JP5324837B2

JP5324837B2 - 表示装置の作製方法

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Publication number: JP5324837B2
Application number: JP2008158808A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 秀和宮入; 孝征根井
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2028-06-18
Also published as: JP2009033120A

Description

本発明は、少なくとも画素部に薄膜トランジスタを用いた表示装置に関する。

近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数十〜数百ｎｍ程度）を用いて薄膜トランジスタを構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。

画像表示装置のスイッチング素子として、非晶質半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタ、または多結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタ等が用いられている。多結晶半導体膜の形成方法としては、パルス発振のエキシマレーザビームを光学系により線状に加工して、非晶質珪素膜に対し線状ビームを走査させながら照射して結晶化する技術が知られている。この技術はエキシマレーザアニール（ＥＬＡ）とも呼ばれている。

また、画像表示装置のスイッチング素子として、微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタが用いられている（特許文献１及び２）。
特開平４−２４２７２４号公報特開２００５−４９８３２号公報

エキシマレーザアニールは、線状に変形したエキシマレーザビームをオーバーラップさせて、被照射体である半導体膜に照射して結晶性半導体膜を形成するが、レーザ光がオーバーラップしている部分としていない部分や、レーザビームのエネルギーのばらつきにより、結晶粒径にばらつきが生じる。このばらつきは、薄膜トランジスタの特性のばらつきをもたらし、当該薄膜トランジスタを用いた表示装置の表示ムラの原因となる。

また、微結晶半導体膜を基板上に直接成膜するためには、シラン等の水素化珪素を大量の水素で希釈する必要があり、成膜速度が遅く、スループットが悪いという問題がある。

上述した問題に鑑み、本発明は、表示ムラが少ない表示装置を量産性高く作製する方法を提案することを課題とする。

ゲート絶縁膜または下地膜として機能する絶縁膜上に微結晶半導体膜を成膜し、微結晶半導体膜上に非晶質半導体膜を成膜する。次に、エネルギー分布のプロファイルがなだらかなレーザビーム、即ち単位面積当たりのエネルギーが低いレーザビームを非晶質半導体膜に照射して、非晶質半導体膜を微結晶化させて、ゲート絶縁膜または下地膜として機能する絶縁膜上に微結晶半導体膜を形成する。次に、当該微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いて薄膜トランジスタを形成することを特徴とする。

エネルギー分布のプロファイルがなだらかなレーザビームは、ビーム形状を拡大することが可能なエキスパンダや、エネルギー分布を均一化するホモジナイザなどの光学系をレーザ発振器と、非晶質半導体膜との間に設け、当該光学系を介して非晶質半導体膜に照射することが可能である。また、レーザ発振器と、非晶質半導体膜の間に、レーザビームを散乱または吸収するすりガラスを設け、すりガラスを介して非晶質半導体膜にレーザビームを照射することが可能である。

微結晶半導体膜上に形成される非晶質半導体膜にエネルギー分布のプロファイルがなだらかなレーザビームを照射すると、微結晶半導体膜を結晶成長の種とし、非晶質半導体膜が縦方向（即ち基板平面に対して法線方向）に結晶成長する。このため、柱状の結晶粒を含む微結晶半導体膜を形成することができる。また、レーザビームのエネルギー分布のプロファイルがなだらかであるため、結晶粒径のばらつきを低減することが可能であり、結晶粒径のばらつきによる表示ムラを低減することが可能であり、また表面の膜厚の均一性を高めることが可能である。

微結晶半導体膜はシラン等の水素化珪素ガスに対して多量の水素ガスを用いて成膜するため、成膜速度が遅い。一方、非晶質半導体膜は、シラン等の水素化珪素ガスのみ、または微結晶半導体膜の成膜条件と比較して低流量の水素ガスを用いて形成することができる。このため、微結晶半導体膜と比較して、非晶質半導体膜の成膜速度は早い。このため、ゲート絶縁膜または下地膜として機能する絶縁膜上に所定の厚さの微結晶半導体膜を堆積させるよりも、微結晶半導体膜及び非晶質半導体膜を連続成膜しレーザビームを照射して微結晶半導体膜を形成するほうが、スループットを向上させることができる。

微結晶半導体膜における半導体結晶の粒径は、０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、結晶性半導体膜における半導体結晶の粒径は、５０ｎｍより大きく１０μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上１μｍ以下である。このため、薄膜トランジスタの能動領域を微結晶半導体膜で形成すると、結晶粒径のばらつきが少ない。また、多くの結晶粒界が存在するため、結晶粒界の数が薄膜トランジスタの特性に与える影響は少なく、薄膜トランジスタの特性のばらつきは少ない。一方、薄膜トランジスタの能動領域を結晶性半導体膜で形成すると、結晶粒径が大きいため、能動領域に含まれる結晶粒界の数が少なく、結晶粒界の数が薄膜トランジスタの特性に与える影響は大きく、また結晶径のばらつきもあるため、薄膜トランジスタの特性のばらつきが大きい。このため、微結晶半導体膜をチャネル形成領域に用いた薄膜トランジスタを表示素子のスイッチングに用いることで、表示ムラを低減することができる。

なお、非晶質半導体膜の結晶化により形成した微結晶半導体膜上に、微結晶半導体膜の酸化を防止する酸化防止膜を形成してもよい。酸化防止膜としては、非晶質半導体膜があり、更には、窒素、水素、またはハロゲンのいずれか一つ以上を含む非晶質半導体膜であることが好ましい。非晶質半導体膜に、窒素、水素、またはハロゲンのいずれか一つを含むことで、微結晶半導体膜に含まれる結晶粒が酸化されることを低減することが可能である。

また、微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表示装置を作製する。微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタは、その移動度が１〜１０ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃと、非晶質半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタの１〜２０倍の移動度を有しているので、駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。

また、表示装置としては、発光装置や液晶表示装置を含む。発光装置は発光素子を含み、液晶表示装置は液晶素子を含む。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬ、またはＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）に用いられている電子源素子（電子放出素子）等が含まれる。

また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに本発明は、該表示装置を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、あらゆる形態があてはまる。

なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。

本発明は、膜厚の薄い微結晶半導体膜上に形成した非晶質半導体膜にエネルギー分布のプロファイルのなだらかなレーザビームを照射することで、膜厚の厚い微結晶半導体膜を形成することができる。このため、当該微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタの表示装置の量産性を高めることができる。また、微結晶半導体膜の結晶粒径のばらつきを低減させることが可能であるため、表示ムラの少ない表示装置を作製することができる。また、エネルギーの低いレーザビームを非晶質半導体膜に照射して微結晶半導体膜を形成するため、タクトを向上させることが可能であり、また消費電力が少なく、コスト削減が可能である。

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）
本発明の表示装置の作製方法について説明する。はじめに、表示装置の一形態とし液晶表示装置を用いて説明する。図１乃至図８に、駆動回路１２１に形成される薄膜トランジスタの断面図と、画素部１２２に形成される薄膜トランジスタの断面図を示す。なお、微結晶半導体膜を有する薄膜トランジスタはｐ型よりもｎ型の方が、移動度が高いので駆動回路に用いるのにより適しているが、本発明では、薄膜トランジスタはｎ型であってもｐ型であってもどちらでも良い。いずれの極性の薄膜トランジスタを用いる場合でも、同一の基板上に形成する薄膜トランジスタを全て同じ極性にそろえておくことが、工程数を抑えるためにも望ましい。ここでは、ｎ型の薄膜トランジスタの作製方法について示す。

図１（Ａ）に示すように、基板５０上にゲート電極５１ａ、５１ｂを形成する。基板５０は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガラスなど、フュージョン法やフロート法で作製される無アルカリガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁膜を設けた基板を適用しても良い。基板５０の大きさは、３２０ｍｍ×４００ｍｍ、３７０ｍｍ×４７０ｍｍ、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、６００ｍｍ×７２０ｍｍ、６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３００ｍｍ、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、１９００ｍｍ×２２００ｍｍ、２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ、２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、又は２８５０ｍｍ×３０５０ｍｍ等を用いることができる。

ゲート電極５１ａ、５１ｂは、チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウムなどの金属材料またはその合金材料を用いて形成する。ゲート電極５１ａ、５１ｂは、スパッタリング法や真空蒸着法で基板５０上に導電膜を形成し、当該導電膜上にフォトリソグラフィ技術またはインクジェット法によりマスクを形成し、当該マスクを用いて導電膜をエッチングすることで、形成することができる。また、銀、金、銅などの導電性ナノペーストを用いてインクジェット法により吐出し焼成して、ゲート電極５１ａ、５１ｂを形成することができる。なお、ゲート電極５１ａ、５１ｂの密着性向上のために、上記金属材料の窒化物膜を、基板５０及びゲート電極５１ａ、５１ｂの間に設けてもよい。

なお、ゲート電極５１ａ、５１ｂ上には、絶縁膜や半導体膜や配線を形成するので、段切れ防止のため端部がテーパー状になるように加工することが望ましい。また、図示しないがこの工程でゲート電極に接続する配線も同時に形成することができる。

次に、ゲート電極５１ａ、５１ｂ上に、ゲート絶縁膜５２、微結晶半導体膜５３、非晶質半導体膜５４を順に形成する。なお、少なくとも、ゲート絶縁膜５２、微結晶半導体膜５３、及び非晶質半導体膜５４を連続的に形成することが好ましい。ゲート絶縁膜５２、微結晶半導体膜５３、及び非晶質半導体膜５４を大気に触れさせることなく連続成膜することで、大気成分や大気中に浮遊する汚染不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。

ゲート絶縁膜５２は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜の単層若しくは積層で形成することができる。また、基板側から酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜と、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との順に積層して形成することができる。また、基板側から窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜と、酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜と、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との順に積層して形成することができる。更には、周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いてゲート絶縁膜５２を形成することが好ましい。マイクロ波プラズマＣＶＤ装置で形成した酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜は、耐圧が高く、後に形成される薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。

なお、酸化窒化珪素膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：ＨｙｄｒｏｇｅｎＦｏｒｗａｒｄＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０〜７０原子％、窒素が０．５〜１５原子％、珪素が２５〜３５原子％、水素が０．１〜１０原子％の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化珪素膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５〜３０原子％、窒素が２０〜５５原子％、珪素が２５〜３５原子％、水素が１０〜３０原子％の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化珪素または窒化酸化珪素を構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、珪素及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。

微結晶半導体膜５３は、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体を含む膜である。この半導体は、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、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。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて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微結晶半導体膜が得られる。このような微結晶半導体膜に関する記述は、例えば、米国特許４，４０９，１３４号で開示されている。

この微結晶半導体膜は、周波数が数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ装置、または周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により形成することができる。代表的には、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６などの水素化珪素、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などのハロゲン化珪素を水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素またはハロゲン化珪素と、水素とに加え、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で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素に対して水素の流量比を５倍以上２００倍以下、好ましくは５０倍以上１５０倍以下、更に好ましくは１００倍とする。

微結晶半導体膜５３は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下で形成する。微結晶半導体膜５３は、非晶質半導体膜５４を微結晶化するための種結晶であるため、膜厚を厚く成膜する必要は無い。

また、微結晶半導体膜５３を形成する前に、ゲート絶縁膜の表面を水素、窒素、ハロゲン、希ガスのいずれかのプラズマで処理してゲート絶縁膜の表面を凹凸としてもよい。このようにすることで、ゲート絶縁膜と微結晶半導体膜との界面での格子歪を低減することが可能である。

