JP4963163B2 - レーザ処理装置及び半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
本発明はレーザビームの照射方法およびそれを行うためのレーザ処理装置に関する。また、前記レーザビーム照射を用いた半導体装置の作製方法に関する。
近年、基板上に薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、「ＴＦＴ」と記す）を製造する技術が大幅に進歩し、例えば、アクティブマトリクス型の表示装置への応用開発が進められている。特に結晶性半導体膜を用いた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試みられている。
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から石英基板よりも、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、ガラス基板上に結晶性半導体膜を用いた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アニールが用いられる。
レーザアニールの特徴は輻射加熱ある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、半導体基板又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板にほとん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やアモルファス層を結晶化させる技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術や、単結晶ではない結晶性半導体膜（上記した単結晶ではない半導体膜をまとめて非単結晶半導体膜と呼ぶ）をレーザビームにより加熱（アニール）す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。
レーザアニールには、エキシマレーザから発振されたレーザビームが用いられることが多い。エキシマレーザは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有し、さらにエキシマレーザから発振されるレーザビームは半導体膜としてよく用いられる珪素膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
そして、レーザビームの照射には、照射面におけるレーザビームの形状が線状となるように光学系にて整形し、線状レーザビームの短手方向にレーザビームの照射位置を照射面に対し相対的に移動させて、照射する方法は生産性が高く、工業的に優れている（特許文献１参照）。
特開平８−１９５３５７号公報
連続発振のレーザ（以下、「ＣＷレーザ」と呼ぶ）を線状に整形し、線状レーザビームの短軸方向にレーザの照射位置を相対的に移動させることで、移動方向に結晶粒が長く伸びた大粒径結晶ができる。大粒径結晶の長軸方向に合わせてＴＦＴを作製した場合、低周波数のパルスエキシマレーザで作製したＴＦＴに比べ、移動度の高いＴＦＴが作製できる。このＴＦＴを用いれば回路を高速で駆動させることができるため、ドライバやＣＰＵなどを作製することが可能である。
なお線状レーザビームの形状はほぼ長方形であり、本明細書においては、その長方形の短辺の方向を、線状レーザビームの短軸方向または幅方向と呼ぶ。また長方形の長辺の方向を、線状レーザビームの長軸方向又は長手方向と呼ぶことにする。
ＣＷまたは疑似ＣＷレーザによるレーザ処理装置の課題として、その振動対策が挙げられる。
なおここで疑似ＣＷレーザというのは、発振周波数が１０ＭＨｚ以上、好ましくは８０ＭＨｚ以上であるような、繰り返しが短くほぼＣＷレーザと同じとみなせるレーザのことをいう。
ＣＷレーザのレーザビームの走査速度は、半導体膜上で２００〜１０００ｍｍ／ｓと高速で、特に半導体膜が成膜された大型基板をこの速度で往復動作させると、振動の発生によるプロセス不良が懸念される。
すなわち、ＣＷレーザを半導体膜に照射する際には、下のガラス基板が熱変形しないうちに基板を移動させなくてはならない。そして高速で移動させた基板が止まる際には目視で分かるほどの振動が発生し、基板や半導体膜に影響を与えてしまう。
このような問題を避けるため、基板を動かすことなくレーザビームを走査する方式も考えられるが、光学系が動作する方式は光学系のわずかなズレが結晶性を大きく変化させるため、この方式においてもプロセス不良が懸念される。
またレーザビームを往復で走査させると往路と復路でレーザアニールの効果が異なるため、特に一様なレーザアニールが必要とされるプロセスにおいては片道照射を余儀なくされる。
つまり、レーザビームはそのエネルギープロファイルが完全に対称ではないので、往路を走査させる場合と、復路を走査させる場合では、同じ状態でレーザビームを照射することができない。すなわちレーザビームの走査方向によって、レーザビームの効果が異なってしまうのである。そのため一様なレーザでアニールするには、一方向に走査させることが好ましい。
しかしながら、レーザビームを一方向、片道で走査させる照射方法を採ると、スループットが半分に落ちるため、量産を視野に入れたときに問題となる。本発明はこのような課題を解決するものである。
基板を移動する際の振動の発生は、主に速度の変化が原因で生じる。これは重量のあるものをある加速度で動かそうとするとき、加速する方向とは逆方向に慣性力が働くためである。
従って、レーザビームを高速で走査させる際に、基板を往復動作させることにより、二次元的に半導体膜を処理するのではなく一方向に回転させることにより、加速度の変化を抑制し振動の発生を最小限に抑制することができる。
本発明では、回転軸を有する回転体、例えば円柱状の回転体の表面に、回転体の曲率に沿って基板を回転体表面に固定させ、回転体を回転させ、基板上に成膜された半導体膜を一度にレーザ照射する。また、回転体の回転軸方向に移動機構を設け、回転体が１回転したときに照射位置をずらすようにする。または回転体を回転させながら回転軸方向に移動させることも可能である。これによりレーザ照射時の振動の発生を抑制し、一様なエネルギープロファイルを持つレーザビームを一方向に移動させることにより、信頼性のよい半導体装置を短時間で量産することが可能となる。なお、移動機構とはリニアモータやボールねじ直動装置等の公知機構が利用できる。また、エア浮上式ＸＹ平面ステージなどを使用することもできる。
本発明の装置構成を、図１を用いて説明する。
まず回転軸１１１を有する回転体（ロータともいう）１０１、例えば円柱状の回転体を用意し、その表面には固定機構を設け、回転体１０１の曲率に沿って基板１００を回転体表面に１枚または複数枚固定させる。
この状態で、回転体１０１を回転させ、基板１００に成膜された半導体膜１０２をレーザ照射する。用いられるレーザビームはレーザ発振器から射出され、線状レーザビーム形成用の光学系により整形される。これにより線状レーザビームにより半導体表面を照射することができる。また、回転体１０１の回転軸方向に移動機構１０４を設け、回転体１０１が１回転する度に、線状レーザビームの照射位置と回転体１０１の回転軸１１１との相対位置を移動する。すなわち回転体１０１が１回転したときにレーザビームの幅の分だけ、照射位置をずらすようにする。もしくは回転体１０１が回転している間に、線状レーザビームの照射位置と回転体の回転軸１１１との相対位置を移動してもよい。これにより半導体膜の全面をこの装置で処理することが可能となる。
このようにして、基板をレーザビームに対して一方向に移動させることにより、振動の発生を抑制することができる。
回転体１０１の曲率に沿って固定された基板１００は、回転体１０１からはずして平坦な場所に設置すれば、容易に平らな状態に戻すことができる。
本発明は、レーザ発振器と、線状レーザビーム形成用の光学系と、回転軸を有する回転体と、基板を前記回転体の曲面に固定させる固定機構と、前記回転体を回転軸方向に移動させる移動機構と、を有し、前記レーザ発振器からレーザビームを射出し、前記射出されたレーザビームは前記光学系を通り、前記光学系を通ったレーザビームは、前記回転体を回転させながら前記回転体に固定させた前記基板に照射され、前記回転体を前記移動機構により前記回転体の回転軸方向に移動させることによって、前記光学系を通ったレーザビームの照射位置を移動させることを特徴とするレーザ処理装置に関するものである。
本発明は、レーザ発振器と、線状レーザビーム形成用の光学系と、回転軸を有する回転体と、基板を前記回転体の曲面に固定させる固定機構と、前記線状レーザビームを前記回転体の回転軸方向に移動させる移動機構と、を有し、前記レーザ発振器からレーザビームを射出し、前記射出されたレーザビームは前記光学系を通り、前記光学系を通ったレーザビームは、前記回転体を回転させながら前記回転体に固定させた前記基板に照射され、前記光学系を通ったレーザビームを前記移動機構により前記回転体の回転軸方向に移動させることを特徴とするレーザ処理装置に関するものである。
本発明は、レーザ発振器と、シリンドリカルレンズと、回転軸を有する回転体と、基板を前記回転体の曲面に固定させる固定機構と、前記回転体を回転軸方向に移動させる移動機構と、を有し、前記レーザ発振器からレーザビームを射出し、前記射出されたレーザビームは前記シリンドリカルレンズを通り、前記シリンドリカルレンズを通ったレーザビームは、前記回転体を回転させながら前記回転体に固定させた前記基板に照射され、前記回転体を前記移動機構により前記回転体の回転軸方向に移動させることによって、前記シリンドリカルレンズを通ったレーザビームの照射位置を移動させることを特徴とするレーザ処理装置に関するものである。
本発明は、レーザ発振器と、シリンドリカルレンズと、回転軸を有する回転体と、基板を前記回転体の曲面に固定させる固定機構と、レーザビームを前記回転体の回転軸方向に移動させる移動機構と、を有し、前記レーザ発振器からレーザビームを射出し、前記射出されたレーザビームは前記シリンドリカルレンズを通り、前記シリンドリカルレンズを通ったレーザビームは、前記回転体を回転させながら前記回転体に固定させた前記基板に照射され、前記シリンドリカルレンズを通ったレーザビームを前記移動機構により前記回転体の回転軸方向に移動させることを特徴とするレーザ処理装置に関するものである。
本発明は、レーザ発振器と、第１のシリンドリカルレンズと、第２のシリンドリカルレンズと、回転軸を有する回転体と、基板を前記回転体の曲面に固定させる固定機構と、前記回転体を回転軸方向に移動させる移動機構と、を有し、前記レーザ発振器からレーザビームを射出し、前記射出されたレーザビームを、前記第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリカルレンズにより、線状に整形して線状レーザビームとし、前記回転体に固定させた前記基板に、前記回転体を回転させながら前記線状レーザビームを照射し、前記回転体を前記移動機構により前記回転体の回転軸方向に移動させることによって、前記線状レーザビームの照射位置を移動させ、前記第１のシリンドリカルレンズは前記線状レーザビームの長軸方向に作用し、前記第２のシリンドリカルレンズは前記線状レーザビームの短軸方向に作用することにより、前記射出されたレーザビームが前記基板表面で線状に整形されることを特徴とするレーザ処理装置に関するものである。
本発明は、レーザ発振器と、第１のシリンドリカルレンズと、第２のシリンドリカルレンズと、回転軸を有する回転体と、基板を前記回転体の曲面に固定させる固定機構と、線状レーザビームを前記回転体の回転軸方向に移動させる移動機構と、を有し、前記レーザ発振器からレーザビームを射出し、前記射出されたレーザビームを、前記第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリカルレンズにより、線状に整形して前記線状レーザビームとし、前記回転体に固定させた前記基板に、前記回転体を回転させながら前記線状レーザビームを照射し、前記線状レーザビームを前記移動機構により前記回転体の回転軸方向に移動させ、前記第１のシリンドリカルレンズは前記線状レーザビームの長軸方向に作用し、前記第２のシリンドリカルレンズは前記線状レーザビームの短軸方向に作用することにより、前記射出されたレーザビームが前記基板表面で線状に整形されることを特徴とするレーザ処理装置に関するものである。
本発明は、複数のレーザ発振器と、複数の光学系と、回転軸を有する回転体と、基板を前記回転体の曲面に固定させる固定機構と、前記回転体を回転軸方向に移動させる移動機構と、を有し、前記複数の光学系のそれぞれは、第１のシリンドリカルレンズと、第２のシリンドリカルレンズと、を有し、前記複数のレーザ発振器のそれぞれからレーザビームを射出し、前記射出されたレーザビームを、前記第１のシリンドリカルレンズ及び第２のシリンドリカルレンズにより、線状に整形して線状レーザビームとし、前記回転体に固定させた前記基板を、前記回転体を回転させながら前記複数の光学系により形成された複数の前記線状レーザビームによって照射し、前記回転体は、前記線状レーザビームを照射されつつ、前記移動機構により前記回転体の回転軸方向に移動され、前記第１のシリンドリカルレンズは前記線状レーザビームの長軸方向に作用し、前記第２のシリンドリカルレンズは前記線状レーザビームの短軸方向に作用することにより、前記射出されたレーザビームが前記基板表面で線状に整形されることを特徴とするレーザ処理装置に関するものである。
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本発明は、回転軸を有する回転体の曲面上に基板を固定させ、前記基板を固定させた回転体を回転させながら、前記基板の表面に線状レーザビームを照射し、前記回転体が１回転する度に前記線状レーザビームの照射位置と前記回転体の回転軸との相対位置を移動することを特徴とするレーザ照射方法に関するものである。
本発明は、回転軸を有する回転体の曲面上に基板を固定させ、前記基板を固定させた回転体を回転させながら、前記基板の表面に線状レーザビームを照射し、前記回転体が回転している間に前記線状レーザビームの照射位置と前記回転体の回転軸との相対位置を移動することを特徴とするレーザ照射方法に関するものである。
本発明は、基板上に半導体膜を形成し、前記半導体膜を形成した基板を回転軸を有する回転体の曲面に固定させ前記基板を固定させた回転体を回転させながら、前記半導体膜に線状レーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法に関するものである。
本発明は、基板上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜を形成した基板を回転軸を有する回転体の曲面に固定させ、前記基板を固定させた回転体を回転させながら、線状レーザビームを照射することにより、前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法に関するものである。
本発明において、前記結晶性半導体膜をパターニングして、島状半導体膜を形成し、前記島状半導体膜に一導電性を付与する不純物を導入し、前記不純物を導入した後に、前記基板を前記回転体に固定させ、前記基板を固定させた回転体を回転させながら、線状レーザビームを照射することにより、前記不純物を活性化させる。
本発明において、前記回転体の曲面には複数の前記基板が固定されるものである。
本発明において、前記回転体の回転速度は、１０〜５０度／ｓである。
本発明において、前記線状レーザビームは、連続発振のレーザ、又は周波数１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザから整形される。
本発明において、前記線状レーザビームは、連続発振のレーザ、又は周波数８０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザから整形される。
本発明において、前記連続発振のレーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、Ｙ2Ｏ3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、ヘリウムカドミウムレーザ、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のいずれか１つである。
本発明において、前記パルス発振レーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４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、金蒸気レーザ、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のいずれか１つである。
本発明において、前記基板は、ガラス基板または合成樹脂からなる基板である。
また本発明において、前記基板として石英基板またはステンレス基板を用いてもよい。
なお、ここでいう半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、電気装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
なお、光学系にはビームエキスパンダ、ビームホモジナイザ、シリンドリカルレンズ等が含まれる。しかしレーザ発振器にレンズを有していることもあるので、その場合にはレーザ発振器は光学系に含まれる。
本発明により、レーザ照射時の基板の走査速度の加速度はほぼ一定になり、振動の発生を最小限に抑制することができる。
さらに、レーザ照射時の基板の走査方向は一方向なので、一様なレーザビームによって半導体膜を照射することができ、レーザアニールの効果が一様となる。
また本発明により、大型基板を一度にレーザアニールすることができ、かつ一度にたくさんの基板を処理することが可能となる。
従って、本発明により振動の発生が少なく、一度にたくさんの基板を処理できるレーザ処理装置を提供することができる。これにより信頼性のよい半導体装置を短時間で量産することができる。
［実施の形態１］
本発明の具体的な装置構成を、図１を用いて説明する。なお『課題を解決する手段』で既に説明したものと同じものは同じ符号で示す。ただし、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、本発明の主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、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるのもではない。
本実施の形態で用いられる基板１００、例えば大型ガラス基板は、その厚さが１ｍｍ以下と非常に薄いため、比較的容易に曲率を与えることができる。例えば、大きさが６００×７２０ｍｍ、厚さが０．７ｍｍのガラス基板に曲率半径１ｍの曲率を与えることは容易である。
そこで、本実施の形態では半径１ｍの回転体（ロータ、ドラムともいう）１０１、例えば円柱状の回転体を用意し、その表面には固定機構を設け、大型ガラス基板１００を回転体表面に複数枚固定させる。回転体は円周が約６ｍあるため、上記大型基板を８枚、同時に固定させることができる。
ここで固定機構とは、回転体１０１の表面に複数の穴１２１を形成し、回転体１０１に接続されている排気装置１２２により、回転体１０１内部を減圧することによって基板を回転体表面に吸着させ貼り付けることをいう（図２６（Ａ）参照）。回転体１０１内の気圧を適宜調節することにより、基板が回転体表面から落ちることなく一様なレーザ照射を行うことができる。
