JP2001326178A

JP2001326178A - 半導体装置及びその作製方法

Info

Publication number: JP2001326178A
Application number: JP2001063900A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Tanaka; 幸一郎田中; Hideto Onuma; 英人大沼; Chiho Kokubo; 千穂小久保
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】非晶質半導体膜の結晶化工程において、前記非
晶質半導体膜上に金属元素を導入して加熱処理を行なっ
た後、レーザアニールを行って得られた多結晶半導体膜
を基に作製された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の電気的
特性は非常に高いものとなるが、ばらつきが顕著になる
場合がある。【解決手段】非晶質半導体膜上に金属元素を導入して加
熱処理を行なって連続的な結晶化領域の中に非晶質領域
が点在する第１の多結晶半導体膜を得る。このとき、前
記非晶質領域を所定の範囲に収めておく。そして、前記
結晶化領域より前記非晶質領域にエネルギーを加えるこ
とができる波長域にあるレーザビームを前記第１の多結
晶半導体膜に照射すると、前記結晶化領域を崩すことな
く前記非晶質領域を結晶化させることができる。以上の
結晶化工程を経て得られた第２の多結晶半導体膜を基に
ＴＦＴを作製すると、その電気的特性は高く、しかもば
らつきの少ないものが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタ
（以下、ＴＦＴと言う）で構成された回路を有する半導
体装置及びその作製方法に関する。例えば、液晶表示装
置に代表される電気光学装置、及び電気光学装置を部品
として搭載した電気機器の構成に関する。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、上記電気光学装置及
び電気機器もその範疇にあるとする。

【０００２】

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶
質半導体膜に対し、加熱、またはレーザアニール、また
は加熱とレーザアニールの両方を行い、結晶化させた
り、結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上
記半導体膜には珪素膜がよく用いられる。

【０００３】上記技術により得られた結晶質半導体膜は
多くの結晶粒からできているため、多結晶半導体膜と呼
ばれる。多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、
非常に高い移動度を有する。このため、多結晶半導体膜
を利用すると、例えば、従来の非晶質半導体膜を使って
作製した半導体装置では実現できなかったモノリシック
型の液晶電気光学装置（一枚の基板上に、画素駆動用と
駆動回路用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製した半
導体装置）が作製できる。

【０００４】このように、多結晶半導体膜は、非晶質半
導体膜と比較し、非常に電気的特性の高い半導体膜であ
る。これが、上記研究の行われる理由である。例えば、
加熱による非晶質半導体膜の結晶化を行うには、６００
℃以上の加熱温度と１０時間以上、好ましくは２０時間
以上の加熱時間が必要であった。この結晶化条件に耐え
る基板には、例えば、石英基板がある。しかしながら、
石英基板は高価で加工性に乏しく、特に大面積に加工す
るのは非常に困難であった。基板の大面積化は特に生産
効率を上げるためには必要不可欠な要素である。近年、
生産効率の向上のために基板を大面積化する動きが著し
く、新しく建設される生産工場のラインは、基板サイズ
６００ｍｍ×７２０ｍｍが標準となりつつある。

【０００５】このような大面積基板に石英基板を加工す
ることは現在の技術では難しく、たとえできたとしても
産業として成り立つ価格までは下がらないだろう。大面
積基板を容易に作製できる材料に、例えばガラスがあ
る。ガラス基板には、例えばコーニング７０５９と呼ば
れているものがある。コーニング７０５９は非常に安価
で加工性に富み、大面積化も容易である。しかしなが
ら、コーニング７０５９は歪点温度が５９３℃であり、
６００℃以上の加熱には問題があった。

【０００６】ガラス基板の１つに、歪点温度が比較的高
いコーニング１７３７というものがある。これの歪点温
度は６６７℃と高い。これに非晶質半導体膜を成膜し、
６００℃、２０時間の雰囲気に置くと、作製工程に影響
するほどの基板の変形は見られなかった。しかしなが
ら、２０時間の加熱時間は量産工程としては長すぎ、加
熱温度６００℃は、コストの面から考えると、少しでも
低い方が好ましかった。

【０００７】このような問題を解決するため、新しい結
晶化の方法が考案された。前記方法の詳細は特開平７-
１８３５４０号公報に記載されている。ここで、前記方
法を簡単に説明する。まず、非晶質半導体膜にニッケル
または、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加す
る。添加の方法は、プラズマ処理法や蒸着法、イオン注
入法、スパッタ法、溶液塗布法等を利用すればよい。前
記添加の後、例えば５５０℃の窒素雰囲気に４時間、非
晶質半導体膜を置くと、電気的特性の良好な多結晶半導
体膜が得られる。結晶化に最適な加熱温度や加熱時間等
は、前記元素の添加量や、非晶質半導体膜の状態によ
る。

【０００８】以上、加熱による非晶質半導体膜の結晶化
の方法の例を記した。一方、レーザアニールによる結晶
化は、基板の温度を余り上昇させずに、非晶質半導体膜
にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪点
の低いガラス基板には勿論、プラスチック基板等にも用
いることが出来る。

【０００９】レーザアニールに用いられるレーザの種類
はエキシマレーザ、Ａｒレーザ等が挙げられる。出力の
大きい、パルス発振のレーザビームを被照射面におい
て、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の
線状となるように光学系にて加工し、レーザビームを走
査させて(あるいはレーザビームの照射位置を被照射面
に対し相対的に移動させて)、レーザアニールを行う方
法が、生産性が高く工業的に優れているため、好んで使
用されている。

【００１０】特に、被照射面においてレーザビームの形
状が線状であるレーザビーム（以下線状ビームと表記す
る）を用いると、前後左右の走査が必要なスポット状の
レーザビームを用いた場合とは異なり、線状ビームの線
方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザビ
ームを照射することができるため、生産性が高い。線方
向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率の良い
走査方向であるからである。この高い生産性により、現
在レーザアニールにはパルス発振のエキシマレーザを適
当な光学系で加工した線状ビームを使用することが主流
になりつつある。

【００１１】また、非晶質半導体膜に対し、加熱による
結晶化を行った後にレーザアニールによる結晶化を行う
方法もある。この方法を行うと、加熱またはレーザアニ
ールのどちらかだけで結晶化を行う場合より半導体膜と
しての電気的特性が向上する場合がある。高い電気的特
性を得るためには、加熱条件とレーザアニール条件を最
適化する必要がある。前記方法を用いて得られた多結晶
半導体膜を使い、例えば公知の方法で薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を作製すると前記ＴＦＴの電気的特性が大き
く向上する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】より高い電気的特性を
持つ半導体膜を得るために、例えば、非晶質半導体膜に
対し、加熱による結晶化を行った後に、更にレーザアニ
ールを行う方法がある。前記方法を用いると、加熱また
はレーザアニールのどちらか一方だけで結晶化を行う場
合より、半導体膜としても電気的特性を向上させること
が出来る。高い電気的特性を得るためには、加熱条件と
レーザアニール条件を最適化する必要がある。前記方法
を用いて得られた多結晶半導体膜を薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）の活性層とすれば、ＴＦＴの電気的特性は大
きく向上するが、同時に電気的特性のばらつきが顕著に
なる場合もあった。前記電気的特性のばらつきは、例え
ば、前記方法で得られた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を
使ってアクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製す
ると、表示むら等の不良原因となった。本発明は、前記
ばらつきが抑えられた高品質のＴＦＴを作製することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記ＴＦＴ
の電気的特性のばらつきの原因が非晶質半導体膜の結晶
化の工程にあると考えた。前述したとおり、高い電気的
特性をもつＴＦＴを得るためには、例えば、前記結晶化
の工程において、非晶質半導体膜を加熱し、さらにレー
ザアニールする段階を経る必要がある。これらの加熱の
工程と、レーザアニールの工程とを最適化すれば、前記
ＴＦＴの電気的特性のばらつきが抑えられる可能性があ
る。

【００１４】まず、加熱の工程に着目し、前記工程の最
適化を行う。前記最適化の実験を行うにあたり、非晶質
半導体膜には、非晶質珪素膜を用いた。前記非晶質珪素
膜に加熱処理を行った後、加熱条件によっては結晶化部
分と非晶質部分の混在した多結晶珪素膜が得られる。前
記混在した状態を詳しく解析するために、次のような実
験を行った。

【００１５】まず、非晶質珪素膜に加熱処理を行う際の
加熱時間を振った実験について述べる。５インチ角のガ
ラス基板（一辺５インチの正方形のガラス基板を指
す。）上にプラズマＣＶＤ装置により窒化酸化珪素膜１
００ｎｍ、非晶質珪素膜５５ｎｍ成膜する。なお、本明
細書中において、窒化酸化珪素膜とはＳｉＯxＮyで表さ
れる絶縁膜であり、珪素、酸素、窒素を所定の割合で含
む絶縁膜を指す。次に、特開平７−１８３５４０号公報
に記載された方法を利用し、酢酸ニッケル水溶液（重量
換算濃度５ｐｐｍ、体積５ｍｌ）を前記非晶質珪素膜表
面にスピンコート法にて塗布した。続いて、温度５００
℃の窒素雰囲気で１時間、更に温度５５０℃の窒素雰囲
気で４時間、または８時間、または１２時間加熱し、多
結晶珪素膜を形成した。前記多結晶珪素膜を光学顕微鏡
の明視野透過モード５００倍で観察したものを図１に示
す。図１（ａ）には５５０℃で４時間加熱し得られた多
結晶珪素膜を、図１（ｂ）には５５０℃で８時間加熱し
得られた多結晶珪素膜を、図１（Ｃ）には５５０℃で１
２時間加熱し得られた多結晶珪素膜をそれぞれ示す。

【００１６】これらの条件での加熱による結晶化では、
結晶化領域（図５（ｂ）５００１；白い領域）と非晶質
領域（図５（ｂ）５００２；黒い領域）とが混在してい
る。ここで、結晶化領域と非晶質領域は、図１および図
５（ｂ）を比較すると、加熱時間が長くなるにつれて黒
い領域が減少することが予想できる。そのため、図５
（ｂ）において白い領域５００１を結晶化領域、黒い領
域５００２を非晶質領域と断定した。本明細書中では、
外周を多結晶の領域で囲まれている非晶質部分を非晶質
領域と呼称する。すなわち、図５（ｂ）の黒い領域５０
０２は、非晶質領域の１つである。図５（ｂ）に見られ
るような非晶質領域を無数に有する多結晶珪素膜をより
詳細に解析するため、非晶質領域の各々の面積を画像処
理により解析した。

【００１７】ここで、画像処理の方法について説明す
る。光学顕微鏡の明視野透過モードでデジタルカメラに
より撮影した写真を図２（ａ）に示す。非晶質領域と結
晶化領域に分離するため、前記写真に対して画像処理を
行い２階調化する。前記写真を直接２階調化する方法も
あるが、写真の中央の明るさと、写真の端の明るさの違
いの影響までが強く現れてしまうことがある。このよう
な明暗の影響を抑えるために、前記写真をＲＧＢ（赤、
緑、青）やＣＭＹＫ（シアン、マゼンダ、黄、黒）など
に分離してから２階調化する方が良い。前記写真ではＲ
ＧＢで分離する方法を用いると、画像処理を容易に行う
ことが出来た。今回の実験では、ＲＧＢで分離したが、
解析する対象によってはＣＭＹＫ等で分離してもよい。

【００１８】図２（ａ）をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）の３つに分離したものをそれぞれ、図２（ｂ）、
図３（ａ）、図３（ｂ）に示す。また、Ｒ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）に分離した各々の写真に基づく階調
（濃度）ヒストグラムを図４に示す。図４によると、Ｒ
（赤）とＢ（青）とＧ（緑）に分離する前はピークが２
つ現れている。しかしながら、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）の３つに分離すると、Ｒ（赤）とＢ（青）ではピ
ークが1つしか現れていないが、Ｇ（緑）ではピークが
２つ現れていることから、Ｇ（緑）のみ非晶質の部分と
結晶化の部分の分離が出来ていることがわかる。そこで
Ｇ（緑）画像を非晶質の部分と結晶の部分とに分離する
ために２階調化した画像を図５（ａ）に示す。２階調に
分けるラインは、図４においてＧ（緑）の２つのピーク
の間にある極小値のところに設けた。

【００１９】そこでＧ（緑）画像を図４で示した２つの
ピークの間に存在する極小値で分離して２階調化し、非
晶質領域と結晶化領域に分離したものを図５（ａ）に示
す。図５（ａ）における非晶質領域の面積を画像処理ソ
フト（NIH-Image）を用いて計算した。加熱時間と、珪
素膜の総面積に対する加熱処理後の前記非晶質領域の総
面積の割合との関係を表したのが図６（ａ）である。図
６（ａ）より、加熱時間が長い程、非晶質領域の総面積
の割合が低くなっている。

【００２０】また、図５（ａ）に於ける各々の非晶質領
域の面積を画像処理ソフト（NIH-Image）を用いて計算
し、図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）は確率統計分布図で
あり、横軸は非晶質領域の各々の面積を示し、縦軸は確
率を示している。図６（ｂ）中、○印は、図１（ａ）に
示した多結晶珪素膜中に含まれる非晶質領域の各々の面
積を確率統計分布図に表したものであり、△印が、図１
（ｂ）に示したものを同様に表したものであり、また、
×印が、図１（ｃ）に示したものを同様に表したもので
ある。図６（ｂ）より、４時間加熱したものには１０μ
ｍ²以上の非晶質領域が存在しているが、８時間加熱し
たものと１２時間加熱したものには存在していない。更
に、４時間加熱したものは他の場合に比べて前記非晶質
領域の面積のばらつきも大きい。

【００２１】そして、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１
（Ｃ）で示した多結晶珪素膜に対してそれぞれレーザア
ニールを行う。前記多結晶珪素膜を基に薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）を作製してｎチャネルの電気的特性を測定
した。その結果を図７の確率統計分布図に示す。図７中
の○印、△印、×印は、図６（ｂ）中に示した記号に対
応する。すなわち、○印は、温度５５０℃で４時間加熱
し得られた多結晶珪素膜を使い作製されたＴＦＴの電気
的特性を、△印は、温度５５０℃で８時間加熱し得られ
た多結晶珪素膜を使い作製されたＴＦＴの電気的特性
を、×印は、温度５５０℃で１２時間加熱し得られた多
結晶珪素膜を使い作製されたＴＦＴの電気的特性を示
す。図７（ａ）はＶｔｈの確率統計分布を示し、図７
（ｂ）はＳ値の確率統計分布を示し、図７（ｃ）は移動
度の確率統計分布を示している。４時間加熱して得られ
た多結晶珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、その電気
的特性は、８時間加熱したものや１２時間加熱したもの
と比較して大きなばらつきを生じている。つまり、図６
（ａ）および図７から、珪素膜の全面積に対する非晶質
領域の総面積の割合が最も高いと、電気的特性でばらつ
きが生じることがわかる。また、図６（ｂ）および図７
から、非晶質領域の面積の比較的大きなものがあると、
電気的特性でばらつきが生じることがわかる。

【００２２】次に他の実験に関して述べる。上述の実験
では、酢酸ニッケル水溶液の重量換算の濃度を５ｐｐｍ
としたが、本実験では１０ｐｐｍのものを使用する。ま
た、本実験では、加熱時間を振るのではなく、加熱温度
を振って、得られる多結晶珪素膜における非晶質領域の
面積の確率統計分布や、ＴＦＴの電気的特性との相関が
どうなるかを調べた。

【００２３】まず、５インチ角のガラス基板上にプラズ
マＣＶＤ装置により窒化酸化珪素膜１００ｎｍ、非晶質
珪素膜５５ｎｍ成膜した後、酢酸ニッケル水溶液（重量
換算濃度１０ｐｐｍ、体積５ｍｌ）をスピンコート法に
て表面に塗布した。続いて、温度５００℃の窒素雰囲気
で１時間加熱し、更に、連続的に温度５５０℃、また
は、温度５７５℃、または、温度６００℃の窒素雰囲気
で４時間加熱し、多結晶珪素膜を形成した。前記多結晶
珪素膜を光学顕微鏡の明視野透過モードで５００倍で観
察したものを図８に示す。図８（ａ）には５５０℃で加
熱し得られた多結晶珪素膜の写真を、図８（ｂ）には５
７５℃で加熱し得られた多結晶珪素膜の写真を、図８
（ｃ）には６００℃で加熱し得られた多結晶珪素膜の写
真をそれぞれ示す。