非晶質半導体膜５４は、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などの水素化珪素またはハロゲン化珪素を用いて、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。また、上記水素化珪素に、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で希釈して非晶質半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素またはハロゲン化珪素、若しくは水素化珪素またはハロゲン化珪素と希ガスとで非晶質半導体膜を形成することで、非晶質半導体膜の成膜速度を高めることができる。

非晶質半導体膜５４は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上１５ｎｍ以下で形成する。

また、水素化珪素中に、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６などの炭化物気体を混入させて、エネルギーバンド幅を１．５〜２．４ｅＶに調整してもよい。または、水素化珪素中に、ＧｅＨ_４、ＧｅＦ_４などのゲルマニウム化気体を混入させて、エネルギーバンド幅を０．９〜１．１ｅＶに調節しても良い。

また、後に形成される微結晶半導体膜は、価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないときに弱いｎ型の電気伝導性を示すので、薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能する微結晶半導体膜に対しては、ｐ型を付与する不純物元素を、非晶質半導体膜の成膜時に、或いは成膜後に添加することで、しきい値制御をすることが可能となる。ｐ型を付与する不純物元素としては、代表的には硼素であり、Ｂ_２Ｈ_６、ＢＦ_３などの不純物気体を１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、好ましくは１〜１００ｐｐｍの割合で水素化珪素に混入させると良い。そしてボロンの濃度を、例えば１×１０^１４〜６×１０^１６／ｃｍ^３とすると良い。

また、非晶質半導体膜の酸素濃度を、５×１０^１８／ｃｍ^３以下、１×１０^１８／ｃｍ^３以下、窒素及び炭素の濃度それぞれを１×１０^１９／ｃｍ^３以下とすることが好ましい。酸素、窒素、及び炭素が微結晶半導体膜に混入する濃度を低減することで、後に形成される微結晶半導体膜がｎ型になることを防止することができる。

次に、非晶質半導体膜５４に含まれる水素を除くために４５０℃以上５５０℃以下で１時間以上１２時間以下、好ましくは１時間以上３時間以下の加熱を行う。当該加熱により非晶質半導体膜５４に含まれる水素を脱離させることが可能であるため、のちにレーザビームの照射により水素ガスが非晶質半導体膜から噴出することを防ぐことができる。

次に、非晶質半導体膜５４に、エネルギー分布のプロファイルがなだらかなレーザビーム、即ち単位面積当たりのエネルギーが低いレーザビームを照射して、非晶質半導体膜を微結晶化させて、図１（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜５２上に微結晶半導体膜５５を形成する。

エネルギー分布のプロファイルがなだらかなレーザビームは、ビーム形状を拡大することが可能なビームエキスパンダや、エネルギー分布を均一化するビームホモジナイザなどの光学系を、レーザ発振器と、基板上に形成される非晶質半導体膜との間に設け、当該光学系を介して非晶質半導体膜に照射する。さらには、ビームエキスパンダ及びビームホモジナイザを、レーザ発振器と基板上に形成される非晶質半導体膜との間に設け、当該光学系を介して非晶質半導体膜に照射することができる。また、レーザ発振器と、非晶質半導体膜５４の間に、レーザビームを散乱または吸収するすりガラス４０を設け、すりガラス４０を介して非晶質半導体膜５４にレーザビーム４１を照射することが可能である（図１（Ａ）参照）。

ビームエキスパンダは、凹シリンドリカルレンズと凸シリンドリカルレンズを組み合わせたものであり、これにより、レーザ発振器から放射されるレーザビームのビーム幅を広げることができる。このため、単位面積当たりのエネルギーが低いレーザビームとなる。

また、ビームホモジナイザは、例えばマルチモードで発振してレーザビームのエネルギー分布を均一化するためのものである。または、凹シリンドリカルレンズアレイと、凸シリンドリカルレンズアレイと、凸シリンドリカルレンズを組み合わせたものである。ビームホモジナイザにより、レーザ発振器から放射されるレーザビームにおいて、基板の薄膜堆積表面と平行な方向のエネルギー密度分布を均一化することができる。

ここで、エネルギー分布のプロファイルがなだらかである線状のレーザビームを照射することが可能な光学系を図１１に示す。

図１１（Ａ）は、エネルギー分布のプロファイルがなだらかである線状のレーザビームを照射することが可能な光学系の側面図であり、レーザビームの短軸方向のエネルギーのプロファイルをなだらかにする。また、図１１（Ｂ）は、エネルギー分布のプロファイルがなだらかである線状のレーザビームを照射することが可能な光学系の平面図であり、レーザビームの長軸方向のエネルギーのプロファイルをなだらかにする。

図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、レーザ発振器４０１から発振されたレーザビーム４００は、ビームエキスパンダ４０２でレーザビームの長さ（長軸方向の長さ）及び幅（短軸方向の長さ）を拡大する。ビームエキスパンダ４０２はレーザ発振器４０１側が凹である球面レンズ４０２ａ、レーザ発振器４０１側に凸である球面レンズ４０２ｂで構成される。

なお、レーザ発振器４０１及びビームエキスパンダ４０２の間に、レーザビームの強度を適切に減衰させるアッテネータを設置してもよい。アッテネータを設置することによってレーザビームのエネルギー強度を制御できる。

ビームエキスパンダ４０２を透過したレーザビームは、ビームホモジナイザ４０３でレーザビームの長軸方向のエネルギーが均一化される。ビームホモジナイザ４０３は、レーザ発振器４０１側に凸であるシリンドリカルレンズアレイ４０３ａ、レーザ発振器４０１側が凸であるシリンドリカルレンズアレイ４０３ｂ、及びレーザ発振器４０１側が凸であるシリンドリカルレンズ４０４で構成される。シリンドリカルレンズアレイ４０３ａ、４０３ｂによりレーザビームの長軸方向が分割され、均一化される。

ビームホモジナイザ４０３を透過したレーザビームは、ビームホモジナイザ４０５でレーザビームの短軸方向のエネルギーが均一化される。ビームホモジナイザ４０５は、レーザ発振器４０１側が凹であるシリンドリカルレンズアレイ４０５ａ、レーザ発振器４０１側が凸であるシリンドリカルレンズアレイ４０５ｂ、及びレーザ発振器４０１側が凸であるシリンドリカルレンズ４０６で構成される。シリンドリカルレンズアレイ４０５ａ、４０５ｂによりレーザビームの短軸方向が分割される。また、シリンドリカルレンズ４０６によって、エネルギーが均一化される。

ビームホモジナイザ４０５を透過したレーザビームは、ダブレットシリンドリカルレンズ４０７で集光される。この結果、基板５０上に形成される非晶質半導体膜に、矩形状または線状であり、エネルギー分布のプロファイルがなだらかなレーザビームを照射することができる。ダブレットシリンドリカルレンズ４０７は、レーザ発振器４０１側が凸で基板５０側が凹であるシリンドリカルレンズ４０７ａと、レーザ発振器４０１側が凸で基板５０側が凸であるシリンドリカルレンズアレイ４０７ｂとで構成される。

なお、長軸側のレーザビームの端部はエネルギー分布の均一性が低いため、基板５０とダブレットシリンドリカルレンズ４０７の間に、スリット４０８を設けることが好ましい。当該スリットにより、長軸側のレーザビームの端部を除いた均一性の高いレーザビームを基板５０上の非晶質半導体膜上に照射することができる。なお、レーザビームがスリットの裏側に回りこむのを避けるため、スリット４０８はなるべく基板５０に近い領域に設けることが好ましい。

ビームホモジナイザ４０５のシリンドリカルレンズ４０６及びダブレットシリンドリカルレンズ４０７の距離を距離ｂとし、ダブレットシリンドリカルレンズ４０７及び基板５０の非晶質半導体膜の距離を距離ａとすると、レーザビームの照射面でのビーム幅の倍率はおよそｂ／ａ倍である。ｂ／ａの値を大きくすると、レーザビーム幅の倍率が大きくなり、レーザビームの幅は絞られ狭くなる。一方ｂ／ａの値を小さくすると、レーザビーム幅の倍率が小さくなり、レーザビーム幅はより広くなる。即ち、このため、ビームホモジナイザ４０５のシリンドリカルレンズ４０６の位置を基板５０側にずらすことで、距離ｂが小さくなり、基板５０上の非晶質半導体膜表面において、レーザビームの幅が広くなる。または、ダブレットシリンドリカルレンズ４０７の位置をレーザ発振器４０１側にずらすことにより、距離ｂが小さくなり、距離ａが大きくなるため、基板５０上の非晶質半導体膜表面において、レーザビームの幅が広くなる。または、基板５０の位置をダブレットシリンドリカルレンズ４０７から遠ざけることにより、距離ａが大きくなり、基板５０上の非晶質半導体膜表面において、レーザビームの幅が広くなる。この結果、エネルギー分布のプロファイルがなだらかであり幅の広いレーザビームを非晶質半導体膜に照射することができる。

矩形状または線状のレーザビームをスキャンする、もしくは基板をスキャンすることにより、広い面積の基板を処理することができる。なお、レーザ発振器１３５から発振されたレーザビームの光路を変更させるため、レーザ発振器１３５及び基板５０の間に光路を変更させる光学系、代表的にはミラーを設けることができる。

また、すりガラス４０は、石英ガラスの表面に微小な凹凸を形成し、光を一部吸収または散乱させる。もしくは、石英ガラスの表面に半透過膜を形成し、光を一部吸収または散乱させる。この結果、すりガラスによりレーザビーム４１の焦点を非晶質半導体膜からずらすことが可能であり、レーザビームのエネルギー分布のプロファイルがブロードとなる。

レーザビームを発振するレーザ発振器としては、パルス発振することが可能なレーザ発振器を用いることができる。また、レーザ波長は、半導体膜に効率よくレーザビームが吸収されるように可視〜紫外領域（８００ｎｍ以下）、好ましくは紫外領域（４００ｎｍ以下）とする。レーザ発振器としては、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ等のエキシマレーザ発振器、Ｎ_２、Ｈｅ、Ｈｅ−Ｃｄ、Ａｒ、Ｈｅ−Ｎｅ、ＨＦ等の気体レーザ発振器、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ_３、ＳｃＯ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ、又はＴｍをドープした結晶を使った固体レーザ発振器、ヘリウムカドミウムレーザ等の金属蒸気レーザ発振器等を用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波の第３高調波〜第５高調波を適用するのが好ましい。

代表的には、レーザビームとして波長４００ｎｍ以下のエキシマレーザビームや、ＹＡＧレーザの第３高調波、第４高調波を用いる。

結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ未満、好ましくは１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚとし、レーザエネルギーを０．１〜０．３Ｊ／ｃｍ^２（代表的には０．１５〜０．２５Ｊ／ｃｍ^２、更に好ましくは０．１５Ｊ／ｃｍ^２以上０．２Ｊ／ｃｍ^２未満）とする。また、ＹＡＧレーザを用いる場合にはその第３高調波を用いパルス発振周波数１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ未満とし、レーザエネルギーを０．１〜０．３Ｊ／ｃｍ^２（代表的には０．１５〜０．２５Ｊ／ｃｍ^２、更に好ましくは０．１５Ｊ／ｃｍ^２以上０．２Ｊ／ｃｍ^２未満）とすると良い。