この状態で、例えば回転体１０１を１０〜５０度／ｓ程度の速度で回転させると、２００〜１０００ｍｍ／ｓと同等の基板の走査速度を得られる。そして大型ガラス基板１００に成膜された半導体膜を一度にレーザ照射できる。ドラムが１回転すると、再び同じ場所をレーザ照射することとなるため、回転体の回転軸方向に移動機構１０４、例えば回転体１０１を一方向に動かす一軸ステージを設け、ドラムが１回転したときにレーザビームの幅の分だけ、移動機構１０４によって照射位置をずらすようにすれば、半導体膜１０２の全面をこの装置で処理することが可能となる。
また、ドラムが一回転している間、移動機構１０４によって、回転体を回転軸１１１に沿って連続的に移動させてもよい。この場合レーザ照射の軌跡１３１は、回転体の回転する方向１３２に対して斜めになる（図２６（Ｂ）参照）。
本実施の形態により、一度にたくさんの大型基板上の半導体膜をレーザ照射することができ、またそのような半導体膜を用いることで、信頼性のよい半導体装置を短時間で量産することができる。
［実施の形態２］
本発明の実施の形態を、図２及び図２５を用いて説明する。ただし、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、本発明の主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、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるのもではない。
本発明の実施の形態を、図２及び図２５を用いて説明する。ただし、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、本発明の主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、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるのもではない。
本実施例において、図２に示すレーザ処理装置は、レーザ発振器２０１、ビームエキスパンダ２０２、ビームホモジナイザ２０３、シリンドリカルレンズ２０４及び２０５からなる光学系を有している。
図２中、波長５３２ｎｍ、出力１０ＷのＣＷレーザ発振器２０１から射出したレーザビームは、ビームエキスパンダ２０２に入射し、ビーム径を広げられ、ビームホモジナイザ２０３に入射する。ビームホモジナイザ２０３は、照射面にて線状レーザビーム１０３の長軸方向の強度分布を均一にする役割を持つ。
ビームホモジナイザ２０３から射出したレーザビームは、二枚のシリンドリカルレンズ２０４、２０５に入射する。シリンドリカルレンズ２０４は、レーザビームの長軸方向のみに作用し、シリンドリカルレンズ２０５は短軸方向のみに作用する。該シリンドリカルレンズ２０４、２０５により、ガラス基板１００上に成膜した半導体膜１０２上で線状にビームを整形することができる。
このときの線状レーザビーム１０３の大きさは、長軸３００μｍ、短軸１０μｍ程度である。
ガラス基板は、例えば、大きさが６００×７２０ｍｍ、厚さが０．７ｍｍのガラス基板を用いる。このように厚さが１ｍｍ以下のガラス基板には、曲率半径１ｍの曲率を与えることができる。
このとき、ガラス基板裏面からの反射光の影響を防ぐために、レーザビームが半導体膜１０２に対し、入射角θを数１を満たす角度を持つようにする。このとき入射角θは半導体膜１０２に対する垂直方向からの傾き角とし、線状レーザビーム１０３の短軸方向の長さをＬ、半導体膜１０２が成膜されたガラス基板１００の厚さをｄとする（図２５参照）。
入射角θを、数１を満たす角度にすることにより、線状レーザビームの干渉する部分が、半導体膜上でなく、基板中になるようにする。干渉する部分が半導体膜上に来てしまうと、レーザビームによる干渉縞が半導体膜に記録されるため、良好な半導体膜を得ることができなくなってしまう。
ガラス基板１００上に成膜した半導体膜１０２は、半径１ｍの円柱状の回転体１０１に固定されており、該回転体１０１には、同様に、ガラス基板が８枚取り付けることが可能である。該回転体１０１は、１０〜５０度／ｓ程度の速度で回転させると、ガラス基板を溶融させることなく半導体膜１０２のみをレーザ照射により処理することができる。
そしてガラス基板に成膜された半導体膜を一度にレーザ照射させることで、加速度の変化なく、８枚の大型基板に成膜された半導体膜を一度にレーザ照射できる。ドラムが１回転すると再び同じ場所をレーザ照射することとなるため、回転体１０１の回転軸方向、つまり図２中点線で示した矢印の方向に移動機構、例えば回転体１０１を一方向に動かす一軸ステージを設け、ドラムが１回転したときにレーザビームの幅の分だけ、照射位置をずらすようにすれば、半導体膜の全面をこの装置で処理することが可能となる。このとき回転体ではなく、レーザビームの方を一方向に動かしてもよい。
また、ドラムを回転させながら、半導体膜をレーザ照射しつつ、移動機構１０４によって回転体を回転軸方向に移動させてもよい。この場合レーザ照射の軌跡は、回転体の回転軸方向と垂直な軸に対して斜めになる。
本実施の形態において、半導体膜１０２にはアモルファスシリコン膜を用い、これに線状レーザビーム１０３を照射することにより、大粒径結晶を有する結晶性シリコン膜を形成した。
本実施の形態に示すレーザ処理装置及びレーザ照射方法を用いることで、レーザ走査方向に長く伸びた大粒径結晶を持つ結晶性シリコン膜を効率よく作製することができ、プロセス時間を短縮することができる。この大粒径結晶の長く伸びた方向に合わせてＴＦＴの活性層を作製することで、移動度の高いＴＦＴを作製することが可能である。
［実施の形態３］
本実施の形態を図３及び図４を用いて説明する。本実施の形態においては、複数のレーザビームによってレーザ照射を行う。これにより一度によりたくさんの基板を処理することができ、生産性が増大する。
本実施の形態を図３及び図４を用いて説明する。本実施の形態においては、複数のレーザビームによってレーザ照射を行う。これにより一度によりたくさんの基板を処理することができ、生産性が増大する。
なお図３及び図４において、実施の形態１及び２と同じものは同じ符号で示す。
ただし、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、本発明の主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、本発明は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。
本実施の形態において、図４に示すレーザ処理装置は、レーザ発振器２０１ａ、ビームエキスパンダ２０２ａ、ビームホモジナイザ２０３ａ、シリンドリカルレンズ２０４ａ及び２０５ａからなる光学系Ａ（２１０ａ）と、レーザ発振器２０１ｂ、ビームエキスパンダ２０２ｂ、ビームホモジナイザ２０３ｂ、シリンドリカルレンズ２０４ｂ及び２０５ｂからなる光学系Ｂ（２１０ｂ）を有している。
レーザ発振器２０１ａ及び２０１ｂ、ビームエキスパンダ２０２ａ及び２０２ｂ、ビームホモジナイザ２０３ａ及び２０３ｂ、シリンドリカルレンズ２０４ａ及び２０４ｂ、シリンドリカルレンズ２０５ａ及び２０５ｂは、実施の形態２で説明した図２に示すレーザ発振器２０１、ビームエキスパンダ２０２、ビームホモジナイザ２０３、シリンドリカルレンズ２０４、シリンドリカルレンズ２０５とそれぞれ同じ機能を有している。
まず図３に示すとおり、線状レーザビーム１０３ａ及び１０３ｂのそれぞれの位置をずらして基板１００を照射する。
このとき、線状レーザビームの形状を長方形と見立てると、線状レーザビーム１０３ａの照射面の片方の短辺は、線状レーザビーム１０３ｂの照射面の他方の短辺の延長線上にあることが好ましい。すなわち図３において、線状レーザビーム１０３ａの照射面の左側の短辺と線状レーザビーム１０３ａの照射面の右側の短辺が、一点鎖線１１０に沿っているような状態が好ましい。このような状態に線状レーザビーム１０３ａ及び１０３ｂ配置し回転体を回転させると、線状レーザビーム１０３ａ及び１０３ｂが隣り合って照射されるのと等しくなる。そのため線状レーザビーム１０３ａ及び１０３ｂの位置を合わせるのが容易になり、また基板表面を隙間なくレーザ照射できるので効率よく処理できる。
このような複数の線状レーザビームを形成するには、図４に示すように光学系Ａ（２０１ａ）及び光学系Ｂ（２０１ｂ）を有するレーザ処理装置を用いればよい。
本実施の形態では、２つの線状レーザビームを用いる例を示したが、光学系を増やすことにより、２つより多い線状レーザビームを基板に同時に照射することもできる。
以上から本発明により、大型基板を大量にそして迅速に処理することができ、量産性を向上させることができることが分かる。
本発明の半導体装置の作製方法について、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）及び図６（Ａ）〜図６（Ｂ）を用いて説明する。
まず図５（Ａ）に示すように、基板５００上に下地膜５０１を成膜する。基板５００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を用いることも可能である。
下地膜５０１は基板５００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（ＳｉＯ）や、窒化珪素（ＳｉＮ）、窒素を含む酸化珪素（ＳｉＯＮ）などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用いて窒素を含む酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍ）の膜厚になるように成膜する。
なお下地膜５０１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５０１上に半導体膜５０２を形成する。半導体膜５０２の膜厚は２５ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍ）とする。なお半導体膜５０２は、非晶質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。
次に図５（Ｂ）に示すように、本発明のレーザ処理装置を用いて半導体膜５０２にレーザビーム５０５を照射し、結晶化を行なう。
レーザ結晶化を行なう場合、レーザ結晶化の前に、レーザに対する半導体膜５０２の耐性を高めるために、５００℃、１時間の加熱処理を該半導体膜５０２に加えてもよい。
レーザ結晶化は、連続発振のレーザまたは発振周波数が１０ＭＨｚ以上、好ましくは８０ＭＨｚ以上のパルス発振レーザを用いることができる。
具体的には、連続発振のレーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、Ｙ2Ｏ3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、ヘリウムカドミウムレーザ、もしくは多結晶（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などが挙げられる。
また発振周波数が１０ＭＨｚ以上、好ましくは８０ＭＨｚ以上のパルス発振をさせることができるのであれば、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＹＶＯ4レーザ、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ＧｄＶＯ4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、、もしくは多結晶（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のようなパルス発振レーザを用いることができる。
例えば連続発振が可能な固体レーザを用いる場合、第２高調波〜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。代表的には、ＹＡＧ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。例えば、連続発振のＹＡＧレーザから射出されたレーザビームを非線形光学素子により高調波に変換して、半導体膜５０２に照射する。パワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）とすれば良い。そして走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。
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レーザ、Ｋｒ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なものであり、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。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。
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。
なお、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザビームを照射するようにしても良い。これにより、レーザビーム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電圧のばらつきを抑えることも可能となる。
上述した半導体膜５０２へのレーザビーム５０５の照射により、結晶性がより高められた結晶性半導体膜５０３が形成される。
また、レーザビーム５０５による結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けても良い。触媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）を用いているが、その以外にも、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ることができる。
なお、触媒元素を添加し加熱処理を行なって結晶化を行ってから、レーザビームの照射により結晶性をより高めても良いし、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザビームを照射し、結晶性を高めるようにしても良い。
また触媒元素は、半導体膜の全面に導入してもよいし、半導体膜の一部に導入してから結晶成長させてもよい。
次に、図５（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜５０３をパターニングすることで、島状半導体膜５０７〜５０９が形成される。この島状半導体膜５０７〜５０９は、以降の工程で形成されるＴＦＴの活性層となる。
次に島状半導体膜にしきい値制御のための不純物を導入する。本実施例においてはジボラン（Ｂ2Ｈ6）をドープすることによってボロン（Ｂ）を島状半導体膜中に導入する。
次に図６（Ａ）に示されるように島状半導体膜５０７〜５０９を覆うようにゲート絶縁膜５１０を成膜する。ゲート絶縁膜５１０には、例えば酸化珪素（ＳｉＯ）、窒化珪素（ＳｉＮ）または窒素を含んだ酸化珪素（ＳｉＯＮ）等を用いることができる。また成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。
次に、ゲート絶縁膜５１０上に導電膜を成膜した後、導電膜をパターニングすることで、ゲート電極５１１を形成する。
ゲート電極５１１は、導電膜を単層または２層以上積層させた構造を用いて形成する。導電膜を２層以上積層させている場合は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）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を積層させてゲート電極５１１を形成してもよい。また、リン（Ｐ）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ゲート電極を形成してもよい。
本実施例では、窒化タンタル（ＴａＮ）からなる第１のゲート電極層５１１ａとタングステン（Ｗ）からなる第２のゲート電極層５１１ｂをそれぞれ、３０ｎｍ、３７０ｎｍ積層した積層膜を用いてゲート電極５１１を形成する。
ゲート電極５１１は、ゲート配線の一部として形成してもよいし、別にゲート配線を形成して、そのゲート配線にゲート電極５１１を接続してもよい。
そして、ゲート電極５１１や、あるいはレジストを成膜してパターニングしたものをマスクとして用い、島状半導体膜５０７〜５０９に一導電性（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、さらには低濃度不純物領域等を形成する。
本実施例において、ｎチャネル型ＴＦＴを作製する場合は、フォスフィン（ＰＨ3）を用いて、印加電圧４０〜８０ｋｅＶ、例えば５０ｋｅＶ、ドーズ量１．０×１０15〜２．５×１０16ｃｍ-2、例えば３．０×１０15ｃｍ-2で、島状半導体膜中にリン（Ｐ）を導入する。これによりｎチャネル型ＴＦＴのソース領域又はドレイン領域５２０、５２５が形成される。また、低濃度不純物領域５２１及び５２６を形成するには、リン（Ｐ）を、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶ、ドーズ量を１×１０13〜１×１０15ｃｍ-2として島状半導体膜中に導入する。またこの不純物導入の際にチャネル形成領域５２２及び５２７が形成される。
またｐチャネル型ＴＦＴを作製する場合は、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を印加電圧６０〜１００ｋｅＶ、例えば８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０13〜５×１０15ｃｍ-2、例えば３×１０15ｃｍ-2の条件で、島状半導体膜中にボロン（Ｂ）を導入する。これによりｐチャネル型ＴＦＴのソース領域又はドレイン領域５２３、またこの不純物導入の際にチャネル形成領域５２４が形成される。
本実施例においては、ｎチャネル型ＴＦＴのソース領域又はドレイン領域５２０、５２５のそれぞれには、１×１０19〜５×１０21ｃｍ-3の濃度でリン（Ｐ）が含まれることとなる。またｎチャネル型ＴＦＴの低濃度不純物領域５２１及び５２６のそれぞれには、１×１０18〜５×１０19ｃｍ-3の濃度でリン（Ｐ）が含まれる。さらに、ｐチャネル型ＴＦＴのソース又はドレイン領域５２３には、１×１０19〜５×１０21ｃｍ-3の濃度でボロン（Ｂ）が含まれる。
次に図６（Ｂ）に示されるように島状半導体膜５０７〜５０９、ゲート絶縁膜５１０、ゲート電極５１１を覆って、第１層間絶縁膜５３０を形成する。
第１層間絶縁膜５３０としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて、シリコンを含む絶縁膜、例えば酸化珪素膜（ＳｉＯ）、窒化珪素膜（ＳｉＮ）、窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ）、またはその積層膜で形成する。勿論、第１層間絶縁膜５３０は窒素を含む酸化珪素膜や窒化珪素膜、またはその積層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良い。