【００２４】図８（ａ）〜（ｃ）に、図２（ａ）に行っ
たものと同様の画像処理を行い、多結晶珪素膜を非晶質
領域と結晶化領域に分離した。加熱温度と、珪素膜全面
積に対する前記非晶質領域の総面積の割合との関係を図
９に示す。図９（ａ）より、加熱温度が高くなる程、非
晶質領域は観察されなくなることが分かる。特に、６０
０℃で加熱し得られた多結晶珪素膜においては、光学顕
微鏡（５００倍、明視野透過モード）での観察で、非晶
質領域はほとんど見られなかった。

【００２５】また、前記画像処理により分離した非晶質
領域の各々の面積を確率統計分布図にしたものを図９
（ｂ）に示す。図９（ｂ）中の○は加熱温度５５０℃、
△は５７５℃、×は６００℃で処理したものの確率統計
分布を示している。図９（ｂ）より、５５０℃で加熱し
たものと５７５℃で加熱したものには０．３μｍ²以上
の非晶質領域が存在しているが、６００℃で加熱したも
のには０．３μｍ²以上の非晶質領域は存在していな
い。

【００２６】それぞれの加熱温度で得られた多結晶珪素
膜に対してレーザのエネルギーを振ってレーザアニール
を行なう。前記多結晶珪素膜を基にＴＦＴを作製してｎ
チャネル型ＴＦＴの電気的特性を測定したものを図１
０、１１に示す。図１０（ａ）〜（ｄ）は温度５００
℃の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度５５０℃の
窒素雰囲気で４時間加熱し得られたＴＦＴの電気的特性
の分布を示した。図１０（ｅ）〜（ｈ）は温度５００℃
の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度５７５℃の窒
素雰囲気で４時間加熱し得られたＴＦＴの電気的特性の
分布を示した。図１１（ａ）〜（ｄ）は温度５００℃の
窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度６００℃の窒素
雰囲気で４時間加熱し得られたＴＦＴの電気的特性の分
布を示した。図１０（ａ）、図１０（ｅ）、図１１
（ａ）はレーザのエネルギー密度に対するＶｔｈを示
し、図１０（ｂ）、図１０(f)、図１１(b)はレーザのエ
ネルギー密度に対するＳ値を示し、図１０（ｃ）、図１
０（ｇ）、図１１（ｃ）はレーザのエネルギー密度に対
するＳｈｉｆｔを示し、図１０（ｄ）、図１０（ｈ）、
図１１（ｄ）はレーザのエネルギー密度に対する移動度
を示している。ここでＳｈｉｆｔとは、ドレイン電流の
立ち上がるときのゲート電圧値のこととする。

【００２７】図１０、１１を比較すると、温度５００℃
の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度６００℃の窒
素雰囲気で４時間加熱して得られた多結晶珪素膜を基に
作製されたＴＦＴの電気的特性がレーザのエネルギー変
動に対して最も敏感に影響を受けていることが分かる。
つまり、図９、１１より、加熱処理後の多結晶珪素膜中
に非晶質領域がほとんどないと、レーザのエネルギー変
動によって電気的特性が大きく変動する。このように、
図９で示した加熱温度６００℃で得られた多結晶珪素膜
に非晶質領域がほとんどないことと、図１０、図１１に
示したレーザのエネルギー条件によってＴＦＴの電気的
特性が比較的大きく変動することとで相関が取れている
ことがわかる。

【００２８】以上に述べたように、非晶質珪素膜に対す
る加熱処理後、結晶化しなかった非晶質領域の総面積と
ＴＦＴの電気的特性に相関があることが分かる。また、
結晶化しなかった非晶質領域の各々の面積とＴＦＴの電
気的特性に相関があることが分かる。本発明は課題を解
決するために、以下の手段を用いて、結晶質珪素膜を得
る。非晶質珪素膜上に前記非晶質珪素膜の結晶化あるい
は結晶性の向上を助長する金属元素を導入し、前記非晶
質珪素膜に加熱処理を行い、結晶化させる。

【００２９】具体的には、プラズマ処理や蒸着、スパッ
タ法、イオン注入、溶液塗布等を利用して前記非晶質珪
素膜上に微量な元素（結晶化を助長する金属元素）を導
入し、加熱処理を行って前記非晶質珪素膜を結晶化させ
る。特に本発明では前記加熱処理に於いて、前記非晶質
珪素膜全面を結晶化させるのではなく、１つのＴＦＴの
活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が
前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し、
１．０〜８．０％、好ましくは１．０〜６．０％となる
多結晶珪素膜を作製することが重要である。すなわち、
１つのＴＦＴの活性層となる領域の９２〜９９％、好ま
しくは、９４〜９９％が結晶化している多結晶珪素膜を
作製することが重要である。このことは、電気的特性の
向上のために極めて重要である。但し、前記ＴＦＴの活
性層となる領域は、前記金属元素を導入した領域からそ
の周辺へと結晶成長が行われた領域内に作製されるもの
とする。

【００３０】前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中
に含まれる非晶質領域の総面積が活性層となる領域の面
積に対し、１．０〜８．０％、好ましくは１．０〜６．
０％であることが望ましいとした根拠について説明す
る。まず、下限値を１．０％としたことについて説明す
る。温度５７５℃の窒素雰囲気で４時間加熱した後の非
晶質領域の総面積は多結晶珪素膜の全面積の１．７５％
であり、温度６００℃の窒素雰囲気で４時間加熱した後
の非晶質領域の総面積は多結晶珪素膜の全面積に対して
０．００％であった。

【００３１】また、図１１より、温度６００℃で加熱処
理した多結晶珪素膜をレーザアニールし、前記多結晶珪
素膜を基にＴＦＴを作製したときの電気的特性はレーザ
アニール時のレーザのエネルギー変動に大きく影響を受
けている。現存するレーザアニールに適したレーザ発振
器は、レーザのエネルギー変動が大きく、作製する半導
体装置によっては歩留まりの低下の原因となっている。
よって、レーザのエネルギー変動に対し、ＴＦＴの電気
的特性が敏感に変動する珪素膜は、特に量産に適さな
い。

【００３２】そのため、加熱処理後の非晶質領域の総面
積は多結晶珪素膜の全面積の１．０％以上が必要であ
る。さらに、局所的に前記多結晶珪素膜の表面観察を行
っても、観察領域に対し非晶質領域の総面積が１．０％
以上となるのが望ましい。そこで、最小観察領域を１つ
のＴＦＴの活性層となる領域をとし、前記１つのＴＦＴ
の活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積
は前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対して
１．０％以上とするとした。

【００３３】次に、前記１つのＴＦＴの活性層となる領
域の中に含まれる非晶質領域の総面積が前記１つのＴＦ
Ｔの活性層となる領域の面積に対し、上限値を８．０
％、好ましくは６．０％としたことについて説明する。
温度５５０℃の窒素雰囲気で４時間加熱処理した後の非
晶質領域の面積は多結晶珪素膜の全面積の９．２５％で
あり、温度５５０℃の窒素雰囲気で８時間加熱処理した
後の非晶質領域の面積は多結晶珪素膜の全面積の５．６
３％であった。図７より、４時間加熱処理した多結晶珪
素膜にレーザアニールを行い、前記多結晶珪素膜を基に
ＴＦＴを作製したときの電気的特性はばらつきが大きく
なることから、上限を８．０％、好ましくは６．０％と
した。ここでも、下限値を決定した場合と同様の理由
で、前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれ
る非晶質領域の総面積を対象とする。

【００３４】また、多結晶珪素膜の有する非晶質領域の
面積が１０．０μｍ²以下であり、前記非晶質領域の少
なくとも１つの面積が０．３０μｍ²以上である前記多
結晶珪素膜にレーザアニールし、これを基にＴＦＴを作
製すると、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきが本実験
において最小になった。これを本発明の特徴の１つとす
る。

【００３５】前記非晶質領域の面積の上限を１０．０μ
ｍ²としたのは、図７で示したように、１０．０μｍ²以
上の非晶質領域を有する多結晶珪素膜をレーザアニール
し、これを基にＴＦＴを作製した場合の、前記ＴＦＴの
電気的特性のばらつきが非常に大きくなっているためで
ある。前記非晶質領域の少なくとも１つの面積が０．３
０μｍ²以上であることを本発明の特徴とした理由は、
図１０、図１１で示したように、加熱処理後に０．３０
μｍ²以上の面積の非晶質領域が全くなくなった多結晶
珪素膜にレーザアニールを行った場合、レーザのエネル
ギー変動によってＴＦＴの電気的特性が大きく変化する
からである。現存するレーザアニールに適したレーザ発
振器は、レーザのエネルギー変動が大きく、作製する半
導体装置によっては歩留まりの低下の原因となってい
る。よって、レーザのエネルギー変動に対し、ＴＦＴの
電気的特性が敏感に変動する工程は、特に量産に適さな
い。

【００３６】上記の工程を経て作製された多結晶珪素膜
を基に、半導体装置を作製する。半導体装置には、薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオード、光センサ等があ
るが、いずれも前記非晶質珪素膜を基に作製出来る。

【００３７】上記では、非晶質珪素膜を加熱により結晶
化する方法を最適化した。次に、加熱により結晶化した
多結晶珪素膜をレーザアニールする方法を最適化する。
図１２に多結晶珪素膜と非晶質珪素膜の吸収係数の波長
依存性を示す。非単結晶珪素膜のレーザアニールによく
用いられるエキシマレーザの波長域（３５１ｎｍ以下）
では、多結晶珪素膜と非晶質珪素膜とは、互いに高い吸
収係数を有する。これが多結晶珪素膜や非晶質珪素膜の
レーザアニールにエキシマレーザがよく用いられる理由
である。

【００３８】前記金属元素を添加した加熱処理のみで得
られた多結晶珪素膜を使ってＴＦＴを作製した場合は、
前記金属元素を添加した加熱処理後にさらにレーザアニ
ール処理をした多結晶珪素膜を使ってＴＦＴを作製した
場合と比較して、高い電気的特性をもつＴＦＴが得られ
ない。たとえば、本明細書に記載した実験にて６００℃
の加熱温度で得られた多結晶珪素膜には、外見上ほとん
ど非晶質領域が残っていなかったが、これを基にＴＦＴ
を作製しても、高い電気的特性のものが得られていな
い。以上のことから、６００℃以下の低い温度での１２
時間以下の加熱処理のみでは、たとえ本明細書に記載し
た結晶化を助長する金属元素を使い、見かけ上ほとんど
結晶化したとしても微少な非晶質部分が残っており、そ
れが原因で高い電気的特性が出ないと推測できる。

【００３９】図３５（ａ）に、厚さ５５ｎｍの非晶質珪
素膜に重量換算で濃度１０ｐｐｍの酢酸ニッケル水溶液
をスピンコート法にて添加し、５５０℃の窒素雰囲気に
て４時間加熱したもののＳＥＭ写真を示す。図３５
（ｂ）には図３５（ａ）で示した珪素膜に、さらに波長
３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザをエネルギー密度
４００ｍＪ/ｃｍ²にて照射し、レーザアニールしたもの
のＳＥＭ写真を示す。前記４００ｍＪ/ｃｍ²の条件は最
も高い電気的特性をもつＴＦＴを得るために最適化して
いる。図３５の写真では、表面の状態が判りにくいの
で、適当な画像処理により表面状態を強調したものを図
３６に示す。図３５（ａ）、（ｂ）の写真は、それぞれ
図３６（ａ）、（ｂ）に対応している。

【００４０】図３６をみて判るように、加熱処理のみを
行い得られた多結晶珪素膜の表面には、不定形の連続的
な結晶化領域中に非晶質領域（図中、島状に見える領
域）が点在する様子が見られる。一方、加熱処理に加え
レーザアニールを行い得られた多結晶珪素膜の表面に
は、深い溝のようなものに囲まれた粒が多数見られた。
前記深い溝は、多結晶珪素膜に含まれる単結晶の粒の境
界である。前記境界においては、単結晶が不連続に互い
に接しており、これがＴＦＴの電気的特性を低下させる
要因となっている。一方、加熱処理のみを行い得られた
多結晶珪素膜表面には目立った境界は見られず、結晶化
領域が連続的につながっており、隙間を埋めるように非
晶質領域が点在する状態となっている。このような状態
をもつ非単結晶珪素膜は、単結晶の粒同士の境界がはっ
きりしないので単結晶が多数存在する状態とは異なる
が、便宜上、本明細書中では、多結晶珪素膜と称すると
する。

【００４１】前述した通り、非晶質珪素膜の加熱処理の
みでは、十分に高い電気的特性の多結晶珪素膜は得られ
なかった。その理由として、加熱処理のみでは、得られ
る多結晶珪素膜中の非晶質領域を完全に消すことができ
ないことがあげられる。加熱処理の後にレーザアニール
を行い得られる多結晶珪素膜の電気的特性が高いのは、
加熱処理の後に残った前記非晶質領域をレーザアニール
により結晶化しているからである。

【００４２】しかしながら、加熱処理により得られた多
結晶珪素膜に、従来よく用いられるエキシマレーザを使
ってレーザアニールすると、レーザビームが加熱処理に
より結晶化した部分にまで十分に吸収されるので、加熱
処理による結晶化の履歴がほとんど消えてしまった。す
なわち、加熱処理により得られた多結晶珪素膜は、エキ
シマレーザによるレーザアニールによりほぼ完全に溶融
して、しかる後に結晶化した。これによって、加熱処理
により形成されていた単結晶の粒同士の境界がはっきり
しない多結晶珪素膜の形状が完全に消失した。

【００４３】前述したように、多結晶珪素膜中の単結晶
の粒同士の境界がはっきりしないものを用いた方が、高
い電気的特性をもつＴＦＴを得られる可能性が高い。よ
って、前記加熱処理によって得られた結晶化領域が連続
的につながっている多結晶珪素膜に含まれる非晶質領域
のみにエネルギーを与えることができれば、前記加熱処
理でできた連続的につながっている結晶化領域の形状を
崩さずに前記非晶質領域のみを結晶化させることができ
る。

【００４４】本発明者は、多結晶珪素と非晶質珪素の吸
収係数の波長依存性に着目し、多結晶珪素膜に含まれる
非晶質領域に主にエネルギーを与える方法を考案した。
すなわち、結晶化領域と比較して、非晶質領域により多
くのエネルギーが与えられる波長の領域をもつレーザビ
ームを、レーザアニールの手段に用いれば、非晶質領域
のみを主にレーザアニールすることが可能となる。この
ようなことを可能にするレーザビームの波長域は、図１
２から判るように、３６０〜６５０ｎｍ、好ましくは４
００〜６００ｎｍの範囲にある。前記範囲は、レーザビ
ームの照射対象が、非晶質領域を有する多結晶珪素膜で
ある場合にのみ有効な範囲である。よって、照射対象と
なる半導体膜が異なれば、前記範囲は新たに設定しなけ
ればならない。本発明は、珪素膜のみでなく他の半導体
膜に対しても応用できることは容易に推測できる。

【００４５】非晶質半導体膜として非晶質珪素膜を用い
る場合、加熱処理により生じる多結晶珪素膜の有する連
続的な結晶化領域の構造を残したまま、レーザアニール
を行うためには、用いるレーザビームの波長を３６０〜
６５０ｎｍ、好ましくは４００〜６００ｎｍの範囲とす
ることが必須である。

【００４６】上記の波長範囲にあるレーザビームには、
ＹＡＧレーザの第２高調波、ガラスレーザの第２高調
波、Ａｒレーザ、ＹＬＦレーザの第２高調波、ＹＶＯ₄
レーザの第２高調波等がある。そのうち特に大出力のレ
ーザビームが得られるものは、ＹＡＧレーザの第２高調
波、ガラスレーザの第２高調波等がある。

【００４７】上記の工程を経て作製された多結晶珪素膜
を用いて、半導体装置を作製する。半導体装置には、薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオード、光センサ等が
あるが、いずれも前記多結晶珪素膜を基に作製出来る。

【００４８】本明細書で開示する本発明の作製方法の１
つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を
助長する金属元素を導入する第１の工程と、加熱処理に
より前記非晶質半導体膜を部分的に結晶化させて第１の
多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多
結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビー
ムを照射して第２の多結晶半導体膜を形成する第３の工
程と、を有し、前記第１の多結晶半導体膜のＴＦＴの活
性層となる領域は、９２〜９９％が結晶化していること
を特徴とする半導体装置の作製方法である。

