JP4498840B2 - 窒化ケイ素膜の作製方法および発光装置の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化ケイ素膜及びその作製方法に関し、特に比較的低温で良質な窒化ケイ素膜とそれを作製する方法に関する。また、本発明は信頼性に優れた半導体装置に関する。

技術の進歩に伴い様々な電子機器製品が世の中にはあふれている。これらの製品に要求される条件は年々シビアになっており、スタイルや性能の充実もさることながら、長期の信頼性に関してはもはや当然のように求められるようになっている。

このような電子機器には半導体素子や画素など様々な素子が用いられているが、これら素子の中には大気中の成分（酸素や水など）や基板に含まれる不純物に触れると劣化が促進されてしまうものがある。

電子機器を構成する素子の劣化は、電子機器自体の信頼性を低下させる。そのため、このような劣化しやすい素子へは保護対策が施されていることが多い。

代表的な保護対策としては、当該素子がさらされる雰囲気を不活性な気体で満たしたり、乾燥剤を設けたりというものがある。

また、劣化しやすい素子を、その劣化原因を通しにくい材料で覆ってしまうというような対策もとられている。このような材料としては窒化ケイ素、酸化ケイ素、窒化酸化ケイ素、窒化炭素、炭素などが挙げられる。これらの膜は特定のガスに対してバリア性を有するため、素子の保護膜として有効に機能する。

窒化ケイ素は酸素や水分に対してバリア性を有することが知られているが、その程度は成膜条件により異なることも知られている。一般に、特定のエッチング液によるエッチングレートが小さい程緻密であり、バリア性が高い傾向にある。また、バリア性の変化は成膜条件による膜の組成の変化にも関係があると考えられている。

ところで、このように外から進入してくるものによって劣化が促進されてしまう素子として、ＥＬ素子に代表される電界発光素子が挙げられる。電界発光素子は電界発光層に有機材料を用いたり、や有機材料の一部に無機材料を使用しているために、酸素や水分により劣化がしやすい。

電界発光素子は主としてディスプレイなどへの応用が期待されている。しかし、水分や酸素などで電界発光素子の劣化が促進された結果、ダークスポットの発生やシュリンクの進行が加速されてしまうと、製品としての信頼性に著しく欠けるものとなってしまい、実用化は難しい。そのため、電界発光素子を水分や酸素から保護し、信頼性の高いものとすることが急務である。

このように、素子が水分によって劣化するのを防ぐために、水素含有量の少ない窒化ケイ素膜を形成する方法などが提案されている。

特開平９―２０５２０９

このような電界発光素子には、水分や酸素を通しにくい窒化ケイ素膜をバリア膜として形成するのが好適であると考えられる。保護膜を作製する方法としては様々なものがあるが、プラズマＣＶＤ法は、生産性も高く、被覆性も良好であるため、好ましい方法といえる。

しかし、このバリア膜は最上層して形成されることとなり、下層に形成されている素子の耐熱温度以下で形成しなければならない。例えば層間絶縁膜としてアクリルを使用していたとすると、脱ガスなどの問題もあり、許容温度は１００℃以下である。また電界発光素子に関しても必要以上の熱を加えることは当然望ましくない。

ところが、従来のプラズマＣＶＤ法により、十分なバリア性を持つ窒化ケイ素膜を形成するためには３００℃〜４００℃程度の熱を基板に加えることとなり、熱的に脆弱な素子上に適用することは困難であった。

そこで、本発明では電界発光素子に限らず、熱的に脆弱な素子上に形成することが可能であり、且つ良好なバリア性を有する窒化ケイ素膜をプラズマＣＶＤ法により形成する方法を提供することを課題とする。

また、当該窒化ケイ素膜を用いたことによる半導体装置、表示装置及び発光表示装置を提供することを課題とする。

これらの課題を解決するための、本発明におけるプラズマＣＶＤ法を用いた窒化ケイ素膜の作製方法は、成膜時に成膜チャンバ内にシラン（ＳｉＨ₄）と窒素（Ｎ₂）と希ガス類のガスが供給され、反応圧力が０．０１Ｔｏｒｒ以上０．１Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする。

また、本発明の他の構成は前記構成において、前記ＳｉＨ₄ガスの前記Ｎ₂ガスと前記希ガスの和に対する流量比［ＳｉＨ₄／（Ｎ₂＋希ガス）］が０．００２以上０．００６未満であることを特徴とする。

また、本発明の他の構成は前記構成において、反応温度が６０℃以上８５℃未満であることを特徴とする。

また、本発明の他の構成は前記構成において、希ガスとはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）又はキセノン（Ｘｅ）であることを特徴とする。

また、課題を解決することが可能な本発明における窒化ケイ素膜は、０．３ａｔｏｍｉｃ％以上の希ガス類を有し、ＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸における室温でのエッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性を有する。

また、課題を解決することが可能な本発明における窒化ケイ素膜の他の構成は、０．３ａｔｏｍｉｃ％以上の希ガス類と２５ａｔｏｍｉｃ％未満の水素を有し、ＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸における室温でのエッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性を有する。

また、課題を解決することが可能な本発明における窒化ケイ素膜の他の構成は、０．３ａｔｏｍｉｃ％以上ののアルゴンと４．０ａｔｏｍｉｃ％以上の酸素を有し、ＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸における室温でのエッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性を有する。

また、課題を解決することが可能な本発明における窒化ケイ素膜の他の構成は、０．３ａｔｏｍｉｃ％以上の希ガス類と４．０ａｔｏｍｉｃ％以上の酸素と２５ａｔｏｍｉｃ％未満の水素を有し、ＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸における室温でのエッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性を有する。

また、課題を解決することが可能な本発明における窒化ケイ素膜のさらに望ましい構成は、前記構成において、エッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性を有する。

また、課題を解決することが可能な本発明における窒化ケイ素膜のさらに望ましい構成は、前記構成において、前記水素の濃度は２０ａｔｏｍｉｃ％未満であることを特徴とする。

また、課題を解決することが可能な本発明における窒化ケイ素膜のさらに望ましい構成は、前記構成において、前記酸素の濃度は４．０ａｔｏｍｉｃ％以上、１０ａｔｏｍｉｃ％未満であることを特徴とする。