本実施例では、不純物を導入した後、窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ膜）をプラズマＣＶＤ法により５０ｎｍ形成し、実施の形態１〜３で述べたレーザ照射方法又は他のレーザ照射方法によって不純物を活性化する。又は窒素を含む酸化珪素膜形成後、窒素雰囲気中５５０℃で４時間加熱して、不純物を活性化してもよい。
次にプラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）を５０ｎｍ形成し、更に窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ膜）を６００ｎｍ形成する。この、窒素を含む酸化珪素膜、窒化珪素膜及び窒素を含む酸化珪素膜の積層膜が第１層間絶縁膜５３０である。
次に全体を４１０℃で１時間加熱し、窒化珪素膜から水素を放出させることにより水素化を行う。
次に第１層間絶縁膜５３０を覆って、平坦化膜として機能する第２層間絶縁膜５３１を形成する。
第２層間絶縁膜５３１としては、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、シロキサン樹脂、及びそれらの積層構造を用いることができる。有機材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。
なおシロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
本実施例では、第２層間絶縁膜５３１としてシロキサンをスピンコート法で形成する。
第２層間絶縁膜５３１上に第３層間絶縁膜５３２を形成する。第３の層間絶縁膜５３２としては、水分や酸素など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、スパッタ法またはＣＶＤ法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜（ＳｉＮＯ膜（組成比Ｎ＞Ｏ）またはＳｉＯＮ膜（組成比Ｎ＜Ｏ））、炭素を主成分とする薄膜（例えばＤＬＣ膜、ＣＮ膜）などを用いることができる。また水分や酸素などの進入が問題にならない場合は、第３層間絶縁膜５３２を形成しなくてもよい。
第１層間絶縁膜５３０、第２層間絶縁膜５３１及び第３層間絶縁膜５３２をエッチングして、第１層間絶縁膜５３０、第２層間絶縁膜５３１及び第３層間絶縁膜５３２に、島状半導体膜５０７〜５０９に到達するコンタクトホールを形成する。
第３層間絶縁膜５３２上にコンタクトホールを介して、第１の導電膜を形成し、第１の導電膜をパターニングして、電極又は配線５３３を形成する。
本実施例として、第１の導電膜は金属膜を用いる。該金属膜は、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い。本実施例では、チタン膜（Ｔｉ）、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、シリコン−アルミニウム合金膜（Ａｌ−Ｓｉ）、チタン膜（Ｔｉ）をそれぞれ６０ｎｍ、４０ｎｍ、３００ｎｍ、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して電極又は配線５３３を形成する。
またこの電極又は配線５３３を、ニッケル、コバルト、鉄のうち少なくとも１種の元素、及び炭素を含むアルミニウム合金膜で形成してもよい。このようなアルミニウム合金膜は、シリコンと接触してもシリコンとアルミニウムの相互拡散が防止できる。またこのようなアルミニウム合金膜は、透明導電膜、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜と接触しても酸化還元反応が起こらないため、両者を直接接触させることができる。さらにこのようなアルミ合金膜は、比抵抗が低く耐熱性にも優れているので、配線材料としては有用である。
また電極又は配線５３３はそれぞれ、電極と配線を一体化して形成してもよいし、電極と配線を別々に形成してそれらを接続させてもよい。
上記一連の工程によってｎチャネル型ＴＦＴ５４０及び５４２、ｐチャネル型ＴＦＴ５４１を含む半導体装置を形成することができる（図６（Ｂ））。なお本発明の半導体装置の作製方法は、島状半導体膜の形成以降の、上述した作製工程に限定されない。本発明のレーザ照射方法を用いて結晶化された島状半導体膜をＴＦＴの活性層として用いることで、素子間の移動度、閾値電圧及びオン電流のばらつきを抑えることができる。
なお本実施例では、半導体膜の結晶化に本発明のレーザ照射方法を用いた例を示したが、島状半導体膜にドーピングした不純物元素の活性化を行なうのに用いても良い。
また、本実施例は、必要であれば実施の形態１〜３のいかなる記載とも自由に組み合わせることが可能である。
本実施例では、本発明を用いて液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＬＣＤ））を作製する例を図７（Ａ）〜図７（Ｂ）、図８及び図９を用いて示す。
本実施例で説明する表示装置の作製方法は画素ＴＦＴを含む画素部とその周辺に設けられる駆動回路部のＴＦＴを同時に作製する方法である。但し、説明を簡単にするために、駆動回路に関しては基本単位であるＣＭＯＳ回路を図示することとする。
まず実施例１に基づいて図６（Ｂ）における第１層間絶縁膜５３０成膜までを作製する。なお、実施例１と同じものは同じ符号で表す。
次に図７（Ａ）に示されるように、第１層間絶縁膜５３０上に平坦化膜として機能する第２層間絶縁膜６０１を形成する。
第２層間絶縁膜６０１としては、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、シロキサン樹脂、及びそれらの積層構造を用いることができる。有機材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。
なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
本実施例では、第２層間絶縁膜６０１としてシロキサンをスピンコート法で形成する。
第１層間絶縁膜５３０及び第２層間絶縁膜６０１をエッチングして、島状半導体膜５０７〜５０９に到達するコンタクトホールを形成する。
次に第２層間絶縁膜６０１上にコンタクトホールを介して、金属膜を形成し、金属膜をパターニングして、電極又は配線６０２〜６０６を形成する。
金属膜は、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い。本実施例では、チタン膜（Ｔｉ）、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、シリコン−アルミニウム合金膜（Ａｌ−Ｓｉ）、チタン膜（Ｔｉ）をそれぞれ６０ｎｍ、４０ｎｍ、３００ｎｍ、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して電極又は配線６０２〜６０６を形成する。
またこの電極又は配線６０２〜６０６を、ニッケル、コバルト、鉄のうち少なくとも１種の元素、及び炭素を含むアルミニウム合金膜で形成してもよい。このようなアルミニウム合金膜は、シリコンと接触してもシリコンとアルミニウムの相互拡散が防止できる。またこのようなアルミニウム合金膜は、透明導電膜、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜と接触しても酸化還元反応が起こらないため、両者を直接接触させることができる。さらにこのようなアルミ合金膜は、比抵抗が低く耐熱性にも優れているので、配線材料としては有用である。
また電極又は配線６０２〜６０６はそれぞれ、電極と配線を一体化して形成してもよいし、電極と配線を別々に形成してそれらを接続させてもよい。
なお、電極又は配線６０３は、ｎチャネル型ＴＦＴ５４０のソース領域又はドレイン領域５２０と、ｐチャネル型ＴＦＴ５４１のソース領域又はドレイン領域５２３を電気的に接続している（図７（Ａ））。
次に図７（Ｂ）に示されるように第２層間絶縁膜６０１及び電極又は配線６０２〜６０６上に第３層間絶縁膜６１０を形成する。なお第３の層間絶縁膜６１０は、第２の層間絶縁膜６０１と同様の材料を用いて形成することが可能である。
次いで、フォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、第３層間絶縁膜６１０の一部をドライエッチングにより除去して開孔（コンタクトホールを形成）する。このコンタクトホール形成においては、エッチングガスとして四フッ化炭素（ＣＦ4）、酸素（Ｏ2）、ヘリウム（Ｈｅ）を、ＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅをそれぞれ５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、３０ｓｃｃｍの流量で用いた。なお、コンタクトホールの底部は電極又は配線６０６に達している。
次いで、レジストマスクを除去した後、全面に第２の導電膜を成膜する。次いでフォトマスクを用いて、第２の導電膜のパターニングを行い、電極又は配線６０６に電気的に接続される画素電極６２３を形成する。本実施例では、反射型の液晶表示パネルを作製するので、画素電極６２３はスパッタ法によりＡｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）等の光反射性を有する金属材料を用いて形成すればよい。
また、透過型の液晶表示パネルを作製する場合は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）などの透明導電膜を用い、画素電極６２３を形成する。
なお、図９に画素部の一部を拡大した上面図を示す。また、図９は画素電極の形成途中を示しており、左側の画素においては画素電極が形成されているが、右側の画素においては画素電極を形成していない状態を示している。図９において、実線Ａ−Ａ’で切断した図が、図８の画素部の断面と対応しており、図８と対応する箇所には同じ符号を用いている。また、容量配線６３１が設けてあり、保持容量は、第１層間絶縁膜５３０を誘電体とし、画素電極６２３と、該画素電極と重なる容量配線６３１とで形成されている。
なお本実施例においては、画素電極６２３と容量配線６３１が重なる領域は、第２層間絶縁膜６０１及び第３層間絶縁膜６１０をエッチングし、保持容量は画素電極６２３，第１層間絶縁膜５３０及び容量配線６３１によって形成されている。しかし第２層間絶縁膜６０１及び第３層間絶縁膜６１０も誘電体として用いることが可能であれば、第２層間絶縁膜６０１及び第３層間絶縁膜６１０をエッチングしなくてもよい。その場合第１層間絶縁膜５３０及び第２層間絶縁膜６０１及び第３層間絶縁膜６１０が誘電体として機能する。もしくは第３層間絶縁膜６１０のみをエッチングして、第１層間絶縁膜５３０と第２層間絶縁膜６０１を誘電体として用いてもよい。
以上の工程により、基板５００上にトップゲート型の画素ＴＦＴ５４２、トップゲイト型ＴＦＴ５４０及び５４１からなるＣＭＯＳ回路６２０および画素電極６２３が形成された液晶表示パネル用のＴＦＴ基板が完成する。本実施例では、トップゲート型ＴＦＴを形成したが、ボトムゲート型ＴＦＴを適宜用いることができる。
次いで図８に示されるように、画素電極６２３を覆うように、配向膜６２４ａを形成する。なお、配向膜６２４ａは、液滴吐出法やスクリーン印刷法やオフセット印刷法を用いればよい。その後、配向膜６２４ａの表面にラビング処理を行う。
そして、対向基板６２５には、着色層６２６ａ、遮光層（ブラックマトリクス）６２６ｂ、及びオーバーコート層６２７からなるカラーフィルタを設け、さらに透明電極もしくは反射電極からなる対向電極６２８と、その上に配向膜６２４ｂを形成する。そして、閉パターンであるシール材を液滴吐出法により画素部と重なる領域を囲むように形成する。ここでは液晶を滴下するため、閉パターンのシール材を描画する例を示すが、開口部を有するシールパターンを設け、ＴＦＴ基板を貼りあわせた後に毛細管現象を用いて液晶を注入するディップ式（汲み上げ式）を用いてもよい。
次いで、気泡が入らないように減圧下で液晶の滴下を行い、両方の基板を貼り合わせる。閉ループのシールパターン内に液晶を１回若しくは複数回滴下する。これによりＴＦＴ基板５００と対向基板６２５との間に液晶層６２９を形成する。液晶の配向モードとしては、液晶分子の配列が光の入射から出射に向かって９０°ツイスト配向したＴＮモードを用いる場合が多い。ＴＮモードの液晶表示装置を作製する場合には、基板のラビング方向が直交するように貼り合わせる。
なお、一対の基板間隔は、球状のスペーサを散布したり、有機樹脂材料や無機材料からなる柱状のスペーサを形成したり、シール材にフィラーを含ませることによって維持すればよい。上記柱状のスペーサは、アクリル、ポリイミド、ポリイミドアミド、エポキシの少なくとも１つを主成分とする有機樹脂材料、もしくは酸化珪素、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素のいずれか一種の材料、或いはこれらの積層膜からなる無機材料であることを特徴としている。
次いで、基板の分断を行う。多面取りの場合、それぞれのパネルを分断する。また、１面取りの場合、予めカットされている対向基板を貼り合わせることによって、分断工程を省略することもできる。
そして、異方性導電体層を介し、公知の技術を用いてＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を貼りつける。以上の工程で液晶モジュールが完成する。また、必要があれば光学フィルムを貼り付ける。透過型の液晶表示装置とする場合、偏光板は、アクティブマトリクス基板と対向基板の両方に貼り付ける。
以上示したように、本実施例では、信頼性のあるトランジスタ特性を有するＴＦＴを用いて液晶表示装置を作製することができる。本実施例で作製される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、本実施例では、ＴＦＴをトップゲート型ＴＦＴとしたが、この構造に限定されるものではなく、適宜ボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴや、順スタガ型ＴＦＴを用いることが可能である。また、シングルゲート構造のＴＦＴに限定されず、複数のチャネル形成領域を有するマルチゲート型ＴＦＴ、例えばダブルゲート型ＴＦＴとしてもよい。
また、本実施例は、必要であれば実施の形態１〜３及び実施例１のいかなる記載とも自由に組み合わせることが可能である。
本実施例では、液晶滴下に液滴吐出法を用いる例を示す。本実施例では、大面積基板１１１０を用い、パネル４枚取りの作製例を図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）及び図１２（Ａ）〜図１２（Ｂ）に示す。
図１０（Ａ）は、ディスペンサ（またはインクジェット）による吐出工程で液晶層形成の途中の断面図を示しており、シール材１１１２で囲まれた画素部１１１１を覆うように液晶材料１１１４を液滴吐出装置１１１６のノズル１１１８から吐出、噴射、または滴下させている。液滴吐出装置１１１６は、図１０（Ａ）中の矢印方向に移動させる。なお、ここではノズル１１１８を移動させた例を示したが、ノズルを固定し、基板を移動させることによって液晶層を形成してもよい。
また、図１０（Ｂ）には斜視図を示している。シール材１１１２で囲まれた領域のみに選択的に液晶材料１１１４を吐出、噴射、または滴下させ、ノズル走査方向１１１３に合わせて滴下面１１１５が移動している様子を示している。
また、図１０（Ａ）の点線で囲まれた部分１１１９を拡大した断面図が図１０（Ｃ）、図１０（Ｄ）である。液晶材料の粘性が高い場合は、連続的に吐出され、図１０（Ｃ）のように繋がったまま付着される（連続吐出）。一方、液晶材料の粘性が低い場合には、間欠的に吐出され、図１０（Ｄ）に示すように液滴が滴下される（ドット吐出）。
なお、図１０（Ｃ）中、１１２０はトップゲート型ＴＦＴ、１１２１は画素電極をそれぞれ指している。画素部１１１１は、マトリクス状に配置された画素電極と、該画素電極と接続されているスイッチング素子、ここではトップゲート型ＴＦＴと、保持容量とで構成されている。
なお本実施例ではトップゲート型ＴＦＴを用いたが、ボトムゲート型ＴＦＴを用いてもよい。
ここで、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）を用いて、パネル作製の流れを以下に説明する。
まず、絶縁表面に画素部１０３４が形成された第１基板１０３５を用意する。第１基板１０３５は、予め、配向膜の形成、ラビング処理、球状スペーサ散布、或いは柱状スペーサ形成、またはカラーフィルタの形成などを行っておく。次いで、図１１（Ａ）に示すように、不活性気体雰囲気または減圧下で第１基板１０３５上にディスペンサ装置またはインクジェット装置でシール材１０３２を所定の位置（画素部１０３４を囲むパターン）に形成する。半透明なシール材１０３２としてはフィラー（直径６μｍ〜２４μｍ）を含み、且つ、粘度４０〜４００Ｐａ・ｓのものを用いる。なお、後に接する液晶に溶解しないシール材料を選択することが好ましい。シール材としては、アクリル光硬化樹脂やアクリル熱硬化樹脂を用いればよい。また、簡単なシールパターンであるのでシール材１０３２は、印刷法で形成することもできる。
次いで、シール材１０３２に囲まれた領域に液晶１０３３をインクジェット法により滴下する（図１１（Ｂ））。液晶１０３３としては、インクジェット法によって吐出可能な粘度を有する公知の液晶材料を用いればよい。また、液晶材料は温度を調節することによって粘度を設定することができるため、インクジェット法に適している。インクジェット法により無駄なく必要な量だけの液晶１０３３をシール材１０３２に囲まれた領域に保持することができる。
次いで、画素部１０３４が設けられた第１基板１０３５と、対向電極や配向膜が設けられた第２基板１０３１とを気泡が入らないように減圧下で貼りあわせる。（図１１（Ｃ））ここでは、貼りあわせると同時に紫外線照射や熱処理を行って、シール材１０３２を硬化させる。なお、紫外線照射に加えて、熱処理を行ってもよい。
また、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に貼り合わせ時または貼り合わせ後に紫外線照射や熱処理が可能な貼り合わせ装置の例を示す。
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）において、１０４１は第１基板支持台、１０４２は第２基板支持台、１０４４は窓、１０４８は下側定盤、１０４９は光源である。なお、図１２において、図１１と対応する部分は同一の符号を用いている。
下側定盤１０４８は加熱ヒータが内蔵されており、シール材を硬化させる。また、第２基板支持台には窓１０４４が設けられており、光源１０４９からの紫外光などを通過させるようになっている。ここでは図示していないが窓１０４４を通して基板の位置アライメントを行う。また、対向基板となる第２基板１０３１は予め、所望のサイズに切断しておき、第２基板支持台１０４２に真空チャックなどで固定しておく。図１２（Ａ）は貼り合わせ前の状態を示している。
貼り合わせ時には、第１基板支持台と第２基板支持台とを下降させた後、圧力をかけて第１基板１０３５と第２基板１０３１を貼り合わせ、そのまま紫外光を照射することによって硬化させる。貼り合わせ後の状態を図１２（Ｂ）に示す。
次いで、スクライバー装置、ブレイカー装置、ロールカッターなどの切断装置を用いて第１基板１０３５を切断する（分断）。（図１１（Ｄ））こうして、１枚の基板から４つのパネルを作製することができる。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつける。