ここで、従来のエキシマレーザビームと、本実施の形態のエキシマレーザビームのエネルギーのプロファイルについて、図１２を用いて説明する。

図１２（Ａ）は、従来のＥＬＡに用いるレーザビームのエネルギー分布のプロファイルを示し、横軸に走査距離、縦軸にエネルギー強度を示す。従来のＥＬＡに用いるレーザビームのエネルギー分布のプロファイル１４７ａ〜１４７ｄは、幅数百μｍ、代表的には３００〜６００μｍであり、プロファイルのピークが急峻である。即ち、エネルギー分布の勾配の絶対値が大きいピークである。このようなレーザビームを８５〜９５％の割合で重ね合わせることにより、即ち、レーザビームまたは基板をずらしながらパルス発振のレーザビームを照射することで、非晶質半導体膜を結晶化している。しかしながら、レーザビームのエネルギーのピークにおいて、エネルギー強度のばらつきが大きい。例えば、プロファイル１４７ｃはプロファイル１４７ａ、１４７ｂ、１４７ｄ、１４７ｅと比較して、強度が高く、プロファイル１４７ｅはプロファイル１４７ａ〜１４７ｄと比較して、強度が低く、エネルギー強度が異なる。このため、このようなレーザビームの照射により形成された結晶性半導体膜は、結晶粒の大きさのばらつきが大きい。また、レーザビームのエネルギー強度のプロファイルが急峻であればあるほど、大気圧下でのレーザビームの照射により、形成される結晶性半導体膜の表面に凹凸（リッジ）ができやすく、結晶性半導体膜の膜厚の均一性が低くなる。

図１２（Ｂ）は、本実施の形態で用いるレーザビームのエネルギー分布のプロファイルを示し、横軸に走査距離、縦軸にエネルギー強度を示す。本実施の形態で用いるレーザビームのエネルギー分布のプロファイル１４８ａ〜１４８ｃは、幅数ｍｍ、代表的には１〜５ｍｍであり、曲線がなだらかなピークである。即ち、エネルギー分布のプロファイルの勾配の絶対値が小さいピークである。また、エネルギー強度が低いため、エネルギー強度のばらつきが小さい。例えば、プロファイル１４８ｃは、プロファイル１４８ａ、１４８ｂ、と比較して、強度が高いが、そもそもエネルギー強度が低いため、エネルギー強度の差はそれほど大きくない。このようなレーザビームを重ね合わせることにより、即ち、レーザビームまたは基板をずらしながらパルス発振のレーザビームを照射することで、非晶質半導体膜全体に均一なエネルギーが照射される。このため、このようなレーザビームの照射により形成された微結晶半導体膜は、結晶粒径のばらつきも少ない。また膜厚の均一性が高くなる。なお、エネルギー分布の勾配の絶対値が小さいピークとしては、エネルギー分布のプロファイルの勾配の絶対値がゼロ、即ち、トップフラットな形状でもよい。

非晶質半導体膜の下地として微結晶半導体膜が形成されているため、微結晶半導体膜が結晶成長の種（トリガー）となって結晶成長が行われるため、縦方向、即ち基板に対して法線方向に結晶成長する。ここで、図１（Ｂ）のゲート電極５１ａ付近の拡大図を図１０に示す。図１０に示すように、レーザビームが照射され結晶化された微結晶半導体膜５５は、基板５０表面に対して法線方向に結晶粒界５５ａが形成されており、柱状の微結晶粒を含む。また、非晶質半導体も含む。

なお、ゲート絶縁膜と微結晶半導体膜の界面においては、格子歪が生じ、微結晶化せず、数ｎｍの非晶質半導体層が形成される。しかしながら、プロファイルのなだらかなレーザビームを微結晶半導体膜上に形成された非晶質半導体膜に照射すると、微結晶半導体膜の上部に形成される非晶質半導体膜と同様に、ゲート絶縁膜と微結晶半導体膜の界面にある非晶質半導体層の結晶性を高めることができる。このため、チャネル形成領域として機能する微結晶半導体膜とゲート絶縁膜との界面特性を向上させることが可能である。逆スガタ薄膜トランジスタがオンの場合、キャリアは微結晶半導体膜においてゲート絶縁膜との界面近傍を流れるため、当該領域の結晶性を高めることにより、薄膜トランジスタの特性を向上させると共に、ばらつきを低減することができる。

また、レーザビームのエネルギーを低くすることが可能であるため、照射速度も早く、タクトが良いと共に、電力が低くなりコストの削減が可能である。

レーザビームのエネルギー強度と結晶粒径の関係について、図１２（Ｃ）を用いて説明する。レーザビームのエネルギー強度が低い場合、代表的にはレーザビームのエネルギーが０．１ｍＪ／ｃｍ^２以上０．３ｍＪ／ｃｍ^２未満（代表的には０．１５Ｊ／ｃｍ^２以上０．２５Ｊ／ｃｍ^２以下、更に好ましくは０．１５Ｊ／ｃｍ^２以上０．２Ｊ／ｃｍ^２未満）の場合、領域１５５においては、粒径が０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の微結晶が形成される。微結晶粒は、エネルギーの変化に対する結晶粒の成長が少ない。

領域１５５よりエネルギー強度が高い場合、代表的にはレーザビームのエネルギーが０．３ｍＪ／ｃｍ^２以上０．５ｍＪ／ｃｍ^２の場合、領域１５６では、粒径が５０ｎｍより大きく１０μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上１μｍ以下である。この領域においては、エネルギーの増加に伴って結晶粒が成長し、大きな結晶粒となる。更に、エネルギー強度が高い領域１５７では、粒径が０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の微結晶が形成される。すなわち、領域１５５のように結晶粒が小さくなり、且つエネルギーの変化に関わらず結晶粒の大きさが変化しない。しかしながら、領域１５７のようなエネルギーのレーザビームは、エネルギーが高いため、膜剥れが起き易い。また、レーザビームのエネルギーが高いため、照射速度が遅くなりタクトが悪いと共に、高い電力が必要となりコストが高くなる。領域１５６のようなエネルギーのレーザビームは、結晶粒の大きさがレーザビームのエネルギーの変動に左右されやすく、結晶粒径のばらつきが生じやすい。このため、領域１５５のように、レーザビームの変動に対応して結晶粒の大きさの変動が少ないエネルギーのレーザビームを照射することが好ましい。このようなレーザビームは、レーザ発振器のパワーを制御する、またはレーザビームの一部を吸収または散乱する光学系を介することが好ましい。

本実施の形態では、成膜速度の遅い微結晶半導体膜及び成膜速度の早い非晶質半導体膜を連続成膜し、非晶質半導体膜にエネルギー分布のプロファイルがなだらかであるレーザビームを照射して、微結晶半導体膜を形成するため、成膜速度の遅い微結晶半導体膜のみを成膜するよりも、スループットを向上させることができる。

ここで、図１（Ａ）に示すゲート絶縁膜５２から非晶質半導体膜５４を連続成膜ことが可能なマイクロ波プラズマＣＶＤ装置について、図１３を用いて示す。図１３はマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の上断面を示す模式図であり、共通室１１２０の周りに、ロード室１１１０、アンロード室１１１５、反応室（１）〜反応室（４）１１１１〜１１１４を備えた構成となっている。共通室１２００と各室の間にはゲートバルブ１１２２〜１１２７が備えられ、各室で行われる処理が、相互に干渉しないように構成されている。基板１１３０はロード室１１１０、アンロード室１１１５のカセット１１２８、１１２９に装填され、共通室１１２０の搬送手段１１２１により反応室（１）〜反応室（４）１１１１〜１１１４へ運ばれる。この装置では、堆積膜種ごとに反応室をあてがうことが可能であり、複数の異なる被膜を大気に触れさせることなく連続して形成することができる。

反応室（１）〜反応室（３）それぞれにおいて、ゲート絶縁膜５２、微結晶半導体膜５３、及び非晶質半導体膜５４を積層形成する。この場合は、原料ガスの切り替えにより異なる種類の膜を連続的に複数積層することができる。このように、複数のチャンバが接続されたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置で、同時にゲート絶縁膜５２、微結晶半導体膜５３、及び非晶質半導体膜５４を成膜することができるため、量産性を高めることができる。また、ある反応室がメンテナンスやクリーニングを行っていても、残りの反応室において成膜処理が可能となり、成膜のタクトを向上させることができる。また、大気成分や大気中に浮遊する汚染不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。

また、ゲート絶縁膜を酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜と、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との２層で形成する場合、反応室を４つ設け、反応室（１）で、ゲート絶縁膜の酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を形成し、反応室（２）で、ゲート絶縁膜の窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を形成し、反応室（３）で、微結晶半導体膜を形成し、反応室（４）で非晶質半導体膜５４を形成してもよい。このとき、各反応室の内壁を成膜する種類の膜でコーティングすることが好ましい。このような構成のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いれば、各反応室で一種類の膜を成膜することが可能であり、且つ大気に曝すことなく連続して形成することができるため、前に成膜した膜の残留物や大気に浮遊する不純物元素に汚染されることなく、各積層界面を形成することができる。

さらには、マイクロ波発生装置と共に高周波発生装置を設け、ゲート絶縁膜及び微結晶半導体膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法で形成し、非晶質半導体膜を高周波プラズマＣＶＤ法で形成してもよい。

なお、図１３に示すマイクロ波プラズマＣＶＤ装置には、ロード室及びアンロード室が別々に設けられているが、一つとしロード／アンロード室とでもよい。また、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置に予備室を設けてもよい。予備室で基板を予備加熱することで、各反応室において成膜までの加熱時間を短縮することが可能であるため、スループットを向上させることができる。

図１４はこのようなマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の一つの反応室の構成を詳細に説明するものである。なお、ガス供給部１８２及びマイクロ波発生装置１８４は反応室の外に設けられる。

マイクロ波発生装置１８４は、周波数が１ＧＨｚ以上、代表的には２．４５ＧＨｚまたは８．３ＧＨｚのマイクロ波を供給する。なお、本発明においては、マイクロ波発生装置１８４を複数有することで、安定な大面積のプラズマを生成することが可能である。このため、一辺が６００ｍｍを超える基板、特に一辺が１０００ｍｍを超える大面積基板においても、均一性の高い膜を成膜する事が可能であり、且つ成膜速度を高めることができる。

処理容器１８０は、密閉構造により内部を減圧に保持できる構成となっている。処理容器１８０及び天板１８７は、表面がアルミナ、酸化珪素、フッ素樹脂のいずれかの絶縁膜で覆われた金属、例えばアルミニウムを含む合金で形成される。また、取り付け具１８８は金属、例えばアルミニウムを含む合金で形成される。

反応室の内部を減圧にするために、排出口１８３を介して真空ポンプが処理容器１８０に接続される。真空ポンプは、低真空排気手段及び高真空排気手段を有する。低真空排気手段は、開閉バルブを動作させ、概ね大気圧から０．１Ｐａ程度までの真空排気を行うものであり、例えば、ドライポンプにより構成される。高真空排気手段は０．１Ｐａ以下の高真空排気を行うものであり、ターボ分子ポンプなどにより構成される。高真空排気手段と直列に連結される圧力調節バルブは、ガス流のコンダクタンスを調整するものであり、ガス供給部１８２から供給される反応ガスの排気速度を調整することにより、反応室内の圧力の所定の範囲に保つ動作をする。

処理容器１８０内部には、基板１１３０を配置するための支持台１８１が設けられる。支持台１８１は窒化アルミニウム、窒化珪素、シリコンカーバイトなどのセラミックス材で構成されている。支持台１８１の内部に温度制御部１９９を設けることによって、基板１１３０の温度を制御することも可能である。また、支持台１８１には、高周波電源に接続される給電部が設けられていてもよい。給電部を設けることで、支持台１８１に載置された基板にバイアス電圧を印加することができる。