また、課題を解決することが可能な本発明の構成は、前述の窒化ケイ素膜を用いたことを特徴とする半導体装置である。

また、課題を解決することが可能な本発明の構成は、前述の窒化ケイ素膜を用いたことを特徴とする表示装置である。

また、課題を解決することが可能な本発明の構成は、前述の窒化ケイ素膜を用いたことを特徴とする発光表示装置である。

上記課題を解決することが可能な本発明の発光表示装置は、基板上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、ＴＦＴ上に形成され、当該ＴＦＴと電気的に接続する電界発光素子と、それを覆って形成された窒化ケイ素膜を有しており、窒化ケイ素膜が０．３ａｔｏｍｉｃ％以上の希ガス元素を有し且つＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸における室温でのエッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性を有する窒化ケイ素膜であることを特徴とする。

上記課題を解決することが可能な本発明の発光表示装置は、基板上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、ＴＦＴ上に形成され、当該ＴＦＴと電気的に接続する電界発光素子と、それを覆って形成された窒化ケイ素膜を有しており、窒化ケイ素膜が０．３ａｔｏｍｉｃ％以上の希ガス元素と２５ａｔｏｍｉｃ％未満の水素を有し、且つＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸における室温でのエッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性を有する窒化ケイ素膜であることを特徴とする。

上記課題を解決することが可能な本発明の発光表示装置は、基板上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、ＴＦＴ上に形成され、当該ＴＦＴと電気的に接続する電界発光素子と、それを覆って形成された窒化ケイ素膜を有しており、窒化ケイ素膜が０．３ａｔｏｍｉｃ％以上の希ガス元素と４．０ａｔｏｍｉｃ％以上の酸素を有し、且つＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸における室温でのエッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性を有する窒化ケイ素膜であることを特徴とする。

上記課題を解決することが可能な本発明の発光表示装置は、基板上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、ＴＦＴ上に形成され、当該ＴＦＴと電気的に接続する電界発光素子と、それを覆って形成された窒化ケイ素膜を有しており、窒化ケイ素膜が０．３ａｔｏｍｉｃ％以上の希ガス元素と２５ａｔｏｍｉｃ％未満の水素と４．０ａｔｏｍｉｃ％以上の酸素を有し、且つＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸における室温でのエッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎ以下の特性を有する窒化ケイ素膜であることを特徴とする。

上記課題を解決することが可能な窒化ケイ素膜の作製方法は、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化ケイ素膜を作製する方法であって、成膜時に成膜チャンバ内にシランと窒素と希ガス類のガスが供給され、反応圧力が０．０１Ｔｏｒｒ以上０．１Ｔｏｒｒ以下であること、を特徴とする。

上記課題を解決することが可能な窒化ケイ素膜の作製方法は、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化ケイ素膜を作製する方法であって、成膜時に成膜チャンバ内にシランと窒素と希ガス類のガスが供給され、反応圧力が０．０１Ｔｏｒｒ以上０．１Ｔｏｒｒ以下であり、反応温度が６０℃以上８５℃未満であることを特徴とする。

上記課題を解決することが可能な窒化ケイ素膜の作製方法は、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化ケイ素膜を作製する方法であって、成膜時に成膜チャンバ内にシランと窒素と希ガス類のガスが供給され、シランガスの窒素ガスと希ガス類のガスの和に対する流量比［シラン／（窒素＋希ガス類）］が０．００２以上０．００６未満であり、反応圧力が０．０１Ｔｏｒｒ以上０．１Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする。

上記課題を解決することが可能な窒化ケイ素膜の作製方法は、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化ケイ素膜を作製する方法であって、成膜時に成膜チャンバ内にシランと窒素と希ガス類のガスが供給され、シランガスの窒素ガスと希ガス類のガスの和に対する流量比［シラン／（窒素＋希ガス類）］が０．００２以上０．００６未満であり、反応圧力が０．０１Ｔｏｒｒ以上０．１Ｔｏｒｒ以下であり、反応温度が６０℃以上８５℃未満であること、を特徴とする。

本発明を使用することで、低温においても緻密でバリア性の高い窒化ケイ素膜を得ることが可能となる。

また、本発明の窒化ケイ素膜をバリア膜として使用することで、熱に敏感な素子であったとしても、熱による劣化を起こさせず有効に水分や酸素の進入を防ぐことができ、素子の信頼性、ひいては当該素子を搭載した半導体装置、表示装置、発光表示装置もしくは電子機器の信頼性を高めることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
以下にプラズマＣＶＤ法により基板温度８０℃の条件下で緻密な窒化ケイ素膜を作製する方法について説明する。基板温度は低すぎるとプラズマの質が悪くなり良好な膜が形成できず、高すぎると下に形成された素子が劣化してしまうため、６０℃〜８５℃の間が良い。８０℃は下層の素子へのダメージも小さく、プラズマの状態も良好であるので望ましい温度である。

図１（ａ）は本実施の形態において用いたプラズマＣＶＤ装置の概念図である。本実施の形態で用いた方法は１３．５６ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法であり、両電極のプラズマ側にはシースが形成され図１（ｂ）のような自己バイアスが発生している。本実施の形態では電極Ａ側に基板を設置して成膜を行った。

本発明における成膜ガスはシラン（ＳｉＨ₄）、窒素（Ｎ₂）、希ガス類である。本実施の形態では希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を使用した。ガスの流量はＳＨ₄：Ｎ₂：Ａｒ＝２：３００：５００［ＳＣＣＭ］とした。希ガスを用いることが本発明のひとつのポイントである。表１に示すようにＡｒやＨｅなど希ガスの多くは放電開始電圧が低く、低いエネルギーであっても安定なプラズマを生成することができる。

表１のヘリウム（Ｈｅ）を見てもわかるように、一般的に希ガス類の放電開始エネルギーは低く、安定したプラズマを立てることが可能である。希ガス類であるヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）又はキセノン（Ｘｅ）等を用いることが可能である。これらのガスは不活性ガスであるため、窒化ケイ素を形成する化学反応自体には直接関係はしない。

ところで、これらの希ガスのプラズマはプラスの電荷を帯びることから、シースにおいて加速され電極に衝突することが知られている。これをイオン衝撃というが、このイオン衝撃を積極的に利用したい場合は、基板をプラズマ領域と電位差の大きい電極Ｋ側に設置すると効率が良いとされている（図１（ｂ）参照）。

逆に、イオン衝撃の効果を利用する場合、プラズマ領域と電位差の小さい電極Ａ側に基板は設置しないのがふつうである。しかし、本発明ではプラズマ領域との電位差の小さい電極Ａ側にあえて基板を設置する。これは、適度なイオン衝撃を与えることで、成膜を促進し、且つ膜質が改善された緻密な膜が形成されるようにするためである。

