ち、活性層５０８中には実質的に結晶粒界が存在して
いない。従って、単結晶ウエハーを用いて構成されたトランジスタやＳＯＩ技術
等で得られた単結晶珪素薄膜を用いた構成された薄膜トランジスタに匹敵する電
気特性を有したものとすることができる。
活性層５０８を形成したら、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜５０９を
プラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。この酸化珪素膜５０９の厚
さは１２００Åとする。さらにアルミニウムを主成分とするゲイト電極５１０を
形成する。またのこのゲイト電極５１０の周囲に陽極酸化によって形成される酸
化物層５１１を形成する。
図５（Ｃ）に示す状態で示される活性層５０８の部分は、チャネル形成領域の
部分である。図５（Ｃ）で示されるのは、図２で示される薄膜トランジスタの断
面を９０度異なる角度から見た断面である。また図５（Ｃ）で示す断面は、図６
のＡ−Ａ’で切った断面に相当する。
陽極酸化物５１１の形成後、層間絶縁膜５１２をＴＥＯＳガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法で成膜する。さらにコンタクトホールの形成を行った後、ゲイト電極
５１０へのコンタクト配線（コンタクト電極）５１３を形成する。この際、図示
しないが、必要とする配線を同時に行う。
そして封止材としても機能するエポキシ樹脂等の接着層５１５を形成し、先に
形成した配線および回路を封止する。この接着層５１５はＵＶ光の照射によって
硬化するタイプのものを用いる。そして、ＰＥＴフィルムでなる可撓性を有する
透光性基板５１５を接着層５１４を介して接着する。
次にフッ酸系のエッチャント（例えばバッファーフッ酸）を用いて剥離層５０
２を除去する。この際、ガラス基板５０１上に形成された溝にエッチャントが進
入し、剥離層５０２のエッチングを促進させる。こうして、ガラス基板５０１を
剥離させることができる。
ガラス基板５０１を剥離することで、図５（Ｄ）に示すような状態を得ること
ができる。こうして、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成するパネル
の一方が完成する。後は、実施例１に示したように、対向するパネルを作製し、
所定の間隔でもって張り合わせを行い、さらに対向するパネル間に液晶を充填す
ることによって、アクティブマトリクス型の液晶表示パネルが完成する。
本実施例においては、図６に示すような画素領域における薄膜トランジスタの
配置状態を例に上げて液晶パネルの作製工程を説明した。従って、本実施例にお
ける画素領域の薄膜トランジスタを駆動する周辺駆動回路領域（シフトレジスタ
回路やアナログバッファー回路等で構成される）の構成としては、画素領域を構
成する薄膜トランジスタと同一工程で同一基板上に形成される構成（周辺駆動回
路領域と画素領域とを同一基板上に形成する構成）としてもよいし、ＩＣチップ
で構成された周辺駆動回路を外付けする構成としてもよい。
画素領域を構成する薄膜トランジスタの形成と周辺駆動回路領域を構成する薄
膜トランジスタを構成する薄膜トランジスタの形成とを同一工程で行う場合には
、図５に示すような工程と同様な工程を経ることにより、周辺駆動回路を構成す
る薄膜トランジスタを画素領域に配置される薄膜トランジスタの作製とを同時に
行う。また、周辺駆動回路を構成する薄膜トランジスタの配置は、一直線状に並
ぶように配置し、線状のレーザー光の照射に従う結晶化領域（線状に結晶化され
た領域）を巧く利用できるようにデザインする。
本実施例は、実施例１〜３に示したようなガラス基板を用いる構成ではなく、
石英基板を用いるものである。石英基板を用いた場合には、ガラス基板を用いた
場合に比較して材料コストがかかるという欠点がある。しかし、１０００℃以上
の高温熱処理を行うことができるので、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用
しなくても結晶性珪素膜を得ることができる。
本実施例では、石英基板の利用によるコストの増加を抑制するために以下に示
す構成を採用する。石英基板を用いた場合にも、実施例１や実施例３に示した場
合と同様の工程により、液晶表示パネルを形成すればよい。この際、酸化珪素で
なる剥離層をエッチングする際に、石英基板の表面もまた程度の差はあれエッチ
ングされる。
そこで本実施例においては、一度利用された石英基板の表面を化学的なエッチ
ングあるいは機械的な研磨により平坦化し、さらに再び溝を形成することにより
、複数回に渡って石英基板を使用することを特徴とする。
１回の使用により石英基板表面の研磨される厚さを５０μｍ程度と見積もり、