処理容器１８０の上部には、マイクロ波発生装置１８４に連結された導波管１８５が設けられる。導波管１８５は、マイクロ波発生装置１８４で発生したマイクロ波を処理容器１８０に導入する。また、導波管１８５に接し且つ開口部１８７ａを有する天板１８７が設けられ、取り付け具１８８で天板１８７に設けられた複数の誘電体板１８６が設けられる。

誘電体板１８６は、天板１８７の開口部に密着するように設けられる。マイクロ波発生装置１８４で発生したマイクロ波が導波管１８５及び天板１８７の開口部を経て、誘電体板１８６に伝播し、誘電体板１８６を透過して処理容器内に放出される。処理容器内に放出されたマイクロ波の電界エネルギーにより、ガス供給部１８２から導入されたガスがプラズマ化する。当該プラズマ２００は、誘電体板１８６表面でより密度が高いため、基板１１３０へのダメージを低減することができる。また、誘電体板１８６を複数設けることで、均一な大面積のプラズマの発生及び維持が可能である。誘電体板１８６は、サファイア、石英ガラス、アルミナ、酸化珪素、窒化珪素等のセラミックスで形成される。なお、誘電体板１８６は、プラズマ２００発生側に窪みが形成されてもよい。当該窪みにより、安定したプラズマを生成することができる。誘電体板１８６を複数設けることで、一辺が６００ｍｍを超える基板、特に一辺が１０００ｍｍを超える大面積基板においても、均一性の高い膜を成膜する事が可能であり、且つ成膜速度を高めることができる。

誘電体板１９６側にガスを噴出すノズルを有するガス管１９７と、基板１１３０側にガスを噴出するノズルを有するガス管１９８が格子状に交差して設けられている。また、ガス管１９８から原料ガスを噴出することで、基板１１３０により近い位置で原料ガスを噴出することが可能であり、成膜速度を高めることが可能である。ガス管１９７、１９８は、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックスで形成される。セラミックスはマイクロ波の透過率が高いため、ガス管１９７、１９８をセラミックスで形成することで、誘電体板１８６の直下にガス管を設けても、電界の乱れが生じずプラズマの分布を均一にすることができる。

なお、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置にヘリウムガスを精製するヘリウム低温精製器を設けてもよい。具体的には、図１４に示す処理容器の排出口１８３及びガス供給部１８２の間にヘリウム低温精製器を設ける。排出口１８３及びガス供給部１８２の間にヘリウム低温精製器を設けることにより、高価なヘリウムを再利用することが可能であるため、コスト削減が可能である。

ここで、処理容器１８０内にガスを供給するガス供給部１８２の詳細について、図１５を用いて説明する。

処理容器１８０内は、誘電体板１９６側にガスを供給するガス管１９７と、基板１１３０側にガスを供給するガス管１９８が設けられており、各々に供給するガスが分けられている。

基板１１３０側にガスを供給するガス管１９８には、シラン等の水素化珪素のガスライン２１１ｂ、アンモニアのガスライン２１２ｂ、窒素のガスライン２１３ｂ、アルゴンのガスライン２１４ｂ、一酸化二窒素のガスライン２１５ｂがそれぞれ、ガス管１９８の最終バルブ２１８に接続される。

水素化珪素のガスライン２１１ｂには、水素化珪素供給源２１１ａ、バルブ２１１ｃ、マスフロコントローラ２１１ｄ、バルブ２１１ｅが設けられる。バルブ２１１ｃ、２１１ｅが開放されることで、マスフロコントローラ２１１ｄによって流量が制御された水素化珪素ガスが最終バルブ２１８まで導入される。最終バルブ２１８が開放されることにより、水素化珪素ガスがガス管１９８に供給される。

アンモニアのガスライン２１２ｂには、アンモニア供給源２１２ａ、バルブ２１２ｃ、マスフロコントローラ２１２ｄ、バルブ２１２ｅが設けられる。バルブ２１２ｃ、２１２ｅが開放されることで、マスフロコントローラ２１２ｄによって流量が制御されたアンモニアガスが最終バルブ２１８まで導入される。最終バルブ２１８が開放されることにより、アンモニアガスがガス管１９８に供給される。

窒素のガスライン２１３ｂには、窒素供給源２１３ａ、バルブ２１３ｃ、マスフロコントローラ２１３ｄ、バルブ２１３ｅが設けられる。バルブ２１３ｃ、２１３ｅが開放されることで、マスフロコントローラ２１３ｄによって流量が制御された窒素ガスが最終バルブ２１８まで導入される。最終バルブ２１８が開放されることにより、窒素ガスがガス管１９８に供給される。

アルゴンのガスライン２１４ｂには、アルゴン供給源２１４ａ、バルブ２１４ｃ、マスフロコントローラ２１４ｄ、バルブ２１４ｅが設けられる。バルブ２１４ｃ、２１４ｅが開放されることで、マスフロコントローラ２１４ｄによって流量が制御されたアルゴンガスが最終バルブ２１８まで導入される。最終バルブ２１８が開放されることにより、アルゴンガスがガス管１９８に供給される。

一酸化二窒素のガスライン２１５ｂには、一酸化二窒素供給源２１５ａ、バルブ２１５ｃ、マスフロコントローラ２１５ｄ、バルブ２１５ｅが設けられる。バルブ２１５ｃ、２１５ｅが開放されることで、マスフロコントローラ２１５ｄによって流量が制御された一酸化二窒素ガスが最終バルブ２１８まで導入される。最終バルブ２１８が開放されることにより、一酸化二窒素供ガスがガス管１９８に供給される。

また、誘電体板１８６側にガスを供給するガス管１９７には、アルゴンのガスライン２１４ｆ、一酸化二窒素のガスライン２１５ｆ、酸素のガスライン２１６ｂがそれぞれ、ガス管１９７の最終バルブ２１７に接続される。

アルゴンのガスライン２１４ｆには、アルゴン供給源２１４ａ、バルブ２１４ｃ、マスフロコントローラ２１４ｇ、バルブ２１４ｈが設けられる。バルブ２１４ｃ、２１５ｈが開放されることで、マスフロコントローラ２１４ｇによって流量が制御されたアルゴンガスが最終バルブ２１７まで導入される。最終バルブ２１７が開放されることにより、アルゴンガスがガス管１９７に供給される。

一酸化二窒素のガスライン２１５ｆには、一酸化二窒素供給源２１５ａ、バルブ２１５ｃ、マスフロコントローラ２１５ｇ、バルブ２１５ｈが設けられる。バルブ２１５ｃ、２１５ｈが開放されることで、マスフロコントローラ２１５ｇによって流量が制御された一酸化二窒素ガスが最終バルブ２１７まで導入される。最終バルブ２１７が開放されることにより、一酸化二窒素ガスがガス管１９７に供給される。

酸素のガスライン２１６ｂには、酸素供給源２１６ａ、バルブ２１６ｃ、マスフロコントローラ２１６ｄ、バルブ２１６ｅが設けられる。バルブ２１６ｃ、２１６ｅが開放されることで、マスフロコントローラ２１６ｄによって流量が制御された酸素ガスが最終バルブ２１７まで導入される。最終バルブ２１７が開放されることにより、酸素ガスがガス管１９７に供給される。

なお、アルゴンのガスライン２１４ｂ及び２１４ｆは、それぞれガス管１９７、１９８にガスが供給されるように分岐されている。また、一酸化二窒素のガスライン２１５ｂ及び２１５ｆは、それぞれガス管１９７、１９８にガスが供給されるように分岐されている。

基板側にガスを供給するガス管１９８側に水素化珪素、アンモニア、窒素、一酸化二窒素等の原料ガスを導入することで、成膜速度を高めることが可能である。また、一酸化二窒素を基板側にガスを供給するガス管１９８に導入することで、プラズマの着火を容易とすることが可能である。一酸化二窒素を誘電体板側に導入する場合、プラズマの着火を容易とするために、大量のアルゴンを処理容器内に導入する必要があったが、一酸化二窒素を基板側に導入することで、処理容器内に導入するアルゴンの量を削減することが可能であり、コスト削減と共に、原料ガスの導入量を増やせることが可能であるため、成膜速度を上昇させることができる。

以下に、成膜処理について説明する。これらの成膜処理は、その目的に応じて、ガス供給部１８２から供給するガスを選択すれば良い。

ここでは、ゲート絶縁膜として、酸化窒化珪素膜及び窒化酸化珪素膜の形成方法を一例としてあげる。

はじめに、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の反応室の内部を、フッ素ラジカルでクリーニングする。なお、フッ素ラジカルは、反応室の外側に設けられたプラズマ発生器に、フッ化炭素、フッ化窒素、またはフッ素を導入し、解離してフッ素ラジカルを形成した後、フッ素ラジカルを反応室に導入することで、反応室内をクリーニングすることができる。

フッ素ラジカルでクリーニングした後、反応室内部に水素を大量に導入することで、反応室内の残留フッ素と水素を反応させて、残留フッ素の濃度を低減することができる。このため、後に反応室の内壁に成膜する保護膜へのフッ素の混入量を減らすことが可能であり、保護膜の厚さを薄くすることが可能である。

次に、図１４（Ａ）に示すように反応室の処理容器１８０内壁、誘電体板１８６、ガス管１９７、１９８、支持台１８１等の表面に保護膜２０１として酸化窒化膜を堆積する。ここでは、処理容器１８０内の圧力を１〜２００Ｐａ、好ましくは１〜１００Ｐａとし、プラズマ着火用ガスとして、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスのいずれか一種以上のガスを導入する。さらには、希ガスのいずれか一種及び水素を導入する。特に、プラズマ着火用ガスとしてヘリウム、更にはヘリウムと水素を用いることが好ましい。

ヘリウムのイオン化エネルギーは２４．５ｅＶと高いエネルギーを持つが、約２０ｅＶに準安定状態があるので、放電中においては約４ｅＶでイオン化が可能である。このため、放電開始電圧が低く、また放電を維持しやすい。よって、プラズマを均一に維持することが可能であると共に、省電力化が可能である。

また、プラズマ着火用ガスとして、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスのいずれか一種以上及び酸素ガスを導入してもよい。希ガスと共に、酸素ガスを処理容器１８０内に導入することで、プラズマの着火を容易とすることができる。

次に、マイクロ波発生装置１８４の電源をオンにし、マイクロ波発生装置１８４の出力は５００〜６０００Ｗ、好ましくは４０００〜６０００Ｗとしてプラズマ２００を発生させる。次に、ガス管１９８から原料ガスを処理容器１８０内に導入する。具体的には、原料ガスとして、一酸化二窒素、希ガス、及びシランを導入することで、処理容器１８０の内壁、ガス管１９７、１９８、誘電体板１８６、及び支持台１８１表面上に保護膜２０１として酸化窒化珪素膜を形成する。このときの水素化珪素の流量を５０〜３００ｓｃｃｍ、一酸化二窒素の流量を５００〜６０００ｓｃｃｍとし、保護膜２０１の膜厚を５００〜２０００ｎｍとする。

次に、原料ガスの供給を停止し、処理容器１８０内の圧力を低下し、マイクロ波発生装置１８４の電源をオフにした後、図１４（Ｂ）に示すように、処理容器１８０内の支持台１８１上に基板１１３０を導入する。