なお、第１基板１０３５、第２基板１０３１としてはガラス基板、またはプラスチック基板を用いることができる。
また、本実施例は、必要であれば実施の形態１〜３及び実施例１〜２のいかなる記載と自由に組み合わせることが可能である。
本実施例では、本発明を用いて両面出射型表示装置を作製する例を図１３（Ａ）〜図１３（Ｂ）を用いて示す。
まず実施例１に基づいて図５（Ｃ）の島状半導体膜５０７〜５０９形成を行う。なお、実施例１と同じものは同じ符号で表す。
次に、島状半導体膜５０７〜５０９にしきい値制御のための不純物を導入する。本実施例においてはジボラン（Ｂ2Ｈ6）をドープすることによってボロン（Ｂ）を島状半導体膜中に導入する。
次に島状半導体膜５０７〜５０９を覆うようにゲート絶縁膜２２００を成膜する。ゲート絶縁膜２２００には、例えば酸化珪素（ＳｉＯ）、窒化珪素（ＳｉＮ）または窒素を含んだ酸化珪素（ＳｉＯＮ）等を用いることができる。また成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。
次に、ゲート絶縁膜２２００上に導電膜を成膜した後、導電膜をパターニングすることで、ゲート電極２２０２を形成する。
ゲート電極２２０２は、導電膜を単層または２層以上積層させた構造を用いて形成する。導電膜を２層以上積層させている場合は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）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を積層させてゲート電極２２０２を形成してもよい。また、リン（Ｐ）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ゲート電極を形成してもよい。
本実施例では、窒化タンタル（ＴａＮ）からなる第１の電極層２２０２ａとタングステン（Ｗ）からなる第２の電極層２２０２ｂをそれぞれ、３０ｎｍ、３７０ｎｍ積層した積層膜を用いてゲート電極２２０２を形成する。
ゲート電極２２０２は、ゲート配線の一部として形成してもよいし、別にゲート配線を形成して、そのゲート配線にゲート電極２２０２を接続してもよい。
そして、ゲート電極２２０２や、あるいはレジストを成膜してパターニングしたものをマスクとして用い、島状半導体膜５０７〜５０９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、さらには低濃度不純物領域等を形成する。
本実施例において、ｎチャネル型ＴＦＴを作製する場合は、フォスフィン（ＰＨ3）を用いて、印加電圧４０〜８０ｋｅＶ、例えば５０ｋｅＶ、ドーズ量１．０×１０15〜２．５×１０16ｃｍ-2、例えば３．０×１０15ｃｍ-2で、島状半導体膜中にリン（Ｐ）を導入する。これによりｎチャネル型ＴＦＴ２０００及び２００１のソース領域又はドレイン領域２１００及び２１０３が形成される。また、低濃度不純物領域２１０１及び２１０４を形成するには、リン（Ｐ）を、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶ、ドーズ量を１×１０13〜１×１０15ｃｍ-2として島状半導体膜中に導入する。またこの不純物導入によりチャネル形成領域２１０２及び２１０５が形成される。
またｐチャネル型ＴＦＴを作製する場合は、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を印加電圧６０〜１００ｋｅＶ、例えば８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０13〜５×１０15ｃｍ-2、例えば３×１０15ｃｍ-2の条件で、島状半導体膜中にボロン（Ｂ）を導入する。これによりｐチャネル型ＴＦＴ２００２のソース領域又はドレイン領域２１０６、またこの不純物導入によりチャネル形成領域２１０７が形成される。
本実施例においては、ｎチャネル型ＴＦＴ２０００及び２００１のソース領域又はドレイン領域２１００及び２１０３のそれぞれには、１×１０19〜５×１０21ｃｍ-3の濃度でリン（Ｐ）が含まれることとなる。またｎチャネル型ＴＦＴの低濃度不純物領域２１０１及び２１０４のそれぞれには、１×１０18〜５×１０19ｃｍ-3の濃度でリン（Ｐ）が含まれる。さらに、ｐチャネル型ＴＦＴ２００２のソース領域又はドレイン領域２１０６には、１×１０19〜５×１０21ｃｍ-3の濃度でボロン（Ｂ）が含まれる。
本実施例においては、ｐチャネル型ＴＦＴ２００２は本両面出射型表示装置の画素ＴＦＴとして用いられる。またｎチャネル型ＴＦＴ２０００及び２００１は、画素ＴＦＴ２００２を駆動する駆動回路のＴＦＴとして用いられる。ただし画素ＴＦＴは必ずしもｐチャネル型ＴＦＴである必要はなく、ｎチャネル型ＴＦＴを用いてもよい。また駆動回路も複数のｎチャネル型ＴＦＴを組み合わせた回路である必要はなく、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを相補的に組み合わせた回路、もしくは複数のｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせた回路であってもよい。
この後、水素を含む絶縁膜を成膜した後、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。この不純物元素の活性化は実施の形態１〜３及び実施例１に記載したレーザ処理方法によって行えばよい。又は水素を含む絶縁膜形成後、窒素雰囲気中５５０℃で４時間加熱して、不純物を活性化してもよい。
水素を含む絶縁膜は、ＰＣＶＤ法により得られる窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ膜）を用いる。もしくは酸素を含む窒化珪素膜（ＳｉＮＯ膜）を用いてもよい。また、結晶化を助長する金属元素、代表的にはニッケルを用いて半導体膜を結晶化させている場合、活性化と同時にチャネル形成領域におけるニッケルの低減を行うゲッタリングも行うことができる。なお、水素を含む絶縁膜は、第１層間絶縁膜２３００であり、酸化珪素を含んでいる透光性を有する絶縁膜である。
その後全体を４１０℃で１時間加熱することにより、半導体層の水素化を行う。
次いで、第２層間絶縁膜２３０１となる平坦化膜を形成する。平坦化膜としては、透光性を有する無機材料（酸化珪素、窒化珪素、酸素を含む窒化珪素など）、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、またはこれらの積層などを用いる。また、平坦化膜に用いる他の透光性を有する膜としては、塗布法によって得られるアルキル基を含むＳｉＯｘ膜からなる絶縁膜、例えばシリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマーなどを用いて形成された絶縁膜を用いることができる。シロキサンポリマーの一例としては、東レ製塗布絶縁膜材料であるＰＳＢ−Ｋ１、ＰＳＢ−Ｋ３１や触媒化成製塗布絶縁膜材料であるＺＲＳ−５ＰＨが挙げられる。
次いで、透光性を有する第３層間絶縁膜２３０２を形成する。第３層間絶縁膜２３０２は、後の工程で透明電極２４００をパターニングする際、第２層間絶縁膜２３０１である平坦化膜を保護するためのエッチングストッパー膜として設けるものである。ただし、透明電極２４００をパターニングする際、第２層間絶縁膜２３０１がエッチングストッパー膜となるのであれば第３層間絶縁膜２３０２は不要である。
次いで、新たなマスクを用いて第１層間絶縁膜２３００、第２層間絶縁膜２３０１及び第３層間絶縁膜２３０２にコンタクトホールを形成する。次いで、マスクを除去し、導電膜（ＴｉＮ、Ａｌ及びＴｉＮの積層膜）を形成した後、また別のマスクを用いてエッチング（ＢＣｌ3とＣｌ2との混合ガスでのドライエッチング）を行い、電極又は配線２３０３〜２３０８（ＴＦＴのソース電極又はドレイン電極、もしくはソース配線及びドレイン配線や、電流供給配線など）を形成する（図１３（Ａ））。なお、ＴｉＮは、高耐熱性平坦化膜との密着性が良好な材料の一つである。加えて、ＴＦＴのソース領域またはドレイン領域と良好なオーミックコンタクトを取るためにＴｉＮのＮ含有量は４４％より少なくすることが好ましい。
次いで、新たなマスクを用いて透明電極２４００、即ち、有機発光素子の陽極を膜厚１０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で形成する。透明電極２４００としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の他、例えば、Ｓｉ元素を含むインジウム錫酸化物や酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの仕事関数の高い（仕事関数４．０ｅＶ以上）透明導電材料を用いることができる。
次いで、新たなマスクを用いて透明電極２４００の端部を覆う絶縁物２６００（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる）を形成する。絶縁物２６００としては、塗布法により得られる感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、またはＳＯＧ膜（例えば、アルキル基を含むＳｉＯｘ膜）を膜厚０．８μｍ〜１μｍの範囲で用いる。
次いで、有機化合物を含む層２４０１、２４０２、２４０３、２４０４及び２４０５を、蒸着法または塗布法を用いて形成する。なお、発光素子の信頼性を向上させるため、第１の有機化合物を含む層２４０１の形成前に真空加熱を行って脱気を行うことが好ましい。例えば、有機化合物材料の蒸着を行う前に、基板に含まれるガスを除去するために減圧雰囲気や不活性雰囲気で２００℃〜３００℃の加熱処理を行うことが望ましい。なお、層間絶縁膜と隔壁とを高耐熱性を有するＳｉＯｘ膜で形成した場合には、さらに高い加熱処理（４１０℃）を加えることもできる。
次に、蒸着マスクを用いて選択的に透明電極２４００上にモリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）と、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（α−ＮＰＤ）と、ルブレンとを共蒸着して第１の有機化合物を含む層２４０１（正孔注入層）を形成する。
なお、ＭｏＯｘの他、銅フタロシアニン（ＣｕＰＣ）やバナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯｘ）、タングステン酸化物（ＷＯｘ）等の正孔注入性の高い材料を用いることができる。また、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）水溶液（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の正孔注入性の高い高分子材料を塗布法によって成膜したものを第１の有機化合物を含む層２４０１として用いてもよい。
次いで、蒸着マスクを用いて選択的にα−ＮＰＤを蒸着し、第１の有機化合物を含む層２４０１の上に第２の有機化合物を含む層（正孔輸送層）２４０２を形成する。なお、α−ＮＰＤの他、４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）等の芳香族アミン化合物に代表される正孔輸送性の高い材料を用いることができる。
次いで、選択的に第３の有機化合物を含む層（発光層）２４０３を形成する。フルカラー表示装置とするためには発光色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）ごとに蒸着マスクのアライメントを行ってそれぞれ選択的に蒸着する。
図２７に発光層２４０３を発光色（赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ））ごとに変えた例を示す。図２７において、図１３（Ａ）〜図１３（Ｂ）と同じものは同じ符号で表している。基板５００上に下地膜５０１上に、ＲＧＢに対応する画素ＴＦＴ２００２（２００２Ｒ、２００２Ｇ及び２００２Ｂ）が形成される。また画素ＴＦＴ２００２には電極又は配線２３０７（２００７Ｒ、２００７Ｇ及び２００７Ｂ）、２３０８（２００８Ｒ、２００８Ｇ及び２００８Ｂ）が接続されている。
また画素ＴＦＴ２００２Ｒ、２００２Ｇ及び２００２Ｂのそれぞれには透明電極２４００Ｒ、２４００Ｇ及び２４００Ｂが接続されており、その上に第１の有機化合物を含む層（正孔注入層）２４０１（２４０１Ｒ、２４０１Ｇ及び２４０１Ｂ）、第２の有機化合物を含む層（正孔輸送層）２４０２（２４０２Ｒ、２４０２Ｇ及び２４０２Ｂ）、第３の有機化合物を含む層（発光層）２４０３（２４０３Ｒ、２４０３Ｇ及び２４０３Ｂ）、第４の有機化合物を含む層（電子輸送層）２４０４（２４０４Ｒ、２４０４Ｇ及び２４０４Ｂ）及び第５の有機化合物を含む層（電子注入層）２４０５（２４０５Ｒ、２４０５Ｇ及び２４０５Ｂ）を形成する。
発光色を変えるには発光層２４０３の材料を変えればよく、本実施例で用いた赤色の発光を示す発光層２４０３Ｒ、緑色の発光を示す発光層２４０３Ｇ、青色の発光を示す発光層２４０３Ｂを以下に示す。またその他の有機化合物を含む層、ＴＦＴ、陽極、陰極等の材料や構造は各色とも同様のものを用いればよい。
赤色の発光を示す発光層２４０３Ｒとしては、Ａｌｑ3：ＤＣＭ、またはＡｌｑ3：ルブレン：ＢｉｓＤＣＪＴＭなどの材料を用いる。また、緑色の発光を示す発光層２４０３Ｇとしては、Ａｌｑ3：ＤＭＱＤ（Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン）、またはＡｌｑ3：クマリン６などの材料を用いる。また、青色の発光を示す発光層２４０３Ｂとしては、α―ＮＰＤ、またはｔＢｕ−ＤＮＡなどの材料を用いる。
次いで、蒸着マスクを用いて選択的にＡｌｑ3（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）を蒸着し、発光層２４０３上に第４の有機化合物を含む層（電子輸送層）２４０４を形成する。なお、Ａｌｑ3の他、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ3）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ2）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等のキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等に代表される電子輸送性の高い材料を用いることができる。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）2）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）2）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども電子輸送性が高いため、電子輸送層２４０４として用いることができる。
次いで、４，４−ビス（５−メチルベンズオキサゾル−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）とリチウム（Ｌｉ）とを共蒸着し、電子輸送層２４０４および絶縁物２６００を覆って全面に第５の有機化合物を含む層（電子注入層）２４０５を形成する。ベンゾオキサゾール誘導体（ＢｚＯｓ）を用いることで、後の工程に行われる透明電極２４０６形成時におけるスパッタ法に起因する損傷を抑制している。なお、ＢｚＯｓ：Ｌｉ以外に、ＣａＦ2、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物等の電子注入性の高い材料を用いることができる。また、この他、Ａｌｑ3とマグネシウム（Ｍｇ）とを混合したものも用いることができる。
次に、第５の有機化合物を含む層２４０５の上に透明電極２４０６、即ち、有機発光素子の陰極を膜厚１０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で形成する。透明電極２４０６としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の他、例えば、Ｓｉ元素を含むインジウム錫酸化物や酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）を用いることができる。
以上のようにして、発光素子が作製される。発光素子を構成する陽極、第１の有機化合物を含む層〜第５の有機化合物を含む層、および陰極の各材料は適宜選択し、各膜厚も調整する。陽極と陰極とで同じ材料を用い、且つ、同程度の膜厚、好ましくは１００ｎｍ程度の薄い膜厚とすることが望ましい。
また、必要であれば、発光素子を覆って、水分の侵入を防ぐ透明保護層２４０７を形成する。透明保護層２４０７としては、スパッタ法またはＣＶＤ法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜（ＳｉＮＯ膜（組成比Ｎ＞Ｏ））または窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ膜（組成比Ｎ＜Ｏ））、炭素を主成分とする薄膜（例えばＤＬＣ膜、ＣＮ膜）などを用いることができる。
次いで、基板間隔を確保するためのギャップ材を含有するシール材を用い、第２の基板２５００と基板５００とを貼り合わせる。第２の基板２５００も、光透過性を有するガラス基板や石英基板を用いればよい。なお、一対の基板の間は、空隙（不活性気体）として乾燥剤を配置してもよいし、透明なシール材（紫外線硬化または熱硬化のエポキシ樹脂など）を一対の基板間に充填してもよい。
発光素子は、透明電極２４００、２４０７が透光性材料で形成され、一つの発光素子から２方向、即ち両面側から採光することができる。
以上に示すパネル構成とすることで上面からの発光と、下面からの発光とでほぼ同一とすることができる。
最後に光学フィルム（偏光板、または円偏光板）２５０１、２５０２を設けてコントラストを向上させる。
なお、本実施例では、ＴＦＴをトップゲート型ＴＦＴとしたが、この構造に限定されるものではなく、適宜ボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴや、順スタガ型ＴＦＴを用いることが可能である。また、シングルゲート構造のＴＦＴに限定されず、複数のチャネル形成領域を有するマルチゲート型ＴＦＴ、例えばダブルゲート型ＴＦＴとしてもよい。
また、本実施例は、必要であれば実施の形態１〜３及び実施例１のいかなる記載と自由に組み合わせることが可能である。
本実施例では、本発明を用いてＣＰＵ（中央演算装置：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を作製した例を図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）、図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）、図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）、図１７（Ａ）〜図１７（Ｂ）及び図１８を用いて示す。
