JP4954498B2

JP4954498B2 - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP4954498B2
Application number: JP2005148009A
Authority: JP
Inventors: 慎志前川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: JP2006019707A

Description

本発明は、ナノインプリント法を用いた半導体装置の作製方法に関する。

一般的に半導体装置の作製方法において、パターニングにはリソグラフィ法で行なわれている。しかしリソグラフィ法に用いられる露光用のマスク（フォトマスク）は非常に高価であり、そのことが半導体装置のコストを抑えられない一因になっている。そこで近年、凹凸のパターンが形成された鋳型（モールド）を基板上の特定の層に押し付けることで、該パターンを転写することができる、ナノインプリント法が注目されている。

ナノインプリント法を用いることで、露光用のフォトマスクを用いずともレジストにパターンを転写し、リソグラフィ用のレジストマスクを形成することができる。下記特許文献１には、モールドをフォトレジストに押し付けることで、該フォトレジストにパターンを形成する技術について開示されている。

特開２００３−２７２９９８号公報

ところで半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などの薄膜の半導体膜を用いた半導体素子は、様々な作製工程を経て形成される。具体的にＴＦＴでは、島状の半導体膜を形成した後、ゲート絶縁膜を形成して、該ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する。そして、ゲート電極や、あるいはレジストを形成してパターニングしたものをマスクとして用い、島状の半導体膜にｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成する。

しかし上記特許文献１には、薄膜の半導体膜を用いた上記半導体装置の作製方法に、ナノインプリント法をどのように適用するかについては、具体的に開示されていない。本発明は上述した問題に鑑み、ナノインプリント法を用いることでコストを抑えることができる、半導体装置の作製方法の提案を課題とする。

本発明では、島状の半導体膜、ゲート電極、配線、コンタクトホールなどをパターニングにより形成する際のマスクとして、ナノインプリント法で形成されたレジストマスクを用いる。或いは本発明では、樹脂などで形成された絶縁膜に直接ナノインプリント法で凹部を形成した後、該凹部をエッチングすることで、絶縁膜にコンタクトホールを形成する。

具体的に本発明は、島状の半導体膜上にゲート絶縁膜と、導電膜と、レジストとを順に形成し、パターンが形成されたモールドをレジストに押し付けた状態でレジストの硬化を行なうことで、パターンをレジストに転写し、導電膜の一部が露出するまでパターンが転写されたレジストの表面をアッシングし、アッシングされたレジストをマスクとして用い、導電膜をエッチングすることを特徴とする。

また薄膜の半導体膜を用いて形成された半導体装置は、単結晶のシリコンウェハに形成された半導体装置に比べて集積度が低いため、実用化に際し、半導体素子を微細化させることが重要な課題である。ＴＦＴの微細化には、ホットキャリア効果による信頼性の低下という問題が伴う。そこでホットキャリア効果を抑えるための手段として、ＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）構造（ＬＤＤ構造）が知られている。ＬＤＤ構造とは、ドレイン領域とチャネル形成領域との間に、ドレイン領域よりも不純物濃度の低いＬＤＤ領域が設けられている構造である。さらに、ソース領域とチャネル形成領域との間に、ソース領域よりも不純物濃度の低いＬＤＤ領域が設けられていてもよい。特にＬＤＤ領域がゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なる（ＧａｔｅＯｖｅｒｌａｐｐｅｄＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）構造（ＧＯＬＤ構造）を有している場合、ドレイン近傍の高電界を緩和してホットキャリア効果をより効果的に防ぎ、信頼性の向上が図れることが知られている。なお本明細書において、ＬＤＤ領域がゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なる領域をＬｏｖ領域と呼び、重ならない領域をＬｏｆｆ領域と呼ぶ。

ＬＤＤ領域を有するＴＦＴの作製方法は、幾つか提案されている。その一つに、複数の導電膜を用いてゲート電極に段差を設け、イオン注入を行なう際に該段差を利用してＬＤＤ領域を形成する方法がある。しかし上記方法を用いる場合、ゲート電極に段差を設けるために、エッチングガスや各種条件を変えて導電膜を複数回エッチングする必要がある。またレジストマスクを用いてドーパントの打ち分けを行なうことで、ＬＤＤ領域を形成する方法もある。しかし上記方法では、レジストマスクの枚数や工程数を抑えることができない。

そこで本発明では、ナノインプリント法を用いることで、レジストマスクに段差を設け、該段差を利用することで段差を有するゲート電極を形成しても良い。段差を有するゲート電極をマスクとして用いることで、レジストマスクの数及びエッチングの回数を抑えつつ、ＬＤＤ領域を形成することができる。

また本明細書において半導体装置は、集積回路と、半導体表示装置とをその範疇に含む。集積回路には、マイクロプロセッサ、画像処理回路等、半導体素子を用いたありとあらゆる回路が含まれる。また半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）、ＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）等や、半導体膜を用いた回路素子を用いているその他の表示装置がその範疇に含まれる。

本発明は上記構成により、フォトマスクの数を抑えつつ、薄膜の半導体膜を用いた半導体装置を形成することが可能になる。さらに、ナノインプリント法でレジストマスクに段差を設けることで、レジストマスクの数及びエッチングの回数を抑えつつ、ＬＤＤ領域を有するＴＦＴを形成することができる。

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）
本実施の形態では、本発明の半導体装置の作製方法において用いる、レジストマスクの作製方法について説明する。

まず図１（Ａ）に示すように、基板１０１上にパターニングされる層（被パターニング層）１０２を形成する。被パターニング層１０２として、半導体膜、導電膜或いは絶縁膜を用いることができる。次に被パターニング層１０２上に、レジスト１０３を形成する。レジスト１０３は、熱サイクルナノインプリント法、室温ナノインプリント法、光ナノインプリント法などのナノインプリント法の種類によって、レジストの材料を変えるのが望ましい。本実施の形態では、レジスト１０３として光硬化性樹脂を用いて、光サイクルナノインプリント法でレジスト１０３をパターニングする例を挙げて説明する。光硬化性樹脂として、例えばポリメチルイソプロペニルケトン（ＰＭＩＰＫ）及びビスアジドを含むレジスト、環化ポリイソプレン及びビスアジドを含むレジスト、ポリビニルフェノール及びビスアジドを含むレジスト、クロロメチル化ポリスチレンを含むレジスト等、ネガ型のフォトレジストを用いることができる。レジスト１０３は、スピンコート法、スリットコーターなどで形成する。又は、インクジェット法、スクリーン印刷法などで必要な範囲にのみ塗布することもできる。