次に、上記保護膜と同様の工程により、基板上に酸化窒化珪素膜を堆積させる。

所定の厚さの酸化窒化珪素膜が堆積されたら、原料ガスの供給を停止し、処理容器１８０内の圧力を低下し、マイクロ波発生装置１８４の電源をオフにする。

次に、処理容器１８０内の圧力を１〜２００Ｐａ、好ましくは１〜１００Ｐａとし、プラズマ着火用ガスとして、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスのいずれか一種以上と、原料ガスであるシラン、一酸化二窒素、及びアンモニアを導入する。なお、原料ガスとして、アンモニアの代わりに窒素を導入しても良い。次に、マイクロ波発生装置１８４の電源をオンにし、マイクロ波発生装置１８４の出力は５００〜６０００Ｗ、好ましくは４０００〜６０００Ｗとしてプラズマ２００を発生させる。次に、ガス管１９８から原料ガスを処理容器１８０内に導入し、基板１１３０の酸化窒化珪素膜上に窒化酸化珪素膜を形成する。次に、原料ガスの供給を停止し、処理容器１８０内の圧力を低下し、マイクロ波発生装置１８４の電源をオフにして、成膜プロセスを終了する。

以上の工程により、反応室内壁の保護膜を酸化窒化珪素膜とし、基板上に酸化窒化珪素膜及び窒化酸化珪素膜を連続的に成膜することで、上層側の窒化酸化珪素膜中に酸化珪素等の不純物の混入を低減することができる。当該膜は耐圧が高いため、ゲート絶縁膜として用いると、トランジスタの閾値のばらつきを低減することができる。また、ＢＴ特性を向上させることができる。また、静電気に対する耐性が高まり、高い電圧が印加されても破壊にくいトランジスタを作製することができる。また、経時破壊の少ないトランジスタを作製することができる。また、ホットキャリアダメージの少ないトランジスタを作製することができる。

また、ゲート絶縁膜として酸化窒化珪素膜単層の場合、上記保護膜の形成方法及び酸化窒化珪素膜の形成方法を用いる。特に、シランに対する一酸化二窒素の流量比を１００倍以上３００倍以下、好ましくは１５０倍以上２５０倍以下とすると、耐圧の高い酸化窒化珪素膜を形成することができる。

次に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による微結晶半導体膜及び非晶質半導体膜を連続的に成膜する成膜処理方法について示す。まず、上記ゲート絶縁膜と同様により、反応室内をクリーニングする。次に、処理容器１８０内に保護膜として珪素膜を堆積する。ここでは、処理容器内の圧力を１〜２００Ｐａ、好ましくは１〜１００Ｐａとし、プラズマ着火用ガスとして、ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスのいずれか一種以上を導入する。なお、希ガスと共に水素を導入してもよい。

次に、マイクロ波発生装置１８４の電源をオンにし、マイクロ波発生装置１８４の出力は５００〜６０００Ｗ、好ましくは４０００〜６０００Ｗとしてプラズマ２００を発生させる。次に、ガス管１９８から原料ガスを処理容器１８０内に導入する。具体的には、原料ガスとして、具体的には、水素化珪素ガス、及び水素ガスを導入することで、処理容器１８０の内壁、ガス管１９７、１９８、誘電体板１８６、及び支持台１８１表面上に保護膜２０１として微結晶珪素膜を形成する。また、水素化珪素ガス及び水素ガスに加え、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で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素に対して水素の流量比を５倍以上２００倍以下、好ましくは５０倍以上１５０倍以下、更に好ましくは１００倍とする。また、このときの保護膜の膜厚を５００〜２０００ｎｍとする。なお、マイクロ波発生装置１８４の電源をオンにする前に、処理容器内に上記希ガスの他、水素化珪素ガス及び水素ガスを導入してもよい。

次に、上記保護膜と同様の工程により、基板上に微結晶珪素膜を堆積させる。微結晶半導体膜の膜厚を１〜２０ｎｍ、好ましくは５〜１５ｎｍとする。

所定の厚さの微結晶珪素膜が堆積されたら、次に、原料ガスの供給を停止し、処理容器１８０内の圧力を低下し、マイクロ波発生装置１８４の電源をオフにして、微結晶半導体膜成膜プロセスを終了する。

次に、処理容器内の圧力を下げ、原料ガスの流量を調整する。具体的には、水素ガスの流量を微結晶半導体膜の成膜条件より大幅に低減する。代表的には、水素化珪素の流量の１倍以上１０倍以下、更に好ましくは１倍以上５倍以下の流量の水素ガスを導入する。または、水素ガスを処理容器内に導入せず、水素化珪素ガスを導入する。このように水素化珪素に対する水素の流量を低減することにより、非晶質半導体膜の成膜速度を向上させることができる。または、水素化珪素ガスに加え、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で希釈する。次に、マイクロ波発生装置１８４の電源をオンにし、マイクロ波発生装置１８４の出力は５００〜６０００Ｗ、好ましくは４０００〜６０００Ｗとしてプラズマ２００を発生させて、非晶質半導体膜を形成することができる。非晶質半導体膜の成膜速度は微結晶半導体膜に比べて高いため、処理容器内の圧力を低く設定することができる。このときの非晶質半導体膜の膜厚を５０〜２００ｎｍとする。

所定の厚さの微結晶珪素膜が堆積されたら、次に、原料ガスの供給を停止し、処理容器１８０内の圧力を低下し、マイクロ波発生装置１８４の電源をオフにして、非晶質半導体膜の成膜プロセスを終了する。

周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置で発生されたプラズマは、電子密度が高く、原料ガスから多くのラジカルが形成され、基板１１３０へ供給されるため、基板でのラジカルの表面反応が促進され、微結晶シリコンの成膜速度を高めることができる。更に、複数のマイクロ波発生装置、及び複数の誘電体板で構成されるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、安定した大面積のプラズマを生成することができる。このため、大面積基板上においても、膜質の均一性を高めた膜を成膜することが可能であると共に、量産性を高めることができる。

また、同じ処理容器で微結晶半導体膜及び非晶質半導体膜を連続的に成膜することで、歪の少ない界面を形成することが可能である。

なお、ゲート絶縁膜及び半導体膜それぞれの作製工程において、反応室の内壁に５００〜２０００ｎｍの保護膜が形成されている場合は、上記クリーニング処理及び保護膜形成処理を省くことができる。

また、一つの反応室でゲート絶縁膜及び微結晶半導体膜を積層する場合、ゲート絶縁膜を形成した後、反応室内にシラン等の水素化珪素を導入し、残留酸素及び水素化珪素を反応させて、反応物を反応室外に排出することで、反応室内の残留酸素濃度を低減させることができる。この結果、微結晶半導体膜に含まれる酸素の濃度を低減することができる。また、微結晶半導体膜に含まれる結晶粒の酸化を防止することができる。

次に、図２（Ａ）に示すように、微結晶半導体膜５５上に一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜５６及び導電膜５７を形成し、導電膜５７上にレジスト５８を塗布する。

一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜５６は、ｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、代表的な不純物元素としてリンを添加すれば良く、水素化珪素にＰＨ_３などの不純物気体を加えれば良い。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、代表的な不純物元素としてボロンを添加すれば良く、水素化珪素にＢ_２Ｈ_６などの不純物気体を加えれば良い。一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜５６は、微結晶半導体膜体、または非晶質半導体で形成することができる。

導電膜５７は、アルミニウム、銅、若しくはシリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性向上元素若しくはヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金を用いて形成することが好ましい。また、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜と接する側の膜を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、またはこれらの元素の窒化物で形成し、その上にアルミニウムまたはアルミニウム合金を形成した積層構造としても良い。更には、アルミニウムまたはアルミニウム合金の上面及び下面を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、またはこれらの元素の窒化物で挟んだ積層構造としてもよい。

導電膜５７は、スパッタリング法や真空蒸着法で、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜５６上に形成する。また、導電膜５７は、銀、金、銅などの導電性ナノペーストを用いてスクリーン印刷法、インクジェット法等を用いて吐出し焼成して形成しても良い。

レジスト５８は、ポジ型レジストまたはネガ型レジストを用いることができる。ここでは、ポジ型レジストを用いて示す。

次に、多階調マスク５９を用いて、レジスト５８に光を照射して、レジスト５８を露光する。

ここで、多階調マスク５９を用いた露光について、図１６及び図１７を用いて説明する。

多階調マスクを用いることで、フォトマスクの枚数を削減することが可能である。多階調マスクとは、露光部分、中間露光部分、及び未露光部分に３つの露光レベルを行うことが可能なマスクであり、一度の露光及び現像工程により、複数（代表的には二種類）の厚さの領域を有するレジストマスクを形成することが可能である。

多階調マスクの代表例としては、図１６に示すようなグレートーンマスク５９ａ、図１７に示すようなハーフトーンマスク５９ｂがある。

図１６（Ａ）に示すように、グレートーンマスク５９ａは、透光性を有する基板１６３及びその上に形成される遮光部１６４並びに回折格子１６５で構成される。遮光部１６４においては、光の透過率が０％である。一方、回折格子１６５はスリット、ドット、メッシュ等の光透過部の間隔を、露光に用いる光の解像度限界以下の間隔とすることにより、光の透過率を制御することができる。なお、回折格子１６５は、周期的なスリット、ドット、メッシュ、または非周期的なスリット、ドット、メッシュどちらも用いることができる。

透光性を有する基板１６３は、石英等の透光性を有する基板を用いることができる。遮光部１６４及び回折格子１６５は、クロムや酸化クロム等の光を吸収する遮光材料を用いて形成することができる。

グレートーンマスク５９ａに露光光を照射した場合、図１６（Ｂ）に示すように、遮光部１６４においては、光透過率１６６は０％であり、遮光部１６４及び回折格子１６５が設けられていない領域では光透過率１６６は１００％である。また、回折格子１６５においては、１０〜７０％の範囲で調整可能である。回折格子１６５における光の透過率の調整は、回折格子のスリット、ドット、またはメッシュの間隔及びピッチの調整により可能である。

図１７（Ａ）に示すように、ハーフトーンマスク５９ｂは、透光性を有する基板１６３及びその上に形成される半透過部１６７並びに遮光部１６８で構成される。半透過部１６７は、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉＯ、ＭｏＳｉＯＮ、ＣｒＳｉなどを用いることができる。遮光部１６８は、クロムや酸化クロム等の光を吸収する遮光材料を用いて形成することができる。

ハーフトーンマスク５９ｂに露光光を照射した場合、図１７（Ｂ）に示すように、遮光部１６８においては、光透過率１６９は０％であり、遮光部１６８及び半透過部１６７が設けられていない領域では光透過率１６９は１００％である。また、半透過部１６７においては、１０〜７０％の範囲で調整可能である。半透過部１６７に於ける光の透過率の調整は、半透過部１６７の材料により調整により可能である。

多階調マスクを用いて露光した後、現像することで、図２（Ｂ）に示すように、膜厚の異なる領域を有するレジストマスク７１、７２を形成することができる。

次に、レジストマスク７１、７２により、微結晶半導体膜５５、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜５６、及び導電膜５７をエッチングして島状に分離する。この結果、図３（Ａ）に示すような、微結晶半導体膜６９、７０、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜６５、６６、及び導電膜６３、６４を形成することができる。

次に、レジストマスク６１、６２をアッシングする。この結果、レジストの面積が縮小し、厚さが薄くなる。このとき、膜厚の薄い領域のレジスト（ゲート電極５１ａ、５１ｂの一部と重畳する領域）は除去され、図３（Ｂ）に示すように、分離されたレジストマスク７１、７２を形成することができる。

