JP4614712B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は結晶性半導体膜と、非結晶性半導体膜とを有する半導体装置を形成する方法に関する。

従来のレーザ光照射方法には、フォトリソグラフィー工程によるマスク、又はメタルマスクを用いて、選択的にレーザ光照射を行う方法がある（特許文献１参照）。特許文献１によると、レーザ光照射によってシリコン膜を結晶化せしめる必要がある領域はソースドライバーとゲイトドライバーであり、アクティブマトリクス回路をマスクによって覆った状態でレーザ光照射を行うことが記載されている。

またアモルファス半導体膜を形成した後、レーザ光に対して透明な保護被膜を形成し、これにレーザ光を照射して半導体被膜の結晶性を改善せしめた後、保護被膜を除去して、半導体被膜の表面を露出させ、ゲート絶縁膜となる被膜を形成する薄膜状半導体装置の作製方法がある（特許文献２参照）。さらに特許文献２には、周辺回路部においてはＫｒＦエキシマレーザー光を用いてシリコン膜の結晶性を改善させたプレーナー型のＴＦＴを形成し、アクティブマトリクスのａ−ＳｉＴＦＴとしては逆スタガー型ＴＦＴを形成することが記載されている（実施例１参照）。また、アクティブマトリクス領域をフォトレジストで覆う等して周辺回路のみにレーザ光を照射することが記載されている（実施例４参照）。
特開平８−１２５１９２号公報 特開平６−８９９０５号公報 （図１、図７）

上記特許文献においては、フォトレジストによりマスクを形成しているが、レジストマスクからの半導体膜へ不純物汚染されてしまう場合がある。

また最近のレーザ光共振器から発振されるレーザ光の出力パワーが高まり、上記特許文献に記載のマスク材料では耐レーザー光性が低くなることが懸念される。具体的にはレジストマスクやメタルマスクを用いて選択的にレーザ光照射を行う場合、レジストマスクやメタルマスクが膨張し、マスクのアライメントがずれる恐れがある。さらに耐えきれなくなると、レジストマスクやメタルマスクが破損する恐れがある。

そこで本発明は、広範囲に渡るレーザ光出力パワーを有するレーザ光を用いて、選択的にレーザ光照射を行う場合において、上記特許文献に記載のマスクとは異なる材料、構造を用いてレーザ光照射を行うことを課題とする。

上記課題を鑑み本発明は、レーザ光を反射させるマスクを形成し、選択的にレーザ光照射を行うことを特徴とする。その結果、非結晶性半導体膜は選択的に結晶化され、その一部が結晶性半導体膜となる。

本発明において、半導体膜が形成された基板の一方の面からレーザ光を照射しても、基板の他方の面からレーザ光を照射してもよい。

具体的には、選択的にレーザ光が照射された結晶性半導体膜は、信号線駆動回路、又は走査線駆動回路を有する駆動回路部の薄膜トランジスタに用いるとよい。またレーザ光が照射されない半導体膜、つまり非結晶性半導体膜は、画素部の薄膜トランジスに用いるとよい。画素部の薄膜トランジスタに非結晶性半導体膜を用いると、多結晶半導体膜を用いる場合と比べ、隣接する薄膜トランジスタ間のバラツキが小さい。また非結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタの電気特性、特にしきい値電圧（Ｖｔｈ）のバラツキは小さくなる。もちろん非結晶性半導体膜は、レーザ光の出力変動に起因するレーザ光照射ムラによる結晶性のばらつきを排除することができる。その結果、表示装置の表示むらが低減され好ましい。

なお本発明において、基板上に形成される半導体膜、つまり非結晶性半導体膜は、非晶質半導体膜、非晶質半導体の中に結晶粒が分散するように存在しているセミアモルファス半導体（以下、ＳＡＳと表記する）、及び非晶質半導体中に０．５ｎｍ〜２０ｎｍの結晶粒を観察することができる微結晶半導体、から選ばれたいずれでもよい。０．５ｎｍ〜２０ｎｍの結晶粒を観察することができる微結晶はいわゆるマイクロクリスタル（μｃ）とも呼ばれている。

これら非結晶性半導体膜の材料として、シリコン（Ｓｉ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、又は炭化珪素（ＳｉＣ）を有することができる。また特に、非晶質半導体膜は、水素を有する場合があり、一般的にａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈと表記することがある。

ＳＡＳは、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ₄をＨ₂で希釈して形成することができ、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体である。この半導体は、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものである。またＳＡＳは、酸素濃度が５×１０¹⁹ａｔｏｍ／ｃｍ³以下であり、ラマンスペクトルにより測定すると５２０ｃｍ^-1より低波数側にピークを有している。

また、未結合手（ダングリングボンド）の中和剤として水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて、さらに格子歪みを助長させることで安定性が増し良好なＳＡＳが得られる。このようなＳＡＳに関する記述は、例えば、特許３０６５５２８号公報で開示されている。

マスクは、少なくとも第１の材料と、第２の材料とが積層した積層膜（２以上の膜が形成されたもの）から形成する。また第１の材料の屈折率をｎ１、第２の材料の屈折率をｎ２とし、ｎ１＜ｎ２を満たす場合、非結晶性半導体膜からレーザ光へ近づくにつれて順に当該第１の材料、当該第２の材料を積層すると好ましい。すなわち、基板の一方の面からレーザ光照射を行う場合、非結晶性半導体膜、第１の材料、第２の材料の順に積層する。また非結晶性半導体膜の下方、つまり基板の他方のからレーザ光照射を行う場合、基板の他方の面から第１の材料、第２の材料の順に積層する。

さらにマスクを構成する第１の材料、及び第２の材料は、照射するレーザ光の波長に対する消衰係数：ｋが０．０１以下であることを特徴とする。

なおマスクを構成する第１の材料、及び第２の材料は複数回に渡って積層してもよい。第１の材料と、第２の材料との積層構造を繰り返すことにより、さらにレーザ光の反射率を高めることが可能である。

また第１の材料の屈折率をｎ１、第２の材料の屈折率をｎ２、非結晶性半導体膜へ照射するレーザ光の波長をλとすると、前記第１の材料の膜厚が（λ／４）×ｎ１を満たし、前記第２の材料の膜厚が（λ／４）×ｎ２を満たすように当該積層膜を形成すると好ましい。

具体的には、第１の材料には酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）を用いることができ、第２の材料には窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）を用いることができる。すなわち酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）と、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）とを積層するマスクを用いて、選択的にレーザ光照射を行うことができる。本発明において便宜上、酸化窒化珪素膜とは、酸化珪素が窒化している状態を指し、組成比において窒素より酸素が多いものを指す。また窒化酸化珪素膜とは、窒化珪素が酸化している状態を指し、組成比において酸素より窒素が多いものを指す。

なお酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）と、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）は、同一チャンバーにおいて、原料ガスの流量を制御することにより連続成膜することができる。更に酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）と、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）はＣＶＤ法を用いて形成することができるため、膜厚分布が高く、好ましい。また具体的に酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）と、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）は、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ法）、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波ＣＶＤ法、及び電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）ＣＶＤ法のいずれかにより形成することができる。また酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）、及び窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）の作製方法はこれらに限定されず、スパッタリング法や蒸着法により形成してもよい。

このような積層膜を構成する第１の材料、又は第２の材料のみを形成すると、レーザ光の吸収率を高めることができる。すなわち、積層膜の第１の材料、又は第２の材料を、選択的にレーザ光を照射する領域に形成することにより、効率よくレーザ光を吸収することができる。特に、基板の他方の面からレーザ光を照射する場合、選択的にレーザ光を照射する領域における基板の他方の面には第１の材料、又は第２の材料を形成するとよい。基板の他方の面からレーザ光を照射する場合、基板によるレーザ光強度の減衰が懸念されるが、第１の材料、又は第２の材料を形成することによりレーザ光の吸収率を高めることができ、好ましい。

本発明において、非結晶性半導体膜に照射するレーザ光は、パルス発振型のレーザ光（以下、パルスレーザー光）、又は連続発振型のレーザ光（以下、ＣＷレーザー光と表記する）を用いることができる。

