JP2006066908A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のパルス発振のレーザー光による照射を半導体膜に行った場合、半導体表面にリッジと呼ばれる凹凸が形成され、トップゲート型ＴＦＴの場合には、素子特性がリッジにより大きく左右されていた。特に、電気的に並列に接続する複数の薄膜トランジスタ間でのバラツキが問題となっている。
【解決手段】 本発明は、複数の薄膜トランジスタからなる回路の作製において、連続発振レーザを用いて半導体膜にレーザ光を照射して溶融する領域の幅ＬＰ（微結晶領域を含まない）を大きくし、一つの領域に複数の薄膜トランジスタ（電気的に並列に連結された薄膜トランジスタ）の活性層を配置することを特徴の一つとする。
【選択図】 図１

Description

本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や有機発光素子を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。

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、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。

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

中でも、多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタは、非晶質半導体膜を用いたＴＦＴに比べて移動度が２桁以上高く、半導体表示装置の画素部とその周辺の駆動回路を同一基板上に一体形成できるという利点を有している。多結晶半導体膜は、レーザアニール法を用いることで、安価なガラス基板上に形成することができる。

レーザーアニールに用いるレーザはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。エキシマレーザに代表されるパルス発振のレーザは、連続発振のレーザと比べて、単位時間あたりに出力されるレーザ光のエネルギーが３〜６桁程度高い。よって、ビームスポット（被処理物の表面において実際にレーザ光が照射される照射領域）を数ｃｍ角の矩形状や、長さ１００ｍｍ以上の線状となるように光学系にて成形し、半導体膜へのレーザ光の照射を効率的に行ない、スループットを高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザを用いるのが主流となりつつあった。

なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が２以上（好ましくは１０〜１００００）のものを線状と呼ぶが、線状が矩形状に含まれることに変わりはない。

特許文献１には、パルス発振のレーザを用い、合計チャンネル幅が動作設計値Ｗとなる２つのチャンネル領域ＣＨを、Ｗと離間距離ＷＡとの合計値がパルスレーザのピッチＰよりも大きくする技術が記載されている。
特許第３２７６９００号

パルス発振のレーザとしてはエキシマレーザが広く用いられている。しかし、エキシマレーザは出力パワーの関係でレーザビーム（以下、レーザ光ともいう）の断面積を極端に大きくすることは困難である。従って、レーザビームを帯状もしくは線状に整形して、これをオーバーラップさせながら走査することによって基板全面に照射している。この走査時にレーザビームのエネルギー分布の影響により結晶の粒径が不均一になる。

パルス発振のレーザ光を用いて結晶化された半導体膜は、その位置と大きさがランダムな複数の結晶粒の集まりで形成されている。結晶粒内と比較して、結晶粒の界面（結晶粒界）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が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの輸送特性が低下するという問題がある。

また、半導体膜にパルス発振のレーザー光による照射を行った場合、半導体膜は表面から瞬時に溶融し、その後、基板への熱伝導のため溶融した半導体膜は基板側から冷却し凝固する。この凝固過程において再結晶化し、大粒径の結晶構造を有する半導体膜となるが、いったん溶融させるため、体積膨張が生じて半導体表面にリッジと呼ばれる凹凸が形成され、特にトップゲート型ＴＦＴの場合にはリッジのある表面がゲート絶縁膜と接する面となるため、リッジにより素子特性が大きく左右されていた。

上述したこれらの要因により、表示装置等に集積形成される駆動用薄膜トランジスタの動作特性バラツキを招き、表示ムラが発生するといった問題が生じている。特に、電気的に並列に接続する複数の薄膜トランジスタ間でのバラツキが問題となっている。また、同様に、薄膜トランジスタを有する回路を集積形成したＣＰＵ等を作製した場合にも薄膜トランジスタの動作特性バラツキを招き、均一な動作を行うことが困難になるといった問題が生じている。

そこで、連続発振のレーザを用いた半導体膜の結晶化に関する技術が、近年注目されている。連続発振のレーザの場合、従来のパルス発振のレーザとは異なり、一方向に走査させながら半導体膜にレーザ光を照射して、結晶を走査方向に向かって連続的に成長させ、該走査方向に沿って長く延びた単結晶からなる結晶粒の集まりを形成することができる。従って、リッジと呼ばれる凹凸は形成されない。上記方法を用いることで、少なくともＴＦＴのチャネル方向に交差する結晶粒界がほとんど存在しない、半導体膜を形成できると考えられる。