参考までに、上記と同じ構成でアルゴンガスを流さなかった場合の窒化ケイ素膜のエッチングレートは５５ｎｍ／ｍｉｎ前後であった。アルゴンを流した場合のエッチングレートが２８ｎｍ／ｍｉｎ程度であるから希ガスの効果によりエッチング速度が２倍近く遅い緻密な膜となることがわかる。

その他の条件については表２に示す。

上記条件にて成膜した窒化ケイ素膜は８０℃という低温で成膜したにも関わらず、ＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸（森田化学工業株式会社製、１１０−バッファードフッ酸）でのエッチングレート（室温）が２９．５９ｎｍ／ｍｉｎ、ＬＡＬ５００（ステラケミファ社製）でのエッチングレート（室温）が３０．１９ｎｍ／ｍｉｎの値を示す、緻密で質の良い膜となった。なお、室温とは通常の半導体装置の作製に供するクリーンルームの室温であり、通常は２０℃〜２５℃である。

このように本発明の方法を使用すれば、上記のようなエッチングレートをもった、バリア性の高い窒化ケイ素膜を得ることが可能となる。

続いて、上記の条件で作製した本発明の窒化ケイ素膜の組成を表３に示す。比較例として、アルゴンを使用しない条件において通常の温度（基板温度３２５℃）において形成した窒化ケイ素膜の組成を表４に示す。なお、水素量について、ＳＩＭＳデータにおいてはそれほどの違いが無いのにもかかわらず、ＲＢＳデータにおいて１０％もの違いが出ているのは水素量がＳＩＭＳ測定における検出飽和に近いためであると考えられる。

また、比較例の窒化ケイ素膜のエッチングレートはＬＡＬ５００（ステラケミファ社製）において室温で３５．０ｎｍ／ｍｉｎである。本発明の窒化ケイ素のＬＡＬ５００におけるエッチングレートが室温で３０．１９ｎｍ／ｎｉｍであることからも、本発明の窒化ケイ素膜は８０℃という低い温度形成したものにも関わらず比較例の窒化ケイ素膜と同様、もしくはそれ以上の緻密で質の良い膜になっていることがわかる。

これら組成分析における結果（表３、表４）で特筆すべき点は、本発明の窒化ケイ素膜における希ガス（アルゴン）の存在と酸素、水素の量である。希ガス（アルゴン）は本発明の窒化ケイ素膜の作製方法においては必須のガスであり、流量比として非常に多くの割合を占めている。そのために、本発明の窒化ケイ素膜には希ガス（アルゴン）が含まれるようになる。希ガス（アルゴンガス）を使用していない従来の窒化ケイ素膜では希ガス（アルゴン）は検出下限以下となる。本実験結果においては本発明の窒化ケイ素膜中の希ガス（アルゴン）濃度は０．３ａｔｏｍｉｃ％であったが、希ガス（アルゴン）の濃度は０．２ａｔｏｍｉｃ％以上、好ましくは０．３ａｔｏｍｉｃ％以上０．７ａｔｏｍｉｃ％以内の値を取る。

次いで特徴的な組成としては酸素量が挙げられる。本発明の窒化ケイ素膜の酸素量は比較的多く、酸化ケイ素膜であることも考えられる。しかし、屈折率の測定の結果は窒化ケイ素膜の屈折率であるため、本発明の作製方法を用いて作製される膜は窒化ケイ素膜であると言る。本発明の窒化ケイ素膜は酸素がく含まれている窒化ケイ素膜という表現ができる。

ところで、通常、窒化ケイ素膜の膜応力は引っ張り応力である。しかし、酸素濃度６０ａｔｏｍｉｃ％程度の酸化窒化ケイ素膜の膜応力は圧縮応力となり、膜中の酸素濃度が高くなるにつれ膜応力が圧縮の傾向を示すことがわかっている。一方、本発明の窒化ケイ素膜は明らな圧縮応力の傾向を示した。これは膜中に含まれている酸素の影響であると考えられ、応力が引っ張りから圧縮になることで、本発明の窒化ケイ素膜は密着性の良いピーリングしにくい膜となっている。

本発明の窒化ケイ素膜における酸素濃度は２ａｔｏｍｉｃ％以上であり、より良い特性を示すのは２〜１０ａｔｏｍｉｃ％、もっとも好ましいのは２〜８ａｔｏｍｉｃ％である。

最後に、水素の量に関して、本発明の窒化ケイ素膜に含まれる水素量は、比較例として、通常どおり高温のプラズマＣＶＤ法で作製した窒化ケイ素膜の水素量より小さな値となっている。低い温度でのＣＶＤ成膜は水素の含有率が高くなるというのが定説である。しかし、本発明の窒化ケイ素膜は８０℃という低い成膜温度においても水素の含有率を低くすることができる。これにより、本発明の窒化ケイ素膜を用いた電子機器は、本発明の窒化ケイ素膜成膜後のプロセスにおいて加熱処理を施したとしても脱ガスによる不良を起こしにくい。

なお、本発明における窒化ケイ素膜の水素濃度は１〜２５ａｔｏｍｉｃ％であり、より良い特性を持つのは５〜２０ａｔｏｍｉｃ％、もっとも好ましいのは１０〜１６ａｔｏｍｉｃ％である。

このような、いくつかの特徴的な特性は、本発明の窒化ケイ素膜の作製方法（温度、ガス種、流量比）で作製された窒化ケイ素膜特有のものであり、この特性を有することによって８０℃の低温で形成された膜であっても非常に緻密で特性の良い膜となる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、膜質に大きな影響を及ぼすと考えられる成膜時のパラメータについて検討した結果を示す。なお、本発明の窒化ケイ素膜を成膜する際のパラメータはこれらの結果に基づいて決定した。

表５に同条件で反応圧力のみ変更して成膜した窒化ケイ素膜のエッチングレートを比較した結果を示す。エッチングは室温で、ＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸（森田化学工業株式会社製、１１０−バッファードフッ酸）において行った。

これより、成膜圧力が０．１Ｔｏｒｒから０．２Ｔｏｒｒになることで、エッチングレートが１０倍近くも早くなってしまうことがわかる。この結果から成膜圧力は低い方が良好な膜が形成されると考えられるが、成膜圧力が低いと成膜速度が遅くなってしまうために、成膜圧力は０．０１Ｔｏｒｒ〜０．１Ｔｏｒｒが適当である。

続いて成膜ガスの流量比を変更して成膜した窒化ケイ素膜のエッチングレートを比較した結果を図２に示す。このエッチングレートも室温において、ＨＦが４．７％、ＮＨ₄Ｆが３６．３％含まれたバッファードフッ酸（森田化学工業株式会社製、１１０−バッファードフッ酸）によってエッチングした結果である。