例えば、パルス発振型のレーザ光、又はＣＷレーザー光としては、ガスレーザー、固体レーザ、又は金属レーザを用いることができる。具体的にはＡｒレーザー、Ｋｒレーザー、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザ、Y₂O₃レーザー、ＹＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、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：サファイヤレーザー、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種を用いることができる。さらに基本波を、非線形光学素子を用いて第２高調波、第３高調波のように高調波に変換してもよい。

またさらに本発明において、レーザ光を照射する前に、非結晶性半導体膜に結晶化を促進させる金属元素（以下、金属元素と表記する）を選択的に添加してもよい。選択的に添加するときのマスクとして、レーザ光を打ち分けるための本発明のマスクを用いることができる。また金属元素はＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎから選ばれた一種又は複数種を用いることができる。そして、電気炉等を用いた加熱処理を行って、選択的に結晶性半導体膜を形成してもよい。金属元素は非結晶性半導体膜の結晶化を促進する程度に非結晶性半導体膜を接するように添加すればよい。例えば、スピンコーティング法、若しくはディップ法といった金属元素を含む溶液を塗布する方法、イオン注入法、又はスパッタリング法により非結晶性半導体膜に金属元素を添加することができる。

なお、本発明は酸化窒化珪素膜、及び窒化酸化珪素膜等、異なる材料を積層することにより、マスク全体の高さを低くすることができる。一方、単層の酸化窒化珪素膜、又は窒化酸化珪素膜からマスクを形成すると、レーザ光を効率よく反射させるためには、マスクの高さを数百μｍとする必要がある。高いマスクは非常に不安定なものとなり、このようなマスクを形成すると、工程の歩留まりが低くなり、量産には向いていない。

このように本発明は、マスクとして、屈折率がより低い（ｎ１）第１の材料と、第１の材料より屈折率の高い（ｎ２）第２の材料とを順に積層することにより、レーザ光を効率よく反射させることができる。その結果、マスクの耐レーザー光性が向上し、広範囲に渡って選択的な結晶化を行うことができる。すなわち本発明により選択的なレーザ結晶化を行うことが可能となり、画素部と、駆動回路部とにおける半導体膜の結晶性を異ならせることができる。

本発明のようにマスクを使用してレーザ光を選択的に照射する場合、マスクを使用しないでレーザ光の照射位置を制御する場合と比較して、照射領域と、非照射領域とのマージンのアライメント精度が向上する。特に、大型基板から多数パネルを形成する、いわゆる多面取りを行う場合、マスクを用いてレーザ光を選択的に打ち分ける本発明は好適である。

画素部の薄膜トランジスタに非結晶性半導体膜を用いると、多結晶半導体膜を用いる場合と比べ、隣接する薄膜トランジスタ間のバラツキが小さく、さらに非結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタの電気特性、特にしきい値電圧（Ｖｔｈ）のバラツキは小さくなる。特に画素部の半導体膜を非晶質、微結晶、セミアモルファス状態とすることにより、レーザ光の出力変動に起因するレーザ光照射ムラによる結晶性のばらつきを排除することができる。その結果、表示装置の表示むらが低減され、表示品質を向上することができる。

また駆動回路部の薄膜トランジスタに結晶性半導体膜を用いると、狭額縁化を達成することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、非結晶性半導体膜に設けられたマスクの構成について説明する。

図１（Ａ）には、絶縁表面を有する基板１０の一方の面に非結晶性半導体膜１１を介してマスク１２が設けられている。マスク１２は、第１の材料１３、及び第２の材料１４から形成され、特に第１の材料には屈折率のより低い材料を用い、第２の材料には第１の材料より屈折率の高い材料を用いるとよい。例えば第１の材料１３に酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）を用い、第２の材料１４に窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）を用いることができる。また例えば、酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）は、プラズマＣＶＤ法を用い、原料ガスにSiH₄、N₂O、圧力が０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）、RFパワーが１５０Ｗ、RF周波数が６０ＭＨｚ、基板温度が４００℃として形成することができる。また窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）は、プラズマＣＶＤ法を用い、原料ガスにSiH₄、N₂O、NH₃、H₂、圧力が０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）、RFパワーが５０Ｗ、RF周波数が６０ＭＨｚ、基板温度が４００℃として形成することができる。

酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）の膜厚、及び窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）の膜厚は、照射するレーザ光の波長、各材料の屈折率に基づいて決定することができる。具体的には、レーザ光波長が３０８ｎｍの場合、実施例１の結果を参照して決定することができる。

このようなマスク１２を用いて、基板の一方の面からレーザ光１５を照射すると、マスク１２においてレーザ光１５が反射され、非結晶性半導体膜１１に照射されるレーザ光のエネルギーは低減される。そのため、非結晶性半導体膜１１は結晶化されず、又はわずかに結晶化されるにとどまり、マスクが形成されていない領域と比べると、結晶性が低い半導体膜となっている。なおマスク１２に用いる酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）と、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）とを選択的にエッチングする必要がある場合、リン酸を有するエッチャントを用いてウェットエッチングすればよい。

図１（Ｂ）には、図１（Ａ）と異なり、基板の他方の面からレーザ光を照射する場合を示す。

絶縁表面を有する基板１０の一方の面に形成された非結晶性半導体膜１１と、基板１０の他方の面に形成されたマスク１２とを有する。マスク１２の構成は、図１（Ａ）と同様であって、特に第１の材料には屈折率のより低い材料を用い、第２の材料には第１の材料より屈折率の高い材料を用いるとよい。すなわち、レーザ光照射面にはより屈折率の高い材料を配置し、被照射物、つまり非結晶性半導体膜１１に向かってより屈折率の低い材料を配置すると好ましい。

このようなマスク１２を用いて、基板の他方の面からレーザ光１５を照射すると、マスク１２においてレーザ光１５が反射され、非結晶性半導体膜１１に照射されるレーザ光のエネルギーは低減される。そのため、非結晶性半導体膜１１は結晶化されず、又はわずかに結晶化されるにとどまり、マスクが形成されていない領域と比べると、結晶性が低い半導体膜となっている。

図２（Ａ）には、図１と異なり、絶縁表面を有する基板１０の一方の面に形成された非結晶性半導体膜１１に対して、第１の領域にはマスクとして、第１の材料、及び第２の材料からなる積層膜が設けられ、第２の領域にはマスクとして第２の材料からなる単膜（１つの膜として形成されたもの）が設けられている。すると、積層膜が形成された第１の領域ではレーザ光１５の反射率を高めることができ、積層膜の一つである単膜が形成された第２の領域ではレーザ光１５の吸収率を高めることができる。

例えば第１の材料１３に酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）を用い、第２の材料１４に窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）を用いることができる。酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）の膜厚、及び窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）の膜厚は、照射するレーザ光の波長、各材料の屈折率に基づいて決定することができる。具体的には、レーザ光波長が３０８ｎｍの場合、第１の領域では反射率を高め、且つ第２の領域では吸収率を高める膜厚は、実施例１の結果等を参照して決定することができる。

図２（Ｂ）には、図２（Ａ）と異なり、基板の他方の面からレーザ光を照射する場合を示す。

絶縁表面を有する基板１０の一方の面に形成された非結晶性半導体膜１１と、基板１０の他方の面に形成されたマスク１２とを有し、第１の領域にはマスクとして、第１の材料、及び第２の材料からなる積層膜が設けられ、第２の領域にはマスクとして第２の材料からなる単膜が設けられている。そして基板の他方の面からレーザ光１５が照射される。

基板の他方の面からレーザ光１５が照射される場合、基板１０によりレーザ光１５のエネルギーが減衰することが懸念される。そこで、図２（Ｂ）のように第２の領域にレーザ光１５の反射率を低下させるためのマスク、いわゆる反射防止膜を形成することは好適である。