そして予めパターンが形成されたモールド１０４を、図１（Ｂ）に示すようにレジスト１０３に押し付ける。なおモールド１０４は、熱サイクルナノインプリント法、室温ナノインプリント法、光ナノインプリント法などのナノインプリント法の種類によって、用いる材料を適宜変えることが望ましい。例えば光ナノインプリント法の場合、レジスト１０３を硬化させるための光を、透過させることができる材料でモールド１０４を形成する。本実施の形態では、石英で形成されたモールド１０４を用いる。なおモールド１０４のパターンは、ＥＢ（電子線描画）を用いて形成することができる。

そして、モールド１０４をレジスト１０３に押し付けた状態で、レジスト１０３を硬化させる。上記構成により、モールド１０４に形成されたパターンが、レジスト１０３に転写される。なお光ナノインプリント法を用いる場合、レジスト１０３を紫外光などの光を照射することにより、硬化させることができる。また光ナノインプリント法の場合、モールド１０４とレジスト１０３との間に気泡が入ってしまうのを防ぐために、例えば１３３Ｐａ（１０^-2Ｔｏｒｒ）程度の減圧雰囲気下でモールド１０４をレジスト１０３に押し付け、硬化させるのが望ましい。

熱サイクルナノインプリント法の場合は、レジスト１０３として熱可塑性樹脂を用い、モールド１０４を押し付ける前にレジスト１０３を転移温度よりも高くなるように加熱して軟化させる。そしてモールド１０４を押し付けた状態で、転移温度よりも低くなるようにレジスト１０３を冷却することで、レジスト１０３を硬化させる。

また、室温ナノインプリント法の場合は、レジスト１０３としてＳＯＧ（ＳｐｉｎｏｎＧｌａｓｓ）などのゾル−ゲル系材料を用い、室温においてモールド１０４をレジスト１０３に押し付ける。そしてモールド１０４をレジスト１０３から取り外すことで、レジスト１０３にパターンを転写することができる。

次に図１（Ｃ）に示すように、モールド１０４をレジスト１０３から取り外す。このときレジスト１０３に超音波を用いて振動を加えることで、レジスト１０３の変形を抑えながら、モールド１０４をレジスト１０３から取り外すことができる。モールド１０４を取り外すことで、パターンが形成されたレジスト１０３を形成することができる。

次に図１（Ｄ）に示すように、パターンが形成されたレジスト１０３の表面を、アッシング等により処理し、一部を除去して、被パターニング層１０２を一部露出させる。なおアッシング等によりレジスト１０３の表面を処理し、一部を除去することで、レジスト１０３から、レジストマスク１０５が形成される。

そして図１（Ｅ）に示すように、レジストマスク１０５を用いてエッチングを行なうことで、被パターニング層１０２をパターニングすることができる。

なお本実施の形態では、被パターニング層１０２を一部露出させるまでアッシングしたレジスト１０３を、レジストマスク１０５として用いているが、本発明はこの構成に限定されない。アッシングする前のパターンが形成された状態のレジスト１０３を、レジストマスクとして用いることも可能である。

本発明は上記方法により、島状の半導体膜、ゲート電極、配線、コンタクトホールなどを、フォトマスクを用いずともパターニングにより形成することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、樹脂などで形成された絶縁膜に直接ナノインプリント法でコンタクトホールを形成する形態について説明する。なお本実施の形態では、熱サイクルナノインプリント法の場合を例に挙げて説明するが、本発明では光サイクルナノインプリント法または室温ナノインプリント法を用いていても良い。

まず図２（Ａ）に示すように、配線２０４を覆うように絶縁膜２０１を形成する。その後、図２（Ｂ）に示すように、絶縁膜２０１にパターンが形成されたモールド２０２を押し付ける。本実施の形態では熱サイクルナノインプリント法を用いるので、絶縁膜２０１として熱可塑性を有する樹脂、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミドなどを用いることができる。図２（Ａ）では、絶縁膜２０１としてＰＭＭＡを用いる例を挙げて説明する。絶縁膜２０１は、モールド２０２を押し付ける前に、絶縁膜２０１の転移温度よりも高い温度、例えば９０℃〜２００℃まで加熱しておく。

そして図２（Ｂ）に示すように、絶縁膜２０１にモールド２０２を押し付けた状態を維持したまま、絶縁膜２０１を転移温度よりも低くなる温度、例えば７０℃まで冷却し、絶縁膜２０１を硬化させる。そして絶縁膜２０１が硬化したら、図２（Ｃ）に示すように、絶縁膜２０１からモールド２０２を取り外す。モールド２０２が取り外された絶縁膜２０１には、モールド２０２のパターンが転写されている。

次に図２（Ｄ）に示すように、絶縁膜２０１の表面をアッシング等により削っていき、絶縁膜２０１の下層に形成されている層（本実施の形態では配線２０４）を一部露出させることで、コンタクトホール２０３を形成することができる。

上記構成により、レジストマスクを形成せずともコンタクトホール２０３を形成することができる。よって、リソグラフィ法を用いなくとも良いので、レジストの形成、露光、現像、エッチング、剥離などの一連の工程を省いて作製工程を簡略化し、半導体装置のコストを抑えることができる。

本実施の形態は、上記実施の形態１と組み合わせて実施することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、段差を有するゲート電極を、ナノインプリント法で形成する形態について説明する。なお本実施の形態では、熱サイクルナノインプリント法の場合を例に挙げて説明するが、本発明では光サイクルナノインプリント法または室温ナノインプリント法を用いていても良い。

まず図３（Ａ）に示すように、基板３０１上に活性層として用いる島状の半導体膜３０２を形成する。そして、該島状の半導体膜３０２に接するようにゲート絶縁膜３０３を形成し、該ゲート絶縁膜３０３上に導電膜３０４を形成する。なお本実施の形態では、単層の導電膜３０４を用いる例を示しているが、導電膜３０４が複数の層で構成されていても良い。