次に、レジストマスク７１、７２を用いて一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜６５、６６、及び導電膜６３、６４をエッチングして分離する。この結果、図３（Ｃ）に示すような、一対のソース電極及びドレイン電極７３〜７６、及び一対のソース領域及びドレイン領域７７〜８０を形成することができる。なお、当該エッチング工程において、微結晶半導体膜６９、７０の一部もエッチングされる。一部エッチングされた微結晶半導体膜を微結晶半導体膜８１、８２と示す。ここでは、微結晶半導体膜８１、８２の一部が、面積が縮小したレジストマスク７１、７２で一部エッチングされたため、ソース電極及びドレイン電極の外側に突出した形状となる。この後、レジストマスク７１、７２を除去する。

以上の工程により、図４（Ａ）に示すように、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタ８５、８６を形成することができる。チャネルエッチ型の薄膜トランジスタは、作製工程数が少なく、コスト削減が可能である。また、微結晶半導体膜でチャネル形成領域を構成することにより１〜１０ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃの電界効果移動度を得ることができる。従って、この薄膜トランジスタを画素部１２２の画素のスイッチング用素子として、さらに走査線（ゲート線）側の駆動回路１２１を形成する素子として利用することができる。

次に、薄膜トランジスタ８５、８６上に、絶縁膜８７で形成し、絶縁膜８７のコンタクトホールにおいてソース電極またはドレイン電極７６に接する画素電極８８を形成する。

絶縁膜８７としては、ゲート絶縁膜５２と同様に形成することができる。なお、絶縁膜８７は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。また、絶縁膜８７に窒化珪素膜を用いることで、微結晶半導体膜８１、８２中の酸素濃度を５×１０^１９／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１９／ｃｍ^３以下とすることができる。

画素電極８８は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。

また、画素電極８８として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。

なお、ここでは、画素電極１３０を透光性を有する導電性材料で形成し、透過型の液晶表示装置を作製する例を示すが、本発明の液晶表示装置はこの構成に限定されない。光を反射しやすい導電膜を用いて画素電極を形成することで、反射型の液晶表示装置を形成することができる。

次に、絶縁膜８７または画素電極８８上に、スペーサ１３３を絶縁膜で形成する。なお図４（Ｂ）では、絶縁膜８７上にスペーサ１３３を、酸化珪素を用いて形成した例を示している。画素電極１３０とスペーサ１３３は、いずれを先に形成しても良い。また、スペーサ１３３としてここでは、柱状スペーサを用いて示したがビーズスペーサを散布してもよい。さらには、スペーサ１３３を第２の基板１４０上に形成される対向電極１４１上に形成してもよい。

そして、絶縁膜８７、スペーサ１３３、画素電極８８を覆うように、配向膜１３１を成膜し、ラビング処理を施す。

次に、液晶を封止するためのシール材１６２を形成する。一方、透光性を有する導電性材料を用いた対向電極１４１と、ラビング処理が施された配向膜１４２とが形成された第２の基板１４０を用意する。そして、シール材１６２で囲まれた領域に液晶１６１を滴下し、別途用意しておいた第２の基板１４０を、対向電極１４１と画素電極１３０とが向かい合うように、シール材１６２を用いて貼り合わせる。なおシール材１６２にはフィラーが混入されていても良い。

なお、第２の基板１４０にシール材１６２を形成し、シール材１６２で囲まれた領域に液晶１６１を滴下した後、第１の基板５０と第２の基板１４０をシール材１６２を用いて貼り合せてもよい。

また、上述した液晶の注入は、ディスペンサ式（滴下式）を用いているが、本発明はこれに限定されない。シール材１６２を用いて第１の基板５０及び第２の基板１４０を貼り合わせてから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）を用いていても良い。

また、第１の基板５０または第２の基板１４０にカラーフィルタや、ディスクリネーションを防ぐための遮蔽膜（ブラックマトリクス）などが形成されていても良い。また、第１の基板５０において薄膜トランジスタが形成されている面とは逆の面に偏光板１５０を貼り合わせ、また第２の基板１４０において対向電極１４１が形成されている面とは逆の面に、偏光板１５１を貼り合わせておく。

対向電極１４１は、画素電極８８と同様の材料を適宜用いることができる。画素電極８８と液晶１６１と対向電極１４１が重なり合うことで、表示素子の一形態である液晶素子１３２が形成されている。

以上の工程により、液晶表示装置を作製することができる。

なお、図１〜図４は、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の作製方法について示したが、チャネル保護型の薄膜トランジスタを用いて形成することができる。当該作製方法について、図１、図５及び図６を用いて示す。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の工程を経て、図５（Ａ）に示すように、基板５０上にゲート電極５１ａ、５１ｂ、ゲート電極５１ａ、５１ｂ上にゲート絶縁膜５２、ゲート絶縁膜５２上に微結晶半導体膜５５、及び微結晶半導体膜５５上にチャネル保護膜９２、９３を形成する。チャネル保護膜９２、９３としては、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素等の絶縁膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等で微結晶半導体膜５５上に形成した後、フォトリソグラフィ工程により形成したレジストマスクを用いて上記絶縁膜をエッチングしてチャネル保護膜を形成することができる。また、ポリイミド、アクリル、またはシロキサンを含む組成物をインクジェット法または印刷法により吐出し焼成してチャネル保護膜９１を形成することができる。

次に、図５（Ｂ）に示すように、チャネル保護膜９２、９３上に一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜９４を形成し、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜９４上に、導電膜９５を形成し、導電膜９５上に、多階調マスクを用いてレジストマスク６１、６２を形成する。一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜９４は、図２（Ｂ）に示す一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜５６と同様に形成することができる。また、導電膜９５は図２（Ｂ）に示す導電膜５７と同様に形成することができる。

次に、多階調マスクを用いたフォトリソグラフィ技術により形成したレジストマスク６１、６２を用いて、導電膜９５、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜９４、及び微結晶半導体膜５５をエッチングし分離して、図６（Ａ）に示すように、チャネル形成領域として機能する微結晶半導体膜６９、７０、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜９８、９９、及び導電膜９６、９７を形成する。

次に、図６（Ｂ）に示すように、レジストマスク６１、６２をアッシングして、分離されたレジストマスク７１、７２を形成する。

次に、レジストマスク７１、７２をマスクとして、導電膜９６、９７をエッチングして、図６（Ｃ）に示すように、一対のソース電極及びドレイン電極１０１〜１０４を形成し、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜９８、９９をエッチングして、一対のソース領域及びドレイン領域１０５〜１０８を形成する。このとき、チャネル保護膜９２、９３の一部がエッチングされ、チャネル保護膜９２ａ、９３ａとなる。また、微結晶半導体膜６９、７０も一部エッチングされて微結晶半導体膜１０９、１１０となる。

以上の工程により、ゲート電極５１ａ、５１ｂ、及び微結晶半導体膜１０９、１１０に重畳するチャネル保護膜９２ａ、９３ａを有するチャネル保護型の薄膜トランジスタ１１８、１１９を作製することができる。チャネル保護型の薄膜トランジスタを素子基板に形成することで、薄膜トランジスタの素子特性のばらつきを低減することができると共に、オフ電流を低減することができる。また、微結晶半導体膜でチャネル形成領域を構成することにより１〜１０ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃの電界効果移動度を得ることができる。従って、この薄膜トランジスタを画素部１２２の画素のスイッチング用素子として、さらに走査線（ゲート線）側の駆動回路１２１を形成する素子として利用することができる。

なお、微結晶半導体膜は酸化されやすいため、微結晶半導体膜の表面に酸化防止膜を形成することが好ましい。例えば、図４（Ａ）に示すチャネルエッチ型の薄膜トランジスタ８５、８６を形成する場合においては、図２（Ａ）において、微結晶半導体膜５５上に非晶質半導体膜を形成し、非晶質半導体膜上に一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体膜５６、及び導電膜５７を形成する。この後、図２（Ｂ）乃至図３の工程を経ることにより、図７（Ａ）に示すように、ゲート電極５１ａ、５１ｂ上にゲート絶縁膜５２が形成され、ゲート絶縁膜５２上に微結晶半導体膜６９、７０が形成され、微結晶半導体膜６９、７０上に酸化防止膜６７、６８が形成され、酸化防止膜６７、６８上に一対のソース領域及びドレイン領域７７〜８０、及びソース電極及びドレイン電極７３〜７６が形成されたチャネルエッチ型の薄膜トランジスタ８９、９０を形成することができる。

また、図６（Ｂ）に示すチャネル保護型の薄膜トランジスタ１１８、１１９を形成する場合においては、図５（Ａ）において、微結晶半導体膜５５上に酸化防止膜を形成し、非晶質半導体膜上にチャネル保護膜９１を形成する。この後、図５（Ｂ）及び図６の工程を経ることにより、図７（Ｂ）に示すように、ゲート電極５１ａ、５１ｂ上にゲート絶縁膜５２が形成され、ゲート絶縁膜５２上に微結晶半導体膜１０９、１１０が形成され、微結晶半導体膜１０９、１１０上に酸化防止膜１２３、１２４が形成され、酸化防止膜１２３、１２４上に一対のソース領域及びドレイン領域１０５〜１０８、及びソース電極及びドレイン電極１０１〜１０４が形成されたチャネル保護型の薄膜トランジスタ１２５、１２６を形成することができる。

酸化防止膜としては、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などの水素化珪素またはハロゲン化珪素を用いて、プラズマＣＶＤ法により非晶質半導体膜を形成することができる。また、上記水素化珪素に、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で希釈して非晶質半導体膜を形成することができる。また、上記水素化珪素と水素を用いることで水素を含む非晶質半導体膜を形成することができる。また、上記水素化珪素と窒素またはアンモニアとを用いることで、窒素を含む非晶質半導体膜を形成することができる。また、上記水素化珪素と、フッ素、または塩素を含む気体（Ｆ_２、Ｃｌ_２、ＨＦ、ＨＣｌ等）を用いることで、フッ素、または塩素を含む非晶質半導体膜を形成することができる。

また、酸化防止膜は、ターゲットに非晶質半導体を用いて水素、または希ガスでスパッタリングして非晶質半導体膜を形成することができる。このとき、アンモニア、窒素、またはＮ_２Ｏを雰囲気中に含ませることにより、窒素を含む非晶質半導体膜を形成することができる。また、雰囲気中にフッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を含む気体（Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、Ｉ_２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ等）を含ませることにより、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を含む非晶質半導体膜を形成することができる。

また、酸化防止膜として、微結晶半導体膜５５の表面にプラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法により非晶質半導体膜を形成した後、非晶質半導体膜の表面を水素プラズマ、窒素プラズマ、またはハロゲンプラズマで処理して、非晶質半導体膜の表面を水素化、窒素化、またはハロゲン化してもよい。

なお、酸化防止膜は、後のソース領域及びドレイン領域の形成プロセスにおいて、一部エッチングされる場合があるが、そのときに、酸化防止膜の一部が残存する厚さで形成することが好ましい。代表的には、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さで形成することが好ましい。

微結晶半導体膜５５の表面に、酸化防止膜として、非晶質半導体膜、更には水素、窒素、またはハロゲンを含む非晶質半導体膜を形成することで、微結晶半導体膜５５に含まれる結晶粒の表面の自然酸化を防止することが可能である。特に、非晶質半導体と微結晶粒が接する領域では、結晶格子の歪に由来し、亀裂が入りやすい。この亀裂が酸素に触れると結晶粒は酸化され、酸化珪素が形成される。しかしながら、微結晶半導体膜５５の表面に酸化防止膜を形成することで、微結晶粒の酸化を防ぐことができる。