成膜ガスの流量比ＳｉＨ₄／（Ｎ₂＋Ａｒ）が０．００６〜０．００８付近で極小値を示している。窒化ケイ素膜の緻密度はエッチングレートにして３０．０ｎｍ／ｍｉｎ未満のもの（好ましくは２０．０ｎｍ／ｍｉｎ）がバリア性の観点から実用に耐えうる値であるため、流量比が０．００２以上の条件で成膜する。また、ＳｉＨ₄の流量比が大きいと膜の光の透過率が減少してしまうため、表示装置の光の射出側にパッシベーション膜として形成する場合、ＳｉＨ₄のＮ₂＋Ａｒに対する流量比は０．００２以上０．００６以下であることが望ましい。

以上のような成膜条件でもって成膜された窒化ケイ素膜は、１００℃以下、より好ましくは６０℃以上８５℃以下で成膜されたものであっても実施の形態１に示したような特性を示し、緻密でバリア性の高い窒化ケイ素膜となる。

（実施の形態３）
本実施の形態では本発明の窒化ケイ素膜を電界発光表示装置のパッシベーション膜として利用した例について図３を用いて説明する。

まず、基板３００上に下地絶縁膜３０１ａ、３０１ｂを形成する。基板の材料としては、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基板や、セラミック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン等）、半導体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることができるが、少なくともプロセス中に発生する熱に耐えうる材料を使用する。本実施の形態においてはガラス基板を使用する。

下地絶縁膜３０１ａ、３０１ｂとしては酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などが使用でき、これら絶縁膜を単層又は２以上の複数層形成して形成する。これらはスパッタ法や減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等公知の方法を用いて形成する。本実施の形態では２層の積層構造としているが、もちろん単層でも３層以上の複数層でも構わない。本実施の形態においては１層目の絶縁膜３０１ａとして窒化酸化シリコン膜を５０ｎｍ、２層目の絶縁膜３０１ｂとして酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍで形成した。なお、窒化酸化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜はその窒素と酸素の割合が異なっていることを意味しており、前者の方がより窒素の含有量が高いことを示している。

次いで、非晶質半導体膜を形成する。非晶質半導体膜はシリコンまたはシリコンを主成分とする材料（例えばＳｉ_xＧｅ_1-x等）で２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さに形成すればよい。作製方法としては、公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等が使用できる。本実施の形態では、アモルファスシリコンにより膜厚５０ｎｍに形成する。

続いて、アモルファスシリコンの結晶化を行う。本実施の形態においては、結晶化を促進する元素を添加し、熱処理により結晶化する。熱処理による結晶化の後、レーザ結晶化を行っても良い。

まず、重量換算で５〜１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液もしくは硝酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布し、半導体膜表面にニッケル溶液の薄い膜を形成する。塗布に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。触媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）以外に、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）、といった元素などから選んだ一種または複数種を使用することもできる。

次いで、加熱処理を行い、非晶質半導体膜を結晶化させる。触媒元素を用いているため、５００℃〜６５０℃で４〜２４時間程度行えばよい。この結晶化処理により、半導体膜は結晶質の半導体膜となる。

結晶質半導体膜までを作製したら、結晶質半導体膜をエッチングにより所望の形状の結晶質半導体層３０２〜３０５とする。なお、半導体層を所望の形状にエッチングして非晶質半導体層としてから、前記結晶化処理を行っても構わない。

続いて、レーザによる結晶化を行い、結晶性を向上させる。レーザ結晶化法は、レーザ発振装置として、パルス発振型、または連続発振型の気体または固体及び金属レーザ発振装置を用いれば良い。気体レーザとしては、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ等があり、固体レーザとしては、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ₃レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、サファイアレーザ、金属レーザとしては、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられるなどがある。固体レーザのレーザ媒質である結晶には、Ｃｒ³⁺、Ｃｒ⁴⁺、Ｎｄ³⁺、Ｅｒ³⁺、Ｃｅ³⁺、Ｃｏ²⁺、Ｔｉ³⁺、Ｙｂ³⁺又は、Ｖ³⁺から選択される一種又は複数種が不純物としてドープされている。

レーザ発振装置により発振されたレーザは光学系を用いて線状にして照射を行うとよい。線状レーザは通常用いられるシリンドリカルレンズや凹型を有するミラーなどを用いることで得ることができる。照射条件としては、パワー密度が０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度、照射雰囲気としては大気、または酸素濃度を制御した雰囲気、Ｎ₂雰囲気または真空中が挙げられる。また、パルス発振のレーザを用いる場合には、周波数３０〜３００Ｈｚとし、レーザエネルギー密度を１００〜１５００ｍＪ／ｃｍ²(代表的には２００〜５００ｍＪ／ｃｍ²)とするのが望ましい。このとき、レーザ光をレーザビームのＦＷＨＭで計算して５０〜９８％オーバーラップさせると好適である。

また、結晶化のために使用したニッケルのゲッタリングを行っても良い。ゲッタリングを行う場合は、例えば次のような方法がある。表面をオゾン水で処理し、１〜５ｎｍ程度のバリア膜を形成してから、該バリア層上にスパッタリング法にてゲッタリングサイトを形成する。ゲッタリングサイトはアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を膜厚１５０ｎｍ堆積することで形成する。成膜条件は、成膜圧力：０．３Ｐａ、ガス（Ａｒ）流量：５０（ｓｃｃｍ）、成膜パワー：３ｋＷ、基板温度：１５０℃とした。なお、上記条件での非晶質シリコン膜に含まれるアルゴン元素の原子濃度は、３×１０²⁰／ｃｍ³〜６×１０²⁰／ｃｍ³、酸素の原子濃度は１×１０¹⁹／ｃｍ³〜３×１０¹⁹／ｃｍ³程度である。その後、ランプアニール装置を用いて６５０℃、３分の熱処理を行いゲッタリングする。ゲッタリング領域はエッチングなどで除去すれば良い。

続いて、ゲート絶縁膜３０６を形成する。膜厚は１１５ｎｍ程度とし、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法、スパッタ法などでシリコンを含む絶縁膜を形成すれば良い。本実施の形態では酸化シリコン膜を１０ｎｍの厚さで用いる。この場合、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ₂とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃の条件下で、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シリコン膜は、その後４００〜５００℃の加熱処理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、ゲート絶縁膜上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜と第１の導電膜上に膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜を形成する。本実施の形態では第１の導電膜としてＴａＮを３０ｎｍ、第２の導電層としてＷを３７０ｎｍで形成した。ＴａＮ膜、Ｗ膜共スパッタ法で形成すればよく、ＴａＮ膜はＴａのターゲットを用いて窒素雰囲気中で、Ｗ膜はＷのターゲットを用いて成膜すれば良い。ゲート電極として使用するには抵抗が低いことが要求され、特にＷ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下であることが望ましいため、Ｗのターゲットは高純度（９９．９９９９％）のターゲットを用いることが望ましく、成膜時の不純物混入にも注意をはらわなければならない。こうして形成されたＷ膜の低効率は９〜２０μΩｃｍとすることが可能である。