なお図２（Ｂ）では、基板の他方の面にマスク１２を形成したが、基板１０の一方の面にマスク１２を形成し、マスク上に非結晶性半導体膜１１を形成し、基板の他方の面からレーザ光１５を照射してもよい。この場合、レーザ光１５のエネルギー吸収率を高めるマスク１２と非結晶性半導体膜１１が極めて近くに配置されるため、顕著な効果を奏する。

本実施の形態のマスクは、レーザ光を反射させるためレーザ光のエネルギーによるマスクの膨張、又は破損がなく好ましい。さらに本実施の形態はマスクを用いてレーザ光を選択的に照射することができるため、いわゆる多面取りを行う場合に好適である。

さらに、マスク１２において、レーザ光の反射率を高めたり、反射率を低くしたりできるため、レーザ光を選択的に照射する工程に本実施の形態で示したマスクは好適である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、マスクを用いたレーザ光結晶化工程を含む薄膜トランジスタの作製工程、及び有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた表示装置の作製工程について説明する。

まず図３（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板１００の一方の面に積層膜１０１ａ、１０１ｂからなる下地膜１０１を形成する。基板１００には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ステンレス（ＳＵＳ）基板等を用いることができる。また、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮに代表されるプラスチックや、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に他の基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。

下地膜１０１は基板１００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法を用いて酸化窒化珪素膜を１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）、酸化窒化シリコン膜を５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）の順に積層して形成する。なお下地膜は単層でもよく、例えば窒化酸化珪素膜を１０〜４００ｎｍ（好ましくは５０〜３００ｎｍ）の膜厚になるように形成することができる。

ガラス基板、ＳＵＳ基板またはプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさして問題とならない場合は、必ずしも設ける必要はない。

下地膜１０１上の画素部に、一導電型を有する半導体膜１０２を形成し、ソース電極、又はドレイン電極となるようにパターニングし、一導電型を有する半導体膜１０２上にはＮ型を有する半導体膜１０３を形成する。このとき駆動回路部上にはレジストマスクを形成しておけばよい。

次いで、画素部、及び駆動回路部に、非結晶性半導体膜１０４を形成する。このとき駆動回路部に形成されたレジストマスクは除去してから、非結晶性半導体膜１０４を形成すればよい。非結晶性半導体膜１０４の膜厚は２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）とする。また非結晶性半導体膜は珪素を主成分とする材料だけではなくシリコンゲルマニウムを有する材料から構成することができる。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。また非結晶性半導体膜としてＳＡＳを形成する場合、珪化物気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪化物気体としては、ＳｉＨ₄であり、その他にもＳｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＦ₄などを用いることができる。この珪化物気体を水素、水素とヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種のガスで希釈して用いることでＳＡＳの形成を容易なものとすることができる。本実施の形態では非結晶性半導体膜として、プラズマＣＶＤ法を用いて４０ｎｍの珪素を主成分とする非晶質半導体膜（非晶質珪素膜とも表記する）を形成する。

そして画素部に設けられた非結晶性半導体膜１０４上にマスクとして積層膜を形成する。本実施の形態では、積層膜を形成する第１の材料１０６ａとして酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）を用い、第２の材料１０６ｂとして窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）を用いる。酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）の膜厚は実施例１を参照して決定することができる。本実施の形態では酸化窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）の膜厚を４５ｎｍとし、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）の膜厚を４０ｎｍとする。

その後パルス発振型のエキシマレーザー光（ＸｅＣｌ、発振波長３０８ｎｍ）を、基板の一方の面から照射する。すると、画素部の非結晶性半導体膜１０４はマスクによりレーザ光が７割近く反射される。その結果、画素部に形成された非結晶性半導体膜１０４は結晶性が向上せず非結晶性半導体の状態にとどまり、駆動回路部に形成された非結晶性半導体膜１０４は結晶化し、結晶性半導体膜となる。

図３（Ｂ）に示すように、画素部に形成された、Ｎ型を有する半導体膜１０３、非結晶性半導体膜１０４、及び駆動回路部に形成された結晶性半導体膜をパターニングする。このとき、非結晶性半導体の状態にとどまっている非結晶性半導体膜は、薄膜トランジスタの電気特性を考慮して、できる限りチャネル形成領域を大きくすると好ましい。

その後、非結晶性半導体膜、及び結晶性半導体膜を覆ってゲート絶縁膜１０７を形成する。ゲート絶縁膜１０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１０〜１５０ｎｍ、非常にチャネル領域の小さいサブミクロンＴＦＴの場合好ましくは１０〜５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により３０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いてもよい。

図３（Ｃ）に示すように、非結晶性半導体膜、及び結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜１０７を介してゲート電極となる導電膜１０８を形成する。導電膜１０８は、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ればよく、単層であっても積層であってもよい。本実施の形態では、ゲート絶縁膜１０７を覆うように、第１の導電膜１０８ａとして膜厚５０ｎｍの窒化タンタル膜を形成し、第２の導電膜１０８ｂとして膜厚３７０ｎｍのタングステン膜を順次積層する。その後、第１の導電膜１０８ａ、第２の導電膜１０８ｂを、レジストマスクを用いてエッチングする。本実施の形態のエッチング条件は、第１の導電膜１０８ａは端部がテーパ形状となり、第２の導電膜１０８ｂは第１の導電膜より細くなるようにする。

なお導電膜をエッチングする場合、画素部と、駆動回路部とでエッチング条件を異ならせるときは、一方の領域をレジストマスクで覆った状態でエッチングを行えばよい。

本実施の形態のようにエッチングされたゲート電極を用いて、自己整合的に不純物元素を添加し、不純物領域１０９、１１１を形成する。このときボロン（Ｂ）等の不純物元素を添加することによりｎチャネル型の不純物領域１０９、燐（Ｐ）等の不純物元素を添加することによりｐチャネル型の不純物領域１１１が形成される。また、第１の導電膜１０８ａのテーパの下には、ｎチャネル型の低濃度不純物領域（いわゆるＧＯＬＤ領域）１１０、ｐチャネル型の低濃度不純物領域１１２が形成されている。

なお、ゲート電極を覆って窒化珪素膜等の絶縁膜を形成した後、４００〜４５０度程度に加熱し、半導体膜からの水素出しを行うとよい。その後、層間絶縁膜１１５を形成する。層間絶縁膜１１５は、無機材料又は有機材料を有する絶縁膜により形成することができる。また層間絶縁膜１１５は、珪素と酸素とが骨格基を形成し、水素又はアルキル基を有する材料、いわゆるシロキサンから形成してもよい。本実施の形態では、酸化珪素を有する絶縁膜を用いて１．０５μｍに形成する。

また層間絶縁膜１１５を積層してもよい。配線１１６と同一レイヤに複数の配線が形成される場合、層間絶縁膜１１５を積層することにより、電界発光層を設ける開口部を広くとることができ好ましい。

その後、画素部に形成されたソース電極、ドレイン電極、及び駆動回路部に形成された不純物領域１０９、１１１と接続するように配線（ソース配線、又はドレイン配線ともいう）１１６を形成する。なお配線１１６と同時に、画素部に形成される信号線や、電源線を形成する。配線としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いればよく、これら金属を窒化した状態で形成してもよい。本実施の形態では、チタン膜／チタンーアルミニウム合金膜／チタン膜（Ｔｉ/Ａｌ−Ｓｉ/Ｔｉ）をそれぞれ１００／３５０／１００ｎｍに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングする。

図３（Ｄ）に示すように、画素部１２６には非結晶性半導体膜、本実施の形態では非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ）を有するｎチャネル型ＴＦＴ１２５が形成される。また、駆動回路部１２３には、結晶性半導体膜、本実施の形態では結晶性珪素膜（ｐ−Ｓｉ）を有するｎチャネル型ＴＦＴ１２２、及びｐチャネル型ＴＦＴ１２１が形成される。なお画素部に形成されるｎチャネル型ＴＦＴ１２５、及び駆動回路部に形成されるｎチャネル型ＴＦＴ１２２、及びｐチャネル型ＴＦＴ１２１は半導体膜上方、つまりチャネル形成領域上方にゲート電極が設けられたトップゲート型構造となるように形成したが、半導体膜下方、つまりチャネル形成領域下方にゲート電極が設けられたボトムゲート型構造となるように形成してもよい。