本発明は、複数の薄膜トランジスタからなる回路の作製において、連続発振レーザを用いて半導体膜にレーザ光を照射して溶融する領域の幅ＬＰ（微結晶領域を含まない）を大きくし、一つの領域に複数の薄膜トランジスタ（電気的に並列に連結された薄膜トランジスタ）の活性層を配置することを特徴の一つとする。

複数の薄膜トランジスタからなる回路として、代表的には、ＣＭＯＳ回路、ＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路などが挙げられる。ＣＭＯＳ回路、ＮＭＯＳ回路、またはＰＭＯＳ回路を用いてインバータ回路、ＮＡＮＤ回路、ＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路、ＯＲ回路、シフトレジスタ回路、サンプリング回路、Ｄ／Ａコンバータ回路、Ａ／Ｄコンバータ回路、ラッチ回路、バッファ回路などを作製することができる。加えて、これらの回路を組み合わせることによってＳＲＡＭやＤＲＡＭなどのメモリ素子やその他の素子を構成することができる。

連続発振レーザを用いて半導体膜にレーザ光を照射した場合、照射領域と未照射領域との間にグレインサイズの小さい微結晶領域が形成される。この微結晶領域は、比較的大きな結晶が形成される結晶領域を挟んで両側に形成される。また、半導体膜全面にレーザ光を照射する場合、この微結晶領域が重なるようにレーザ光の走査を繰り返すことが好ましい。

本明細書でピッチとは、一方の微結晶領域を含めた照射領域の幅を指すものとする。また、レーザビーム幅ＬＰは、微結晶領域を含まない照射領域幅、即ち、隣り合う微結晶領域の間の距離（比較的大きな結晶が形成される結晶領域の幅）を指している。また、レーザビーム全幅は、両方の微結晶領域を含めた照射領域の幅、即ち、照射面におけるレーザビーム形状の全幅を指している。

本明細書で開示する発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を形成し、連続発振レーザのレーザビームを照射して前記半導体薄膜を溶融冷却して再結晶化を行い、前記半導体薄膜を活性層とした薄膜トランジスタを複数有する半導体装置であり、
前記複数の薄膜トランジスタは電気的に並列に連結され、
前記複数の薄膜トランジスタの各チャネル形成領域幅の合計ＷＣと、各チャネル形成領域間の間隔ＷＳと、を合わせた合計（ＷＣ＋ＷＳ）は、連続発振レーザのレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置である。

また、少なくとも２つの薄膜トランジスタを並列に配置した場合、他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を形成し、連続発振レーザのレーザビームを照射して前記半導体薄膜を溶融冷却して再結晶化を行い、前記半導体薄膜を活性層とした薄膜トランジスタを複数有する半導体装置であり、
複数の薄膜トランジスタのうち、少なくとも２つの薄膜トランジスタは電気的に並列に連結され、
第１の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅Ｗ１と、
前記第１の薄膜トランジスタのチャネル形成領域と、前記第１の薄膜トランジスタと隣り合う位置に配置された第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域との間隔Ｗ２と、
前記第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅Ｗ３と、を合わせた合計（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）は、連続発振レーザのレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置である。

また、連続発振レーザ（ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ）に代えて、周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザ発振器から射出されるレーザ光（擬似ＣＷレーザとも呼ばれる）を用いることもできる。従来のパルス発振のレーザで用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いる。パルス発振でレーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓｅｃ〜数百ｎｓｅｃと言われており、１０ＭＨｚ以上のパルスレーザ発振器を用いると、半導体膜がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できる。

従来のパルス発振のレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。具体的には、含まれる結晶粒の走査方向における幅が１０〜３０μｍ、好ましくは１０〜６０μｍとし、走査方向に対して垂直な方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成することができる。

また、擬似ＣＷレーザは、連続発振のレーザに比べてビームスポットの面積を飛躍的に広げ、なおかつガラス基板へ与える熱的なダメージを抑えることができ、なおかつ走査方向に向かって結晶を連続的に成長させ、該走査方向に沿って長く延びた単結晶からなる結晶粒の集まりを形成することができる。