さらには、素子基板の駆動回路１２１を構成する薄膜トランジスタ及び画素部１２２のスイッチング素子として機能する薄膜トランジスタとして、トップゲート型の薄膜トランジスタを用いて形成することができる。当該素子基板ついて、図８を用いて示す。

図８に示すように、基板５０上に下地膜として機能する絶縁膜４２を形成し、絶縁膜４２上に微結晶半導体膜５３を形成し、微結晶半導体膜５３上に非晶質半導体膜５４を形成する。絶縁膜４２としては、図１（Ａ）に示すゲート絶縁膜５２と同様に形成することができる。

次に、図１（Ａ）と同様に、非晶質半導体膜５４に、エネルギー分布のプロファイルがなだらかなレーザビーム４１を照射して、図８（Ｂ）に示すように、絶縁膜４２上に微結晶半導体膜５５を形成する。

この後、結晶性半導体膜を選択的にエッチングして、半導体膜を形成し、当該半導体膜をチャネル形成領域用いて薄膜トランジスタ８３、８４を形成する。薄膜トランジスタ８３、８４は、ソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域を有する微結晶半導体膜４３ａ、４３ｂ、ゲート絶縁膜４４、並びにゲート電極４５ａ、４５ｂで構成される。

微結晶半導体膜４３ａ、４３ｂは、厚さ１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらには２０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の微結晶半導体膜である。

ゲート絶縁膜４４は、厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の酸化珪素及び酸化窒化珪素などの無機絶縁物で形成することができる。

ゲート電極４５ａ、４５ｂは、金属または一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。金属を用いる場合は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。また、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができる。或いは、当該金属窒化物からなる第１層と当該金属から成る第２層とを積層させた構造としても良い。このとき第１層を金属窒化物とすることで、バリアメタルとすることができる。すなわち、第２層の金属が、ゲート絶縁層やその下層の半導体層に拡散することを防ぐことができる。また、積層構造とする場合には、第１層の端部が第２層の端部より外側に突き出した形状としても良い。

微結晶半導体膜４３ａ、４３ｂ、ゲート絶縁膜４４、ゲート電極４５ａ、４５ｂなどを組み合わせて構成される薄膜トランジスタは、シングルドレイン構造、ＬＤＤ（低濃度ドレイン）構造、ゲートオーバーラップドレイン構造など各種構造を適用することができる。ここでは、シングルドレイン構造の薄膜トランジスタを示す。さらには、等価的には同電位のゲート電圧が印加されるトランジスタが直列に接続された形となるマルチゲート構造、半導体層の上下をゲート電極で挟むデュアルゲート構造、逆スタガ型薄膜トランジスタ等を適用することができる。

ゲート電極４５ａ、４５ｂ及びゲート絶縁膜４４上には絶縁膜４７が形成される。絶縁膜は、図４（Ａ）に示す絶縁膜８７と同様に形成することができる。また、平坦性を有する絶縁膜を形成するために、アクリル、ポリイミド、ポリアミドなどの有機樹脂、またはシロキサンを用いて形成することができる。

微結晶半導体膜４３ａ、４３ｂのソース領域及びドレイン領域に接する配線４８ａ〜４８ｄは、絶縁膜４７のコンタクトホールにおいて、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層構造、モリブデン（Ｍｏ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層構造など、アルミニウム（Ａｌ）のような低抵抗材料と、チタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属材料を用いたバリアメタルとの組み合わせで形成することが好ましい。

配線４８ｄに接続する画素電極４９は、図４（Ａ）に示す画素電極８８と同様に形成することができる。

本実施の形態で形成する微結晶半導体膜は、結晶粒径のばらつきが少ないと共に、膜厚の均一性も高い。このため、ゲート絶縁膜４４の厚さを薄くすることが可能であり、高速動作が可能な薄膜トランジスタを作製することができる。また、微結晶半導体膜の膜厚の均一性が高いため、局所的な電界集中がなく、リーク電流や薄膜トランジスタの特性のばらつきを低減することができる。

次に、表示装置として、発光装置の作製工程について、図１〜図３、及び図９を用いて説明する。発光装置としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。

有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。

無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。また、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタとして、図３（Ｃ）に示すチャネルエッチ型の薄膜トランジスタを用いて示すが、チャネル保護型の薄膜トランジスタまたはトップゲート型の薄膜トランジスタを適宜用いることができる。

図２、図３、及び図４（Ａ）の工程を経て、図９に示すように基板５０上に薄膜トランジスタ８５、８６を形成し、薄膜トランジスタ８５、８６上に保護膜として機能する絶縁膜８７を形成する。次に、絶縁膜８７上にコンタクトホールを有する平坦化膜１１１を形成し、平坦化膜１１１上に薄膜トランジスタ８６のソース電極またはドレイン電極に接続する画素電極１１２を形成する。

平坦化膜１１１は、アクリル、ポリイミド、ポリアミドなどの有機樹脂、またはシロキサンを用いて形成することが好ましい。

図９（Ａ）では画素の薄膜トランジスタがｎ型であるので、画素電極１１２として、陰極を用いるのが望ましいが、逆にｐ型の場合は陽極を用いるのが望ましい。具体的には、陰極としては、仕事関数が小さい公知の材料、例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等を用いることができる。

次に図９（Ｂ）に示すように、平坦化膜１１１及び画素電極１１２の端部上に、隔壁１１３を形成する。隔壁１１３は開口部を有しており、該開口部において画素電極１１２が露出している。隔壁１１３は、有機樹脂膜、無機絶縁膜または有機ポリシロキサンを用いて形成する。特に感光性の材料を用い、画素電極上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

次に、隔壁１１３の開口部において画素電極１１２と接するように、発光層１１４を形成する。発光層１１４は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。

そして発光層１１４を覆うように、陽極材料を用いた共通電極１１５を形成する。共通電極１１５は、液晶表示装置に用いた画素電極８８として列挙した透光性を有する導電性材料を用いた透光性導電膜で形成することができる。共通電極１１５として上記透光性導電膜の他に、窒化チタン膜またはチタン膜を用いても良い。図９（Ｂ）では、共通電極１１５としＩＴＯを用いている。隔壁１１３の開口部において、画素電極１１２と発光層１１４と共通電極１１５が重なり合うことで、発光素子１１７が形成されている。この後、発光素子１１７に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、共通電極１１５及び隔壁１１３上に保護膜１１６を形成することが好ましい。保護膜１１６としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、ＤＬＣ膜等を形成することができる。

さらに、実際には、図９（Ｂ）まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。

次に、発光素子の構成について、図１８を用いて説明する。ここでは、駆動用ＴＦＴがｎ型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。

表示素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そして、基板上に薄膜トランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の表示素子があり、本発明の画素構成はどの射出構造の表示素子にも適用することができる。

上面射出構造の表示素子について図１８（Ａ）を用いて説明する。

図１８（Ａ）に、駆動用ＴＦＴ７００１がｎ型で、発光素子７００２から発せられる光が陽極７００５側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図１８（Ａ）では、発光素子７００２の陰極７００３と駆動用ＴＦＴ７００１が電気的に接続されており、陰極７００３上にＥＬ層７００４、陽極７００５が順に積層されている。陰極７００３は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば公知の材料を用いることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。そしてＥＬ層７００４は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極７００３上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。陽極７００５は光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性導電膜を用いても良い。

陰極７００３及び陽極７００５でＥＬ層７００４を挟んでいる領域が発光素子７００２に相当する。図１４（Ａ）に示した画素の場合、発光素子７００２から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陽極７００５側に射出する。

次に、下面射出構造の発光素子について図１８（Ｂ）を用いて説明する。駆動用ＴＦＴ７０１１がｎ型で、発光素子７０１２から発せられる光が陰極７０１３側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図１８（Ｂ）では、駆動用ＴＦＴ７０１１と電気的に接続された透光性を有する導電性材料７０１７上に、発光素子７０１２の陰極７０１３が成膜されており、陰極７０１３上にＥＬ層７０１４、陽極７０１５が順に積層されている。なお、陽極７０１５が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽膜７０１６が成膜されていてもよい。陰極７０１３は、図１８（Ａ）の場合と同様に、仕事関数が小さい導電膜であれば公知の材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するＡｌを、陰極７０１３として用いることができる。そしてＥＬ層７０１４は、図１８（Ａ）と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極７０１５は光を透過する必要はないが、図１８（Ａ）と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。そして遮蔽膜７０１６は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定されない。例えば黒の顔料添加した樹脂等を用いることもできる。

陰極７０１３及び陽極７０１５で、ＥＬ層７０１４を挟んでいる領域が発光素子７０１２に相当する。図１８（Ｂ）に示した画素の場合、発光素子７０１２から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陰極７０１３側に射出する。

次に、両面射出構造の表示素子について、図１８（Ｃ）を用いて説明する。図１８（Ｃ）では、駆動用ＴＦＴ７０２１と電気的に接続された透光性を有する導電膜７０２７上に、発光素子７０２２の陰極７０２３が成膜されており、陰極７０２３上にＥＬ層７０２４、陽極７０２５が順に積層されている。陰極７０２３は、図１８（Ａ）の場合と同様に、仕事関数が小さい導電膜であれば公知の材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度とする。例えば２０ｎｍの膜厚を有するＡｌを、陰極７０２３として用いることができる。そしてＥＬ層７０２４は、図１８（Ａ）と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極７０２５は、図１８（Ａ）と同様に、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。

陰極７０２３と、ＥＬ層７０２４と、陽極７０２５とが重なっている部分が発光素子７０２２に相当する。図１８（Ｃ）に示した画素の場合、発光素子７０２２から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陽極７０２５側と陰極７０２３側の両方に射出する。

なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子について述べたが、発光素子として無機ＥＬ素子を設けることも可能である。

なお本実施の形態では、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ（駆動用ＴＦＴ）と発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用ＴＦＴと発光素子との間に電流制御用ＴＦＴが接続されている構成であってもよい。

なお本実施の形態で示す発光装置は、図１８に示した構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

以上により、表示装置を作製することができる。本実施の形態は、膜厚の薄い微結晶半導体膜上に形成した非晶質半導体膜にエネルギー分布のプロファイルのなだらかなレーザビームを照射することで、膜厚の厚い微結晶半導体膜を形成することができる。このため、当該微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタの表示装置の量産性を高めることができる。

また、非晶質半導体膜にエネルギー分布のプロファイルのなだらかなレーザビームを照射することで、結晶粒径のばらつきが少なく、膜厚の均一性の高い微結晶半導体膜を形成することが可能である。また、ゲート絶縁膜または下地膜として機能する絶縁膜と微結晶半導体膜との界面においても微結晶を形成することが可能であるため、薄膜トランジスタの特性を向上させることができる。これらのため、表示ムラの少ない表示装置を作製することができる。

また、エネルギーが低く、エネルギー分布のプロファイルのなだらかなレーザビームを用いて微結晶半導体膜を形成するため、タクトの向上及び消費電力の低減が可能であり、コスト削減が可能である。

また、多階調マスクを用いて薄膜トランジスタを形成するため、フォトマスク数を削減することが可能であるため、コスト削減が可能である。

（実施の形態２）
次に、本発明の表示装置の一形態である表示パネルの構成について、以下に示す。

図１９に、信号線駆動回路６０１３のみを別途形成し、基板６０１１上に形成された画素部６０１２と接続している表示パネルの形態を示す。画素部６０１２及び走査線駆動回路６０１４は、微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタを用いて形成する。微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタよりも高い移動度が得られるトランジスタで信号線駆動回路を形成することで、走査線駆動回路よりも高い駆動周波数が要求される信号線駆動回路の動作を安定させることができる。なお、信号線駆動回路６０１３は、単結晶の半導体をチャネル形成領域用いたトランジスタ、多結晶の半導体をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタ、またはＳＯＩをチャネル形成領域用いたトランジスタであっても良い。画素部６０１２と、信号線駆動回路６０１３と、走査線駆動回路６０１４とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、ＦＰＣ６０１５を介して供給される。