画素部に形成される、発光素子の第１の電極（陽極又は陰極を指す）１１７は、非結晶性半導体膜を有するＴＦＴの一方の電極と接続するように形成される。本実施の形態では、ｎチャネル型ＴＦＴ１２５のドレイン電極と発光素子の陰極とが接続するように形成する。

そして、配線１１６を覆い、かつ発光素子の第１の電極１１７の端部を覆うように絶縁膜１１８を形成する。絶縁膜１１８は、発光材料をマトリクス状に形成し、分けるための隔壁、いわゆる土手として機能する。絶縁膜１１８は、無機材料、又は感光性若しくは非感光性の有機材料を用いて形成する。例えば、絶縁膜１１８の材料としてネガ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁膜１１８の上端部に第１の曲率半径を有し、前記絶縁物の下端部に第２の曲率半径を有する土手が形成される。第１の曲率半径および第２の曲率半径は、０．２μｍ〜３μｍとすると好ましい。また、有機材料から形成する場合、パッシベーション膜として窒化珪素膜を形成するとよい。

その後、発光素子の第１の電極１１７上の土手に開口部を形成する。開口部の端部、特に下側の端部は、なめらかなテーパ形状を有するように形成すると好ましい。開口部には非常に膜厚の薄い電界発光層１１９を形成し、電界発光層１１９上には発光素子の第２の電極１２０を形成し、該発光素子の第１の電極１１７と第２の電極１２０とがショートすることを防止するためである。

なお画素構成により、発光素子の第１の電極及び第２の電極のいずれも陽極、又は陰極となりうる。例えば、第１の電極を陽極とし、第２の電極を陰極とする場合で具体的な電極材料について説明する。

陽極材料としては、仕事関数の大きい（仕事関数４．０eV以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。陽極材料の具体例としては、ＩＴＯ（indium tin oxide）、酸化インジウムに２〜２０%の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（indium zinc oxide）の他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等を用いることができる。

一方、陰極材料としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８eV以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。陰極材料の具体例としては、元素周期律の１族または２族に属する元素、すなわちＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）や化合物（ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ₂）の他、希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができる。但し、陰極は透光性を有する必要があるため、これら金属、又はこれら金属を含む合金を非常に薄く形成し、ＩＴＯ等の金属（合金を含む）との積層により形成する。これら陽極、及び陰極は蒸着法、スパッタリング法等により形成することができる。

また、電界発光層１１９として、フルカラー表示とする場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光を示す材料を、それぞれ蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法などによって選択的に形成すればよい。具体的には、ＨＩＬとしてＣｕＰｃやＰＥＤＯＴ、ＨＴＬとしてα−ＮＰＤ、ＥＴＬとしてＢＣＰやＡｌｑ₃、ＥＩＬとしてＢＣＰ：ＬｉやＣａＦ₂をそれぞれ用いる。また例えばＥＭＬは、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの発光色に対応したドーパント（Ｒの場合ＤＣＭ等、Ｇの場合ＤＭＱＤ等）をドープしたＡｌｑ₃を用いればよい。

その後、水分や酸素による電界発光層１１９の劣化を防止するため、発光素子の第２の電極１２０を覆って、窒化珪素膜等の絶縁膜を形成する。そしてシール材を用いて対向基板を張り合わせる。このように対向基板を張り合わせることにより形成される空間には、窒素等の不活性ガスを充填したり、透光性を有し、吸水性の高い材料により充填するとよい。

そして、以上のように形成された薄膜トランジスタを有する半導体装置、本実施の形態においては有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた表示装置を作製することができる。その他の半導体装置としては、集積回路や半導体表示装置であって、特に液晶表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等の半導体表示装置の画素部及び駆動回路部に本実施の形態のように形成された薄膜トランジスタを用いることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２で示した駆動回路部に用いる薄膜トランジスタにおいて、金属元素を添加した結晶化により結晶性半導体膜を形成する場合を説明する。

図４（Ａ）には、図３（Ａ）と同様に画素部にマスクとして積層膜１０６ａ及び１０６ｂを形成する。該マスクを用いて金属元素を添加する。ここで添加とは、少なくとも結晶化が促進されるように非結晶性半導体膜１０４の表面上に金属元素を形成することをいう。金属元素を添加することにより、低温で結晶化できる。

例えば、非結晶性半導体膜１０４上にスピンコーティング法やディップ法といった塗布方法によりＮｉ溶液（水溶液や酢酸溶液を含む）を塗布し、Ｎｉを含む膜１２８（但し、極めて薄いため膜として観測できない場合もある）を形成する。このとき非結晶性半導体膜１０４の表面の濡れ性を改善し、非結晶性半導体膜の表面全体に水溶液を行き渡らせるため、酸素雰囲気中でのＵＶ光の照射、熱酸化法、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水又は過酸化水素による処理等により、酸化膜（図示しない）を１０〜５０Å（１〜５ｎｍ）に成膜することが望ましい。また、イオン注入法によりＮｉイオンを非晶質半導体膜中に注入したり、Ｎｉを含有する水蒸気雰囲気中で加熱したり、ターゲットをＮｉ材料としてＡｒプラズマでスパッタリングしてもよい。本実施の形態では、Ｎｉ酢酸塩１０ｐｐｍを含有した水溶液をスピンコーティング法により塗布する。

その後、図４（Ｂ）に示すように基板の一方の面からレーザ光を照射する。その結果、駆動回路部の非結晶性半導体膜１０４は結晶化し、結晶性半導体膜となる。このとき、加熱炉を用いて、４５０〜５００℃で０．５〜５時間かけて熱処理を行ってもよい。但し、マスクが設けられた領域の非結晶性半導体膜が結晶化しないようにする。

以下の工程は、実施の形態２を参照すればよい。

本実施の形態のように、金属元素を選択的に添加する場合、マスクを使うことができる。

以上のようにして、画素部には非結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタ、駆動回路部には結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを形成することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、図２（Ａ）に示すようにマスクを形成する場合について説明する。

図５には、図３と同様に非結晶性半導体膜１０４まで形成し、画素部に積層膜１０６ａ及び１０６ｂからなるマスクを形成し、駆動回路部に単膜１０６ｂからなるマスクを形成する。その後、基板の一方の面からレーザ光を照射する。

このように形成されたマスクにより、画素部に形成された非結晶性半導体膜１０４を非結晶状態にとどめ、駆動回路部に形成された非結晶性半導体膜１０４を結晶化し結晶性半導体膜とする。特にこのとき、駆動回路部に形成された単膜１０６ｂにより、レーザ光１０５の吸収率を高めることができる。すなわち、図５に示すマスクにより、レーザ光の照射を効率よく行うことができる。

以下の工程は、実施の形態２を参照すればよい。

本実施の形態は、上記の実施の形態２、３と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、マスクを用い基板の他方の面からレーザ光を照射するレーザ光結晶化工程を含む薄膜トランジスタの作製工程、及び有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた表示装置の作製工程について説明する。なお本実施の形態では、画素部に形成される薄膜トランジスタをボトムゲート型構造とする場合で説明する。

図６（Ａ）に示すように、実施の形態２と同様に、絶縁表面を有する基板１００の一方の面に積層膜１０１ａ、１０１ｂからなる下地膜１０１を形成する。次いで画素部には、導電膜を形成し、ゲート電極１３１となるようにパターニングする。そしてゲート電極１３１を覆って、マスクとして第１の材料１０６ａ、及び第２の材料１０６ｂからなる積層膜を形成する。積層膜は、画素部のゲート絶縁膜としても機能することができる。そのため、積層膜を除去する工程を削除することができ好ましい。

その後、基板の他方の面からレーザ光を照射する。このとき、画素部では下地膜１０１は、該下地膜によりレーザ光のエネルギーが吸収されないような材料、又は膜厚とする。また駆動回路部では、下地膜を単層とし、レーザ光のエネルギー吸収が高まるような材料、及び膜厚とすると好ましい。例えば、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ）を用いることができる。