【００４９】本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半
導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元
素を導入する第１の工程と、加熱処理により前記非晶質
半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜
を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に
波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第
２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、
前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域に於いて９２〜９９％が結晶化し、前記第２の多結晶
半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９
９％以上結晶化することを特徴とする半導体装置の作製
方法である。

【００５０】本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半
導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元
素を導入する第１の工程と、加熱処理により前記非晶質
半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜
を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に
波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第
２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、
前記第１の多結晶半導体膜のＴＦＴの活性層となる領域
は、９４〜９９％が結晶化していることを特徴とする半
導体装置の作製方法である。

【００５１】本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半
導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元
素を導入する第１の工程と、加熱処理により前記非晶質
半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜
を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に
波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第
２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、
前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域に於いて９４〜９９％が結晶化し、前記第２の多結晶
半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９
９％以上結晶化することを特徴とする半導体装置の作製
方法である。

【００５２】本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半
導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元
素を導入する工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理に
より部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成
する工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０
〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半
導体膜とする工程と、を有し、前記第１の多結晶半導体
膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ²以
下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は
０．３０μｍ²以上であることを特徴とする半導体装置
の作製方法の作製方法である。

【００５３】本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半
導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元
素を導入する工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理に
より部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成
する工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００
〜６００ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半
導体膜とする工程と、を有し、前記第１の多結晶半導体
膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ²以
下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は
０．３０μｍ²以上であることを特徴とする半導体装置
の作製方法である。

【００５４】上記の発明において、前記波長は４００〜
６００nmであると、非晶質珪素膜と多結晶珪素膜との吸
収係数の差がより大きくなるので好ましい。

【００５５】上記発明において、前記金属元素は、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種または複数種類の
元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。

【００５６】上記発明において、前記金属元素は、８
族、１Ｂ族、３Ｂ族、４Ｂ族、５Ｂ族元素から選ばれた
一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行
われるのでよい。

【００５７】上記発明において、前記レーザビームは、
ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレ
ーザのいずれかであると所望の波長のレーザビームが得
られる。

【００５８】上記発明において、前記レーザビームは、
ＹＡＧレーザの第２高調波、ガラスレーザの第２高調
波、ＹＶＯ₄レーザの第２高調波、ＹＬＦレーザの第２
高調波のいずれかであると所望の波長のレーザビームが
得られる。

【００５９】上記発明において、前記半導体装置は、液
晶表示装置、または発光装置とすることができる。

【００６０】上記発明において、前記半導体装置は、携
帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクタ
ー、ゴーグル型ディスプレイ、パーソナルコンピュー
タ、ＤＶＤプレイヤー、電子書籍、または携帯型情報端
末とすることができる。

【００６１】本発明の構成を以下に示す。

【００６２】本明細書に開示する本発明の構成は、非晶
質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金
属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層とな
る領域の９２〜９９％を結晶化させて第１の多結晶半導
体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３
６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成させた
第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特
徴とする半導体装置である。

【００６３】本発明の他の構成は、非晶質半導体膜に前
記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入さ
せ、加熱処理により、ＴＦＴの活性層となる領域の９４
〜９９％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成さ
せ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０
ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶
半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導
体装置である。

【００６４】本発明の他の構成は、非晶質半導体膜に前
記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入さ
せ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域における
非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ²以下であり、
前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ
²以上である第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第
１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレー
ザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜を
ＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置であ
る。

【００６５】本発明の他の構成は、非晶質半導体膜に前
記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入さ
せ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域における
非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ²以下であり、
前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ
²以上である第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第
１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍのレー
ザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜を
ＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置であ
る。

【００６６】本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体
膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装
置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非
晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、
加熱処理により、ＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９
９％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、
前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜であることを特徴とする半導体装置である。絶縁表
面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有
する半導体装置の作製方法は、実施例にて詳しく記載し
た。

【００６７】本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体
膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装
置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非
晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、
加熱処理により、ＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９
９％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、
前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜であることを特徴とする半導体装置である。

【００６８】本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体
膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装
置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非
晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素または前記金
属元素を含む化合物を添加し、加熱処理を行い部分的に
結晶化させ得られる第一の多結晶半導体膜に、レーザビ
ームを照射し得られる第二の多結晶半導体膜であり、前
記第一の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面
積は１０．０μｍ²以下であり、前記非晶質領域の少な
くとも１つの面積は０．３０μｍ²以上であり、前記レ
ーザビームの波長は、３６０〜６５０ｎｍであることを
特徴とする半導体装置である。絶縁表面上に半導体膜
と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置
の作製方法は、実施例にて詳しく記載した。

【００６９】本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体
膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装
置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非
晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素または前記金
属元素を含む化合物を添加し、加熱処理を行い部分的に
結晶化させ得られる第一の多結晶半導体膜に、レーザビ
ームを照射し得られる第二の多結晶珪素膜であり、前記
第一の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面積
は１０．０μｍ²以下であり、前記非晶質領域の少なく
とも１つの面積は０．３０μｍ²以上であり、前記レー
ザビームの波長は、４００〜６００ｎｍであることを特
徴とする半導体装置である。絶縁表面上に半導体膜と、
ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置の作
製方法は、実施例にて詳しく記載した。

【００７０】上記発明において、前記金属元素は、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種または複数種類の
元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。

【００７１】上記発明において、前記金属元素は、８
族、１Ｂ族、３Ｂ族、４Ｂ族、５Ｂ族元素から選ばれた
一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行
われるのでよい。

【００７２】上記発明において、前記半導体装置は、液
晶表示装置、または発光装置とすることができる。

【００７３】上記発明において、前記半導体装置は、携
帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクタ
ー、ゴーグル型ディスプレイ、パーソナルコンピュー
タ、ＤＶＤプレイヤー、電子書籍、または携帯型情報端
末とすることができる。

【００７４】

【発明の実施の形態】非晶質珪素膜を加熱処理により部
分的に結晶化させ、１つのＴＦＴの活性層となる領域の
中に含まれる非晶質領域の総面積が、前記１つのＴＦＴ
の活性層となる領域に対し１．０〜８．０％となる多結
晶珪素膜を作製する方法について説明する。まず基板と
して、厚さ０．７ｍｍ、５インチ角のコーニング１７３
７基板を用意した。基板にプラズマＣＶＤ装置を用い
て、厚さ２００ｎｍの窒化酸化珪素膜を成膜し、窒化酸
化珪素膜表面に厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜し
た。前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を重量
換算で１０ｐｐｍ含有させた溶液（体積５ｍｌ）を塗布
し、基板を温度５００℃の窒素雰囲気に１時間、更に温
度５５０℃の窒素雰囲気で4時間の加熱を行った。

【００７５】前記加熱処理により１つのＴＦＴの活性層
となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積は前記１
つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し、１．０〜
８．０％となる多結晶珪素膜を得た。また、前記非晶質
領域の各々の面積は１０．０μｍ²以下であり、前記非
晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ²以上
である。上記の結晶化の諸条件は所望の多結晶珪素膜を
得るための目安である。実施者は本発明が示す範囲に非
晶質領域の面積が入るように諸条件を最適化しなければ
ならない。

【００７６】次に、例えば図１３に示す光学系を用いて
レーザ発振器から出たレーザビームを線状ビームに加工
してレーザアニールを行う。光学系の詳細は実施例１に
て示す。また、出力の比較的小さなレーザ発振器を使う
場合は、例えば長さ１０．０ｃｍ以上の線状ビームに加
工するにはエネルギー密度が十分でないため、照射対象
を配置する面にてレーザビームを十分に集光して、基板
全面を網羅するようにして照射する。前記照射方法とし
て、例えばガルバノメータとf-θレンズを用いて照射す
る方法がある。出力の比較的小さなレーザ発振器が出す
レーザビームの例に、ＹＶＯ₄レーザ（第２高調波）、
ＹＬＦレーザ（第２高調波）、Ａｒレーザ等が挙げられ
る。その後、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法
でＴＦＴを作製する。

【００７７】また、出力の小さなレーザ発振器を使う場
合は、例えば長さ１０．０ｃｍの線状ビームに加工する
にはエネルギー密度が十分でないため、基板全面を点光
源で網羅するようにして照射する。その手段として、例
えばガルバノメータを用いて照射する方法がある。前記
方法の光学系の一例を図１４に示す。前記光学系を用い
る際の現時点で代表的なレーザ発振器としてはＡｒレー
ザ等が挙げられる。その他、出力の比較的小さなレーザ
発振器が出すレーザビームの例に、ＹＶＯ₄レーザ（第
２高調波）、ＹＬＦレーザ（第２高調波）等がある。

【００７８】以上のような方法で非晶質領域を有する多
結晶珪素膜にレーザアニールを行う。前記多結晶珪素膜
を基にＴＦＴを作製すると、前記ＴＦＴの電気的特性の
ばらつきは少なくなる。

【００７９】本実施形態では、非晶質半導体膜の例とし
て非晶質珪素膜を用いた場合を記述したが、非晶質珪素
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
膜を適用しても本発明の本質に何ら影響しない。

【００８０】

【実施例】［実施例１］本実施例は本発明のレーザアニ
ール工程において、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いて
レーザアニールを行う場合について説明する。

【００８１】基板として、厚さ０．７ｍｍ、５インチ角
のコーニング１７３７基板を用意した。基板にプラズマ
ＣＶＤ装置を用いて、厚さ２００ｎｍの窒化酸化珪素膜
を成膜し、窒化酸化珪素膜表面に厚さ５０ｎｍの非晶質
珪素膜を成膜した。前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長
する元素を含有させた溶液を塗布する。前記溶液とし
て、例えば酢酸ニッケル溶液を用いる場合、前記酢酸ニ
ッケル溶液（重量換算濃度１０ｐｐｍ、体積５ｍｌ）を
スピンコートにより膜上全面に塗布する。

【００８２】次に、基板に対し、温度５００℃の窒素雰
囲気に１時間、更に温度５５０℃の窒素雰囲気に４時間
の加熱を行った。前記加熱処理により部分的に結晶化さ
せ１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶
質領域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域
の面積に対し１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を得
る。また、前記非晶質領域の面積は１０．０μｍ²以下
であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．
３０μｍ²以上である。上記の結晶化の諸条件は所望の
多結晶珪素膜を得るための目安である。実施者は本発明
が示す範囲に非晶質領域の総面積が入るように諸条件を
最適化しなければならない。

【００８３】前記多結晶珪素膜中に残留する微小な非晶
質領域を結晶化させるため、前記多結晶珪素膜に対し、
ＹＡＧレーザの第2高調波（波長５３２ｎｍ）を照射す
る。図１２に示すように、ＹＡＧレーザの第２高調波に
おいては、非晶質珪素の吸収係数の方が多結晶珪素のそ
れより十分高いため、前記加熱処理によって得られた多
結晶珪素膜に含まれる非晶質領域のみにエネルギーを与
えることができる。すなわち、前記加熱処理でできた連
続的につながっている結晶化領域の形状を崩さずに前記
非晶質領域を結晶化することができる。

【００８４】本実施例では、ＹＡＧレーザの第２高調波
を、被照射面において線状に加工したレーザビームを使
い、前記多結晶珪素膜をレーザアニールする例を示す。
被照射面において線状にレーザビームを加工するための
光学系は、図１３にて示したものとする。

【００８５】高い透過率、高い耐レーザ性を得るために
は、上記光学系の母材は例えばすべて石英とするとよ
い。また、コーティングは、使用するレーザビームの波
長（本実施例の場合は５３２ｎｍである。）に対する透
過率が９９％以上得られるものを使用するとよい。

【００８６】図１３は被照射面に於いてレーザビームの
形状を線状に加工するための光学系の構成の例である。
この構成は極めて一般的なものであり、あらゆる前記光
学系は図１３の構成に準じている。この構成は、被照射
面に於けるレーザビームの形状を線状に変換するだけで
なく、同時に、被照射面に於けるレーザビームのエネル
ギー均質化を果たすものである。

【００８７】まず、図１３の側面図について説明する。
レーザ発振器１００１から出たレーザビームは、シリン
ドリカルアレイレンズ１００２ａと１００２ｂにより、
レーザビームの進行方向に対し直角方向に分割される。
前記方向を本明細書中では、縦方向と呼ぶことにする。
前記縦方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前
記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構
成では、４分割となっている。これらの分割されたレー
ザビームは、シリンドリカルアレイレンズ１００４によ
り、いったん１つのレーザビームにまとめられる。ミラ
ー１００７で反射され、その後、ダブレットシリンドリ
カルレンズ１００８により、被照射面１００９にて再び
１つのレーザビームに集光される。ダブレットシリンド
リカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成
されているレンズのことを言う。これにより、線状ビー
ムの幅方向のエネルギー均質化がなされ、幅方向の長さ
が決定される。

【００８８】次に、図１３の上面図について説明する。
レーザ発振器１００１から出たレーザビームは、シリン
ドリカルアレイレンズ１００３により、レーザビームの
進行方向に対して直角方向で、かつ、縦方向に対して直
角方向に分割される。該方向を本明細書中では、横方向
と呼ぶことにする。前記横方向は、光学系の途中でミラ
ーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がる
ものとする。この構成では、７分割となっている。その
後、シリンドリカルレンズ１００５にて、レーザビーム
は被照射面１００９にて1つに合成される。これによ
り、線状ビームの長手方向のエネルギーの均質化がなさ
れ、また前記線状ビームの長さが決定される。前記光学
系を用いる際は、出力の大きいYAGレーザの第２高調波
（波長５３２ｎｍ）や、ガラスレーザの第２高調波（波
長５３０nm）等を用いる。

【００８９】上述で説明したように、シリンドリカルレ
ンズアレイ１００２aとシリンドリカルレンズアレイ１
００２ｂとシリンドリカルレンズアレイ１００３とがレ
ーザビームを分割するレンズとなる。これらの分割数
や、レーザ発振器から出るレーザビームのエネルギー分
布により、被照射面にて得られるレーザビームの均一性
が決まる。

【００９０】線状のレーザビームをそのレーザビームの
幅方向に徐々にずらしながら重ねて照射することによ
り、例えば非単結晶珪素膜全面に対しレーザアニールを
行って結晶化させたり、結晶性を向上させることができ
る。

【００９１】レーザ発振器は、非線形光学素子により第
２高調波を発生させたＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ、
パルス幅７ｎｓ）を使用する。前記レーザ発振器はパル
ス発振のレーザビームを発し、１パルスあたり８００ｍ
Ｊのエネルギーを出す能力を持っている。レーザビーム
の形状は円状であり、レーザビームの出口でのサイズは
直径９ｍｍ（半値幅）である。レーザビームの出口は、
本明細書中ではレーザ発振器からレーザビームが出た直
後における、レーザビームの進行方向に垂直な平面で定
義する。

【００９２】レーザビームの強度は、レーザビームの中
央ほど強いガウシアンの分布を示す。前記レーザビーム
のサイズは、図１３に示した光学系により、エネルギー
分布の一様な１２５ｍｍ×０．４ｍｍの線状のレーザビ
ームに変換される。

【００９３】一般的に、非単結晶珪素膜に対し線状ビー
ムを照射する場合、レーザビームのパルス間の重ね合わ
せのピッチは線状ビームの幅（半値幅における幅）の１
／１０前後が最も適当である。これにより、より高い均
一性で前記非単結晶珪素膜のレーザアニールを行うこと
ができる。上記の例では、前記幅が０．４ｍｍであるの
で、レーザ発振器のパルス周波数を３０Ｈｚ、照射対象
である非単結晶珪素膜を配置するステージの走査速度を
１．０ｍｍ／ｓとし、レーザビームを照射する。このと
き、レーザビームの被照射面におけるエネルギー密度は
５００ｍＪ／ｃｍ ²とする。これまで述べた方法は線状
ビームを使って半導体膜を結晶化するために用いられる
極めて一般的なものである。

【００９４】このようにして作製された多結晶珪素膜を
用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴ
ＦＴを作製する。前記ＴＦＴの電気的特性は良好であ
り、特に移動度が高く、Ｓ値の小さい電気的特性が得ら
れ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得
られる。