厚さ２ｍｍの石英基板を用いるとした場合、その厚さが半分になるまで利用でき
る回数は、２００回程度概算される。現状においては、コーニング７０５９ガラ
ス基板に対する石英基板の値段は、１０ｃｍ角で１０倍程度であるので、本実施
例の構成を採用することで、ガラス基板を利用した場合と同様な生産コストを実
現することができる。
本実施例の構成を採用した場合において、実施例３で示したようなレーザー光
の照射を行い。単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と見なせる領域を
形成し、さらにこの領域を用いることによって薄膜トランジスタを形成する構成
としてもよい。このような場合、試料を１０００℃程度まで加熱することができ
、レーザー光の照射による効果を高めることができる。また、実施例３で示した
ように珪素の結晶化を助長する金属元素を利用すると、さらにレーザー光の照射
による効果を高めることができる。
本実施例は、実施例４に示した、石英基板の代わりにガラス基板を利用した場
合の例である。ガラス基板を用いた場合、その値段が安いので、石英基板を用い
た場合に比較してさらにその生産コストを低減することができる。
本実施例は、実施例３に示した構成において、レーザー光の照射の前に加熱処
理を行う場合の例である。この加熱処理は、非晶質珪素膜が結晶化しないような
条件で行い、膜中の水素を離脱させるために行う。膜中の水素を離脱させると、
珪素分子のダングリングボンド（不対結合手）を中和していた水素が放出される
ので、膜中において、珪素分子のダングリングボンド（不対結合手）が増加し、
結晶化に際するエネルギーのしきい値が低くなる。従って、レーザー光の照射に
従う結晶化を促進することができる。
また、レーザー光の照射の終了後に、ガラス基板の歪点以下の温度で加熱処理
を加えることは効果的である。これは、膜中の応力が加熱処理により緩和される
からである。
特に実施例１に示したように、最終的に可撓性を有する液晶表示パネルとする
場合は、薄膜トランジスタを構成する活性層中の応力を十分緩和させておかない
と、液晶表示パネルを湾曲させることによって、外部より加わる応力によって、
活性層中にクラックが発生したり、欠陥が発生したりし、薄膜トランジスタの動
作に影響が出てしまう。従って、フレキシブルな液晶表示パネルを構成する場合
には、レーザー光の照射後に熱処理を行い膜中の応力を緩和させておくことは、
大きな効果を有する。
本実施例は、実施例３に示す構成において、レーザー光の照射の前に加熱処理
により珪素膜を予め結晶化させておく構成に関する。即ち、レーザー光の照射の
前に５５０℃、４時間の加熱処理を加えることのより、非晶質珪素膜を結晶化さ
せ、さらに図５（Ｂ）に示すようなレーザー光の照射を行うことにより、部分的
に単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と見なせる領域を形成する。
また、単結晶と見なせる領域、または実質的に単結晶と見なせる領域を形成す
ることができなくても、レーザー光を照射することにより、加熱処理によって結
晶化された結晶性をさらに向上させることができる。
本実施例は、実施例３に示す構成において、レーザー光の照射条件を単結晶と
見なせる領域または実質的に単結晶と見なせる領域を形成するのに最適な条件か
らずれた条件において、レーザー光を照射する場合の例である。このような場合
、多少の結晶粒界の存在が認められるような結晶性を有する領域を得ることがで
きる。このような領域は、単結晶と見なせるような電気特性を有していなくても
、それに十分近い電気特性を有している。
上記最適な条件からずれた条件というのは、かなり範囲の広いものである。従
って、本実施例で示す構成は、レーザー光の照射パワーの変動等を考慮した場合
、極めて実用性の高いものとなる。
本実施例では、剥離される基板に石英基板を使用して、高温で長時間の処理を
可能にすることにより、ニッケル元素を利用して結晶化した珪素膜中のニッケル
をゲッタリングした後に、薄膜トランジスタを作製するようにしたものである。
以下に図１１に従って本実施例を説明する。
まず、エッチングにより石英基板３０１上の表面に図７に示すように、格子状
或いはスリット状の凹部を形成する。凹部の寸法は幅、高さを数１０００Å〜数
μｍ、深さ数μｍ〜数１０μｍとする。
次に、図１１（Ａ）に示すように、実施例１と同様に、凹部が形成された石英
基板３０１表面にＯＣＤ溶液を使用して、焼成して、酸化珪素膜から成る剥離層
３０２を１μｍの厚さに形成する。剥離層３０２の表面に、ＴＥＯＳガスを原料
にして、プラズマＣＶＤ法により下地膜３０３として酸化珪素膜を５０００Åの
厚さに成膜する。