図１４（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板３１００上に下地膜３１０１を形成する。基板３１００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３１０１は基板３１００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、窒素を含む酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ及びＨ2を反応ガスとして形成される酸素を含む窒化珪素膜（ＳｉＮＯ）を１０〜２００ｎｍ（本実施例では５０ｎｍ）、ＳｉＨ4及びＮ2Ｏを反応ガスとして形成される酸素を含む窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）を５０〜２００ｎｍ（本実施例では１００ｎｍ）の順に積層する。なお下地膜３１０１は単層構造を有してもよく、例えば窒素を含む酸化珪素膜を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、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。
下地膜３１０１上に非晶質半導体膜３１０２を形成する。非晶質半導体膜３１０２の膜厚は２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）とする。また非晶質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、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。本実施例では６６ｎｍの珪素を主成分とする半導体膜（非晶質珪素膜、アモルファスシリコンとも表記する）を用いる。
次に、非晶質半導体膜３１０２に金属元素を添加する。ここで添加とは、少なくとも非晶質半導体膜の結晶化が促進されるように非晶質半導体膜３１０２の表面上に金属元素を形成することをいう。金属元素を形成することにより、非晶質半導体膜が低温で結晶化できるため好ましい。
例えば、非晶質半導体膜３１０２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３１０３（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。このとき非晶質半導体膜３１０２の表面の濡れ性を改善し、非晶質半導体膜の表面全体に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１ｎｍ〜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。本実施例では、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、実施の形態１〜３及び実施例１で説明したように、非晶質半導体膜３１０２にレーザビーム３１０５を照射する（図１４（Ｂ）参照）。レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ＧｄＶＯ4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：サファイヤレーザ、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を用いることができる。レーザは連続発振型のレーザ（ＣＷレーザ）や発振周波数が１０ＭＨｚ以上、好ましくは８０ＭＨｚ以上のパルス発振型レーザ（パルスレーザ）を用いることができる。また線状レーザビームの長軸の長さは２００〜３５０μｍとすればよい。
またこのようなレーザ照射において、精度よく重ね合わせたり、照射開始位置や照射終了位置を制御したりするため、マーカーを形成することもできる。マーカーは非晶質半導体膜と同時に、基板へ形成すればよい。
このレーザ照射により、非晶質半導体膜３１０２は結晶化し、結晶性珪素半導体膜が形成される。
その後、金属元素を低減、又は除去するためにゲッタリング工程を施す。本実施例では、非晶質半導体膜をゲッタリングシンクとして金属元素を捕獲する方法を説明する。まず、結晶性半導体膜上に酸素雰囲気中での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、酸化膜を形成する。次いでプラズマＣＶＤ法を用いて、原料ガスにＳｉＨ4、Ａｒ、圧力が０．３Ｐａ、ＲＦパワーが３ｋＷ、基板温度が１５０℃として非晶質半導体膜を１５０ｎｍの膜厚で形成する。
その後、窒素雰囲気で５５０℃、４時間の加熱処理を行い、金属元素を低減、又は除去する。そして、ゲッタリングシンクとなる非晶質半導体膜、及び酸化膜をフッ酸等により除去し、金属元素が低減、又は除去された結晶性半導体膜を得ることができる。
図１４（Ｃ）に示すように、結晶性半導体膜を所定の形状にパターニングし、島状半導体膜３１０６ａ〜３１０６ｅを得る。パターニングに際し、結晶性半導体膜にフォトレジストを塗布し、所定のマスク形状を露光し、焼成して、結晶性半導体膜上にマスクを形成する。このマスクを用いて、ドライエッチング法により結晶性半導体膜をパターニングする。ドライエッチング法のガスは、ＣＦ4と、Ｏ2とを用いることができる。
その後、必要に応じて結晶性半導体膜に不純物を添加する。例えば、ドーピング法によりボロン（Ｂ）を添加する。すると、薄膜トランジスタの電気特性であるしきい値をよりゼロに近づかせることができる。すなわち結晶性半導体膜をより真性状態とすることができる。
その後、島状半導体膜３１０６ａ〜３１０６ｅを覆うように絶縁膜、いわゆるゲート絶縁膜３１０８を形成する。なお、ゲート絶縁膜３１０８の形成前に、島状の半導体膜の表面をフッ酸等により洗浄する。ゲート絶縁膜３１０８はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１０〜１５０ｎｍ、好ましくは２０〜４０ｎｍとしてシリコン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、原料ガスにＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを用い、成膜室の温度を４００℃として、２０ｎｍの厚さで窒素を含む酸化珪素膜を形成する。このとき、ゲート絶縁膜の膜厚が薄くなっているため、成膜レートを落としている。その結果、成膜初期の最初の膜質が良くない所を減らすことができる。勿論、ゲート絶縁膜は窒素を含む酸化珪素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。
その後、結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜３１０８を介してゲート電極３１０９となる導電膜３１０９ａ、３１０９ｂを形成する。勿論ゲート電極３１０９は、単層であっても積層であってもよい。導電膜３１０９ａ、３１０９ｂ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い。本実施例では、ゲート絶縁膜３１０８を覆うように、第１の導電膜３１０９ａとして膜厚１０〜５０ｎｍ、例えば３０ｎｍの窒化タンタル膜を形成し、第２の導電膜３１０９ｂとして膜厚２００〜４００ｎｍ、例えば３７０ｎｍのタングステン膜を順次積層する。
その後図１５（Ａ）に示すように、第１の導電膜３１０９ａ、第２の導電膜３１０９ｂを、マスクを用いてエッチングする。まず、導電膜上にフォトレジストをスピンコーティング法等により塗布する。フォトレジストは、ポジ型及びネガ型のいずれかを使用することができる。このとき、吸光剤が添加されたレジストマスクを用いてもよい。本実施例では、吸光剤が添加されたポジ型のノボラック型のものを使用する。
そして、塗布されたフォトレジストに対し加熱処理を施す、いわゆるプリベークを施す。プリベークの加熱温度は５０〜１２０℃とし、後に行われるポストベークより低い温度で行う。本実施例では、加熱温度９０℃、加熱時間９０ｓｅｃとしてプリベークを行う。
露光を行う場合は、次にステッパを用いて、フォトレジストへマスクを転写するため露光を施す。本実施例では、露光機にステッパを用いる。露光時間は１５０〜３５０ｍｓｅｃであればよく、本実施例ではゲート長０．８μｍが要求されるため２０５ｍｓｅｃとする。その他、ゲート長が０．６μｍの場合露光時間は３２０ｍｓｅｃ、ゲート長が１．０μｍの場合露光時間は１７５ｍｓｅｃとする。すなわち所望のゲート長により露光時間を決定することができる。
その後、フォトレジストへ現像液を滴下したり、スプレーノズルからスプレーしたりすることにより、露光されたフォトレジストを現像し、加熱処理を行う。本実施例では、現像液にＮＭＤ−３を用い、現像時間６０ｓｅｃとする。
その後本実施例では、現像されたフォトレジストを１２５℃、１８０ｓｅｃで加熱処理を行う、いわゆるポストベークを行う。その結果、レジストマスク中に残っている水分等を除去し、同時に熱に対する安定性を高めることができる。すると、端部にテーパー形状を有するレジストマスク３１１０が導電膜上に形成される。なおレジストマスクの端部はテーパー形状を有すればよく、レジストマスクの形状は扇形、又は台形となってもよい。
またマスク自体に露光解像度の限界以下のパターンを付けて、レジスト形状を制御することにより、端部にテーパー形状を有するレジストマスクを形成することもできる。レジストマスクが端部にテーパー形状を有することにより、次のエッチング工程において、レジストマスクの側面に付着してしまう反応生成物の形成を防止することができる。
図１５（Ｂ）に示すように、レジストマスク３１１０を用いて、第２の導電膜３１０９ｂをエッチングする。本実施例では、ガスとしてＣＦ4、Ｃｌ2、Ｏ2を用いるドライエッチング法により、第２の導電膜３１０９ｂをエッチングする。このときレジストマスク３１１０のテーパーと同様に、第２の導電膜３１０９ｂの端部にはテーパー形状が形成される。また第１の導電膜３１０９ａは、ゲート絶縁膜や半導体膜がエッチングされないよう、いわゆるエッチングストッパーとして機能する。
エッチングされた第２の導電膜３１０９ｂは、０．２μｍ以上１．０μｍ以下のゲート長３１１３を有する。またこのとき、レジストマスク３１１０も数μｍ後退する場合がある。本実施例では、レジストマスク３１１０を０．４μｍ後退させ、ゲート長０．８μｍの第２の導電膜を形成する。
図１５（Ｃ）に示すように、レジストマスク３１１０を設けた状態で、第１の導電膜３１０９ａをエッチングする。このとき、ゲート絶縁膜３１０８と、第１の導電膜３１０９ａとの選択比の高い条件で第１の導電膜３１０９ａをエッチングする。本実施例では、ガスとしてＣｌ2を用い、第１の導電膜３１０９ａをエッチングする。すると、薄膜状態にゲート絶縁膜３１０８を維持し、第１の導電膜３１０９ａをエッチングすることができる。この工程により、レジストマスク３１１０、第２の導電膜３１０９ｂも多少エッチングされ、さらに細くなることがある。以上のようにゲート長が１．０μｍ以下と非常に小さいゲート電極３１０９が形成される。
その後、レジストマスク３１１０をＯ2アッシングやレジスト剥離液により除去し、不純物添加用のレジストマスク３１１５を形成する。図１６（Ａ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる領域に、レジストマスク３１１５を形成する。レジストマスクの作製方法は、上記記載を参考にすればよいため、詳細な説明は省略する。
次いで、ｎチャネル型ＴＦＴとなる領域に、ゲート電極３１０９をマスクとして自己整合的に不純物元素であるリン（Ｐ）を添加する。本実施例では、ホスフィン（ＰＨ3）を６０〜８０ｋｅＶでドーピングする。すると、ｎチャネル型のＴＦＴとなる領域に、不純物領域３１１６ａ〜３１１６ｃが形成される。このとき、半導体膜に対して深さ方向に均一になるようにリン（Ｐ）を添加する。しかし、添加時の不純物元素の回り込みにより、ゲート電極３１０９と重なるように不純物領域が形成されることもある。但し、このようなゲート電極３１０９と重なる不純物領域のチャネル長方向の長さは、０．１〜０．３μｍとなるようにする。
図１６（Ｂ）に示すように、ｎチャネル型ＴＦＴとなる領域にレジストマスク３１１７を形成する。その後、ｐチャネル型ＴＦＴとなる領域にゲート電極３１０９をマスクとして、自己整合的に不純物元素であるボロン（Ｂ）を添加する。本実施例では、Ｂ2Ｈ6を３０〜４５ｋｅＶでドーピングする。すると、ｐチャネル型のＴＦＴとなる領域に、不純物領域３１１８ａ〜３１１８ｂが形成される。その後、レジストマスク３１１７をＯ2アッシングやレジスト剥離液により除去する。
その後図１６（Ｃ）において、ゲート電極の側面を覆うように、絶縁膜、いわゆるサイドウォール３１１９ａ〜３１１９ｃを形成する。サイドウォールは、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法を用いて、珪素を有する絶縁膜により形成することができる。本実施例では、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法により原料ガスにＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを用い圧力２６６Ｐａ、温度４００℃で、窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ）を形成する。またプラズマＣＶＤ法を用いてサイドウォールを形成する場合、原料ガスにＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを用い圧力１３３Ｐａで窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ）を形成することができる。その後、窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ）をエッチングすることにより、テーパー形状を有するサイドウォールを形成する。
減圧ＣＶＤ法を用いてサイドウォールを形成する場合のエッチング条件は以下の通りである。第１のエッチング条件として、原料ガスにＣＨＦ3、Ｈｅを用いて、数ｓｅｃ、例えば３ｓｅｃかけてプラズマをたてる。このとき、成膜装置に配置された基板と対向する側の電極を４７５Ｗとし、基板が配置される電極を３００Ｗとする。基板が配置される電極に印加する電圧により、エッチングガスのイオンを加速することができる。第２のエッチング条件として、原料ガスにＣＨＦ3、Ｈｅを用いて、数十ｓｅｃ、例えば６０ｓｅｃ間電圧を印加する。エッチング対象となる膜の高さが所定値（本実施例では１００ｎｍ）となるとき終了するように、エッチング時間を決定することができる。このとき、成膜装置に配置された基板と対向する側の電極を４７５Ｗとし、基板が配置される電極を３００Ｗとする。第３のエッチング条件として、原料ガスにＣＨＦ3、Ｈｅを用いて、エッチング対象となる表面の膜が無くなったと思われる時間から数十ｓｅｃ、例えば３１ｓｅｃ間電圧を印加する。このとき、成膜装置に配置された基板と対向する側の電極を５０Ｗとし、基板が配置される電極を４５０Ｗとする。
またプラズマＣＶＤ法を用いてサイドウォールを形成する場合のエッチング条件は以下の通りである。第１のエッチング条件として、原料ガスにＣＨＦ3、Ｈｅを用いて、数ｓｅｃ、例えば３ｓｅｃかけてプラズマをたてる。このとき、成膜装置に配置された基板と対向する側の電極を４７５Ｗとし、基板が配置される電極を３００Ｗとする。第２のエッチング条件として、原料ガスにＣＨＦ3、Ｈｅを用いて、数十ｓｅｃ、例えば５０ｓｅｃ間電圧を印加する。エッチング対象となる膜の高さが残り１００ｎｍとなるとき終了するように、エッチング時間を決定することができる。このとき、成膜装置に配置された基板と対向する側の電極を９００Ｗとし、基板が配置される電極を１５０Ｗとする。第３のエッチング条件として、原料ガスにＣＨＦ3、Ｈｅを用いて、エッチング対象となる表面の膜が無くなったと思われる時間から数十ｓｅｃ、例えば３０ｓｅｃ間電圧を印加する。このとき、成膜装置に配置された基板と対向する側の電極を５０Ｗとし、基板が配置される電極を３００Ｗとする。
以上のように形成されるサイドウォールの端部はテーパー形状を有さなくともよく、矩形状を有すると好ましい。サイドウォールの端部を矩形状に形成すると、次に添加される不純物濃度がサイドウォール下で濃度勾配を有することを防ぐことができるからである。
このサイドウォール３１１９ａ〜３１１９ｃを用いて、ｎチャネル型ＴＦＴの不純物領域に、高濃度不純物領域３１２０ａ〜３１２０ｃを形成する。すなわち、ゲート電極３１０９、及びサイドウォール３１１９ａ〜３１１９ｃをマスクとして自己整合的に高濃度不純物領域３１２０ａ〜３１２０ｃを形成する。このときｐチャネル型のＴＦＴ上にはレジストマスク３１２１を形成する。本実施例では、フォスフィン（ＰＨ3）を１５〜２５ｋｅＶでドーピングし、高濃度不純物領域、いわゆるソース領域及びドレイン領域を形成する。その後、レジストマスク３１２１をＯ2アッシングやレジスト剥離液により除去する。
その後不純物領域を活性化するため加熱処理を行う。本実施例では、実施の形態１〜実施の形態３、又は実施例１に記載されたレーザ照射方法又は他のレーザ照射方法により、レーザ照射を行って不純物領域の活性化を行う。または、基板を窒素雰囲気中で５５０℃に加熱することにより不純物領域の活性化を行ってもよい。
図１７（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜３１０８、ゲート電極３１０９を覆うように第１の絶縁膜３１２２を形成する。第１の絶縁膜は窒素を有する絶縁膜であればよく、本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１００ｎｍの窒化珪素を形成する。
その後、加熱処理を行い、水素化を施す。本実施例では、窒素雰囲気中４１０℃で１時間の加熱処理を行う。その結果、窒化珪素から放出される水素により、酸化珪素膜や珪素膜のダングリングボンドを終端する。
そして、第１の絶縁膜３１２２を覆うように第２の絶縁膜３１２３を形成する。第２の絶縁膜３１２３は、無機材料（酸化珪素、窒化珪素、酸素を含む窒化珪素など）、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、シロキサン樹脂、及びそれらの積層構造を用いることができる。有機材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。例えば、有機材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、フォトリソグラフィ工程による露光処理により感光性有機樹脂をエッチングすると上端部に曲率を有する開口部を形成することができる。
なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
本実施例では第２の絶縁膜３１２３として、原料ガスにＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを用いるプラズマＣＶＤ法により形成される窒素を含む酸化珪素膜を６００ｎｍの膜厚に形成する。このとき、基板の温度を３００〜４５０℃に加熱し、本実施例では４００℃に加熱する。
図１７（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜３１０８、第１の絶縁膜３１２２、第２の絶縁膜３１２３に開口部、いわゆるコンタクトホールを形成し、不純物領域と接続する配線３１２５ａ〜３１２５ｅを形成する。同時にゲート電極と接続する配線を形成する。このとき、開口部の直径を１．０μｍ程度とするため、開口部は垂直に開口するとよい。そのため、意図的にレジスト端部がテーパー形状とならないように形成する。またレジストとコンタクトホールを開口する絶縁膜の選択比が高ければ、レジスト端部がテーパー形状となっても構わない。本実施例では、第２の絶縁膜３１２３に窒素を含む酸化珪素膜を用いるため、端部が垂直となるように、つまり意図的にテーパー形状とならないように形成されたレジストマスクを用いて、ドライエッチング法により開口部を形成する。このとき、実際のレジスト端部はテーパー形状となることがある。エッチングガスにＣＨＦ3、Ｈｅを用い、第１のエッチング時間として数ｓｅｃ、例えば３ｓｅｃ、第２のエッチング時間として１００〜１３０ｓｅｃ、例えば１１７ｓｅｃ、第３のエッチング時間として２００〜２７０ｓｅｃ、例えば２５６ｓｅｃとしてエッチングを行う。このとき、開口部のエッチング状況に応じて、エッチングガスの流量を決定することができる。