【００９５】［実施例２］本実施例では、非晶質珪素膜
に対し加熱処理を行った後、ＹＶＯ₄レーザの第２高調
波（波長５３２ｎｍ）を用いてレーザアニールを行う場
合の例について説明する。ＹＶＯ₄レーザは、レーザビ
ームの質が高いのが特徴で、レーザビームの質を表す１
つの指標であるＭ²が１に非常に近い。しかしながら、
現在、ＹＶＯ₄レーザの第２高調波で得られるレーザビ
ームのエネルギーは高くても１パルスあたり０.１ｍＪ
程度であるため、ほとんど点光源に絞る必要がある。Ｙ
ＶＯ₄レーザのレーザビームの質は非常に高いので、適
当な凸レンズを用いて集光すれば、非常に小さな点光源
とすることができる。ＹＶＯ₄レーザの第２高調波はパ
ルスレーザであり、２００００Hzの周波数で発振させる
ことができる。

【００９６】実施例１で示した非晶質珪素膜の結晶化工
程において、レーザアニールをする前の加熱工程まで終
えた多結晶珪素膜に対し、ＹＶＯ₄レーザの第２高調波
のレーザビームを照射し、レーザアニールする例を図１
４に沿って説明する。

【００９７】図１４において、レーザ発振器１４０１か
ら出るレーザビームはビームエキスパンダ１４０２によ
り、非晶質領域を結晶化するに足るエネルギー密度をも
つレーザビームに変換される。ビームエキスパンダは一
般にビームの大きさを大きくするものであるが、本実施
例の場合、所望のエネルギー密度によっては、ビームを
小さくする方向で用いてもよい。前記レーザビームは更
にガルバノメータ１４０３、f-θシリンドリカルレンズ
１４０４を経て基板１４０５に達している。ガルバノメ
ータ１４０３が振動することにより、ガルバノメータの
ミラーの角度が時間変化し、基板上でのレーザビームの
位置が１４０７で示した矢印の方向へ移動する。ガルバ
ノメータが半周期振動すると、基板の幅の端から端まで
レーザビームが移動するように調整されている。このと
き、基板上でのレーザビームの位置が移動しても、レー
ザビームのエネルギー密度が基板上で常に一定になるよ
うにf-θシリンドリカルレンズ１４０４は調整されてい
る。ガルバノメータが半周期振動すると、基板の幅の端
から端までレーザビームが移動する。これにより、レー
ザビームの照射された部分がレーザアニールされる。レ
ーザビームはパルス発振であるから、アニール位置が断
続的にならないように、ガルバノメータの振動の速度を
調整する。その後、ステージが１４０８で示した矢印の
方向に移動して、再び基板上で１４０７で示した方向へ
のレーザビームの移動が始まる。これらの動作を繰り返
させることにより、基板全面をレーザアニールすること
ができる。すなわち、ガルバノメータの回転による照射
位置の移動とステージの移動とを繰り返すことで基板全
面にレーザが照射される。

【００９８】図１２に示すように、ＹＶＯ₄レーザの第
２高調波（波長５３２ｎｍ）においては、非晶質珪素の
方が多結晶珪素より吸収率が十分高いため、加熱処理に
よって得られた多結晶珪素膜が有する連続的な結晶化領
域の形状を崩すことなく、非晶質領域の結晶化を行うこ
とが出来る。

【００９９】このようにして作製された多結晶珪素膜を
用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴ
ＦＴを作製する。前記TFTの電気的特性は良好であり、
特に移動度が高く、S値の小さい電気的特性が得られ、
しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られ
る。

【０１００】［実施例３］本実施例では、非晶質珪素膜
に対し加熱処理を行った後、ＹＬＦレーザの第２高調波
（波長５２７ｎｍ）を用いてレーザアニールを行う場合
の例について説明する。ＹＬＦレーザの第２高調波は、
レーザビームの出口でのサイズを直径５ｍｍ程度にでき
る。よって、レーザビームの形状やエネルギー密度を調
整することは、他の点光源に近いレーザビームと比較
し、遙かに容易である。しかしながら、現在、ＹＬＦレ
ーザの第2高調波で得られるレーザビームのエネルギー
は高くても１パルスあたり２０ｍＪ程度であるため、被
照射面にて直径２ｍｍ程度、もしくはそれ以下のサイズ
にレーザビームを絞り込まねば、非晶質領域を結晶化さ
せるのに十分なエネルギー密度は得られない。また、現
存するYLFレーザのパルス発振の周波数はｋＨｚオーダ
ーまで達している。

【０１０１】実施例１で示した非晶質珪素膜の結晶化工
程において、レーザアニールをする前の加熱工程まで終
えた多結晶珪素膜に対し、ＹＬＦレーザの第２高調波の
レーザビームを照射する。照射の方法は、例えば、実施
例２に示した方法に沿って行えばよい。ＹＬＦレーザの
周波数は、例えば１ｋＨｚ程度であるので、その周波数
に合わせガルバノメータの振動の速度を調整する必要が
ある。

【０１０２】図１２に示すように、ＹＬＦレーザの第2
高調波（波長５２７ｎｍ）においては、非晶質珪素の方
が多結晶珪素より吸収率が高いため、加熱処理によって
得られた多結晶珪素膜が有する連続的な結晶化領域の形
状を崩すことなく、非晶質領域の結晶化を行うことが出
来る。

【０１０３】このようにして作製された多結晶珪素膜を
用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴ
ＦＴを作製する。前記ＴＦＴの電気的特性は良好であ
り、特に移動度が高く、S値の小さい電気的特性が得ら
れ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得
られる。

【０１０４】［実施例４］本実施例では、非晶質珪素膜
に対し加熱処理を行った後、Ａｒレーザを用いてレーザ
アニールを行う場合の例について説明する。Ａｒレーザ
は、連続発光のものとパルス発振のものがあり、本実施
例においては、連続発光のものを使う。パルス発振のＡ
ｒレーザを用いても、本発明の本質にはなんら影響をも
たらさない。パルス発振ではなく連続発光のレーザを使
う利点は、レーザビームを高速で移動させても、レーザ
アニールの均一性が失われないことにある。パルス発振
のレーザビームにおいては、レーザビームをあまりに高
速で移動させると、パルス間で隣り合うレーザビーム同
士が分離する。これによりレーザアニールの均一性が失
われる。現在、連続発光のＡｒレーザで得られるレーザ
ビームのエネルギーは２０Ｗ程度であるため、被照射面
にて直径数十μｍ程度のサイズにレーザビームを絞れ
ば、非晶質領域を結晶化するに足るエネルギーが得られ
る。

【０１０５】実施例１で示した非晶質珪素膜の結晶化工
程において、レーザアニールをする前の加熱工程まで終
えた多結晶珪素膜に対し、Ａｒレーザを照射する。照射
の方法は、例えば、実施例２に示した方法に沿って行え
ばよい。本実施例にて使用するＡｒレーザは、連続発光
であるから、照射対象である多結晶珪素膜のレーザアニ
ールが十分に行えるように、ガルバノメータの振動の速
度を調整する必要がある。ガルバノメータがある速度以
上で振動した場合、多結晶珪素膜に与えられるレーザエ
ネルギーが不十分となるからである。

【０１０６】Ａｒレーザの強い発振波長は４８８．０ｎ
ｍと５１４．５ｎｍであり、これらの波長においては、
図１２に示すように非晶質珪素の方が多結晶珪素より吸
収率が十分に高いため、加熱処理によって得られた多結
晶珪素膜が有する連続的な結晶化領域の形状を崩すこと
なく、非晶質領域の結晶化を行うことが出来る。

【０１０７】このようにして作製された多結晶珪素膜を
用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴ
ＦＴを作製する。前記TFTの電気的特性は良好であり、
特に移動度が高く、Ｓ値の小さい電気的特性が得られ、
しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られ
る。

【０１０８】［実施例５］本実施例は非晶質珪素膜を結
晶化させるときの加熱温度を575℃にした場合について
説明する。

【０１０９】実施例１と同様の方法でＳｉＯ₂膜、非晶
質珪素膜を成膜し、前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長
する元素を含有させた溶液を塗布する。次に、基板に対
し、温度５００℃の窒素雰囲気に１時間、更に連続的に
温度５７５℃の窒素雰囲気に１時間の加熱を行う。これ
により前記非晶質珪素膜は多結晶珪素膜に変化する。前
記多結晶珪素膜は非晶質領域を含んでいる。

【０１１０】前記加熱処理により部分的に結晶化させ１
つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領
域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面
積に対し１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を得る。
また、前記非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ²以
下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は
０．３０μｍ²以上である。上記の結晶化の諸条件は所
望の多結晶珪素膜を得るための目安である。実施者は本
発明が示す範囲に非晶質領域の総面積が入るように諸条
件を最適化しなければならない。

【０１１１】この後、実施例１〜実施例４にて示したレ
ーザアニールの方法により、前記非晶質領域を結晶化さ
せる。これにより得られた多結晶珪素膜を基に、例えば
公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製す
る。前記ＴＦＴの電気的特性は良好で、特に移動度が高
く、S値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつき
の少ない電気的特性を持つものが得られる。

【０１１２】［実施例６］本発明の実施例を図１５〜図
１７に沿って説明する。ここでは、画素部の画素ＴＦＴ
および保持容量と、画素部の周辺に設けられる駆動回路
のＴＦＴを同時に作製する方法について工程に従って詳
細に説明する。

【０１１３】図１５（Ａ）において、基板１０１にはコ
ーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなど
に代表される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などを用い
る。ガラス基板を用いる場合には、ガラス歪み点よりも
１０〜２０℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておい
ても良い。そして、基板１０１のＴＦＴを形成する表面
に、基板１０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化珪
素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜か
ら成る下地膜１０２を形成する。例えば、プラズマＣＶ
Ｄ法でＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化
珪素膜１０２ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１
００nm）、同様にＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒
化水素化珪素膜１０２ｂを５０〜２００nm（好ましくは
１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。ここでは下
地膜１０２を２層構造として示したが、前記絶縁膜の単
層膜または２層以上積層させて形成しても良い。

【０１１４】酸化窒化珪素膜は平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化珪素膜１０２ａは、
ＳｉＨ₄を１０SCCM、ＮＨ₃を１００SCCM、Ｎ₂Ｏを２０S
CCMとして反応室に導入し、基板温度３２５℃、反応圧
力４０Pa、放電電力密度０．４１W/cm²、放電周波数６
０MHzとした。一方、酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂ
は、ＳｉＨ₄を５SCCM、Ｎ₂Ｏを１２０SCCM、Ｈ₂を１２
５SCCMとして反応室に導入し、基板温度４００℃、反応
圧力２０Pa、放電電力密度０．４１W/cm²、放電周波数
６０MHzとした。これらの膜は、基板温度を変化させ、
反応ガスの切り替えのみで連続して形成することができ
る。

【０１１５】このようにして作製した酸化窒化珪素膜１
０２ａは、密度が９．２８×１０²²/cm³であり、フッ化
水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）を７．１３％とフッ化
アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を１５．４％含む混合溶液
（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）の２０℃
におけるエッチング速度が約６３nm/minと遅く、緻密で
硬い膜である。このような膜を下地膜に用いると、この
上に形成する半導体層にガラス基板からのアルカリ金属
元素が拡散するのを防ぐのに有効である。

【０１１６】次に、２５〜１００nm（好ましくは３０〜
７０nm）の厚さで非晶質構造を有する半導体層１０３ａ
を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの方法で形成す
る。非晶質構造を有する半導体膜には、非晶質半導体層
や微結晶半導体膜があり、非晶質珪素ゲルマニウム膜な
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。プラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜を形成する場合に
は、下地膜１０２と非晶質半導体層１０３ａとは両者を
連続形成することも可能である。例えば、前述のように
酸化窒化珪素膜１０２ａと酸化窒化水素化珪素膜１０２
ｂをプラズマＣＶＤ法で連続して成膜後、反応ガスをＳ
ｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂からＳｉＨ₄とＨ₂或いはＳｉＨ₄のみ
に切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形
成できる。その結果、酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂの
表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの
電気的特性のバラツキやしきい値電圧の変動を低減させ
ることができる。

【０１１７】そして、結晶化の工程を行い非晶質半導体
層１０３ａから結晶質半導体層１０３ｂを作製する。そ
の方法としてレーザアニール法や熱アニール法（固相成
長法）、またはラピットサーマルアニール法（ＲＴＡ
法）を適用することができる。前述のようなガラス基板
や耐熱性の劣るプラスチック基板を用いる場合には、特
にレーザアニール法を適用することが好ましい。ＲＴＡ
法では、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンランプなどを光源に用いる。或いは
特開平７−１３０６５２号公報で開示された技術に従っ
て、金属元素を用いる結晶化法で結晶質半導体層１０３
ｂを形成することもできる。結晶化の工程ではまず、非
晶質半導体層が含有する水素を放出させておくことが好
ましく、４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行い
含有する水素量を前記非晶質半導体層に含まれる全原子
数の５％以下にしてから結晶化させると膜表面の荒れを
防ぐことができるので良い。

【０１１８】また、プラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜の
形成工程において、反応ガスにＳｉＨ₄とアルゴン（Ａ
ｒ）を用い、成膜時の基板温度を４００〜４５０℃とし
て形成すると、非晶質珪素層の含有水素濃度を前記非晶
質半導体層に含まれる全原子数の５%以下にすることも
できる。このような場合において水素を放出させるため
の熱処理は不要となる。

【０１１９】結晶化をレーザアニール法にて行う場合に
は、エキシマレーザやYAGレーザ、アルゴンレーザ等を
その光源とする。パルス発振型のエキシマレーザを用い
る場合には、レーザ光を線状に加工してレーザアニール
を行う。レーザアニール条件は実施者が適宣選択するも
のであるが、例えば、レーザーパルス発振周波数３０Ｈ
ｚとし、レーザエネルギー密度を１００〜５００mJ/cm²
(代表的には３００〜４００mJ/cm²)とする。そして線
状ビームを基板全面に渡って照射し、この時の線状ビー
ムの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を８０〜９８％
として行う。このようにして図１５（Ｂ）に示すように
結晶質半導体層１０３ｂを得ることができる。

【０１２０】そして、結晶質半導体層１０３ｂ上に第１
のフォトマスク（ＰＭ１）を用い、フォトリソグラフィ
ーの技術を用いてレジストパターンを形成し、ドライエ
ッチングによって結晶質半導体層を島状に分割し、図15
（Ｃ）に示すように島状半導体層１０４〜１０８を形成
する。結晶質珪素膜のドライエッチングにはＣＦ₄とＯ₂
の混合ガスを用いる。

【０１２１】このような島状半導体層に対し、ＴＦＴの
しきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与する
不純物元素を１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷/cm³程度の濃度で
島状半導体層の全面に添加しても良い。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。その方法として、イオン注入
法やイオンドープ法（或いはイオンシャワードーピング
法）を用いることができるが、大面積基板を処理するに
はイオンドープ法が適している。イオンドープ法ではジ
ボラン（Ｂ₂Ｈ₆）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）
を添加する。このような不純物元素の注入は必ずしも必
要でなく省略しても差し支えないが、特に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好
適に用いる手法である。

【０１２２】ゲート絶縁膜１０９a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。本実施例では、１２０nm
の厚さで酸化窒化珪素膜から形成する。また、ＳｉＨ₄
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この用途
に対して好ましい材料となる。また、ＳｉＨ₄とＮ₂Ｏと
Ｈ₂とから作製する酸化窒化珪素膜はゲート絶縁膜との
界面欠陥密度を低減できるので好ましい。勿論、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。例えば、酸化珪素膜を用いる場合に
は、プラズマＣＶＤ法で、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orth
osilicate）とＯ₂とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温
度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電
力密度０．５〜０．８W/cm²で放電させて形成すること
ができる。このようにして作製された酸化珪素膜は、そ
の後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜
として良好な電気的特性を得ることができる。

【０１２３】そして、図15（Ｄ）に示すように、第１の
形状のゲート絶縁膜１０９a上にゲート電極を形成する
ための耐熱性導電層１１１を２００〜４００nm（好まし
くは２５０〜３５０nm）の厚さで形成する。耐熱性導電
層は単層で形成しても良いし、必要に応じて二層あるい
は三層といった複数の層から成る積層構造としても良
い。本明細書でいう耐熱性導電層にはＴａ、Ｔｉ、Ｗか
ら選ばれた元素、または前記元素を成分とする合金か、
前記元素を組み合わせた合金膜が含まれる。これらの耐
熱性導電層はスパッタ法やＣＶＤ法で形成されるもので
あり、低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減
させることが好ましく、特に酸素濃度に関しては３０ｐ
ｐｍ以下とすると良い。本実施例ではＷ膜を３００nmの
厚さで形成する。Ｗ膜はＷをターゲットとしてスパッタ
法で形成しても良いし、６フッ化タングステン（Ｗ
Ｆ₆）を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。い
ずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗
化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下
にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすること
で低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ中に酸素などの
不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化す
る。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．
９９９９％のＷターゲットを用い、さらに成膜時に気相
中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を
形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現す
ることができる。

