JP2001196597A

JP2001196597A - 半導体装置およびその作製方法

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Publication number: JP2001196597A
Application number: JP2000326049A
Authority: JP
Inventors: Misako Nakazawa; 美佐子仲沢; Kenji Kasahara; 健司笠原; Hisashi Otani; 久大谷
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: JP4776766B2

Abstract

(57)【要約】【課題】結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質
半導体膜を作製し、さらにその結晶質半導体膜をＴＦＴ
のチャネル形成領域に用いることにより高速動作が可能
なＴＦＴを実現することを目的とする。【解決手段】基板１上に所定の形状を有する有機樹脂
膜２を設け、無機絶縁膜３、非晶質半導体膜を形成す
る。そして、レーザーアニールにより非晶質半導体膜を
結晶化させる。所定の形状を有する有機樹脂膜２または
無機絶縁膜の材料及び膜厚を適宜調節することによって
半導体膜の冷却速度を遅くして結晶粒径の大きな第１領
域４ａを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は薄膜トランジスタ
（以下、ＴＦＴという）で構成された回路を有する半導
体装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示
パネルに代表される電気光学装置およびその様な電気光
学装置を部品として搭載した電子機器に関する。

【０００２】なお、本明細書中において半導体装置と
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、半導体回路および電子機器は全て
半導体装置である。

【０００３】

【従来の技術】ガラスなどの透光性を有する絶縁基板上
に非晶質半導体膜を形成し、レーザーアニール法や熱ア
ニール法などで結晶化させた結晶質半導体膜を活性層と
した薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor:以下、
ＴＦＴと記す）が開発されている。絶縁基板には、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
のガラス基板が多くの場合用いられている。このような
ガラス基板は石英基板と比べ耐熱性は劣るものの市販価
格は安価であることから、大面積基板を容易に製造でき
る利点を有している。

【０００４】レーザーアニール法はガラス基板の温度を
あまり上昇させず、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギ
ーを与えて結晶化させることができる結晶化技術として
知られている。特に、短波長領域で大出力が得られるエ
キシマレーザーはこの用途において最も適していると考
えられている。エキシマレーザーを用いたレーザーアニ
ール法は、レーザービームを被照射面においてスポット
状や線状となるように光学系で加工し、その加工された
レーザー光で被照射面を走査すること（レーザー光の照
射位置を被照射面に対して相対的に移動させる）により
行う。例えば、線状レーザー光を用いたエキシマレーザ
ーアニール法は、その長手方向と直角な方向だけの走査
で被照射面全体をレーザーアニールすることも可能であ
り、生産性に優れることからＴＦＴを用いる液晶表示装
置の製造技術として主流となりつつある。

【０００５】レーザーアニール法は様々な半導体材料の
結晶化に適用できる。しかし、これまでのところ、ＴＦ
Ｔの活性層には、結晶質珪素膜を用いることで高い電界
効果移動度を実現してきた。そして、その技術は一枚の
ガラス基板上に画素部を形成する画素ＴＦＴと、画素部
の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを形成したモノシ
リック型の液晶表示装置を可能とした。

【０００６】しかしながら、レーザーアニール法で作製
される結晶質珪素膜は複数の結晶粒が集合した形で形成
され、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであ
った。従って、結晶粒の位置や大きさを指定して形成す
ることはできなかった。結晶粒の界面（結晶粒界）に
は、非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や
捕獲中心や結晶粒界におけるポテンシャル準位の影響に
より、キャリアの電流輸送特性が低下させる原因があっ
た。しかし、結晶の性質がＴＦＴの特性に重大な影響を
及ぼすチャネル形成領域を、結晶粒界の影響を排除し
て、単一の結晶粒で形成することは殆ど不可能であっ
た。そのため結晶質シリコン膜を活性層とするＴＦＴ
は、単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジス
タの特性と同等なものは今日まで得られていない。

【０００７】このような問題点を解決する方法として、
結晶粒を大きくすると共に、その結晶粒の位置を制御し
て、チャネル形成領域から結晶粒界をなくすことは有効
な手段として考えられる。例えば、「"Location Contro
l of Large Grain FollowingExcimer-Laser Melting of
Si Thin-Films", R.Ishihara and A.Burtsev, Japanes
e Journal of Applied Physics vol.37, No.3B, pp1071
-1075,1988」には、シリコン膜の温度分布を３次元的に
制御して結晶の位置制御と大粒径化を実現する方法が開
示されている。その方法によれば、ガラス基板上に高融
点金属を成膜して、その上に部分的に膜厚の異なる酸化
シリコン膜を形成し、その表面に非晶質シリコン膜を形
成した基板の両面からエキシマレーザー光を照射するこ
とにより結晶粒径を数μｍに大きくできることが報告さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記Ishiharaらの方法
は、非晶質シリコン膜の下地材料の熱特性を局所的に変
化させて、基板への熱の流れを制御して温度勾配を持た
せることを特徴としている。しかしながら、そのために
ガラス基板上に高融点金属層／酸化シリコン層／半導体
膜の３層構造を形成している。この半導体膜を活性層と
してトップゲート型のＴＦＴを形成することは構造的に
は可能であるが、半導体膜と高融点金属層との間に設け
られた酸化シリコン膜により寄生容量が発生するので、
消費電力が増加し、ＴＦＴの高速動作を実現することは
困難となる。

【０００９】一方、上記Ishiharaらの方法は、高融点金
属層をゲート電極とすることにより、ボトムゲート型ま
たは逆スタガ型のＴＦＴに対しては有効に適用できうる
と考えられる。しかし、前記３層構造において、半導体
膜の厚さを除いたとしても、高融点金属層と酸化シリコ
ン層の膜厚は、結晶化工程において適した膜厚と、ＴＦ
Ｔ素子としての特性において適した膜厚とは必ずしも一
致しないので、結晶化工程における最適設計と素子構造
の最適設計とを両方同時に満足することはできない。

【００１０】また、透光性のない高融点金属層をガラス
基板の全面に形成すると、透過型の液晶表示装置を製作
することは不可能である。高融点金属層は熱伝導率が高
いという点では有用であるが、高融点金属材料として使
用されるクロム（Ｃｒ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は内部応
力が高いので、ガラス基板との密着性に問題が生じる可
能性が高い。さらに、内部応力の影響はこの上層に形成
する半導体膜へも及び、形成された結晶性半導体膜に歪
みを与える力として作用する可能性が大きい。

【００１１】一方、ＴＦＴにおいて重要な特性パラメー
タであるしきい値電圧（以下、Ｖthと記す）を所定の範
囲内に制御するためには、チャネル形成領域の価電子制
御の他に、活性層に密接して絶縁膜で形成する下地膜や
ゲート絶縁膜の荷電欠陥密度を低減させることや、その
内部応力のバランスを考慮する必要があった。このよう
な要求に対して、酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜などの珪
素を構成元素として含む材料が適していた。従って、温
度勾配を持たせるために高融点金属層を設けることは、
そのバランスを崩してしまうことが懸念される。

【００１２】本発明はこのような問題点を解決するため
の技術であり、結晶粒の位置とその大きさを制御した結
晶質半導体膜を作製し、さらにその結晶質半導体膜をＴ
ＦＴのチャネル形成領域に用いることにより高速動作が
可能なＴＦＴを実現する。さらに、そのようなＴＦＴを
透過型の液晶表示装置やＥＬ表示装置などのさまざまな
半導体装置に適用できる技術を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、透光性を有する基板に接して所定の形状を有
する有機樹脂膜と、前記有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜
と、前記無機絶縁膜に接して結晶質半導体膜とを有し、
前記有機樹脂膜の上方に前記無機絶縁膜を介して前記結
晶質半導体膜が存在していることを特徴とする半導体装
置である。

【００１４】上記無機絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素
膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜、またはそれら
の積層膜であり、その膜厚は５０ｎｍ〜２００ｎｍとす
る。

【００１５】また、他の発明の構成として、前記基板と
前記有機樹脂膜の間に下地絶縁膜を有している構成とし
てもよい。

【００１６】また、前記有機樹脂膜は、ＢＣＢ（ベンゾ
シクロブテン）樹脂、ポリイミド系樹脂（フッ素添加ポ
リイミド）、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、フッ
素添加パラキシレン、フッ素添加パリレン、テフロン、
フルオロポリアリルエーテル、ＰＦＣＢ、ポリシラザン
から選ばれた単層膜、またはそれらの積層膜であって、
その有機樹脂膜の熱伝導率は、１．０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以下で
あることを特徴としている。

【００１７】また、上記有機樹脂膜が、感光性を有して
いればパターニングを簡単に行うことができるため好ま
しい。

【００１８】また、上記構造を実現するための発明の構
成は、透光性を有する基板上に接して有機樹脂膜を形成
した後、前記有機樹脂膜を所定の形状にパターニング
し、前記所定の形状を有する有機樹脂膜を覆う無機絶縁
膜を形成し、前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜を
形成し、前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射するこ
とによって、第１領域と、前記第１領域とは結晶粒径が
異なる第２領域とを有する結晶質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である。

【００１９】また、前記第１領域における結晶粒径は、
前記第２領域における結晶粒径より大きい。

【００２０】なお、前記第１領域は、前記結晶質半導体
膜のうち、下方に前記無機絶縁膜を介して前記有機樹脂
膜を有している領域である。また、前記第２領域は、前
記結晶質半導体膜のうち、下方に前記無機絶縁膜を介し
て前記有機樹脂膜を有していない領域である。

【００２１】上記第１領域をＴＦＴのチャネル形成領域
として用いれば、優れたＴＦＴ特性を有するＴＦＴを得
ることができる。

【００２２】また、他の発明の構成は、透光性を有する
基板上に接して有機樹脂膜を形成し、前記有機樹脂膜を
覆う無機絶縁膜を形成し、前記無機絶縁膜に接して非晶
質半導体膜を形成し、レーザー光を照射して前記非晶質
半導体膜を結晶化させて結晶質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である。

【００２３】また、上記作製方法において、無機絶縁膜
と前記非晶質半導体膜は、大気にふれることなく連続し
て形成してもよい。

【００２４】また、上記作製方法において、上記レーザ
ー光は、前記基板の表面側から照射してもよいし、前記
基板の表面側および裏面側から同時に照射してもよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】本願発明の実施形態について、以
下に説明する。

【００２６】本発明人らは、従来のレーザー結晶化によ
るポリシリコン膜の形成において、結晶粒径が小さい原
因は、溶融後のシリコン層の冷却速度が速く、核発生密
度が大きくなり、１つの結晶核からの十分な結晶成長が
阻害されているためであると考えた。そこで、本発明人
らは、固相状態へ変化する際に上層のシリコン層から下
層の酸化シリコン層および基板への熱拡散を抑え、溶融
後のシリコン層の冷却速度を小さくすれば、粒径の大き
な結晶の形成が可能であると思いたった。

【００２７】本発明は、図１に示すように、絶縁表面を
有する基板１上に有機樹脂膜２を選択的に形成し、有機
樹脂膜２に接して珪素を含む無機絶縁膜３を形成し、そ
の上に非晶質半導体膜を形成した状態を得た後、レーザ
ーアニ−ル法による結晶化を行うことを特徴としてい
る。

【００２８】レーザーアニール法では、照射するレーザ
ー光（またはレーザービーム）の条件を最適なものとす
ることにより半導体膜を加熱溶融させ、結晶核の発生密
度とその結晶核からの結晶成長を制御しようとしてい
る。

【００２９】図１において破線で区別した領域Ａは、基
板１と無機絶縁膜３との間に有機樹脂膜２を有している
領域を指し、領域Ａに位置する半導体膜を第１領域４ａ
と呼ぶ。また、領域Ｂは、基板１と無機絶縁膜３との間
に有機樹脂膜２を有していない領域を指し、領域Ｂに位
置する半導体膜を第２領域４ｂと呼ぶ。