次に導電膜３０４上に、レジスト３０５を形成する。本実施の形態ではレジスト３０５として、例えばＰＭＭＡを用いる例を示す。レジスト３０５は、スピンコート法、スリットコーターなどで形成する。又は、インクジェット法、スクリーン印刷法などで必要な範囲にのみ塗布することもできる。そして図３（Ｂ）に示すように、レジスト３０５を９０℃〜２００℃に加熱して軟化させ、パターンが形成されたモールド３０６を該レジスト３０５に押し付ける。本実施の形態では、モールド３０６には、深さＤ１を有する第１の凹部３０７の中に、更に深さＤ２を有する第２の凹部３０８が形成されている。なおＤ１＜Ｄ２とする。

そして、モールド３０６をレジスト３０５に押し付けた状態で、レジスト３０５を７０℃まで冷却し、硬化させる。上記構成により、モールド３０６に形成されたパターンが、レジスト３０５に転写される。

次に図３（Ｃ）に示すように、モールド３０６をレジスト３０５から取り外す。モールド３０６を取り外すことで、パターンが形成されたレジスト３０５を形成することができる。具体的に、レジスト３０５には、第１の凹部３０７の形状に応じた第１の凸部３１０と、第２の凹部３０８の形状に応じた第２の凸部３１１とが形成される。

次に図３（Ｄ）に示すように、レジスト３０５の表面を、アッシング等により削っていき、導電膜３０４を一部露出させる。なおアッシング等によりその表面を削ることで、レジスト３０５からレジストマスク３０９が形成される。レジストマスク３０９は、第１の凸部３１０と第２の凸部３１１とで形成される段差を有しており、該段差は、モールド３０６が有する第１の凹部３０７と、第２の凹部３０８との深さの差によって決まる。

次に図４（Ａ）に示すように、レジストマスク３０９を用いて導電膜３０４をエッチングする。エッチングは、等方性のエッチングが可能なドライエッチングで行なう。導電膜３０４の露出している部分から優先的にエッチングが進み、それに伴いレジストマスク３０９もエッチングされる。よって、図４（Ｂ）に示すように、レジストマスク３０９のうち厚さの小さい部分（第１の凸部３１０）がエッチングにより消滅すると、導電膜３０４のうち新たに露出した部分のエッチングが開始される。そして最終的には、図４（Ｃ）に示すように、導電膜３０４から段差を有するゲート電極３１５が形成される。

ゲート電極３１５の形状は、エッチングの条件、レジスト３０５の材料の他、エッチングを行なう前のレジストマスク３０９の形状、延いてはモールド３０６が有するパターンの形状に依存する。よってエッチングの条件、レジスト３０５の材料が決まっているならば、所望するゲート電極３１５の形状に合わせて、モールド３０６が有する第１の凹部３０７及び第２の凹部３０８の形状を適宜変更すれば良い。

最後に、図４（Ｄ）に示すようにレジストマスク３０９を除去する。

なお本実施の形態では、導電膜３０４を一部露出させるまでアッシングしたレジスト３０５を、レジストマスク３０９として用いているが、本発明はこの構成に限定されない。アッシングする前の、パターンが形成された状態のレジスト３０５を、レジストマスクとして用いることも可能である。

本実施の形態は、上記実施の形態１、２と組み合わせて実施することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の作製方法を用いて、半導体表示装置の一つである発光装置を形成する例について説明する。

まず図５（Ａ）に示すように、基板５０１の絶縁表面上に絶縁膜を用いて下地膜５０２を形成する。

基板５０１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、一般的に上記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５０２は基板５０１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法を用いて窒化酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍ）の膜厚になるように形成する。

なお下地膜５０２は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。またガラス基板、ステンレス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。

次に、下地膜５０２上に島状の半導体膜５０３、５０４を形成する。島状の半導体膜５０３、５０４に用いる半導体膜は、下地膜５０２を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。島状の半導体膜５０３、５０４の膜厚は２０〜２００ｎｍ（望ましくは４０〜１７０ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍ）とする。なお島状の半導体膜５０３、５０４は、非晶質半導体であっても良いし、セミアモルファス半導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができる。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。

なお島状の半導体膜５０３、５０４に用いる半導体膜は、公知の技術により結晶化しても良い。公知の結晶化方法としては、レーザ光を用いたレーザ結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法がある。或いは、触媒元素を用いる結晶化法とレーザ結晶化法とを組み合わせて用いることもできる。また、基板５０１として石英のような耐熱性に優れている基板を用いる場合、電熱炉を使用した熱結晶化方法、赤外光を用いたランプアニール結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法と、９５０℃程度の高温アニールを組み合わせた結晶法を用いても良い。

例えばレーザ結晶化を用いる場合、レーザ結晶化の前に、レーザに対する半導体膜の耐性を高めるために、５５０℃、４時間の加熱処理を該半導体膜に対して行なう。ここで、レーザ結晶化を用いる場合、連続発振型のレーザビーム（ＣＷレーザビーム）やパルス発振型のレーザビーム（パルスレーザビーム）を用いることができる。ここで用いることができるレーザビームは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザなどの気体レーザ、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ₄、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）、ＹＡｌＯ₃、ＧｄＶＯ₄、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ₂Ｏ₃、ＹＶＯ₄、ＹＡｌＯ₃、ＧｄＶＯ₄に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、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から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及びこれらの基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、代表的には、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）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レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザ光を得る。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光に成形して、半導体膜に照射する。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、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度とし、照射する。

なお、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ₄、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）、ＹＡｌＯ₃、ＧｄＶＯ₄、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ₂Ｏ₃、ＹＶＯ₄、ＹＡｌＯ₃、ＧｄＶＯ₄に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。パルス発振でレーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓｅｃ〜数百ｎｓｅｃと言われている。よって、１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。具体的には、含まれる結晶粒の走査方向における幅が１０〜３０μｍ、走査方向に対して垂直な方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成することができる。該走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することで、少なくともＴＦＴのチャネル方向には結晶粒界のほとんど存在しない半導体膜の形成が可能となる。

なお、媒質としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状に媒質を形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径数ｍｍ、長さ数十ｍｍの円柱状の媒質が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。