なお、下地膜３０３は可能な限り高い硬度とすることが重要となる。これは、
下地膜３０３により最終的に得られた薄膜トランジスタの裏面が保護されるため
であり、下地膜３０３が硬い程（即ち、そのエッチングレートが小さい方が）信
頼性を高くすることができる。
なお、下地膜３０３中に塩素で代表されるハロゲン元素を微量に含有させてお
くことは有効である。このようにすると、後の工程において、半導体層中に存在
する珪素の結晶化を助長する金属元素をハロゲン元素によってゲッタリングする
ことができる。
また、下地膜３０３の成膜後に水素プラズマ処理を加えることは有効である。
また、酸素と水素とを混合した雰囲気でのプラズマ処理を行うことは有効である
。これは、下地膜３０３の表面に吸着している炭素成分を除去し、後に形成され
る半導体膜との界面特性を向上させることに効果がある。
次に後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜３０４を２０００Åの厚さに減圧熱
ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法で成膜する。減圧熱ＣＶＤ法の方が後に得られる
結晶性珪素膜の膜質が緻密で好ましい。後に、この表面に熱酸化膜を形成するた
め、非晶質珪素膜３０４の膜厚は最終的に必要とされる膜厚より厚くすることが
必要である。
ここで作製する非晶質珪素膜３０４は、膜中の酸素濃度が１×１０17〜５×１
０19ｃｍ-3 であることが望ましい。これは、後の金属元素（珪素の結晶化を助
長する金属元素）のゲッタリング工程において、酸素が重要な役割を果たすから
である。ただし、酸素濃度が上記濃度範囲より高い場合は、非晶質珪素膜の結晶
化が阻害されるので注意が必要である。また他の不純物濃度、例えば、窒素や炭
素の不純物濃度は極力低い方がよい。具体的には、２×１０19ｃｍ-3以下の濃度
とすることが必要である。
図１１（Ｂ）に示すように、非晶質珪素膜３０４の表面に１０ｐｐｍ（重量換
算）のニッケルを含んだニッケル酢酸塩溶液を塗布して、乾燥させて、ニッケル
層３０５を形成する。ニッケル層３０５は完全な層を成しているとは限らないが
、非晶質珪素膜３０４の表面にニッケル元素が接している状態とされる。なお、
ニッケル元素の導入量の調整は、溶液中におけるニッケル元素の濃度を調整する
ことにより行う。
そして、９００℃の温度で、４時間加熱処理を行い、非晶質珪素膜３０４を結
晶化させ、図１１（Ｃ）に示す結晶性珪素膜３０６を得る。本実施例では、石英
基板３０１を使用したため、９００℃程度まで加熱温度を高くすることが可能で
あるので、ガラス基板を使用した場合よりも、より高い結晶性を有する結晶性珪
素膜３０６をより短時間で得ることができる。
なお、酸素は、後のゲッタリング工程において、ニッケルと結合して、ニッケ
ルのゲッタリングに多大な貢献をすることとなる。しかしながら、この結晶化の
段階で酸素とニッケルとが結合することは、結晶化を阻害するものであることが
判明している。従って、この加熱による結晶化の工程においては、酸化物の形成
を極力抑制することが重要となる。このため、結晶化のための加熱処理を行う雰
囲気中の酸素濃度は、ｐｐｍオーダー、好ましくは１ｐｐｍ以下とすることが必
要である。このため、加熱処理の雰囲気は窒素又はアルゴン等の不活性ガスとす
る。
結晶性結晶性珪素膜３０６を得たら、図１１（Ｄ）に示すように、ハロゲン元
素を含んだ雰囲気中で再度加熱処理して、熱酸化膜３０７を形成する。この工程
によって、結晶化のために初期の段階で意図的に混入させたニッケル元素が結晶
性珪素膜３０６中から除去される。
加熱温度は結晶化工程の温度よりも高くする。これはゲッタリングを効果的に
実施するための重要な条件である。本実施例では、石英基板３０１を使用してい
るため、加熱温度を９５０℃とする。また、ハロゲン元素を供給する気体として
ＨＣｌガスを使用して、加熱処理の雰囲気を窒素雰囲気中における酸素濃度を１
０％とし、酸素に対するＨＣｌの濃度（体積濃度）を３％とする。このような条
件下で処理時間を３００分とすると、塩素を含有する熱酸化膜が約５００Åの膜
厚に形成されると同時に、塩素（ハロゲン元素）の作用により、結晶性珪素膜３
０６内のニッケルが熱酸化膜３０７にゲッタリングされ、結晶性珪素膜３０６に
おけるニッケル濃度が減少される。なお、結晶性珪素膜３０７の膜厚は約１７０
０Å程度となる。
結晶性珪素膜３０６と熱酸化膜３０７との界面近傍においてニッケル元素が高
くなる傾向が観察される。これは、ゲッタリングが主に行われる領域が、結晶性
珪素膜３０６と熱酸化膜３０７との界面近傍の酸化膜側であることに要因がある
と考えられる。また、界面近傍においてゲッタリングが進行するのは、界面近傍