【００３０】図１８はレーザーアニール装置の構成の一
例を示す図である。レーザー光発生装置８０１にはエキ
シマレーザーやアルゴンレーザーやＹＡＧレーザーなど
を適用する。ただし、ＹＡＧレーザーにおいては第２高
調波を用いればよい。レーザー光発生装置８０１から発
せられたレーザービームはビームエキスパンダー８０
２、８０３によりレーザービームを一方向に広げ、ミラ
ー８０４によって反射したレーザービームは、シリンド
リカルレンズアレイ８０５で分割され、シリンドリカル
レンズ８０６、８０７によって、線幅１００〜１０００
μｍの線状ビームにして、試料面に照射領域８１０を形
成するように照射する。基板２１０８はＸ方向、Ｙ方
向、Θ方向に動作可能なステージ８０９に保持される。
そして、照射領域８１０に対し、ステージ８０９を動か
すことにより、基板８０８の全面に渡ってレーザーアニ
ールを施すことができる。このとき、基板８０８は大気
雰囲気中に保持しても良いし、減圧下または不活性ガス
雰囲気中に保持して結晶化を行っても良い。

【００３１】なお、レーザーアニール法では、特に、波
長４００nm以下のレーザー光を発するエキシマレーザー
を光源に使用すると、半導体膜を優先的に加熱すること
ができるので適している。エキシマレーザーのパルス幅
は数nsec〜数十nsec、例えば３０nsecであるので、パル
ス発振周波数を３０Ｈｚとして照射すると、半導体膜は
パルスレーザー光により瞬時に加熱され、その加熱時間
よりも遥かに長い時間冷却されることになる。レーザー
光の照射が終わった直後からは無機絶縁膜２を通して熱
が拡散するので、領域Ｂの方が急激に冷却が始まり固相
状態へ変化するのに対し、領域Ａでは有機樹脂膜３の存
在により領域Ｂと比較して半導体膜から基板への熱拡散
が抑えられ、冷却速度が小さくなる。

【００３２】結晶核は溶融状態から固相状態へ移る冷却
過程で生成形成されるものと推定されているが、その核
発生密度は、溶融状態の温度と冷却速度とに相関があ
り、高温から急冷されると核発生密度が高くなる傾向が
経験的知見として得られている。従って、溶融状態から
急激に冷却される第２領域４ｂ（領域Ｂに位置する半導
体膜）では、結晶核の発生密度が第１領域４ａ（領域Ａ
に位置する半導体膜）よりも高くなり、ランダムに結晶
核が発生することにより複数の結晶粒が形成され、かつ
第１領域４ａに生成される結晶粒よりも粒径が相対的に
小さくなる。一方、第１領域４ａではレーザー光の照射
条件と、有機樹脂膜２および無機絶縁膜３を最適なもの
とすることで、溶融状態の温度とその冷却速度を制御す
ることが可能となり、結晶核の発生数を抑え、大粒径の
結晶を成長させることができる。

【００３３】なお、絶縁表面を有する基板１としては、
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
などのガラス基板や石英基板等を用いることができる
が、透光性を有する点と、安価である点と、大面積基板
を容易に製造できる点でガラス基板を用いることが望ま
しい。

【００３４】有機樹脂膜２は、基板上においてＴＦＴの
活性層（チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領
域、およびＬＤＤ領域が形成される半導体膜）の配置に
合わせて、同様に島状またはストライプ状に分割して形
成する。その大きさは、例えばＴＦＴの大きさに合わせ
て０．３５×０．３５μｍ²（チャネル長×チャネル
幅）としたサブミクロンサイズとしても良いし、８×８
μｍ²、８×２００μｍ²または１２×４００μｍ²など
とすることができる。少なくともＴＦＴのチャネル形成
領域の位置と大きさに合わせて有機樹脂膜２を形成する
ことにより、この上に形成される結晶粒径の大きな結晶
質半導体膜でチャネル形成領域を形成することが可能と
なる。

【００３５】また、有機樹脂膜２としては、熱伝導率が
１．０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以下、好ましくは０．３Ｗｍ^-1Ｋ^-1以
下であれば特に限定されない。この有機樹脂膜２の熱伝
導率は、基板（石英ガラス：１．４Ｗｍ^-1Ｋ^-1）及び有
機樹脂膜上に接する珪素を含む無機絶縁膜（１〜２Ｗｍ
^-1Ｋ^-1）と比べて非常に低いため、十分に半導体膜から
基板への熱拡散が抑えられる。

【００３６】例えば、上記有機樹脂膜２として、ＢＣＢ
（ベンゾシクロブテン）樹脂、ポリイミド系樹脂（フッ
素添加ポリイミド）、アクリル系樹脂、シロキサン系樹
脂、フッ素添加パラキシレン、フッ素添加パリレン、テ
フロン、フルオロポリアリルエーテル、ＰＦＣＢ、ポリ
シラザン等が挙げられる。中でも、耐熱性が４５０℃程
度と高く、耐プラズマ性を有し、且つ平坦性を有するＢ
ＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂が本発明に最も好まし
い。

【００３７】また、有機樹脂膜２に無機絶縁膜３や非晶
質半導体膜等を積層するため、表面が平坦となるスピン
コート法により形成することが望ましく、パターニング
された有機樹脂膜の端部はテーパ−形状として、カバレ
ッジを良好なものとすることが望ましい。また、スピン
コート法で代表される塗布法を用いて有機樹脂膜を形成
すれば、ＣＶＤ装置を用いた無機絶縁膜に比べコストが
格段に低く、複雑な成膜プロセスを必要としないため有
利である。また、パターン加工の面においても感光性の
有機樹脂膜を用いれば、フォトレジストによるフォトリ
ソグラフィを必要としないため工程を削減することがで
きる。また、感光性の有機樹脂膜を用いない場合におい
ても、無機絶縁膜のエッチングに比べ基板や下地絶縁膜
とのエッチングレートが確保しやすく、制御性も高いた
め有利である。

【００３８】また、有機樹脂膜の膜厚は、１００ｎｍ〜
５００ｎｍとすることが望ましい。この膜厚を調節する
ことによって、結晶化工程における冷却速度を制御する
ことができる。なお、１００ｎｍより薄い膜厚とした場
合、平坦性が悪化してしまう。また、５００ｎｍより厚
い膜厚とした場合、段差が大きすぎて積層膜を形成する
ことが困難になってしまう。

【００３９】また、珪素を含む無機絶縁膜としては、Ｐ
ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、またはスパッタ法により酸化
珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層
膜、または、それらの積層膜を適宜用いることができ
る。この無機絶縁膜は、基板及び有機樹脂膜からの不純
物拡散を防ぐ役目と、積層される半導体膜との密着性を
向上させる役目を果たしている。また、有機樹脂膜とし
てＢＣＢ樹脂（４５０℃）を用い、酸化珪素膜で覆った
基板は５５０℃程度の加熱処理に耐えることができる。
このように、無機絶縁膜は、有機樹脂膜を保護する役目
を果たすとともに、有機樹脂膜の耐熱性を向上させる効
果をも有している。

【００４０】また、この珪素を含む無機絶縁膜の膜厚
は、５０ｎｍ〜２００ｎｍとする。この無機絶縁膜の膜
厚が２００ｎｍより厚くなると、半導体膜から基板への
熱拡散を抑えられなくなる可能性が高い。また、無機絶
縁膜の膜厚が５０ｎｍより薄くなるとカバレッジが悪く
なり有機樹脂膜を覆いきれなくなる恐れがある。

【００４１】また、珪素を含む無機絶縁膜上に形成する
非晶質半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導
体膜があり、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶
質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。ま
た、非晶質半導体膜の成膜方法は、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣ
ＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いればよい。

【００４２】本発明は、上記無機絶縁膜３の材料及び膜
厚、または上記有機樹脂膜２の材料及び膜厚により冷却
速度を調節して結晶粒径を制御することができ、さらに
上記有機樹脂膜２の配置により大きな粒径の結晶の位置
を制御することができる。

【００４３】図２を用い、本発明の作製方法における実
施の形態の一例として島状の結晶質半導体膜の作製例を
簡略に示す。

【００４４】まず、無アルカリガラス基板等からなる基
板１上に有機樹脂膜を形成し、パターニングを施して所
望の形状（島状またはストライプ状）の有機樹脂膜２を
形成する。（図２（Ａ））

【００４５】次いで、有機樹脂膜２を覆う無機絶縁膜３
を形成する。続いて、無機絶縁膜３上に非晶質半導体膜
４を形成する。（図２（Ｂ））また、ここで大気に触れ
させずに無機絶縁膜３と非晶質半導体膜４とを連続成膜
して不純物の混入を低減してもよい。

【００４６】次いで、レーザー光５を照射して非晶質半
導体膜の結晶化を行い結晶質半導体膜４ａ、４ｂを形成
する。（図２（Ｃ））

【００４７】次いで、結晶質半導体膜をパターニング
し、第１領域４ａからなる島状の結晶質半導体膜６、７
を完成する。（図２（Ｄ））

【００４８】以下、図２に示した工程により形成された
島状の結晶質半導体膜をＴＦＴの活性層（チャネル形成
領域、ソース領域、ドレイン領域、およびＬＤＤ領域が
形成される半導体膜）に用い、公知の方法に従ってＴＦ
Ｔを作製すれば、優れた電気特性を有する半導体装置が
得られる。

【００４９】また、図３（Ｃ）に示すように、絶縁表面
を有する基板９０１上に、有機樹脂膜９０２を全面に形
成し、有機樹脂膜９０２に接して珪素を含む無機絶縁膜
９０３を設け、その上に非晶質半導体膜９０４を形成し
た状態を得た後、レーザー結晶化を行ってもよい。ただ
し、この場合においては、有機樹脂膜９０２の材料や膜
厚で冷却速度を調節することはできるが、大きな粒径の
結晶の位置を制御することは困難である。なお、プラス
チック基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザー結晶
化させた場合と比較した場合、結晶化の冷却速度は低下
するが、その冷却速度を調節することは不可能であっ
た。

【００５０】また、図４に示したように下地絶縁膜４０
５を設けてもよい。この下地絶縁膜４０５は、基板４０
１からの不純物拡散を防ぐとともに、基板４０１と有機
樹脂膜４０２との密着性の向上を図ることができる。

【００５１】なお本明細書中の「冷却速度」は、レーザー
光による溶融後の半導体膜における冷却速度を指してい
る。

【００５２】また、図５に示したように、結晶化の工程
は、通常のレーザーアニール法のみが適用されるもので
なく、基板の表面側及び裏面側からレーザー光を同時に
照射してもよい。また、レーザー光は、パルス発振型ま
たは連続発光型を用いてもよい。また、レーザー光は、
光学系にて線状ビーム、スポット状ビーム、面状ビーム
などとすることが可能であり、その形状に限定されるも
のはない。

【００５３】また、基板を加熱させながらレーザーアニ
−ル法を行ってもよい。また、熱アニール法とレーザー
アニール法とを組み合わせても良い。また、触媒元素を
用いる結晶化法を応用しても良い。

【００５４】以上の構成でなる本願発明について、以下
に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととす
る。

【００５５】

【実施例】［実施例１］本発明を利用して島状にパター
ニングされた結晶質半導体膜（本実施例では結晶質珪素
膜）を作製する工程について説明する。以下、図２を用
いて本実施例を示す。

【００５６】まず、透光性を有する基板１上に有機樹脂
膜（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）をスピンコート法等
により塗布し、焼成することで形成する。本実施例で
は、有機樹脂膜としてベンゾシクロブテン膜（以下、Ｂ
ＣＢ膜と呼ぶ）をスピンコート法により塗布した後、焼
成（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。
なお、本実施例で用いたＢＣＢ膜の膜厚は、スピン回転
数により膜厚を容易に制御することができる。また、透
過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合には透光
性を有する基板１が透明である必要はなく、この後のＣ
ＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐熱性と
耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜はＢＣ
Ｂ膜に限定されないことは言うまでもない。