発光に直接寄与する媒質中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられないため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックの場合、単結晶と比較して媒質の大きさを著しく大きくすることができるため大幅な出力向上が期待できる。

さらに、セラミックの場合では、平行六面体形状や直方体形状の媒質を容易に形成することが可能である。このような形状の媒質を用いて、発振光を媒質の内部でジグザグに進行させると、発振光路を長くとることができる。そのため、増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能になる。また、このような形状の媒質から射出されるレーザビームは出射時の断面形状が四角形状であるため、丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように出射されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、短辺の長さ１ｍｍ以下、長辺の長さ数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光を媒質に均一に照射することにより、線状ビームは長辺方向にエネルギー分布の均一なものとなる。

この線状ビームを半導体膜に照射することによって、半導体膜の全面をより均一にアニールすることが可能になる。線状ビームの両端まで均一なアニールが必要な場合は、その両端にスリットを配置し、エネルギーの減衰部を遮光するなどの工夫が必要となる。

このようにして得られた強度が均一な線状ビームを用いて半導体膜をアニールし、この半導体膜を用いて電子機器を作製すると、その電子機器の特性は、良好かつ均一である。

なおレーザ結晶化は、連続発振の基本波のレーザ光と連続発振の高調波のレーザ光とを並行して照射するようにしても良いし、連続発振の基本波のレーザ光とパルス発振の高調波のレーザ光とを並行して照射するようにしても良い。

なお、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザ光を照射するようにしても良い。これにより、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。

上述したレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜が形成される。なお、予め半導体膜に、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などで形成した多結晶半導体を用いるようにしても良い。

また本実施の形態では、島状の半導体膜５０３、５０４に用いる半導体膜を結晶化しているが、結晶化せずに非晶質珪素膜または微結晶半導体膜のまま、後述のプロセスに進んでも良い。非晶質半導体、微結晶半導体を用いたＴＦＴは、多結晶半導体を用いたＴＦＴよりも作製工程が少ない分、コストを抑え、歩留まりを高くすることができるというメリットを有している。

非晶質半導体は、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、Ｓｉ₂Ｈ₆が挙げられる。この珪化物気体を、水素、水素とヘリウムで希釈して用いても良い。

なおセミアモルファス半導体とは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体を含む膜である。このセミアモルファス半導体は、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り、その粒径を０．５〜２０ｎｍとして非単結晶半導体中に分散させて存在せしめることが可能である。セミアモルファス半導体は、そのラマンスペクトルが５２０ｃｍ^-1よりも低波数側にシフトしており、またＸ線回折ではＳｉ結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するために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。ここでは便宜上、このような半導体をセミアモルファス半導体（ＳＡＳ）と呼ぶ。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格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好なセミアモルファス半導体が得られる。

またＳＡＳは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。また水素や、水素にヘリウム、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希ガス元素を加えたガスで、この珪化物気体を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。希釈率は２倍〜１０００倍の範囲で珪化物気体を希釈することが好ましい。またさらに、珪化物気体中に、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆などの炭化物気体、ＧｅＨ₄、ＧｅＦ₄などのゲルマニウム化気体、Ｆ₂などを混入させて、エネルギーバンド幅を１．５〜２．４ｅＶ、若しくは０．９〜１．１ｅＶに調節しても良い。

例えば、ＳｉＨ₄にＨ₂を添加したガスを用いる場合、或いはＳｉＨ₄にＦ₂を添加したガスを用いる場合、形成したセミアモルファス半導体を用いてＴＦＴを作製すると、該ＴＦＴのサブスレッショルド係数（Ｓ値）を０．３５Ｖ／ｓｅｃ以下、代表的には０．０９〜０．２５Ｖ／ｓｅｃとし、移動度を１０ｃｍ²／Ｖｓｅｃとすることができる。そして上記セミアモルファス半導体を用いたＴＦＴで、例えば１９段リングオシレータを形成した場合、電源電圧３〜５Ｖにおいて、その発振周波数は１ＭＨ以上、好ましくは１００ＭＨｚ以上の特性を得ることができる。また電源電圧３〜５Ｖにおいて、インバータ１段あたりの遅延時間は２６ｎｓ、好ましくは０．２６ｎｓ以下とすることができる。

次に図５（Ｂ）に示すように、島状の半導体膜５０３、５０４を覆うように、ゲート絶縁膜５０５を形成する。ゲート絶縁膜５０５は、後にゲート電極を形成するために行なうドライエッチングにおいて、その膜厚が１０〜４０ｎｍ程度減少するので、その減少分を考慮に入れて膜厚を設定するのが望ましい。具体的には４０〜１５０ｎｍ（より好ましくは６０〜１２０ｎｍ）程度の厚さにゲート絶縁膜５０５を形成する。

ゲート絶縁膜５０５には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。本実施の形態では、ゲート絶縁膜５０５を単層の絶縁膜で構成しているが、２層以上の複数の絶縁膜で構成されていても良い。また形成方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。例えば、プラズマＣＶＤ法を用い、酸化珪素でゲート絶縁膜５０５を形成する場合、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａｅｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ₂を混合したガスを用い、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ²とし、形成する。

また窒化アルミニウムをゲート絶縁膜５０５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で発生した熱を効率的に発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５０５として用いても良い。

次に、ゲート絶縁膜５０５上に導電膜５０６を形成する（図５（Ｃ））。本実施の形態では、Ｗを用いて導電膜５０６を１００〜５００ｎｍの厚さで形成する。具体的に、導電膜５０６に用いるＷは、ターゲットに純度９９．９９％のＷを用い、チャンバー内の温度を２３０℃、Ａｒの流量を１００ｍｌ／ｍｉｎ、チャンバー内の圧力１．５Ｐａ、電力６ｋＷとし、成膜速度約３９０ｎｍ／ｍｉｎで形成する。

具体的に導電膜５０６には、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もしくは化合物で形成することができる。

なお本実施の形態では、単層の導電膜を用いて導電膜５０６を形成する例について説明するが、導電膜は２層以上の複数の層で形成されていても良い。また各導電層の材料は本実施の形態に示したものに限定されない。