の応力や欠陥の存在が要因であると考えられる。
この工程を経ることにより、ニッケル元素の濃度を最大で初期の１／１０以下
とすることができる。これは、何らハロゲン元素によるゲッタリングを行わない
場合に比較して、ニッケル元素を１／１０以下にできることを意味する。この効
果は、他の金属元素を用いた場合でも同様に得られる。
なお、ゲッタリング工程の加熱温度は基板の変形や歪が許容される温度とし、
５００℃〜１１００℃、好ましくは６００℃〜９８０℃の温度で行う。５００℃
以下では、その効果が得られず、１１００℃を越えると、石英で形成された治具
が歪んでしまったり、装置に負担がかかるため、９８０℃以下とすることが好ま
しい。更に、この加熱処理温度の上限は加熱によって生ずる基板の変形や歪が許
容できる温度で制限される。
例えば、加熱温度が５００℃〜７５０℃の場合は処理時間（加熱時間）を１０
時間〜４８時間、代表的には２４時間とする。また加熱温度が７５０℃〜９００
℃の場合は処理時間を５時間〜２４時間、代表的には１２時間とする。また加熱
温度が９００℃〜１１００℃の場合は処理時間を１時間〜１２時間、代表的には
６時間とする。
処理時間は、得ようとする酸化膜の膜厚によって、及び雰囲気中のハロゲン濃
度、酸素濃度によって適宜に設定する。例えば、酸素９７％、ＨＣｌを３％とし
た雰囲気中で９５０℃の加熱処理を行った場合、約３０分で熱酸化膜が５００・
の厚さに形成されてしまい、ニッケルのゲッタリングを充分に行うことができな
い。従って、雰囲気におけるハロゲン・酸素濃度を調整し、充分なゲッタリング
効果を得ることができる時間を稼いで、熱酸化膜を形成する必要がある。即ち、
熱酸化膜の厚さや形成温度を変えた場合に、雰囲気のハロゲン・酸素濃度を調整
することで、ゲッタリングに必要とされる時間を適宜に設定することができる。
ここではハロゲン元素としてＣｌを選択し、またその導入方法としてＨＣｌを
用いる例を示した。ＨＣｌは酸素に対して0.5 ％〜１０％（体積％）の割合で混
合することが好ましい。なお、この濃度以上に混合すると、膜の表面が荒れてし
まうので注意が必要である。
ＨＣｌ以外のガスとしては、ＨＦ、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、Ｆ2 、Ｂｒ2 から選ばれ
た一種または複数種類のものを用いることができる。また一般にハロゲンの水素
化物を用いることができる。これらのガスは、雰囲気中での含有量（体積含有量
）をＨＦであれば0.25〜５％、ＨＢｒであれば１〜１５％、Ｃｌ2 であれば0.25
〜５％、Ｆ2 であれば0.125 〜2.5 ％、Ｂｒ2 であれば0.5 〜１０％とすること
が好ましい。上記の範囲以下の濃度とすると、有意な効果が得ることができなく
なる。また、上記の範囲以上の濃度とすると、珪素膜の表面が荒れてしまう。
ゲッタリング工程の後に、図１１（Ｅ）に示すように、ニッケルを高濃度に含
んだ熱酸化膜３０７を除去する。熱酸化膜３０７を除去するには、バッファーフ
ッ酸（その他フッ酸系のエッチャント）を用いたウェットエッチングや、ドライ
エッチングを用いて行う。エッチングにより、含有ニッケル濃度を低減した結晶
性珪素膜３０８を得ることができる。
なお得られた結晶性珪素膜３０８の表面近傍には、比較的ニッケル元素が高濃
度に含まれるので、酸化膜３０７のエッチングをさらに進めて、結晶性珪素膜３
０８の表面を少しオーバーエッチングすることは有効である。
最後に、図１１（Ｆ）に示すように結晶性珪素膜３０８を島状にエッチングし
て、薄膜トランジスタの活性層３０９を形成する。更に、９００℃程度の温度で
熱酸化処理して、活性層３０９の表面に熱酸化膜３１０を数１０Å程度の厚さに
形成する。そして、この活性層３０９を使用して、図２、図３に示す実施例１の
薄膜トランジスタの作製工程に従って、石英基板３０１上に薄膜トランジスタを
作製し、そして剥離層３０１をエッチングにより除去して、その薄膜トランジス
タを石英基板３０１から分離して、最終的に液晶表示装置を構成する一対の基板
間に配置されるようにすればよい。
なお、熱酸化膜３１０は薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜の最下層を構成する
ことになるため、活性層３０９との界面にＣＶＤ法により堆積されたゲイト絶縁
膜よりも、活性層３０９とゲイト絶縁膜との界面準位を下げることができ、薄膜
トランジスタのＳ値を下げることが可能になる。
剥離される基板として石英基板３０１は実施例４で説明したように、２００回
程度繰り返し使用することが可能であるため、石英基板３０１を使用しても経済
性を損ねることはない。更に、石英基板３０１を使用することにより、高温で長
時間の処理が可能になるため、熱酸化膜してニッケルをゲッタリングすることが
