JP4127565B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体膜をレーザー光を用いて結晶化又はイオン注入後の活性化を
するレーザー照射装置に関する。
近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス
型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用
いたＴＦＴは、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モ
ビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の
外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成
した駆動回路で行うことが可能である。
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板より
も、ガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやす
いため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の
熱変形を避けるために、半導体膜の結晶化にレーザーアニールが用いられる。
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と
比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局
所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが挙げられている。
なお、ここでいうレーザーアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成さ
れた損傷層を再結晶化する技術や、基板上に形成された半導体膜を結晶化させる
技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用さ
れる技術も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代
表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザー発振
装置であり、レーザー光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイク
ロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
レーザーはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される
。パルス発振のレーザーは出力エネルギーが比較的高いため、ビームスポットの
大きさを数ｃｍ2以上として量産性を上げることができる。特に、ビームスポッ
トの形状を光学系を用いて加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板への
レーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができ
る。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザーを用いるのが主流
となりつつあった。
ところが近年、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザーよりも連続発
振のレーザーを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなるこ
とが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形
成されるＴＦＴの移動度が高くなる。そのため、連続発振のレーザーはにわかに
脚光を浴び始めている。
しかし、一般的に連続発振のレーザーは、パルス発振のレーザーに比べてその
最大出力エネルギーが小さいため、ビームスポットのサイズが１０-3ｍｍ2程度
と小さい。そのため、１枚の大きな基板を処理するためには、基板におけるビー
ムの照射位置を上下左右に移動させる必要があり、基板１枚あたりの処理時間が
長くなる。よって、基板処理の効率が悪く、基板の処理速度の向上が重要な課題
となっている。
なお、複数のビームスポットを重ね合わせて合成し、１つのビームスポットと
して用いることで、基板処理の効率を高める技術は、従来から用いられている（
例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特許第３２２１７２４号公報（第２頁、第１１図）
特開平４−２８２８６９号公報（第２−３頁、第１（ａ）図）
本発明は上述した問題に鑑み、従来に比べて基板処理の効率を高めることがで
き、また半導体膜の移動度を高めることができるレーザー結晶化法を用いたレー
ザー照射装置の提供を課題とする。
本発明のレーザー照射装置は、レーザー光を発振する複数の第１の手段（レー
ザー発振装置）と、前記複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を集
光し、なおかつ被処理物におけるビームスポットを互いに一部重ね合わせて合成
する第２の手段（光学系）と、前記合成されたビームスポットの一部を遮蔽する
ことができるスリットと、前記スリットを介して照射された、被処理物における
ビームスポットの位置を制御する第３の手段と、前記複数の各第１の手段の発振
を制御し、なおかつ前記スリットを介して照射されたビームスポットがマスクの
形状のデータ（パターン情報）に従って定められた結晶化させる領域を覆うよう
に、前記複数のレーザー発振装置と前記第３の手段を同期させる第４の手段とを
有している。
なお、パターン情報に従って定められた結晶化させる領域とは、半導体膜のう
ち、結晶化後にパターニングすることで得られる部分であっても良いし、もしく
はＴＦＴのチャネル形成領域となる部分であっても良い。本発明では第４の手段
において結晶化させる領域を把握し、少なくとも該領域にレーザー光が走査され
るように、レーザー光の走査経路を定め、該走査経路に従ってビームスポットが
移動するように第３の手段を制御する。つまり本発明では、半導体膜全体にレー
ザー光を照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分が最低限結晶化でき
るようにレーザー光を走査する。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パ
ターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ
る。
このように、本発明では半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのでは
なく、少なくとも必要不可欠な部分が最低限結晶化できるようにレーザー光を走
査するので、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレ
ーザー光を照射する時間を省くことができる。よって、レーザー光照射にかかる
時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができ
る。
また複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を合成することで、各
レーザー光のエネルギー密度の弱い部分を補い合うことができる。さらにスリッ
トを介すことで、合成されたビームスポットのうちエネルギー密度の低い部分を
遮蔽することができるので、比較的均一なエネルギー密度のレーザー光を半導体
膜に照射することができ、結晶化を均一に行うことができる。またスリットを設
けることで、パターン情報によって部分的にビームスポットの幅を変えることが
でき、ＴＦＴの活性層のレイアウトにおける制約を小さくすることができる。な
おビームスポットの幅とは、走査方向と垂直な方向におけるビームスポットの長
さを意味する。
さらに本発明では、マスクのパターン情報に従ってレーザー光を照射するため
に、半導体膜の成膜後、レーザー光による結晶化の前に、半導体膜にレーザー光
でマーカーを付ける。そして該マーカーの位置を基準として、マスクをもとにレ
ーザー光を走査する位置を定める。
なおレーザー光の照射は２回以上行っても良い。レーザー光を２回照射する場
合、パターン情報に従って定められた結晶化させる領域にレーザー光が照射され
るように、第１のレーザー光の走査経路を定め、該走査経路に従ってビームスポ
ットが移動するように第３の手段を制御する。次に、第３の手段を制御して走査
方向を変更し、パターン情報に従って定められた結晶化させる領域にレーザー光
が照射されるように、第１のレーザー光の走査経路を定め、該走査経路に従って
ビームスポットが移動するように第３の手段を制御する。このとき、第１のレー
ザー光の走査方向と、第２のレーザー光の走査方向とは、９０°に近い方が望ま
しい。
上記構成によって、第１のレーザー光によって得られる幾つかの結晶粒が、走
査方向の異なる第２のレーザー光により１つのより大きな結晶粒となる。これは
、第１のレーザー光の照射により特定の方向に成長した結晶粒を種結晶とし、第
２のレーザー光によって該特定の方向とは異なる方向に結晶成長が行われるため
だと考えられる。よって走査方向の異なる２回のレーザー光照射により部分的に
結晶性の高い半導体膜が得られ、該半導体膜の結晶性がより高められた部分を用
いてＴＦＴの活性層を作製することで、移動度の高いＴＦＴを得ることができる
。
また半導体膜を成膜した後、大気に曝さないように（例えば希ガス、窒素、酸
素等の特定されたガス雰囲気または減圧雰囲気にする）レーザー光の照射を行い
、半導体膜を結晶化させても良い。上記構成により、クリーンルーム内における
分子レベルでの汚染物質、例えば空気の清浄度を高めるためのフィルター内に含
まれるボロン等が、レーザー光による結晶化の際に半導体膜に混入するのを防ぐ
ことができる。
本発明では、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少な
くとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査する。上
記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分に
レーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間
を大幅に短縮することができる。
また、複数のレーザー光を重ね合わせてエネルギー密度の低い部分を互いに補
い合うようにすることで、複数のレーザー光を重ね合わせないで単独で用いるよ
りも、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる
なお、本発明では複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を合成し
て用いる場合について説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限定されない。
レーザー発振装置の出力エネルギーが比較的高く、ビームスポットの面積を小さ
くしなくても所望の値のエネルギー密度を得ることができるのであれば、レーザ
ー発振装置を１つだけ用いることも可能である。なおこの場合においても、スリ
ットを用いることで、レーザー光のエネルギー密度の低い部分を遮蔽することが
でき、またパターン情報に従ってビームスポットの幅を制御することができる。
以下、本発明のレーザー照射装置の構成について図１を用いて説明する。１０
１はレーザー発振装置である。図１では４つのレーザー発振装置を用いているが
、本発明のレーザー照射装置が有するレーザー発振装置はこの数に限定されない
。
レーザーは、処理の目的によって適宜変えることが可能である。本発明では、
公知のレーザーを用いることができる。レーザーは、パルス発振または連続発振
の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとし
て、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザー
として、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザ
ー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サ
ファイアレーザー、Ｙ2Ｏ3レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、
Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされた
ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を使ったレーザーが適用される
。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基
本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子
を用いることで得ることができる。
またさらに、固体レーザーから発せられらた赤外レーザー光を非線形光学素子
でグリーンレーザー光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫
外レーザー光を用いることもできる。
なお、レーザー発振装置１０１は、チラー１０２を用いてその温度を一定に保
つようにしても良い。チラー１０２は必ずしも設ける必要はないが、レーザー発
振装置１０１の温度を一定に保つことで、出力されるレーザー光のエネルギーが
温度によってばらつくのを抑えることができる。
また１０４は光学系であり、レーザー発振装置１０１から出力された光路を変
更したり、そのビームスポットの形状を加工したりして、レーザー光を集光する
ことができる。さらに、本発明の光学系１０４で重要なのは、複数のレーザー発
振装置１０１から出力されたレーザー光のビームスポットを互いに一部を重ね合
わせることで、合成することができることである。
なお、レーザー光の進行方向を極短時間で変化させるＡＯ変調器１０３を、被
処理物である基板１０６とレーザー発振装置１０１との間の光路に設けても良い
。
合成されたビームスポットは、スリット１０５を介して被処理物である基板１
０６に照射される。スリット１０５は、レーザー光を遮ることが可能であり、な
おかつレーザー光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ま
しい。そして、スリット１０５はスリットの幅が可変であり、該スリットの幅に
よってビームスポットの幅を変更することができる。
なお、スリット１０５を介さない場合の、レーザー発振装置１０１から発振さ
れるレーザー光の基板１０６におけるビームスポットの形状は、レーザーの種類
によって異なり、また光学系により成形することもできる。
基板１０６はステージ１０７上に載置されている。図１では、位置制御手段１
０８、１０９が、被処理物におけるビームスポットの位置を制御する手段に相当
しており、ステージ１０７の位置が、位置制御手段１０８、１０９によって制御
されている。なお、図１では位置制御手段１０８、１０９を用いて基板の位置を
変えることで、ビームスポットを移動（走査）させたり、レーザー光の走査方向
を変えたりすることができるが、本発明はこの構成に限定されない。光学系を用
いてレーザー光の照射方向を変更するようにしても良い。この場合、位置制御手
段は光学系に含まれると解釈することができる。また、基板の移動と光学系とを
両方用いて行っても良い。
図１では、位置制御手段１０８がＸ方向におけるステージ１０７の位置の制御
を行っており、位置制御手段１０９はＹ方向におけるステージ１０７の位置制御
を行う。
また本発明のレーザー照射装置は、中央演算処理装置及びメモリ等の記憶手段
を兼ね備えたコンピューター１１０とを有している。コンピューター１１０は、
レーザー発振装置１０１の発振を制御し、なおかつレーザー光のビームスポット
がマスクのパターン情報に従って定められる領域を覆うように、位置制御手段１
０８、１０９を制御し、基板を所定の位置に定めることができる。
さらに本発明では、コンピューター１１０によって、該スリット１０５の幅を
制御し、マスクのパターン情報に従ってビームスポットの幅を変更することがで
きる。
さらにレーザー照射装置は、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良
い。また、レーザー光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、ダン
パーを設けて、反射光が不適切な箇所に照射されるのを防ぐようにしても良い。
ダンパーは、反射光を吸収させる性質を有していることが望ましく、ダンパー内
に冷却水を循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐ
ようにしても良い。また、ステージ１０７に基板を加熱するための手段（基板加
熱手段）を設けるようにしても良い。
なお、マーカーをレーザーで形成する場合、マーカー用のレーザー発振装置１
１１を設けるようにしても良い。この場合、レーザー発振装置１１１の発振を、
コンピューター１１０において制御するようにしても良い。さらにレーザー発振
装置１１１を設ける場合、レーザー発振装置１１１から出力されたレーザー光を
集光するための光学系１１２を設ける。
またマーカーを用いた位置合わせのために、ＣＣＤカメラ１１３を１台、場合
によっては数台設けるようにしても良い。
次に、複数のビームスポットを重ね合わせることで合成される、ビームスポッ
トの形状について説明する。
図２（Ａ）に、複数のレーザー発振装置からそれぞれ発振されるレーザー光の
、スリットを介さない場合の被処理物におけるビームスポットの形状の一例を示
す。図２（Ａ）に示したビームスポットは楕円形状を有している。なお本発明の
レーザー照射装置において、レーザー発振装置から発振されるレーザー光のビー
ムスポットの形状は、楕円に限定されない。ビームスポットの形状はレーザーの
種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。例えば、ラムダ
社製のＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）Ｌ３３
０８から射出されたレーザー光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロ
ファイルにおける半値幅）の矩形状である。また、ＹＡＧレーザーから射出され
たレーザー光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であ
れば矩形状となる。このようなレーザー光を光学系により、さらに成形すること
により、所望の大きさのレーザー光をつくることもできる。
図２（Ｂ）に図２（Ａ）に示したビームスポットの長軸Ｌ方向におけるレーザ
ー光のエネルギー密度の分布を示す。ビームスポットが楕円形状であるレーザー
光のエネルギー密度の分布は、楕円の中心Ｏに向かうほど高くなっている。αは
、エネルギー密度が、所望の結晶を得るために必要とする値を超えている、長軸
ｙ方向における幅に相当する。
次に、図２に示したビームスポットを有するレーザー光を合成したときの、ビ
ームスポットの形状を、図３（Ａ）に示す。なお図３（Ａ）では４つのレーザー
光のビームスポットを重ね合わせることで１つのビームスポットを形成した場合
について示しているが、重ね合わせるビームスポットの数はこれに限定されない
。
図３（Ａ）に示すように、各レーザー光のビームスポットは、各楕円の長軸が
一致し、なおかつ互いにビームスポットの一部が重なることで合成され、１つの
ビームスポットが形成されている。なお以下、各楕円の中心Ｏを結ぶことで得ら
れる直線を中心軸と呼ぶ。
図３（Ｂ）に、図３（Ａ）に示した合成後のビームスポットの、中心軸方向に
おけるレーザー光のエネルギー密度の分布を示す。合成前の各ビームスポットが
重なり合っている部分において、エネルギー密度が加算される。例えば図示した
ように重なり合ったビームのエネルギー密度ＡとＢを加算すると、ビームのエネ
ルギー密度のピーク値Ｃとほぼ等しくなり、各楕円の中心Ｏの間においてエネル
ギー密度が平坦化される。
なお、ＡとＢを加算するとＣと等しくなるのが理想的だが、現実的には必ずし
も等しい値にはならない。ＡとＢを加算した値とＣとの値のずれは、Ｃの値の±
１０％、より望ましくは±５％以内であると良いが、許容範囲は設計者が適宜設
定することが可能である。
図３（Ｂ）からわかるように、複数のレーザー光を重ね合わせてエネルギー密
度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数のレーザー光を重ね合わ
せないで単独で用いるよりも、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる
。例えば図２（Ｂ）の斜線で示した領域においてのみ、所望の結晶を得るために
必要なエネルギー密度の値を超えており、その他の領域ではエネルギー密度が所
望の値まで満たされていなかったと仮定する。この場合、各ビームスポットは、
中心軸方向の幅がαで示される斜線の領域でしか、所望の結晶を得ることができ
ない。しかし、ビームスポットを図３（Ｂ）で示したように重ね合わせることで
、中心軸方向の幅がβ（β＞４α）で示される領域において所望の結晶を得るこ
とができ、より効率良く半導体膜を結晶化させることができる。
なお、レーザー光を重ね合わせても、なお、エネルギー密度が所望の値まで達
していない領域がある。本発明のレーザー照射装置では、合成されたビームスポ
ットのエネルギー密度の低い領域を、スリット１０５において遮蔽し、基板１０
６に照射されないようにする。図４を用いて、合成されたビームスポットとスリ
ットとの位置関係について説明する。
本発明で用いられるスリット１０５は、スリットの幅が可動であり、その幅は
コンピューター１１０によって制御されている。図４（Ａ）において、１２０は