【００５７】次いで、ＢＣＢ膜を公知のフォトリソグラ
フィ法によりパターニングし、ドライエッチングにより
島状の有機樹脂膜２を形成する。（図２（Ａ））本実施
例では、Ｏ₂とＣＦ₄との混合ガスを用いてドライエッチ
ングを行った。ただし、島状の有機樹脂膜２の位置につ
いては、後の工程で形成する島状の結晶質珪素膜に合わ
せて形成する。また、有機樹脂膜として感光性を有する
材料を用いれば、レジストを用いることなく、パターニ
ングを行え、製造工程の短縮化ができる。

【００５８】次いで、島状の有機樹脂膜２を覆って公知
の方法により膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍの無機絶縁膜３
を形成する。無機絶縁膜３としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰ
ＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化珪素
膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜ま
たはそれらの積層膜を用いることができる。ただし、窒
化珪素膜、酸化窒化珪素膜を用いる場合は、内部応力の
バランスを考慮することが必要である。この無機絶縁膜
３は基板からの不純物拡散を防ぐ目的と、後で形成され
る半導体膜との密着性の向上させる目的と、後でエッチ
ングされる半導体膜との選択比を確保する目的とによっ
て形成されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚
５０ｎｍの酸化珪素膜を成膜した。

【００５９】次いで、無機絶縁膜３上に非晶質半導体膜
４を形成する。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５５
ｎｍの非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を形成
した。（図２（Ｂ））また、非晶質構造を含む半導体膜
であれば非晶質珪素膜に限定されず、例えば微結晶半導
体膜、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造
を含む化合物半導体膜を用いてもよい。また、無機絶縁
膜３と非晶質半導体膜４とを大気に触れさせずに連続成
膜を行ってもよい。

【００６０】次いで、非晶質半導体膜４の結晶化をレー
ザーアニ−ル法により行う。レーザービームとしては幅
１００〜１０００μｍの線状ビームを用い、図２（Ｃ）
に示すように基板表面側から照射する。本実施例では、
パルス発振型のエキシマレーザーを光源とするレーザー
照射装置を用いた。（図２（Ｃ））

【００６１】このレーザー光の結晶化工程において、パ
ルス状のレーザー光が照射されると、非晶質珪素膜は瞬
時に加熱され溶融状態となる。この後、領域Ａにおいて
は、溶融状態の珪素膜の下面から無機絶縁膜３を通じ、
有機樹脂膜２、基板１へと順次に熱が伝導することで、
溶融状態の珪素膜は徐々に冷却されていく。

【００６２】一方、領域Ｂにおいては、溶融状態の珪素
膜の下面から無機絶縁膜３を通じ、基板１へと順次に熱
が伝導し、溶融状態の珪素膜は急激に冷却されていく。

【００６３】従って、有機樹脂膜２が存在しない領域Ｂ
ではレーザー照射後にシリコンが急激に冷却されてしま
うため、結晶粒径が小さくなる。しかし、有機樹脂膜２
が存在する領域Ａでは、徐々に冷却されるため、結晶化
速度が遅くなり結晶粒径の大きな多結晶珪素膜（ポリシ
リコン膜）を形成することができる。この有機樹脂膜２
の熱伝導度が、無機絶縁膜３の熱伝導度に比べて非常に
低いため、レーザー照射後の冷却速度が抑えられる。こ
の冷却速度は、有機樹脂膜２の材料及び膜厚によって制
御することができる。

【００６４】次いで、結晶化された結晶質半導体膜は、
公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングして島
状の結晶質半導体膜６、７を形成する。本実施例では、
Ｏ₂とＣＦ₄の混合ガスを用いたドライエッチング法によ
りパターニングを行った。

【００６５】以上のようにして島状の有機樹脂膜２によ
りレーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が
非常に小さく、結晶粒径が大きい島状の結晶質珪素膜を
所望の位置に得ることができた。この島状の結晶質半導
体膜６、７をＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性
を得ることができる。

【００６６】［実施例２］実施例１では、有機樹脂膜を
パターニングした例を示したが、本実施例では、有機樹
脂膜をパターニングしない例を図３に示す。

【００６７】まず、実施例１と同様にして透光性を有す
る基板９０１上に有機樹脂膜９０２（膜厚１００ｎｍ〜
５００ｎｍ）をスピンコート法により塗布し、焼成する
ことで形成する。本実施例では、有機樹脂膜９０２とし
てＢＣＢ膜をスピンコート法により塗布した後、焼成
（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。
（図３（Ａ））なお、本実施例で用いたＢＣＢ膜の膜厚
は、スピン回転数により膜厚を容易に制御することがで
きる。また、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いな
い場合には透光性を有する基板９０１が透明である必要
はなく、この後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対し
て耐えうる耐熱性と耐プラズマ性を有するものであれ
ば、有機樹脂膜はＢＣＢ膜に限定されないことは言うま
でもない。

【００６８】次いで、有機樹脂膜９０２を覆って公知の
方法により膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍの無機絶縁膜９０
３を形成する。無機絶縁膜９０３としては、ＰＣＶＤ
法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて
酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた
単層膜またはそれらの積層膜を用いることができる。こ
の無機絶縁膜９０３は基板からの不純物拡散を防ぐ目的
と、後で形成される半導体膜との密着性の向上させる目
的と、後でエッチングされる半導体膜との選択比を確保
する目的とによって形成されている。本実施例ではＰＣ
ＶＤ法により膜厚５０ｎｍの酸化珪素膜を成膜した。

【００６９】次いで、無機絶縁膜９０３上に非晶質半導
体膜９０４を形成する。本実施例ではＰＣＶＤ法により
膜厚５５ｎｍの非晶質珪素膜（アモルファスシリコン
膜）９０３を形成した。（図３（Ｂ））また、非晶質構
造を含む半導体膜であれば非晶質珪素膜に限定されず、
例えば微結晶半導体膜、非晶質シリコンゲルマニウム膜
などの非晶質構造を含む化合物半導体膜を用いてもよ
い。また、無機絶縁膜９０３と非晶質半導体膜９０４と
を大気に触れさせずに連続成膜を行ってもよい。

【００７０】次いで、非晶質半導体膜９０４の結晶化を
レーザーアニ−ル法により行う。レーザービームとして
は幅１００〜１０００μｍの線状ビームを用い、図３
（Ｃ）に示すように基板表面側から照射する。本実施例
では、パルス発振型のエキシマレーザーを光源とするレ
ーザー照射装置を用いた。（図３（Ｃ））

【００７１】このレーザー光の結晶化工程において、パ
ルス状のレーザー光が照射されると、非晶質珪素膜９０
４は瞬時に加熱され溶融状態となる。この後、溶融状態
の珪素膜の下面から無機絶縁膜９０３を通じ、有機樹脂
膜９０２、基板９０１へと順次に熱が伝導することで、
溶融状態の珪素膜は徐々に冷却されていく。本実施例に
おいては、有機樹脂膜であるＢＣＢ膜が基板全面に存在
するため、結晶化速度が遅くなり結晶粒径が大きな多結
晶珪素膜（ポリシリコン膜）を均一に形成することがで
きる。この有機樹脂膜９０２の熱伝導度が、無機絶縁膜
９０３の熱伝導度に比べて非常に低いため、レーザー照
射後の冷却速度が抑えられる。この冷却速度は、有機樹
脂膜９０２の材料及び膜厚によって制御することができ
る。

【００７２】次いで、結晶化された結晶質半導体膜は、
公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングして島
状の結晶質半導体膜９０６、９０７を形成する。本実施
例では、Ｏ₂とＣＦ₄の混合ガスを用いたドライエッチン
グ法によりパターニングを行った。

【００７３】以上のようにして有機樹脂膜９０２により
レーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が非
常に小さく、結晶粒径の大きな島状の結晶質珪素膜を得
ることができた。この島状の結晶質半導体膜９０６、９
０７をＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得る
ことができる。

【００７４】［実施例３］本実施例では、基板と有機樹
脂膜との間に下地絶縁膜を設けた例を図４に示す。

【００７５】まず、ガラス基板４０１上に公知の方法に
より膜厚５０ｎｍ〜４００ｎｍの下地絶縁膜４０５を形
成する。下地絶縁膜４０５としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰ
ＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化珪素
膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜ま
たはそれらの積層膜を用いることができる。ただし、窒
化珪素膜、酸化窒化珪素膜を用いる場合は、内部応力の
バランスを考慮することが必要である。この下地絶縁膜
４０５は基板からの不純物拡散を防ぐ目的によって形成
されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５０ｎ
ｍの酸化珪素膜を成膜した。

【００７６】次いで、下地絶縁膜４０５上に有機樹脂膜
（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）をスピンコート法等に
より塗布し、焼成することで形成する。本実施例では、
有機樹脂膜としてベンゾシクロブテン膜（以下、ＢＣＢ
膜と呼ぶ）をスピンコート法により塗布した後、焼成
（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。ま
た、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合に
は透光性を有する基板１が透明である必要はなく、この
後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐
熱性と耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜
はＢＣＢ膜に限定されないことは言うまでもない。

【００７７】次いで、実施例１に従いＢＣＢ膜を公知の
フォトリソグラフィ法によりパターニングし、ドライエ
ッチングにより島状の有機樹脂膜４０２を形成する。こ
こで、下地絶縁膜４０５はガラス基板表面をドライエッ
チングから保護している。

【００７８】以降の工程は、実施例１に従い島状の有機
樹脂膜４０２を覆って公知の方法により無機絶縁膜４０
３、及び非晶質半導体膜を形成した後、レーザー結晶化
を行い、レーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥
密度が非常に小さく、結晶粒径が大きい結晶質珪素膜を
所望の位置（領域Ａ）に得た。なお、領域Ｂに位置する
結晶質半導体膜４０４ｂの結晶粒径は小さい。この結晶
質半導体膜４０４ａをＴＦＴの活性層に用いた場合、優
れた特性を得ることができる。

【００７９】また、本実施例は実施例２と適宜組み合わ
せることが可能である。

【００８０】［実施例４］本実施例では、実施例１とは
異なるレーザー照射方法による結晶化を行った例を図５
に示す。なお、実施例１とは、レーザー照射方法以外は
同一であるため、詳細な説明は省略する。

【００８１】実施例１に従い、基板５０１上に島状の有
機樹脂膜５０２を形成する。次いで、実施例１と同様に
して島状の有機樹脂膜５０２を覆う無機絶縁膜５０３を
形成し、無機絶縁膜５０３上に非晶質半導体膜を形成す
る。ただし、本実施例において、基板５０１、及び島状
の有機樹脂膜５０２は透光性を有することが必要であ
る。

【００８２】次いで、図５に示すように基板の表面側及
び裏面側からレーザー光を同時に照射する。ここで、基
板の表面側から基板を照射するレーザービームのエネル
ギーと、基板の裏面側から基板を照射するレーザービー
ムのエネルギーとの比は、６対４〜８対２の間である
と、多結晶半導体膜の結晶粒径をさらに大きくすること
ができるため好ましい。

【００８３】以上の工程により、レーザー照射後の冷却
速度を制御して格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径
の大きな結晶質珪素膜を所望の位置（領域Ａ）に得た。
なお、領域Ｂに位置する結晶質半導体膜５０４ｂの結晶
粒径は０．３μｍ以下と小さい。この結晶質半導体膜５
０４ａをＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得
ることができる。

【００８４】また、本実施例は、実施例２または実施例
３と適宜、自由に組み合わせることが可能である。

【００８５】［実施例５］本実施例では、ｎチャネル型
ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴでなるＣＭＯＳ回路の作製
工程を図６〜図８を用いて説明する。