なお、本実施の形態では第１の導電層をＴａＮ、第２の導電層をＷとしたが、これに限定されず、第１の導電層と第２の導電層は共に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ケイ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。さらに、その組み合わせも適宜選択すればよい。また、本実施の形態では、２層の積層構造としたが、１層としてもよいし、もしくは３層以上の積層構造としてもよい。

次に、前記導電層をエッチングして電極及び配線を形成するため、フォトリソグラフィーにより露光工程を経てレジストからなるマスクを形成し、エッチングを行う。

第１のエッチング処理では第１のエッチング条件と第２のエッチング条件でエッチングを行う。レジストによるマスクを用い、エッチングし、ゲート電極及び配線を形成する。エッチング条件は適宜選択すれば良い

本法では、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）エッチング法を使用する。第１のエッチング条件として、エッチング用ガスにＣＦ₄、Ｃｌ₂とＯ₂を用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０（ｓｃｃｍ）とし、１．０Ｐａの圧力でコイル型電極に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。第１のエッチング条件でのＷ膜に対するエッチング速度は２００．３９ｎｍ／ｍｉｎ、ＴａＮに対するエッチング速度は８０．３２ｎｍ／ｍｉｎ、でありＴａＮに対するＷの選択比は約２．５である。また、この第１のエッチング条件によって、Ｗ膜のテーパー角度は約２６°となる。

続いて、第２のエッチング条件に移ってエッチングを行う。レジストからなるマスクを除去せず、のこしたまま、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂を用い、それぞれのガス流量比を３０／３０（ｓｃｃｍ）、圧力１．０Ｐａ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約１５秒程度のエッチングを行う。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。この第１のエッチング処理において、電極に覆われていないゲート絶縁膜は２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度エッチングされる。

上記の第１のエッチング処理においては、基板側に印加されたバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部はテーパー状となる。このように第１のエッチング処理においては、第１の導電層と第２の導電層からなる第１形状の導電層が形成される。

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。第２のエッチング処理では、エッチング用のガスにＳＦ₆とＣｌ₂とＯ₂を用い、それぞれのガス流量比を２４／１２／２４（ｓｃｃｍ）とし、１．３Ｐａの圧力でコイル側の電力に７００ＷのＲＦ(１３．５６ＭＨｚ)電力を投入してプラズマを発生して２５秒程度エッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１０Ｗ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。このエッチング条件ではＷ膜が選択的にエッチングされ、第２形状の導電層３０７ａ〜３１０ａ、３０７ｂ〜３１０ｂが形成される。

そして、レジストからなるマスクを除去せず、第１のドーピング処理を行う。これにより、結晶質半導体層３０２〜３０５にＮ型を付与する不純物が低濃度に添加される。第１のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えば良２オンドープ法の条件はドーズ量が１×１０¹³〜５×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、加速電圧が４０〜８０ｋＶで行えばよい。本実施の形態では加速電圧を５０ｋＶとして行った。Ｎ型を付与する不純物元素としては１５族に属する元素を用いることができ、代表的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）が用いられる。本実施の形態ではリン（Ｐ）を使用した。その際、第１の導電層３０７ａ〜３１０ａをマスクとして、自己整合的に低濃度の不純物が添加されている第１の不純物領域（Ｎ^--領域）を形成した。

続き、レジストからなるマスクを除去する。そして新たにレジストからなるマスクを、半導体層３０４の低濃度不純物領域を形成する場所と、及びＰチャネルＴＦＴを作製する半導体層３０３、３０５を覆って形成し、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。第２のドーピング処理もＮ型を付与する不純物を添加する。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹³〜３×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、加速電圧を６０〜１２０ｋＶとすれば良い。本実施の形態ではドーズ量を３．０×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、加速電圧を６５ｋＶとして行った。第２のドーピング処理は第２の導電層を不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層の下方に位置する半導体層にも不純物元素が添加されるようにドーピングを行う。

第２のドーピングを行うと、結晶質半導体層３０２〜３０５の第１の導電層３０７ａ〜３１０ａと重なっている部分のうち、第２の導電層３０７ｂ〜３１０ｂに重なっていない部分、もしくはマスクに覆われていない部分に、第２の不純物領域（Ｎ^-領域、Ｌｏｖ領域）３１１が形成される。第２の不純物領域３１１には１×１０¹⁸〜５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度範囲でＮ型を付与する不純物が添加される。また、結晶質半導体層３０２〜３０５のうち、第１形状の導電層３０７ａ〜３１０ａにもマスクにも覆われておらず、露出している部分（第３の不純物領域：Ｎ⁺領域）３１２、３１３には、１×１０¹⁹〜５×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の範囲で高濃度にＮ型を付与する不純物が添加される。また、半導体層３０４にはＮ⁺領域が存在するが、一部マスクのみに覆われている部分３１４がある。この部分のＮ型を付与する不純物の濃度は、第１のドーピング処理で添加された不純物濃度のままである。

なお、本実施の形態では２回のドーピング処理により各不純物領域を形成したが、これに限定されることは無く、適宜条件を設定して、一回もしくは複数回のドーピングによって所望の不純物濃度を有する不純物領域を形成すれば良い。

次いで、レジストからなるマスクを除去した後、Ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層３０２、３０４上に、新たにレジストからなるマスクを形成し、第３のドーピング処理を行う。第３のドーピング処理により、Ｐチャネル型ＴＦＴとなる半導体層に前記第１の導電型及び前記第２の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、第４の不純物領域（Ｐ⁺領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ^-領域）３１７、３１８が形成される。

第３のドーピング処理では、レジストからなるマスクに覆われておらず、更に第１の導電層とも重なっていない部分３１５、３１６に、第４の不純物領域（Ｐ⁺領域）が形成され、レジストからなるマスクに覆われておらず、且つ第１の導電層と重なっており、第２の導電層と重なっていない部分３１７、３１８に第５の不純物領域（Ｐ^-領域）が形成される。Ｐ型を付与する不純物元素としては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。