、図３（Ａ）に示した合成により得られるビームスポットの形状を示しており、
１０５はスリットを示している。図４（Ａ）では、ビームスポット１２０がスリ
ットによって遮蔽されていない様子を示している。
図４（Ｂ）は、スリット１０５によって一部が遮蔽されたビームスポット１２
７の様子を示している。そして図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示したビームスポッ
トの、中心軸Ｌ方向におけるエネルギー密度の分布を示している。図３（Ｂ）に
示した場合と異なり、エネルギー密度の低い領域がスリット１０５によってカッ
トされる。
エネルギー密度の低い領域が照射された半導体膜は、結晶性が芳しくない。具
体的には、エネルギー密度が満たされている領域と比べて、結晶粒が小さかった
り、結晶粒の成長する方向が異なっていたりする。図５（Ａ）に、図３（Ｂ）に
示したビームスポット１２０の走査経路と、マスクのパターンとの位置関係を示
す。図５（Ａ）において、基板が矢印の方向に移動することでビームスポット１
２０が走査されており、１２２は所望のエネルギー密度を有する領域が照射され
た部分、１２３、１２４はエネルギー密度が所望の値に達していない領域が照射
された部分であり、１２２に比べて結晶粒が小さい。さらに１２３は基板に対し
て垂直方向に結晶が成長しており、１２４は基板と平行な面内において結晶が成
長しており、１２３よりも１２４の方が結晶粒は小さくなっている。なお、エネ
ルギー密度が低い部分における結晶性は、半導体膜の厚さ、レーザーの種類及び
照射条件などによって異なっており、またエネルギー密度の低い領域が必ずしも
上述した２つの領域に分類されるとは限らない。
図５（Ａ）では、領域１２３、１２４が、活性層のパターン１２１と重なって
おり、好ましくない。よって活性層もしくはそのチャネル形成領域と、エネルギ
ー密度の低い領域とが重ならないように考慮し、レーザー光の走査経路と、活性
層のレイアウトとを定める必要があった。
図５（Ｂ）では、基板が矢印の方向に移動することで、エネルギー密度の低い
部分が遮蔽されたビームスポット１２７を走査した様子について示す。１２５が
エネルギー密度が所望の値に達している領域を示しており、レーザー光の照射さ
れている部分における結晶性は均一になっている。そして、図５（Ａ）と異なり
、エネルギー密度の低い領域１２３、１２４が存在しないもしくは図５（Ａ）に
比較してその幅が小さいので、レーザー光のエッジの部分と活性層のパターン１
２１とを重ねないようにするのがより容易になる。よって、スリットを設けるこ
とでエネルギー密度の低い領域がカットされるので、レーザー光の走査経路及び
活性層のレイアウトにおける制約を小さくすることができる。
また、レーザー発振装置の出力を止めることなく、エネルギー密度を一定にし
たままビームスポットの幅を変えることができるので、レーザー光のエッジが、
活性層もしくはそのチャネル形成領域と重なるのを防ぐことができる。また不必
要な部分にレーザー光を照射し、基板にダメージが与えられるのを防ぐことがで
きる。
なお、図４ではビームスポットの中心軸方向と走査方向とが垂直に保たれてい
る、場合について示したが、ビームスポットの中心軸と走査方向とは必ずしも垂
直になっていなくとも良い。例えば、ビームスポットの中心軸と、走査方向との
間に形成される鋭角θAが４５°±３５°となるようにし、より望ましくは４５
°となるようにしてもよい。ビームスポットの中心軸と、走査する方向とが垂直
の場合、最も基板の処理効率が高まる。一方合成後のビームスポットの中心軸と
、走査する方向とが４５°±３５°となるように、望ましくは４５°により近い
値になるように走査することで、走査する方向とビームスポットの中心軸とが垂
直になるように走査した場合に比べて、活性層中に存在する結晶粒の数を意図的
に増やすことができ、結晶の方位や結晶粒に起因する特性のばらつきを低減する
ことができる。また走査する方向とビームスポットの中心軸とが垂直になるよう
に走査した場合に比べて、基板あたりのレーザー光の照射時間を高めることがで
きる。
図６を用いて、ビームスポットの中心軸を走査方向に対して４５°に保った場
合の、スリットとビームスポットとの位置関係について説明する。１３０は合成
後のビームスポットであり、１０５はスリットである。スリット１０５はビーム
スポット１３０と重なっていない。矢印は走査方向であり、ビームスポット１３
０の中心軸との間の角度θが４５°に保たれている。
図６（Ｂ）はスリット１０５によって一部が遮蔽され、幅が狭くなったビーム
スポット１３１の様子を示している。本発明では、スリット１０５は、走査方向
と垂直な方向におけるビームスポットの幅Ｑを制御し、レーザー光の照射が均一
に行われるようにする。
次に、図７（Ａ）を用いて、アクティブマトリクス型の半導体装置を作製する
ために成膜された半導体膜５００におけるレーザー光の走査方向について説明す
る。図７（Ａ）では、破線５０１が画素部、破線５０２が信号線駆動回路、破線
５０３が走査線駆動回路の形成される部分に相当する。
図７（Ａ）では、活性層となる部分に対して、１回のみレーザー光をスキャン
した例について示しており、基板が白抜きの矢印の方向に移動しており、実線の
矢印はレーザー光の相対的な走査方向を示している。図７（Ｂ）は、画素部が形
成される部分５０１におけるビームスポット５０７の拡大図である。レーザー光
が照射された領域に活性層が形成される。
次に、図８（Ａ）を用いて、走査方向を変えてレーザー光を２回スキャンした
場合の、半導体膜３００におけるレーザー光の走査方向について説明する。図８
（Ａ）では、破線３０１が画素部、破線３０２が信号線駆動回路、破線３０３が
走査線駆動回路の形成される部分に相当する。
図８（Ａ）において、基板が白抜きの矢印の方向に移動しており、実線の矢印
はレーザー光の相対的な走査方向を示している。図８（Ａ）では、走査方向の異
なる２つのレーザー光を半導体膜に照射しており、実線で示した矢印が１回目の
レーザー光の相対的な走査方向であり、破線で示した矢印が２回目のレーザー光
の相対的な走査方向を示している。そして、１回目のレーザー光と２回目のレー
ザー光が交差した領域に活性層が形成される。
図８（Ｂ）に、１回目の走査におけるビームスポット３０７の拡大図を示す。
また図８（Ｃ）に、２回目の走査におけるビームスポット３０７の拡大図を示す
。なお、図８では１回目のレーザー光の相対的な走査方向と２回目のレーザー光
の相対的な走査方向の角度がほぼ９０°になっているが、角度はこれに限定され
ない。
また、ビームスポットのエッジの部分が、結晶化後に半導体膜をパターニング
することで得られる島状の半導体膜に相当する部分（図７では５０６、図８では
３０６）と重なることのないように、レーザー光を照射することが望ましい。
なお、図８（Ａ）では画素部３０１、信号線駆動回路３０２、走査線駆動回路
３０３の全てにおいてレーザー光を２回照射しているが、本発明はこの構成に限
定されない。
そして本発明では、コンピューター１１０に入力されるマスクのパターン情報
に従って、レーザー光を走査する部分を定める。なお、結晶化させたい部分によ
って、用いるマスクを選択する。例えば、活性層全体を結晶化させる場合は、半
導体膜のパターンニングのマスクを用い、チャネル形成領域のみ結晶化させたい
場合は、半導体膜のパターンニングのマスク及び不純物のドーピングの際に用い
るマスクを用いる。
そして、レーザー光を走査する部分は、半導体膜の、結晶化後にパターニング
することで得られる部分を覆うようにする。コンピューター１１０では、半導体
膜のうち、少なくともパターニングすることで得られる部分を結晶化することが
できるように、レーザー光の走査部分を定め、該走査部分にビームスポット即ち
照射位置があたるように、位置制御手段１０８、１０９を制御して、半導体膜を
部分的に結晶化する。
図９（Ａ）に、レーザー光の照射が１回の場合の、レーザー光の走査する部分
と、マスクとの関係を示す。なお図９（Ａ）では、ビームスポットの中心軸と走
査方向とがほぼ垂直になっている。図９（Ｂ）に、ビームスポットの中心軸と走
査方向とが４５°の場合の、レーザー光の走査する部分と、マスクとの関係を示
す。５１０は半導体膜のうち、パターニングに得られる島状の半導体膜を示して
おり、これらの島状の半導体膜５１０を覆うように、レーザー光の走査部分が定
められる。５１１はレーザー光の走査部分であり、島状の半導体膜５１０を覆っ
ている。図９に示すように、本発明ではレーザー光を半導体膜全面に照射するの
ではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光
を走査する。
なお、結晶化後の半導体膜をＴＦＴの活性層として用いる場合、レーザー光の
走査方向は、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向と平行になるように定
めるのが望ましい。
図１０に、レーザー光の照射が１回の場合の、ＴＦＴの活性層のレイアウトを
一例として示す。図１０（Ａ）ではチャネル形成領域が１つ設けられている活性
層を示しており、チャネル形成領域５２０を挟むようにソース領域またはドレイ
ン領域となる不純物領域５２１、５２２が設けられている。本発明のレーザー照
射装置を用いて半導体膜を結晶化させるとき、レーザー光の走査方向は矢印に示
すように、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向と平行になるようにする
。５２４は、ビームスポットのうち、良好な結晶を得るために必要なエネルギー
密度を満たしている領域を示している。活性層全体にレーザー光が照射されるよ
うにすることで、活性層の結晶性をより高めることができる。
また、図１０（Ｂ）では、チャネル形成領域が３つ設けられている活性層を示
しており、チャネル形成領域５３０を挟むように不純物領域５３３、５３４が設
けられている。また、チャネル形成領域５３１を挟むように不純物領域５３４、
５３５が設けられており、さらにチャネル形成領域５３２を挟むように不純物領
域５３５、５３６が設けられている。そして、本発明のレーザー照射装置を用い
て半導体膜を結晶化させるとき、レーザー光の走査方向は矢印に示すように、チ
ャネル形成領域のキャリアが移動する方向と平行になるようにする。なお図１０
において、ビームスポットの走査は、基板側を移動させることで行っても良いし
、光学系を用いて行うようにしても良いし、基板の移動と光学系とを両方用いて
行っても良い。
次に図１１（Ａ）に、レーザー光の照射が２回の場合の、１回目のレーザー光
の走査する部分と、マスクとの関係を示す。なお図１１（Ａ）では、ビームスポ
ットの中心軸と走査方向とがほぼ垂直になっている。３１０は半導体膜のうち、
パターニングに得られる島状の半導体膜を示しており、これらの島状の半導体膜
３１０を覆うように、レーザー光の走査部分が定められる。３１１はレーザー光
の走査部分であり、島状の半導体膜３１０を覆っている。図１１（Ａ）に示すよ
うに、本発明では１回目のレーザー光を半導体膜全面に照射するのではなく、少
なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査する。
次に、レーザー光の照射が２回の場合の、図１１（Ａ）に示した半導体膜に対
して２回目のレーザー光を照射する場合の、レーザー光の走査する部分とマスク
との関係を図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ｂ）では、２回目のレーザー光の走査
方向は１回目のレーザー光の走査方向と９０°異なっている。２回目のレーザー
光も島状の半導体膜となる部分３１０を覆うように、その走査部分が定められる
。そして、２回目のレーザー光の照射の際には、スリットの向きも同じに変える
必要がある。３１３は２回目のレーザー光の走査部分であり、島状の半導体膜３
１０を覆っている。図１１（Ｂ）に示すように、図１１では２回目のレーザー光
を半導体膜全面に照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結
晶化できるようにレーザー光を走査する。
よって、島状の半導体膜となる部分３１０には、走査方向の異なるレーザー光
が２回照射されるので、結晶性がより高められる。また基板全面を照射するので
はなく、半導体膜のマスクによって定められた部分が結晶化できるように必要最
低限の部分にレーザー光が照射されるので、１枚の基板にかかる処理時間を抑え
ることができ、基板処理の効率を高めることができる
なお、図１１では１回目と２回目のレーザー光は、ともに半導体膜全面に照射
されるのではなく、半導体膜のマスクによって定められた部分が結晶化できるよ
うに必要最低限の部分にのみ照射されている。本発明はこの構成に限定されず、
１回目のレーザー光を半導体膜全面に照射し、２回目のレーザー光を部分的に照
射するようにしても良い。逆に１回目のレーザー光を部分的に照射し、２回目の
レーザー光を基板全体に照射するようにしてもよい。図１２（Ａ）に半導体膜全
面に１回目のレーザー光を照射し、図１２（Ｂ）に、図１２（Ａ）に示した半導
体膜に対して２回目のレーザー光を照射した場合の様子を示す。３１４は１回目
のレーザー光の走査部分であり、半導体膜全面を覆っている。そして３１５はパ
ターニングによって得られる島状の半導体膜の形状を示しており、１回目のレー
ザー光の走査部分のエッジと重ならないような位置に配置されている。また３１
６は２回目のレーザー光の走査部分を示しており、パターニングによって得られ
る島状の半導体膜３１５を覆っている。そして２回目のレーザー光は半導体膜全
面に照射されてはおらず、少なくとも島状の半導体膜３１５にレーザー光があた
るように部分的に照射されている。
なお、結晶化後の半導体膜をＴＦＴの活性層として用いる場合、２回のレーザ
ー光の照射のうちのいずれか一方において、その走査方向がチャネル形成領域の
キャリアが移動する方向と平行になるように定めるのが望ましい。
図１３にＴＦＴの活性層の一例を示す。図１３（Ａ）ではチャネル形成領域が
１つ設けられている活性層を示しており、チャネル形成領域３２０を挟むように
ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域３２１、３２２が設けられてい
る。本発明のレーザー照射装置を用いて半導体膜を結晶化させるとき、１回目も
しくは２回目のレーザー光の走査方向が矢印に示すように、チャネル形成領域の
キャリアの移動する方向と平行になるようにする。なお図１３において、ビーム
スポットの走査は、基板側を移動させることで行っても良いし、光学系を用いて
行うようにしても良いし、基板の移動と光学系とを両方用いて行っても良い。
３２３は、１回目のレーザー光のビームスポットのうち、エネルギー密度が、
良好な結晶を得るために必要である値の範囲に入っている領域を示しており、実
線で示した矢印の方向に走査する。活性層全体に、領域３２３のレーザー光が照
射されるようにすることで、活性層の結晶性をより高めることができる。
また３２６は、２回目のレーザー光のビームスポットのうち、エネルギー密度
が、良好な結晶を得るために必要である値の範囲に入っている領域を示しており
、破線で示した矢印の方向に走査する。図１３（Ａ）に示すとおり１回目のレー
ザー光と２回目のレーザー光の走査方向は異なっている。活性層全体に、領域３
２６のレーザー光が照射されるようにすることで、活性層の結晶性をより高める
ことができる。
また、図１３（Ｂ）では、チャネル形成領域が３つ設けられている活性層を示
しており、チャネル形成領域３３０を挟むように不純物領域３３３、３３４が設
けられている。また、チャネル形成領域３３１を挟むように不純物領域３３４、
３３５が設けられており、さらにチャネル形成領域３３２を挟むように不純物領
域３３５、３３６が設けられている。そして、１回目のレーザー光は実線の矢印
の方向に走査し、２回目のレーザー光は破線の方向に走査し、１回目または２回
目のレーザー光の走査方向が、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向と平
行になるようにする。
なお、１回目と２回目いずれか一方において、レーザー光の走査方向とキャリ
アの移動する方向とが平行になるようにすれば良いが、結晶の成長方向はエネル
ギー密度の高いレーザー光の走査方向により強く影響を受けるので、エネルギー
密度の高いレーザー光に方向を合わせるのがより好ましい。
また、線状または楕円形状のビームスポットの長軸方向と走査方向とが垂直で
はない場合、必ずしもキャリアの移動する方向と走査方向とを一致させる必要は
ない。この場合、長軸方向に垂直な方向に結晶が成長すると考えられるので、該
方向とキャリアの移動する方向とを一致させるのが望ましい。
図１４を用いて、レーザー光の照射が２回の場合の、アクティブマトリクス型
の半導体装置を作製するために成膜された半導体膜におけるレーザー光の走査方
向と、各回路における活性層のレイアウトとの関係について説明する。
図１４において、基板上に半導体膜８５０が成膜されている。破線８５３で囲
まれた部分は画素部が形成される部分であり、画素部８５３に複数の活性層とな
る部分８５６が設けられている。破線８５４で囲まれた部分は信号線駆動回路が
形成される部分であり、信号線駆動回路８５４に複数の活性層となる部分８５７
が設けられている。破線８５５で囲まれた部分は走査線駆動回路が形成される部
分であり、走査線駆動回路８５５に複数の活性層となる部分８５８が設けられて
いる。
なお、各回路が有する活性層となる部分８５６、８５７、８５８は、実際には
数十μｍ単位の小さいサイズであるが、ここでは図を分かり易くするために、あ
えて図１２では実際のサイズよりも大きく図示した。各回路が有する活性層とな
る部分８５６、８５７、８５８は、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向
が２つ（第１の方向と第２の方向）に大別されるようにレイアウトされている。
８５１は１回目のレーザー光照射により結晶化される部分であり、全ての活性
層となる部分８５６、８５７、８５８を覆っている。そして１回目のレーザー光
の走査方向は、第１の方向と平行になるように走査されている。
そして８５２は２回目のレーザー光により結晶化される部分である。２回目の
レーザー光の走査方向は、１回目のレーザー光の走査方向とは異なっており、第
２の方向と平行になっている。そして、２回目のレーザー光は、全ての活性層と
なる部分８５６、８５７、８５８を覆っているわけではなく、チャネル形成領域
のキャリアが移動する方向が第２の方向と平行になっている活性層のみ覆ってい
る。図１４では、複数の活性層８５８のうち、チャネル形成領域のキャリアの移
動する方向と２回目のレーザー光の走査方向とが平行になる活性層のみ、２回目
のレーザー光が照射されている。
なお、レーザー光の走査部分を定めるためには、半導体膜に対するマスクの位
置を定めるためのマーカーを、半導体膜に形成する必要がある。図１５に、アク
ティブマトリクス型の半導体装置を作製するために成膜された半導体膜において
、マーカーを形成する位置を示す。なお、図１５（Ａ）は１つの基板から１つの
半導体装置を作製する例を示しており、図１５（Ｂ）は１つの基板から４つの半
導体装置を作製する例を示している。
図１５（Ａ）において５４０は基板上に成膜された半導体膜であり、破線５４
１が画素部が形成される部分（以下、画素部形成部と呼ぶ）、破線５４２が信号
線駆動回路が形成される部分（以下、信号線駆動回路形成部と呼ぶ）、破線５４
３が走査線駆動回路が形成される部分（以下、走査線駆動回路形成部と呼ぶ）に
相当する。５４４はマーカーが形成される部分（マーカー形成部）であり、半導
体膜の４隅に位置するように設けられている。
なお図１５（Ａ）ではマーカー形成部５４４を４つそれぞれ４隅に設けたが、
本発明はこの構成に限定されない。半導体膜におけるレーザー光の走査部分と、
半導体膜のパターニングのマスクとの位置合わせをすることができるのであれば
、マーカー形成部の位置及びその数は上述した形態に限定されない。
図１５（Ｂ）において５５０は基板上に成膜された半導体膜であり、破線５５
１は後の工程において基板を分断するときのスクライブラインである。図１５（
Ｂ）では、スクライブライン５５１の沿って基板を分断することで、４つの半導
体装置を作製することができる。なお分断により得られる半導体装置の数はこれ
に限定されない。
５５２はマーカー形成部であり、半導体膜の４隅に位置するように設けられて
いる。なお図１５（Ｂ）ではマーカー形成部５５２を４つそれぞれ４隅に設けた
が、本発明はこの構成に限定されない。半導体膜におけるレーザー光の走査部分
と、半導体膜のパターニングのマスクとの位置合わせをすることができるのであ
れば、マーカー形成部の位置及びその数は上述した形態に限定されない。
マーカーを形成する際に用いるレーザーは、代表的にはＹＡＧレーザー、ＣＯ
2レーザー等が挙げられるが、無論この他のレーザーを用いて形成することは可
能である。
次に、本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の生産フローについて説
明する。
図１６に、レーザー光の照射が１回の場合の、生産フローをフローチャートで
示す。まずＣＡＤを用いて半導体装置の設計を行う。そして、設計された半導体
膜のパターニングのマスクの形状に関する情報を、レーザー照射装置が有するコ
ンピューターに入力する。一方、非晶質半導体膜を基板上に成膜した後、非晶質
半導体膜が成膜された基板をレーザー照射装置に設置する。そして、レーザーを
用いて半導体膜の表面にマーカーを形成する。
コンピューターで入力されたマスクの情報に基づき、マーカーの位置を基準に
して、レーザー光の走査部分を決定する。そして形成されたマーカーを基準にし
て、レーザー光の走査部分にレーザー光を照射し、半導体膜を部分的に結晶化す
る。
そして、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により得られた多結晶半導
体膜をパターニングしてエッチングし、島状の半導体膜を形成する。以下、島状
の半導体膜からＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程は
ＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、島状の半導