【００８６】まず、実施例１に記載した方法により基板
１０１上に、島状の有機樹脂膜１０３、１０４、無機絶
縁膜１０５、島状半導体膜１０７、１０８ａを形成す
る。次いで、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、または
スパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化珪素膜
によるマスク層１０９を形成する。（図６（Ａ））

【００８７】図８（Ａ）は図６（Ａ）における上面図を
示している。島状半導体膜１０７、１０８ｂは、島状に
パターン形成された有機樹脂膜１０３、１０４にそれぞ
れ重なるようにして設けられている。図８（Ａ）におい
て、Ａ−Ａ'断面が図６（Ａ）における断面構造に対応
している。

【００８８】そして、図６（Ｂ）に示すように、フォト
レジストマスク１１０を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形
成する島状半導体膜１０８ａにしきい値電圧を制御する
目的で１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷atoms／cm³程度の濃度で
ｐ型を付与する不純物元素を添加する。半導体に対して
ｐ型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミ
ニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３
族の元素が知られている。ここではイオンドープ法でジ
ボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いホウ素（Ｂ）を添加した。ホウ
素（Ｂ）添加は必ずしも必要でなく省略しても差し支え
ないが、ホウ素（Ｂ）を添加した半導体層１０８ｂはｎ
チャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収め
るために形成することができる。

【００８９】ｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成す
るために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体膜１
０８ｂに選択的に添加する。半導体に対してｎ型を付与
する不純物元素には、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アン
チモン（Ｓｂ）など周期律表第１５族の元素が知られて
いる。フォトレジストマスク１１１を形成し、ここでは
リン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ₃）を用
いたイオンドープ法を適用した。形成される不純物領域
１１２におけるリン（Ｐ）濃度は２×１０¹⁶〜５×１０
¹⁹atoms／cm³の範囲とする（図６（Ｃ））。本明細書中
では、不純物領域１１２に含まれるｎ型を付与する不純
物元素の濃度を（ｎ^-）と表す。

【００９０】次に、マスク層１０９を純水で希釈したフ
ッ酸などのエッチング液により除去した。そして、図６
（Ｂ）と図６（Ｃ）で島状半導体膜１０８ｂに添加した
不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は窒素雰
囲気中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱アニール
や、レーザーアニールなどの方法により行うことができ
る。また、両方の方法を併用して行っても良い。本実施
例では、レーザー活性化の方法を用い、エキシマレーザ
ー光を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５
０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ²と
して線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％と
して走査して、島状半導体膜が形成された基板全面を処
理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される
事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。

【００９１】ゲート絶縁膜１１３はプラズマＣＶＤ法ま
たはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０ｎｍとして
珪素を含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０ｎｍの厚
さで、酸化窒化珪素膜で形成すると良い。また、ＳｉＨ
₄とＮ₂ＯにＯ₂を添加させて作製された酸化窒化珪素膜
は、膜中の固定電荷密度が低減されているのでさらに良
い。ゲート絶縁膜は、このような酸化窒化珪素膜に限定
されるものでなく、他の珪素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（図６（Ｄ））。

【００９２】図６（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜上
にゲート電極を形成するために導電層を成膜する。この
導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あ
るいは三層といった積層構造とすることもできる。本実
施形態では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層
（Ａ）１１４と金属膜から成る導電層（Ｂ）１１５とを
積層した構造とした。導電層（Ｂ）１１５はタンタル
（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タン
グステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主
成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代
表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成す
れば良く、導電層（Ａ）１１４は窒化タンタル（Ｔａ
Ｎ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。ま
た、導電層（Ａ）１１４はタングステンシリサイド、チ
タンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良
い。

【００９３】導電層（Ａ）１１４は１０〜５０ｎｍ（好
ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）１１５は
２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）
とすれば良い。本実施例では、導電層（Ａ）１１４に３
０ｎｍの厚さのＷＮ膜を、導電層（Ｂ）１１５には３５
０ｎｍのＷ膜を用い、いずれもスパッタ法で形成した。
尚、図示しないが、導電層（Ａ）１１１の下に２〜２０
ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン膜を
形成しておくことは有効である。これにより、その上に
形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時
に、導電層（Ａ）または導電層（Ｂ）が微量に含有する
アルカリ金属元素がゲート絶縁膜１１３に拡散するのを
防ぐことができる。いずれにしても、導電層（Ｂ）は抵
抗率を１０〜５００μΩcmの範囲ですることが好まし
い。

【００９４】次に、所定のパターンのフォトレジストマ
スクを形成し、導電層（Ａ）１１４と導電層（Ｂ）１１
５とを一括でエッチングしてゲート電極１１６、１１７
を形成する。ゲート電極１１６、１１７は、導電層
（Ａ）から成る１１６ａ、１１７ａと、導電層（Ｂ）か
ら成る１１６ｂ、１１７ｂとが一体として形成されてい
る。この時、ｎチャネル型ＴＦＴに設けるのゲート電極
１１７は不純物領域１１２の一部と、ゲート絶縁膜１１
３を介して重なるように形成する（図７（Ａ））。ま
た、ゲート電極は導電層（Ｂ）のみで形成することも可
能である。

【００９５】図８（Ｂ）は図７（Ａ）における上面図を
示している。島状半導体膜１０７、１０８ｂ上にゲート
絶縁膜を介して設けられるゲート電極１１６、１１７
は、ゲート配線１２８に接続する。図８（Ｂ）におい
て、Ａ−Ａ'断面が図７（Ａ）における断面構造に対応
している。

【００９６】次いで、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島
状半導体膜１０７にソース領域およびドレイン領域とす
る不純物領域１１９を形成する。ここでは、ゲート電極
１１６をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加
し、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、ｎ
チャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０８ｂはフ
ォトレジストマスク１１８で被覆しておく。そして、不
純物領域１１９はジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンド
ープ法で形成する。この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×
１０²⁰〜３×１０²¹atoms／cm³となるようにする（図７
（Ｂ））。本明細書中では、ここで形成された不純物領
域１３４に含まれるｐ型を付与する不純物元素の濃度を
（ｐ⁺）と表す。

【００９７】次に、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状
半導体膜１０８ｂにソース領域またはドレイン領域を形
成する不純物領域１２１の形成を行った。ここでは、フ
ォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法で行い、
この領域のリン（Ｐ）濃度を１×１０²⁰〜１×１０²¹at
oms／cm³とした（図７（Ｃ））。本明細書中では、ここ
で形成された不純物領域１２１に含まれるｎ型を付与す
る不純物元素の濃度を（ｎ⁺）と表す。不純物領域１１
９にも同時にリン（Ｐ）が添加されるが、既に前の工程
で添加されたボロン（Ｂ）濃度と比較して不純物領域１
１７に添加されたリン（Ｐ）濃度はその１／２〜１／３
程度なのでｐ型の導電性が確保され、ＴＦＴの特性に何
ら影響を与えることはない。

【００９８】その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型
またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程をレ
ーザーアニール法で行う。この工程はファーネスアニー
ル炉を用いれば良い。その他に、熱アニール法、または
ラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）で行うことが
できる。ここでは、レーザー活性化の方法を用い、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状
ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギ
ー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ²として島状半導体膜
が形成された基板全面を処理した。また、アニール処理
の前に、５０〜２００nmの厚さの保護絶縁層１２２を酸
化窒化珪素膜や酸化珪素膜などで形成すると良い。（図
７（Ｄ））。

【００９９】活性化の工程の後、さらに、３〜１００％
の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２
時間の熱処理を行い、島状半導体膜を水素化する工程を
行った。この工程は熱的に励起された水素により島状半
導体膜にある１０¹⁶〜１０¹⁸/cm³のダングリングボンド
を終端する工程である。水素化の他の手段として、プラ
ズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）
を行っても良い。

【０１００】活性化および水素化の工程が終了したら、
保護絶縁層上にさらに酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜
を積層させ、層間絶縁層１２３を形成する。酸化窒化珪
素膜は保護絶縁層１１９と同様にしてＳｉＨ₄を２７SCC
M、Ｎ₂Ｏを９００SCCMとして反応圧力１６０Pa、基板温
度３２５℃とし、放電電力密度を０．１５W/cm²とし
て、５００〜１５００nm（好ましくは６００〜８００n
m）の厚さで形成する。そして、層間絶縁層１２３およ
び保護絶縁層１２２ＴＦＴのソース領域またはドレイン
領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線１
２４、１２５と、ドレイン配線１２６を形成する。図示
していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を１０
０ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜
１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の
積層膜とした。

【０１０１】次に、パッシベーション膜１２７として、
窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜を５０〜５００ｎｍ
（代表的には１００〜３００ｎｍ）の厚さで形成する。
さらに、この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向
上に対して好ましい結果が得られた。例えば、３〜１０
０％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜
１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素
化法を用いても同様の効果が得られた。また、このよう
な熱処理により層間絶縁層１２３および保護絶縁層１２
２に存在する水素を島状半導体膜１０７、１０８ｂに拡
散させ水素化をすることもできる。

【０１０２】こうして図７（Ｅ）に示すように、基板１
０１上に、ｎチャネル型ＴＦＴ１５１とｐチャネル型Ｔ
ＦＴ１５０とを完成させることができた。ｐチャネル型
ＴＦＴ１５０には、島状半導体膜１０７にチャネル形成
領域１５２、ソース領域１５３、ドレイン領域１５４を
有している。ｎチャネル型ＴＦＴ１５１には、島状半導
体膜１０８にチャネル形成領域１５５、ゲート電極１１
７と重なるＬＤＤ領域１５６（以降、このようなＬＤＤ
領域をＬovと記す）、ソース領域１５７、ドレイン領域
１５８を有している。このＬov領域のチャネル長方向の
長さは、チャネル長３〜８μmに対して、０．５〜３．
０μm（好ましくは１．０〜１．５μm）とした。本実施
例ではそれぞれのＴＦＴをシングルゲート構造とした
が、ダブルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を
設けたマルチゲート構造としても差し支えない。

【０１０３】図８（Ｃ）は図７（Ｅ）における上面図を
示している。ソース配線１２４、１２５は、図示してい
ない層間絶縁層１２３、保護絶縁層１２２に設けられた
コンタクトホールによって島状半導体膜１０７、１０８
ｂと接触している。図８（Ｃ）において、Ａ−Ａ'断面
が図７（Ｅ）における断面構造に対応している。

【０１０４】このようにして作製されたｐチャネル型Ｔ
ＦＴ１５０とｎチャネル型ＴＦＴ１５１は、チャネル形
成領域が結晶粒径の大きな多結晶珪素膜で形成されてい
る。また、このようなＴＦＴを用いてシフトレジスタ回
路、バッファ回路、Ｄ／Ａコンバータ回路、レベルシフ
タ回路、マルチプレクサ回路などを形成することができ
る。これらの回路を適宣組み合わせることにより、液晶
表示装置やＥＬ表示装置、および密着型イメージセンサ
などガラス基板上に作製される半導体装置を形成するこ
とができる。

【０１０５】ただし、上記全ての熱処理において、有機
樹脂膜１０３、１０４が耐え得る温度範囲内になるよう
熱処理の温度には十分気をつけることが必要である。

【０１０６】［実施例６］本発明の実施例を図９〜図１
３を用いて説明する。ここでは画素部の画素ＴＦＴと、
画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを同一基板
上に作製する方法について工程に従って詳細に説明す
る。但し、説明を簡単にするために、制御回路ではシフ
トレジスタ回路、バッファ回路などの基本回路であるＣ
ＭＯＳ回路と、サンプリング回路を形成するｎチャネル
型ＴＦＴとを図示することにする。

【０１０７】まず、実施例１に記載した方法により基板
２０１上に、島状の有機樹脂膜２０３〜２０６、無機絶
縁膜２０７、非晶質半導体膜２０８ａを形成する。（図
９（Ａ））