すると、画素部の非結晶性半導体膜１０４は、積層膜１０６ａ、及び１０６ｂ、及びゲート電極１３１によりレーザ光が照射されず、非結晶状態にとどまる。駆動回路部の非結晶性半導体膜１０４は、レーザ光が照射されて結晶化し、結晶性半導体膜となる。

図６（Ｂ）に示すように、画素部の非結晶性半導体膜１０４にＮ型を有する半導体膜１０３を形成する。このとき、駆動回路部の結晶性半導体膜上にはレジストマスク等を形成しておけばよい。その後、画素部の非結晶性半導体膜１０４及びＮ型を有する半導体膜１０３、駆動回路部の結晶性半導体膜をパターニングする。

図６（Ｃ）に示すように、画素部のＮ型を有する半導体膜１０３上に、一導電型を有する半導体膜１３２を形成し、ソース電極、及びドレイン電極となるようにパターニングし、同様にＮ型を有する半導体膜１０３もパターニングする。このとき、駆動回路部の結晶性半導体膜上にはレジストマスク等を形成しておけばよい。その後、画素部、及び駆動回路部に絶縁膜１３３を形成する。絶縁膜１３３は、駆動回路部のゲート絶縁膜として機能する。

図６（Ｄ）に示すように、画素部上にレジストマスク１３５等を形成し、駆動回路部に形成された結晶性半導体膜上にゲート電極を形成する。ゲート電極は実施の形態２と同様に形成すればよく、第１の導電膜１０８ａ、及び第２の導電膜１０８ｂとの積層構造で形成することができる。そして実施の形態２と同様に、第１の導電膜１０８ａ、及び第２の導電膜１０８ｂを、ゲート電極となるようにエッチングし、ゲート電極をマスクとして自己整合的に不純物領域、ＧＯＬＤ領域を形成する。特にボロン（Ｂ）等の不純物元素を添加することによりｎチャネル型の不純物領域１０９、燐（Ｐ）等の不純物元素を添加することによりｐチャネル型の不純物領域１１１が形成される。

図７（Ａ）に示すように、実施の形態２と同様に、層間絶縁膜１１５を形成し、各配線１１６を形成する。そして、画素部１２６には非結晶性半導体膜、本実施の形態では非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ）を有するｎチャネル型ＴＦＴ１２５が形成される。また、駆動回路部１２３には、結晶性半導体膜、本実施の形態では結晶性珪素膜（ｐ−Ｓｉ）を有するｎチャネル型ＴＦＴ１２２、及びｐチャネル型ＴＦＴ１２１が形成される。なお画素部に形成されるｎチャネル型ＴＦＴ１２５はボトムゲート型構造となり、駆動回路部に形成されるｎチャネル型ＴＦＴ１２２、及びｐチャネル型ＴＦＴ１２１はトップゲート型構造となるように形成される。

その後、図７（Ｂ）に示すように、配線１１６を覆うように絶縁膜１１８を形成し、開口部を形成する。画素部のｎチャネル型ＴＦＴのドレイン電極と接続された配線、つまりドレイン配線と接続するように、開口部に発光素子の第１の電極１１７を形成し、電界発光層１１９、第２の電極１２０を順に形成する。

そして、以上のように形成された薄膜トランジスタを有する半導体装置、本実施の形態においては有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた表示装置を作製することができる。その他の半導体装置としては、集積回路や半導体表示装置であって、特に液晶表示装置、ＤＭＤ等の半導体表示装置の画素部及び駆動回路部に本実施の形態のように形成された薄膜トランジスタを用いることができる。

本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態２で示した駆動回路部に用いる薄膜トランジスタにおいて、金属元素を添加した結晶化により結晶性半導体膜を形成する場合を説明する。

図８（Ａ）には、図６（Ａ）と同様に画素部にマスクとして積層膜１０６ａ、及び１０６ｂを形成する。該マスクを用いて金属元素を添加する。金属元素を添加する手段は実施の形態３を参照すればよく、例えばＮｉを含む膜１２８を形成する。金属元素を添加することにより、低温で結晶化できる。

その後、図８（Ｂ）に示すように基板の他方の面からレーザ光を照射する。その結果、駆動回路部の非結晶性半導体膜１０４は結晶化し、結晶性半導体膜となる。このとき、加熱炉を用いて、４５０〜５００℃で０．５〜５時間かけて熱処理を行ってもよい。但し、マスクが設けられた領域の非結晶性半導体膜が結晶化しないようにする。

以下の工程は、実施の形態５を参照すればよい。

本実施の形態のように、金属元素を選択的に添加する場合、マスクを使うことができる。

以上のようにして、画素部には非結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタ、駆動回路部には結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを形成することができる。

（実施の形態７）
本実施の形態では、基板の他方の面からレーザ光を照射し、且つマスクを基板の他方の面に形成する場合を説明する。

図９（Ａ）には、図３（Ａ）と同様に、非結晶性半導体膜１０４までを形成する。図３（Ａ）と異なる点は、基板の他方の面にマスクを形成している。具体的には、画素部において積層膜１０６ａ、及び１０６ｂが配置され、駆動回路部において単膜１０６ａが配置されるようにマスクを基板の他方の面に形成する。

その後、基板の他方の面からレーザ光を照射する。このとき、画素部に形成された非結晶性半導体膜１０４は、積層膜により非結晶状態にとどまる。駆動回路部に形成された非結晶性半導体膜１０４は、レーザ光が照射されるため結晶化し、結晶性半導体膜となっている。特に、駆動回路部では基板１００によりレーザ光のエネルギーが減衰されることが懸念されるが、単膜１０６ａが設けられたことにより、レーザ光のエネルギー吸収率を高めることができる。

図９（Ｂ）には、図６（Ａ）と同様に、非結晶性半導体膜１０４までを形成する。このときゲート絶縁膜として機能する絶縁膜１４０を図６（Ａ）と同様に形成する。しかし、該絶縁膜１４０はレーザ光を吸収させるように形成する必要がない。そのため、基板の他方の面にマスクを形成する。具体的には、画素部において積層膜１０６ａ、及び１０６ｂが配置され、駆動回路部において単膜１０６ａが配置されるようにマスクを基板の他方の面に形成する。

その後、基板の他方の面からレーザ光を照射する。このとき、画素部に形成された非結晶性半導体膜１０４は、積層膜により非結晶状態にとどまる。駆動回路部に形成された非結晶性半導体膜１０４は、レーザ光が照射されるため結晶化し、結晶性半導体膜となっている。特に、駆動回路部では基板１００によりレーザ光のエネルギーが減衰されることが懸念されるが、単膜１０６ａが設けられたことにより、レーザ光のエネルギー吸収率を高めることができる。

以上のようにして、画素部には非結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタ、駆動回路部には結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを形成することができる。

（実施の形態８）
本実施の形態では、画素部に発光素子を有する表示装置の構造について説明する。

図１６（Ａ）には、絶縁表面を有する基板１００に設けられた結晶性珪素膜を有するｎチャネル型ＴＦＴ１２２と、非結晶性珪素膜を有するｎチャネル型ＴＦＴ１２５が設けられている。図１６（Ａ）に示す非結晶性珪素膜の構造は、図７に示す構造とチャネル保護膜を有する点で異なる。そのため、その他の構成の説明は省略する。すなわち図１６（Ａ）に示す非結晶性珪素膜の構造は、非結晶性珪素膜１０４のチャネル形成領域を覆うように、絶縁膜で形成されたチャネル保護膜１３４が形成されている。チャネル保護膜は、ＴＦＴのソース配線、及びドレイン配線の作製工程において、非結晶性珪素膜のチャネル形成領域がエッチングされてしまうのを防ぐために設ける。このようにチャネル保護膜を設ける構造を、チャネル保護型のボトムゲート構造と呼ぶことがある。

そして、チャネル保護膜１３４、非結晶性珪素膜１０４を覆うように、Ｎ型を有する半導体膜１０３を形成し、Ｎ型を有する半導体膜上に一導電型を有する半導体膜１３２を形成し、ソース電極、及びドレイン電極となるようにパターニングし、同様にＮ型を有する半導体膜１０３もパターニングする。