可能になり、またゲイト絶縁膜の最下層を熱酸化膜で形成することが可能になる
ので、より特性のすぐれた薄膜トランジスタを作製することが可能となる。
本実施例で示すのは、本明細書で開示する発明を利用して得られた液晶ディス
プレイを実際に利用する場合の応用例を示すものである。図８に示すのは、オー
トバイ等に乗る場合に使用されるヘルメット８０１のシールド８０２（普通、透
光性の樹脂材料や強化ガラスで構成されている）に例えば実施例１で示すような
フレキシビリティーを有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置８０３を配
置した例である。このような構成を採用した場合、速度等の必要とする情報をヘ
ルメット８０１のシールド８０２に表示することができる。
本明細書で開示する発明を利用した場合、フレキシブルが性質を有する液晶表
示装置を得ることができるので、例えばヘルメット８０１の形状が異なるような
場合でもその装着を容易に行うことができる。
また、図９に示すのは、本明細書で開示するフレキシブルな性質を有する液晶
表示装置を車のフロントガラス８１１に装着する例である。液晶表示装置には計
器８１２が表示されている。この場合には、フロントガラス８１１全体を液晶表
示装置８１１としても、また計器８１１等を表示することが必要な部分に液晶表
示装置を設けるようにしてもよい。
また、図１０に示すのは、本明細書で開示するフレキシブルな性質を有する液
晶表示装置を飛行機の風防のフロント８２１部分に装着する例であり、液晶表示
装置には計器８２２が表示されている。この場合には、フロント８２１全体を液
晶表示装置としても、また表示が必要な部分に液晶表示装置８２１を設けるよう
にしてもよい。
実施例で示す液晶パネルの作製工程を示す図。 実施例で示す液晶パネルの作製工程を示す図。 実施例で示す液晶パネルの作製工程を示す図。 実施例で示す液晶パネルを示す図。 実施例で示す液晶パネルの作製工程を示す図。 液晶表示装置の画素領域の概要を示す図。 凹凸が形成された基板上に酸化膜が形成された状態を示す図。 ヘルメットに液晶表示装置を配置した状態を示す図。 車のフロントガラスに液晶表示装置を配置した状態を示す図。 飛行機の操縦席のフロントガラスに液晶表示装置を配置した状態を示す図。 実施例で示す液晶パネルの作製工程を示す図。
符号の説明
１０１ ガラス基板
１０２ 酸化珪素膜（剥離層）
１０３ 酸化珪素膜
１０４ 非晶質珪素膜
１０５ ニッケル酢酸塩溶液の水膜
１０６ スピナー
１０７ 結晶性珪素膜
１０８ 活性層
１０９ ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜）
１１０ ゲイト電極
１１１ 陽極酸化物層
１１２ ソース領域
１１３ オフセットゲイト領域
１１４ チャネル形成領域
１１５ ドレイン領域
１１６ 層間絶縁膜（酸化珪素膜）
１１７ ソース電極
１１８ 画素電極（ＩＴＯ電極）
１１９ 樹脂層（封止層）
１２０ 樹脂基板（ＰＥＴ基板）
１２１ 配向膜
１２２ 配向膜
１２３ 対向電極
１２４ 樹脂基板（ＰＥＴ基板）
５０１ ガラス基板
５０２ 酸化珪素膜（剥離層）
５０３ 酸化珪素膜
５０４ 非晶質珪素膜
５０５ ニッケル酢酸塩溶液の水膜
５０６ スピナー
５０７ 単結晶と見なせる領域
５０８ 活性層
５０９ ゲイト絶縁膜
５１０ ゲイト電極
５１１ 陽極酸化物層
５１２ 層間絶縁膜
５１３ 電極
５１４ 封止層
５１５ 樹脂基板
６０１ ソース線
６０２ ゲイト線
６０３ 画素電極（ＩＴＯ電極）
６０４ ゲイト電極へのコンタクト
６０５ ソース領域へのコンタクト
６０６ ドレイン領域へのコンタクト
６０７ 活性層に利用される領域
６０８ 活性層に利用される領域
６０９ 活性層に利用される領域
７０１ 基板と酸化膜との間の隙間

Claims (19)

  1. 基板上に被膜形成用塗布液を用いて酸化珪素膜を形成し、
    前記酸化珪素膜上に下地膜を形成し、
    前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
    前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させ、
    加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を形成し、
    前記結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを形成し、
    前記薄膜トランジスタを封止する層を形成し、
    前記封止する層を介して前記基板に第１の透光性樹脂基板を接着し、