体膜に不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うよう
に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域
の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するよ
うに層間絶縁膜上に配線を形成する。
次に、図１７に、レーザー光の照射が２回の場合の、生産フローをフローチャ
ートで示す。まずＣＡＤを用いて半導体装置の設計を行う。そして、設計された
半導体膜のパターニングのマスクの形状に関する情報を、レーザー照射装置が有
するコンピューターに入力する。一方、非晶質半導体膜を基板上に成膜した後、
非晶質半導体膜が成膜された基板をレーザー照射装置に設置する。そして、レー
ザーを用いて半導体膜の表面にマーカーを形成する。
コンピューターで入力されたマスクの情報に基づき、マーカーの位置を基準に
して、１回目及び２回目のレーザー光の走査部分を決定する。なお、２回目のレ
ーザー光の走査部分は、１回目のレーザー光の走査方向と２回目のレーザー光の
走査方向との間の角度によって異なる。１回目のレーザー光の走査方向と２回目
のレーザー光の走査方向の角度は、予めメモリ等に記憶しておいても良いし、手
動でその都度入力するようにしても良い。そして形成されたマーカーを基準にし
て、１回目のレーザー光の走査部分にレーザー光を照射し、半導体膜を部分的に
結晶化する。
次に、第１の手段を用いてレーザー光の走査方向を、定められた値だけ変更し
、またスリットの方向も走査方向に合わせて変更し、２回目のレーザー光の照射
を行う。そして半導体膜を部分的に結晶化させる。
そして、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により得られた多結晶半導
体膜をパターニングしてエッチングし、島状の半導体膜を形成する。以下、島状
の半導体膜からＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程は
ＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、島状の半導
体膜に不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うよう
に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域
の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するよ
うに層間絶縁膜上に配線を形成する。
なお、比較対象のために、図１８に従来の半導体装置の生産の流れをフローチ
ャートで示す。図１８に示すように、ＣＡＤによる半導体装置のマスク設計が行
われる。一方で、基板に非晶質半導体膜を成膜され、該非晶質半導体膜が成膜さ
れた基板をレーザー照射装置に設置する。そして、非晶質半導体膜全体にレーザ
ー光が照射されるように走査し、非晶質半導体膜全体を結晶化させる。そして、
結晶化により得られた多結晶半導体膜にマーカーを形成し、該マーカーを基準と
して多結晶半導体膜をパターニングして島状の半導体膜を形成する。そして該島
状の半導体膜を用いてＴＦＴを作製する。
このように本発明では、図１８に示すような従来の場合とは異なり、マーカー
をレーザー光を用いて非晶質半導体膜を結晶化させる前に形成する。そして、半
導体膜のパターニングのマスクの情報に従って、レーザー光を走査させる。
上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部
分にレーザー光を照射する時間を省くことができるので、レーザー光照射にかか
る時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることがで
きる。
なお、触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程を含んでいても良い。触媒元
素を用いる場合、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報
で開示された技術を用いることが望ましい。
触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程を含んでいる場合、非晶質半導体膜
を成膜後にＮｉを用いて結晶化させる工程（ＮｉＳＰＣ）を含んでいる。例えば
特開平７−１３０６５２号公報に開示されている技術を用いる場合、重量換算で
１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を非晶質半導体膜に塗布してニ
ッケル含有層を形成し、５００℃、１時間の脱水素工程の後、５００〜６５０℃
で４〜１２時間、例えば５５０℃、８時間の熱処理を行い結晶化する。尚、使用
可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）の以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（
Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、
白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といった元素を用いても良い。
そして、レーザー光照射により、ＮｉＳＰＣにより結晶化された半導体膜の結
晶性をさらに高める。レーザー光照射により得られた多結晶半導体膜は触媒元素
を含んでおり、レーザー光照射後にその触媒元素を結晶質半導体膜から除去する
工程（ゲッタリング）を行う。ゲッタリングは特開平１０−１３５４６８号公報
または特開平１０−１３５４６９号公報等に記載された技術を用いることができ
る。
具体的には、レーザー照射後に得られる多結晶半導体膜の一部にリンを添加し
、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間
の熱処理を行う。すると多結晶半導体膜のリンが添加された領域がゲッタリング
サイトとして働き、多結晶半導体膜中に存在するリンをリンが添加された領域に
偏析させることができる。その後、多結晶半導体膜のリンが添加された領域をパ
ターニングにより除去することで、触媒元素の濃度を１×１０17atms/cm3以下好
ましくは１×１０16atms/cm3程度にまで低減された島状の半導体膜を得ることが
できる。
このように本発明では、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのでは
なく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走
査する。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去さ
れる部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかか
る処理時間を大幅に短縮することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
レーザー光を照射して形成される結晶質半導体膜は、複数の結晶粒が集合して
形成されている。その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであり、結晶粒の
位置や大きさを指定して結晶質半導体膜を形成する事は難しい。そのため前記結
晶質半導体を島状にパターニングすることで形成された活性層中には、結晶粒の
界面（粒界）が存在することがある。
結晶粒内と異なり、粒界には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心
や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると
、粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの
電流輸送特性を低下することが知られている。よって、ＴＦＴの活性層、特にチ
ャネル形成領域中に粒界が存在すると、ＴＦＴの移動度が著しく低下したり、ま
た粒界において電流が流れるためにオフ電流が増加したりと、ＴＦＴの特性に重
大な影響を及ぼす。また同じ特性が得られることを前提に作製された複数のＴＦ
Ｔにおいて、活性層中の粒界の有無によって特性がばらついたりする。
半導体膜にレーザー光を照射したときに、得られる結晶粒の位置と大きさがラ
ンダムになるのは、以下の理由による。レーザー光の照射によって完全溶融した
液体半導体膜中に固相核生成が発生するまでには、ある程度の時間が掛かる。そ
して時間の経過と共に、完全溶融領域において無数の結晶核が発生し、該結晶核
からそれぞれ結晶が成長する。この結晶核の発生する位置は無作為であるため、
不均一に結晶核が分布する。そして、互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結
晶成長が終了するため、結晶粒の位置と大きさは、ランダムなものとなる。
一方、半導体膜を完全に溶融させるのではなく、部分的に溶融させることで結
晶質半導体膜を形成する方法も提案されている。この場合、レーザー光の照射に
よって、半導体膜が完全溶融している部分と、固相半導体領域が残存している部
分とが形成され、前記固相半導体領域を結晶核として結晶成長が始まる。完全溶
融領域において核生成が発生するにはある程度時間が掛かるため、完全溶融領域
において核生成が発生するまでの間に、前記固相半導体領域を結晶核として前記
半導体膜の膜面に対する水平方向（以下、ラテラル方向と呼ぶ）に結晶が成長す
る。そのため、結晶粒は膜厚の数十倍もの長さに成長する。そして、時間の経過
にしたがって完全溶融領域においても結晶化が始まり、該結晶核から成長した結
晶とぶつかり合うと、上述したラテラル方向の結晶成長は終了する。以下、この
現象をスーパーラテラル成長と言う。
上記スーパーラテラル成長の場合、比較的大きな結晶粒が得られ、その分粒界
の数が減るが、前記スーパーラテラル成長が実現するレーザー光のエネルギー領
域は非常に狭く、また、大結晶粒の得られる位置については制御が困難であった
。さらに、大結晶粒以外の領域は無数の核生成が発生した微結晶領域、もしくは
非晶質領域であり、結晶の大きさは不均一であった。
そこで、半導体膜を完全溶融させるようなエネルギー領域のレーザー光を用い
、なおかつラテラル方向の温度勾配を制御することが出来れば、結晶粒の成長位
置および成長方向を制御することが出来るのではないかと考えられている。そし
てこの方法を実現するために様々な試みがなされている。
例えば、コロンビア大のJames S. Im氏らは、任意の場所にスーパーラテラル
成長を実現させることの出来るSequential Lateral Solidification method（以
下、ＳＬＳ法と言う。）を示した。ＳＬＳ法は、１ショット毎にスリット状のマ
スクをスーパーラテラル成長が行われる距離程度（約０．７５μｍ）ずらして、
結晶化を行うものである。
本実施例では、上記ＳＬＳ法を本発明に適用した例について説明する。
まず、１回目のレーザー光を半導体膜に照射する。このとき、レーザーはパル
ス発振でも連続発振でもどちらでも良い。１回目のレーザー光はマスクによって
定められた部分にのみ照射するようにする。この１回目のレーザー光のエネルギ
ー密度は、半導体膜の膜厚等によっても異なるが、マスクによって定められた部
分の結晶性を高めることができる程度であれば良い。
次に、走査方向及びスリットの向きを変え、マスクによって定められた部分に
２回目のレーザー光を照射する。２回目のレーザー光はパルス発振のレーザーを
用い、マスクによって定められた部分において、半導体膜を全厚さにわたって局
部的に溶融させることができるようなエネルギー密度で照射する。
図１９（Ａ）に、２回目のレーザー光照射の１ショット目を照射した直後の、
半導体膜の様子を模式的に示す。半導体膜８０２は１回目のレーザー光照射によ
って結晶性が高められた部分に相当する。そして２回目のレーザー光の照射によ
り、半導体膜８０２のビームスポット８０１があたっている部分において、半導
体膜が全厚さにわたって局部的に溶融する。
このとき、半導体膜８０２のビームスポットのあたっている部分においては、
完全に半導体が溶融しているが、ビームスポットのあたっていない部分は溶融し
ていないか、もしくは溶融していても温度がビームスポットのあたっている部分
に比べて十分に低い。そのため、ビームスポットの端の部分が種結晶となり、矢
印で示したようにビームスポットの端部から中心に向かってラテラル方向に結晶
が成長する。
そして時間の経過にしたがって結晶の成長が進んでいくと、完全に溶融した部
分において発生した種結晶から生成した結晶粒とぶつかり合うか、もしくは反対
側から成長してきた結晶粒とぶつかり合うかして、ビームスポットの中心部分８
０３において結晶成長が終了する。図１９（Ｂ）に結晶成長が終了した時点での
半導体膜の様子を模式的に示す。ビームスポットの中心部分８０３では、他の部
分に比べて微結晶が多数存在していたり、結晶粒どうしがぶつかり合うことで半
導体膜の表面が不規則になっていたりする。
次に、２回目のレーザー光照射の２ショット目を照射する。２ショット目は１
ショット目のビームスポットから少しずらして照射する。図１９（Ｃ）に、２シ
ョット目を照射した直後の、半導体膜の様子を模式的に示す。２ショット目のビ
ームスポットは、１ショット目のビームスポットがあたっていた部分８０１から
位置がずれているが、図１９（Ｃ）では、２ショット目のビームスポットが１シ
ョット目によって形成された中心部８０３を覆う程度のずれである。
このとき、２ショット目のビームスポット８０４のあたっている部分において
は、完全に半導体が溶融しているが、ビームスポットのあたっていない部分は溶
融していないか、もしくは溶融していても温度がビームスポットのあたっている
部分に比べて十分に低い。そのため、ビームスポットの端の部分が種結晶となり
、矢印で示したようにビームスポットの端部から中心に向かってラテラル方向に
結晶が成長する。このとき、１ショット目によって結晶化された部分８０１のう
ち、２ショット目のビームスポットがあたっていない部分が種結晶となり、１シ
ョット目によって形成されたラテラル方向に成長した結晶が、さらに走査方向に
向かって成長する。
そして時間の経過にしたがって結晶の成長が進んでいくと、完全に溶融した部
分において発生した種結晶から生成した結晶粒とぶつかり合うか、もしくは反対
側から成長してきた結晶粒とぶつかり合うかして、２ショット目のビームスポッ
トの中心部分８０５において結晶成長が終了する。図１９（Ｄ）に結晶成長が終
了した時点での半導体膜の様子を模式的に示す。ビームスポットの中心部分８０
５では、他の部分に比べて微結晶が多数存在していたり、結晶粒どうしがぶつか
り合うことで半導体膜の表面が不規則になっていたりする。
以下、３ショット目以降も同様に、ビームスポットを走査方向に少しずつずら
して照射していくことで、図１９（Ｅ）に示すように走査方向と平行に結晶が成
長する。
上記構成により、結晶粒の位置及び大きさを制御しながら、部分的に結晶化を
行うことができる。
次に、ＳＬＳ法を本発明に適用した図１９とは異なる例について説明する。
まず、１回目のレーザー光を半導体膜に照射する。このとき、レーザーはパル
ス発振でも連続発振でもどちらでも良い。１回目のレーザー光はマスクによって
定められた部分にのみ照射するようにする。この１回目のレーザー光のエネルギ
ー密度は、半導体膜の膜厚等によっても異なるが、マスクによって定められた部
分の結晶性を高めることができる程度であれば良い。
次に、走査方向を変え、マスクによって定められた部分に２回目のレーザー光
を照射する。２回目のレーザー光はパルス発振のレーザーを用い、マスクによっ
て定められた部分において、半導体膜を全厚さにわたって局部的に溶融させるこ
とができるようなエネルギー密度で照射する。
図２０（Ａ）に、２回目のレーザー光照射の１ショット目を照射した直後の、
半導体膜の様子を模式的に示す。半導体膜８１２は１回目のレーザー光照射によ
って結晶性が高められた部分に相当する。そして２回目のレーザー光の照射によ
り、半導体膜８１２のビームスポット８１１があたっている部分において、半導
体膜が全厚さにわたって局部的に溶融する。そして、ビームスポットの端の部分
が種結晶となり、矢印で示したようにビームスポットの端部から中心に向かって
ラテラル方向に結晶が成長する。
そして時間の経過にしたがって結晶の成長が進んでいくと、完全に溶融した部
分において発生した種結晶から生成した結晶粒とぶつかり合うか、もしくは反対
側から成長してきた結晶粒とぶつかり合うかして、ビームスポットの中心部分８
１３において結晶成長が終了する。図２０（Ｂ）に結晶成長が終了した時点での
半導体膜の様子を模式的に示す。ビームスポットの中心部分８１３では、他の部
分に比べて微結晶が多数存在していたり、結晶粒どうしがぶつかり合うことで半
導体膜の表面が不規則になっていたりする。
次に、２回目のレーザー光照射の２ショット目を照射する。２ショット目は１
ショット目のビームスポットから少しずらして照射する。図２０（Ｃ）に、２シ
ョット目を照射した直後の、半導体膜の様子を模式的に示す。２ショット目のビ
ームスポットは、１ショット目のビームスポットがあたっていた部分８１１から
位置がずれているが、図２０（Ｃ）では、２ショット目のビームスポットが１シ
ョット目によって形成された中心部８１３を覆わず、１ショット目のビームスポ
ットがあたっていた部分と一部重なる程度のずれである。
そして、２ショット目のビームスポットの端の部分が種結晶となり、矢印で示
したようにビームスポットの端部から中心に向かってラテラル方向に結晶が成長
する。このとき、１ショット目によって結晶化された部分８１１のうち、２ショ
ット目のビームスポットがあたっていない部分が種結晶となり、１ショット目に
よって形成されたラテラル方向に成長した結晶が、さらに走査方向に向かって成
長する。
そして時間の経過にしたがって結晶の成長が進んでいくと、完全に溶融した部
分において発生した種結晶から生成した結晶粒とぶつかり合うか、もしくは反対
側から成長してきた結晶粒とぶつかり合うかして、２ショット目のビームスポッ
トの中心部分８１５において結晶成長が終了する。図２０（Ｄ）に結晶成長が終
了した時点での半導体膜の様子を模式的に示す。ビームスポットの中心部分８１
５では、他の部分に比べて微結晶が多数存在していたり、結晶粒どうしがぶつか
り合うことで半導体膜の表面が不規則になっていたりする。
以下、３ショット目以降も同様に、ビームスポットを走査方向に少しずつずら
して照射していくことで、図２０（Ｅ）に示すように走査方向と平行に結晶が成
長する。上記構成により、結晶粒の位置及び大きさを制御しながら、部分的に結
晶化を行うことができる。
図２０に示した照射方法によって得られる結晶は、ビームスポットの中心部が
残されている、該中心部においては結晶性が芳しくないので、該中心部をチャネ
ル形成領域に含まない様に、より好ましくは活性層に含まないように、活性層が
レイアウトされているのが望ましい。
なお、図１９及び図２０の照射方法の両方において、結晶粒の成長方向と、チ
ャネル形成領域のキャリアの進む方向とが平行になるように活性層がレイアウト
されていると、チャネル形成領域に含まれる粒界が少なくなるので、移動度が高
くなり、オフ電流も抑えることができる。また、チャネル形成領域のキャリアの
進む方向と結晶粒の成長方向とが、平行にならないような角度を有するように活
性層がレイアウトされていると、チャネル形成領域に含まれる粒界が多くなる。
しかし複数の活性層を比較したときに、各活性層のチャネル形成領域に含まれる
全粒界に対する、活性層どうしの粒界の量の差の割合が小さくなり、作製される
ＴＦＴの移動度及びオフ電流値のばらつきが小さくなる。
なお本実施例では、２回目のレーザー光照射においてＳＬＳ法を用いているが
本実施例はこの構成に限定されない。例えば１回目にＳＬＳ法を用いて結晶化さ
せた後に、２回目のレーザー光照射にパルス発振のレーザーを用いることで、１
回目のレーザー光の照射によって形成された結晶粒内の欠陥をなくし、より結晶
性を高めることが可能である。そして、パルス発振のレーザーの場合、一般的に
連続発振のレーザーよりもエネルギー密度が高く、ビームスポットの面積を比較
的広げることができるので、基板一枚の処理時間を短くすることができ、処理効
率を高めることができる。
なお本実施例では２回レーザ光を照射する例について述べたが、レーザ光の照
射は無論１回でもよい。
なお、本実施例において、結晶核となる領域を特定するためにレーザー光のビ
ームスポットの形状をマスクで成形するようにしても良い。またレーザーはパル
ス発振のエキシマレーザーやＹＬＦレーザーを用いることができるが、レーザー
の種類はこの構成に限定されない。
本実施例では、ビームスポットを重ね合わせるための光学系について説明する
。
図２１に、本実施例の光学系の具体的な構成を示す。図２１（Ａ）は本発明の
レーザー照射装置の光学系の側面図であり、図２１（Ａ）の矢印Ｂの方向から見
た側面図を図２１（Ｂ）に示す。なお図２１（Ｂ）の矢印Ａの方向から見た側面
図が、図２１（Ａ）に相当する。
図２１はビームスポットを４つ合成して１つのビームスポットにする場合の光
学系を示している。なお本実施例において合成するビームスポットの数はこれに
限定されず、合成するビームスポットの数は２以上８以下であれば良い。
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５はシリンドリカルレンズであり、図
２１には示されていないが、本実施例の光学系はシリンドリカルレンズを６つ用
いている。また４１０はスリットである。図２２に図２１に示した光学系の斜視
図を示す。シリンドリカルレンズ４０３、４０４、４０５、４０６のそれぞれに
、異なるレーザー発振装置からレーザー光が入射される。
そしてシリンドリカルレンズ４０３、４０５によってそのビームスポットの形
状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ４０１に入射する。入射し
たレーザー光はシリンドリカルレンズにおいてそのビームスポットの形状が加工
された後、スリット４１０において再びそのビームスポットの形状が加工され、