また、他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を形成し、周波数が１０ＭＨｚ以上１００ＧＨｚ以下であるパルス発振レーザのレーザビームを照射して前記半導体薄膜を溶融冷却して再結晶化を行い、前記半導体薄膜を活性層とした薄膜トランジスタを複数有する半導体装置であり、
前記複数の薄膜トランジスタは電気的に並列に連結され、前記複数の薄膜トランジスタの各チャネル形成領域幅の合計ＷＣと、各チャネル形成領域間の間隔ＷＳと、を合わせた合計（ＷＣ＋ＷＳ）は、前記パルス発振レーザのレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置である。

また、他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を形成し、周波数が１０ＭＨｚ以上１００ＧＨｚ以下であるパルス発振レーザのレーザビームを照射して前記半導体薄膜を溶融冷却して再結晶化を行い、前記半導体薄膜を活性層とした薄膜トランジスタを複数有する半導体装置であり、
複数の薄膜トランジスタのうち、少なくとも２つの薄膜トランジスタは電気的に並列に連結され、
第１の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅Ｗ１と、
前記第１の薄膜トランジスタのチャネル形成領域と、前記第１の薄膜トランジスタと隣り合う位置に配置された第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域との間隔Ｗ２と、
前記第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅Ｗ３と、を合わせた合計（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）は、前記パルス発振レーザのレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置である。

また、上記各構成において、前記複数の薄膜トランジスタは互いに等間隔で配置されていることを特徴の一つとしている。

本発明で用いるＣＷのレーザ発振器は特に制限されることはなく、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＧｄＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザを用いることができる。

また、擬似ＣＷレーザは、２０ｐｓｅｃ以下のパルス幅をもつ極短パルスのレーザビームが発振できればどのようなレーザでも用いることが可能であり、例えば、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ₂レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ₂Ｏ₃レーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ₃レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザなどを用いることができる。

また、上記各構成を得るための半導体装置の作製方法も本発明の一つであり、その作製方法に関する構成は、
絶縁表面上に半導体膜を形成し、半導体膜を結晶化させるためのレーザビームを半導体膜に対して走査し、半導体膜を選択的にエッチングして第１の半導体層と第２の半導体層を形成し、第１のチャネル形成領域を有する第１の半導体層を備えた第１の薄膜トランジスタと、第２のチャネル形成領域を有する第２の半導体層を備えた第２の薄膜トランジスタとを形成する半導体装置の作製方法であり、
前記第１の薄膜トランジスタ及び前記第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅の合計ＷＣと、各チャネル形成領域間の間隔ＷＳと、を合わせた合計（ＷＣ＋ＷＳ）は、前記レーザ光のレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置の作製方法である。

上記作製方法に関する構成において、前記レーザビームは、連続発振レーザのレーザビーム、或いは、周波数が１０ＭＨｚ以上１００ＧＨｚ以下であるパルス発振レーザのレーザビームであることを特徴の一つとしている。

また、上記作製方法に関する構成において、予め加熱処理によって半導体膜を結晶化させた後にレーザビームを照射してもよく、前記レーザビームを半導体膜に走査する前に、半導体膜を加熱して結晶化させる工程を有することを特徴の一つとしている。

また、上記作製方法に関する構成において、前記第１のチャネル形成領域の幅方向及び前記第２のチャネル形成領域の幅方向は、前記レーザビームの走査方向と垂直であることを特徴の一つとしている。

また、上記作製方法に関する構成において、前記第１の薄膜トランジスタと前記第２の薄膜トランジスタは、電気的に並列に接続していることを特徴の一つとしている。

本発明の結晶質半導体膜の作製方法を使用して結晶質半導体膜を作製すると、被照射物の結晶化を均一に行うことができるため、特性の良い結晶質半導体膜をスループット良く得ることが可能となる。また、本発明の結晶質半導体膜の作製方法を使用して結晶化した結晶質半導体膜を用いて作製される素子間の特性のバラツキを低減させることができる。

本発明の実施形態について、以下に説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）を用いて、基板上に設けられた半導体膜の表面にＣＷレーザビームを走査している状態、および作製したＴＦＴについて説明する。

図１（Ａ）は、非晶質半導体膜の表面にレーザビーム１１を走査している状態の上面図を示している。長い楕円のスポットを有するレーザビーム１１は図中の矢印で示した走査方向１２に走査されて、部分的に結晶領域を形成している。

なお、図１（Ａ）には図示していないが、トップゲート型ＴＦＴを作製する例であるので、絶縁表面を有する基板上に下地絶縁膜が設けられており、その上に非晶質半導体膜が形成されている。