    前記第１の透光性樹脂基板を接着後、前記第１の透光性樹脂基板に前記薄膜トランジスタが保持された状態で、前記酸化珪素膜をフッ酸系のエッチャントによってエッチングすることにより前記基板を剥離して前記下地膜を露呈させ、
    前記露呈した下地膜に第１の配向膜を形成し、
    前記第１の透光性樹脂基板と、第２の配向膜が形成された第２の透光性樹脂基板とを、前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜が対向するように張り合わせ、
    前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の間に液晶層を注入して半導体装置を作製し、
    作製された前記半導体装置を曲面に配置することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  2. 基板上に被膜形成用塗布液を用いて酸化珪素膜を形成し、
    前記酸化珪素膜上に下地膜を形成し、
    前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
    前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させ、
    加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を形成し、
    前記結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを形成し、
    前記薄膜トランジスタを封止する層を形成し、
    前記封止する層を介して前記基板に第１の透光性樹脂基板を接着し、
    前記第１の透光性樹脂基板を接着後、前記第１の透光性樹脂基板に前記薄膜トランジスタが保持された状態で、前記酸化珪素膜をフッ酸系のエッチャントによってエッチングすることにより前記基板を剥離して前記下地膜を露呈させ、
    前記露呈した下地膜に第１の配向膜を形成し、
    前記第１の透光性樹脂基板と、第２の配向膜が形成された第２の透光性樹脂基板とを、前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜が対向するように張り合わせ、
    前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の間に液晶層を注入して半導体装置を作製し、
    作製された前記半導体装置をヘルメットのシールドに配置することを特徴とするヘルメットの作製方法。
  3. 基板上に被膜形成用塗布液を用いて酸化珪素膜を形成し、
    前記酸化珪素膜上に下地膜を形成し、
    前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
    前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させ、
    加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を形成し、
    前記結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを形成し、
    前記薄膜トランジスタを封止する層を形成し、
    前記封止する層を介して前記基板に第１の透光性樹脂基板を接着し、
    前記第１の透光性樹脂基板を接着後、前記第１の透光性樹脂基板に前記薄膜トランジスタが保持された状態で、前記酸化珪素膜をフッ酸系のエッチャントによってエッチングすることにより前記基板を剥離して前記下地膜を露呈させ、
    前記露呈した下地膜に第１の配向膜を形成し、
    前記第１の透光性樹脂基板と、第２の配向膜が形成された第２の透光性樹脂基板とを、前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜が対向するように張り合わせ、
    前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の間に液晶層を注入して半導体装置を作製し、
    作製された前記半導体装置をガラスの表面に装着することを特徴とするフロントガラスの作製方法。
  4. 基板上に被膜形成用塗布液を用いて酸化珪素膜を形成し、
    前記酸化珪素膜上に下地膜を形成し、
    前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成し、
    前記非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させ、