被処理物４００に照射される。また、シリンドリカルレンズ４０４、４０６によ
ってそのビームスポットの形状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレン
ズ４０２に入射する。入射したレーザー光はシリンドリカルレンズにおいてその
ビームスポットの形状が加工された後、スリット４１０において再びそのビーム
スポットの形状が加工され、被処理物４００に照射される。
被処理物４００におけるレーザー光のビームスポットは互いに一部重なること
で合成されて、１つのビームスポットになっている。
なお、本実施例では、被処理物４００に最も近いシリンドリカルレンズ４０１
、４０２の焦点距離を２０ｍｍとし、シリンドリカルレンズ４０３〜４０６の焦
点距離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ４０１、４０２から被
処理物４００へのレーザー光の入射角θ1は、本実施例では２５°とし、シリン
ドリカルレンズ４０３〜４０６からシリンドリカルレンズ４０１、４０２へのレ
ーザー光の入射角θ2を１０°とするように各レンズを設置する。
なお各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能である
。さらに、シリンドリカルレンズの数もこれに限定されず、また用いる光学系は
シリンドリカルレンズに限定されない。本発明は、各レーザー発振装置から発振
されるレーザー光のビームスポットを、半導体膜の結晶化に適した形状及びエネ
ルギー密度になるように加工し、なおかつ全てのレーザー光のビームスポットを
互いに重ね合わせて合成し、１つのビームスポットにすることができるような光
学系であれば良い。
なお本実施例では、４つのビームスポットを合成する例について示しており、
この場合４つのレーザー発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを４
つと、該４つのシリンドリカルレンズに対応する２つのシリンドリカルレンズと
を有している。ｎ（ｎ＝２、４、６、８）のビームスポットを合成する場合、ｎ
のレーザー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシ
リンドリカルレンズに対応するｎ／２のシリンドリカルレンズとを有している。
ｎ（ｎ＝３、５、７）のビームスポットを合成する場合、ｎのレーザー発振装置
にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズ
に対応する（ｎ＋１）／２のシリンドリカルレンズとを有している。
次に、８つのレーザー発振装置を用いた本発明のレーザー照射装置の、光学系
について説明する。
図２３、図２４に、本実施例のレーザー照射装置に用いられる光学系の具体的
な構成を示す。図２３は本発明のレーザー照射装置の光学系の側面図であり、図
２３の矢印Ｂの方向から見た側面図を図２４に示す。なお図２４の矢印Ａの方向
から見た側面図が、図２３に相当する。
本実施例ではビームスポットを８つ合成して１つのビームスポットにする場合
の光学系を示している。なお本発明において合成するビームスポットの数はこれ
に限定されず、合成するビームスポットの数は２以上８以下であれば良い。
４４１〜４５０はシリンドリカルレンズであり、図２３、図２４には示されて
いないが、本実施例の光学系は１２のシリンドリカルレンズ４４１〜４５２を用
いている。また４６０、４６１はスリットである。図２５に図２３、図２４に示
した光学系の斜視図を示す。シリンドリカルレンズ４４１〜４４４のそれぞれに
、異なるレーザー発振装置からレーザー光が入射される。
そしてシリンドリカルレンズ４５０、４４５によってそのビームスポットの形
状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ４４１に入射する。入射し
たレーザー光はシリンドリカルレンズ４４１においてそのビームスポットの形状
が加工された後、スリット４６０において再びそのビームスポットの形状が加工
され、被処理物４４０に照射される。また、シリンドリカルレンズ４５１、４４
６によってそのビームスポットの形状が加工されたレーザー光が、シリンドリカ
ルレンズ４４２に入射する。入射したレーザー光はシリンドリカルレンズ４４２
においてそのビームスポットの形状が加工された後、スリット４６０において再
びそのビームスポットの形状が加工され、被処理物４４０に照射される。また、
シリンドリカルレンズ４４９、４４７によってそのビームスポットの形状が加工
されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ４４３に入射する。入射したレーザ
ー光はシリンドリカルレンズ４４３においてそのビームスポットの形状が加工さ
れた後、スリット４６１において再びそのビームスポットの形状が加工され、被
処理物４４０に照射される。また、シリンドリカルレンズ４５２、４４８によっ
てそのビームスポットの形状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ
４４４に入射する。入射したレーザー光はシリンドリカルレンズ４４４において
そのビームスポットの形状が加工された後、スリット４６１において再びそのビ
ームスポットの形状が加工され、被処理物４４０に照射される。
被処理物４４０におけるレーザー光のビームスポットは互いに一部重なること
で合成されて、１つのビームスポットになっている。
なお、本実施例では、被処理物４４０に最も近いシリンドリカルレンズ４４１
〜４４４の焦点距離を２０ｍｍとし、シリンドリカルレンズ４４５〜４５２の焦
点距離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ４４１〜４４４から被
処理物４４０へのレーザー光の入射角θ1は、本実施例では２５°とし、シリン
ドリカルレンズ４４５〜４５２からシリンドリカルレンズ４４１〜４４４へのレ
ーザー光の入射角θ2を１０°とするように各レンズを設置する。
なお各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能である
。さらに、シリンドリカルレンズの数もこれに限定されず、また用いる光学系は
シリンドリカルレンズに限定されない。本発明は、各レーザー発振装置から発振
されるレーザー光のビームスポットを、半導体膜の結晶化に適した形状及びエネ
ルギー密度になるように加工し、なおかつ全てのレーザー光のビームスポットを
互いに重ね合わせて合成し、１つのビームスポットにすることができるような光
学系であれば良い。
なお本実施例では、８つのビームスポットを合成する例について示しており、
この場合８つのレーザー発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを８
つと、該８つのシリンドリカルレンズに対応する４つのシリンドリカルレンズと
を有している。
ビームスポットを５つ以上重ね合わせるとき、光学系を配置する場所及び干渉
等を考慮すると、５つ目以降のレーザー光は基板の反対側から照射するのが望ま
しく、この場合基板は透過性を有していることが必要である。
なお、戻り光がもときた光路をたどって戻るのを防ぐために、基板に対する入
射角は、０より大きく９０°より小さくなるように保つようにするのが望ましい
。
また、均一なレーザー光の照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であ
って、かつ合成前の各ビームの形状をそれぞれ長方形と見立てたときの短辺を含
む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光
の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照
射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄ
であるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。この議論は合成前の個
々のレーザー光について成り立つ必要がある。なお、レーザー光の軌跡が、前記
入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をθとする
。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記
基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことがで
きる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が
１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よ
りも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端
のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出
値で十分に干渉減衰の効果が得られる。
本実施例の構成は、実施例１と自由に組み合わせて実施することが可能である
。
本実施例では、複数のレーザー発振装置を用いた場合において、レーザー光照
射の途中で、スリットの幅を変えてレーザー光のビームスポットの幅を変更する
例について説明する。
本発明のレーザー照射装置は、コンピューターにおいて、入力されたマスクの
情報に基づきレーザー光の走査経路を把握する。さらに本実施例では、ビームス
ポットの幅をマスクの形状に合わせて変えるようにする。
図２６（Ａ）に、レーザー光を１回照射する場合の、半導体膜のパターニング
のマスクの形状と、ビームスポットの幅の関係を一例として示す。５６０は半導
体膜のパターニングのマスクの形状を示しており、レーザー照射による結晶化の
後、該マスクに従って半導体膜がパターニングされる。
５６１と５６２は、レーザー光が照射された部分を示している。なお５６１と
５６２は、４つのレーザー発振装置から出力されたレーザー光を重ね合わせて合
成することで得られるビームスポットを、走査した部分である。５６２は５６１
よりもビームスポットの幅が狭くなるように、スリットによって制御されている
。
図２６（Ｂ）に、レーザー光を２回照射する場合の、半導体膜のパターニング
のマスクの形状と、ビームスポットの幅の関係を一例として示す。３６０は半導
体膜のパターニングのマスクの形状を示しており、２回のレーザー光照射による
結晶化の後、該マスクに従って半導体膜がパターニングされる。
３６３は１回目のレーザー光が照射された部分を示している。本実施例では１
回目のレーザー光は半導体膜全面に照射しているが、パターニング後に活性層が
得られる部分が少なくとも結晶化される様に、部分的にレーザー光を照射するよ
うにしてもよい。また、パターニング後に活性層が得られる部分とエッジとが、
重ならないようにすることが肝要である。
３６１と３６２は、２回目のレーザー光が照射された部分を示している。なお
３６１と３６２は、４つのレーザー発振装置から出力されたレーザー光を重ね合
わせて合成することで得られるビームスポットを、走査した部分である。３６２
は３６１よりもビームスポットの幅が狭くなるように、スリットによって制御さ
れている。
なお、１回目のレーザー光を部分的に照射し、２回目のレーザー光照射を全面
に行うようにしてもよい。
なお本実施例のように、スリットを用いてるので、全てのレーザー発振装置の
出力を止めずにビームスポットの幅を自在に変えることができ、レーザー発振装
置の出力を止めることで出力が不安定になるのを避けることができる。
上記構成により、レーザー光の軌跡の幅を変えることができるので、レーザー
光の軌跡のエッジが、パターニングによって得られる半導体と重なるのを防ぐこ
とができる。また不必要な部分にレーザー光を照射することで基板に与えられる
ダメージをさらに軽減することができる。
本実施例は、実施例１または実施例２と組み合わせて実施することが可能であ
る。
本実施例では、レーザー光照射の途中で、ＡＯ変調器によりレーザー光の方向
を変更することで、結果的にレーザ光を遮り、所定の部分にのみレーザー光を照
射する例について説明する。なお本実施例ではＡＯ変調器を用いてレーザー光を
遮蔽しているが、本発明はこれに限定されず、レーザー光を遮蔽できればどのよ
うな手段を用いても良い。
本発明のレーザー照射装置は、コンピューターにおいて、入力されたマスクの
情報に基づきレーザー光を走査する部分を把握する。さらに本実施例では、走査
するべき部分のみにレーザー光が照射されるようにＡＯ変調器を用いてレーザー
光を遮る。このときＡＯ変調器は、レーザー光を遮ることが可能であり、なおか
つレーザー光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ましい
。
図２７（Ａ）に、半導体膜のパターニングのマスクの形状と、レーザー光が照
射される部分の関係を一例として示す。５７０は半導体膜のパターニングのマス
クの形状を示しており、レーザー光照射による結晶化の後、該マスクに従って半
導体膜がパターニングされる。
５７１は、レーザー光が照射された部分を示している。破線で囲まれている部
分はレーザー光がＡＯ変調器で遮られている部分を示しており、本実施例では結
晶化させる必要のない部分にはレーザー光を照射しないか、照射されていてもそ
のエネルギー密度が低くなるようにすることができる。したがって、不必要な部
分にレーザー光を照射することで基板に与えられるダメージをさらに軽減するこ
とができる。
図２７（Ｂ）に、レーザー光を２回照射する場合の、半導体膜のパターニング
のマスクの形状と、レーザー光が照射される部分の関係を一例として示す。３７
０は半導体膜のパターニングのマスクの形状を示しており、レーザー照射による
結晶化の後、該マスクに従って半導体膜がパターニングされる。
３７３は１回目のレーザー光が照射された部分を示している。本実施例では１
回目のレーザー光は半導体膜全面に照射しているが、パターニング後に活性層が
得られる部分が少なくとも結晶化される様に、部分的にレーザー光を照射するよ
うにしてもよい。また、パターニング後に活性層が得られる部分とエッジとが、
重ならないようにすることが肝要である。
３７１は、２回目のレーザー光が照射された部分を示している。破線はレーザ
ー光がＡＯ変調器で遮られている部分を示しており、本実施例では結晶化させる
必要のない部分にはレーザー光が照射しないか、照射されていてもそのエネルギ
ー密度が低くなるようにすることができる。したがって、不必要な部分にレーザ
ー光を照射することで基板に与えられるダメージをさらに軽減することができる
。
なお、１回目のレーザー光を部分的に照射し、２回目のレーザー光照射を全面
に行うようにしてもよい。
次に、画素部、信号線駆動回路及び走査線駆動回路が備えられた半導体表示装
置の作製工程において、ＡＯ変調器を用い、画素部、信号線駆動回路及び走査線
駆動回路に１回づつ選択的にレーザー光を照射する場合について説明する。
まず図２８（Ａ）に示すように、信号線駆動回路３０２及び画素部３０１に、
矢印の方向に走査してレーザー光を照射する。このとき、レーザー光は基板全面
に照射するのではなく、走査線駆動回路３０３にレーザー光が照射されないよう
に、ＡＯ変調器を用いてレーザー光を遮る。
次に、図２８（Ｂ）に示すように、走査線駆動回路３９３に、矢印の方向に走
査してレーザー光を照射する。このとき、信号線駆動回路３９２及び画素部３９
１にはレーザー光を照射しない。
次に、図２９を用いて、ＡＯ変調器を用い、画素部、信号線駆動回路及び走査
線駆動回路に１回づつ選択的にレーザー光を照射する場合の、他の例について説
明する。
まず図２９（Ａ）に示すように、走査線駆動回路３９３及び画素部３９１に、
矢印の方向に走査してレーザー光を照射する。このとき、レーザー光は基板全面
に照射するのではなく、信号線駆動回路３９２にレーザー光が照射されないよう
に、ＡＯ変調器を用いてレーザー光を遮る。
次に、図２９（Ｂ）に示すように、信号線駆動回路３９２に、矢印の方向に走
査してレーザー光を照射する。このとき、走査線駆動回路３９３及び画素部３９
１にはレーザー光を照射しない。
このように、ＡＯ変調器を用いて選択的にレーザー光を照射することができる
ので、各回路が有する活性層のチャネル形成領域のレイアウトに合わせて、回路
ごとにレーザー光の走査方向を変更することができる。そして同じ回路に２回レ
ーザー光が照射されるのを避けることができるので、２回目のレーザー光のエッ
ジの部分とレイアウトされた活性層とが重ならないようにするための、レーザー
光の経路の設定及び活性層のレイアウトにおける制約がなくなる。
次に、ＡＯ変調器を用い、画素部、信号線駆動回路及び走査線駆動回路に１回
づつ選択的にレーザー光を照射する場合の、大型の基板から複数のパネルを作製
する例について説明する。
まず図３０に示すように、各パネルの信号線駆動回路３８２及び画素部３８１
に、矢印の方向に走査してレーザー光を照射する。このとき、レーザー光は基板
全面に照射するのではなく、走査線駆動回路３８３にレーザー光が照射されない
ように、ＡＯ変調器を用いてレーザー光を遮る。
次に、各パネルの走査駆動回路３８３に、矢印の方向に走査してレーザー光を
照射する。このとき、信号線駆動回路３８２及び画素部３８１にはレーザー光を
照射しない。なお３８５は基板３８６のスクライブラインである。
本実施例は、実施例１〜実施例３と組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、マーカー形成部４６３に設けられたマーカーの一例を示す。
図３１（Ａ）に本実施例のマーカーの上面図を示す。４６１、４６２は半導体
膜に形成された基準となるマーカー（以下、基準マーカーと呼ぶ）であり、それ
ぞれ形状が矩形である。基準マーカー４６１は、全てその矩形の長辺が水平方向
に配置されており、各基準マーカー４６１は一定の間隔を保って垂直方向に配置
されている。基準マーカー４６２は全てその矩形の長辺が垂直方向に配置されて
おり、各基準マーカー４６２は一定の間隔を保って水平方向に配置されている。
基準マーカー４６１はマスクの垂直方向の位置を定める基準となり、基準マー
カー４６２はマスクの水平方向の位置を定める基準となっている。４６４、４６
５は半導体膜のパターニング用マスクのマーカーであり、それぞれ形状が矩形で
ある。マーカー４６４はその矩形の長辺が水平方向に配置されるように、なおか
つマーカー４６５はその矩形の長辺が垂直方向に配置されるように、半導体パタ
ーニング用のマスクの位置を定める。そして、マーカー４６４が定められた２つ
の隣り合う基準マーカー４６１の丁度真中に位置するように、なおかつマーカー
４６５が定められた２つの隣り合う基準マーカー４６２の丁度真中に位置するよ
うに、半導体パターニング用のマスクの位置を定める。
図３１（Ｂ）に半導体膜に形成された基準マーカーの斜視図を示す。基板４７
１に成膜された半導体膜４７０の一部は、レーザーによって矩形状に削られてお
り、該削られた部分が基準マーカー４６１、４６２として機能する。
なお本実施例に示したマーカーはほんの一例であり、本発明のマーカーはこれ
に限定されない。本発明で用いるマーカーは、半導体膜をレーザー光で結晶化さ
せる前に形成することができ、なおかつレーザー光の照射による結晶化の後にで
も用いることができるものであれば良い。
次に図３２を用いて、本発明のレーザー照射装置が有する、マーカー形成用の
光学系の構成について説明する。図１６において、３５０はマーカーのパターン
形成用のレチクルであり、レチクル３５０を通ったレーザー光は凸レンズ３５１
において集光され、基板３５２上に形成された半導体膜３５３に照射される。そ
して、レーザー光の照射された部分の半導体膜が除去されて開口部３５４が形成
される。この開口部３５４をマーカーとして用いることができる。
なお、レチクルのパターンを縮小して投影するための光学系は凸レンズ３５１
に限定されない。レチクルのパターンを縮小できる光学系であれば良い。またレ
チクルのパターンを、マーカーのパターンと同じオーダーのサイズで作製するこ
とができれば、レチクルのパターンを縮小して投影するための光学系を用いる必
要はない。
図３２において、レンズ３５０が有する２つの主点のうち、レチクル３５０に
最も近い主点Ａとレチクル３５０との距離をＬ1、半導体膜３５３に最も近い主
点Ｂと被処理物である半導体膜３５３との距離をＬ2とすると、レンズ３５１の
焦点距離ｆは以下の式１で表される。なお２つの主点が一致している場合も同様
に、Ｌ1とＬ2を定義することができる。
（式１）
１／ｆ＝１／Ｌ1＋１／Ｌ2
そしてレチクルの拡大率Ｍは、以下の式２で表される。
（式２）
Ｍ＝Ｌ2／Ｌ1
上記式１及び式２を用いることで、レンズ３５１の焦点距離ｆが定まれば、拡
大率Ｍが定まる。
本実施例は、実施例１〜４と組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、半導体膜を結晶化させる際に、レーザー光を２回照射する場合
の、アクティブマトリクス基板の作製方法について図３３〜図３６を用いて説明
する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを
有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基
板と呼ぶ。
まず、本実施例では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
ラスなどのガラスからなる基板６００を用いる。なお、基板６００としては、石
英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成し
たものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプ
ラスチック基板を用いてもよい。
次いで、基板６００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの
絶縁膜から成る下地膜６０１を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法等）により形成する。本実施例では下地膜６０１として下地膜６０１