【０１２４】一方、耐熱性導電層１１１にＴａ膜を用い
る場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能で
ある。Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを用いる。また、ス
パッタ時のガス中に適量のＸｅやＫｒを加えておくと、
形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止するこ
とができる。α相のＴａ膜の抵抗率は２０μΩcm程度で
ありゲート電極に使用することができるが、β相のＴａ
膜の抵抗率は１８０μΩcm程度でありゲート電極とする
には不向きであった。ＴａＮ膜はα相に近い結晶構造を
持つので、Ｔａ膜の下地にＴａＮ膜を形成すればα相の
Ｔａ膜が容易に得られる。また、図示しないが、耐熱性
導電層１１１の下に２〜２０nm程度の厚さでリン（Ｐ）
をドープした珪素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、耐熱性導電層１１１が微量に
含有するアルカリ金属元素が第１の形状のゲート絶縁膜
１０９aに拡散するのを防ぐことができる。いずれにし
ても、耐熱性導電層１１１は抵抗率を１０〜５０μΩcm
の範囲ですることが好ましい。

【０１２５】次に、第２のフォトマスク（ＰＭ２）を用
い、フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストに
よるマスク１１２〜１１７を形成する。そして、第１の
エッチング処理を行う。本実施例ではＩＣＰエッチング
装置を用い、エッチング用ガスにＣｌ₂とＣＦ₄を用い、
１Paの圧力で３．２W/cm²のＲＦ（13.56MHz）電力を投
入してプラズマを形成して行う。基板側（試料ステー
ジ）にも２２４mW/cm²のＲＦ（13.56MHz）電力を投入
し、これにより実質的に負の自己バイアス電圧が印加さ
れる。この条件でＷ膜のエッチング速度は約１００nm/m
inである。第１のエッチング処理はこのエッチング速度
を基にＷ膜が丁度エッチングされる時間を推定し、それ
よりもエッチング時間を２０％増加させた時間をエッチ
ング時間とした。

【０１２６】第１のエッチング処理により第１のテーパ
ー形状を有する導電層１１８〜１２３が形成される。テ
ーパー部の角度は１５〜３０°が形成される。残渣を残
すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度
の割合でエッチング時間を増加させるオーバーエッチン
グを施すものとする。Ｗ膜に対する酸化窒化珪素膜（第
１の形状のゲート絶縁膜１０９a）の選択比は２〜４
（代表的には３）であるので、オーバーエッチング処理
により、酸化窒化珪素膜が露出した面は２０〜５０nm程
度エッチングされ第１のテーパー形状を有する導電層の
端部近傍にテーパー形状が形成された第２の形状のゲー
ト絶縁膜１０９bが形成される。

【０１２７】そして、第１のドーピング処理を行い一導
電型の不純物元素を島状半導体層に添加する。ここで
は、ｎ型を付与する不純物元素添加の工程を行う。第１
の形状の導電層を形成したマスク１１２〜１１７をその
まま残し、第１のテーパー形状を有する導電層１１８〜
１２３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する。ｎ型を付与する不
純物元素をゲート電極の端部におけるテーパー部とゲー
ト絶縁膜とを通して、その下に位置する半導体層に達す
るように添加するためにドーズ量を１×１０¹³〜５×１
０¹⁴/cm²とし、加速電圧を８０〜１６０ｋＶとして行
う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元
素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いる
が、ここではリン（Ｐ）を用いた。このようなイオンド
ープ法により第１の不純物領域１２４〜１２８には１×
１０²⁰〜１×１０²¹／ｃｍ³の濃度範囲でｎ型を付与す
る不純物元素が添加され、テーパー部の下方に形成され
る第２の不純物領域（Ａ）には同領域内で必ずしも均一
ではないが１×１０¹⁷〜１×１０²⁰／ｃｍ³の濃度範囲
でｎ型を付与する不純物元素が添加される。

【０１２８】この工程において、第２の不純物領域
（Ａ）１２５〜１３３において、少なくとも第１の形状
の導電層１１８〜１２３と重なった部分に含まれるｎ型
を付与する不純物元素の濃度変化は、テーパー部の膜厚
変化を反映する。即ち、第２の不純物領域（Ａ）１２５
〜１３３へ添加されるリン（Ｐ）の濃度は、第１の形状
の導電層に重なる領域において、該導電層の端部から内
側に向かって徐々に濃度が低くなる。これはテーパー部
の膜厚の差によって、半導体層に達するリン（Ｐ）の濃
度が変化するためである。

【０１２９】次に、図１６（ｂ）に示すように第２のエ
ッチング処理を行う。エッチング処理も同様にＩＣＰエ
ッチング装置により行い、エッチングガスにＣＦ₄とＣ
ｌ₂の混合ガスを用い、ＲＦ電力３．２Ｗ／ｃｍ²（１
３．５６ＭＨｚ）、バイアス電力４５Ｗ／ｃｍ² （１
３．５６ＭＨｚ）、圧力１．０Ｐａでエッチングを行
う。この条件で形成される第２の形状を有する導電層１
４０〜１４５が形成される。その端部にはテーパー部が
形成され、該端部から内側にむかって徐々に厚さが増加
するテーパー形状となる。第１のエッチング処理と比較
して基板側に印加するバイアス電力を低くした分等方性
エッチングの割合が多くなり、テーパー部の角度は３０
〜６０°となる。また、第２の形状のゲート絶縁膜１０
９bの表面が４０nm程度エッチングされ、新たに第３の
形状のゲート絶縁膜１０９cが形成される。

【０１３０】そして、第１のドーピング処理よりもドー
ズ量を下げ高加速電圧の条件でｎ型を付与する不純物元
素をドーピングする。例えば、加速電圧を７０〜１２０
ｋＶとし、１×１０¹³／ｃｍ²のドーズ量で行い、第２
の形状を有する導電層１４０〜１４５と重なる領域の不
純物濃度を１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸／ｃｍ³となるよう
にする。このようにして、第２の不純物領域（Ｂ）１４
６〜１５０を形成する。

【０１３１】そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島
状半導体層１０４、１０６に一導電型とは逆の導電型の
不純物領域１５６、１５７を形成する。この場合も第２
の形状の導電層１４０、１４２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
状半導体層１０５、１０７、１０８は、第３のフォトマ
スク（ＰＭ３）を用いてレジストのマスク１５１〜１５
３を形成し全面を被覆しておく。ここで形成される不純
物領域１５６、１５７はジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイ
オンドープ法で形成する。不純物領域１５６、１５７の
ｐ型を付与する不純物元素の濃度は、２×１０²⁰〜２×
１０²¹／ｃｍ³となるようにする。

【０１３２】この不純物領域１５６、１５７はｎ型を付
与する不純物元素を含有する３つの領域に分けて見るこ
とができる。第３の不純物領域１５６ａ、１５７ａは１
×１０²⁰〜１×１０²¹/cm³の濃度でｎ型を付与する不純
物元素を含み、第４の不純物領域（Ａ）１５６ｂ、１５
７ｂは１×１０¹⁷〜１×１０²⁰／ｃｍ³の濃度でｎ型を
付与する不純物元素を含み、第４の不純物領域（Ｂ）１
５６ｃ、１５７ｃは１×１０¹⁶〜５×１０¹⁸／ｃｍ³の
濃度でｎ型を付与する不純物元素を含んでいる。しか
し、これらの不純物領域１５６ｂ、１５６ｃ、１５７
ｂ、１５７ｃのｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×
１０¹⁹／ｃｍ³以上となるようにし、第３の不純物領域
１５６ａ、１５７ａにおいては、ｐ型を付与する不純物
元素の濃度を１．５から３倍となるようにすることによ
り、第３の不純物領域はｐチャネル型ＴＦＴのソース領
域およびドレイン領域として機能する。また、第４の不
純物領域（Ｂ）１５６ｃ、１５７ｃは一部が第２のテー
パー形状を有する導電層１４０または１４２と一部が重
なって形成される。

【０１３３】その後、図１７（Ａ）に示すように、ゲー
ト電極およびゲート絶縁膜上から第１の層間絶縁膜１５
８を形成する。第１の層間絶縁膜は酸化珪素膜、酸化窒
化珪素膜、窒化珪素膜、またはこれらを組み合わせた積
層膜で形成すれば良い。いずれにしても第１の層間絶縁
膜１５８は無機絶縁物材料から形成する。第１の層間絶
縁膜１５８の膜厚は１００〜２００nmとする。ここで、
酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥ
ＯＳとＯ₂とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３
００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密
度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ²で放電させて形成すること
ができる。また、酸化窒化珪素膜を用いる場合には、プ
ラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃から作製され
る酸化窒化珪素膜、またはＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製され
る酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の作製条
件は反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４０
０℃とし、高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．
０Ｗ／ｃｍ²で形成することができる。また、ＳｉＨ₄、
Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用
しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳ
ｉＨ₄、ＮＨ₃から作製することが可能である。

【０１３４】そして、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行
う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニー
ル法で行う。その他に、レーザアニール法、またはラピ
ッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することが
できる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好
ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７
００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであ
り、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行った。
また、基板１０１に耐熱温度が低いプラスチック基板を
用いる場合にはレーザアニール法を適用することが好ま
しい。

【０１３５】活性化の工程に続いて、雰囲気ガスを変化
させ、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、島状半導体層
を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された
水素により島状半導体層にある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。いずれにしても、島
状半導体層１０４〜１０８中の欠陥密度を１０ ¹⁶／ｃｍ
³以下とすることが望ましく、そのために島状半導体層
が含む全原子数の０．０１〜０．１％程度の水素を付与
すれば良い。

【０１３６】その後、有機樹脂からなる第２の層間絶縁
膜１５９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。

【０１３７】このように、第２の層間絶縁膜を有機絶縁
物材料で形成することにより、表面を良好に平坦化させ
ることができる。また、有機樹脂材料は一般に誘電率が
低いので、寄生容量を低減することができる。しかし、
吸湿性があり保護膜としては適さないので、本実施例の
ように、第１の層間絶縁膜１５８として形成した酸化珪
素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜などと組み合わせて
用いると良い。

【０１３８】その後、第４のフォトマスク（ＰＭ４）を
用い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それ
ぞれの島状半導体層に形成されソース領域またはドレイ
ン領域とする不純物領域に達するコンタクトホールを形
成する。コンタクトホールはドライエッチング法で形成
する。この場合、エッチングガスにＣＦ₄、Ｏ₂、Ｈｅの
混合ガスを用い有機樹脂材料から成る第２の層間絶縁膜
１５９をまずエッチングし、その後、続いてエッチング
ガスをＣＦ₄、Ｏ₂として第１の層間絶縁膜１５８をエッ
チングする。さらに、島状半導体層との選択比を高める
ために、エッチングガスをＣＨＦ₃に切り替えて第３の
形状のゲート絶縁膜１０９ｃをエッチングすることによ
りコンタクトホールを形成することができる。

【０１３９】そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真
空蒸着法で形成し、第５のフォトマスク（ＰＭ５）によ
りレジストマスクパターンを形成し、エッチングによっ
てソース線１６０〜１６４とドレイン線１６５〜１６８
を形成する。画素電極１６９はドレイン線と一緒に形成
される。画素電極１７１は隣の画素に帰属する画素電極
を表している。図示していないが、本実施例ではこの配
線を、Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半
導体層のソースまたはドレイン領域を形成する不純物領
域とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミ
ニウム（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成（図１
７（Ｂ）において１６０ａ〜１６９ａで示す）し、さら
にその上に透明導電膜を８０〜１２０ｎｍの厚さで形成
（図１７（Ｂ）において１６０ｂ〜１６９ｂで示す）し
た。透明導電膜には酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ
₂Ｏ₃―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であ
り、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリ
ウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）など
を好適に用いることができる。

【０１４０】こうして５枚のフォトマスクにより、同一
の基板上に、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る。駆動回路には
第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００、第１のｎチャネル型
ＴＦＴ２０１、第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２、第２
のｎチャネル型ＴＦＴ２０３、画素部には画素ＴＦＴ２
０４、保持容量２０５が形成されている。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。

【０１４１】駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２０
０には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電
極２２０としての機能を有し、島状半導体層１０４にチ
ャネル形成領域２０６、ソース領域またはドレイン領域
として機能する第３の不純物領域２０７ａ、ゲート電極
２２０と重ならないＬＤＤ領域を形成する第４の不純物
領域（Ａ）２０７ｂ、一部がゲート電極２２０と重なる
ＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ｂ）２０７ｃ
を有する構造となっている。

【０１４２】第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１には、第
２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２１と
しての機能を有し、島状半導体層１０５にチャネル形成
領域２０８、ソース領域またはドレイン領域として機能
する第１の不純物領域２０９ａ、ゲート電極２２１と重
ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）
２０９ｂ、一部がゲート電極２２１と重なるＬＤＤ領域
を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃを有する構
造となっている。チャネル長２〜７μｍに対して、第２
の不純物領域（Ｂ）２０９ｃがゲート電極２２１と重な
る部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。前記長さは
ゲート電極２２１の厚さとテーパー部の角度から制御す
る。ｎチャネル型ＴＦＴにおいてこのようなＬＤＤ領域
を形成することにより、ドレイン領域近傍に発生する高
電界を緩和して、ホットキャリアの発生を防ぎ、ＴＦＴ
の劣化を防止することができる。

【０１４３】駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０
２は同様に、第２のテーパー形状を有する導電層がゲー
ト電極２２２としての機能を有し、島状半導体層１０６
にチャネル形成領域２１０、ソース領域またはドレイン
領域として機能する第３の不純物領域２１１ａ、ゲート
電極２２２と重ならないＬＤＤ領域を形成する第４の不
純物領域（Ａ）２１１ｂ、一部がゲート電極２２２と重
なるＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ｂ）２１
１ｃを有する構造となっている。

【０１４４】駆動回路の第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０
３には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電
極２２３としての機能を有し、島状半導体層１０７にチ
ャネル形成領域２１２、ソース領域またはドレイン領域
として機能する第１の不純物領域２１３ａ、ゲート電極
２２３と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物
領域（Ａ）２１３ｂ、一部がゲート電極２２３と重なる
ＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２１３ｃ
を有する構造となっている。第２のｎチャネル型ＴＦＴ
２０１と同様に第２の不純物領域（Ｂ）２１３ｃがゲー
ト電極２２３と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍ
とする。

【０１４５】駆動回路はシフトレジスタ回路、バッファ
回路などのロジック回路やアナログスイッチで形成され
るサンプリング回路などで形成される。図17（Ｂ）では
これらを形成するＴＦＴを一対のソース・ドレイン間に
一つのゲート電極を設けたシングルゲートの構造で示し
たが、複数のゲート電極を一対のソース・ドレイン間に
設けたマルチゲート構造としても差し支えない。

【０１４６】画素ＴＦＴ２０４には、第２のテーパー形
状を有する導電層がゲート電極２２４としての機能を有
し、島状半導体層１０８にチャネル形成領域２１４ａ、
２１４ｂ、ソース領域またはドレイン領域として機能す
る第１の不純物領域２１５ａ、２１７、ゲート電極２２
４と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域
（Ａ）２１５ｂ、一部がゲート電極２２４と重なるＬＤ
Ｄ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２１５ｃを有
する構造となっている。第２の不純物領域（Ｂ）２１５
ｃがゲート電極２２４と重なる部分の長さは０．１〜
０．３μｍとする。また、第１の不純物領域２１７から
延在し、第２の不純物領域（Ａ）２１９ａ、第２の不純
物領域（Ｂ）２１９ｂ、導電型を決定する不純物元素が
添加されていない領域２１８を有する半導体層と、第３
の形状を有するゲート絶縁膜と同層で形成される絶縁層
と、第２のテーパー形状を有する導電層から形成される
容量配線２２５から保持容量２０５が形成されている。