非晶質半導体膜の結晶化に際し、本実施の形態では連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２高調波、第３高調波または第４高調波を用いることで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ₄レーザ（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のＹＶＯ₄レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザ光を得る。共振器の形態の例を挙げると、共振器の中にＹＶＯ₄結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出するものがある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。このときのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ²）が必要である。

なお、レーザ光の走査は、被処理物である基板を固定してレーザ光の照射位置を移動させる照射系移動型、レーザ光の照射位置を固定して基板を移動させる被処理物移動型、または上記２つの方法を組み合わせた方法を用いることができる。いずれの場合においても、各レーザビームスポットの半導体膜に対する相対的な移動方向を制御できることが前提である。本実施の形態では、１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度の速度でレーザ光に対して相対的に非晶質半導体膜を移動させて照射する。また、基板にうねりが存在する場合は、うねりに合わせてオートフォーカス機構を作動させ、レーザ光の照射を行うことが好ましい。

レーザ光が照射され、走査方向に向かって成長した結晶粒が形成されている照射領域１４ａは、結晶性が非常に優れている。そのため、該領域をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることで、極めて高い移動度や、オン電流を期待できる。

図１（Ａ）に示すように後に形成されるＴＦＴのチャネルとなる領域１５ａが照射領域１４ａの内側に位置するように設計することが好ましい。特に図１（Ｂ）にその上面図を示すように２つのＴＦＴを電気的に並列接続させる場合には、その両方のＴＦＴのチャネルとなる領域が照射領域１４ａの内側となるようにする。図１（Ｂ）においては、走査方向と垂直な方向に２つのＴＦＴを並べて配置する設計となっている。即ち、照射領域１４ａの幅ＬＰが第１のＴＦＴのチャネル幅Ｗ１と、第２のＴＦＴのチャネル幅Ｗ３と、これらのチャネル間隔Ｗ２との総和（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）よりも大きくなるようにすることを本発明の特徴の一つとしている。

また、照射領域１４ａと未照射領域１３との間の領域には、微結晶となる照射領域１４ｂが形成される。この微結晶となる照射領域１４ｂはＴＦＴの活性層の一部とすることは好ましくないため、活性層となる領域１５ｂと重ならないようにする。また、繰り返し照射を行う場合には、この微結晶となる照射領域１４ｂ同士が重なるように走査を行う。即ち、微結晶となる照射領域１４ｂの部分をオーバーラップさせる。

レーザ光の照射が終わったら、パターニングを行って島状の半導体層を２つ形成し、公知の技術を用いてゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、ソース配線、ドレイン配線などを形成して薄膜トランジスタを完成させる。

完成した２つのＴＦＴの接続の様子を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）は図１（Ａ）に対応させて示したが、実際は、ＴＦＴの作製工程中の熱処理などによって基板などのシュリンクが発生して活性層のサイズが縮小する。

図１（Ｂ）において、第１の半導体層１６ａと第２の半導体層１６ｂが並列に配置されている。また、２つのＴＦＴは、ゲート配線１７、ソース配線１８、ドレイン配線１９が共通となっており、電気的に並列に接続されている。

また、図１（Ｂ）中の実線Ａ−Ａ’で切断した断面図が図１（Ｃ）である。以下に本発明を用いた代表的なＴＦＴの作製手順を簡略に示す。

図１（Ｃ）において、基板２０はガラス基板、石英基板などを用いることができる。また、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。

まず、図１（Ｃ）に示すように基板２０上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯ_xＮ_y）等の絶縁膜から成る下地絶縁膜を形成する。代表的な一例は下地絶縁膜として、２層構造から成り、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、及びＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜される窒化酸化珪素膜２１ａを５０〜１００ｎｍ、ＳｉＨ₄、及びＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜２１ｂを１００〜１５０ｎｍの厚さに連続形成して積層させた構造が採用される。また、下地絶縁膜の一層として膜厚１０ｎｍ以下の窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）、或いは酸化窒化珪素膜（ＳｉＮ_xＯ_y膜（Ｘ＞Ｙ））を用いることが好ましい。また、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化シリコン膜とを順次積層した３層構造を用いてもよい。

次いで、下地絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する。半導体膜は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などを公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により成膜する。そして上述したＣＷレーザにより結晶構造を有する半導体膜を得る。