ａ、６０１ｂの２層の下地膜を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積
層させた構造を用いても良い（図３３（Ａ））。
次いで、下地膜６０１上に、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法等）により２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで非
晶質半導体膜６９２を形成する（図３３（Ｂ））。なお、本実施例では非晶質半
導体膜を成膜しているが、微結晶半導体膜、結晶性半導体膜であっても良い。ま
た、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を用い
ても良い。
次に、非晶質半導体膜６９２をレーザー結晶化法により結晶化させる。レーザ
ー結晶化法は、本発明のレーザー照射方法を用いて行なう。具体的には、レーザ
ー照射装置のコンピューターに入力されたマスクの情報に従って、非晶質半導体
膜に走査方向の異なるレーザー光を２回照射する。そしてレーザー光が２回照射
された部分を活性層として用いる。もちろん、レーザー結晶化法だけでなく、他
の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化
を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。
非晶質半導体膜の結晶化に際し、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本
波の第２高調波〜第４高調波を用いることで、大粒径の結晶を得ることができる
。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３
２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発
振のＹＶＯ4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波
に変換し、出力１０Ｗのレーザー光を得る。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と
非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光
学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体
に照射する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（
好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、１０〜２０００
ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射す
る。
なお２回のレーザー照射は、パルス発振または連続発振の気体レーザーもしく
は固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー
、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザ
ー、ＹＶＯ4レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ガラスレーザー、
ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ
2Ｏ3レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈ
ｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、Ｙ
ＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該レーザ
ーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有する
レーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いること
で得ることができる。
上述したレーザー結晶化によって、非晶質半導体膜に２回レーザー光が照射さ
れて結晶性が高められた領域６９３、６９４、６９５が形成される（図３３（Ｂ
））。
次に、部分的に結晶性が高められた結晶性半導体膜を所望の形状にパターニン
グして、結晶化された領域６９３、６９４、６９５から島状の半導体膜６０２〜
６０６を形成する（図３３（Ｃ））。
また、島状の半導体膜６０２〜６０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御
するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい
。
次いで、島状の半導体膜６０２〜６０６を覆うゲート絶縁膜６０７を形成する
。ゲート絶縁膜６０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０
〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶ
Ｄ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９
％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に
限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用い
ても良い。
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraeth
yl Orthosilicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４０
０℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて
形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００
〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができ
る。
次いで、ゲート絶縁膜６０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜６０８
と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜６０９とを積層形成する。本実施例
では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜６０８と、膜厚３７０ｎｍ
のＷ膜からなる第２の導電膜６０９を積層形成した。ＴａＮ膜はスパッタ法で形
成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、Ｗ
膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タング
ステン（ＷＦ6）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしても
ゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は
２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵
抗率化を図ることができるが、Ｗ膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結
晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のＷ（純度９９．
９９９９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの
不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜
２０μΩｃｍを実現することができる。
なお、本実施例では、第１の導電膜６０８をＴａＮ、第２の導電膜６０９をＷ
としたが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ
、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合
物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪
素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いても
よい。また、第１の導電膜をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜
とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形成し、第２の導
電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し
、第２の導電膜をＷとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）
膜で形成し、第２の導電膜をＡｌ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タン
タル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよ
い。
また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、アルミニウムとシリ
コンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、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、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、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、窒化チタン膜に代えて
チタン膜を用いてもよい。
なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャント
の種類を選択することが重要である。
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク６１０〜６１５
を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１の
エッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図３４（Ｂ））本
実施例では第１のエッチング条件として、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２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、
１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラ
ズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも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。この第
１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー
形状とする。
この後、レジストからなるマスク６１０〜６１５を除去せずに第２のエッチン
グ条件に変え、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３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲ
Ｆ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを
行った。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。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッ
チング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート
絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割
合でエッチング時間を増加させると良い。
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したもの
とすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及
び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４
５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電
層から成る第１の形状の導電層６１７〜６２２（第１の導電層６１７ａ〜６２２
ａと第２の導電層６１７ｂ〜６２２ｂ）を形成する。６１６はゲート絶縁膜であ
り、第１の形状の導電層６１７〜６２２で覆われない領域は２０〜５０nm程度エ
ッチングされ薄くなった領域が形成される。
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。
（図３４（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ
膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電
層６２８ｂ〜６３３ｂを形成する。一方、第１の導電層６１７ａ〜６２２ａは、
ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層６２８〜６３３を形成する。
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、
島状の半導体膜にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処
理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条
件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14 atoms/cm2とし、加速電圧を４０〜８０
ｋＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13atoms/cm2とし、加速
電圧を６０ｋＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元
素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）
を用いる。この場合、導電層６２８〜６３３がｎ型を付与する不純物元素に対す
るマスクとなり、自己整合的に不純物領域６２３〜６２７が形成される。不純物
領域６２３〜６２７には１×１０18〜１×１０20/cm3の濃度範囲でｎ型を付与す
る不純物元素を添加する。
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６３４ａ
〜６３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピ
ング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15 a
toms/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋＶとして行う。ドーピング処理は第２
の導電層６２８ｂ〜６３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導
電層のテーパー部の下方の島状の半導体膜に不純物元素が添加されるようにドー
ピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピ
ング処理を行って図３５（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量
を１×１０15〜１×１０17 atoms/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋＶとして
行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層
と重なる低濃度不純物領域６３６、６４２、６４８には１×１０18〜５×１０19
/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域６３
５、６４１、６４４、６４７には１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型
を付与する不純物元素を添加される。
もちろん、適当な加速電圧にすることで、第２のドーピング処理および第３の
ドーピング処理は１回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純
物領域を形成することも可能である。
次いで、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６５０ａ〜６５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドー
ピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜に前記一
導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域６５３、６
５４、６５９、６６０を形成する。第２の導電層６２８ａ〜６３２ａを不純物元
素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的
に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域６５３、６５４、６５９、
６６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図３５（Ｂ
））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状の
半導体膜はレジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃで覆われている。第１乃
至３のドーピング処理によって、不純物領域６５３と６５４、６５９と６６０に
はそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においても
ｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19〜５×１０21atoms/cm3となるよ
うにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびド
レイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
以上までの工程で、それぞれの島状の半導体膜に不純物領域が形成される。
次いで、レジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃを除去して第１の層間絶
縁膜６６１を形成する。この第１の層間絶縁膜６６１としては、プラズマＣＶＤ
法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜
で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化
珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜６６１は酸化窒化珪素膜に限定され
るものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い
。
次いで、図３５（Ｃ）に示すように、活性化処理としてレーザー照射方法を用
いる。レーザーアニール法を用いる場合、結晶化の際に用いたレーザーを使用す
ることが可能である。活性化の場合は、移動速度は結晶化と同じにし、０．０１
〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）のエネルギ
ー密度が必要となる。また結晶化の際には連続発振のレーザーを用い、活性化の
際にはパルス発振のレーザーを用いるようにしても良い。
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。
そして、加熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素
化を行うことができる。この工程は第１の層間絶縁膜６６１に含まれる水素によ
り島状の半導体膜のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手
段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）や、３〜
１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜６５０℃で１〜１２時間の加熱処理を
行っても良い。この場合は、第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素
化することができる。
次いで、第１の層間絶縁膜６６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料か
ら成る第２の層間絶縁膜６６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのア
クリル樹脂膜を形成した。次に、第２の層間絶縁膜６６２を形成した後、第２の
層間絶縁膜６６２に接するように、第３の層間絶縁膜６７２を形成する。
そして、駆動回路６８６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する