    加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を形成し、
    前記結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを形成し、
    前記薄膜トランジスタを封止する層を形成し、
    前記封止する層を介して前記基板に第１の透光性樹脂基板を接着し、
    前記第１の透光性樹脂基板を接着後、前記第１の透光性樹脂基板に前記薄膜トランジスタが保持された状態で、前記酸化珪素膜をフッ酸系のエッチャントによってエッチングすることにより前記基板を剥離して前記下地膜を露呈させ、
    前記露呈した下地膜に第１の配向膜を形成し、
    前記第１の透光性樹脂基板と、第２の配向膜が形成された第２の透光性樹脂基板とを、前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜が対向するように張り合わせ、
    前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜の間に液晶層を注入して半導体装置を作製し、
    作製された前記半導体装置をガラスの表面に装着することを特徴とする風防ガラスの作製方法。
  5. 請求項１において、表面に溝が形成された基板上に前記酸化珪素膜を形成し、
    前記溝の底部と前記酸化珪素膜との間には隙間が形成され、
    前記エッチャントは前記隙間に侵入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  6. 請求項１又は５において、前記下地膜はスパッタ法又はＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  7. 請求項１又は５において、前記下地膜はＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  8. 請求項２において、表面に溝が形成された基板上に前記酸化珪素膜を形成し、
    前記溝の底部と前記酸化珪素膜との間には隙間が形成され、
    前記エッチャントは前記隙間に侵入することを特徴とするヘルメットの作製方法。
  9. 請求項２又は８において、前記下地膜はスパッタ法又はＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜であることを特徴とするヘルメットの作製方法。
  10. 請求項２又は８において、前記下地膜はＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜であることを特徴とするヘルメットの作製方法。
  11. 請求項３において、表面に溝が形成された基板上に前記酸化珪素膜を形成し、
    前記溝の底部と前記酸化珪素膜との間には隙間が形成され、
    前記エッチャントは前記隙間に侵入することを特徴とするフロントガラスの作製方法。
  12. 請求項３又は１１において、前記下地膜はスパッタ法又はＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜であることを特徴とするフロントガラスの作製方法。
  13. 請求項３又は１１において、前記下地膜はＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜であることを特徴とするフロントガラスの作製方法。
  14. 請求項４において、表面に溝が形成された基板上に前記酸化珪素膜を形成し、
    前記溝の底部と前記酸化珪素膜との間には隙間が形成され、
    前記エッチャントは前記隙間に侵入することを特徴とする風防ガラスの作製方法。
  15. 請求項４又は１４において、前記下地膜はスパッタ法又はＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜であることを特徴とする風防ガラスの作製方法。
  16. 請求項４又は１４において、前記下地膜はＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法によって形成された酸化珪素膜であることを特徴とする風防ガラスの作製方法。
  17. 飛行機のフロントガラスであることを特徴とする請求項３、１１、１２又は１３に記載のフロントガラスの作製方法。
  18. 車のフロントガラスであることを特徴とする請求項３、１１、１２又は１３に記載のフロントガラスの作製方法。
  19. 飛行機の風防ガラスであることを特徴とする請求項４、１４、１５又は１６に記載の風防ガラスの作製方法。
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