次に図５（Ｃ）に示すように、導電膜５０６を覆うようにレジスト５０７を形成する。レジスト５０７は、ナノインプリント法の種類に合わせて、成形が可能な材料を用いる。本実施の形態では、熱サイクルナノインプリント法の場合を例に挙げて説明するが、本発明では光サイクルナノインプリント法または室温ナノインプリント法を用いていても良い。熱サイクルナノインプリント法を用いる場合、レジスト５０７としてＰＭＭＡのような、熱可塑性を有する樹脂を用いる。レジスト５０７は、スピンコート法、スリットコーターなどで形成する。又は、インクジェット法、スクリーン印刷法などで必要な範囲にのみ塗布することもできる。そしてレジスト５０７を、転移温度よりも高い温度、例えば９０℃〜２００℃程度に加熱し、軟化させておく。

そしてモールド５０８を、図６（Ａ）に示すようにレジスト５０７に５〜１５ＭＰａの圧力で押し付け、その状態を維持したままレジスト５０７を７０℃まで冷却し、硬化させる。その後、図６（Ｂ）に示すように、モールド５０８をレジスト５０７から取り外すことで、レジスト５０７にモールド５０８のパターンが転写される。

次に、図６（Ｃ）に示すように、パターンが形成されたレジスト５０７の表面を、アッシング等により削っていき、導電膜５０６の表面を露出させる。上記アッシングにより、レジスト５０７から、後のエッチングの際にマスクとして用いることができるレジストマスク５０９が形成される。

次にレジストマスク５０９を用いて、図６（Ｄ）に示すように導電膜５０６をエッチングする。本実施の形態ではＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いて行なう。エッチングガスとしてＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂を、それぞれ流量１７ｓｃｃｍ、１７ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍで供給し、チャンバー内のエッチングガスの圧力を１．５Ｐａとする。そして、コイル型の電極に５００Ｗ、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）電力を投入し、プラズマを生成する。また基板が載置されたステージ（下部電極）に１６０Ｗ、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）電力を投入し、これにより基板に自己バイアス電圧が印加される。

このエッチング処理により、第１の接続端子５１０と、ゲート電極５１１、５１２が形成される。なおゲート電極５１１、５１２は、ゲート絶縁膜５０５を間に挟んで、それぞれ島状の半導体膜５０３、５０４と重なっている。そして本実施の形態では、ゲート電極５１１、５１２が段差を有しており、厚さが２段階で切り替わっている。ゲート電極５１１、５１２が有する段差の大きさ及び段差の有無は、モールド５０８が有するパターンの形状により適宜設定することができる。

例えばゲート電極５１１、５１２は、厚さが大きい部分の膜厚が４５０〜４７０ｎｍ、厚さが小さい部分の膜厚が５０〜７０ｎｍ程度となるように、モールド５０８のパターンの形状を設定すれば良い。なお導電膜５０６には、島状の半導体膜５０３、５０４と重なる領域と、それ以外の領域との間に、島状の半導体膜５０３、５０４の膜厚分だけ高低差が生じている。そのため、パターンが形成されたレジスト５０７の残膜を、アッシングにより除去する際に、島状の半導体膜５０３、５０４と重なる領域の方が、それ以外の領域よりも先に残膜が消滅し、レジストマスク５０９が過剰にエッチングされやすい。よって、島状の半導体膜５０３、５０４の膜厚分を見越して、モールド５０８のパターンの形状を設定することが望ましい。本実施例では、ゲート電極５１１、５１２に対応するモールド５０８の、第１の凹部の深さを１５０〜２５０ｎｍ、第２の凹部の深さを５５０〜２０００ｎｍとする。

なお導電膜５０６の残渣を残さないようにエッチングすると、第１の接続端子５１０と、ゲート電極５１１、５１２で覆われていないゲート絶縁膜５０５の表面が、５〜１０ｎｍ程度またはそれ以上エッチングされることがある。

次に図７（Ａ）に示すように、ゲート電極５１１、５１２をマスクとして用い、島状の半導体膜５０３、５０４にｎ型の導電性を付与する不純物を添加する（第１のドーピング処理）。ドーピングはイオン注入法で行なう。ドーピングは、ドーズ量を１×１０¹³〜５×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、加速電圧を４０〜８０ｋＶとして行なう。ｎ型を付与する不純物元素は、ドナーとして機能するＰ、Ａｓ、Ｓｂ等の５族原子やＳ、Ｔｅ、Ｓｅ等の６族原子を用いるが、本実施の形態ではＰを用いる。

第１のドーピング処理では、第１の不純物領域５１４、５１５が自己整合的に形成される。第１の不純物領域５１４、５１５には１×１０¹⁸〜１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加されている。

次に図７（Ｂ）に示すように、ゲート電極５１１、５１２のうち厚さが大きい部分をマスクとして用い、第２のドーピング処理を行なう。第２のドーピング処理では、ゲート電極５１１、５１２のうち厚さが小さい部分を不純物が通過するように、第１のドーピング処理よりも加速電圧を高くする。そして第２のドーピング処理によりＬＤＤ領域を形成するので、第１のドーピング処理よりもｎ型の不純物のドーズ量を下げる。具体的には、加速電圧を６０〜１２０ｋＶとし、ドーズ量を１×１０¹³〜１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とする。

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７（Ｂ）の状態を得る。第３のドーピング処理は、加速電圧を５０〜１００ｋＶとし、ドーズ量を１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とする。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、ゲート電極５１１、５１２のうち厚さが小さい部分と重なる第２の不純物領域５１６、５１７と、第１の不純物領域５１４、５１５に不純物がさらに添加されることで形成される第３の不純物領域５１８、５１９とが形成される。第２の不純物領域５１６、５１７には１×１０¹⁸〜５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、第３の不純物領域５１８、５１９には１×１０¹⁹〜５×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。

第２の不純物領域５１６、５１７は第３の不純物領域５１８、５１９に挟まれるように形成されており、第２の不純物領域５１６、５１７はＬＤＤ領域、第３の不純物領域５１８、５１９はソース領域またはドレイン領域として機能する。

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のドーピング処理を１回のドーピング処理で済まし、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。