配線６６４〜６６８を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜
と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニン
グして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上
の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。
例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパ
ターニングして配線を形成してもよい。（図３６）
また、画素部６８７においては、画素電極６７０、ゲート配線６６９、接続電
極６６８を形成する。この接続電極６６８によりソース配線（６４３ａと６４３
ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線６６
９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極６
７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域６９０と電気的な接続が形成され、さらに保
持容量を形成する一方の電極として機能する島状の半導体膜６８５と電気的な接
続が形成される。また本願では画素電極と接続電極とを同じ材料で形成している
が、画素電極６７０としてＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積
層膜等の反射性の優れた材料を用いても良い。
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２から
なるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６と、
画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素部６８７を同一基板上に形成
することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
駆動回路６８６のｎチャネル型ＴＦＴ６８１はチャネル形成領域６３７、ゲー
ト電極の一部を構成する第１の導電層６２８ａと重なる低濃度不純物領域６３６
（ＧＯＬＤ（Gate Overlapped LDD）領域）、ソース領域またはドレイン領域と
して機能する高濃度不純物領域６５２を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ６
８１と電極６６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ６８２
にはチャネル形成領域６４０、ソース領域またはドレイン領域として機能する高
濃度不純物領域６５３、ｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域６５
４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ６８３にはチャネル形成領域６４３
、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６３０ａと重なる低濃度不純物領域
６４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度
不純物領域６５６を有している。
画素部の画素ＴＦＴ６８４にはチャネル形成領域６４６、ゲート電極の外側に
形成される低濃度不純物領域６４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン
領域として機能する高濃度不純物領域６５８を有している。また、保持容量６８
５の一方の電極として機能する島状の半導体膜には、ｎ型を付与する不純物元素
およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量６８５は、絶縁膜
６１６を誘電体として、電極（６３２ａと６３２ｂの積層）と、島状の半導体膜
とで形成している。
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙
間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成す
る。
本実施例は、実施例１〜実施例５と組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、実施例６で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液
晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図３７を用いる。
まず、実施例６に従い、図３６の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、
図３６のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極６７０上に配向膜８
６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜８６７を形成する
前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔
を保持するための柱状のスペーサ８７２を所望の位置に形成した。また、柱状の
スペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
次いで、対向基板８６９を用意する。次いで、対向基板８６９上に着色層８７
０、８７１、平坦化膜８７３を形成する。赤色の着色層８７０と青色の着色層８
７１とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一
部重ねて、遮光部を形成してもよい。
本実施例では、実施例６に示す基板を用いている。従って、少なくともゲート
配線６６９と画素電極６７０の間隙と、ゲート配線６６９と接続電極６６８の間
隙と、接続電極６６８と画素電極６７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例
では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各
着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間
を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とし
た。
次いで、平坦化膜８７３上に透明導電膜からなる対向電極８７６を少なくとも
画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜８７４を形成し、ラビング処理を施し
た。
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板
とをシール材８６８で貼り合わせる。シール材８６８にはフィラーが混入されて
いて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼
り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料８７５を注入し、封止剤（図示
せず）によって完全に封止する。液晶材料８７５には公知の液晶材料を用いれば
良い。このようにして図３７に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必
要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する
。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の
技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー分布が周期的または一
様なレーザー光が照射され、大粒径の結晶粒が形成された半導体膜を用いて作製
されたＴＦＴを有しており、前記液晶表示装置の動作特性や信頼性を十分なもの
となり得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用
いることができる。
なお、本実施例は実施例１〜実施例６と組み合わせて実施することが可能であ
る。
本実施例では、実施例６で示したアクティブマトリクス基板を作製するときの
ＴＦＴの作製方法を用いて、発光装置を作製する例を以下に説明する。発光装置
とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パ
ネルおよび該表示用パネルにＴＦＴ等を実装した表示用モジュールを総称したも
のである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（El
ectro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰
極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状
態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際
の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
なお、本明細書中では、発光素子において陽極と陰極の間に形成された全ての
層を有機発光層と定義する。有機発光層には具体的に、発光層、正孔注入層、電
子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的に発光素子は、陽極層
、発光層、陰極層が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極
層、正孔注入層、発光層、陰極層や、陽極層、正孔注入層、発光層、電子輸送層
、陰極層等の順に積層した構造を有していることもある。
なお本実施例で用いられる発光素子は、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層
または電子輸送層等が、無機化合物単独で、または有機化合物に無機化合物が混
合されている材料で形成されている形態をも取り得る。また、これらの層どうし
が互いに一部混合していても良い。
図３８（Ａ）は、第３の層間絶縁膜７５０まで形成した時点での、本実施例の
発光装置の断面図である。図３８（Ａ）において、基板７００上に設けられたス
イッチングＴＦＴ７３３、電流制御ＴＦＴ７３４は実施例６の作製方法を用いて
形成される。本実施例ではスイッチングＴＦＴ７３３は、チャネル形成領域が二
つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成され
るシングルゲート構造もしくは三つ以上形成される構造であっても良い。また、
本実施例では電流制御ＴＦＴ７３４は、チャネル形成領域が一つ形成されるシン
グルゲート構造としているが、チャネル形成領域が二つ以上形成される構造であ
っても良い。
基板７００上に設けられた駆動回路が有するｎチャネル型ＴＦＴ７３１、ｐチ
ャネル型ＴＦＴ７３２は実施例６の作製方法を用いて形成される。なお、本実施
例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲ
ート構造であっても良い。
第３の層間絶縁膜７５０は、発光装置の場合、第２の層間絶縁膜７５１に含ま
れる水分が有機発光層に入るのを防ぐのに効果的である。第２の層間絶縁膜７５
１が有機樹脂材料を有している場合、有機樹脂材料は水分を多く含むため、第３
の層間絶縁膜７５０を設けることは特に有効である。
実施例６の第３の層間絶縁膜を作製する工程まで終了したら、本実施例では第
３の層間絶縁膜７５０上に画素電極７１１を形成する。
なお、画素電極７１１は、透明導電膜からなる画素電極（発光素子の陽極）で
ある。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジ
ウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いる
ことができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い
。画素電極７１１は、配線を形成する前に平坦な第３の層間絶縁膜７５０上に形
成する。本実施例においては、樹脂からなる第２の層間絶縁膜７５１を用いてＴ
ＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は
非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従
って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平
坦化しておくことが望ましい。
次に、図３８（Ｂ）に示すように、第３の層間絶縁膜７５０を覆うように黒色
染料、カーボンまたは黒色の顔料などを分散した樹脂膜を成膜し、発光素子とな
る部分に開口部を形成することで、遮蔽膜７７０を成膜する。なお樹脂として、
代表的にはポリイミド、ポリアミド、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）
等が挙げられるが、上記材料に限定されない。また有機樹脂の他に、遮蔽膜の材
料として例えば、珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素などに黒色染料、カーボンまた
は黒色の顔料を混入したものを用いることも可能である。遮蔽膜７７０は、配線
７０１〜７０７において反射した外光が、観察者の目に入るのを防ぐ効果がある
。
次に、画素電極７１１形成後、ゲート絶縁膜７５２、第１の層間絶縁膜７５３
、第２の層間絶縁膜７５１、第３の層間絶縁膜７５０、遮蔽膜７７０にコンタク
トホールを形成する。そして画素電極７１１を覆って遮蔽膜７７０上に導電膜を
形成し、該導電膜をエッチングすることで、各ＴＦＴの不純物領域とそれぞれ電
気的に接続する配線７０１〜７０７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５
０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層
膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよ
いし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴ
ｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成
した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図３８（Ａ））
また、配線７０７は電流制御ＴＦＴのソース配線（電流供給線に相当する）で
あり、７０６は電流制御ＴＦＴのドレイン領域と画素電極７１１とを電気的に接
続する電極である。
配線７０１〜７０７を形成後、樹脂材料でなるバンク７１２を形成する。バン
ク７１２は１〜２μm厚のアクリル膜またはポリイミド膜をパターニングして画
素電極７１１の一部を露出させるように形成する。
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図３８（Ｂ）では
一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各
色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子
系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅
フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリ
ス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ3）膜を設けた積層構造として
いる。Ａｌｑ3にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を
添加することで発光色を制御することができる。
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であっ
て、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層
を自由に組み合わせて発光層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるた
めの層）を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光
層として用いる例を示したが、中分子系有機発光材料や高分子系有機発光材料を
用いても良い。なお、本明細書中において、昇華性を有さず、かつ、分子数が２
０以下または連鎖する分子の長さが１０μｍ以下の有機発光材料を中分子系有機
発光材料とする。また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層と
して２０ｎｍのポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）膜をスピン塗布法により設け、そ
の上に発光層として１００ｎｍ程度のパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）膜を設
けた積層構造としても良い。なお、ＰＰＶのπ共役系高分子を用いると、赤色か
ら青色まで発光波長を選択できる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪
素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は
公知の材料を用いることができる。
次に、発光層７１３の上には導電膜からなる陰極７１４が設けられる。本実施
例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公
知のＭｇＡｇ膜（マグネシウムと銀との合金膜）を用いても良い。陰極材料とし
ては、周期表の１族もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの
元素を添加した導電膜を用いれば良い。
この陰極７１４まで形成された時点で発光素子７１５が完成する。なお、ここ
でいう発光素子７１５は、画素電極（陽極）７１１、発光層７１３及び陰極７１
４で形成されたダイオードを指す。
発光素子７１５を完全に覆うようにして保護膜７５４を設けても良い。保護膜
７５４としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜から
なり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
この際、カバレッジの良い膜を保護膜７５４として用いることが好ましく、炭
素膜、特にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を用いることは有効である
。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の
低い発光層７１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸
素に対するブロッキング効果が高く、発光層７１３の酸化を抑制することが可能
である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層７１３が酸化すると
いった問題を防止できる。
本実施例では、発光層と７１３は全てバリア性の高い炭素膜、窒化珪素、窒化
酸化珪素、窒化アルミニウムもしくは窒化酸化アルミニウム等の無機絶縁膜で覆
われているため、水分や酸素等が発光層に入って発光層が劣化するのをより効果
的に防ぐことができる。
特に第３絶縁膜７５０、パッシベーション膜７１２、保護膜７５４を、シリコ
ンをターゲットとしたスパッタリング法により作製される窒化珪素膜を用いるこ
とで、より発光層への不純物の侵入を防ぐことができる。成膜条件は適宜選択す
れば良いが、特に好ましくはスパッタガスには窒素（Ｎ2）又は窒素とアルゴン
の混合ガスを用い、高周波電力を印加してスパッタリングを行う。基板温度は室
温の状態とし、加熱手段を用いなくても良い。既に有機絶縁膜や有機化合物層を
形成した後は、基板を加熱せずに成膜することが望ましい。但し、吸着又は吸蔵
している水分を十分除去するために、真空中で数分〜数時間、５０〜１００℃程
度で加熱して脱水処理することは好ましい。
室温でシリコンをターゲットとし、１３．５６MHzの高周波電力を印加し、窒
素ガスのみ用いたスパッタリング法で形成された窒化珪素膜は、その赤外吸収ス
ペクトルにおいてＮ−Ｈ結合とＳｉ−Ｈ結合の吸収ピークが観測されず、またＳ
ｉ−Ｏの吸収ピークも観測されていないことが特徴的であり、膜中に酸素濃度及
び水素濃度は１原子％以下であることがわかっている。このことからも、より効
果的に酸素や水分などの不純物の侵入を防ぐことができるのがわかる。
さらに、発光素子７１５を覆って封止材７１７を設け、カバー材７１８を貼り
合わせる。封止材７１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効
果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。
また、本実施例においてカバー材７１８はガラス基板や石英基板やプラスチック
基板（プラスチックフィルムも含む）の両面に炭素膜（好ましくはダイヤモンド
ライクカーボン膜）を形成したものを用いる。
こうして図３８（Ｂ）に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク
７１２を形成した後、保護膜を形成するまでの工程を、大気解放せずに連続的に
処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わ