なお、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を、共に画素部と同じ基板上に形成しても良い。

また、駆動回路を別途形成する場合、必ずしも駆動回路が形成された基板を、画素部が形成された基板上に貼り合わせる必要はなく、例えばＦＰＣ上に貼り合わせるようにしても良い。図１９（Ｂ）に、信号線駆動回路６０２３のみを別途形成し、基板６０２１上に形成された画素部６０２２及び走査線駆動回路６０２４と接続している表示装置パネルの形態を示す。画素部６０２２及び走査線駆動回路６０２４は、微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタを用いて形成する。信号線駆動回路６０２３は、ＦＰＣ６０２５を介して画素部６０２２と接続されている。画素部６０２２と、信号線駆動回路６０２３と、走査線駆動回路６０２４とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、ＦＰＣ６０２５を介して供給される。

また、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを、微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタを用いて画素部と同じ基板上に形成し、残りを別途形成して画素部と電気的に接続するようにしても良い。図１９（Ｃ）に、信号線駆動回路が有するアナログスイッチ６０３３ａを、画素部６０３２、走査線駆動回路６０３４と同じ基板６０３１上に形成し、信号線駆動回路が有するシフトレジスタ６０３３ｂを別途異なる基板に形成して貼り合わせる表示装置パネルの形態を示す。画素部６０３２及び走査線駆動回路６０３４は、微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタを用いて形成する。信号線駆動回路が有するシフトレジスタ６０３３ｂは、ＦＰＣ６０３５を介して画素部６０３２と接続されている。画素部６０３２と、信号線駆動回路と、走査線駆動回路６０３４とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、ＦＰＣ６０３５を介して供給される。

図１９に示すように、本発明の表示装置は、駆動回路の一部または全部を、画素部と同じ基板上に、微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタを用いて形成することができる。

なお、別途形成した基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、公知のＣＯＧ方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ方法などを用いることができる。また接続する位置は、電気的な接続が可能であるならば、図１９に示した位置に限定されない。また、コントローラ、ＣＰＵ、メモリ等を別途形成し、接続するようにしても良い。

なお本発明で用いる信号線駆動回路は、シフトレジスタとアナログスイッチのみを有する形態に限定されない。シフトレジスタとアナログスイッチに加え、バッファ、レベルシフタ、ソースフォロワ等、他の回路を有していても良い。また、シフトレジスタとアナログスイッチは必ずしも設ける必要はなく、例えばシフトレジスタの代わりにデコーダ回路のような信号線の選択ができる別の回路を用いても良いし、アナログスイッチの代わりにラッチ等を用いても良い。

次に、本発明の表示装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図２０を用いて説明する。図２０は、第１の基板４００１上に形成された微結晶半導体膜を有する薄膜トランジスタ４０１０及び液晶素子４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、パネルの上面図であり、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図相当する。

第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、液晶４００８と共に封止されている。また第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。なお本実施の形態では、多結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタを有する信号線駆動回路を、第１の基板４００１に貼り合わせる例について説明するが、単結晶半導体をチャネル形成領域用いたトランジスタで信号線駆動回路を形成し、貼り合わせるようにしても良い。図２０（Ｂ）では、信号線駆動回路４００３に含まれる、多結晶半導体膜で形成された薄膜トランジスタ４００９を例示する。

また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、薄膜トランジスタを複数有しており、図２０（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜トランジスタ４０１０とを例示している。薄膜トランジスタ４０１０は微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタに相当する。

また、液晶素子４０１３が有する画素電極４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０とソース電極またはドレイン電極４０４０、配線４０４１を介して電気的に接続されている。そして液晶素子４０１３の対向電極４０３１は第２の基板４００６上に形成されている。画素電極４０３０と対向電極４０３１と液晶４００８とが重なっている部分が、液晶素子４０１３に相当する。

なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、ガラス、金属（代表的にはステンレス）、セラミックス、プラスチックを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルム、またはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。

また、球状のスペーサ４０３５は、画素電極４０３０と対向電極４０３１との間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお、絶縁膜を形成し、当該絶縁膜の一部をエッチングすることで得られるスペーサを用いていても良い。

また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、引き回し配線４０１４、４０１５を介して、ＦＰＣ４０１８から供給されている。

本実施の形態では、接続端子４０１６が、液晶素子４０１３が有する画素電極４０３０と同じ導電膜から形成されている。また、引き回し配線４０１４、４０１５は、配線４０４１と同じ導電膜で形成されている。

接続端子４０１６は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。

なお図示していないが、本実施の形態に示した液晶表示装置は配向膜、偏光板を有し、更にカラーフィルタや遮蔽膜を有していても良い。

また図２０では、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。

次に、本発明の表示装置の一形態に相当する発光表示パネルの外観及び断面について、図２１を用いて説明する。図２１（Ａ）は、第１の基板上に形成された微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタ及び発光素子を、第２の基板との間にシール材によって封止した、パネルの上面図であり、図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図相当する。

第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、充填材４００７と共に密封されている。また第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。なお本実施の形態では、多結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタを有する信号線駆動回路４００３を、第１の基板４００１に貼り合わせる例について説明するが、単結晶半導体をチャネル形成領域用いたトランジスタで信号線駆動回路を形成し、貼り合わせるようにしても良い。図２１（Ｂ）では、信号線駆動回路４００３に含まれる、多結晶半導体膜で形成された薄膜トランジスタ４００９を例示する。

また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、薄膜トランジスタを複数有しており、図２１（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜トランジスタ４０１０とを例示している。なお本実施の形態では、薄膜トランジスタ４０１０が駆動用ＴＦＴであると仮定するが、薄膜トランジスタ４０１０は電流制御用ＴＦＴであっても良いし、消去用ＴＦＴであっても良い。薄膜トランジスタ４０１０は微結晶半導体膜をチャネル形成領域用いた薄膜トランジスタに相当する。

発光素子４０１１は、第１の電極として機能する画素電極４０３０、発光層、第２の電極４０１２で構成される。なお、第２の電極４０１２は透光性を有する。また、発光素子４０１１が有する画素電極４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０のソース電極またはドレイン電極４０４０と、配線４０４１を介して電気的に接続されている。なお発光素子４０１１の構成は、本実施の形態に示した構成に限定されない。発光素子４０１１から取り出す光の方向や、薄膜トランジスタ４０１０の極性などに合わせて、発光素子４０１１の構成は適宜変えることができる。

また、別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、図２１（Ｂ）に示す断面図では図示されていないが、引き回し配線４０１４及び４０１５を介して、ＦＰＣ４０１８から供給されている。

本実施の形態では、接続端子４０１６が、発光素子４０１１が有する画素電極４０３０と同じ導電膜から形成されている。また、引き回し配線４０１４、４０１５は、配線４０４１と同じ導電膜から形成されている。

発光素子４０１１からの光の取り出し方向に位置する基板は、透明でなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透光性を有する材料を用いる。

また、充填材４００７としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用いることができる。本実施の形態では充填材として窒素を用いた。

また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。

なお、図２１では、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態３）
本発明により得られる液晶表示装置や発光装置等の表示装置によって、様々なモジュール（アクティブマトリクス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型ＥＬモジュール）に用いることができる。即ち、それらを表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。

その様な電子機器としては、ビデオカメラやデジタルカメラ等のカメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図２２に示す。

図２２（Ａ）はテレビジョン装置である。表示モジュールを、図２２（Ａ）に示すように、筐体に組みこんで、テレビジョン装置を完成させることができる。ＦＰＣまで取り付けられた表示パネルのことを表示モジュールとも呼ぶ。表示モジュールにより主画面２００３が形成され、その他付属設備としてスピーカー部２００９、操作スイッチなどが備えられている。このように、テレビジョン装置を完成させることができる。

図２２（Ａ）に示すように、筐体２００１に表示素子を利用した表示用パネル２００２が組みこまれ、受信機２００５により一般のテレビ放送の受信をはじめ、モデム２００４を介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、又は受信者間同士）の情報通信をすることもできる。テレビジョン装置の操作は、筐体に組みこまれたスイッチ又は別体のリモコン操作機２００６により行うことが可能であり、このリモコン装置にも出力する情報を表示する表示部２００７が設けられていても良い。

また、テレビジョン装置にも、主画面２００３の他にサブ画面２００８を第２の表示用パネルで形成し、チャネルや音量などを表示する構成が付加されていても良い。この構成において、主画面２００３を視野角の優れた発光表示パネルで形成し、サブ画面を低消費電力で表示可能な液晶表示パネルで形成しても良い。また、低消費電力化を優先させるためには、主画面２００３を液晶表示パネルで形成し、サブ画面を発光表示パネルで形成し、サブ画面は点滅可能とする構成としても良い。

勿論、本発明はテレビジョン装置に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など大面積の表示媒体としても様々な用途に適用することができる。

図２２（Ｂ）は携帯電話機２３０１の一例を示している。この携帯電話機２３０１は、表示部２３０２、操作部２３０３などを含んで構成されている。表示部２３０２においては、上記実施の形態で説明した表示装置を適用することで、量産性を高めることができる。

また、図２２（Ｃ）に示す携帯型のコンピュータは、本体２４０１、表示部２４０２等を含んでいる。表示部２４０２に、上記実施の形態に示す表示装置を適用することにより、量産性を高めることができる。

図２２（Ｄ）は卓上照明器具であり、照明部２５０１、傘２５０２、可変アーム２５０３、支柱２５０４、台２５０５、電源２５０６を含む。本発明の製造装置を用いて形成される発光装置を照明部２５０１に用いることにより作製される。なお、照明器具には天井固定型の照明器具または壁掛け型の照明器具なども含まれる。本発明の製造装置により大幅な製造コストの低減を図ることができ、安価な卓上照明器具を提供することができる。

本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。本発明に適用可能な光学系を説明する図である。従来のＥＬＡのレーザビームのエネルギー強度及び本発明に適用可能なレーザビームのエネルギー強度を説明する図である。本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を説明する上面図である。本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の反応室を説明する断面図である。本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置のガス供給部を説明する図である。本発明に適用可能な多階調マスクを説明する図である。本発明に適用可能な多階調マスクを説明する図である。る。本発明に適用可能な発光装置における画素を説明する断面図である。本発明の表示パネルを説明する斜視図である。本発明の液晶表示パネルを説明する上面図及び断面図である。本発明の発光表示パネルを説明する上面図及び断面図である。本発明の表示装置を用いた電子機器を説明する斜視図である。

Claims

絶縁膜上に第１の微結晶半導体膜を形成し、
前記第１の微結晶半導体膜上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜に０．１Ｊ／ｃｍ^２以上０．２Ｊ／ｃｍ^２未満のレーザビームを照射して、結晶粒径が０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である第２の微結晶半導体膜を形成し、
前記第２の微結晶半導体膜を薄膜トランジスタのチャネル形成領域に用いることを特徴とする表示装置の作製方法。
請求項１において、
前記絶縁膜の表面にプラズマ処理を行い、前記絶縁膜の表面に凹凸を形成し、該絶縁膜上に前記第１の微結晶半導体膜を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。