本実施の形態では、第４の不純物領域及び第５の不純物領域を形成するＰ型の不純物元素としてはホウ素（Ｂ）を選択し、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で形成した。イオンドープ法の条件としては、ドーズ量を１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、加速電圧を８０ｋＶとした。

ここで、第１及び第２のドーピング処理によって、第４の不純物領域（Ｐ⁺領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ^-領域）３１７、３１８にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されている。しかし、第４の不純物領域（Ｐ⁺領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ^-領域３１７、３１８のいずれの領域においても、第３のドーピング処理によって、Ｐ型を付与する不純物元素の濃度が１×１０¹⁹〜５×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²となるようにドーピング処理される。そのため、第４の不純物領域（Ｐ⁺領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ^-領域）３１７、３１８は、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域として問題無く機能する。

なお、本実施の形態では、第３のドーピング一回で、第４の不純物領域（Ｐ⁺領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ^-領域）３１７、３１８を形成したが、これに限定はされない。ドーピング処理の条件によって適宜複数回のドーピング処理により第４の不純物領域（Ｐ⁺領域）３１５、３１６及び第５の不純物領域（Ｐ^-領域）３１７、３１８を形成してもよい。

次いで、レジストからなるマスクを除去して第１のパッシベーション膜３１９を形成する。この第１のパッシベーション膜としてはシリコンを含む絶縁膜を１００〜２００ｎｍの厚さに形成する。成膜法としてはプラズマＣＶＤ法や、スパッタ法を用いればよい。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化ケイ素膜を形成した。酸化窒化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃から作製される酸化窒化シリコン膜、またはＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ²である。また、第１のパッシベーション膜３１９としてＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。もちろん、第１のパッシベーション膜３１９は、本実施の形態のような酸化窒化シリコン膜の単層構造に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。

その後、加熱処理（熱処理）を行って、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。熱処理法としては、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃で行えば良く、本実施の形態では４１０℃、１時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱処理法の他に、レーザーアニール法、又はラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。

また、第１のパッシベーション膜３１９を形成した後で熱処理を行うことで、活性化処理と同時に半導体層の水素化も行うことができる。水素化は、第１のパッシベーション膜３１９に含まれる水素によって、半導体層のダングリングボンドを終端するものである。

また、第１のパッシベーション膜３１９を形成する前に加熱処理を行ってもよい。但し、第１の導電層及び第２の導電層を構成する材料が熱に弱い場合には、本実施の形態のように配線などを保護するため、第１のパッシベーション膜３１９を形成した後で熱処理を行うことが望ましい。さらに、この場合、第１のパッシベーション膜３１９がないため、当然パッシベーション膜に含まれる水素を利用しての水素化は行うことができない。

この場合は、プラズマにより励起された水素を用いる手段（プラズマ水素化）を用いての水素化や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中において、３００〜４５０℃で１〜１２時間の加熱処理による水素化を用いれば良い。

次いで、第１のパッシベーション膜３１９上に、第１の層間絶縁膜３２０を形成する。第１の層間絶縁膜３２０としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化シリコン膜などを用いることができ、有機絶縁膜としてはポリシロキサン、ポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリルまたはポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂等の膜を用いることができる。また、アクリル膜と酸化窒化シリコン膜の積層構造を用いても良い。

本実施の形態では、膜厚１．６μｍのアクリル膜を形成した。第１の層間絶縁膜３２０によって、ＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化することができる。とくに、第１の層間絶縁膜３２０は平坦化の意味合いが強いので、平坦化されやすい材質の絶縁膜を用いることが好ましい。

その後、第１の層間絶縁膜３２０上に本発明の窒化ケイ素膜からなる第２のパッシベーション膜３２１を形成してもよい。膜厚は１０〜２００ｎｍ程度で形成すれば良く、第２のパッシベーション膜によって第１の層間絶縁膜３２０へ水分が出入りすることを抑制することができる。第２のパッシベーション膜３２１の作製方法は実施の形態１を参照すればよい。

次いで、エッチングにより第２のパッシベーション膜３２１、第１の層間絶縁膜３２０及び第１のパッシベーション膜３１９をエッチングし、第３の不純物領域３１２、３１３及び第４の不純物領域３１５、３１６に達するコンタクトホールを形成する。

続いて、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線３２２〜３２８及び電極３２９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）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、に２層構造に限らず、単層構造でも良いし、３層以上の積層構造にしても良い。また、配線材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えばＴａＮ膜上にＡｌ膜やＣｕ膜を形成し、更に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良い。

このようにして、図３（Ａ）に示したような本発明の半導体装置を得ることができる。

図３（Ａ）に示した本発明のＴＦＴを作製後、ＴＦＴの配線３２７と一部重なるように、透明導電膜からなる第１の電極４００を形成する。透明導電膜としては仕事関数の大きい材質を用いて作製することが望ましく、酸化インジウムと酸化スズの化合物（ＩＴＯ）、酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、窒化チタンなど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て作製した膜やＩＴＯ膜をスパッタ法で作製する際、ターゲットにＳｉＯ₂を混ぜて作製した膜を用いても良い。この第１の電極４００が発光素子の陽極となる。本実施の形態では第１の電極４００にはＩＴＯを使用した。ＩＴＯは０．１μｍの厚みにスパッタ法により形成した。

次いで、電極の端面を覆うように絶縁物４０１を形成する。絶縁物４０１は無機または有機の材料で形成することができるが、感光性の有機物を使用して形成すると、開口部の形状が発光層を蒸着する際に段切れなどが起こりにくいものとなり好適である。

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

次いで発光層の蒸着前処理に、全体にＰＥＤＯＴを塗布し、ベークを行ってもよい。このとき、ＰＥＤＯＴはＩＴＯとの濡れ性が良くないため、一旦ＰＥＤＯＴを塗布後、水洗し、再度ＰＥＤＯＴを塗布することが好ましい。その後、常圧で加熱を行って水分を飛ばしてから、減圧雰囲気で加熱を行う。なお、本実施の形態では、ＰＥＤＯＴを塗布後、１７０℃の減圧雰囲気で４時間加熱し、その後３０分かけて自然冷却を行う。

そして、蒸着装置を用いて、蒸着源を移動させながら蒸着を行う。例えば、真空度が５×１０^-3Ｔｏｒｒ（０．６６５Ｐａ）以下、好ましくは１０^-4〜１０^-6Ｔｏｒｒまで真空排気された成膜室で蒸着を行う。蒸着の際、抵抗加熱により、予め有機化合物は気化されており、蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。気化された有機化合物は、上方に飛散し、メタルマスクに設けられた開口部を通って基板に蒸着され、発光層４０２（正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層を含む）が形成される。