【０１４７】図２３は画素部のほぼ一画素分を示す上面
図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図１７（Ｂ）に示
す画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴにおい
て、ゲート電極２２４は図示されていないゲート絶縁膜
を介してその下の島状半導体層１０８と交差し、さらに
複数の島状半導体層に跨って延在してゲート配線を兼ね
ている。図示はしていないが、島状半導体層には、図１
７（Ｂ）で説明したソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ
領域が形成されている。また、２３０はソース配線１６
４とソース領域２１５ａとのコンタクト部、２３１は画
素電極１６９とドレイン領域２１７とのコンタクト部で
ある。保持容量２０５は、画素ＴＦＴ２０４のドレイン
領域２１７から延在する半導体層とゲート絶縁膜を介し
て容量配線２２５が重なる領域で形成されている。この
構成において半導体層２１８には、価電子制御を目的と
した不純物元素は添加されていない。

【０１４８】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、耐熱性を有する
導電性材料でゲート電極を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
ている。さらに、ゲート電極にゲート絶縁膜を介して重
なるＬＤＤ領域を形成する際に、導電型を制御する目的
で添加した不純物元素に濃度勾配を持たせてＬＤＤ領域
を形成することで、特にドレイン領域近傍における電界
緩和効果が高まることが期待できる。

【０１４９】アクティブマトリクス型の液晶表示装置の
場合、第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００と第１のｎチャ
ネル型ＴＦＴ２０１は高速動作を重視するシフトレジス
タ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路などを形成す
るのに用いる。図１７（Ｂ）ではこれらの回路をロジッ
ク回路部として表している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ
２０１の第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃはホットキャ
リア対策を重視した構造となっている。さらに、耐圧を
高め、動作を安定化させるために、図２１（Ａ）で示す
ようにこのロジック回路部のＴＦＴを第１のｐチャネル
型ＴＦＴ２８０と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１で形
成しても良い。このＴＦＴは、一対のソース・ドレイン
間に２つのゲート電極を設けたダブルゲート構造であ
り、このようなＴＦＴは本実施例の工程を用いて同様に
作製できる。第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０には、島
状半導体層にチャネル形成領域２３６ａ、２３６ｂ、ソ
ースまたはドレイン領域として機能する第３の不純物領
域２３８ａ、２３９ａ、２４０ａ、ＬＤＤ領域となる第
４の不純物領域（Ａ）２３８ｂ、２３９ｂ、２４０ｂ及
びゲート電極２３７と一部が重なりＬＤＤ領域となる第
４の不純物領域（Ｂ）２３８ｃ、２３９ｃ、２４０ｃを
有した構造となっている。第１のｎチャネル型ＴＦＴ２
８１には、島状半導体層にチャネル形成領域２４１ａ、
２４１ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第
１の不純物領域２４３ａ、２４４ａ、２４５ａとＬＤＤ
領域となる第２の不純物領域（Ａ）２４３ｂ、２４４
ｂ、２４５ｂ及びゲート電極２４２と一部が重なりＬＤ
Ｄ領域となる第２の不純物領域（Ｂ）２４３ｃ、２４４
ｃ、２４５ｃを有している。チャネル長は３〜７μｍと
して、ゲート電極と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向
の長さは０．１〜０．３μｍとする。

【０１５０】また、アナログスイッチで構成するサンプ
リング回路には、同様な構成とした第２のｐチャネル型
ＴＦＴ２０２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３を適用
することができる。サンプリング回路はホットキャリア
対策と低オフ電流動作が重視されるので、図２１（Ｂ）
で示すようにこの回路のＴＦＴを第２のｐチャネル型Ｔ
ＦＴ２８２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３で形成し
ても良い。この第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２は、一
対のソース・ドレイン間に３つのゲート電極を設けたト
リプルゲート構造であり、このようなＴＦＴは本実施例
の工程を用いて同様に作製できる。第２のｐチャネル型
ＴＦＴ２８２には、島状半導体層にチャネル形成領域２
４６ａ、２３４ｂ、２４６ｃソースまたはドレイン領域
として機能する第３の不純物領域２４９ａ、２５０ａ、
２５１ａ、２５２ａ、ＬＤＤ領域となる第４の不純物領
域（Ａ）２４９ｂ、２５０ｂ、２５１ｂ、２５２ｂ及び
ゲート電極２４７と一部が重なりＬＤＤ領域となる第４
の不純物領域（Ｂ）２４９ｃ、２５０ｃ、２５１ｃ、２
５２ｃを有した構造となっている。第２のｎチャネル型
ＴＦＴ２８３には、島状半導体層にチャネル形成領域２
５３ａ、２５３ｂ、ソースまたはドレイン領域として機
能する第１の不純物領域２５５ａ、２５６ａ、２５７ａ
とＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ａ）２５５ｂ、
２５６ｂ、２５７ｂ及びゲート電極２５４と一部が重な
りＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ｂ）２５５ｃ、
２５６ｃ、２５７ｃを有している。チャネル長は３〜７
μｍとして、ゲート電極と重なるＬＤＤ領域のチャネル
長方向の長さは０．１〜０．３μｍとする。

【０１５１】ＴＦＴのゲート電極の構成をシングルゲー
ト構造とするか、複数のゲート電極を一対のソース・ド
レイン間に設けたマルチゲート構造とするかは、回路の
特性に応じて実施者が適宣選択すれば良い。そして、本
実施例で完成したアクティブマトリクス基板を用いるこ
とで反射型の液晶表示装置を作製することができる。

【０１５２】［実施例７］実施例６ではゲート電極の材
料にＷやＴａなどの耐熱性導電材料を用いる例を示し
た。このような材料を用いる理由は、ゲート電極形成後
に導電型の制御を目的として半導体層に添加した不純物
元素を４００〜７００℃の熱アニールによって活性化さ
せる必要があり、その工程を実施する上でゲート電極に
耐熱性を持たせる必要があるからである。しかしなが
ら、このような耐熱性導電材料は面積抵抗で１０Ω程度
あり、画面サイズが４インチクラスかそれ以上の表示装
置には必ずしも適していない。ゲート電極に接続するゲ
ート線を同じ材料で形成すると、基板上における引回し
長さが必然的に大きくなり、配線抵抗の影響による配線
遅延の問題を無視することができなくなる。

【０１５３】例えば、画素密度がＶＧＡの場合、４８０
本のゲート配線と６４０本のソース線が形成され、ＸＧ
Ａの場合には７６８本のゲート配線と１０２４本のソー
ス配線が形成される。表示領域の画面サイズは、１３イ
ンチクラスの場合対角線の長さが３４０ｍｍとなり、１
８インチクラスの場合には４６０ｍｍとなる。本実施例
ではこのような液晶表示装置を実現する手段として、ゲ
ート配線をＡｌや銅（Ｃｕ）などの低抵抗導電性材料で
形成する方法について図18を用いて説明する。

【０１５４】まず、実施例６と同様にして図１５（Ａ）
〜図１６（Ｃ）に示す工程を行う。そして導電型の制御
を目的として、それぞれの島状半導体層に添加された不
純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネ
スアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、
レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法
（ＲＴＡ法）を適用することができる。熱アニール法で
は酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以
下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５０
０〜６００℃で行うものであり、本実施例では５００℃
で４時間の熱処理を行う。

【０１５５】この熱処理において、第２のテーパー形状
を有する導電層１４０〜１４５は表面から５〜８０nmの
厚さで導電層（Ｃ）１７２ａ〜１７２ｆが形成される。
例えば、第２のテーパー形状を有する導電層がＷの場合
には、窒化タングステンが形成され、Ｔａの場合には窒
化タンタルが形成される。さらに、３〜１００％の水素
を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の
熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。
この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダン
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１８（Ａ））。

【０１５６】活性化および水素化処理の後、ゲート線を
低抵抗導電材料で形成する。低抵抗導電材料はＡｌやＣ
ｕを主成分とするものであり、このような材料から形成
される低抵抗導電層からゲート線を形成する。例えば、
Ｔｉを０．１〜２重量％含むＡｌ膜を低抵抗導電層とし
て全面に形成する（図示せず）。低抵抗導電層は２００
〜４００nm（好ましくは２５０〜３５０nm）の厚さで形
成する。そして、所定のレジストパターンを形成し、エ
ッチング処理して、ゲート線１７３、１７４を形成す
る。このとき同じ材料で画素部に設ける保持容量と接続
する容量線１７５も形成する。低抵抗導電層がＡｌを主
成分とする材料である場合には、エッチング処理はリン
酸系のエッチング溶液によるウエットエッチングで、下
地との選択加工性を保ってゲート線を形成することがで
きる。第１の層間絶縁膜１７６は実施例６と同様にして
形成する（図１８（Ｂ））。

【０１５７】その後、実施例６と同様にして有機絶縁物
材料から成る第２の層間絶縁膜１５９、ソース線１６０
〜１６４、ドレイン線１６５〜１６８、画素電極１６
９、１７１を形成してアクティブマトリクス基板を完成
させることができる。図１９（Ａ）、（Ｂ）はこの状態
の上面図を示し、図１９（Ａ）のＢ−Ｂ'断面および図
１９（Ｂ）のＣ−Ｃ'断面は図1８（Ｃ）のＢ−Ｂ'およ
びＣ−Ｃ'に対応している。図１９（Ａ）、（Ｂ）では
ゲート絶縁膜、第１の層間絶縁膜、第２の層間絶縁膜を
省略して示しているが、島状半導体層１０４、１０５、
１０８の図示されていないソースおよびドレイン領域に
ソース線１６０、１６１、１６４とドレイン線１６５、
１６６、及び画素電極１６９がコンタクトホールを介し
て接続している。また、図１９（Ａ）のＤ−Ｄ'断面お
よび図19（Ｂ）のＥ−Ｅ'断面を図２０（Ａ）と（Ｂ）
にそれぞれ示す。ゲート線１７３はゲート電極２２０
と、またゲート線１７４はゲート電極２２５と島状半導
体層１０４、１０８の外側で重なるように形成され、ゲ
ート電極と低抵抗導電層とがコンタクトホールを介さず
に接触して電気的に導通している。このようにゲート線
を低抵抗導電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、画素部（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。

【０１５８】［実施例８］実施例６で作製したアクティ
ブマトリクス基板はそのまま反射型の表示装置に適用す
ることができる。一方、透過型の液晶表示装置とする場
合には画素部の各画素に設ける画素電極を透明電極で形
成すれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置に対
応するアクティブマトリクス基板の作製方法について図
２２を用いて説明する。

【０１５９】アクティブマトリクス基板は実施例６と同
様に作製する。図２２（Ａ）では、ソース配線とドレイ
ン配線は導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形
成する。ドレイン線２５６を例としてこの構成を図２２
（Ｂ）で詳細に説明すると、Ｔｉ膜２５６ａを５０〜１
５０ｎｍの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたは
ドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成す
る。そのＴｉ膜２５６ａ上に重ねてＡｌ膜２５６ｂを３
００〜４００ｎｍの厚さで形成し、さらにＴｉ膜２５６
ｃまたは窒化チタン（ＴｉＮ）膜を１００〜２００ｎｍ
の厚さで形成して３層構造とする。その後、透明導電膜
を全面に形成し、フォトマスクを用いたパターニング処
理およびエッチング処理により画素電極２５７を形成す
る。画素電極２５７は、有機樹脂材料から成る第２の層
間絶縁膜上に形成され、コンタクトホールを介さずに画
素ＴＦＴ２０４のドレイン線２５６と重なる部分を設け
電気的な接続を形成している。

【０１６０】図２２（Ｃ）では最初に第２の層間絶縁膜
上に透明導電膜を形成し、パターニング処理およびエッ
チング処理をして画素電極２５８を形成した後、ドレイ
ン線２５９を画素電極２５８とコンタクトホールを介さ
ずに接続部を形成した例である。ドレイン線２５９は、
図２２（Ｄ）で示すようにＴｉ膜２５９ａを５０〜１５
０ｎｍの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはド
レイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、
そのＴｉ膜２５９ａ上に重ねてＡｌ膜２５９ｂを３００
〜４００ｎｍの厚さで形成して設ける。この構成にする
と、画素電極２５８はドレイン配線２５９を形成するＴ
ｉ膜２５９ａのみと接触することになる。その結果、透
明導電膜材料とＡｌとが直接接し反応するのを確実に防
止できる。

【０１６１】透明導電膜の材料は、酸化インジウム（Ｉ
ｎ₂Ｏ₃）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ₂Ｏ₃―Ｓ
ｎＯ₂；ＩＴＯ）などをスパッタ法や真空蒸着法などを
用いて形成して用いることができる。このような材料の
エッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特
にＩＴＯのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッ
チング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛
合金（Ｉｎ₂Ｏ₃―ＺｎＯ）を用いても良い。酸化インジ
ウム酸化亜鉛合金は表面平滑性に優れ、ＩＴＯに対して
熱安定性にも優れているので、図29（Ａ）、（Ｂ）の構
成においてドレイン配線２５６の端面で、Ａｌ膜２５６
ｂが画素電極２５７と接触して腐蝕反応をすることを防
止できる。同様に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料で
あり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガ
リウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）な
どを用いることができる。

【０１６２】実施例６では反射型の液晶表示装置を作製
できるアクティブマトリクス基板を５枚のフォトマスク
により作製したが、さらに１枚のフォトマスクの追加
（合計６枚）で、透過型の液晶表示装置に対応したアク
ティブマトリクス基板を完成させることができる。本実
施例では、実施例6と同様な工程として説明したが、こ
のような構成は実施例７で示すアクティブマトリクス基
板に適用することができる。

【０１６３】［実施例９］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。まず、
図２４（Ａ）に示すように、図１７（Ｂ）の状態のアク
ティブマトリクス基板に柱状スペーサから成るスペーサ
を形成する。スペーサは数μｍの粒子を散布して設ける
方法でも良いが、ここでは基板全面に樹脂膜を形成した
後これをパターニングして形成する方法を採用した。こ
のようなスペーサの材料に限定はないが、例えば、ＪＳ
Ｒ社製のＮＮ７００を用い、スピナーで塗布した後、露
光と現像処理によって所定のパターンに形成する。さら
にクリーンオーブンなどで１５０〜２００℃で加熱して
硬化させる。このようにして作製されるスペーサは露光
と現像処理の条件によって形状を異ならせることができ
るが、好ましくは、スペーサの形状は柱状で頂部が平坦
な形状となるようにすると、対向側の基板を合わせたと
きに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確保するこ
とができる。形状は円錐状、角錐状など特別の限定はな
いが、例えば円錐状としたときに具体的には、高さを
１．２〜５μｍとし、平均半径を５〜７μｍ、平均半径
と底部の半径との比を１対１．５とする。このとき側面
のテーパー角は±１５°以下とする。

【０１６４】スペーサの配置は任意に決定すれば良い
が、好ましくは、図２４（Ａ）で示すように、画素部に
おいては画素電極１６９のコンタクト部２３１と重ねて
その部分を覆うように柱状スペーサ４０６を形成すると
良い。コンタクト部２３１は平坦性が損なわれこの部分
では液晶がうまく配向しなくなるので、このようにして
コンタクト部２３１にスペーサ用の樹脂を充填する形で
柱状スペーサ４０６を形成することでディスクリネーシ
ョンなどを防止することができる。また、駆動回路のＴ
ＦＴ上にもスペーサ４０５ａ〜４０５ｅを形成してお
く。このスペーサは駆動回路部の全面に渡って形成して
も良いし、図２４で示すようにソース線およびドレイン
線を覆うようにして設けても良い。

【０１６５】その後、配向膜４０７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を用いる。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。画素
部に設けた柱状スペーサ４０６の端部からラビング方向
に対してラビングされない領域が２μｍ以下となるよう
にした。また、ラビング処理では静電気の発生がしばし
ば問題となるが、駆動回路のＴＦＴ上に形成したスペー
サ４０５ａ〜４０５ｅにより静電気からＴＦＴを保護す
る効果を得ることができる。また図では説明しないが、
配向膜４０７を先に形成してから、スペーサ４０６、４
０５ａ〜４０５ｅを形成した構成としても良い。

【０１６６】対向側の対向基板４０１には、遮光膜４０
２、透明導電膜４０３および配向膜４０４を形成する。
遮光膜４０２はＴｉ膜、Ｃｒ膜、Ａｌ膜などを１５０〜
３００nmの厚さで形成する。そして、画素部と駆動回路
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
シール剤４０８で貼り合わせる。シール剤４０８にはフ
ィラー（図示せず）が混入されていて、このフィラーと
スペーサ４０６、４０５ａ〜４０５ｅによって均一な間
隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両
基板の間に液晶材料４０９を注入する。液晶材料には公
知の液晶材料を用いれば良い。例えば、ＴＮ液晶の他
に、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応
答性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶を用いるこ
ともできる。この無しきい値反強誘電性混合液晶には、
Ｖ字型の電気光学応答特性を示すものもある。このよう
にして図２４（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型液晶
表示装置が完成する。