【０１０８】次いで、実施例１に記載した方法により非
晶質半導体膜２０８ａをレーザー結晶化させ結晶質半導
体膜２０８ｂを形成する。（図９（Ｂ））ここでは、結
晶質半導体膜２０８ｂのうち、下方に無機絶縁膜を介し
て有機樹脂膜を有している領域の結晶粒径は、有機樹脂
膜を有していない領域よりも大きいが図示しない。

【０１０９】次いで、結晶質半導体膜２０８ｂをエッチ
ング処理して島状に分割し、島状半導体膜２０９、２１
０ａ〜２１２ａを形成し活性層とする。その後、プラズ
マＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、またはスパッタ法により５
０〜１００ｎｍの厚さの酸化珪素膜によるマスク層２１
３を形成する。（図９（Ｃ））

【０１１０】チャネルドープ工程は、フォトレジストマ
スク２１４を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状
半導体膜２１０ａ〜２１２ａの全面にしきい値電圧を制
御する目的で１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷atoms／cm³程度の
濃度でｐ型を付与する不純物元素としてボロン（Ｂ）を
添加した。ボロン（Ｂ）の添加はイオンドープ法で実施
しても良いし、非晶質珪素膜を成膜するときに同時に添
加しておくこともできる。ここでのボロン（Ｂ）添加は
必ずしも必要でないが、ボロン（Ｂ）を添加した半導体
層２１０ｂ〜２１２ｂはｎチャネル型ＴＦＴのしきい値
電圧を所定の範囲内に収めるために形成することが好ま
しかった（図９（Ｄ））。

【０１１１】駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領
域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状
半導体膜２１０ｂ、２１１ｂに選択的に添加する。あら
かじめフォトレジストマスク２１５〜２１８を形成し
た。ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン
（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法を適用した。形成さ
れた不純物領域（ｎ^-）２１９、２２０のリン（Ｐ）濃
度は、１×１０¹⁷〜５×１０¹⁹atoms／cm³とする（図１
０（Ａ））。また、不純物領域２２１は、画素部の保持
容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同
じ濃度でリン（Ｐ）を添加した。

【０１１２】次に、マスク層２１３をフッ酸などにより
除去して、図９（Ｄ）と図１０（Ａ）で添加した不純物
元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気
中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱アニールや、レ
ーザーアニールの方法により行うことができる。また、
両者を併用して行っても良い。本実施例では、レーザー
活性化の方法を用い、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長
２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波
数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／
ｃｍ²として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜
９８％として走査して、島状半導体膜が形成された基板
全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限
定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。

【０１１３】そして、ゲート絶縁膜２２２をプラズマＣ
ＶＤ法またはスパッタ法を用いて４０〜１５０ｎｍの厚
さでシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、ＳｉＨ
₄、Ｎ₂Ｏ、Ｏ₂を原料としてプラズマＣＶＤ法で作製さ
れる酸化窒化珪素膜で形成する。（図１０（Ｂ））

【０１１４】次に、ゲート電極を形成するために第１の
導電層を成膜する。本実施例では導電性の窒化物金属膜
から成る導電層（Ａ）２２３と金属膜から成る導電層
（Ｂ）２２４とを積層させた。ここでは、Ｗをターゲッ
トとしたスパッタ法で導電層（Ｂ）２２４をタングステ
ン（Ｗ）で２５０nmの厚さに形成し、導電層（Ａ）２２
３はタングステン（ＷＮ）で５０nmの厚さに形成した
（図１０（Ｃ））。

【０１１５】次に、フォトレジストマスク２２５〜２２
９を形成し、導電層（Ａ）２２３と導電層（Ｂ）２２４
とを一括でエッチングしてゲート電極２３０〜２３３と
容量配線２３４を形成する。ゲート電極２３０〜２３３
と容量配線２３４は、導電層（Ａ）から成る２３０ａ〜
２３４ａと、導電層（Ｂ）から成る２３０ｂ〜２３４ｂ
とが一体として形成されている。この時、駆動回路に形
成するゲート電極２３１、２３２は不純物領域２１９、
２２０の一部と、ゲート絶縁膜２２２を介して重なるよ
うに形成する（図１０（Ｄ））。

【０１１６】次いで、駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴの
ソース領域およびドレイン領域を形成するために、ｐ型
を付与する不純物元素を添加する工程を行う。ここで
は、ゲート電極２３０をマスクとして、自己整合的に不
純物領域を形成する。ｎチャネル型ＴＦＴが形成される
領域はフォトレジストマスク２３５で被覆しておく。そ
して、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で不
純物領域（ｐ⁺）２３４を１×１０²¹atoms／cm³の濃度
で形成した（図１１（Ａ））。

【０１１７】次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソー
ス領域またはドレイン領域として機能する不純物領域の
形成を行った。レジストのマスク２３７〜２３９を形成
し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して不純物領域２
４１〜２４４を形成した。これは、フォスフィン（ＰＨ
₃）を用いたイオンドープ法で行い、不純物領域（ｎ⁺）
２４１〜２４４の（Ｐ）濃度を５×１０²⁰atoms／cm³と
した（図１１（Ｂ））。不純物領域２４０には、既に前
工程で添加されたボロン（Ｂ）が含まれているが、それ
に比して１／２〜１／３の濃度でリン（Ｐ）が添加され
るので、添加されたリン（Ｐ）の影響は考えなくても良
く、ＴＦＴの特性に何ら影響を与えることはなかった。

【０１１８】そして、画素部のｎチャネル型ＴＦＴのＬ
ＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物添加
の工程を行った。ここではゲート電極２３３をマスクと
して自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンド
ープ法で添加した。添加するリン（Ｐ）の濃度は５×１
０¹⁶atoms／cm³とし、図９（Ａ）および図１０（Ａ）と
図１０（Ｂ）で添加する不純物元素の濃度よりも低濃度
で添加することで、実質的には不純物領域（ｎ^--）２４
５、２４６のみが形成される（図１１（Ｃ））。

【０１１９】その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型
またはｐ型を付与する不純物元素を活性化するために窒
素雰囲気中で熱処理工程（４００〜７００℃）を行う。
この工程はファーネスアニール炉を用いた熱アニール
法、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニ
ール法（ＲＴＡ法）で行うことができる。

【０１２０】この熱アニールにおいて、ゲート電極２３
０〜２３３と容量配線２３４形成するＷ膜２３０ｂ〜２
３４ｂは、表面から５〜８０ｎｍの厚さでＷＮから成る
導電層（Ｃ）２３０ｃ〜２３４ｃが形成される。また、
その他に導電層（Ｂ）２３０ｂ〜２３４ｂが、チタン
（Ｔｉ）の場合には窒化チタン（ＴｉＮ）を形成するこ
とができる。また、窒素またはアンモニアなどを用いた
窒素を含むプラズマ雰囲気にゲート電極２３０〜２３４
を晒しても同様に形成することができる。さらに、３〜
１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で
１〜１２時間の熱アニールを行い、島状半導体膜を水素
化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素
により島状半導体膜にある１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸/cm³
のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の
他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起
された水素を用いる）を行っても良い。（図１１
（Ｄ））

【０１２１】なお、図１４（Ａ）は、図１１（Ｄ）にお
けるＴＦＴの上面図であり、Ａ−Ａ'断面は図１１
（Ｄ）のＡ−Ａ'に対応している。

【０１２２】活性化および水素化の工程が終了したら、
ゲート配線とする第２の導電層を形成する。この第２の
導電層は低抵抗材料であるアルミニウム（Ａｌ）や銅
（Ｃｕ）を主成分とする導電層（Ｄ）で形成する。いず
れにしても、第２の導電層の抵抗率は０．１〜１０μΩ
cm程度とする。さらに、チタン（Ｔｉ）やタンタル（Ｔ
ａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）から成
る導電層（Ｅ）を積層形成すると良い。本実施例では、
チタン（Ｔｉ）を０．１〜２重量％含むアルミニウム
（Ａｌ）膜を導電層（Ｄ）２４７とし、チタン（Ｔｉ）
膜を導電層（Ｅ）２４８として形成した。導電層（Ｄ）
２４７は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５
０ｎｍ）とすれば良く、導電層（Ｅ）２４８は５０〜２
００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）で形成すれ
ば良い（図１２（Ａ））。

【０１２３】そして、ゲート電極に接続するゲート配線
を形成するために導電層（Ｅ）２４８と導電層（Ｄ）２
４７とをエッチング処理して、ゲート配線２４９、２５
０と容量配線２５１を形成した。

【０１２４】なお、図１４（Ｂ）はこの状態の上面図を
示し、Ａ−Ａ'断面は図１２（Ｂ）のＡ−Ａ'に対応して
いる。

【０１２５】次いで、第１の層間絶縁膜２５２は５００
〜１５００ｎｍの厚さで酸化珪素膜または酸化窒化珪素
膜で形成する。本実施例では、ＳｉＨ₄を２７SCCM、Ｎ₂
Ｏを９００SCCM、として反応圧力１６０Pa、基板温度３
２５℃で放電電力密度０．１５W/cm²で形成した。その
後、それぞれの島状半導体膜に形成されたソース領域ま
たはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、
ソース配線２５３〜２５６と、ドレイン配線２５７〜２
６０を形成する。図示していないが、本実施例ではこの
電極を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム
膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続し
て形成した３層構造の積層膜とした。

【０１２６】次に、パッシベーション膜２６１として、
窒化珪素膜、酸化珪素膜、または酸化窒化珪素膜を５０
〜５００ｎｍ（代表的には１００〜３００ｎｍ）の厚さ
で形成する。この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特
性向上に対して好ましい結果が得られた。例えば、３〜
１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で
１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ
水素化法を用いても同様の効果が得られた。また、この
ような熱処理により第１の層間絶縁膜２５２に存在する
水素を島状半導体膜２０９、２１０ｂ〜２１２ｂに拡散
させ水素化をすることもできる。（図１２（Ｃ））。な
お、ここで後に画素電極とドレイン配線を接続するため
のコンタクトホールを形成する位置において、パッシベ
ーション膜２６１に開口部を形成しておいても良い。

【０１２７】図１４（Ｃ）はこの状態の上面図を示し、
Ａ−Ａ'断面は図１２（Ｃ）のＡ−Ａ'に対応している。

【０１２８】その後、有機樹脂からなる第２の層間絶縁
膜２６２を１．０〜１．５μｍの厚さに形成する。有機
樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポ
リイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使
用することができる。ここでは、基板に塗布後、熱重合
するタイプのポリイミドを用い、３００℃で焼成して形
成した。そして、第２の層間絶縁膜２６２にドレイン配
線２６０に達するコンタクトホールを形成し、画素電極
２６３、２６４を形成する。画素電極は、透過型液晶表
示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、反射
型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良
い。本実施例では透過型の液晶表示装置とするために、
酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜を１００ｎｍの厚さ
にスパッタ法で形成した（図１３）。

【０１２９】こうして同一基板上に、駆動回路のＴＦＴ
と画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させること
ができた。駆動回路にはｐチャネル型ＴＦＴ３０１、第
１のｎチャネル型ＴＦＴ３０２、第２のｎチャネル型Ｔ
ＦＴ３０３、画素部には画素ＴＦＴ３０４、保持容量３
０５が形成した。本明細書では便宜上このような基板を
アクティブマトリクス基板と呼ぶ。

【０１３０】ただし、上記アクティブマトリクス基板の
全ての熱処理において、有機樹脂膜２０３〜２０６が耐
え得る温度範囲内になるよう熱処理の温度には十分気を
つけることが必要である。