ここでは蒸着法により発光層４０２を形成した例を示したが、特に限定されず、塗布法（スピンコート法、液滴吐出法など）により高分子からなる発光層を形成してもよい。また、本実施の形態では、有機化合物層として低分子材料からなる層を積層した例を示したが、高分子材料からなる層と、低分子材料からなる層とを積層してもよい。また、ＲＧＢの発光層を形成してフルカラー表示を行っても、単色の発光層を形成し、色変換層やカラーフィルターを用いて、フルカラー表示を行ってもよい。また、無機の材料を用いても良い。

発光素子の発光機構は、一対の電極間に有機化合物層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が有機化合物層中の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。

発光層は通常、積層構造となっており、この積層構造は「正孔輸送層／電界発光層／電子輸送層」という構成が代表的である。この構造は非常に発光効率が高いため、現在研究開発が進められている発光装置はほとんどこの構造が採用されている。また、他にも陽極上に正孔注入層／正孔輸送層／電界発光層／電子輸送層、または正孔注入層／正孔輸送層／電界発光層／電子輸送層／電子注入層の順に積層する構造も良い。電界発光層に対して蛍光性色素等をドーピングしても良い。

なお、本明細書において、陰極と陽極との間に設けられる全ての層を総称して発光層という。したがって、上述した正孔注入層、正孔輸送層、電界発光層、電子輸送層及び電子注入層は、全て発光層に含まれるものとする。これらは、低分子系有機化合物材料、中分子系有機化合物材料、又は高分子系有機化合物材料のいずれか、或いは、両者を適宣組み合わせて形成することが可能である。また、電子輸送性材料と正孔輸送性材料を適宜混合させた混合層、又はそれぞれの接合界面に混合領域を形成した混合接合を形成しても良い。又、有機系の材料のほかに無機系の発光材料を使用しても良い。

次いで、上記発光層４０２上に、第２の電極４０３を陰極として形成する。第２の電極４０３は、仕事関数の小さい金属（Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｓ）を含む薄膜を用いて形成すればよい。また更に、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｓ等を含む薄膜上に積層した透明導電膜（ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂Ｏ₃―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層膜で形成すると好ましい。膜厚は陰極として作用するように適宜設定すればよいが、０．０１〜１μｍ程度の厚さに電子ビーム蒸着法で形成すればよい。

ここで、電子ビーム蒸着法を用いると、加速電圧が高すぎた場合放射線を発生し、ＴＦＴにダメージを与えてしまう。しかし、加速電圧が低すぎても成膜速度が下がり、生産性が低下するため対策として、第２の電極４０３を陰極として作用しうる膜厚より過剰には成膜しないようにする。陰極が薄ければ成膜速度が遅くても生産性にさほどの影響は現れない。この場合陰極の膜厚が薄いことで高抵抗化してしまう問題も発生するが、陰極上に低抵抗金属であるＡｌなどを抵抗加熱蒸着やスパッタ法などで形成し、積層構造とすることで解決できる。

次に、絶縁物４０１及び第２の電極４０３上に、第３のパッシベーション膜４０４として本発明の窒化ケイ素膜を成膜した。第２のパッシベーション膜３２１と第３のパッシベーション膜４０４は、共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透過させにくい膜を用いる。本発明の窒化ケイ素膜は緻密な膜であるため、それら発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を通しにくくパッシベーション膜として好適に使用できる。また、成膜温度が１００℃以下（好ましくは６０℃〜８５℃）であるため熱による発光素子へのダメージも少なく、非常に都合が良い膜である。第３のパッシベーション膜の成膜方法については実施の形態１を参照すると良い。

成膜ガスの流量比については、図３（Ｂ−１）は基板側（底面）から光を取り出す例であるため、膜の光の透過率に特に制限がない。そのため、成膜ガス流量の比、ＳｉＨ₄／（Ｎ₂＋Ａｒ）は０．００２〜０．０１２の範囲で選択すればよい。

こうして図３（Ｂ−１）に示すような発光素子を得ることができる。図示しないが、その上にシーリング材としてプラスチックフィルムを設け、間の空間に不活性気体を充填する。そして異方性導電膜を用いてＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）により外部端子と接続することで本発明の表示装置（発光表示装置もしくは表示モジュールとも言う）が完成する。

図３（Ｂ−１）は基板側（底面）から光を取り出す例を示したが、上面から光を取り出すようにするには、積層構造を図３（Ｂ−２）に示すようにする。その際は、第２の電極は透光性を有する材料で形成すれば良い。さらに、第３のパッシベーション膜は透光性が良いことが望ましく、本発明の窒化ケイ素膜を用いる場合は、その成膜ガスの流量比、ＳｉＨ₄／（Ｎ₂＋Ａｒ）を０．００２〜０．００６の範囲で選択すればよい。

本発明の窒化ケイ素膜を発光層のパッシベーション膜として使用することで、層間絶縁膜や発光素子に熱によるダメージを与えることなく、発光素子上に酸素や水分を透過させにくい緻密な窒化ケイ素膜を作製することができ、半導体装置や発光素子の劣化を抑えることができ、信頼性を大幅に向上させることが可能な本発明の半導体装置及び発光表示装置を得ることができる。

また、当該窒化ケイ素膜はこのような発光装置の下部に薄膜トランジスタを有するアクティブマトリクス型の発光表示装置だけではなく、発光素子を用いた照明などの発光装置にも同様に適用することができる。このような本発明の発光装置は発光素子に水などの不純物の侵入を低減することができるので信頼性が大幅に向上する。

（実施の形態４）
本実施の形態では、液滴吐出法により形成した補助配線のパッシベーション膜として本発明の窒化ケイ素膜を形成する例について図４を用いて説明する。図４（Ａ）は図３にて作製した発光表示装置の上面概念図である。

図４（Ｂ）に示すように液滴吐出装置のノズルを用いて液滴吐出法により補助配線を描画する。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した画素部における１画素の断面図を示しており、補助配線は、発光素子の陰極となっている透明電極７３の上に形成して電極全体として低抵抗化を図るためのものである。また、補助配線は遮光膜としても機能し、コントラストの向上につながる。