次いで、フォトリソ技術を用いてパターニングを行い、第１の半導体層および第２の半導体層を得る。パターニングにおけるレジストマスク形成を行う前には各半導体層を保護するためにオゾン含有水溶液、または酸素雰囲気でのＵＶ照射によってオゾンを発生させて酸化膜を形成している。ここでの酸化膜はレジストのぬれ性を向上させる効果もある。

なお、必要があれば、パターニングを行う前に、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを上記酸化膜を介して行う。上記酸化膜を介してドーピングを行った場合には、酸化膜を除去し、再度オゾン含有水溶液によって酸化膜を形成する。

次いで、各半導体層の表面を覆って、ゲート絶縁膜となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜としては、ＰＣＶＤ法による酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を用い、膜厚を１０ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜３０ｎｍとして比較的薄いものとする。ゲート絶縁膜の薄膜化を行うことによってＴＦＴを含む回路をさらに高速駆動させることができる。ここでは酸化珪素膜からなる第１絶縁膜２４ａと、窒化酸化珪素膜からなる第２絶縁膜２４ｂとの積層構造を有するゲート絶縁膜を形成する。なお、ゲート絶縁膜を形成する前に酸化膜をフッ酸を含むエッチャントにより除去してもよい。また、半導体層の酸化膜を完全に除去する必要は特になく、薄く酸化膜を残していてもよい。オーバーエッチングして半導体層を露呈させてしまうと、表面が不純物で汚染される恐れがある。

次いで、ゲート絶縁膜の表面を洗浄した後、スパッタ法で金属膜（Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料の単層、またはこれらの積層）を形成する。

次いで、フォトリソ技術を用いて金属膜をパターニングしてゲート配線１７を形成する。

次いで、各半導体層にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）、或いはｐ型を付与する不純物元素（Ｂなど）を適宜添加してソース領域２２、ドレイン領域２３を形成する。イオンドーピング法またはイオン注入法によりゲート絶縁膜を介して半導体層に添加する。ｎチャネル型ＴＦＴを形成する場合には、ｎ型を付与する不純物元素を添加して不純物領域を形成すればよく、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する場合には、ｐ型を付与する不純物元素を添加して不純物領域を形成すればよい。

以降の工程は、層間絶縁膜２５を形成し、水素化を行って、ソース領域２２、ドレイン領域２３に達するコンタクトホールを形成し、導電膜を成膜してパターニングを行ってソース電極１８、ドレイン電極１９を形成してＴＦＴを完成させる。

また、本発明は図１（Ｃ）のＴＦＴ構造に限定されず、必要があればチャネル形成領域とドレイン領域（またはソース領域）との間にＬＤＤ領域を有する低濃度ドレイン（ＬＤＤ：Lightly Doped Drain）構造としてもよい。この構造はチャネル形成領域と、高濃度に
不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をＬＤＤ領域と呼んでいる。さらにゲート絶縁膜を介してＬＤＤ領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるＧＯＬＤ（Gate-drain Overlapped LDD）構造としてもよい。

また、ここではトップゲート型ＴＦＴを例として説明したが、ＴＦＴ構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えば順スタガ型ＴＦＴに適用することが可能である。

本発明は、従来のパルス発振レーザではなく、ＣＷレーザを用いているため、リッジがなく平坦な表面を有する半導体層１６ａが得られる。加えて、さらなるゲート絶縁膜２４ａ、２４ｂの薄膜化も可能とすることができる。

（実施の形態２）
図２（Ａ）、および図２（Ｂ）を用いて、基板上に設けられた半導体膜の表面に擬似ＣＷレーザビームを走査している状態、および作製したＴＦＴについて説明する。

図２（Ａ）は、非晶質半導体膜の表面にレーザビーム３１を走査している状態の上面図を示している。長い楕円のスポットを有するレーザビーム３１は図中の矢印で示した走査方向３２に走査されて、部分的に結晶領域を形成している。

なお、図２（Ａ）には図示していないが、トップゲート型ＴＦＴを作製する例であるので、絶縁表面を有する基板上に下地絶縁膜が設けられており、その上に非晶質半導体膜が形成されている。

非晶質半導体膜の結晶化に際し、本実施の形態では、１．８ＷのＹＶＯ₄レーザを用い、発振周波数は８０ＭＨｚ、パルス幅は１２ｐｓｅｃ程度とする。なお、本発明において発振周波数は８０ＭＨｚに限定されず、１０ＭＨｚ以上であればよい。さらに本発明では、集光性が阻害されない程度に、波面が揃い、なおかつ真円度の高いレーザ光が得られるように、パルス発振の周波数の上限を１００ＧＨｚとしても良い。また、本発明は、１．８Ｗ程度の出力が得られる固体レーザに特に限定されず、例えば出力が３００Ｗに達するような大型レーザを用いてもよい。