発光素子の第１の電極（本実施の形態では陽極となる）１１７、配線１１６を覆い、かつ発光素子の第１の電極１１７の端部を覆うように絶縁膜１１８、絶縁膜の開口部に電界発光層１１９、電界発光層上に発光素子の第２の電極（本実施の形態では陰極となる）１２０を形成する。

図１６（Ａ）に示す表示装置の構造は、電界発光層１１９から第２の電極１２０側へ光が射出する（図面矢印方向）。そのため、第１の電極１１７は反射性の高い導電性材料を用い、第２の電極１２０は透光性の高い導電性材料を用いる。

そのため第１の電極１１７及び第２の電極１２０が上記材料により形成されれば、非結晶性珪素膜をｐチャネル型として、第１の電極１１７を陰極とし、第２の電極１２０を陽極として形成してもよい。

非結晶性半導体膜を画素部に用いると、ＴＦＴの電流特性からチャネル形成領域を大きく設計することが必要とされる場合がある。その場合、図１６（Ａ）に示すように電界発光層１１９からの光が第２の電極１２０側へ射出する構造が好ましい。

図１６（Ｂ）に示す表示装置の構造は、電界発光層からの光の射出方向が基板１００側のみである点が異なる。その他の構成は図１６（Ａ）と同様であるため説明を省略する。そのため第１の電極１１７は透光性の高い導電性材料を用い、第２の電極１２０は反射性の高い導電性材料を用いる。

図１６（Ａ）（Ｂ）のように、光の出射方向とならない側に設けられた発光素子の電極に、反射性の高い導電膜を用いることにより光を有効利用することができる。

図１６（Ｃ）に示す表示装置の構造は、電界発光層からの光の射出方向が基板１００側、及び第２の電極１２０側となる点が異なる。その他の構成は図１６（Ａ）と同様であるため説明を省略する。そのため第１の電極１１７及び第２の電極１２０は透光性の高い導電性材料を用いる。

本実施の形態において、透光性を有する導電膜を得るためには、非透光性を有する導電膜を、透光性を有するように薄く形成し、その上に透光性を有する導電膜を積層してもよい。

以上のようにして、画素部には非結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタ、駆動回路部には結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを形成する表示装置を製造することができる。

（実施の形態９）
本実施の形態では、多面取りを行う方法について説明する。

例えば、図１４（Ａ）に示すように一枚の基板から１６個のパネルを得る多面取りの場合、非結晶性半導体膜１１の画素部が形成される領域に、第１の材料１３と、第２の材料１４の積層膜からなるマスクを形成する。そして、ＣＷレーザー光１５ａを基板の一方向から走査し、往復走査することにより非結晶性半導体膜１１の全面にレーザ光を照射する。ＣＷレーザー光は、現状パワーがさほど大きくないため、線状に加工したレーザービーム形状は小さなものとなってしまう。

また図１４（Ｂ）に示すように、パルスレーザー光１５ｂを用いることもできる。パルスレーザー光は、現状パワーが大きく、線状に加工したレーザービーム形状を長軸方向に３０ｃｍ程度と大きくできる。そのため、一度の走査で非結晶性半導体膜１１の全面にレーザ光を照射するも可能である。なお、駆動回路部毎に、パルスレーザー光を走査する方向を変えてもよい。例えば、図１４（Ｂ）をみると、各駆動回路部の長軸方向とパルスレーザー光１５ｂのビームの長軸と、が合うようパルスレーザー光１５ｂの照射方向を変えて照射する。

勿論、図１４（A）（Ｂ）において、駆動回路部にレーザ光１５の反射率を低めるためのマスクを形成してもよい。

このようなレーザ照射により、マスクが設けられた画素部は非結晶性半導体膜の状態となっており、マスクが設けられていない駆動回路部は結晶性半導体膜とすることができる。なお図１４（Ａ）（Ｂ）では本発明の特徴であるマスクを強調して記載したが、実際のマスクのサイズは上記実施の形態を参照すればよい。

そして図１４（Ａ）（Ｂ）に示す基板から各パネルを切断する。その後、各パネルに、プリント基板上に形成されたコントローラ、電源回路、Ｉ／Ｆ等を含むＩＣがFPCを介して実装された状態にあるモジュールが完成する。

図１５にコントローラ８０１及び電源回路８０２がパネル８００に実装されたモジュールの外観図を示す。パネル８００には、発光素子又は液晶素子が各画素に設けられた画素部８０３と、前記画素部８０３が有する画素を選択する走査線駆動回路８０４と、選択された画素にビデオ信号を供給する信号線駆動回路８０５とが設けられている。走査線駆動回路８０４や信号線駆動回路８０５は駆動回路部に相当する。このとき、画素部８０３が有する半導体素子は非結晶性を有し、走査線駆動回路８０４と、信号線駆動回路８０５とが有する半導体素子は結晶性を有する。

なお、必ずしも走査線駆動回路８０４、及び信号線駆動回路８０５を同一基板に形成する必要はなく、例えば走査線駆動回路８０４のみを同一基板に形成し、信号線駆動回路８０５をＩＣチップにより形成し、実装してもよい。すなわち本発明は、画素部８０３が有する半導体素子は非結晶性を有し、同一基板に形成される駆動回路部の半導体素子は結晶性を有する。

またプリント基板８０６にはコントローラ８０１、電源回路８０２が設けられており、コントローラ８０１または電源回路８０２から出力された各種信号及び電源電圧は、ＦＰＣ８０７を介してパネル８００の画素部８０３、走査線駆動回路８０４、信号線駆動回路８０５に供給される。

プリント基板８０６への電源電圧及び各種信号は、複数の入力端子が配置されたインターフェース（I/F）部８０８を介して供給される。

なお、本実施の形態ではパネル８００にプリント基板８０６がＦＰＣを用いて実装されているが、必ずしもこの構成に限定されない。ＣＯＧ(Chip on Glass)方式を用い、コントローラ８０１、電源回路８０２をパネル８００に直接実装させるようにしても良い。

また、プリント基板８０６において、引きまわしの配線間に形成される容量や配線自体が有する抵抗等によって、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりすることがある。そこで、プリント基板８０６にコンデンサ、バッファ等の各種素子を設けて、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりするのを防ぐようにしても良い。

以上のように、上記実施の形態により非結晶性半導体膜と、結晶性半導体膜を有するモジュールを形成することができる。

（実施の形態１０）
本発明を適用して作製される電子機器の一例として、デジタルカメラ、カーオーディオなどの音響再生装置、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(携帯電話、携帯型ゲーム機等)、家庭用ゲーム機などの記録媒体を備えた画像再生装置などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図１０に示す。

図１０(Ａ)は携帯端末のうちの携帯電話機であり、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２１０７等を含む。表示部２１０３は、画素部及び駆動回路部を有するモジュールが設けられている。画素部は、発光素子、又は液晶素子を有し、マスクにより非結晶状態となる半導体膜を有するＴＦＴを有する。発光素子を有する画素部は、基板に対して両方向に光が射出される両面発光パネルを用いてもよい。はまた駆動回路部は、選択的に結晶化された結晶性半導体膜を有するＴＦＴを有する。表示部２１０３を上記実施の形態で示した多面取りにより形成することにより、携帯電話機のコストを低減することができる。

図１０(Ｂ)はモバイルコンピュータであり、本体２２０１、表示部２２０２、スライタス２２０３、操作ボタン２２０４、外部インターフェース２２０５等を含む。表示部２２０２は、画素部及び駆動回路部を有するモジュールが設けられている。画素部は、発光素子、又は液晶素子を有し、マスクにより非結晶状態となる半導体膜を有するＴＦＴを有する。また駆動回路部は、選択的に結晶化された結晶性半導体膜を有するＴＦＴを有する。表示部２２０２を上記実施の形態で示した多面取りにより形成することにより、モバイルコンピュータのコストを低減することができる。