【０１３１】駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴ３０１に
は、島状半導体膜２０９にチャネル形成領域３０６、ソ
ース領域３０７ａ、３０７ｂ、ドレイン領域３０８ａ，
３０８ｂを有している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０
２には、島状半導体膜２１０にチャネル形成領域３０
９、ゲート電極２３１と重なるＬＤＤ領域（Ｌov）３１
０、ソース領域３１１、ドレイン領域３１２を有してい
る。このＬov領域のチャネル長方向の長さは０．５〜
３．０μｍ、好ましくは１．０〜１．５μｍとした。第
２のｎチャネル型ＴＦＴ３０３には、島状半導体膜２１
１にチャネル形成領域３１３、Ｌov領域とＬoff領域
（ゲート電極と重ならないＬＤＤ領域であり、以降Ｌof
f領域と記す）とが形成され、このＬoff領域のチャネル
長方向の長さは０．３〜２．０μｍ、好ましくは０．５
〜１．５μｍである。画素ＴＦＴ３０４には、島状半導
体膜２１２にチャネル形成領域３１８、３１９、Ｌoff
領域３２０〜３２３、ソースまたはドレイン領域３２４
〜３２６を有している。Ｌoff領域のチャネル長方向の
長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５
μｍである。さらに、容量配線２３４、２５１と、ゲー
ト絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ３０
４のドレイン領域３２６に接続し、ｎ型を付与する不純
物元素が添加された半導体層３２７とから保持容量３０
５が形成されている。図１２では画素ＴＦＴ３０４をダ
ブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良い
し、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造として
も差し支えない。

【０１３２】以上の様な構成は、画素ＴＦＴおよび駆動
回路が要求する仕様に応じて各回路を構成するＴＦＴの
構造を最適化し、半導体装置の動作性能と信頼性を向上
させることを可能としている。さらにゲート電極を耐熱
性を有する導電性材料で形成することによりＬＤＤ領域
やソース領域およびドレイン領域の活性化を容易とし、
ゲート配線低抵抗材料で形成することにより、配線抵抗
を十分低減できる。従って、表示領域（画面サイズ）が
４インチクラス以上の表示装置に適用することができ
る。そして、下地層を形成する有機樹脂層２０３〜２０
６上で選択的に形成された結晶質半導体膜を用いること
により、完成したＴＦＴにおいて非常に優れた特性を実
現することができる。

【０１３３】［実施例７］本実施例では、実施例６で作
製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマト
リクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。図１
５に示すように、図１３の状態のアクティブマトリクス
基板に対し、配向膜６０１を形成する。通常液晶表示素
子の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。
対向側の対向基板６０２には、遮光膜６０３、透明導電
膜６０４および配向膜６０５を形成した。配向膜を形成
した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプ
レチルト角を持って配向するようにした。そして、画素
部と、ＣＭＯＳ回路が形成されたアクティブマトリクス
基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシー
ル材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼りあわ
せる。その後、両基板の間に液晶材料６０６を注入し、
封止剤（図示せず）によって完全に封止した。液晶材料
には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図
１５に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成
した。

【０１３４】次に、このアクティブマトリクス型液晶表
示装置の構成を、図１６の斜視図および図１７の上面図
を用いて説明する。尚、図１６と図１７は、図９〜図１
３と図１５の断面構造図と対応付けるため、共通の符号
を用いている。また、図１７で示すＥ―Ｅ’に沿った断
面構造は、図１３に示す画素マトリクス回路の断面図に
対応している。

【０１３５】図１６においてアクティブマトリクス基板
は、ガラス基板２０１上に形成された、画素部７０６
と、走査信号駆動回路７０４と、画像信号駆動回路４０
５で構成される。表示領域には画素ＴＦＴ３０４が設け
られ、周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本
として構成されている。走査信号駆動回路７０４と、画
像信号駆動回路７０５はそれぞれゲート配線２５０とソ
ース配線２５６で画素ＴＦＴ３０４に接続している。ま
た、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）７３１が外部
入力端子７３４に接続され、入力配線４０２、４０３で
それぞれの駆動回路に接続している。

【０１３６】図１７は表示領域７０６のほぼ一画素分を
示す上面図である。ゲート配線２５０は、図示されてい
ないゲート絶縁膜を介してその下の半導体層２１２と交
差している。図示はしていないが、半導体層には、ソー
ス領域、ドレイン領域、ｎ^--領域でなるＬoff領域が形
成されている。また、２６５はソース配線２５６とソー
ス領域３２４とのコンタクト部、２６６はドレイン配線
２６０とドレイン領域３２６とのコンタクト部、２６７
はドレイン配線２６０と画素電極２６３のコンタクト部
である。保持容量３０５は、画素ＴＦＴ３０４のドレイ
ン領域３２６から延在する半導体層３２７とゲート絶縁
膜を介して容量配線２３４、２５１が重なる領域で形成
されている。

【０１３７】なお、本実施例のアクティブマトリクス型
液晶表示装置は、実施例６で説明した構造と照らし合わ
せて説明したが、実施例６の構成に限定されるものでな
く、実施形態１〜５で示した構成を実施例６に応用して
完成させたアクティブマトリクス基板を用いても良い。
いずれにしても、実施の形態で示した有機樹脂膜を設け
たアクティブマトリクス基板であれば自由に組み合わせ
てアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製すること
ができる。

【０１３８】［実施例８］本実施例では、本願発明を用
いてＥＬ（エレクトロルミネッセンス）モジュール（Ｅ
Ｌ表示装置ともいう）を作製した例について説明する。

【０１３９】図１９（Ａ）は本願発明を用いたＥＬ表示
パネルの上面図である。図１９（Ａ）において、１０は
基板、１１は画素部、１２はソース側駆動回路、１３は
ゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線１
４〜１６を経てＦＰＣ１７に至り、外部機器へと接続さ
れる。

【０１４０】このとき少なくとも画素部、好ましくは駆
動回路及び画素部を覆うようにして基板８２を設ける。
なお、基板８２はガラス板またはプラスチック板を用い
ても良いし、紫外線硬化樹脂を用いても良い。基板８２
を用いた場合、接着剤８１によって基板１０に固着さ
せ、基板１０との間に樹脂２０を充填する。このとき、
ＥＬ素子は完全に前記樹脂２０に封入された状態とな
り、外気から完全に遮断される。

【０１４１】また、基板８２と基板１０との間に密閉空
間を設け不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒素等）を
充填しておいたり、酸化バリウム等の乾燥剤を設けても
よい。これによりＥＬ素子の水分等による劣化を抑制す
ることが可能である。

【０１４２】また、図１９（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示
パネルの断面構造であり、基板１０、無機絶縁膜２１の
上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではＮＴＦＴとＰＴ
ＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示している。）２
２及び画素部用ＴＦＴ２３（但し、ここではＥＬ素子へ
の電流を制御するＴＦＴだけ図示している。）が形成さ
れている。駆動回路用ＴＦＴ２２としては、図７に示し
たＮＴＦＴ及びＰＴＦＴを用いれば良い。また、画素部
用ＴＦＴ２３には図７に示したＮＴＦＴまたはＰＴＦＴ
を用いれば良い。

【０１４３】本願発明を用いて駆動回路用ＴＦＴ２２、
画素部用ＴＦＴ２３が完成したら、樹脂材料でなる層間
絶縁膜（平坦化膜）２６の上に画素部用ＴＦＴ２３のド
レインと電気的に接続する透明導電膜でなる画素電極２
７を形成する。透明導電膜としては、酸化インジウムと
酸化スズとの化合物（ＩＴＯと呼ばれる）または酸化イ
ンジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。
そして、画素電極２７を形成したら、絶縁膜２８を形成
し、画素電極２７上に開口部を形成する。

【０１４４】次に、ＥＬ層２９を形成する。ＥＬ層２９
は公知のＥＬ材料（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、
電子輸送層または電子注入層）を自由に組み合わせて積
層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造と
するかは公知の技術を用いれば良い。また、ＥＬ材料に
は低分子系材料と高分子系（ポリマー系）材料がある。
低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子
系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法また
はインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能
である。

【０１４５】本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸
着法によりＥＬ層を形成する。シャドーマスクを用いて
画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光
層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カ
ラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣ
Ｍ）とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光
層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいず
れの方法を用いても良い。勿論、単色発光のＥＬ表示装
置とすることもできる。

【０１４６】ＥＬ層２９を形成したら、その上に陰極３
０を形成する。陰極３０とＥＬ層２９の界面に存在する
水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従っ
て、真空中でＥＬ層２９と陰極３０を連続成膜するか、
ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで
陰極３０を形成するといった工夫が必要である。本実施
例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）
の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とす
る。

【０１４７】なお、本実施例では陰極３０として、Ｌｉ
Ｆ（フッ化リチウム）膜とＡｌ（アルミニウム）膜の積
層構造を用いる。具体的にはＥＬ層２９上に蒸着法で１
ｎｍ厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成し、その上
に３００ｎｍ厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公
知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いても良い。そし
て陰極３０は３１で示される領域において配線１６に接
続される。配線１６は陰極３０に所定の電圧を与えるた
めの電源供給線であり、導電性ペースト材料３２を介し
てＦＰＣ１７に接続される。また、樹脂８０で接続部分
を覆い、接続部分を保護する。

【０１４８】３１に示された領域において陰極３０と配
線１６とを電気的に接続するために、層間絶縁膜２６及
び絶縁膜２８にコンタクトホールを形成する必要があ
る。これらは層間絶縁膜２６のエッチング時（画素電極
用コンタクトホールの形成時）や絶縁膜２８のエッチン
グ時（ＥＬ層形成前の開口部の形成時）に形成しておけ
ば良い。また、絶縁膜２８をエッチングする際に、層間
絶縁膜２６まで一括でエッチングしても良い。この場
合、層間絶縁膜２６と絶縁膜２８が同じ樹脂材料であれ
ば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることが
できる。

【０１４９】また、配線１６は基板８２と基板１０との
間を隙間（但し接着剤８１で塞がれている。）を通って
ＦＰＣ１７に電気的に接続される。なお、ここでは配線
１６について説明したが、他の配線１４、１５も同様に
して基板８２の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続さ
れる。

【０１５０】以上のような構成でなるＥＬ表示パネルに
おいて、本願発明を用いることができる。ここで画素部
のさらに詳細な断面構造を図２０に、上面構造を図２１
（Ａ）に、回路図を図２１（Ｂ）に示す。図２０、図２
１（Ａ）及び図２１（Ｂ）では共通の符号を用いるので
互いに参照すれば良い。

【０１５１】図２１において、基板１００１上に設けら
れたスイッチング用ＴＦＴ１００２は本願発明のＮＴＦ
Ｔを用いて形成される。本実施例ではダブルゲート構造
としているが、構造及び作製プロセスに大きな違いはな
いので説明は省略する。但し、ダブルゲート構造とする
ことで実質的に二つのＴＦＴが直列された構造となり、
オフ電流値を低減することができるという利点がある。
なお、本実施例ではダブルゲート構造としているが、シ
ングルゲート構造でも構わないし、トリプルゲート構造
やそれ以上のゲート本数を持つマルチゲート構造でも構
わない。また、本願発明のＰＴＦＴを用いて形成しても
構わない。

【０１５２】また、電流制御用ＴＦＴ１００３は本願発
明のＮＴＦＴを用いて形成される。このとき、スイッチ
ング用ＴＦＴ１００２のドレイン配線３５は配線３６に
よって電流制御用ＴＦＴのゲート電極３７に電気的に接
続されている。また、３８で示される配線は、スイッチ
ング用ＴＦＴ１００２のゲート電極３９a、３９bを電気
的に接続するゲート配線である。

【０１５３】このとき、電流制御用ＴＦＴ１００３が本
願発明の構造であることは非常に重要な意味を持つ。電
流制御用ＴＦＴはＥＬ素子を流れる電流量を制御するた
めの素子であるため、多くの電流が流れ、熱による劣化
やホットキャリアによる劣化の危険性が高い素子でもあ
る。そのため、電流制御用ＴＦＴのドレイン側に、ゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極に重なるようにＬＤＤ領域
を設ける本願発明の構造は極めて有効である。