また、本実施の形態において、レーザ発振器は安定形共振器とし、ＴＥＭ₀₀の発振モードであることが望ましい。ＴＥＭ₀₀モードの場合、レーザ光はガウス形の強度分布を持ち、集光性に優れているため、ビームスポットの加工が容易となる。

光学系により照射面にて１０μｍ×１００μｍ程度のサイズを有するレーザビーム３１を形成する。照射面におけるレーザビーム全幅は１００μｍである。そして、レーザビーム３１の短軸方向に、ステージを走査する。なおビームスポットの走査速度は、数十ｍｍ/
ｓｅｃ〜数千ｍｍ/ｓｅｃ程度が適当であり、ここでは４００ｍｍ/ｓｅｃとする。このステージの走査により、レーザビーム３１が、半導体膜の表面に対して図２（Ａ）に示す走査方向３２に相対的に走査されることになる。レーザビームスポットが照射された照射領域３４ａにおいて半導体膜が溶融し、その固液界面が走査方向に向かって連続的に移動し、該走査方向に結晶成長した、ＬＰ幅７０μｍの領域に、幅数μｍ、長さ１０〜３０μｍ程度の単結晶の結晶粒が敷き詰められた状態が形成される。

そして、図２（Ａ）に示すように後に形成されるＴＦＴのチャネルとなる領域３５ａが照射領域３４ａの内側となるようにすることが好ましい。特に図２（Ｂ）にその上面図を示すように３つのＴＦＴを電気的に並列接続させる場合には、３つのＴＦＴのチャネルとなる領域が照射領域３４ａの内側となるようにする。図２（Ｂ）においては、走査方向と垂直な方向に３つのＴＦＴを並べて配置する設計となっている。即ち、照射領域３４ａの幅（ＬＰ幅）が第１のＴＦＴのチャネル幅Ｗ１と、第２のＴＦＴのチャネル幅Ｗ３と、第３のＴＦＴのチャネル幅Ｗ５と、これらのチャネル間隔Ｗ２、Ｗ４と、の総和（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４＋Ｗ５）よりも大きくなるようにすることを本発明の特徴の一つとしている。

さらに、図２（Ｂ）においては、走査方向にも３つのＴＦＴを並べて配置する設計となっており、合計９個のＴＦＴを配置する設計となっている。また、これらのチャネル形成領域は等間隔で配置されている。

また、照射領域３４ａと未照射領域３３との間の領域には、微結晶となる照射領域３４ｂが形成される。ここでは、照射領域の全幅（レーザビーム全幅）１００μｍのうち、ＬＰ幅７０μｍの結晶成長した領域の両脇には１５μｍの微結晶領域が形成される。この微結晶となる照射領域３４ｂはＴＦＴの活性層の一部とすることは好ましくないため、活性層となる領域３５ｂと重ならないようにする。

半導体膜全面に照射を行う場合、繰り返し走査するピッチは８５μｍであり、１５μｍの微結晶領域同士がオーバーラップするようにする。

レーザ光の照射が終わったら、パターニングを行って島状の半導体層を２つ形成し、公知の技術を用いてゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、ソース配線、ドレイン配線などを形成して薄膜トランジスタを完成させる。

完成した３つのＴＦＴの接続の様子を図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）は図２（Ａ）に対応させて示したが、実際は、ＴＦＴの作製工程中の熱処理などによって基板などのシュリンクが発生して活性層のサイズが縮小する。

図２（Ｂ）において、第１の半導体層３６ａと第２の半導体層３６ｂと第３の半導体層３６ｃとが並列に配置されている。また、３つのＴＦＴは、ゲート配線３７、ソース配線３８、ドレイン配線３９が共通となっており、電気的に並列に接続されている。