なお第２の絶縁膜３１２３に、有機材料やシロキサンを用いる場合、開口部の側面を垂直とするため、レジストマスクよりも高硬度を有するマスク、例えば酸化珪素膜等の無機材料から形成するハードマスクを用いるとよい。
その後、レジストマスクをＯ2アッシングやレジスト剥離液により除去する。
そして開口部に配線３１２５ａ〜３１２５ｅを形成する。配線は、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い。本実施例では、チタン膜（Ｔｉ）、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、チタンーアルミニウム合金膜（Ａｌ−Ｓｉ）、チタン膜（Ｔｉ）をそれぞれ６０ｎｍ、４０ｎｍ、３００ｎｍ、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して配線、つまりソース電極、ドレイン電極を形成する。
またこの配線３１２５ａ〜３１２５ｅを、ニッケル、コバルト、鉄のうち少なくとも１種の元素、及び炭素を含むアルミニウム合金膜で形成してもよい。このようなアルミニウム合金膜は、シリコンと接触してもシリコンとアルミニウムの相互拡散が防止できる。またこのようなアルミニウム合金膜は、透明導電膜、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜と接触しても酸化還元反応が起こらないため、両者を直接接触させることができる。さらにこのようなアルミ合金膜は、比抵抗が低く耐熱性にも優れているので、配線材料としては有用である。
以上のようにして、低濃度不純物領域を有するように形成するＬＤＤ構造からなり、ゲート長が１．０μｍ以下となるｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成することができる。また、低濃度不純物領域を有さないように形成するいわゆるシングル・ドレイン構造からなり、ゲート長が１．０μｍ以下となるｐチャネル型の薄膜トランジスタが完成する。なおゲート長が１．０μｍ以下となるＴＦＴをサブミクロンＴＦＴとも表記できる。ｐチャネル型の薄膜トランジスタは、ホットキャリアによる劣化や短チャネル効果が生じにくいことから、シングル・ドレイン構造とすることができる。
なお本発明において、ｐチャネル型の薄膜トランジスタをＬＤＤ構造としてもよい。さらにｎチャネル型の薄膜トランジスタ、及びｐチャネル型の薄膜トランジスタにおいて、ＬＤＤ構造に代えて、低濃度不純物領域がゲート電極と重なる、いわゆるＧＯＬＤ構造を有してもよい。
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、本実施例においてはＣＰＵを作製することができ、駆動電圧５Ｖで、動作周波数３０ＭＨｚと高速動作が可能となる。
次に、上述の薄膜トランジスタを用いて各種回路を構成する例を図１８を用いて説明する。
図１８に示すＣＰＵは、基板３６００上に、演算回路（ＡＬＵ：Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）３６０１、演算回路用制御部（ＡＬＵ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３６０２、命令解析部（Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｃｏｄｅｒ）３６０３、割り込み制御部（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３６０４、タイミング制御部（Ｔｉｍｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３６０５、レジスタ（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）３６０６、レジスタ制御部（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３６０７、バスインターフェース（Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ）３６０８、書き換え可能なＲＯＭ３６０９、ＲＯＭインターフェース（ＲＯＭ Ｉ／Ｆ）３６２０とを主に有している。またＲＯＭ３６０９及びＲＯＭ Ｉ／Ｆ３６２０は、別チップに設けても良い。
勿論、図１８に示すＣＰＵは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のＣＰＵはその用途によって多種多様な構成を有している。
バスインターフェース３６０８を介してＣＰＵに入力された命令は、命令解析部３６０３に入力され、デコードされた後、演算回路用制御部３６０２、割り込み制御部３６０４、レジスタ制御部３６０７、タイミング制御部３６０５に入力される。
演算回路用制御部３６０２、割り込み制御部３６０４、レジスタ制御部３６０７、タイミング制御部３６０５は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行う。具体的に演算回路用制御部３６０２は、演算回路３６０１の動作を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部３６０４は、ＣＰＵのプログラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断し、処理する。レジスタ制御部３６０７は、レジスタ３６０６のアドレスを生成し、ＣＰＵの状態に応じてレジスタ３６０６の読み出しや書き込みを行う。
またタイミング制御部３６０５は、演算回路３６０１、演算回路用制御部３６０２、命令解析部３６０３、割り込み制御部３６０４、レジスタ制御部３６０７の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミング制御部３６０５は、基準クロック信号ＣＬＫ１（３６２１）を元に、内部クロック信号ＣＬＫ２（３６２２）を生成する内部クロック生成部を備えており、クロック信号ＣＬＫ２を上記各種回路に供給する。
本発明により、大型基板を一度に処理することができるので、低コストなＣＰＵ、又はその他の半導体装置を作製することができる。
また、本実施例は、必要であれば実施の形態１〜３及び実施例１のいかなる記載と自由に組み合わせることが可能である。
本実施例では、本発明を用いてＩＤチップを作製した例を図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）、図２０（Ａ）〜図２０（Ｂ）、図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）、図２２（Ａ）〜図２２（Ｂ）、図２８（Ａ）〜図２８（Ｃ）、図２９（Ａ）〜図２９（Ｂ）を用いて示す。
本実施例では、半導体素子として絶縁分離されたＴＦＴを例示するが、集積回路に用いられる半導体素子はこれに限定されず、あらゆる回路素子を用いることができる。例えば、ＴＦＴの他に、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタなどが代表的に挙げられる。
まず図１９（Ａ）に示すように、スパッタ法を用いて耐熱性を有する基板（第１の基板）４５００上に剥離層４５０１を形成する。第１の基板４５００として、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、セラミック基板等を用いることができる。プラスチック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。
剥離層４５０１は、非晶質シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン、微結晶シリコン（セミアモルファスシリコンを含む）等、シリコンを主成分とする層を用いることができる。剥離層４５０１は、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて形成することができる。本実施例では、膜厚５０ｎｍ程度の非晶質シリコンを減圧ＣＶＤ法で形成し、剥離層４５０１として用いる。なお剥離層４５０１はシリコンに限定されず、エッチングにより選択的に除去できる材料で形成すれば良い。剥離層４５０１の膜厚は、５０〜６０ｎｍとするのが望ましい。セミアモルファスシリコンに関しては、３０〜５０ｎｍとしてもよい。
なおセミアモルファスシリコンに代表される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）を終端化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。
次に、剥離層４５０１上に、下地膜４５０２を形成する。下地膜４５０２は第１の基板４５００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、ＴＦＴなどの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。また下地膜４５０２は、後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役目も有している。下地膜４５０２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。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、窒素を含む酸化珪素（ＳｉＯＮ）、酸素を含む窒化珪素（ＳｉＮＯ）などの絶縁膜を用いて形成する。
本実施例では、膜厚１００ｎｍのＳｉＯＮ膜、膜厚５０ｎｍのＳｉＮＯ膜、膜厚１００ｎｍのＳｉＯＮ膜を順に積層して下地膜４５０２を形成するが、各膜の材質、膜厚、積層数は、これに限定されるものではない。例えば、下層のＳｉＯＮ膜に代えて、膜厚０．５〜３μｍのシロキサン樹脂をスピンコート法、スリットコーター法、液滴吐出法などによって形成しても良い。また、中層のＳｉＮＯ膜に代えて、窒化珪素膜（ＳｉＮｘ、Ｓｉ3Ｎ4等）を用いてもよい。また、上層のＳｉＯＮ膜に代えて、ＳｉＯ2膜を用いていても良い。また、それぞれの膜厚は、０．０５〜３μｍとするのが望ましく、その範囲から自由に選択することができる。
或いは、剥離層４５０１に最も近い、下地膜４５０２の下層をＳｉＯＮ膜またはＳｉＯ2膜で形成し、中層をシロキサン樹脂で形成し、上層をＳｉＯ2膜で形成しても良い。
ここで、酸化珪素膜は、ＳｉＨ4とＯ2、又はＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）とＯ2等の混合ガスを用い、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、バイアスＥＣＲＣＶＤ等の方法によって形成することができる。また、窒化珪素膜は、代表的には、ＳｉＨ4とＮＨ3の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤによって形成することができる。また、窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ：Ｏ＞Ｎ）、酸素を含む窒化珪素（ＳｉＮＯ：Ｎ＞Ｏ）は、代表的には、ＳｉＨ4とＮ2Ｏの混合ガスを用い、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
次に、下地膜４５０２上に半導体膜を形成する。半導体膜４５０３は、下地膜４５０２を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。半導体膜の膜厚は２０〜２００ｎｍ（望ましくは４０〜１７０ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍ）とする。なお半導体膜４５０３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。
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、水素または水素とヘリウムの混合気体で希釈して用いても良い。
なお上述したようにセミアモルファス半導体は、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が、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物気体、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１ＭＨｚ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。
そして実施の形態１〜３及び実施例１に示すように、半導体膜４５０３を、レーザを用いて結晶化する。或いは、触媒元素を用いる結晶化法と、レーザを用いたレーザ結晶化法とを組み合わせも良い。
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、５００℃、１時間の熱アニールを該半導体膜に対して行なってもよい。そして連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２高調波〜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ビームを非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザビームを得る。そして、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ビームに成形して、半導体膜に照射する。このときのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。
なおレーザは、連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＧｄＶＯ4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、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などが挙げられる。
また、パルス発振のレーザビームの発振周波数を１０ＭＨｚ以上、好ましくは８０ＭＨｚ以上とし、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いてレーザ結晶化を行なっても良い。パルス発振でレーザビーム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。よって上記周波数帯を用いることで、半導体膜がレーザビームによって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザビームを照射できる。したがって、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ので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。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。
上述した半導体膜へのレーザビームの照射により、結晶性がより高められた半導体膜が形成される。該半導体膜は、ビームスポットの中心付近とエッジ近傍とで、結晶性の異なる第１の領域４５０４と、第２の領域４５０５とに作り分けられる。第１の領域４５０４は、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程度の結晶粒を含んでいる。一方第２の領域４５０５は、位置と大きさがランダムであって、なおかつ粒径が０．２μｍ〜数μｍ程度の比較的小さい微結晶のみが形成されやすい。
次に、図１９（Ｂ）に示すように、結晶化された半導体膜の第１の領域４５０４をパターニングし、第２の領域４５０５をエッチングして除去し、第１の領域４５０４から島状の半導体膜４５０６、４５０７及び４５０８を形成する。
そして、島状の半導体膜４５０６〜４５０８を覆うように、ゲート絶縁膜４５０９を形成する。ゲート絶縁膜４５０９は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などを用い、窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素を含む膜を、単層で、又は積層させて形成することができる。積層する場合には、例えば、基板側から酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜の３層構造とするのが好ましい。
なお、ゲート絶縁膜４５０９を形成した後、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行ない、島状の半導体膜４５０６〜４５０８を水素化する工程を行なっても良い。また、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。この水素化の工程により、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ことができる。また、後の工程において可撓性を有する第２の基板上に半導体素子を貼り合わせた後、第２の基板を曲げることにより半導体膜中に欠陥が形成されたとしても、水素化により半導体膜中の水素の濃度を、１×１０19〜１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3好ましくは１×１０19〜５×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3とすることで、半導体膜に含まれている水素によって該欠陥を終端させることができる。また該欠陥を終端させるために、半導体膜中にハロゲンを含ませておいても良い。
次に図１９（Ｃ）に示すように、ゲート電極４５１０〜４５１２を形成する。本実施例では、ＳｉとＷをスパッタ法で積層するように形成した後、レジスト４５１３をマスクとしてエッチングを行なうことにより、ゲート電極４５１０〜４５１２を形成した。勿論、ゲート電極４５１０〜４５１２の材料、構造、作製方法は、これに限定されるものではなく、適宜選択することができる。例えば、ｎ型を付与する不純物がドーピングされたＳｉとＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）との積層構造や、ＴａＮ（窒化タンタル）とＷ（タングステン）の積層構造としてもよい。また、種々の導電材料を用いて単層で形成しても良い。
また、レジストマスクの代わりに、ＳｉＯｘ等のマスクを用いてもよい。この場合、パターニングしてＳｉＯｘ、ＳｉＯＮ等のマスク（ハードマスクと呼ばれる。）を形成する工程が加わるが、エッチング時におけるマスクの膜減りがレジストよりも少ないため、所望の幅のゲート電極４５１０〜４５１２を形成することができる。また、レジスト４５１３を用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極４５１０〜４５１２を形成しても良い。