【０１５４】また、本実施例では電流制御用ＴＦＴ１０
０３をシングルゲート構造で図示しているが、複数のＴ
ＦＴを直列につなげたマルチゲート構造としても良い。
さらに、複数のＴＦＴを並列につなげて実質的にチャネ
ル形成領域を複数に分割し、熱の放射を高い効率で行え
るようにした構造としても良い。このような構造は熱に
よる劣化対策として有効である。

【０１５５】また、図２１（Ａ）に示すように、電流制
御用ＴＦＴ１００３のゲート電極３７となる配線は１０
０４で示される領域で、電流制御用ＴＦＴ１００３のド
レイン配線４０と絶縁膜を介して重なる。このとき、１
００４で示される領域ではコンデンサが形成される。こ
のコンデンサ１００４は電流制御用ＴＦＴ１００３のゲ
ートにかかる電圧を保持するためのコンデンサとして機
能する。なお、ドレイン配線４０は電流供給線（電源
線）１１０１に接続され、常に一定の電圧が加えられて
いる。

【０１５６】スイッチング用ＴＦＴ１００２及び電流制
御用ＴＦＴ１００３の上には第１パッシベーション膜４
１が設けられ、その上に樹脂絶縁膜でなる平坦化膜４２
が形成される。平坦化膜４２を用いてＴＦＴによる段差
を平坦化することは非常に重要である。後に形成される
ＥＬ層は非常に薄いため、段差が存在することによって
発光不良を起こす場合がある。従って、ＥＬ層をできる
だけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に
平坦化しておくことが望ましい。

【０１５７】また、４３は反射性の高い導電膜でなる画
素電極（ＥＬ素子の陰極）であり、電流制御用ＴＦＴ１
００３のドレインに電気的に接続される。画素電極４３
としてはアルミニウム合金膜、銅合金膜または銀合金膜
など低抵抗な導電膜またはそれらの積層膜を用いること
が好ましい。勿論、他の導電膜との積層構造としても良
い。

【０１５８】また、絶縁膜（好ましくは樹脂）で形成さ
れたバンク４４a、４４bにより形成された溝（画素に相
当する）の中に発光層４５が形成される。なお、ここで
は一画素しか図示していないが、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、
Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けても良い。
発光層とする有機ＥＬ材料としてはπ共役ポリマー系材
料を用いる。代表的なポリマー系材料としては、ポリパ
ラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系、ポリビニルカルバ
ゾール（ＰＶＫ）系、ポリフルオレン系などが挙げられ
る。

【０１５９】なお、ＰＰＶ系有機ＥＬ材料としては様々
な型のものがあるが、例えば「H. Shenk,H.Becker,O.Ge
lsen,E.Kluge,W.Kreuder,and H.Spreitzer,“Polymers
forLight Emitting Diodes”,Euro Display,Proceeding
s,1999,p.33-37」や特開平１０−９２５７６号公報に記
載されたような材料を用いれば良い。

【０１６０】具体的な発光層としては、赤色に発光する
発光層にはシアノポリフェニレンビニレン、緑色に発光
する発光層にはポリフェニレンビニレン、青色に発光す
る発光層にはポリフェニレンビニレン若しくはポリアル
キルフェニレンを用いれば良い。膜厚は３０〜１５０ｎ
ｍ（好ましくは４０〜１００ｎｍ）とすれば良い。

【０１６１】但し、以上の例は発光層として用いること
のできる有機ＥＬ材料の一例であって、これに限定する
必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注
入層を自由に組み合わせてＥＬ層（発光及びそのための
キャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良
い。また、ＥＬ層として一重項励起により発光（蛍光）
する発光材料（シングレット化合物）からなる薄膜、ま
たは三重項励起により発光（リン光）する発光材料（ト
リプレット化合物）からなる薄膜を用いることができ
る。

【０１６２】例えば、本実施例ではポリマー系材料を発
光層として用いる例を示したが、低分子系有機ＥＬ材料
を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として
炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これ
らの有機ＥＬ材料や無機材料は公知の材料を用いること
ができる。

【０１６３】本実施例では発光層４５の上にＰＥＤＯＴ
（ポリチオフェン）またはＰＡｎｉ（ポリアニリン）で
なる正孔注入層４６を設けた積層構造のＥＬ層としてい
る。そして、正孔注入層４６の上には透明導電膜でなる
陽極４７が設けられる。本実施例の場合、発光層４５で
生成された光は上面側に向かって（ＴＦＴの上方に向か
って）放射されるため、陽極は透光性でなければならな
い。透明導電膜としては酸化インジウムと酸化スズとの
化合物や酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いる
ことができるが、耐熱性の低い発光層や正孔注入層を形
成した後で形成するため、可能な限り低温で成膜できる
ものが好ましい。

【０１６４】陽極４７まで形成された時点でＥＬ素子２
４０５が完成する。なお、ここでいうＥＬ素子１００５
は、画素電極（陰極）４３、発光層４５、正孔注入層４
６及び陽極４７で形成されたコンデンサを指す。図２１
（Ａ）に示すように画素電極４３は画素の面積にほぼ一
致するため、画素全体がＥＬ素子として機能する。従っ
て、発光の利用効率が非常に高く、明るい画像表示が可
能となる。

【０１６５】ところで、本実施例では、陽極４７の上に
さらに第２パッシベーション膜４８を設けている。第２
パッシベーション膜４８としては窒化珪素膜または窒化
酸化珪素膜が好ましい。この目的は、外部とＥＬ素子と
を遮断することであり、有機ＥＬ材料の酸化による劣化
を防ぐ意味と、有機ＥＬ材料からの脱ガスを抑える意味
との両方を併せ持つ。これによりＥＬ表示装置の信頼性
が高められる。

【０１６６】以上のように本願発明のＥＬ表示パネルは
図２０のような構造の画素からなる画素部を有し、オフ
電流値の十分に低いスイッチング用ＴＦＴと、ホットキ
ャリア注入に強い電流制御用ＴＦＴとを有する。従っ
て、高い信頼性を有し、且つ、良好な画像表示が可能な
ＥＬ表示パネルが得られる。

【０１６７】なお、本実施例の構成は、実施例１〜７の
構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。

【０１６８】［実施例９］本実施例では、実施例８に示
した画素部において、ＥＬ素子１００５の構造を反転さ
せた構造について説明する。説明には図２６を用いる。
なお、図２１（Ａ）の構造と異なる点はＥＬ素子の部分
と電流制御用ＴＦＴだけであるので、その他の説明は省
略することとする。

【０１６９】図２２において、電流制御用ＴＦＴ２６０
１は本願発明のＰＴＦＴを用いて形成される。作製プロ
セスは実施例１を参照すれば良い。

【０１７０】本実施例では、画素電極（陽極）５０とし
て透明導電膜を用いる。具体的には酸化インジウムと酸
化亜鉛との化合物でなる導電膜を用いる。勿論、酸化イ
ンジウムと酸化スズとの化合物でなる導電膜を用いても
良い。

【０１７１】そして、絶縁膜でなるバンク５１a、５１b
が形成された後、溶液塗布によりポリビニルカルバゾー
ルでなる発光層５２が形成される。その上にはカリウム
アセチルアセトネート（ａｃａｃＫと表記される）でな
る電子注入層５３、アルミニウム合金でなる陰極５４が
形成される。この場合、陰極５４がパッシベーション膜
としても機能する。こうしてＥＬ素子２６０２が形成さ
れる。

【０１７２】本実施例の場合、発光層５３で発生した光
は、矢印で示されるようにＴＦＴが形成された基板の方
に向かって放射される。本実施例のような構造とする場
合、電流制御用ＴＦＴ１２０１はＰＴＦＴで形成するこ
とが好ましい。

【０１７３】なお、本実施例の構成は、実施例１〜７の
構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。

【０１７４】〔実施例１０〕本実施例では、図２１
（Ｂ）に示した回路図とは異なる構造の画素とした場合
の例について図２３に示す。なお、本実施例において、
１３０１はスイッチング用ＴＦＴ１３０２のソース配
線、１３０３はスイッチング用ＴＦＴ１３０２のゲート
配線、１３０４は電流制御用ＴＦＴ、１３０５はコンデ
ンサ、１３０６、１３０８は電流供給線、１３０７はＥ
Ｌ素子とする。

【０１７５】図２３（Ａ）は、二つの画素間で電流供給
線１３０６を共通とした場合の例である。即ち、二つの
画素が電流供給線１３０６を中心に線対称となるように
形成されている点に特徴がある。この場合、電源供給線
の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精
細化することができる。

【０１７６】また、図２３（Ｂ）は、電流供給線１３０
８をゲート配線１３０３と平行に設けた場合の例であ
る。なお、図２３（Ｂ）では電流供給線１３０８とゲー
ト配線１３０３とが重ならないように設けた構造となっ
ているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、
絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この
場合、電源供給線１３０８とゲート配線１３０３とで専
有面積を共有させることができるため、画素部をさらに
高精細化することができる。

【０１７７】また、図２３（Ｃ）は、図２３（Ｂ）の構
造と同様に電流供給線１３０８をゲート配線１３０３と
平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線１３０８
を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。
また、電流供給線１３０８をゲート配線１３０３のいず
れか一方と重なるように設けることも有効である。この
場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画
素部をさらに高精細化することができる。

【０１７８】なお、本実施例の構成は、実施例８または
実施例９の構成と自由に組み合わせて実施することが可
能である。

【０１７９】〔実施例１１〕実施例８に示した図２１
（Ａ）、図２１（Ｂ）では電流制御用ＴＦＴ１００３の
ゲートにかかる電圧を保持するためにコンデンサ１００
４を設ける構造としているが、コンデンサ１００４を省
略することも可能である。

【０１８０】実施例８の場合、電流制御用ＴＦＴ１００
３として図２０に示すような本願発明のＮＴＦＴを用い
ているため、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なる
ように設けられたＬＤＤ領域を有している。この重なり
合った領域には一般的にゲート容量と呼ばれる寄生容量
が形成されるが、本実施例ではこの寄生容量をコンデン
サ１００４の代わりとして積極的に用いる点に特徴があ
る。

【０１８１】この寄生容量のキャパシタンスは上記ゲー
ト電極とＬＤＤ領域とが重なり合った面積によって変化
するため、その重なり合った領域に含まれるＬＤＤ領域
の長さによって決まる。

【０１８２】また、実施例１０に示した図２３（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）の構造においても同様にコンデンサ１３
０５を省略することは可能である。

【０１８３】なお、本実施例の構成は、実施例８または
実施例９の構成と自由に組み合わせて実施することが可
能である。

【０１８４】［実施例１２］本願発明を実施して形成さ
れたＣＭＯＳ回路や画素部は様々な電気光学装置（アク
ティブマトリクス型液晶ディスプレイ、ＥＬモジュー
ル、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ）に用い
ることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に
組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。

【０１８５】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフ
ロント型）、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、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２４、図２５及び図２６に示す。

【０１８６】図２４（Ａ）はパーソナルコンピュータで
あり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２０
０３、キーボード２００４等を含む。本発明を画像入力
部２００２、表示部２００３やその他の駆動回路に適用
することができる。

【０１８７】図２４（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作
スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０
６等を含む。本発明を表示部２１０２やその他の駆動回
路に適用することができる。

【０１８８】図２４（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モ
ービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部
２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表
示部２２０５等を含む。本発明は表示部２２０５やその
他の駆動回路に適用できる。

【０１８９】図２４（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０
３等を含む。本発明は表示部２３０２やその他の駆動回
路に適用することができる。

【０１９０】図２４（Ｅ）はプログラムを記録した記録
媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであ
り、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカ部２４０
３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５等を含
む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄ
ｉｇｔｉａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＣＤ
等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネッ
トを行うことができる。本発明は表示部２４０２やその
他の駆動回路に適用することができる。

【０１９１】図２４（Ｆ）はデジタルカメラであり、本
体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作ス
イッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。本願
発明を表示部２５０２やその他の駆動回路に適用するこ
とができる。