図１０(Ｃ)はデジタルスチルカメラであり、本体２３０１、表示部２３０２、受像部２３０３、操作ボタン２３０４、外部接続ポート２３０５、電源スイッチ２３０６等を含む。表示部２３０２は、画素部及び駆動回路部を有するモジュールが設けられている。画素部は、発光素子、又は液晶素子を有し、マスクにより非結晶状態となる半導体膜を有するＴＦＴを有する。また駆動回路部は、選択的に結晶化された結晶性半導体膜を有するＴＦＴを有する。表示部２３０２を上記実施の形態で示した多面取りにより形成することにより、デジタルスチルカメラのコストを低減することができる。

その他の電子機器として、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（いわゆるＤＶＤ表示装置等）、ゴーグル型ディスプレイ、ビデオカメラ等において、画素部は、発光素子、又は液晶素子を有し、マスクにより非結晶状態となる半導体膜を有するＴＦＴを有し、また駆動回路部は、選択的に結晶化された結晶性半導体膜を有するＴＦＴを有することができる。

特に画素部の薄膜トランジスタに非結晶性半導体膜を用いると、多結晶半導体膜を用いる場合と比べ、隣接する薄膜トランジスタ間のバラツキが小さく、さらに非結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタの電気特性、特にしきい値電圧（Ｖｔｈ）のバラツキは小さくなる。その結果、表示装置の表示むらが低減され、表示品質を向上することができる。

上記実施の形態で示した多面取りにより形成することにより、電子機器のコストを低減することができる。

本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施例１）
本実施例では、積層膜からなるマスクの有無における結晶性について調べるため、以下の構造ａ、ｂ（（）内にはそれぞれの膜厚を記載）において、光学特性シミュレーションを行い、透過率・反射率・吸収率を算出した結果を示す。

構造ａ（マスク有り）： 基板（コーニング社製１７３７）＼ＣＶＤ-ＳｉＮＯ（５０ｎｍ）＼ＣＶＤ-ＳｉＯＮ（１００ｎｍ）＼非晶質珪素膜：ａ−Ｓｉ（５４ｎｍ）＼ＳｉＯＮ（４５ｎｍ）＼ＳｉＮＯ（４０ｎｍ）
構造ｂ（マスク無し）： 基板 （コーニング社製１７３７）＼ＳｉＮＯ（５０ｎｍ）＼ＳｉＯＮ（１００ｎｍ）＼ａ−Ｓｉ（５４ｎｍ）
なお、ＣＶＤ法により形成されたＳｉＮＯ、又はＳｉＯＮは、ＣＶＤ−ＳｉＮＯ、又はＣＶＤ−ＳｉＯＮと記載している。

なおｎ値（屈折率）、及びｋ値（消衰係数）については、表1の値を用いた。表１においてＳＰ−ＳｉＮとは、ターゲットにシリコンを用い、窒素雰囲気中で堆積させるスパッタリング法により形成させたＳｉＮ膜である。また表１におけるＡＱとは基板（コーニング社製１７３７）と、下地膜に相当するＣＶＤ-ＳｉＮＯ（５０ｎｍ）＼ＣＶＤ-ＳｉＯＮ（１００ｎｍ）＼とからなる構造を示す。

図１１（Ａ）〜（Ｃ）には、波長３００〜８００ｎｍにおける、構造ａ、構造ｂの透過率、反射率、及び吸収率を算出したグラフを示す。透過率、反射率、及び吸収率において、構造ａのように、マスクとしてＳｉＯＮ（４５ｎｍ）＼ＳｉＮＯ（４０ｎｍ）と、所定の膜厚を有する積層膜を用いる場合、構造ｂと比較すると、高くなったり、低くなったりする。すなわち照射するレーザ波長における反射率を高めるように、図１１（Ｂ）を参考にして、マスクとなるＳｉＯＮと、ＳｉＮＯのそれぞれの膜厚を決定するとよい。

また図１１（Ｃ）に示す吸収率をみると、構造ｂの方が、構造ａより吸収率の高い波長領域がある。すなわち、図２に示すように、反射率を高める領域と、吸収率を高める領域とを、同一マスク材料から形成することができる。

また表２、表３には、それぞれエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）における光学特性の分光光度計で光学特性を実測した実測値と、光学特性のシミュレーション値を示す。

実測値と、シミュレーションとは数値がやや異なるものの、構造ｂと比べ、構造ａの方がレーザ波長である３０８ｎｍに対する反射率が増大しており、構造ａはマスクとして作用していることが判明した。照射されるレーザービームの全エネルギーのうち、珪素膜に吸収されるエネルギーの割合をエネルギー吸収率（表中では吸収率）をみると、構造ａが構造ｂより小さくなることがわかる。

具体的には、構造ｂのエネルギー吸収率に対する構造ａのエネルギー吸収率の割合を示すエネルギー吸収率比（表中では吸収率比）は、実測値において２４％／３９％＝０．６１となる。またシミュレーション値において３２％／４５％＝０．７１となる。すなわち構造ａの方が、レーザービームの吸収されるエネルギーが小さいことがわかる。
（実施例２）

本実施例では、マスクとして形成する積層膜の構造について調べるため、以下の構造ｃ、ｄ（（）内にはそれぞれの膜厚を記載）においてＳｉＯＮ膜厚、ＳｉＮＯ膜厚を振って光学特性シミュレーションを行い、反射率を算出した結果を示す。レーザ光として、波長３０８ｎｍのエキシマレーザーを用い、ｎ値（屈折率）、及びｋ値（消衰係数）については、上記表1の値を用いた。

構造ｃ：ＡＱ＼ａ−Ｓｉ（５４ｎｍ）＼ＳｉＯＮ（０〜２００ｎｍ）＼ＳｉＮＯ（０〜２００ｎｍ）
構造ｄ：ＡＱ＼ａ−Ｓｉ（５４ｎｍ）＼ＳｉＮＯ（０〜２００ｎｍ）＼ＳｉＯＮ（０〜２００ｎｍ）

図１２（Ａ）、（Ｂ）には、構造ｃ、ｄにおいてＳｉＯＮ及びＳｉＮＯの膜厚を０〜２００ｎｍの範囲で振った場合の光学特性シミュレーション結果をそれぞれ示す。構造ｃでは、ＳｉＯＮ膜の膜厚を３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍとし、ＳｉＮＯ膜厚を０〜２００ｎｍの範囲で振ったときの反射率を求め、その結果を図１２（Ａ）に示す。構造ｄでは、ＳｉＮＯ膜の膜厚を６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍとし、ＳｉＯＮ膜厚を０〜２００ｎｍの範囲で振ったときの反射率を求め、その結果を図１２（Ｂ）に示す。

図１２（Ａ）より構造ｃにおいてはＳｉＯＮ＼ＳｉＮＯ=４４＼４０ｎｍとすることにより、反射率が最大６８%となることが分かった。図１２（Ｂ）より構造ｄにおいては反射率増大の効果は得られず、ＳｉＯＮ＼ＳｉＮＯ=０＼７４ｎｍにおいて５６％程度でマスク無しとほぼ同等であった。

なお、このシミュレーション結果からは反射防止膜の知見も得られ、ＡＱ＼ａ−Ｓｉ＼ＳｉＮＯ構造において、ＳｉＮＯ=３４ｎｍとすることにより、反射率が１１％まで低下することが分かった。ＡＱ＼ａ−Ｓｉ＼ＳｉＯＮ構造では、ＳｉＯＮ=４５ｎｍとすることにより、反射率が２４％となった。

また表４には、各界面でのエネルギー反射率の計算値を示す。

表４の結果より、反射率が最も高くなるのは構造ｃであることがわかる。ａ−Ｓｉ上に形成する膜がＣＶＤ−ＳｉＯＮの場合、ＣＶＤ−ＳｉＮＯ、又はＳＰ−ＳｉＮと比べて反射率が高いためである。よってＣＶＤ法のみでマスクを形成する場合、最も反射率の高い構造は、ａ−Ｓｉ＼ＳｉＯＮ＼ＳｉＮＯ=５４ｎｍ＼５１ｎｍ＼４１．８ｎｍとなる。