また、実施の形態１に用いた連続発振のレーザの場合、半導体膜の任意の１点にレーザ光が照射される時間は１０μｓｅｃのオーダーである。しかし本実施の形態では、１０ＭＨｚを超える高い発振周波数でレーザ光を発振させるのでパルス幅が１ｎｓｅｃ以下となっており、１点にレーザ光が照射される時間を１０^-4倍とすることができ、なおかつ連続発振のレーザに比べて尖頭出力を飛躍的に高めることができる。そのため、基板上に形成された半導体膜の結晶化の際に、基板に与えられる熱量を連続発振のレーザよりも大幅に抑えることができ、よって基板のシュリンクや、半導体膜と、他の膜との間で起こる不純物の拡散を防ぐことができ、それにより半導体素子の特性を高め、歩留まりを高めることが可能になる。

また、従来のパルス発振レーザではなく、擬似ＣＷレーザを用いているため、リッジがなく平坦な表面を有する第１の半導体層３６ａ、第２の半導体層３６ｂ、第３の半導体層３６ｃが得られる。加えて、さらなるゲート絶縁膜の薄膜化も可能とすることができる。

また、従来のパルス発振レーザに比べて著しく高い発振周波数を用いるため、レーザ光を基板に対して垂直の方向から照射しても、基板の裏面における光の反射によって生じる干渉が抑えられるという、副次的な効果も得ることができる。レーザ光を基板に対して垂直の方向から照射することができるため、光学設計が容易になり、得られるビームスポットのエネルギー分布をより均一にすることができる。

また、本実施の形態は実施の形態１と組み合わせることができる。

以上の構成でなる本発明について、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。

本実施例では、図３を用いて、レーザ照射装置の構成について説明する。

１０１はパルス発振のレーザ発振器であり、本実施例では、１．８ＷのＹＶＯ₄レーザを用いる。また１０２は非線形光学素子に相当する。レーザ発振器１０１は安定形共振器とし、ＴＥＭ₀₀の発振モードであることが望ましい。ＴＥＭ₀₀モードの場合、レーザ光はガウス形の強度分布を持ち、集光性に優れているため、ビームスポットの加工が容易となる。レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光は、非線形光学素子１０２により第２高調波（５３２ｎｍ）に変換される。特に第２高調波に限定する必要はないがエネルギー効率の点で、第２高調波の方が、さらに高次の高調波と比較して優れている。発振周波数は８０ＭＨｚ、パルス幅は１２ｐｓｅｃ程度とする。

なお、発振周波数は８０ＭＨｚに限定されず、１０ＭＨｚ以上であればよい。さらに本発明では、集光性が阻害されない程度に、波面が揃い、なおかつ真円度の高いレーザ光が得られるように、パルス発振の周波数の上限を１００ＧＨｚとしても良い。

なお、図３のレーザ照射装置は、非線形光学素子１０２をレーザ発振器１０１が有する共振器内に設けていても良いし、基本波のレーザ発振器の外に別途非線形光学素子を備えた共振器を設けていても良い。前者は装置が小型になり、共振器長の精密制御が不要になるという利点を有し、後者は基本波と高調波の相互作用を無視できるという利点を有する。

非線形光学素子１０２には、非線形光学定数の比較的大きいＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）、
ＢＢＯ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）、ＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀）、ＧｄＹＣＯＢ（ＹＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃）、ＫＤＰ（ＫＤ₂ＰＯ₄）、ＫＢ５、ＬｉＮｂＯ₃、Ｂａ₂ＮａＮｂ₅Ｏ₁₅等の結晶が用いられており、特にＬＢＯやＢＢＯ、ＫＤＰ、ＫＴＰ、ＫＢ５、ＣＬＢＯ等を用いることで基本波から高調波への変換効率を高めることができる。

レーザ光は通常水平方向に射出されることから、レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光は、反射ミラー１０３にて、鉛直方向からの角度（入射角）がθとなるように、その進行方向が変換される。本実施例では、θ＝１８°とする。進行方向が変換された第１のレーザ光は、レンズ１０４によりそのビームスポットの形状が加工され、ステージ１０７上に載置された被処理物に照射される。図３では、基板１０５上に形成された半導体膜１０６が被処理物に相当する。図３では、反射ミラー１０３とレンズ１０４とがレーザ光を半導体膜１０６において集光させるための光学系に相当する。

図３では、レンズ１０４として平凸球面レンズを用いている例を示している。平凸球面レンズは焦点距離２０ｍｍである。そしてその曲面の中央にレーザ光が入射するように、平面が基板１０５と平行になるように配置されている。また平凸球面レンズの平面と半導体膜１０６との距離は２０ｍｍとする。これにより、半導体膜１０６の表面において、１０μｍ×１００μｍ程度のサイズを有するビームスポット１１０が形成される。ビームスポット１１０を細長く伸ばすことができるのは、レンズ１０４の非点収差の影響である。