せる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ７３１、７３２、スイッチング
ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）７０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦ
Ｔ）７３４が形成される。
なお本実施例では遮蔽膜７７０を第３の層間絶縁膜７５０とバンク７１２の間
に形成したが、本発明はこの構成に限定されない。配線７０１〜７０７において
反射した外光が、観察者の目に入るのを防ぐことができる位置に設けることが肝
要である。例えば、本実施例のように発光素子７１５から発せられる光が基板７
００側に向かっている場合、第１の層間絶縁膜７５３と第２の層間絶縁膜７５１
の間に遮蔽膜を設けるようにしても良い。そしてこの場合においても、遮蔽膜は
発光素子からの光が通過できるように開口部を有する。
さらに、図３８を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる
不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャ
ネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現
できる。
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製
造工程に従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ
補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリや
マイクロプロセッサをも形成しうる。
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布が周期的または一様な
レーザー光が照射され、大粒径の結晶粒が形成された半導体膜を用いて作製され
たＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得
る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることがで
きる。
なお、本実施例では、発光素子から発せられる光がＴＦＴ側に向かっているが
、発光素子がＴＦＴとは反対側に向かっていても良い。この場合、バンクに黒色
染料、カーボンまたは黒色の顔料を混入した樹脂を用いることができる。図４８
に、発光素子からの発光がＴＦＴとは反対の方に向いている発光装置の断面図を
示す。
図４８では、第３の層間絶縁膜９５０を形成した後、ゲート絶縁膜９５２、第
１の層間絶縁膜９５３、第２の層間絶縁膜９５１、第３の層間絶縁膜９５０にコ
ンタクトホールを形成する。そして第３の層間絶縁膜９５０上に導電膜を形成し
、該導電膜をエッチングすることで、各ＴＦＴの不純物領域とそれぞれ電気的に
接続する配線９０１〜９０７を形成する。なお、これらの配線は、３００ｎｍ厚
のアルミニウム合金膜（１wt%のチタンを含有したアルミニウム膜）をパターニ
ングして形成する。もちろん、単層構造に限らず、二層以上の積層構造にしても
よい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。そして、配線９０６
の一部は画素電極を兼ねている。
配線９０１〜９０７を形成後、樹脂材料でなるバンク９１２を形成する。バン
ク９１２は１〜２μm厚の黒色染料、カーボンまたは黒色の顔料を混入した樹脂
をパターニングして画素電極９０６の一部を露出させるように形成する。なお樹
脂として、代表的にはポリイミド、ポリアミド、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシク
ロブテン）等が挙げられるが、上記材料に限定されない。
画素電極９０６の上には発光層９１３が形成される。そして、発光層９１３を
覆って透明導電膜からなる対向電極（発光素子の陽極）が形成される。透明導電
膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛
との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。
また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。
画素電極９０６、発光層９１３、対向電極９１４とによって発光素子９１５が
形成される。
遮蔽膜９７０は、配線９０１〜９０７において反射した外光が、観察者の目に
入るのを防ぐ効果がある。
なお、本実施例は実施例１〜実施例６のいずれか一と組み合わせて実施するこ
とが可能である。
本実施例では、本発明の半導体装置の１つである発光装置の画素の構成につい
て説明する。図３９に本実施例の発光装置の画素の断面図を示す。
図３９において、９１１は基板、９１２は下地となる絶縁膜（以下、下地膜と
いう）である。基板９１１としては透光性基板、代表的にはガラス基板、石英基
板、ガラスセラミックス基板、又は結晶化ガラス基板を用いることができる。但
し、作製プロセス中の最高処理温度に耐えるものでなくてはならない。
８２０１はスイッチングＴＦＴ、８２０２は電流制御ＴＦＴであり、それぞれ
ｎチャネル型ＴＦＴ、ｐチャネル型ＴＦＴで形成されている。有機発光層の発光
方向が基板の下面（ＴＦＴ及び有機発光層が設けられていない面）の場合、上記
構成であることが好ましい。しかしスイッチングＴＦＴと電流制御ＴＦＴは、ｎ
チャネル型ＴＦＴでもｐチャネル型ＴＦＴでも、どちらでも構わない。
スイッチングＴＦＴ８２０１は、ソース領域９１３、ドレイン領域９１４、Ｌ
ＤＤ領域９１５a〜９１５d、分離領域９１６及びチャネル形成領域９１７a、９
１７bを含む活性層と、ゲート絶縁膜９１８と、ゲート電極９１９a、９１９bと
、第１層間絶縁膜９２０と、ソース信号線９２１と、ドレイン配線９２２とを有
している。なお、ゲート絶縁膜９１８又は第１層間絶縁膜９２０は基板上の全Ｔ
ＦＴに共通であっても良いし、回路又は素子に応じて異ならせても良い。
また、図３９に示すスイッチングＴＦＴ８２０１はゲート電極９１７a、９１
７bが電気的に接続されており、いわゆるダブルゲート構造となっている。勿論
、ダブルゲート構造だけでなく、トリプルゲート構造などいわゆるマルチゲート
構造（直列に接続された二つ以上のチャネル形成領域を有する活性層を含む構造
）であっても良い。
マルチゲート構造はオフ電流を低減する上で極めて有効であり、スイッチング
ＴＦＴのオフ電流を十分に低くすれば、それだけ電流制御ＴＦＴ８２０２のゲー
ト電極に接続された保持容量が必要とする最低限の容量を抑えることができる。
即ち、保持容量の面積を小さくすることができるので、マルチゲート構造とする
ことは発光素子の有効発光面積を広げる上で有効である。
さらに、スイッチングＴＦＴ８２０１においては、ＬＤＤ領域９１５a〜９１
５dは、ゲート絶縁膜９１８を介してゲート電極９１９a、９１９bと重ならない
ように設ける。このような構造はオフ電流を低減する上で非常に効果的である。
また、ＬＤＤ領域９１５a〜９１５dの長さ（幅）は０．５〜３．５μｍ、代表的
には２．０〜２．５μｍとすれば良い。なお、二つ以上のゲート電極を有するマ
ルチゲート構造の場合、チャネル形成領域の間に設けられた分離領域９１６（ソ
ース領域又はドレイン領域と同一の濃度で同一の不純物元素が添加された領域）
がオフ電流の低減に効果的である。
次に、電流制御ＴＦＴ８２０２は、ソース領域９２６、ドレイン領域９２７及
びチャネル形成領域９６５を含む活性層と、ゲート絶縁膜９１８と、ゲート電極
９３０と、第１層間絶縁膜９２０と、ソース信号線９３１並びにドレイン配線９
３２を有して形成される。本実施例において電流制御ＴＦＴ８２０２はｐチャネ
ル型ＴＦＴである。
また、スイッチングＴＦＴ８２０１のドレイン領域９１４は電流制御ＴＦＴ８
２０２のゲート９３０に接続されている。図示してはいないが、具体的には電流
制御ＴＦＴ８２０２のゲート電極９３０はスイッチングＴＦＴ８２０１のドレイ
ン領域９１４とドレイン配線（接続配線とも言える）９２２を介して電気的に接
続されている。なお、ゲート電極９３０はシングルゲート構造となっているが、
マルチゲート構造であっても良い。また、電流制御ＴＦＴ８２０２のソース信号
線９３１は電源供給線（図示せず）に接続される。
以上は画素内に設けられたＴＦＴの構造について説明したが、このとき同時に
駆動回路も形成される。図３９には駆動回路を形成する基本単位となるＣＭＯＳ
回路が図示されている。
図３９においては極力動作速度を落とさないようにしつつホットキャリア注入
を低減させる構造を有するＴＦＴをＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ８２０４
として用いる。なお、ここでいう駆動回路としては、ソース信号側駆動回路、ゲ
ート信号側駆動回路を指す。勿論、他の論理回路（レベルシフタ、Ａ／Ｄコンバ
ータ、信号分割回路等）を形成することも可能である。
ＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ８２０４の活性層は、ソース領域９３５、
ドレイン領域９３６、ＬＤＤ領域９３７及びチャネル形成領域９６２を含み、Ｌ
ＤＤ領域９３７はゲート絶縁膜９１８を介してゲート電極９３９と重なっている
。
ドレイン領域９３６側のみにＬＤＤ領域９３７を形成しているのは、動作速度
を落とさないための配慮である。また、このｎチャネル型ＴＦＴ８２０４はオフ
電流値をあまり気にする必要はなく、それよりも動作速度を重視した方が良い。
従って、ＬＤＤ領域９３７は完全にゲート電極に重ねてしまい、極力抵抗成分を
少なくすることが望ましい。即ち、いわゆるオフセットはなくした方がよい。
また、ＣＭＯＳ回路のｐチャネル型ＴＦＴ８２０５は、ホットキャリア注入に
よる劣化が殆ど気にならないので、特にＬＤＤ領域を設けなくても良い。従って
活性層はソース領域９４０、ドレイン領域９４１及びチャネル形成領域９６１を
含み、その上にはゲート絶縁膜９１８とゲート電極９４３が設けられる。勿論、
ｎチャネル型ＴＦＴ８２０４と同様にＬＤＤ領域を設け、ホットキャリア対策を
講じることも可能である。
なお９４２、９３８、９１７ａ、９１７ｂ、９２９はチャネル形成領域９６１
〜９６５を形成するためのマスクである。
また、ｎチャネル型ＴＦＴ８２０４及びｐチャネル型ＴＦＴ８２０５はそれぞ
れソース領域上に第１層間絶縁膜９２０を間に介して、ソース信号線９４４、９
４５を有している。また、ドレイン配線９４６によってｎチャネル型ＴＦＴ８２
０４とｐチャネル型ＴＦＴ８２０５とのドレイン領域は互いに電気的に接続され
る。
本発明のレーザー照射装置は、半導体膜の成膜、活性層の結晶化、活性化また
はその他レーザーアニールを用いる工程において使用することができる。
図４０に、本実施例の発光装置を作製する場合の生産フローを示す。まずＣＡ
Ｄを用いて半導体装置の設計を行う。そして、設計された半導体膜のパターニン
グのマスクの形状に関する情報を、レーザー照射装置が有するコンピューターに
入力する。
一方、基板に形成されたマーカーに従って、ゲート電極を形成する。このとき
ゲート電極とマーカーを同時に形成しても良い。そして、ゲート電極を覆うよう
にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜に接するように非晶質半導体膜を形成す
る。非晶質半導体膜を基板上に成膜した後、非晶質半導体膜が成膜された基板を
レーザー照射装置に設置する。
そして、コンピューターで入力されたマスクの情報に基づき、マーカーの位置
を基準にして、レーザー光の走査部分及びスリットの幅を決定する。そして形成
されたマーカーを基準にして、レーザー光の走査部分にレーザー光を照射し、半
導体膜を部分的に結晶化する。
そして、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により得られた多結晶半導
体膜をパターニングしてエッチングし、島状の半導体膜を形成する。多結晶半導
体膜をパターニングするタイミングは、ＴＦＴの設計に合わせて適宜変更が可能
である。以下、島状の半導体膜からＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの
具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を
形成した後、島状の半導体膜に不純物領域を形成する。そして、島状の半導体膜
を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、
不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域
に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
なお、非晶質半導体膜の成膜とレーザー光による結晶化だけではなく、ゲート
絶縁膜の形成からレーザー光による結晶化まで大気に曝さずに連続して行っても
良いし、これらの他の工程を加えて連続して行っても良い。
なお本実施例の構成は、実施例１〜８と自由に組み合わせて実施することが可
能である。
本実施例では、本発明のレーザー照射装置を用いて作製された発光装置の画素
の構成について説明する。図４１に本実施例の発光装置の画素の断面図を示す。
１７５１はｎチャネル型ＴＦＴであり、１７５２はｐチャネル型ＴＦＴである
。ｎチャネル型ＴＦＴ１７５１は、半導体膜１７５３と、第１の絶縁膜１７７０
と、第１の電極１７５４、１７５５と、第２の絶縁膜１７７１と、第２の電極１
７５６、１７５７とを有している。そして、半導体膜１７５２は、第１濃度の一
導電型不純物領域１７５８と、第２濃度の一導電型不純物領域１７５９と、チャ
ネル形成領域１７６０、１７６１を有している。
第１の電極１７５４、１７５５とチャネル形成領域１７６０、１７６１とは、
それぞれ第１の絶縁膜１７７０を間に挟んで重なっている。また、第２の電極１
７５６、１７５７と、チャネル形成領域１７６０、１７６１とは、それぞれ第２
の絶縁膜１７７１を間に挟んで重なっている。
ｐチャネル型ＴＦＴ１７５２は、半導体膜１７８０と、第１の絶縁膜１７７０
と、第１の電極１７８２と、第２の絶縁膜１７７１と、第２の電極１７８１とを
有している。そして、半導体膜１７８０は、第３濃度の一導電型不純物領域１７
８３と、チャネル形成領域１７８４を有している。
第１の電極１７８１とチャネル形成領域１７８４とは、それぞれ第１の絶縁膜
１７７０を間に挟んで重なっている。第２の電極１７８２とチャネル形成とは、
それぞれ第２の絶縁膜１７７１を間に挟んで重なっている。
そして、第１の電極１７８１と第２の電極１７８２とは、配線１７９０を介し
て電気的に接続されている。
本発明のレーザー照射装置は、半導体膜１７８５、１７８０の成膜、結晶化、
活性化またはその他レーザーアニールを用いる工程において使用することができ
る。
本実施例では、スイッチング素子として用いるＴＦＴ（本実施例の場合ｎチャ
ネル型ＴＦＴ１７５１）は、第１の電極に一定の電圧を印加している。第１の電
極に一定の電圧を印加することで、電極が１つの場合に比べて閾値のばらつきを
抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
また、スイッチング素子として用いるＴＦＴよりも大きな電流を流すＴＦＴ（
本実施例の場合ｐチャネル型ＴＦＴ１７５２）は、第１の電極と第２の電極とを
電気的に接続している。第１の電極と第２の電極に同じ電圧を印加することで、
実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サ
ブスレッショルド係数を小さくすることができ、オン電流を大きくすることがで
きる。よって、この構造のＴＦＴを駆動回路に使用することにより、駆動電圧を
低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、ＴＦ
Ｔのサイズ（特にチャネル幅）を小さくすることができる。そのため集積密度を
向上させることができる。
図４２に、本実施例の発光装置を作製する場合の生産フローを示す。まずＣＡ
Ｄを用いて半導体装置の設計を行う。そして、設計された半導体膜のパターニン
グのマスクの形状に関する情報を、レーザー照射装置が有するコンピューターに
入力する。
一方、基板に形成されたマーカーに従って、第１の電極を形成する。このとき
第１の電極とマーカーを同時に形成しても良い。そして、第１の電極を覆うよう
に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜に接するように非晶質半導体膜を形成す
る。非晶質半導体膜を基板上に成膜した後、非晶質半導体膜が成膜された基板を
レーザー照射装置に設置する。
そして、コンピューターで入力されたマスクの情報に基づき、マーカーの位置
を基準にして、レーザー光の走査部分を決定する。そして形成されたマーカーを
基準にして、レーザー光の走査部分にレーザー光を照射し、半導体膜を部分的に
結晶化する。
そして、レーザー光を照射した後、第２の絶縁膜と第２の電極とを順に形成し
、レーザー光照射により得られた多結晶半導体膜をパターニングしてエッチング
し、島状の半導体膜を形成する。多結晶半導体膜をパターニングするタイミング
は、ＴＦＴの設計に合わせて適宜変更が可能である。以下、島状の半導体膜から
ＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状に
よって異なるが、代表的には島状の半導体膜に不純物領域を形成する。そして、
第２の絶縁膜及び第２の電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜に
コンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタク
トホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
なお、非晶質半導体膜の成膜とレーザー光による結晶化だけではなく、第１の
絶縁膜の形成から第２の絶縁膜の形成まで大気に曝さずに連続して行っても良い
し、これらの他の工程を加えて連続して行っても良い。
なお、本実施例は実施例１〜実施例９のいずれか一と組み合わせて実施するこ
とが可能である。
本実施例では、本発明のレーザー照射装置を用いて駆動回路（信号線駆動回路
または走査線駆動回路）を作製し、非晶質半導体膜で形成された画素部にＴＡＢ
またはＣＯＧ等を用いて実装されている例について説明する。
図４３（Ａ）に、駆動回路をＴＡＢに実装し、該ＴＡＢを用いて画素部と、外
付のコントローラ等が形成されたプリント基板とを接続している例を示す。ガラ
ス基板５０００に画素部５００１が形成されており、ＴＡＢ５００５を介して本
発明のレーザー照射装置で作製された駆動回路５００２と接続されている。また
駆動回路５００２はＴＡＢ５００５を介して、プリント基板５００３と接続され
ている。またプリント基板５００３には外部のインターフェースと接続するため
の端子５００４が設けられている。
図４３（Ｂ）に、駆動回路と画素部をＣＯＧで実装している例を示す。ガラス
基板５１００に画素部５１０１が形成されており、ガラス基板上に本発明のレー
ザー照射装置で作製された駆動回路５１０２が実装されている。また基板５１０
０には外部のインターフェースと接続するための端子５１０４が設けられている
。
このように、本発明のレーザー照射装置で作製したＴＦＴはチャネル形成領域
の結晶性がより高められるため、高速動作が可能であり、画素部に比べて高速動
作が要求される駆動回路を構成するのにより適している。また、画素部と駆動回
路を別個に作製することで、歩留まりを高めることができる。
なお、本実施例は実施例１〜実施例１０のいずれか一と組み合わせて実施する
ことが可能である。
本実施例では、ビームスポットを重ね合わせたときの、各ビームスポットの中
心間の距離と、エネルギー密度との関係について説明する。なお、説明を分かり
易くするため、スリットを設けない場合について説明する。
図４５に、各ビームスポットの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を実
線で、合成されたビームスポットのエネルギー密度の分布を破線で示す。ビーム
スポットの中心軸方向におけるエネルギー密度の値は、一般的にガウス分布に従
っている。
合成前のビームスポットにおいて、ピーク値の１／ｅ2以上のエネルギー密度
を満たしている中心軸方向の距離を１としたときの、各ピーク間の距離をＸとす
る。また、合成されたビームスポットにおいて、合成後のピーク値と、バレー値
の平均値に対するピーク値の割増分をＹとする。シミュレーションで求めたＸと
Ｙの関係を、図４６に示す。なお図４６では、Ｙを百分率で表した。
図４６において、エネルギー差Ｙは以下の式３の近似式で表される。
（式３）
Ｙ＝６０−２９３Ｘ＋３４０Ｘ2（Ｘは２つの解のうち大きい方とする）
式３に従えば、例えばエネルギー差を５％程度にしたい場合、Ｘ≒０．５８４
となるようにすれば良いということがわかる。Ｙ＝０となるのが理想的だが、そ
れではビームスポットの長さが短くなるので、スループットとのバランスでＸを
決定すると良い。
次に、Ｙの許容範囲について説明する。図４７に、ビームスポットが楕円形状
を有している場合の、中心軸方向におけるビーム幅に対するＹＶＯ4レーザーの
出力（Ｗ）の分布を示す。斜線で示す領域は、良好な結晶性を得るために必要な
出力エネルギーの範囲であり、３．５〜６Ｗの範囲内に合成したレーザー光の出
力エネルギーが納まっていれば良いことがわかる。
合成後のビームスポットの出力エネルギーの最大値と最小値が、良好な結晶性
を得るために必要な出力エネルギー範囲にぎりぎりに入るとき、良好な結晶性が
得られるエネルギー差Ｙが最大になる。よって図４７の場合は、エネルギー差Ｙ
が±２６．３％となり、上記範囲にエネルギー差Ｙが納まっていれば良好な結晶
性が得られることがわかる。
なお、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲は、どこまでを
結晶性が良好だと判断するかによって変わり、また出力エネルギーの分布もビー
ムスポットの形状によって変わってくるので、エネルギー差Ｙの許容範囲は必ず