さらに最上層のＳｉＮＯの代わりに、スパッタリング法により形成されたＳｉＮ膜を用いる構造：ＡＱ＼ａ−Ｓｉ＼ＣＶＤ-ＳｉＯＮ＼ＳＰ−ＳｉＮは、反射率がより高くなると予測される。ＳＰ−ＳｉＮと空気との反射率が最も高いためである。よって、形成方法を限定しないでマスクを形成する場合、最も反射率の高い構造は、ａ−Ｓｉ＼ＳｉＯＮ＼ＳＰ−ＳｉＮ=５４ｎｍ＼５１ｎｍ＼３５ｎｍである。
（実施例３）

本実施例では、図１３（Ａ）に示す構造に対し、エキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を照射した場合のラマンスペクトル結果を図１３（Ｂ）に示す。

図１３（Ａ）に示す構造は、基板上に下地膜を形成し、ＣＶＤ法により、非晶質珪素膜：ａ−Ｓｉを５４ｎｍ形成する。そして、一部の領域には非晶質珪素膜上にマスクとしてＳｉＯＮ（４５ｎｍ）／ＳｉＮＯ（４０ｎｍ）を積層して形成する。これは構造ｃにおいて反射率が最大となる条件ＳｉＯＮ＼ＳｉＮＯ=４４＼４０ｎｍを考慮して、マスクを形成したものである。

このような構造を有する試料に、エネルギー密度４２０ｍＪ／ｃｍ²でエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を照射したラマンスペクトルの結果を図１３（Ｂ）に示す。

図１３（Ｂ）をみると、レーザのエネルギー密度（４２０ｍＪ／ｃｍ²）でレーザ照射を行っても、マスク無しの領域（実施の形態におけ第１の領域に相当）においては結晶性珪素膜のピークは現れておらず、非晶質珪素膜のピークのままであった。これは、一部の領域にマスクとして形成されたＳｉＯＮ（４５ｎｍ）／ＳｉＮＯ（４０ｎｍ）積層膜がレーザ光を反射するため、マスク下は珪素膜の温度が閾値以上に上昇せず、非晶質珪素膜のまま保たれると思われる。

なお、レーザのエネルギー密度を４５０ｍＪ／ｃｍ²まであげると、マスク下でも多結晶珪素膜のピークが観測された。エネルギー密度を４５０ｍＪ／ｃｍ²以上に上げる場合、さらに同構造を積層して反射率を増大させるとよい。

本発明のマスクを用いたレーザ照射工程を示す図。 本発明のマスクを用いたレーザ照射工程を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。 本発明の薄膜トランジスタを有する電子機器を示す図。 本発明のマスク有無による透過率、反射率、及び吸収率を示すグラフ。 本発明のマスクの積層膜の違いによる吸収率を示すグラフ。 本発明のマスクの有無の領域における結晶状態を示すラマンスペクトル。 本発明のマスクを用いた多面取り工程を示す図。 本発明のマスクを用いて作製されたモジュールを示す図。 本発明の表示装置の構造を示す図。

Claims (12)

1. 第１の領域及び第２の領域に非結晶性半導体膜を形成し、
   前記第１の領域にマスクとして屈折率ｎ１である第１の材料と、ｎ１＜ｎ２を満たす屈折率ｎ２である第２の材料とを前記非結晶性半導体膜から順に積層して積層膜を形成し、
   前記マスクを用いて前記非結晶性半導体膜にレーザ光を照射して、前記第２の領域の非結晶性半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、
   前記第１の領域に前記非結晶性半導体膜を有する第１の薄膜トランジスタを形成し、前記第２の領域に前記結晶性半導体膜を有する第２の薄膜トランジスタを形成する
   ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 第１の領域及び第２の領域に非結晶性半導体膜を形成し、
   前記第１の領域にマスクとして屈折率ｎ１である第１の材料と、ｎ１＜ｎ２を満たす屈折率ｎ２である第２の材料とを前記非結晶性半導体膜から順に積層して積層膜を形成し、
   前記マスクを用いて前記非結晶性半導体膜にレーザ光を照射して、前記第２の領域の非結晶性半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、
   前記第１の領域に前記非結晶性半導体膜を有するｎチャネル型の第１の薄膜トランジスタを形成し、前記第２の領域に前記結晶性半導体膜を有するｎチャネル型の第２の薄膜トランジスタ及びｐチャネル型の第３の薄膜トランジスタを形成する
   ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 第１の領域及び第２の領域に非結晶性半導体膜を形成し、
   前記第１の領域にマスクとして屈折率ｎ１である第１の材料と、ｎ１＜ｎ２を満たす屈折率ｎ２である第２の材料とを前記非結晶性半導体膜から順に積層して積層膜を形成し、且つ前記第２の領域に前記積層膜の一つを形成し、
   前記マスクを用いて前記非結晶性半導体膜にレーザ光を照射して、前記第２の領域の非結晶性半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、
   前記第１の領域に前記非結晶性半導体膜を有するｎチャネル型の第１の薄膜トランジスタを形成し、前記第２の領域に前記結晶性半導体膜を有するｎチャネル型の第２の薄膜トランジスタ及びｐチャネル型の第３の薄膜トランジスタを形成する
   ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 基板上の第１の領域及び第２の領域に非結晶性半導体膜を形成し、
   前記基板の他方の面であって、第１の領域にマスクとして屈折率ｎ１である第１の材料と、ｎ１＜ｎ２を満たす屈折率ｎ２である第２の材料とを前記非結晶性半導体膜から順に積層して積層膜を形成し、
   前記マスクを用いて前記非結晶性半導体膜に前記基板の他方の面からレーザ光を照射して、前記第２の領域の非結晶性半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、
   前記第１の領域に前記非結晶性半導体膜を有するｎチャネル型の第１の薄膜トランジスタを形成し、前記第２の領域に前記結晶性半導体膜を有するｎチャネル型の第２の薄膜トランジスタ及びｐチャネル型の第３の薄膜トランジスタを形成する
   ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 基板上の第１の領域及び第２の領域に非結晶性半導体膜を形成し、
   前記基板の他方の面であって、第１の領域にマスクとして屈折率ｎ１である第１の材料と、ｎ１＜ｎ２を満たす屈折率ｎ２である第２の材料とを前記非結晶性半導体膜から順に積層して積層膜を形成し、且つ前記第２の領域に前記積層膜の一つを形成し、
   前記マスクを用いて前記非結晶性半導体膜に前記基板の他方の面からレーザ光を照射して、前記第２の領域の非結晶性半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、
   前記第１の領域に前記非結晶性半導体膜を有するｎチャネル型の第１の薄膜トランジスタを形成し、前記第２の領域に前記結晶性半導体膜を有するｎチャネル型の第２の薄膜トランジスタ及びｐチャネル型の第３の薄膜トランジスタを形成する
   ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一において、
   前記第１の領域を画素部とし、前記第２の領域を駆動回路部とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか一において、
   前記非結晶性半導体膜へ照射するレーザ光の波長をλとすると、
   前記第１の材料の膜厚が（λ／４）×ｎ１を満たし、
   前記第２の材料の膜厚が（λ／４）×ｎ２を満たすように前記積層膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか一において、
   照射するレーザ光の波長に対する消衰係数が０．０１以下である前記第１の材料、及び消衰係数が０．０１以下である前記第２の材料を用いて前記積層膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか一において、
   前記第１の材料は酸化窒化珪素であり、前記第２の材料は窒化酸化珪素又は窒化珪素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 請求項１乃至９のいずれか一において、
    前記第１の材料、及び前記第２の材料はＣＶＤ法、又はスパッタリング法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一において、
    前記レーザ光を照射する前に、前記非結晶性半導体膜に結晶化を促進させる金属元素を選択的に添加し加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法を用いて前記画素部に形成された第１の薄膜トランジスタの一方の電極に、発光素子の陰極を形成し、前記陰極上に発光層を形成し、前記発光層を覆って前記発光素子の陽極を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。

Images