なお、ｐチャネル型のＴＦＴが形成される島状の半導体膜５０４には、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した第２、第３のドーピング処理によりｎ型の不純物をドーピングする必要はないため、ｎ型の不純物のドーピングの際に、マスクで覆っておいても良い。また、マスク数削減のために敢えてマスクを設けず、ｐ型の導電型を付与する不純物の濃度を高くして、島状の半導体膜５０４の極性をｐ型に反転させても良い。本実施の形態では、島状の半導体膜５０４の極性をｐ型に反転させる場合について説明する。

図７（Ｃ）に示すように、マスク５２０でｎチャネル型のＴＦＴに用いる島状の半導体膜５０３を覆い、島状の半導体膜５０４にｐ型の導電型を付与する不純物をドーピングする（第４のドーピング処理）。この第４のドーピング処理において、ゲート電極５１１、５１２のうち厚さが大きい部分がマスクとして機能し、ｐチャネル型ＴＦＴに用いる島状の半導体膜５０４にｐ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５２１が形成される。本実施の形態ではジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で形成する。第４の不純物領域は、実際には、ゲート電極５１１、５１２のうち厚さが小さい部分に重なる領域と、それ以外の領域とで、ｐ型を付与する不純物元素及びｎ型を付与する不純物領域の濃度が異なっている。しかし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が２×１０²⁰〜２×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となるようにドーピング処理することで、ｐ型が優勢となるため、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の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。

次に、島状の半導体膜５０３、５０４と、ゲート絶縁膜５０５と、ゲート電極５１１、５１２と覆って、第１の層間絶縁膜５２２を形成する（図８（Ａ））。第１の層間絶縁膜５２２は、珪素を含む酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素などの絶縁膜を用いることができ、その厚さは１００〜２００ｎｍ程度とする。

次に、島状の半導体膜５０３、５０４に添加された不純物元素を活性化するために、熱処理を行なう。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を用いることができる。例えば熱アニール法で活性化を行なう場合、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℃（好ましくは５００〜６００℃）で行なう。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状の半導体膜５０３、５０４を水素化する工程を行なう。この工程は、熱的に励起された水素によりダングリングボンドを終端する目的で行なわれる。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）を行っても良い。また活性化処理は第１の層間絶縁膜５２２を形成する前に行っても良い。

上記一連の工程によって、ｎチャネル型ＴＦＴ５２５と、ｐチャネル型ＴＦＴ５２６を形成することができる。

また本実施の形態では、ＬＤＤ領域として機能する第２の不純物領域５１６、５１７全体が、ゲート電極５１１、５１２のうち厚さが小さい部分と重なっているが、本発明はこれに限定されない。例えば、第３のドーピング処理においてゲート電極５１１、５１２及び第１の不純物領域５１４、５１５の一部を覆うようにマスクを形成することで、ゲート電極５１１、５１２のうち厚さが小さい部分と重なる領域と、それ以外の領域とを有するＬＤＤ領域を、形成することができる。

なお上記プラズマエッチングはＩＣＰエッチング法に限定されない。例えば、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）エッチング法、ＲＩＥエッチング法、ヘリコン波エッチング法、ヘリカル共鳴エッチング法、パルス変調エッチング法やその他のプラズマエッチング法を用いていても良い。

次に図８（Ｂ）に示すように、第１の層間絶縁膜５２２を覆うように、第２の層間絶縁膜５２３と第３の層間絶縁膜５２４を形成する。本実施の形態では、第２の層間絶縁膜５２３を有機樹脂、例えば非感光性のアクリルを用いて形成する。第３の層間絶縁膜５２４は、水分や酸素などの電界発光材料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。

次いで、ゲート絶縁膜５０５、第１の層間絶縁膜５２２、第２の層間絶縁膜５２３及び第３の層間絶縁膜５２４をエッチングし、コンタクトホールを形成する。そして、配線５３０〜５３５を形成する。なお、配線５３０は第１の接続端子５１０とコンタクトホールを介して接続されている。また配線５３１、５３２は、島状の半導体膜５０３とコンタクトホールを介して接続されている。また配線５３３、５３４は、島状の半導体膜５０４とコンタクトホールを介して接続されている。配線５３０〜５３５は、例えばＴｉ＼Ａｌ＼Ｔｉの積層構造を用いたり、Ａｌ−Ｃ合金又はＡｌ−Ｃ−Ｎｉ合金を用いたりしても良い。

次に、第３の層間絶縁膜５２４及び配線５３０〜５３５を覆って透明導電膜を形成し、パターニングすることで、配線５３４に接続された第１の電極（陽極）５４０と、コンタクトホールにおいて第１の接続端子５１０に接続された第２の接続端子５４１を形成する（図９（Ａ））。
透明導電膜として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。ＩＴＯ及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成された導電膜を用いても良い。また第１の電極５４０として上記透光性酸化物導電材料の他に、例えばＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｌ等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を用いることができる。ただし透光性酸化物導電材料以外の材料で陽極側から光を取り出す場合、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成する。

なお第１の電極５４０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して、研磨しても良い。またＣＭＰ法を用いた研磨後に、第１の電極５４０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。

次に図９（Ｂ）に示すように、隔壁５４２を、第３の層間絶縁膜５２４上に形成する。隔壁５４２として、有機樹脂膜、無機絶縁膜、シロキサン系の材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ結合とＳｉ−ＣＨ_X結合手を含む絶縁膜等を用いることができる。隔壁５４２は、第１の電極５４０の端部を覆い、なおかつ第１の電極５４０と重なる領域において開口部を有するようにする。隔壁５４２の開口部における端部は、該端部において後に形成される電界発光層５４３に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、開口部における隔壁５４２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。また隔壁５４２は、第２の接続端子５４１の一部が露出するような開口部をも有している。

なお本実施の形態では、隔壁５４２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隔壁５４２を形成しても良い。ネガ型のアクリルを用いて隔壁５４２を形成した場合、開口部における端部が、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。

上記構成により、後に形成される電界発光層５４３や陰極のカバレッジを良好とすることができ、第１の電極５４０と陰極が電界発光層５４３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５４３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。