【０１９２】図２５（Ａ）はフロント型プロジェクター
であり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含
む。本発明は投射装置２６０１の一部を構成する液晶表
示装置２８０８やその他の駆動回路に適用することがで
きる。

【０１９３】図２５（Ｂ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０
３、スクリーン２７０４等を含む。本発明は投射装置２
７０２の一部を構成する液晶表示装置２８０８やその他
の駆動回路に適用することができる。

【０１９４】なお、図２５（Ｃ）は、図２５（Ａ）及び
図２５（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の
構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７
０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０
４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズ
ム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０
９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８
１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施
例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単
板式であってもよい。また、図２５（Ｃ）中において矢
印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機
能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィル
ム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。

【０１９５】また、図２５（Ｄ）は、図２５（Ｃ）中に
おける光源光学系２８０１の構造の一例を示した図であ
る。本実施例では、光源光学系２８０１は、リフレクタ
ー２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２
８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で
構成される。なお、図２５（Ｄ）に示した光源光学系は
一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に
実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィル
ムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光
学系を設けてもよい。

【０１９６】ただし、図２５に示したプロジェクターに
おいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示して
おり、反射型の電気光学装置及びＥＬ表示装置での適用
例は図示していない。

【０１９７】図２６（Ａ）は携帯電話であり、本体２９
０１、音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示
部２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６
等を含む。本願発明を音声出力部２９０２、音声入力部
２９０３、表示部２９０４やその他の駆動回路に適用す
ることができる。

【０１９８】図２６（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であ
り、本体３００１、表示部３００２、３００３、記憶媒
体３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６
等を含む。本発明は表示部３００２、３００３やその他
の駆動回路に適用することができる。

【０１９９】図２６（Ｃ）はディスプレイであり、本体
３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３等を含む。
本発明は表示部３１０３に適用することができる。本発
明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利
であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）の
ディスプレイには有利である。

【０２００】以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて
広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能で
ある。また、本実施例の電子機器は実施例１〜１１のど
のような組み合わせからなる構成を用いても実現するこ
とができる。

【０２０１】［実施例１３］本実施例では、以下のよう
な実験を行った。以下に本実施例で示す実験手順を示
す。

【０２０２】まず、ガラス基板１４００上に膜厚２００
ｎｍのＢＣＢ膜を成膜した後、後に形成する半導体層と
同じマスクを用いてパターニングした後、ＢＣＢ膜１４
０１を形成した。

【０２０３】次いで、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ
₄、及びＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリ
コン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、
Ｈ＝２％）を２００ｎｍの厚さで積層形成する。

【０２０４】次いで、本実施例では、プラズマＣＶＤ法
を用い、５４ｎｍの非晶質シリコン膜１４０３を成膜し
た。（図２７（Ａ））

【０２０５】この非晶質シリコン膜に脱水素化（５００
℃、１時間）を行った後、パターニングを行った。（図
２７（Ｂ））

【０２０６】次いで、バッファーフッ酸で自然酸化膜の
除去を行い、本実施例のレーザーアニ―ル処理を行って
結晶質シリコン膜１４０４を形成した。（図２７
（Ｃ））

【０２０７】なお、上記結晶質シリコン膜１４０４の形
成工程は、実施例１乃至１１のいずれか一に記載の結晶
質シリコン膜の形成工程に代えて使用することができる
ことは言うまでもない。

【０２０８】本実施例のレーザーアニ―ル処理は、図２
８に示した方法で非晶質シリコン膜１４０３の表面及び
裏面にエキシマレーザー光１５０２、１５０３（波長３
０８ｎｍ）を照射した。ここでのレーザー照射条件は、
エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ²として線状
ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査
して、非晶質シリコン膜１４０３が形成された基板全面
を処理した。ただし、ここでは波長３０８ｎｍのエキシ
マレーザーに対する透過率が約５０％であるガラス基板
（コーニング１７３７）を用いたが、波長３０８ｎｍの
エキシマレーザーに対する透過率が約１００％である石
英基板を用いてもよい。

【０２０９】図２８において、１４００は透光性基板で
あり、その表面にはＢＣＢ膜１４０１、絶縁膜１４０
２、非晶質半導体膜（または微結晶半導体膜）１４０３
が形成されている。また、透光性基板１４００の下には
レーザー光を反射させるための反射体１５０１が配置さ
れる。

【０２１０】透光性基板１４００はガラス基板、石英基
板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用い
られる。この透光性基板１４００自体で第二次レーザー
光の実効エネルギー強度を調節することが可能である。
また、絶縁膜１８０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリ
コン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用い
れば良く、この絶縁膜１４００で第二次レーザー光の実
効エネルギー強度を調節しても良い。

【０２１１】また、図２８の構成においては、第二次レ
ーザー光１５０３は、反射体１５０１で反射されたレー
ザー光である。従って、非晶質半導体膜１４０３で第二
次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することもで
きる。また、非晶質半導体膜１４０３はアモルファスシ
リコン膜の他に、アモルファスシリコンゲルマニウム膜
などの化合物半導体膜も含む。

【０２１２】また、反射体１５０１は表面（レーザー光
の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、
金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜
としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、シ
リコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、
タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔ
ａ）のいずれかの元素を含む金属膜を用いる。例えば、
窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒
化タンタル（ＴａＮ）を用いても良い。

【０２１３】さらに、この反射体１５０１は透光性基板
１４００に接して設けても良いし、離して設けても良
い。また、反射体１５０１を配置する代わりに、基板１
４００の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような
金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも
可能である。いずれにしても、この反射体１５０１の反
射率で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節す
ることができる。また、反射体１５０１を透光性基板１
４００と離して設置する場合、その隙間に充填する気体
（ガス）で第二次レーザー光のエネルギー強度を制御す
ることも可能である。

【０２１４】なお、上記レーザーアニ―ル処理は、実施
例１乃至１１のいずれか一に記載のレーザーアニール処
理に代えて使用することができることは言うまでもな
い。

【０２１５】以上の工程を経て形成された結晶質シリコ
ン膜における結晶粒径の大きさを観察したＳＥＭ写真図
が図２９である。図２９に示すように約２μｍ程度の大
きな結晶粒径を有する結晶質シリコン膜が得られた。こ
の粒径の大きな領域をＴＦＴのチャネル形成領域として
用いれば、良好なＴＦＴ特性を示すＴＦＴを得ることが
できる。

【０２１６】また、結晶成長の始点位置を調べるために
比較的大きな島状半導体をパターニングしてレーザーを
照射した後、観察したＳＥＭ写真図が図３０である。図
３０に示すように端部からラテラル成長している結晶質
シリコン膜が得られた。

【０２１７】以上の実験結果から、本発明により結晶質
半導体膜における結晶の位置を制御できることが実証さ
れた。

【０２１８】

【発明の効果】本発明の結晶化の技術を用いることによ
り、結晶の位置と結晶粒径の大きさが制御された結晶質
半導体膜を作製することができる。所定の形状を有する
有機樹脂膜の配置に従って結晶粒径の大きな結晶質半導
体膜の位置が決定される。また、有機樹脂膜の材料及び
膜厚、または無機絶縁膜の材料及び膜厚を調節すること
により、結晶粒径の大きな領域を選択的に形成すること
ができる。また、この結晶粒径の大きな領域は非常に格
子欠陥密度が小さく、該領域をＴＦＴのチャネル形成領
域として用いた場合、優れた電気特性を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を説明する図。

【図２】本発明による結晶質半導体膜の作製工程を
示す断面図。

【図３】本発明による結晶質半導体膜の作製工程を
示す断面図。

【図４】本発明の構成を説明する図。（実施例３）

【図５】本発明の構成を説明する図。（実施例４）

【図６】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。

【図７】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。

【図８】ＴＦＴの作製工程を示す上面図。

【図９】アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す断面図である。

【図１０】アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す断面図である。

【図１１】アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す断面図である。

【図１２】アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す断面図である。

【図１３】アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す断面図である。

【図１４】アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す上面図である。

【図１５】アクティブマトリクス型液晶表示装置の断
面構造図である。

【図１６】ＡＭ−ＬＣＤの外観を示す図。

【図１７】アクティブマトリクス型液晶表示装置にお
ける１画素を示す上面図。

【図１８】レーザーアニ−ル装置の構成を示す図。

【図１９】ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。

【図２０】ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。

【図２１】ＥＬ表示装置の構成を示す上面図。

【図２２】ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。

【図２３】ＥＬ表示装置の構成を示す回路図。

【図２４】電子機器の一例を示す図。

【図２５】電子機器の一例を示す図。

【図２６】電子機器の一例を示す図。

【図２７】作製工程を示す断面図。

【図２８】レーザー照射方法を示す断面図。

【図２９】結晶粒径の大きさを示すＳＥＭ写真図。

【図３０】結晶成長の位置を示すＳＥＭ写真図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/268 Ｇ０２Ｆ 1/136 ５００ 27/08 ３３１Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２６Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性を有する基板に接して所定の形状を
有する有機樹脂膜と、前記有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜と、前記無機絶縁膜に接して結晶質半導体膜とを有し、前記有機樹脂膜の上方に前記無機絶縁膜を介して前記結
晶質半導体膜が存在していることを特徴とする半導体装
置。
【請求項２】請求項１において、前記無機絶縁膜は、酸
化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単
層膜、またはそれらの積層膜であることを特徴とする半
導体装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記基
板と前記有機樹脂膜の間に下地絶縁膜を有していること
を特徴とする半導体装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一において、前
記有機樹脂膜の熱伝導率は、１．０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以下であ
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一において、前
記有機樹脂膜は、感光性を有することを特徴とする半導
体装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか一において、前
記有機樹脂膜は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂、
ポリイミド系樹脂（フッ素添加ポリイミド）、アクリル
系樹脂、シロキサン系樹脂、フッ素添加パラキシレン、
フッ素添加パリレン、テフロン（登録商標）、フルオロ
ポリアリルエーテル、ＰＦＣＢ、ポリシラザンから選ば
れた単層膜、またはそれらの積層膜であることを特徴と
する半導体装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか一において、前
記半導体装置は、パーソナルコンピュータ、携帯型情報
端末、デジタルカメラ、プロジェクター、または有機エ
レクトロルミネッセンス材料を用いた表示装置であるこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項８】透光性を有する基板上に接して有機樹脂膜
を形成した後、前記有機樹脂膜を所定の形状にパターニ
ングし、前記所定の形状を有する有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜を
形成し、前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射することによっ
て、第１領域と、前記第１領域とは結晶粒径が異なる第
２領域とを有する結晶質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９】請求項８において、前記第１領域における
結晶粒径は、前記第２領域における結晶粒径より大きい
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】請求項８または請求項９において、前記
第１領域は、前記結晶質半導体膜のうち、下方に前記無
機絶縁膜を介して前記有機樹脂膜を有している領域であ
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】請求項８乃至請求項１０のいずれか一に
おいて、前記第２領域は、前記結晶質半導体膜のうち、
下方に前記無機絶縁膜を介して前記有機樹脂膜を有して
いない領域であることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
【請求項１２】請求項８乃至請求項１１のいずれか一に
おいて、前記第１領域をＴＦＴのチャネル形成領域とし
て用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】透光性を有する基板上に接して有機樹脂
膜を形成し、前記有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜を形成し、前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜を形成し、レーザー光を照射して前記非晶質半導体膜を結晶化させ
て結晶質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１４】請求項８乃至１３のいずれか一におい
て、前記無機絶縁膜と前記非晶質半導体膜は、大気にふ
れることなく連続して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１５】請求項８乃至１４のいずれか一におい
て、前記レーザー光は、前記基板の表面側から照射する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】請求項８乃至１４のいずれか一におい
て、前記レーザー光は、前記基板の表面側および裏面側
から同時に照射することを特徴とする半導体装置の作製
方法。