導電材料としては、導電膜の機能に応じて種々の材料を選択することができる。また、ゲート電極とアンテナとを同時に形成する場合には、それらの機能を考慮して材料を選択すればよい。
なお、ゲート電極をエッチング形成する際のエッチングガスとしては、ＣＦ4、Ｃｌ2、Ｏ2の混合ガスやＣｌ2ガスを用いたが、これに限定されるものではない。
次に図２０（Ａ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜４５０７をレジスト４５１５で覆い、ゲート電極４５１０、４５１２をマスクとして、島状の半導体膜４５０６、４５０８に、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはＰ（リン）又はＡｓ（砒素））を低濃度にドープする（第１のドーピング工程）。第１のドーピング工程の条件は、ドーズ量：１×１０13〜６×１０13／ｃｍ2、加速電圧：５０〜７０ｋｅＶとしたが、これに限定されるものではない。この第１のドーピング工程によって、ゲート絶縁膜４５０９を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜４５０６、４５０８に、一対の低濃度不純物領域４５１６、４５１７が形成される。なお、第１のドーピング工程は、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜４５０７をレジストで覆わずに行っても良い。
次に図２０（Ｂ）に示すように、レジスト４５１５をアッシング等により除去した後、ｎチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜４５０６、４５０８を覆うように、レジスト４５１８を新たに形成し、ゲート電極４５１１をマスクとして、島状の半導体膜４５０７に、ｐ型を付与する不純物元素（代表的にはＢ（ホウ素））を高濃度にドープする（第２のドーピング工程）。第２のドーピング工程の条件は、ドーズ量：１×１０16〜３×１０16／ｃｍ2、加速電圧：２０〜４０ｋｅＶとして行なう。この第２のドーピング工程によって、ゲート絶縁膜４５０９を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜４５０７に、一対のｐ型の高濃度不純物領域４５２０が形成される。
次に図２８（Ａ）に示すように、レジスト４５１８をアッシング等により除去した後、ゲート絶縁膜４５０９及びゲート電極４５１０〜４５１２を覆うように、絶縁膜４５２１を形成する。本実施例では、膜厚１００ｎｍのＳｉＯ2膜をプラズマＣＶＤ法によって形成した。その後、エッチバック法により、絶縁膜４５２１、ゲート絶縁膜４５０９を部分的にエッチングし、図２８（Ｂ）に示すように、ゲート電極４５１０〜４５１２の側壁に接するように、サイドウォール４５２２〜４５２４を自己整合的（セルフアライン）に形成する。エッチングガスとしては、ＣＨＦ3とＨｅの混合ガスを用いた。なお、サイドウォールを形成する工程は、これらに限定されるものではない。
なお、絶縁膜４５２１を形成した時に、基板の裏面にも絶縁膜が形成された場合には、レジストを用い、裏面に形成された絶縁膜を選択的にエッチングし、除去するようにしても良い。この場合、用いられるレジストは、サイドウォールをエッチバック法で形成する際に、絶縁膜４５２１、ゲート絶縁膜４５０９と共にエッチングして、除去するようにしても良い。
次に図２８（Ｃ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜４５０７を覆うように、レジスト４５２６を新たに形成し、ゲート電極４５１０、４５１２及びサイドウォール４５２２、４５２４をマスクとして、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはＰ又はＡｓ）を高濃度にドープする（第３のドーピング工程）。第３のドーピング工程の条件は、ドーズ量：１×１０13〜５×１０15／ｃｍ2、加速電圧：６０〜１００ｋｅＶとして行なう。この第３のドーピング工程によって、ゲート絶縁膜４５０９を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜４５０６、４５０８に、一対のｎ型の高濃度不純物領域４５２７、４５２８が形成される。
なおサイドウォール４５２２、４５２４は、後に高濃度のｎ型を付与する不純物をドーピングし、サイドウォール４５２２、４５２４の下部に低濃度不純物領域又はノンドープのオフセット領域を形成する際のマスクとして機能するものである。よって、低濃度不純物領域又はオフセット領域の幅を制御するには、サイドウォールを形成する際の成膜条件及びエッチバック法の条件を適宜変更し、サイドウォールのサイズを調整すればよい。
次に、レジスト４５２６をアッシング等により除去した後、不純物領域の熱活性化を行っても良い。例えば、５０ｎｍのＳｉＯＮ膜を成膜した後、５５０℃、４時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なえばよい。また、水素を含むＳｉＮｘ膜を、１００ｎｍの膜厚に形成した後、４１０℃、１時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なうことにより、多結晶半導体膜の欠陥を改善することができる。これは、例えば、多結晶半導体膜中に存在するダングリングボンドを終端させるものであり、水素化処理工程などと呼ばれる。
上述した一連の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴ４５３０、ｐチャネル型ＴＦＴ４５３１、ｎチャネル型ＴＦＴ４５３２が形成される。上記作製工程において、エッチバック法の条件を適宜変更し、サイドウォールのサイズを調整することで、チャネル長０．２μｍ〜２μｍのＴＦＴを形成することができる。なお、本実施例では、ＴＦＴ４５３０〜４５３２をトップゲート構造としたが、ボトムゲート構造（逆スタガ構造）としてもよい。
さらに、この後、ＴＦＴ４５３０〜４５３２を保護するためのパッシベーション膜を形成しても良い。パッシベーション膜は、アルカリ金属やアルカリ土類金属のＴＦＴ４５３０〜４５３２への侵入を防ぐことができる、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化珪素などを用いるのが望ましい。具体的には、例えば膜厚６００ｎｍ程度のＳｉＯＮ膜を、パッシベーション膜として用いることができる。この場合、水素化処理工程は、該ＳｉＯＮ膜形成後に行っても良い。このように、ＴＦＴ４５３０〜４５３２上には、ＳｉＯＮ、ＳｉＮｘ及びＳｉＯＮの３層の絶縁膜が形成されることになるが、その構造や材料はこれらに限定されるものではない。上記構成を用いることで、ＴＦＴ４５３０〜４５３２が下地膜４５０２とパッシベーション膜とで覆われるため、Ｎａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体素子に用いられている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より防ぐことができる。
次にＴＦＴ４５３０〜４５３２を覆うように、第１の層間絶縁膜４５３３を形成する。第１の層間絶縁膜４５３３は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド等の、耐熱性を有する有機樹脂を用いることができる。また上記有機樹脂の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン樹脂等を用いることができる。
なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
第１の層間絶縁膜４５３３の形成には、その材料に応じて、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を採用することができる。また、無機材料を用いてもよく、その際には、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）、アルミナ膜等を用いることができる。なお、これらの絶縁膜を積層させて、第１の層間絶縁膜４５３３を形成しても良い。
さらに本実施例では、第１の層間絶縁膜４５３３上に、第２の層間絶縁膜４５３４を形成する。第２の層間絶縁膜４５３４としては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）或いは窒化炭素（ＣＮ）等の炭素を有する膜、又は、酸化珪素膜、窒化珪素膜或いは窒素を含む酸化珪素膜等を用いることができる。形成方法としては、プラズマＣＶＤ法や、大気圧プラズマ等を用いることができる。あるいは、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン等の感光性又は非感光性の有機材料や、シロキサン樹脂等を用いてもよい。
なお、第１の層間絶縁膜４５３３又は第２の層間絶縁膜４５３４と、後に形成される配線を構成する導電材料等との熱膨張率の差から生じる応力によって、第１の層間絶縁膜４５３３又は第２の層間絶縁膜４５３４の膜剥がれや割れが生じるのを防ぐために、第１の層間絶縁膜４５３３又は第２の層間絶縁膜４５３４中にフィラーを混入させておいても良い。
次に図２９（Ａ）に示すように、第１の層間絶縁膜４５３３、第２の層間絶縁膜４５３４及びゲート絶縁膜４５０９にコンタクトホールを形成し、ＴＦＴ４５３０〜４５３２に接続する配線４５３５〜４５３９を形成する。コンタクトホール開孔時のエッチングに用いられるガスは、ＣＨＦ3とＨｅの混合ガスを用いたが、これに限定されるものではない。本実施例では、配線４５３５〜４５３９を、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ−Ｓｉ、Ｔｉ、ＴｉＮを積層して５層構造とし、スパッタ法によって形成した後、パターニング形成した。
なお、Ａｌにおいて、Ｓｉを混入させることにより、配線パターニング時のレジストベークにおけるヒロックの発生を防止することができる。また、Ｓｉの代わりに、０．５％程度のＣｕを混入させても良い。また、ＴｉやＴｉＮでＡｌ−Ｓｉ層をサンドイッチすることにより、耐ヒロック性がさらに向上する。なお、パターニング時には、ＳｉＯＮ等からなる上記ハードマスクを用いるのが望ましい。なお、配線の材料や、形成方法はこれらに限定されるものではなく、前述したゲート電極に用いられる材料を採用しても良い。
またこの配線４５３５〜４５３９を、ニッケル、コバルト、鉄のうち少なくとも１種の元素、及び炭素を含むアルミニウム合金膜で形成してもよい。このようなアルミニウム合金膜は、シリコンと接触してもシリコンとアルミニウムの相互拡散が防止できる。またこのようなアルミニウム合金膜は、透明導電膜、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜と接触しても酸化還元反応が起こらないため、両者を直接接触させることができる。さらにこのようなアルミ合金膜は、比抵抗が低く耐熱性にも優れているので、配線材料としては有用である。
なお、配線４５３５、４５３６はｎチャネル型ＴＦＴ４５３０の高濃度不純物領域４５２７に、配線４５３６、４５３７はｐチャネル型ＴＦＴ４５３１の高濃度不純物領域４５２０に、配線４５３８、４５３９はｎチャネル型ＴＦＴ４５３２の高濃度不純物領域４５２８に、それぞれ接続されている。さらに配線４５３９は、ｎチャネル型ＴＦＴ４５３２のゲート電極４５１２にも接続されている。ｎチャネル型ＴＦＴ４５３２は、乱数ＲＯＭのメモリ素子として用いることができる。
次に図２９（Ｂ）に示すように、配線４５３５〜４５３９を覆うように、第２の層間絶縁膜４５３４上に第３の層間絶縁膜４５４１を形成する。第３の層間絶縁膜４５４１は、配線４５３５が一部露出する様な位置に開口部を有するように形成する。なお第３の層間絶縁膜４５４１は、第１の層間絶縁膜４５３３と同様の材料を用いて形成することが可能である。
次に、第３の層間絶縁膜４５４１上にアンテナ４５４２を形成する。アンテナ４５４２は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｎｉなどの金属、金属化合物を１つまたは複数有する導電材料を用いることができる。そしてアンテナ４５４２は、配線４５３５と接続されている。なお図２９（Ｂ）では、アンテナ４５４２が配線４５３５と直接接続されているが、本発明のＩＤチップはこの構成に限定されない。例えば別途形成した配線を用いて、アンテナ４５４２と配線４５３５とを電気的に接続するようにしても良い。
アンテナ４５４２は印刷法、フォトリソグラフィ法、蒸着法または液滴吐出法などを用いて形成することができる。本実施例では、アンテナ４５４２が単層の導電膜で形成されているが、複数の導電膜が積層されたアンテナ４５４２を形成することも可能である。例えば、Ｎｉなどで形成した配線に、Ｃｕを無電解めっきでコーティングして、アンテナ４５４２を形成しても良い。
なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から吐出して所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。また印刷法にはスクリーン印刷法、オフセット印刷法などが含まれる。印刷法、液滴吐出法を用いることで、露光用のマスクを用いずとも、アンテナ４５４２を形成することが可能になる。また、液滴吐出法、印刷法だと、フォトリソグラフィ法と異なり、エッチングにより除去されてしまうような材料の無駄がない。また高価な露光用のマスクを用いなくとも良いので、ＩＤチップの作製に費やされるコストを抑えることができる。
液滴吐出法または各種印刷法を用いる場合、例えば、ＣｕをＡｇでコートした導電粒子なども用いることが可能である。なお液滴吐出法を用いてアンテナ４５４２を形成する場合、該アンテナ４５４２の密着性が高まるような処理を、第３の層間絶縁膜４５４１の表面に施すことが望ましい。
密着性を高めることができる方法として、具体的には、例えば触媒作用により導電膜または絶縁膜の密着性を高めることができる金属または金属化合物を第３の層間絶縁膜４５４１の表面に付着させる方法、形成される導電膜または絶縁膜との密着性が高い有機絶縁膜、金属、金属化合物を第３の層間絶縁膜４５４１の表面に付着させる方法、第３の層間絶縁膜４５４１の表面に大気圧下または減圧下においてプラズマ処理を施し、表面改質を行なう方法などが挙げられる。また、上記導電膜または絶縁膜との密着性が高い金属として、チタン、チタン酸化物の他、３ｄ遷移元素であるＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどが挙げられる。また金属化合物として、上述した金属の酸化物、窒化物、酸窒化物などが挙げられる。上記有機絶縁膜として、例えばポリイミド、シロキサン樹脂等が挙げられる。
第３の層間絶縁膜４５４１に付着させる金属または金属化合物が導電性を有する場合、アンテナの正常な動作が妨げられないように、そのシート抵抗を制御する。具体的には、導電性を有する金属または金属化合物の平均の厚さを、例えば１〜１０ｎｍとなるように制御したり、該金属または金属化合物を酸化により部分的に、または全体的に絶縁化したりすれば良い。或いは、密着性を高めたい領域以外は、付着した金属または金属化合物をエッチングにより選択的に除去しても良い。また金属または金属化合物を、予め基板の全面に付着させるのではなく、液滴吐出法、印刷法、ゾル−ゲル法などを用いて特定の領域にのみ選択的に付着させても良い。なお金属または金属化合物は、第３の層間絶縁膜４５４１の表面において完全に連続した膜状である必要はなく、ある程度分散した状態であっても良い。
そして図２１（Ａ）に示すように、アンテナ４５４２を形成した後、アンテナ４５４２を覆うように、第３の層間絶縁膜４５４１上に保護層４５４５を形成する。保護層４５４５は、後に剥離層４５０１をエッチングにより除去する際に、アンテナ４５４２を保護することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ樹脂、アクリレート樹脂、シリコン樹脂を全面に塗布することで保護層４５４５を形成することができる。
本実施例では、スピンコート法で水溶性樹脂（東亜合成製：ＶＬ−ＷＳＨＬ１０）を膜厚３０μｍとなるように塗布し、仮硬化させるために２分間の露光を行ったあと、ＵＶ光を裏面から２．５分、表面から１０分、合計１２．５分の露光を行って本硬化させて、保護層４５４５を形成する。なお、複数の有機樹脂を積層する場合、有機樹脂同士では使用している溶媒によって塗布または焼成時に一部溶解したり、密着性が高くなりすぎたりする恐れがある。従って、第３の層間絶縁膜４５４１と保護層４５４５を共に同じ溶媒に可溶な有機樹脂を用いる場合、後の工程において保護層４５４５の除去がスムーズに行なわれるように、第３の層間絶縁膜４５４１を覆うように、無機絶縁膜（ＳｉＮX膜、ＳｉＮXＯY膜、ＡｌＮX膜、またはＡｌＮXＯY膜）を形成しておくことが好ましい。
次に図２１（Ｂ）に示すように、ＩＤチップどうしを分離するために溝４５４６を形成する。溝４５４６は、剥離層４５０１が露出する程度であれば良い。溝４５４６の形成は、ダイシング、スクライビングなどを用いることができる。なお、第１の基板４５００上に形成されているＩＤチップを分離する必要がない場合、必ずしも溝４５４６を形成する必要はない。
次に図２１（Ｃ）に示すように、剥離層４５０１をエッチングにより除去する。本実施例では、エッチングガスとしてハロゲン化物、例えばフッ化ハロゲンを用い、該ガスを溝４５４６から導入する。本実施例では、例えばＣｌＦ3（三フッ化塩素）を用い、温度：３５０℃、流量：３００ｓｃｃｍ、気圧：７９８Ｐａ、時間：３ｈ（３時間）の条件で行なう。また、ＣｌＦ3ガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ＣｌＦ3等のハロゲン化フッ素を用いることで、剥離層４５０１が選択的にエッチングされ、第１の基板４５００をＴＦＴ４５３０〜４５３２から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であっても液体であってもどちらでも良い。
次に図２２（Ａ）に示すように、剥離されたＴＦＴ４５３０〜４５３２及びアンテナ４５４２を、接着剤４５５０を用いて第２の基板４５５１に貼り合わせる。接着剤４５５０は、第２の基板４５５１と下地膜４５０２とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤４５５０は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
第２の基板４５５１として、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。または第２の基板４５５１として、フレキシブル無機材料を用いていても良い。プラスチック基板は、極性基のついたポリノルボルネンからなるＡＲＴＯＮ（ＪＳＲ製）を用いることができる。また、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。第２の基板４５５１は集積回路において発生した熱を拡散させるために、２〜３０Ｗ／ｍＫ程度の高い熱伝導率を有する方が望ましい。
次に図２２（Ｂ）に示すように、保護層４５４５を除去した後、アンテナ４５４２を覆うように接着剤４５５２を第３の層間絶縁膜４５４１上に塗布し、カバー材４５５３を貼り合わせる。カバー材４５５３は第２の基板４５５１と同様に、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。接着剤４５５２の厚さは、例えば１０〜２００μｍとすれば良い。