また電界発光層５４３を形成する前に、隔壁５４２及び第１の電極５４０に吸着した水分や酸素等を除去するために、大気雰囲気下で加熱処理または真空雰囲気下で加熱処理（真空ベーク）を行なっても良い。具体的には、基板の温度を２００℃〜４５０℃、好ましくは２５０〜３００℃で、０．５〜２０時間程度、真空雰囲気下で加熱処理を行なう。望ましくは４×１０―⁵Ｐａ（３×１０^-7Ｔｏｒｒ）以下とし、可能であるならば４×１０―⁶Ｐａ（３×１０^-8Ｔｏｒｒ）以下とするのが最も望ましい。そして、真空雰囲気下で加熱処理を行なった後に電界発光層５４３を形成する場合、電界発光層５４３を形成する直前まで当該基板を真空雰囲気下に置いておくことで、信頼性をより高めることができる。また真空ベークの前または後に、第１の電極５４０に紫外線を照射してもよい。

なお、第３の層間絶縁膜５２４に接するように形成される電極（本実施例では第１の電極５４０）を、ＩＴＳＯのように透光性酸化物導電材料と酸化珪素を含む導電膜で形成し、第３の層間絶縁膜５２４を窒化珪素で形成することで、第１の電極５４０と第３の層間絶縁膜５２４を他の材料で形成した組み合わせよりも、発光素子の輝度を高めることができる。この場合、第１の電極５４０に含まれる酸化珪素によって、水分が付着しやすいので、上述した真空ベークは特に有効である。

次に、第１の電極５４０上に電界発光層５４３を形成する。電界発光層５４３は、単数または複数の層からなり、各層には有機材料のみならず無機材料が含まれていても良い。電界発光層５４３は陰極に用いられる材料の仕事関数が十分小さくない場合、電子注入層を設けることが望ましい。

次に、電界発光層５４３を覆うように第２の電極（陰極）５４４を形成する。第１の電極５４０、電界発光層５４３、第２の電極５４４は、隔壁５４２の開口部において重なり合っており、該重なり合っている部分が発光素子５４５に相当する。

第２の電極５４４は、仕事関数の小さい金属、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できる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（ＣａＦ₂、ＣａＮ）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電子注入層を設ける場合、Ａｌなどの他の導電層を用いることも可能である。また陰極側から光を取り出す場合は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。ＩＴＯ及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成された導電膜を用いても良い。透光性酸化物導電材料を用いる場合、電界発光層５４３に電子注入層を設けるのが望ましい。また透光性酸化物導電材料を用いずとも、陰極を光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成することで、陰極側から光を取り出すことができる。この場合、該陰極の上または下に接するように透光性酸化物導電材料を用いて透光性を有する導電層を形成し、陰極及び導電層のシート抵抗を抑えるようにしても良い。

なお発光素子５４５を形成したら、第２の電極５４４上に、保護膜を形成しても良い。保護膜は第３の層間絶縁膜５２４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。

なお本実施の形態では、第１の電極５４０に陽極を用い、第２の電極５４４に陰極を用いている例を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。第１の電極５４０に陰極を用い、第２の電極５４４に陽極を用いていても良い。

なお図９（Ｂ）まで完成したら、図９（Ｃ）に示すように、発光素子５４５が外気に曝されないように、シール材５４７を用いて、基板５０１とカバー材５４６との間に発光素子５４５を封入する。その際、カバー材５４６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発光素子５４５の信頼性を向上させることができる。なお隔壁５４２に形成されている、第２の接続端子５４１の一部が露出した開口部は、基板５０１とカバー材５４６との間に封入されないように、露出させておく。

なお本実施の形態では、ＴＦＴのゲート電極をパターニングにより形成するためのマスクとして、ナノインプリント法で形成されたレジストマスクを用いているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば島状の半導体膜５０３、５０４を形成する際に、ナノインプリント法で形成されたレジストマスクを用いていても良い。また、配線５３０〜５３５、第１の電極（陽極）５４０を形成する際に、ナノインプリント法で形成されたレジストマスクを用いていても良い。また、第１の層間絶縁膜５２２、第２の層間絶縁膜５２３及び第３の層間絶縁膜５２４にコンタクトホールを形成する際に、ナノインプリント法で形成されたレジストマスクを用いていても良い。また、隔壁５４２に開口部を形成する際に、ナノインプリント法で形成されたレジストマスクを用いていても良い。なお、コンタクトホールや開口部に関しては、直接ナノインプリント法で凹部を形成した後、該凹部をエッチングすることで形成しても良い。

なお本発明の作製方法は、必ずしも上述した形態に限定されない。上述した実施の形態は、本発明の一形態について具体的に説明しただけであり、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

なお、上記方法を用いて作製される半導体素子を、プラスチックなどの可撓性を有する基板上に転写することで、半導体装置を形成しても良い。転写は、基板と半導体素子の間に金属酸化膜を設け、該金属酸化膜を結晶化により脆弱化して半導体素子を剥離し、転写する方法、基板と半導体素子の間に水素を含む非晶質珪素膜を設け、レーザ光の照射またはエッチングにより該非晶質珪素膜を除去することで基板と半導体素子とを剥離し、転写する方法、半導体素子が形成された基板を機械的に削除または溶液やガスによるエッチングで除去することで半導体素子を基板から切り離し、転写する方法等、様々な方法を用いることができる。なお転写は、表示素子を作製する前に行なっても良いし、作製した後に転写しても良い。

本実施の形態は、上記実施の形態１乃至３と組み合わせて実施することができる。

本実施例では、モールドの位置合わせの方法について説明する。

図１０（Ａ）に、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）などの撮像装置６０５を用いて、レジスト６０１とモールド６０２の位置合わせを行なっている様子を示す。なおレジスト６０１は、島状の半導体膜６０３上に形成された導電膜６０４をパターニングするための、レジストマスクとして用いられる。

そして本実施例では、半導体膜をパターニングすることで、位置合わせの基準となるレジスト６０１側のマーカー６０６と、島状の半導体膜６０３とを共に形成している。また位置合わせの基準となるモールド６０２側のマーカー６０７は、モールド６０２に形成されたパターンの一部を用いている。

そして図１０（Ａ）では、撮像装置６０５を用いて、モールド６０２とレジスト６０１の間から、マーカー６０６とマーカー６０７を撮影することで、モールド６０２とレジスト６０１の位置合わせを行なう。上記構成により、モールド６０２の透光性が低い場合でも、モールド６０２とレジスト６０１の位置合わせを行なうことができる。