【０１６７】図２５はこのようなアクティブマトリクス
基板の上面図を示し、画素部および駆動回路部とスペー
サおよびシール剤の位置関係を示す上面図である。実施
例6で述べたガラス基板１０１上に画素部６０４の周辺
に駆動回路として走査信号駆動回路６０５と画像信号駆
動回路６０６が設けられている。さらに、その他ＣＰＵ
やメモリなどの信号処理回路６０７も付加されていても
良い。そして、これらの駆動回路は接続配線６０３によ
って外部入出力端子６０２と接続されている。画素部６
０４では走査信号駆動回路６０５から延在するゲート配
線群６０８と画像信号駆動回路６０６から延在するソー
ス配線群６０９がマトリクス状に交差して画素を形成
し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴ２０４と保持容量２
０５が設けられている。

【０１６８】図２４において画素部において設けた柱状
スペーサ４０６は、すべての画素に対して設けても良い
が、図２５で示すようにマトリクス状に配列した画素の
数個から数十個おきに設けても良い。即ち、画素部を構
成する画素の全数に対するスペーサの数の割合は２０〜
１００％とすることが可能である。また、駆動回路部に
設けるスペーサ４０５ａ〜４０５ｅはその全面を覆うよ
うに設けても良いし各ＴＦＴのソースおよびドレイン配
線の位置にあわせて設けても良い。図25では駆動回路部
に設けるスペーサの配置を６１０〜６１２で示す。そし
て、図25示すシール剤６１９は、基板１０１上の画素部
６０４および走査信号駆動回路６０５、画像信号駆動回
路６０６、その他の信号処理回路６０７の外側であっ
て、外部入出力端子６０２よりも内側に形成する。

【０１６９】このようなアクティブマトリクス型液晶表
示装置の構成を図２６の斜視図を用いて説明する。図26
においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板１０
１上に形成された、画素部６０４と、走査信号駆動回路
６０５と、画像信号駆動回路６０６とその他の信号処理
回路６０７とで構成される。画素部６０４には画素ＴＦ
Ｔ２０４と保持容量２０５が設けられ、画素部の周辺に
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６０５と画像信号駆動回路
６０６からは、それぞれゲート線（ゲート電極と連続し
て形成されている場合は図１７（Ｂ）の２２４に相当す
る）とソース線１６４が画素部６０４に延在し、画素Ｔ
ＦＴ２０４に接続している。また、フレキシブルプリン
ト配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）６１３
が外部入力端子６０２に接続していて画像信号などを入
力するのに用いる。ＦＰＣ６１３は補強樹脂６１４によ
って強固に接着されている。そして接続配線６０３でそ
れぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板４０
１には図示していない、遮光膜や透明電極が設けられて
いる。

【０１７０】このような構成の液晶表示装置は、実施例
６〜８で示したアクティブマトリクス基板を用いて形成
することができる。実施例６で示すアクティブマトリク
ス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が得られ、実施
例８で示すアクティブマトリクス基板を用いると透過型
の液晶表示装置を得ることができる。

【０１７１】［実施例１０］図２７は実施例６〜８で示
したアクティブマトリクス基板の回路構成の一例であ
り、直視型の表示装置の回路構成を示す図である。この
アクティブマトリクス基板は、画像信号駆動回路６０
６、走査信号駆動回路（Ａ）（Ｂ）６０５、画素部６０
４を有している。尚、本明細書中において記した駆動回
路とは、画像信号駆動回路６０６、走査信号駆動回路６
０５を含めた総称である。

【０１７２】画像信号駆動回路６０６は、シフトレジス
タ回路５０１ａ、レベルシフタ回路５０２ａ、バッファ
回路５０３ａ、サンプリング回路５０４を備えている。
また、走査信号駆動回路（Ａ）（Ｂ）１８５は、シフト
レジスタ回路５０１ｂ、レベルシフタ回路５０２ｂ、バ
ッファ回路５０３ｂを備えている。

【０１７３】シフトレジスタ回路５０１ａ、５０１ｂは
駆動電圧が５〜１６Ｖ（代表的には１０Ｖ）であり、こ
の回路を形成するＣＭＯＳ回路のＴＦＴは、図１７
（Ｂ）の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００と第１のｎチ
ャネル型ＴＦＴ２０１で形成する。或いは、図２１
（Ａ）で示す第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０と第１の
ｎチャネル型ＴＦＴ２８１で形成しても良い。また、レ
ベルシフタ回路５０２ａ、５０２ｂやバッファ回路５０
３ａ、５０３ｂは駆動電圧が１４〜１６Ｖと高くなるの
で図２１（Ａ）で示すようなマルチゲートのＴＦＴ構造
とすることが望ましい。マルチゲート構造でＴＦＴを形
成すると耐圧が高まり、回路の信頼性を向上させる上で
有効である。

【０１７４】サンプリング回路５０４はアナログスイッ
チから成り、駆動電圧が１４〜１６Ｖであるが、極性が
交互に反転して駆動される上、オフ電流値を低減させる
必要があるため、図１７（Ｂ）で示す第２のｐチャネル
型ＴＦＴ２０２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３で形
成することが望ましい。或いは、オフ電流値を効果的に
低減させるために図２１（Ｂ）で示す第２のｐチャネル
型ＴＦＴ２８２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３で形
成しても良い。

【０１７５】また、画素部は駆動電圧が１４〜１６Ｖで
あり、低消費電力化の観点からサンプリング回路よりも
さらにオフ電流値を低減することが要求され、図１７
（Ｂ）で示す画素ＴＦＴ２０４のようにマルチゲート構
造を基本とする。

【０１７６】尚、本実施例の構成は、実施例１〜８に示
した工程に従ってＴＦＴを作製することによって容易に
実現することができる。本実施例では、画素部と駆動回
路の構成のみを示しているが、実施例6〜8の工程に従え
ば、その他にも信号分割回路、分周波回路、Ｄ／Ａコン
バータ、γ補正回路、オペアンプ回路、さらにメモリ回
路や演算処理回路などの信号処理回路、あるいは論理回
路を同一基板上に形成することが可能である。このよう
に、本発明は同一基板上に画素部とその駆動回路とを含
む半導体装置、例えば信号制御回路および画素部を具備
した液晶表示装置を実現することができる。

【０１７７】［実施例１１］本実施例では、上述の実施
例で作成の例を示したアクティブマトリクス基板を用い
て発光装置の例として、エレクトロルミネッセンス（Ｅ
Ｌ：Electro Luminescence）材料を用いた自発光型の表
示パネル（以下、ＥＬ表示装置と記す）を作製する例に
ついて説明する。図28（Ａ）は本発明を用いたＥＬ表示
パネルの上面図である。図29（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１４
〜１６を経てＦＰＣ１７に至り、外部機器へと接続され
る。

【０１７８】発光装置とは、電場を加えることで発生す
るルミネッセンスが得られる有機化合物を含む層（発光
素子）を光源とする装置である。有機化合物における発
光素子には、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発
光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発
光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは
両方の発光を含む。

【０１７９】図２８（Ｂ）は図２８（Ａ）のＡ−Ａ'断
面を表す図であり、このとき少なくとも画素部上、好ま
しくは駆動回路及び画素部上に対向板８０を設ける。対
向板８０はシール材１９でＴＦＴとＥＬ層が形成されて
いるアクティブマトリクス基板と貼り合わされている。
シール剤１９にはフィラー（図示せず）が混入されてい
て、このフィラーによりほぼ均一な間隔を持って２枚の
基板が貼り合わせられている。さらに、シール材１９の
外側とＦＰＣ１７の上面及び周辺は封止剤８１で密封す
る構造とする。封止剤８１は珪素樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、ブチルゴムなどの材料を用いる。

【０１８０】このように、シール剤１９によりアクティ
ブマトリクス基板１０と対向基板８０とが貼り合わされ
ると、その間には空間が形成される。その空間には充填
剤８３が充填される。この充填剤８３は対向板８０を接
着する効果も合わせ持つ。充填剤８３はＰＶＣ（ポリビ
ニルクロライド）、エポキシ樹脂、珪素樹脂、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）などを用いることができる。また、ＥＬ層
は水分をはじめ湿気に弱く劣化しやすいので、この充填
剤８３の内部に酸化バリウムなどの乾燥剤を混入させて
おくと吸湿効果を保持できるので望ましい。また、ＥＬ
層上に窒化珪素膜や酸化窒化珪素膜などで形成するパッ
シベーション膜８２を形成し、充填剤８３に含まれるア
ルカリ元素などによる腐蝕を防ぐ構造としていある。

【０１８１】対向板８０にはガラス板、アルミニウム
板、ステンレス板、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Pl
astics）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィル
ム、マイラーフィルム（デュポン社の商品名）、ポリエ
ステルフィルム、アクリルフィルムまたはアクリル板な
どを用いることができる。また、数十μｍのアルミニウ
ム箔をＰＶＦフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造
のシートを用い、耐湿性を高めることもできる。このよ
うにして、ＥＬ素子は密閉された状態となり外気から遮
断されている。

【０１８２】また、図２８（Ｂ）において基板１０、下
地膜２１の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチ
ャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせたＣ
ＭＯＳ回路を図示している。）２２及び画素部用ＴＦＴ
２３（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御するＴＦ
Ｔだけ図示している。）が形成されている。これらのＴ
ＦＴの内特にｎチャネル型ＴＦＴにははホットキャリア
効果によるオン電流の低下や、Ｖthシフトやバイアスス
トレスによる特性低下を防ぐため、本実施例で示す構成
のＬＤＤ領域が設けられている。

【０１８３】例えば、駆動回路用ＴＦＴ２２とし、図１
７（ｂ）に示すｐチャネル型ＴＦＴ２００、２０２とｎ
チャネル型ＴＦＴ２０１、２０３を用いれば良い。ま
た、画素部用ＴＦＴ２３には図１７（Ｂ）に示す画素Ｔ
ＦＴ２０４またはそれと同様な構造を有するｐチャネル
型ＴＦＴを用いれば良い。

【０１８４】図１７（Ｂ）または図１８（Ｃ）の状態の
アクティブマトリクス基板からＥＬ表示装置を作製する
には、ソース線、ドレイン線上に樹脂材料でなる層間絶
縁膜（平坦化膜）２６を形成し、その上に画素部用ＴＦ
Ｔ２３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２７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。

【０１８５】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。

【０１８６】ＥＬ層はシャドーマスクを用いて蒸着法、
またはインクジェット法、ディスペンサー法などで形成
する。いずれにしても、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（ＣＣＭ）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。

【０１８７】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を連続して形成する
か、ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しな
いで真空中で陰極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。

【０１８８】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、異方性導電性ペースト材料３２を
介してＦＰＣ１７に接続される。ＦＰＣ１７上にはさら
に樹脂層８０が形成され、この部分の接着強度を高めて
いる。

【０１８９】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。

【０１９０】また、配線１６はシーリル１９と基板１０
との間を隙間（但し封止剤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
様にしてシーリング材１９の下を通ってＦＰＣ１７に電
気的に接続される。

【０１９１】ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図
２９に、上面構造を図３０（Ａ）に、回路図を図３０
（Ｂ）に示す。図２９（Ａ）において、基板２４０１上
に設けられたスイッチング用ＴＦＴ２４０２は実施例６
の図１７（Ｂ）の画素ＴＦＴ２０４と同じ構造で形成さ
れる。ダブルゲート構造とすることで実質的に二つのＴ
ＦＴ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良い。

【０１９２】また、電流制御用ＴＦＴ２４０３は図１７
（Ｂ）で示すｎチャネル型ＴＦＴ２０１を用いて形成す
る。このとき、スイッチング用ＴＦＴ２４０２のドレイ
ン線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ＴＦＴ２４０２のゲート電
極３９ａ、３９ｂを電気的に接続するゲート線である。

【０１９３】このとき、電流制御用ＴＦＴ２４０３が本
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にゲート電極と一部が
重なるＬＤＤ領域を設けることでＴＦＴの劣化を防ぎ、
動作の安定性を高めることができる。

【０１９４】また、本実施例では電流制御用ＴＦＴ２４
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。

【０１９５】また、図３０（Ａ）に示すように、電流制
御用ＴＦＴ２４０３のゲート電極３７となる配線は２４
０４で示される領域で、電流制御用ＴＦＴ２４０３のド
レイン線４０と絶縁膜を介して重なる。このとき、２４
０４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２４０４は電流制御用ＴＦＴ２４０３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、ドレイン線４０は電流供給線（電源線）２
５０１に接続され、常に一定の電圧が加えられている。

【０１９６】スイッチング用ＴＦＴ２４０２及び電流制
御用ＴＦＴ２４０３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。

【０１９７】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ＴＦＴ２
４０３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。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。
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.Gelsen,E.Klug
e,W.Kreuder,and H.Spreitzer,“Polymers for Light E
mitting Diodes”,Euro Display,Proceedings,1999,p.3
3-37」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。

【０１９８】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。但
し、以上の例は発光層として用いることのできる有機Ｅ
Ｌ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。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。

【０１９９】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。

【０２００】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２４０５
は、画素電極（陰極）４３、発光層４５、正孔注入層４
６及び陽極４７で形成されたダイオードを指す。図３０
（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。

【０２０１】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。

【０２０２】以上のように本発明を用いて作製するＥＬ
表示パネルは図３０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。

【０２０３】図２９（Ｂ）はＥＬ層の構造を反転させた
例を示す。電流制御用ＴＦＴ２６０１は図１７（Ｂ）の
ｐチャネル型ＴＦＴ２００を用いて形成される。作製プ
ロセスは実施例6を参照すれば良い。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。

【０２０４】そして、絶縁膜でなるバンク５１ａ、５１
ｂ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。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ＴＦＴ２６０１はｐチャネル型ＴＦＴで形成
することが好ましい。

【０２０５】尚、本実施例の構成は、実施例１〜７のＴ
ＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能で
ある。また、実施例１３の電子機器の表示部として本実
施例のＥＬ表示パネルを用いることは有効である。

【０２０６】［実施例１２］本実施例では、図３０
（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３１に示す。なお、本実施例において、
２７０１はスイッチング用ＴＦＴ２７０２のソース配
線、２７０３はスイッチング用ＴＦＴ２７０２のゲート
配線、２７０４は電流制御用ＴＦＴ、２７０５はコンデ
ンサ、２７０６、２７０８は電流供給線、２７０７はＥ
Ｌ素子とする。

【０２０７】図３１（Ａ）は、二つの画素間で電流供給
線２７０６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２７０６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。

【０２０８】また、図３１（Ｂ）は、電流供給線２７０
８をゲート配線２７０３と平行に設けた場合の例であ
る。なお、図３１（Ｂ）では電流供給線２７０８とゲー
ト配線２７０３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２７０８とゲート配線２７０３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。

【０２０９】また、図３１（Ｃ）は、図３１（Ｂ）の構
造と同様に電流供給線２７０８をゲート配線２７０３と
平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線２７０８
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２７０８をゲート配線２７０３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。図３１
（Ａ）、図31（Ｂ）では電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲ
ートにかかる電圧を保持するためにコンデンサ２４０４
を設ける構造としているが、コンデンサ２４０４を省略
することも可能である。

【０２１０】電流制御用ＴＦＴ２４０３として図２９
（Ａ）に示すような本発明を用いて作製するｎチャネル
型ＴＦＴ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２４０４の代わりとして積極的に用
いる点に特徴がある。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で変
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。また、図３１（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）の構造においても同様にコンデンサ２７
０５を省略することは可能である。

【０２１１】尚、本実施例の構成は、実施例１〜１１の
ＴＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能
である。また、実施例１３の電子機器の表示部として本
実施例のＥＬ表示パネルを用いることは有効である。

【０２１２】［実施例１３］本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、アクティブマトリ
クス型発光ディスプレイ、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発明
を実施できる。

【０２１３】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３２、図３３及び図３４に示す。

【０２１４】図３２（Ａ）はパーソナルコンピュータで
あり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３０
０３、キーボード３００４等を含む。本発明を画像入力
部３００２、表示部３００３やその他の信号制御回路に
適用することができる。

【０２１５】図３２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作
スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０
６等を含む。本発明を表示部３１０２やその他の信号制
御回路に適用することができる。

【０２１６】図３２（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３２０１、カメラ部
３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表
示部３２０５等を含む。本発明は表示部３２０５やその
他の信号制御回路に適用できる。