また接着剤４５５２は、カバー材４５５３と第３の層間絶縁膜４５４１及びアンテナ４５４２とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤４５５２は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
上述した各工程を経て、ＩＤチップが完成する。上記作製方法によって、トータルの膜厚０．３μｍ以上３μｍ以下、代表的には２μｍ程度の飛躍的に薄い集積回路を第２の基板４５５１とカバー材４５５３との間に形成することができる。なお集積回路の厚さは、半導体素子自体の厚さのみならず、接着剤４５５０と接着剤４５５２間に形成された各種絶縁膜及び層間絶縁膜の厚さを含めるものとする。またＩＤチップが有する集積回路の占める面積を、５ｍｍ四方（２５ｍｍ2）以下、より望ましくは０．３ｍｍ四方（０．０９ｍｍ2）〜４ｍｍ四方（１６ｍｍ2）程度とすることができる。
なお集積回路を、第２の基板４５５１とカバー材４５５３の間のより中央に位置させることで、ＩＤチップの機械的強度を高めることができる。具体的には、第２の基板４５５１とカバー材４５５３の間の距離をｄとすると、第２の基板４５５１と、集積回路の厚さ方向における中心との距離が、以下の数２を満たすように、接着剤４５５０、接着剤４５５２の厚さを制御することが望ましい。
また好ましくは、以下の数３を満たすように、接着剤４５５０、接着剤４５５２の厚さを制御する。
なお図２２（Ｂ）では、カバー材４５５３を用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。例えば図２２（Ａ）に示した工程までで終了としても良い。
なお本実施例では、耐熱性の高い第１の基板４５００と集積回路の間に剥離層を設け、エッチングにより該剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離する方法について示したが、本発明のＩＤチップの作製方法は、この構成に限定されない。例えば、耐熱性の高い基板と集積回路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集積回路を剥離しても良い。或いは、耐熱性の高い基板と集積回路の間に、水素を含む非晶質半導体膜を用いた剥離層を設け、レーザビームの照射により該剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離しても良い。或いは、集積回路が形成された耐熱性の高い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集積回路を基板から切り離しても良い。
またＩＤチップの可撓性を確保するために、下地膜４５０２に接する接着剤４５５０に有機樹脂を用いる場合、下地膜４５０２として窒化珪素膜または窒素を含む酸化珪素膜を用いることで、有機樹脂から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するのを防ぐことができる。
また対象物の表面が曲面を有しており、それにより該曲面貼り合わされたＩＤチップの第２の基板４５５１が、錐面、柱面など母線の移動によって描かれる曲面を有するように曲がってしまう場合、該母線の方向とＴＦＴ４５３０〜４５３２のキャリアが移動する方向とを揃えておくことが望ましい。上記構成により、第２の基板４５５１が曲がっても、それによってＴＦＴ４５３０〜４５３２の特性に影響が出るのを抑えることができる。また、島状の半導体膜が集積回路内において占める面積の割合を、１〜３０％とすることで、第２の基板４５５１が曲がっても、それによってＴＦＴ４５３０〜４５３２の特性に影響が出るのをより抑えることができる。
なお本実施例では、アンテナを集積回路と同じ基板上に形成している例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。別の基板上に形成したアンテナと集積回路とを、後に貼り合わせることで、電気的に接続するようにしても良い。
なお一般的にＩＤチップで用いられている電波の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚが多く、該周波数の電波を検波できるようにＩＤチップを形成することが、汎用性を高める上で非常に重要である。
また本実施例のＩＤチップでは、半導体基板を用いて形成されたＩＤチップよりも電波が遮蔽されにくく、電波の遮蔽により信号が減衰するのを防ぐことができるというメリットを有している。よって、半導体基板を用いずに済むので、ＩＤチップのコストを大幅に低くすることができる。例えば、直径１２インチのシリコン基板を用いた場合と、７３０×９２０ｍｍ2のガラス基板を用いた場合とを比較する。前者のシリコン基板の面積は約７３０００ｍｍ2であるが、後者のガラス基板の面積は約６７２０００ｍｍ2であり、ガラス基板はシリコン基板の約９．２倍に相当する。後者のガラス基板の面積は約６７２０００ｍｍ2では、基板の分断により消費される面積を無視すると、１ｍｍ四方のＩＤチップが約６７２０００個形成できる計算になり、該個数はシリコン基板の約９．２倍の数に相当する。そしてＩＤチップの量産化を行なうための設備投資は、７３０×９２０ｍｍ2のガラス基板を用いた場合の方が直径１２インチのシリコン基板を用いた場合よりも工程数が少なくて済むため、額を３分の１で済ませることができる。さらに本発明では、集積回路を剥離した後、ガラス基板を再び利用できる。よって、破損したガラス基板を補填したり、ガラス基板の表面を清浄化したりする費用を踏まえても、シリコン基板を用いる場合より大幅にコストを抑えることができる。またガラス基板を再利用せずに廃棄していったとしても、７３０×９２０ｍｍ2のガラス基板の値段は、直径１２インチのシリコン基板の半分程度で済むので、ＩＤチップのコストを大幅に低くすることができることがわかる。
従って、７３０×９２０ｍｍ2のガラス基板を用いた場合、直径１２インチのシリコン基板を用いた場合よりも、ＩＤチップの値段を約３０分の１程度に抑えることができることがわかる。ＩＤチップは、使い捨てを前提とした用途も期待されているので、コストを大幅に低くすることができる本発明のＩＤチップは上記用途に非常に有用である。
なお本実施例では、集積回路を剥離して、可撓性を有する基板に貼り合わせる例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えばガラス基板のように、集積回路の作製工程における熱処理に耐えうるような、耐熱温度を有している基板を用いる場合、必ずしも集積回路を剥離する必要はない。
また、本実施例は、必要であれば実施の形態１〜３及び実施例１のいかなる記載と自由に組み合わせることが可能である。
本発明が適用される電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、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２３（Ａ）〜図２３（Ｄ）及び図２４（Ａ）〜図２４（Ｄ）に示す。
図２３（Ａ）は発光表示装置でありテレビ受像器などがこれに当たる。筐体５００１、表示部５００３、スピーカー部５００４等を含む。本発明は、表示部５００３及び制御用回路部等に適用することができる。画素部にはコントランスを高めるため、偏光板、また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。本発明を使用することにより、信頼性が向上し、表示の品質も向上する。また実施例６により作製されたＩＤチップを本発光表示装置に貼り付けることにより、流通経路などを明確にすることができる。
図２３（Ｂ）は液晶ディスプレイもしくはＯＬＥＤディスプレイであり、筐体５１０１、支持台５１０２、表示部５１０３などによって構成されている。本発明は表示部５１０３及び制御用回路部等に適用が可能である。本発明を使用することにより、信頼性が向上し、表示の品質も向上する。また実施例６により作製されたＩＤチップを本発光表示装置に貼り付けることにより、流通経路などを明確にすることができる。
図２３（Ｃ）は携帯電話であり、本体５２０１、筐体５２０２、表示部５２０３、音声入力部５２０４、音声出力部５２０５、操作キー５２０６、アンテナ５２０８等を含む。本発明は表示部５２０３及び制御用回路部等に適用することができる。本発明を使用することにより、信頼性が向上し、表示の品質も向上する。また実施例６により作製されたＩＤチップを本発光表示装置に貼り付けることにより、流通経路などを明確にすることができる。
図２３（Ｄ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体５３０１、筐体５３０２、表示部５３０３、キーボード５３０４、外部接続ポート５３０５、ポインティングマウス５３０６等を含む。本発明は、表示部５３０３及び制御用回路部等に適用することができる。本発明を使用することにより、信頼性が向上し、表示の品質も向上する。また実施例６により作製されたＩＤチップを本発光表示装置に貼り付けることにより、流通経路などを明確にすることができる。
図２４（Ａ）はモバイルコンピュータであり、本体６００１、表示部６００２、スイッチ６００３、操作キー６００４、赤外線ポート６００５等を含む。本発明は、表示部６００２及び制御用回路部等に適用することができる。本発明を使用することにより、信頼性が向上し、表示の品質も向上する。また実施例６により作製されたＩＤチップを本発光表示装置に貼り付けることにより、流通経路などを明確にすることができる。
図２４（Ｂ）は携帯型のゲーム機であり、筐体６１０１、表示部６１０２、スピーカー部６１０３、操作キー６１０４、記録媒体挿入部６１０５等を含む。本発明は表示部６１０２及び制御用回路部等に適用することができる。本発明を使用することにより、信頼性が向上し、表示の品質も向上する。また実施例６により作製されたＩＤチップを本発光表示装置に貼り付けることにより、流通経路などを明確にすることができる。
図２４（Ｃ）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６２０１、筐体６２０２、表示部Ａ６２０３、表示部Ｂ６２０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部６２０５、操作キー６２０６、スピーカー部６２０７等を含む。表示部Ａ ６２０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ ６２０４は主として文字情報を表示する。本発明は表示部Ａ ６２０３、表示部Ｂ ６２０４及び制御用回路部等に適用することができる。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。本発明を使用することにより、信頼性が向上し、表示の品質も向上する。また実施例６により作製されたＩＤチップを本発光表示装置に貼り付けることにより、流通経路などを明確にすることができる。
図２４（Ｄ）は、ワイヤレスでディスプレイのみを持ち運び可能なＴＶである。筐体６３０２にはバッテリー及び信号受信器が内蔵されており、そのバッテリーで表示部６３０３やスピーカ部６３０７を駆動させる。バッテリーは充電器６３００で繰り返し充電が可能となっている。また、充電器６３００は映像信号を送受信することが可能で、その映像信号をディスプレイの信号受信器に送信することができる。筐体６３０２は操作キー６３０６によって制御する。また、図２４（Ｄ）に示す装置は、操作キー６３０６を操作することによって、筐体６３０２から充電器６３００に信号を送ることも可能であるため映像音声双方向通信装置とも言える。また、操作キー６３０６を操作することによって、筐体６３０２から充電器６３００に信号を送り、さらに充電器６３００が送信できる信号を他の電子機器に受信させることによって、他の電子機器の通信制御も可能であり、汎用遠隔制御装置とも言える。本発明は表示部６３０３及び制御用回路部等に適用することができる。本発明を使用することにより、信頼性が向上し、表示の品質も向上する。また実施例６により作製されたＩＤチップを本発光表示装置に貼り付けることにより、流通経路などを明確にすることができる。
これらの電子機器に使われる表示装置は、大きさや強度、または使用目的に応じて、ガラス基板だけでなく耐熱性のプラスチック基板を用いることも可能である。それによってよりいっそうの軽量化を図ることができる。
なお、本実施例に示した例はごく一例であり、これらの用途に限定するものではないこを付記する。
また本実施例は、実施の形態１〜３及び実施例１〜実施例６のいかなる記載とも自由に組み合せて実施することが可能である。
本実施例では、図１に示す回転体１０１を円柱状ではなく多面体にした例を図３０（Ａ）〜図３０（Ｂ）を用いて示す。なお図３０（Ａ）〜図３０（Ｂ）において図１と同じものは同じ符号で示してある。
図３０（Ａ）は、回転体を六角柱状にしたものであり、回転軸８０２を有する回転体８０１上に基板１００を固定し、基板１００上に形成された半導体膜１０２を線状レーザビームで照射する。また図３０（Ｂ）は回転軸８０４を有する八角柱状回転体８０３を示している。
図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）それぞれにおいて、回転体の基板を設置する面には角（突出した辺）８１１及び８１２があるが、その角に基板を固定しなければレーザ照射に問題はない。
また本実施例は、必要であれば実施の形態１〜３及び実施例１〜実施例７のいかなる記載とも自由に組み合せて実施することが可能である。
本発明により、振動の発生が少なく、一度にたくさんの基板を処理できるレーザ処理装置を提供することができる。また本発明のレーザ処理装置を用いることによって、半導体装置の信頼性や品質を向上させることができ、またそのような半導体装置を短時間で量産することができる。
１００ 基板
１０１ 回転体
１０２ 半導体膜
１０３ 線状レーザビーム
１０３ａ 線状レーザビーム
１０３ｂ 線状レーザビーム
１０４ 移動機構
１１０ 一点鎖線
１１１ 回転軸
１０１ 回転体
１０２ 半導体膜
１０３ 線状レーザビーム
１０３ａ 線状レーザビーム
１０３ｂ 線状レーザビーム
１０４ 移動機構
１１０ 一点鎖線
１１１ 回転軸
Claims (11)
- レーザ発振器と、
線状レーザビーム形成用の光学系と、
回転軸を有する円柱状の回転体と、
基板を前記回転体の曲面に沿った形状に変形させて固定させる固定機構と、
を有し、
前記レーザ発振器からレーザビームを射出し、
前記射出されたレーザビームは、前記光学系を通り、
前記回転体を回転させながら、前記光学系を通ったレーザビームを前記回転体に固定させた前記基板に照射し、
前記レーザビームによって形成される、照射面上のビームスポットの大きさは、前記基板の大きさより小さいことを特徴とするレーザ処理装置。 - レーザ発振器と、
線状レーザビーム形成用の光学系と、
回転軸を有する円柱状の回転体と、
基板を前記回転体の曲面に沿った形状に変形させて固定させる固定機構と、
前記回転体を回転軸方向に移動させる移動機構と、
を有し、
前記レーザ発振器からレーザビームを射出し、
前記射出されたレーザビームは、前記光学系を通り、
前記回転体を回転させながら、前記光学系を通ったレーザビームを前記回転体に固定させた前記基板に照射し、
前記回転体を前記移動機構により前記回転体の回転軸方向に移動可能であり、
前記レーザビームによって形成される、照射面上のビームスポットの大きさは、前記基板の大きさより小さいことを特徴とするレーザ処理装置。 - 第１のレーザ発振器及び第２のレーザ発振器と、
第１の光学系及び第２の光学系と、
回転軸を有する円柱状の回転体と、
基板を前記回転体の曲面に沿った形状に変形させて固定させる固定機構と、
前記回転体を回転軸方向に移動させる移動機構と、
を有し、
前記第１のレーザ発振器から第１のレーザビームを射出し、
前記第２のレーザ発振器から第２のレーザビームを射出し、
前記射出された前記第１のレーザビームは、前記第１の光学系を通り、
前記射出された前記第２のレーザビームは、前記第２の光学系を通り、
前記回転体を回転させながら、前記第１の光学系を通った第１のレーザビームと、前記第２の光学系を通った第２のレーザビームとを前記回転体に固定させた前記基板に照射し、
前記回転体は、前記移動機構により前記回転体の回転軸方向に移動可能であり、
前記第１のレーザビームによって形成される、照射面上における第１のビームスポットの大きさと、前記第２のレーザビームによって形成される、照射面上における第２のビームスポットの大きさとは、前記基板の大きさより小さいことを特徴とするレーザ処理装置。 - 請求項３において、
前記第１のビームスポットと前記第２のレーザスポットとは、それぞれ長方形状であり、
前記第１のビームスポットの短辺のうちの１つが前記第２のビームスポットの短辺のうちの１つの延長線上に位置するように前記基板に照射されることを特徴とするレーザ処理装置。 - 請求項１乃至４のいずれか１項において、
前記固定機構は、前記回転体内部を減圧することによって、前記回転体の表面に設けられた複数の穴に前記基板を吸着させ貼り付ける機構であることを特徴とするレーザ処理装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、
前記回転体の曲面に複数の前記基板を固定することを特徴とするレーザ処理装置。 - 基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜を形成した基板を回転軸を有する円柱状の回転体の曲面に沿った形状に変形させて固定し、
前記基板を固定させた回転体を回転させながら、前記基板の大きさより小さい大きさのビームスポットが形成されるようにレーザビームを前記半導体膜に照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜を形成した基板を、回転軸を有する円柱状の回転体の曲面に沿った形状に変形させて固定し、
前記基板を固定させた回転体を回転させながら、前記基板の大きさより小さい大きさのビームスポットが形成されるようにレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射することにより、前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜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８において、
前記結晶性半導体膜をパターニングして、島状半導体膜を形成し、
前記島状半導体膜に一導電性を付与する不純物を導入し、
前記不純物を導入した後に、前記基板を前記回転体に固定し、
前記基板を固定させた回転体を回転させながら、前記基板の大きさより小さい大きさのビームスポットが形成されるようにレーザビームを前記島状半導体膜に照射することにより、前記不純物を活性化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項７乃至請求項９のいずれか１項において、
前記回転体の曲面に複数の前記基板を固定することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項７乃至請求項１０のいずれか１項において、
前記基板は、ガラス基板または合成樹脂からなる基板であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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