しも上記値に限定されない。設計者が、良好な結晶性を得るために必要な出力エ
ネルギーの範囲を適宜定め、用いるレーザーの出力エネルギーの分布からエネル
ギー差Ｙの許容範囲を設定する必要がある。
本実施例は、実施例１〜１１と組み合わせて実施することが可能である。
本発明のレーザー照射装置によって形成された半導体装置を用いた電子機器と
して、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウン
トディスプレイ）、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、携帯型ゲーム機または電子書籍等）
、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒ
ｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）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。それら電子機器の具体例を図４４に示
す。
図４４（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２０
０３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の半導
体装置は表示部２００３に用いることができる。半導体装置は自発光型であるた
めバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることがで
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
の情報表示用表示装置が含まれる。
図４４（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２
１０６等を含む。本発明の半導体装置は表示部２１０２及びその他回路に用いる
ことができる。
図４４（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。本発明の半導体装置は表示部２２０３及
びその他回路に用いることができる。
図４４（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
明の半導体装置は表示部２３０２に用いることができる。
図４４（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Ｂ２
４０４、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、本発明の半導体装置はこれら表
示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４及びその他回路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４４（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であ
り、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の半導体
装置は表示部２５０２及びその他回路に用いることができる。
図４４（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２
６０３、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。本発明の半導体装置は表示部２６０２及びその他回路に用いることが
できる。
ここで図４４（Ｈ）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。本発明の半導体装置は表示部
２７０３及びその他回路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力を抑えることができる。
なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクター
に用いることも可能となる。
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例１〜１２に示したいず
れの構成の半導体装置を用いても良い。
図４９を用いて、本発明の発光装置の画素の構成について説明する。
図４９において、基板６０００に、下地膜６００１が形成されており、該下地
膜６００１上にトランジスタ６００２が形成されている。トランジスタ６００２
は活性層６００３と、ゲート電極６００５と、活性層６００３とゲート電極６０
０５の間に挟まれたゲート絶縁膜６００４と、を有している。
活性層６００３は多結晶半導体膜を用いるのが好ましく、該多結晶半導体膜は
、本発明のレーザー照射装置を用いて形成することができる。
なお、活性層は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても
良い。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４
．５atomic％程度であることが好ましい。また窒化炭素が添加された珪素を用い
ていても良い。
またゲート絶縁膜６００４は、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素を用い
ることができる。またそれらを積層した膜、例えばＳｉＯ2上にＳｉＮを積層し
た膜を、ゲート絶縁膜として用いても良い。またＳｉＯ２は、
プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2とを混合し、
反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ
）、電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ2で放電させて、酸化シリコン膜を形成し
た。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００℃の熱
アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。また窒化ア
ルミニウムをゲート絶縁膜として用いることができる。窒化アルミニウムは熱伝
導率が比較的高く、ＴＦＴで発生した熱を効果的に拡散させることができる。ま
たアルミニウムの含まれない酸化珪素や酸化窒化珪素等を形成した後、窒化アル
ミニウムを積層したものをゲート絶縁膜として用いても良い。また、Ｓｉをター
ゲットとしたＲＦスパッタ法を用いて形成されたＳｉＯ2をゲート絶縁膜として
用いても良い。
またゲート電極６００５として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ば
れた元素、また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
る。また、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
半導体膜を用いてもよい。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜
を積層したものであっても良い。
例えば、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＷ
とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導
電膜をＴｉとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し
、第２の導電膜をＡｌとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ
）で形成し、第２の導電膜をＣｕとする組み合わせで形成することが好ましい。
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、タングステン膜、アルミニウムとシリ
コンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、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、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、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、窒化チタン膜に代えて
チタン膜を用いてもよい。
なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャント
の種類を選択することが重要である。
またトランジスタ６００２は、第１の層間絶縁膜６００６で覆われており、第
１の層間絶縁膜６００６上には第２の層間絶縁膜６００７と、第３の層間絶縁膜
６００８とが積層されている。
第１の層間絶縁膜６００６は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、酸
化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素膜を単層でまたは積層して用いることがで
きる。また酸素よりも窒素のモル比率が高い酸化窒化珪素膜上に、窒素よりも酸
素のモル比率が高い酸化窒化珪素膜を積層した膜を第１の層間絶縁膜６００６と
して用いても良い。
なお、第１の層間絶縁膜６００６を成膜した後、加熱処理（３００〜５５０℃
で１〜１２時間の熱処理）を行うと、第１の層間絶縁膜６００６に含まれる水素
により、活性層６００３に含まれる半導体のダングリングボンドを終端する（水
素化）ことができる。
また第２の層間絶縁膜６００７は、非感光性のアクリルを用いることができる
。
第３の層間絶縁膜６００８は、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる
原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的に
は、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を
用いるのが望ましい。
また図４９において６０１０は陽極、６０１１は電界発光層、６０１２は陰極
であり、陽極６０１０と電界発光層６０１１と陰極６０１２が重なっている部分
が発光素子６０１３に相当する。トランジスタ６００２は、発光素子６０１３に
供給する電流を制御する駆動用トランジスタであり、発光素子６０１３と直接、
または他の回路素子を介して直列に接続されている。
電界発光層６０１１は、発光層単独かもしくは発光層を含む複数の層が積層さ
れた構成を有している。
陽極６０１０は第３の層間絶縁膜６００８上に形成されている。また第３の層
間絶縁膜６００８上には隔壁として用いる有機樹脂膜６０１４が形成されている
。有機樹脂膜６０１４は開口部６０１５を有しており、該開口部において陽極６
０１０と電界発光層６０１１と陰極６０１２が重なり合うことで発光素子６０１
３が形成されている。
そして有機樹脂膜６０１４及び陰極６０１２上に、保護膜６０１６が成膜され
ている。保護膜６０１６は第３の層間絶縁膜６００８と同様に、水分や酸素など
の発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過さ
せにくい膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ
法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。また上述した水分や酸素な
どの物質を透過させにくい膜と、該膜に比べて水分や酸素などの物質を透過させ
やすい膜とを積層させて、保護膜として用いることも可能である。
また有機樹脂膜６０１４は、電界発光層６０１１が成膜される前に、吸着した
水分や酸素等を除去するために真空雰囲気下で加熱しておく。具体的には、１０
０℃〜２００℃、０．５〜１時間程度、真空雰囲気下で加熱処理を行なう。望ま
しくは３×１０-7Ｔｏｒｒ以下とし、可能であるならば３×１０-8Ｔｏｒｒ以下
とするのが最も望ましい。そして、有機樹脂膜に真空雰囲気下で加熱処理を施し
た後に電界発光層を成膜する場合、成膜直前まで真空雰囲気下に保つことで、信
頼性をより高めることができる。
また有機樹脂膜６０１４の開口部６０１５における端部は、有機樹脂膜６０１
４上に一部重なって形成されている電界発光層６０１１に、該端部において穴が
あかないように、丸みを帯びさせることが望ましい。具体的には、開口部におけ
る有機樹脂膜の断面が描いている曲線の曲率半径が、０．２〜２μｍ程度である
ことが望ましい。
上記構成により、後に形成される電界発光層や陰極のカバレッジを良好とする
ことができ、陽極６０１０と陰極６０１２が電界発光層６０１１に形成された穴
においてショートするのを防ぐことができる。また電界発光層６０１１の応力を
緩和させることで、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させる
ことができ、信頼性を高めることができる。
なお図４９では、有機樹脂膜６０１４として、ポジ型の感光性のアクリル樹脂
を用いた例を示している。感光性の有機樹脂には、光、電子、イオンなどのエネ
ルギー線が露光された箇所が除去されるポジ型と、露光された箇所が残るネガ型
とがある。本発明ではネガ型の有機樹脂膜を用いても良い。また感光性のポリイ
ミドを用いて有機樹脂膜６０１４を形成しても良い。
ネガ型のアクリルを用いて有機樹脂膜６０１４を形成した場合、開口部６０１
５における端部が、Ｓ字状の断面形状となる。このとき開口部の上端部及び下端
部における曲率半径は、０．２〜２μｍとすることが望ましい。
陽極６０１０は透明導電膜を用いることができる。ＩＴＯの他、酸化インジウ
ムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いても良い。図
４９では陽極６０１０としＩＴＯを用いている。陽極６０１０は、その表面が平
坦化されるように、ＣＭＰ法、ポリビニルアルコール系の多孔質体で拭浄（ベル
クリン洗浄）で研磨しても良い。またＣＭＰ法を用いた研磨後に、陽極６０１０
の表面に紫外線照射、酸素プラズマ処理などを行ってもよい。
また陰極６０１２は、仕事関数の小さい導電膜であれば公知の他の材料を用い
ることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望まし
い。
なお図４９では、発光素子から発せられる光が基板６０００側に照射される構
成を示しているが、光が基板とは反対側に向かうような構造の発光素子としても
良い。
また図４９ではトランジスタ６００２と発光素子の陽極６０１０が接続されて
いるが、本発明はこの構成に限定されず、トランジスタ６００２と発光素子の陰
極６００１が接続されていても良い。この場合、陰極は第３の層間絶縁膜６００
８上に形成される。そしてＴｉＮ等を用いて形成される。
なお、実際には図４９まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性
が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フ
ィルム等）や透光性のカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
その際、カバー材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸
化バリウム）を配置したりするとＯＬＥＤの信頼性が向上する。
なお、本発明は上述した作製方法に限定されず、公知の方法を用いて作製する
ことが可能である。また本実施例は、実施例１〜実施例１３と自由に組み合わせ
ることが可能である。
本発明のレーザー照射装置の構造を示す図。 レーザービームの形状及びエネルギー密度の分布を示す図。 レーザービームの形状及びエネルギー密度の分布を示す図。 ビームスポットとスリットの位置関係を示す図。 レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。 ビームスポットとスリットの位置関係を示す図。 被処理物においてレーザー光の移動する方向を示す図。 被処理物においてレーザー光の移動する方向を示す図。 レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。 ＴＦＴの活性層におけるレーザー光の移動方光を示す図。 レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。 レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。 ＴＦＴの活性層におけるレーザー光の移動方光を示す図。 レーザー光の照射部分と各回路のマスクとの位置関係を示す図。 マーカーの位置を示す図。 本発明の生産フローを示す図。 本発明の生産フローを示す図。 従来の生産フローを示す図。 ＳＬＳ法を用いた結晶化のメカニズムを説明する図。 ＳＬＳ法を用いた結晶化のメカニズムを説明する図。 レーザー照射装置の光学系の図。 レーザー照射装置の光学系の図。 レーザー照射装置の光学系の図。 レーザー照射装置の光学系の図。 レーザー照射装置の光学系の図。 レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。 レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。 被処理物においてレーザー光の移動する方向を示す図。 被処理物においてレーザー光の移動する方向を示す図。 被処理物においてレーザー光の移動する方向を示す図。 マーカーの構造を示す図。 マーカー用の光学系の構造を示す図。 本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。 本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。 本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。 本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。 本発明のレーザー照射装置を用いて作製された液晶表示装置の図。 本発明のレーザー照射装置を用いた発光装置の作製方法を示す図。 本発明のレーザー照射装置を用いた発光装置の断面図。 本発明の生産フローを示す図。 本発明のレーザー照射装置を用いた発光装置の作製方法を示す図。 本発明の生産フローを示す図。 駆動回路をパネルに実装している図。 本発明の半導体装置を用いた電子機器の図。 重ね合わせたビームスポットの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を示す図。 ビームスポットの中心間の距離とエネルギー差の関係を示す図。 ビームスポットの中心軸方向における出力エネルギーの分布を示す図。 本発明のレーザー照射装置を用いた発光装置の断面図。 本発明のレーザー装置を用いて作製された発光装置の断面図。

Claims (5)

  1. レーザー光を照射することにより半導体膜を結晶化する第１の工程を行った後、前記結晶化された半導体膜をマスクを用いてパターニングすることで活性層を形成する第２の工程を行う半導体装置の作製方法であって、
    前記第１の工程は、スリット及びＡＯ変調器によって前記レーザー光を遮蔽しながら行い、
    前記レーザー光の遮蔽は、コンピュータに入力された前記マスクのパターン情報に基づいて前記レーザー光の走査部分を特定し、前記特定した走査部分に照射を行うように、前記レーザー光の幅方向に対して前記スリットによって遮蔽し、前記レーザー光の走査方向に対してはＡＯ変調器によって遮蔽し、
    前記半導体膜にレーザー光を走査する際、第１の方向から走査した後、前記第１の方向と垂直な第２の方向から走査を行い、
    前記第１の方向は、前記活性層のキャリアの移動方向と平行であり、
    前記第１の方向に走査されるレーザー光は、前記第２の方向に走査されるレーザー光よりもエネルギー密度が高いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
  2. レーザー光を照射することにより半導体膜を結晶化する第１の工程を行った後、前記結晶化された半導体膜をマスクを用いてパターニングすることで活性層を形成する第２の工程を行う半導体装置の作製方法であって、
    前記第１の工程は、スリット及びＡＯ変調器によって前記レーザー光を遮蔽しながら行い、
    前記レーザー光の遮蔽は、前記半導体膜と前記マスクとの位置合わせを行うマーカーの位置とコンピュータに入力された前記マスクのパターン情報とに基づいて、前記レーザー光の走査部分を特定し、前記特定した走査部分に照射を行うように、前記レーザー光の幅方向に対して前記スリットによって遮蔽し、前記レーザー光の走査方向に対してはＡＯ変調器によって遮蔽し、
    前記半導体膜にレーザー光を走査する際、第１の方向から走査した後、前記第１の方向と垂直な第２の方向から走査を行い、
    前記第１の方向は、前記活性層のキャリアの移動方向と平行であり、
    前記第１の方向に走査されるレーザー光は、前記第２の方向に走査されるレーザー光よりもエネルギー密度が高いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
  3. 請求項１または請求項２において、
    前記レーザー光は連続発振のレーザー光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
    前記レーザー光は、複数のレーザー光のビームスポットを重ね合わせることによって、１つのビームスポットとしたものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
    前記スリットは、前記レーザー光のビームスポットにおけるエネルギー密度の低い領域を遮蔽していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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