【０２１７】図３２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０
３等を含む。本発明は表示部３３０２やその他の信号制
御回路に適用することができる。

【０２１８】図３２（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３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０
３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５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３４０２やその
他の信号制御回路に適用することができる。

【０２１９】図３２（Ｆ）はデジタルカメラであり、本
体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作ス
イッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発
明を表示部３５０２やその他の信号制御回路に適用する
ことができる。

【０２２０】図３３（Ａ）はフロント型プロジェクター
であり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含
む。本発明は投射装置３６０１の一部を構成する液晶表
示装置３８０８やその他の信号制御回路に適用すること
ができる。

【０２２１】図３３（Ｂ）はリア型プロジェクターであ
り、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０
３、スクリーン３７０４等を含む。本発明は投射装置３
７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他
の信号制御回路に適用することができる。

【０２２２】なお、図３３（Ｃ）は、図３３（Ａ）及び
図３３（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の
構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７
０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０
４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズ
ム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０
９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８
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33（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。

【０２２３】また、図３３（Ｄ）は、図３３（Ｃ）中に
おける光源光学系３８０１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３８０１は、リフレクタ
ー３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３
８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で
構成される。なお、図３３（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。

【０２２４】ただし、図３３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発光装置での適用例は
図示していない。

【０２２５】図３４（Ａ）は携帯電話であり、本体３９
０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示
部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６
等を含む。本発明を音声出力部３９０２、音声入力部３
９０３、表示部３９０４やその他の信号制御回路に適用
することができる。

【０２２６】図３４（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であ
り、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒
体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６
等を含む。本発明は表示部４００２、４００３やその他
の信号回路に適用することができる。

【０２２７】図３４（Ｃ）はディスプレイであり、本体
４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。
本発明は表示部４１０３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。

【０２２８】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の電子機器に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１〜１２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。

【０２２９】

【発明の効果】非晶質半導体膜に加熱により結晶化ある
いは結晶性の向上を行うとき、加熱処理により部分的に
結晶化させ得られる非晶質領域の任意の一塊の面積が１
０．０μｍ²以下であり、かつ０．３０μｍ²以上の前記
一塊が存在する状態とすることで、ＴＦＴの電気的特性
の向上とばらつきの制御が可能になった。また、非晶質
領域の総面積は半導体膜の総面積に対して、２．０〜
８．０％、好ましくは２．０〜６．０％にするのが望ま
しい。

【０２３０】また、非晶質半導体膜として非晶質珪素膜
を用いる場合、非晶質珪素膜に結晶化あるいは結晶性向
上のための加熱処理を行った後、レーザアニールを施す
際の波長を３６０〜６５０ｎｍ、好ましくは４００〜６
００ｎｍに限定すると、非晶質珪素膜の吸収係数は多結
晶珪素膜の吸収係数より高いので、出来るだけ結晶化し
た領域を冒すことなく、結晶化を行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で４時
間行った写真。（ｂ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で８時間行った
写真。（ｃ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で１２時間行っ
た写真。

【図２】（ａ）光学顕微鏡にて明視野透過モードで表面
を観察した写真。（ｂ）図２（ａ）のＲ（赤）に分離した写真。

【図３】（ａ）図２（ａ）のＧ（緑）に分離した写
真。（ｂ）図２（ａ）のＢ（青）に分離した写真。

【図４】図２（ａ）の各モードの階調（濃度）ヒストグ
ラム。

【図５】（ａ）図３（ａ）を２階調化した写真。（ｂ）非晶質領域と結晶化領域を説明した図。

【図６】（ａ）図１の非晶質部分の各塊の面積の比率。（ｂ）図１の非晶質領域の確率統計分布図。

【図７】（ａ）加熱処理時間を振った場合のＶｔｈの確
率統計分布図。（ｂ）加熱処理時間を振った場合のＳ値の確率統計分布
図。（ｃ）加熱処理時間を振った場合の移動度の確率統計分
布図。

【図８】（ａ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で４時
間行った写真。（ｂ）非晶質珪素膜に加熱処理５７５℃で４時間行った
写真。（ｃ）非晶質珪素膜に加熱処理６００℃で４時間行った
写真。

【図９】（ａ）図８の非晶質部分の各塊の面積の比率。（ｂ）図８の非晶質領域の確率統計分布図。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）非晶質珪素膜に加熱処理５５
０℃で４時間行い、レーザのエネルギーを振ってレーザ
アニールを行ったときの電気的特性の分布図。（ｅ）〜
（ｈ）非晶質珪素膜に加熱処理５７５℃で４時間行い、
レーザのエネルギーを振ってレーザアニールを行ったと
きの電気的特性の分布図。

【図１１】（ａ）〜（ｄ）非晶質珪素膜に加熱処理６０
０℃で４時間行い、レーザのエネルギーを振ってレーザ
アニールを行ったときの電気的特性の分布図。

【図１２】非晶質珪素膜と多結晶珪素膜の波長に対する
吸収係数の変化を示す図。

【図１３】線状ビームを形成する光学系の一例。

【図１４】ガルバノメータとf-θ レンズを用いた光学
系の一例。

【図１５】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程
を示す断面図。

【図１６】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程
を示す断面図。

【図１７】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程
を示す断面図。

【図１８】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程
を示す断面図。

【図１９】駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示
す上面図。

【図２０】駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示
す断面図。

【図２１】駆動回路のＴＦＴの構成を示す断面図。

【図２２】画素ＴＦＴの構成を示す断面図。

【図２３】画素部の画素を示す上面図。

【図２４】アクティブマトリクス型液晶表示装置の作
製工程を示す断面図。

【図２５】液晶表示装置の入出力端子、配線、回路配
置、スペーサ、シール剤の配置を説明する上面図。

【図２６】液晶表示装置の構造を示す斜視図。

【図２７】アクティブマトリクス型表示装置の回路構
成を説明するブロック図。

【図２８】発光装置の構造を示す上面図及び断面図。

【図２９】発光装置の画素部の断面図。

【図３０】発光装置の画素部の上面図と回路図。

【図３１】発光装置の画素部の回路図の例。

【図３２】半導体装置の例を示す図。

【図３３】半導体装置の例を示す図。

【図３４】半導体装置の例を示す図。

【図３５】多結晶珪素膜の表面のSEM写真を示す図。

【図３６】多結晶珪素膜の表面のSEM写真を画像処理
し、表面の模様を強調した図。

【符号の説明】

５００１結晶化領域５００２非晶質領域１００１レーザ発振器１００２ａシリンドリカルアレイレンズ１００２ｂシリンドリカルアレイレンズ１００３シリンドリカルアレイレンズ１００４シリンドリカルアレイレンズ１００５シリンドリカルレンズ１００７ミラー１００８ダブレットシリンドリカルレンズ１００９被照射面１４０１レーザ発振器１４０２凸レンズ１４０３ガルバノメータ１４０４ f-θ レンズ１４０５基板１４０６ステージ

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｇ 21/336

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の
結晶化を助長する金属元素を含む化合物を導入する工程
と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶
化させて結晶化領域と非晶質領域の混在した多結晶半導
体膜とする工程と、前記多結晶半導体膜を波長が３６０
〜６５０ｎｍのレーザビームによりレーザアニールする
工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方
法。
【請求項２】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の
結晶化を助長する金属元素を含む化合物を導入する工程
と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶
化させて結晶化領域と非晶質領域の混在した多結晶半導
体膜とする工程と、前記多結晶半導体膜を波長が４００
〜６００ｎｍのレーザビームによりレーザアニールする
工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方
法。
【請求項３】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の
結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域において９２〜９９％が結晶化していることを特徴と
する半導体装置の作製方法。
【請求項４】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の
結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第２の工程により形成さ
れた第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域において９２〜９９％が結晶化し、前記第３の工程に
より形成された第２の多結晶半導体膜は、前記ＴＦＴの
活性層となる領域において９９％以上結晶化することを
特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の
結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域において９４〜９９％が結晶化していることを特徴と
する半導体装置の作製方法。
【請求項６】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の
結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第２の工程により形成された第１の多結晶半導体膜
は、ＴＦＴの活性層となる領域において９４〜９９％が
結晶化し、前記第３の工程により形成された第２の多結
晶半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域において
９９％以上結晶化することを特徴とする半導体装置の作
製方法。
【請求項７】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の
結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域において９２〜９９％が結晶化していることを特徴と
する半導体装置の作製方法。
【請求項８】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の
結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第２の工程により形成された第１の多結晶半導体膜
は、ＴＦＴの活性層となる領域において９２〜９９％が
結晶化し、前記第３の工程により形成された第２の多結
晶半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域において
９９％以上結晶化することを特徴とする半導体装置の作
製方法。
【請求項９】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の
結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域において９４〜９９％が結晶化していることを特徴と
する半導体装置の作製方法。
【請求項１０】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第２の工程により形成された第１の多結晶半導体膜
は、ＴＦＴの活性層となる領域において９４〜９９％が
結晶化し、前記第３の工程により形成された第２の多結
晶半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域において
９９％以上結晶化することを特徴とする半導体装置の作
製方法。
【請求項１１】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜において、ＴＦＴの活性層と
なる領域のうち非晶質領域の総面積が前記ＴＦＴの活性
層となる領域の面積に対して１〜８％とすることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域のうち非晶質領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層とな
る領域の面積に対して１〜８％とし、前記第２の多結晶
半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶
質領域の総面積が１％以下とすることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
【請求項１３】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜において、ＴＦＴの活性層と
なる領域のうち非晶質領域の総面積が前記ＴＦＴの活性
層となる領域の面積に対して１〜６％とすることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域のうち非晶質領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層とな
る領域の面積に対して１〜６％とし、前記第２の多結晶
半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶
質領域の総面積が１％以下とすることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
【請求項１５】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜において、ＴＦＴの活性層と
なる領域のうち非晶質領域の総面積が前記ＴＦＴの活性
層となる領域の面積に対して１〜８％とすることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜
は、ＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶質領域の総面
積が前記ＴＦＴの活性層となる領域の面積に対して１〜
８％とし、前記第２の多結晶半導体膜は、前記ＴＦＴの
活性層となる領域のうち非晶質領域の総面積が１％以下
とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜において、ＴＦＴの活性層と
なる領域のうち非晶質領域の総面積が前記ＴＦＴの活性
層となる領域の面積に対して１〜６％とすることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化さ
せて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成
する第３の工程とを有し、前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領
域のうち非晶質領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層とな
る領域の面積に対して１〜６％とし、前記第２の多結晶
半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶
質領域の総面積が１％以下とすることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
【請求項１９】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素または前記金属元素を含む
化合物を導入する工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処
理により部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を
形成する工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３
６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結
晶半導体膜とする工程と、を有し、前記第１の多結晶半
導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ
²以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積
は０．３０μｍ²以上であることを特徴とする半導体装
置の作製方法。
【請求項２０】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素または前記金属元素を含む
化合物を導入する工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処
理により部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を
形成する工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４
００〜６００ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結
晶半導体膜とする工程と、を有し、前記第１の多結晶半
導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ
²以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積
は０．３０μｍ²以上であることを特徴とする半導体装
置の作製方法。
【請求項２１】請求項１乃至２０のいずれか一項に於
いて、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂか
ら選ばれた一種または複数種類の元素であることを特徴
とする半導体装置の作製方法。
【請求項２２】請求項１乃至２０のいずれか一項に於
いて、前記金属元素は、８族、１Ｂ族、３Ｂ族、４Ｂ
族、５Ｂ族元素から選ばれた一種または複数種類の元素
であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２３】請求項１乃至２０のいずれか一項に於
いて、前記レーザビームはＹＡＧレーザの第２高調波、
ガラスレーザの第２高調波、Ａｒレーザ、ＹＬＦレーザ
の第２高調波、ＹＶＯ₄レーザの第２高調波から選ばれ
た一種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２４】請求項１乃至２３のいずれか一項に於
いて、前記半導体装置は、液晶表示装置、または発光装
置であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２５】請求項１乃至２３のいずれか一項に於
いて、前記半導体装置は、携帯電話、ビデオカメラ、デ
ジタルカメラ、プロジェクター、ゴーグル型ディスプレ
イ、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレイヤー、電子
書籍、または携帯型情報端末であることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
【請求項２６】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９２〜９９
％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項２７】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９
％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項２８】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９２〜９９
％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項２９】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９
％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項３０】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶質
領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層となる領域の面積に
対して１〜８％である第１の多結晶半導体膜を形成さ
せ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項３１】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶質
領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層となる領域の面積に
対して１〜６％である第１の多結晶半導体膜を形成さ
せ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項３２】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶質
領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層となる領域の面積に
対して１〜８％である第１の多結晶半導体膜を形成さ
せ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項３３】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶質
領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層となる領域の面積に
対して１〜６％である第１の多結晶半導体膜を形成さ
せ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍ
のレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導
体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項３４】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によ
りＴＦＴの活性層となる領域における非晶質領域の各々
の面積は10.0μｍ²以下であり、前記非晶質領域の少な
くとも１つの面積は0.30μｍ²以上である第１の多結晶
半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長
が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成さ
せた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたこと
を特徴とする半導体装置。
【請求項３５】非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜
の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によ
りＴＦＴの活性層となる領域における非晶質領域の各々
の面積は10.0μｍ²以下であり、前記非晶質領域の少な
くとも１つの面積は0.30μｍ²以上である第１の多結晶
半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長
が４００〜６００ｎｍのレーザビームを照射して形成さ
せた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたこと
を特徴とする半導体装置。
【請求項３６】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９２〜９９
％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前
記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍの
レーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体
膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３７】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９２〜９９
％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前
記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍの
レーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体
膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３８】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９
％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前
記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍの
レーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体
膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３９】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９
％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前
記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍの
レーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体
膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４０】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶質
領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層となる領域の面積に
対して１〜８％である第１の多結晶半導体膜を形成さ
せ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０
ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶
半導体膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４１】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶質
領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層となる領域の面積に
対して１〜８％である第１の多結晶半導体膜を形成さ
せ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００
ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶
半導体膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４２】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶質
領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層となる領域の面積に
対して１〜６％である第１の多結晶半導体膜を形成さ
せ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０
ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶
半導体膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４３】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域のうち非晶質
領域の総面積が前記ＴＦＴの活性層となる領域の面積に
対して１〜６％である第１の多結晶半導体膜を形成さ
せ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００
ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶
半導体膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４４】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素または前記金属元素を含む化合
物を導入し、加熱処理を行い部分的に結晶化させ得られ
る第１の多結晶半導体膜に、レーザビームを照射し得ら
れる第２の多結晶半導体膜であり、前記第１の多結晶半
導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は10.0μｍ²以
下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は0.
30μｍ²以上であり、前記レーザビームの波長は、３６
０〜６５０ｎｍであることを特徴とする半導体装置。
【請求項４５】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁
膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記
半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結
晶化を助長する金属元素または前記金属元素を含む化合
物を導入し、加熱処理を行い部分的に結晶化させ得られ
る第１の多結晶半導体膜に、レーザビームを照射し得ら
れる第２の多結晶半導体膜であり、前記第１の多結晶半
導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は10.0μｍ²以
下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は0.
30μｍ²以上であり、前記レーザビームの波長は、４０
０〜６００ｎｍであることを特徴とする半導体装置。
【請求項４６】請求項２６乃至４５のいずれか一項に
於いて、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂか
ら選ばれた一種または複数種類の元素でなることを特徴
とする半導体装置。
【請求項４７】請求項２６乃至４５のいずれか一項に
於いて、前記金属元素は、８族、１Ｂ族、３Ｂ族、４Ｂ
族、５Ｂ族元素から選ばれた一種または複数種類の元素
でなることを特徴とする半導体装置。
【請求項４８】請求項２６乃至４５のいずれか一項に
於いて、前記レーザビームはＹＡＧレーザの第２高調
波、ガラスレーザの第２高調波、Ａｒレーザ、ＹＬＦレ
ーザの第２高調波、ＹＶＯ₄レーザの第２高調波から選
ばれた一種であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４９】請求項２６乃至４８のいずれか一項に
於いて、前記半導体装置は、液晶表示装置、または発光
装置であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５０】請求項２６乃至４８のいずれか一項に
於いて、前記半導体装置は、携帯電話、ビデオカメラ、
デジタルカメラ、プロジェクター、ゴーグル型ディスプ
レイ、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレイヤー、電
子書籍、または携帯型情報端末であることを特徴とする
半導体装置。