次に図１０（Ｂ）に、モールド６０２が透光性を有している場合において、レジスト６０１とモールド６０２の位置合わせを行なっている様子を示す。なお図１０（Ｂ）では、図１０（Ａ）において既に示したものに対し、同じ符号を付す。図１０（Ｂ）では、撮像装置６０５を用いて、モールド６０２に対しレジスト６０１の反対側から、モールド６０２を通してマーカー６０６とマーカー６０７を撮影することで、モールド６０２とレジスト６０１の位置合わせを行なう。上記構成の場合、一方向のみの撮影が可能であるような撮像装置６０５を用いればよい。

本実施例は、上記実施の形態１乃至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、１枚の基板上に複数の半導体装置を形成する場合において、モールドを用いてパターンを形成する例について説明する。

図１１（Ａ）に、レジスト７０２が形成された基板７０１と、モールド７０３の様子を示す。モールド７０３には、各半導体装置に対応したパターンが形成されている。そして、レジスト７０２にモールド７０３を押し付け、レジスト７０２にパターンを形成する。

次にモールド７０３をレジスト７０２から取り外す。図１１（Ｂ）に、パターンが形成された後の、レジスト７０２の様子を示す。次に図１１（Ｃ）に示すように、パターンが形成されたレジスト７０２の表面を、アッシング等で削ることで、レジストマスク７０４を形成する。

なお本実施例では、モールドを用いて大型基板に一回でパターンを形成する例を示したが、本発明はこの構成に限定されない。大型基板に複数回に分けてモールドを押し付け、パターンを形成するようにしても良い。ただしこの場合、光ナノインプリント法を用い、パターンを形成する領域を順に選択的に露光するようにする。

フォトリソグラフィ法を用いる場合、基板が大型化するとフォトマスクの価格もそれに伴って上昇してしまう。さらに一度に露光できる面積が限られているので、パターニングにかかるトータルの時間も長くなるという問題があった。しかし本発明のようにナノインプリント法を用いる場合、フォトマスクを用いる必要はなく、さらにパターンを形成する基板が大型化しても、パターンを形成するのにかかる時間を抑えることができる。

本実施例は、上記実施の形態１乃至４または実施例１と組み合わせて実施することが可能である。

本発明の作製方法を用いて形成される半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。具体的に本発明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）、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（代表的にはＤＶＤ：ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ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有する装置）などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１２に示す。

図１２（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２１０１、表示部２１０２、操作キー２１０３、スピーカー部２１０４等を含む。本発明を用いた半導体装置は、表示部２１０２及びその他信号処理用の回路に用いることができる。

図１２（Ｂ）はゴーグル型表示装置であり、本体２２０１、表示部２２０２、イヤホン２２０３、支持部２２０４とを有している。本発明を用いた半導体装置は、表示部２２０２及びその他信号処理用の回路に用いることができる。支持部２２０４は、ゴーグル型表示装置を頭部自体に固定するタイプであっても良いし、使用者の身体のうち、頭部以外の部分に固定するタイプであっても良い。

図１２（Ｃ）は表示装置であり、筐体２４０１、表示部２４０２、スピーカー部２４０３等を含む。本発明を用いた半導体装置は、表示部２４０２及びその他信号処理用の回路に用いることができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、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。

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。また本実施例は、上記実施の形態１乃至４または実施例１、２と組み合わせて実施することが可能である。

本発明の半導体装置の作製方法を示す図。本発明の半導体装置の作製方法を示す図。本発明の半導体装置の作製方法を示す図。本発明の半導体装置の作製方法を示す図。本発明の半導体装置の作製方法を示す図。本発明の半導体装置の作製方法を示す図。本発明の半導体装置の作製方法を示す図。本発明の半導体装置の作製方法を示す図。本発明の半導体装置の作製方法を示す図。モールドの位置合わせの様子を示す図。ナノインプリント法で大型基板にパターンを形成している様子を示す図。本発明を用いた電子機器の図。

符号の説明

１０１基板
１０２被パターニング層
１０３レジスト
１０４モールド
１０５レジストマスク

Claims

島状の半導体膜上にゲート絶縁膜と、導電膜と、レジストとを順に形成し、
減圧雰囲気下で、第１の凹部と、前記第１の凹部の中に形成された第２の凹部とを有するモールドを、前記レジストに押し付けた状態で前記レジストを硬化させた後、超音波を用いて前記レジストに振動を加えながら前記モールドを前記レジストから取り外すことによって、前記第１の凹部及び前記第２の凹部の形状に応じた第１の凸部及び第２の凸部を有するパターンを前記レジストに形成し、
前記パターンが形成された前記レジストの表面を前記導電膜の一部が露出するまでアッシングし、
前記アッシングされた前記レジストをマスクとして用い、前記導電膜をエッチングすることで、段差を有するゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
島状の半導体膜上にゲート絶縁膜と、導電膜と、レジストとを順に形成し、
第１の凹部と、前記第１の凹部の中に形成された第２の凹部とを有するモールドを、前記レジストに押し付けた状態で前記レジストを硬化させた後、超音波を用いて前記レジストに振動を加えながら前記モールドを前記レジストから取り外すことによって、前記第１の凹部及び前記第２の凹部の形状に応じた第１の凸部及び第２の凸部を有するパターンを前記レジストに形成し、
前記パターンが形成された前記レジストの表面を前記導電膜の一部が露出するまでアッシングし、
前記アッシングされた前記レジストをマスクとして用い、前記導電膜をエッチングすることで、段差を有するゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１又は請求項２において、
前記ゲート電極をマスクとして用い、前記島状の半導体膜に不純物をドーピングすることで、前記島状の半導体膜に、チャネル形成領域と、前記チャネル形成領域を間に挟んでいる一対のＬＤＤ領域と、前記チャネル形成領域及び前記一対のＬＤＤ領域を間に挟んでいるソース領域及びドレイン領域とを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記レジストは光硬化性樹脂を用いており、紫外線の照射により前記レジストが硬化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記レジストは熱可塑性樹脂を用いており、加熱により前記レジストを軟化させてから前記モールドを前記レジストに押し付け、前記モールドを押しつけた状態で前記レジストを冷却して硬化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。