この補助配線を液滴吐出法を用いて作製する場合、金属のナノ粒子が分散された分散液を吐出する。しかし、特に銀など、マイグレーションが起こりやすい金属を使用した場合に周りを配線材料で汚染してしまう恐れがある。その際、図４（Ｃ）のように本発明の窒化ケイ素膜のような緻密でバリア性の高い膜で覆ってしまうことで金属のマイグレーションを防ぎ、汚染を防止することが可能となる。また、この補助配線は電界発光素子の上側に作製されるが、本発明の窒化ケイ素膜の作製方法は１００℃以下（好ましくは６０℃〜８５℃）の温度で成膜することが可能であるため、電界発光素子に成膜時の熱によるダメージを与えずにパッシベーション膜を作製することができ、より信頼性の高い発光表示装置を作成することが可能となる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一形態に相当する発光装置のパネルモジュールの外観について図５を用いて説明する。図５は基板上に形成されたトランジスタおよび発光素子を対向基板４００６との間に形成したシール材によって封止したパネルの上面図である。

基板４００１上に設けられた画素部４００２と信号処理回路４００３と走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また、画素部４００２と信号処理回路４００３と信号線駆動回路４０２０と、走査線駆動回路４００４の上に対向基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と信号処理回路４００３と信号線駆動回路４０２０と、走査線駆動回路４００４とは基板４００１とシール材４００５と対向基板４００６とによって充填材と共に密封されている。

また、基板４００１上に設けられた画素部４００２と信号処理回路４００３と信号線駆動回路４０２０と走査線駆動回路４００４とは薄膜トランジスタを複数有している。

また、引き回し配線は画素部４００２と信号処理回路４００３と信号線駆動回路４０２０と、走査線駆動回路４００４とに、信号、または電源電圧を層供給すると目の配線に相当する。引き回し配線は接続端子４０１６と接続されており、接続端子はフレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）４０１８が有する端子と異方性導電膜を介して電気的に接続されている。

なお、充填材としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ポリビニルクロライド、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラル、またはエチレンビニレンアセテートを用いる事ができる。

（実施の形態６）
実施の形態５にその一例を示したようなモジュールを搭載した本発明の電子機器として、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（カーオーディオコンポ等）、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Digital Versatile Disc（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図６に示す。

図６（Ａ）は発光表示装置でありテレビ受像器やコンピュータのモニターなどがこれに当たる。筐体２００１、表示部２００３、スピーカー部２００４等を含む。本発明の発光表示装置は表示部２００３や搭載された他の半導体装置の信頼性が向上する。画素部にはコントラストを高めるため、偏光板、又は円偏光板を備えるとよい。例えば、封止基板へ１／４λ板、１／２λ板、偏光板の順にフィルムを設けるとよい。さらに偏光板上に反射防止膜を設けてもよい。

図６（Ｂ）は携帯電話であり、本体２１０１、筐体２１０２、表示部２１０３、音声入力部２１０４、音声出力部２１０５、操作キー２１０６、アンテナ２１０８等を含む。本発明の携帯電話は表示部２１０３や搭載された他の半導体装置の信頼性が向上する。

図６（Ｃ）は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。本発明のコンピュータは表示部２２０３や搭載された他の半導体装置の信頼性が向上する。図６（Ｃ）ではノート型のコンピュータを例示したが、ハードディスクと表示部が一体化したデスクトップ型のコンピュータなどにも適用することが可能である。

図６（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。本発明のモバイルコンピュータは表示部２２０３や搭載された他の半導体装置の信頼性が向上する。

図６（Ｅ）は携帯型のゲーム機であり、筐体２４０１、表示部２４０２、スピーカー部２４０３、操作キー２４０４、記録媒体挿入部２４０５等を含む。本発明の携帯型のゲーム機は表示部２２０３や搭載された他の半導体装置の信頼性が向上する。

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。

本発明のＣＶＤ装置の概念図。 成膜ガス流量SiH₄/(N₂+Ar)比率とエッチングレートの関係。 表示装置を作製する方法の一例。 補助配線の一例。 本発明のモジュール構成の一例を示す上面図。 本発明の電子機器の例を示す図。

Claims (4)

1. プラズマＣＶＤ法を用いた窒化ケイ素膜の作製方法であって、
   成膜時に成膜チャンバ内にシランガスと窒素ガスとアルゴンガスが供給され、
   前記シランガスの前記窒素ガスとアルゴンガスの和に対する流量比［シラン／（窒素＋アルゴン）］が０．００２以上０．００６未満であり、
   反応圧力が０．０１Ｔｏｒｒ以上０．１Ｔｏｒｒ以下であり、
   反応温度が８０℃以上８５℃以下であり、
   前記窒化ケイ素膜中のアルゴンの濃度は０．３ａｔｏｍｉｃ％以上０．７ａｔｏｍｉｃ％以下となることを特徴とする窒化ケイ素膜の作製方法。
2. プラズマＣＶＤ法を用いた窒化ケイ素膜の作製方法であって、
   成膜時に成膜チャンバ内にシランガスと窒素ガスとアルゴンガスが供給され、
   前記シランガスの前記窒素ガスとアルゴンガスの和に対する流量比［シラン／（窒素＋アルゴン）］が［２／（３００＋５００）］であり、
   反応圧力が０．０１Ｔｏｒｒ以上０．１Ｔｏｒｒ以下であり、
   反応温度が８０℃以上８５℃未満であることを特徴とする窒化ケイ素膜の作製方法。
3. 発光素子上にプラズマＣＶＤ法により窒化ケイ素膜を形成する発光装置の作製方法であって、
   前記窒化ケイ素膜は、
   成膜時に成膜チャンバ内にシランガスと窒素ガスとアルゴンガスが供給され、
   前記シランガスの前記窒素ガスとアルゴンガスの和に対する流量比［シラン／（窒素＋アルゴン）］が０．００２以上０．００６未満であり、
   反応圧力が０．０１Ｔｏｒｒ以上０．１Ｔｏｒｒ以下であり、
   反応温度が８０℃以上８５℃以下で形成され、
   前記窒化ケイ素膜中のアルゴンの濃度は０．３ａｔｏｍｉｃ％以上０．７ａｔｏｍｉｃ％以下となることを特徴とする発光装置の作製方法。
4. 発光素子上にプラズマＣＶＤ法により窒化ケイ素膜を形成する発光装置の作製方法であって、
   前記窒化ケイ素膜は、
   成膜時に成膜チャンバ内にシランガスと窒素ガスとアルゴンガスが供給され、
   前記シランガスの前記窒素ガスとアルゴンガスの和に対する流量比［シラン／（窒素＋アルゴン）］が［２／（３００＋５００）］であり、
   反応圧力が０．０１Ｔｏｒｒ以上０．１Ｔｏｒｒ以下であり、
   反応温度が８０℃以上８５℃未満で形成されることを特徴とする発光装置の作製方法。

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