図３のように、被処理物として半導体膜１０６が成膜された基板１０５を用いる場合において、半導体膜１０６が非晶質半導体のとき、半導体膜１０６のレーザ光に対する耐性を高めるために、レーザ光の照射の前に熱アニールを該半導体膜１０６に対して行なうことが好ましい。具体的に熱アニールは、例えば窒素雰囲気下において５００℃、１時間程度で行なえばよい。熱アニールの他に、触媒金属を用いた結晶化を施していてもよい。熱アニールを施した半導体膜でも、触媒金属を用いて結晶化された半導体膜でも、最適なレーザ光の照射条件はほぼ同様である。

また、ステージ１０７は、Ｘ軸方向に走査を行なうためのロボット（Ｘ軸用一軸ロボット）１０８とＹ軸方向に走査を行なうためのロボット（Ｙ軸用一軸ロボット）１０９とにより、基板１０５に平行な面内においてＸＹ方向に移動が可能である。

そして、Ｙ軸用一軸ロボット１０９を用いてビームスポット１１０の短軸方向に、ステージ１０７を走査する。なおステージ１０７の走査速度は、数十ｍｍ/ｓｅｃ〜数千ｍｍ/ｓｅｃ程度が適当であり、ここでは４００ｍｍ/ｓｅｃとする。このステージ１０７の走査により、ビームスポット１１０が、半導体膜１０６の表面に対して相対的に走査されることになる。よって、ビームスポット１０６が当たっている領域において半導体膜が溶融し、その固液界面が走査方向に向かって連続的に移動し、該走査方向に結晶成長した、ＬＰ幅７０μｍの領域に、幅数μｍ、長さ１０〜３０μｍ程度の単結晶の結晶粒が敷き詰められた（みたすように）状態が形成される。

次に図４を用いて、ビームスポット１１０の、半導体膜１０６の表面における走査経路について説明する。被処理物に相当する半導体膜１０６全面にレーザ光を照射する場合、Ｙ軸用一軸ロボット１０９を用いて一方向への走査を行なった後、Ｘ軸用一軸ロボット１０８を用いて、Ｙ軸用一軸ロボット１０９による走査方向と交差する方向に、ビームスポット１１０をスライドさせる。このスライドさせる距離がピッチに相当する。

例えば、Ｙ軸用一軸ロボット１０９によりビームスポット１１０を一方向に走査する。図４において、該走査経路をＡ１で示す。次に、Ｘ軸用一軸ロボット１０８を用いて、走査経路をＡ１に対して垂直の方向にビームスポット１１０をスライドさせる。該スライドによる走査経路をＢ１で示す。次に、走査経路Ａ１とは反対方向に向かって、Ｙ軸用一軸ロボット１０９によりビームスポット１１０を一方向に走査する。該走査経路をＡ２で示す。次に、Ｘ軸用一軸ロボット１０８を用いて、走査経路をＡ２に対して垂直の方向にビームスポット１１０をスライドさせる。該スライドによる走査経路をＢ２で示す。このように、Ｙ軸用一軸ロボット１０９による走査とＸ軸用一軸ロボット１０８による走査とを順に繰り返すことで、半導体膜１０６全面にレーザ光を照射することができる。

レーザ光が照射され、走査方向に向かって成長した結晶粒が形成されている領域は、結晶性が非常に優れている。そのため、該領域をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることで、極めて高い移動度や、オン電流を期待できる。しかし半導体膜のうち、そのような高い結晶性が必要とされない部分が存在する場合、該部分にはレーザ光を照射しないようにしても良い。もしくは、走査の速度を増加させるなど、高い結晶性が得られないような条件でレーザ光の照射を行なうようにしても良い。

なお、レーザ光の走査は、被処理物である基板を固定してレーザ光の照射位置を移動させる照射系移動型、図３、図４のようにレーザ光の照射位置を固定して基板を移動させる被処理物移動型、または上記２つの方法を組み合わせた方法を用いることができる。いずれの場合においても、各ビームスポットの半導体膜に対する相対的な移動方向を制御できることが前提である。

以下にＴＦＴの作製手順を示す。

厚さ０.７ｍｍのガラス基板の片面に、厚さ２００ｎｍの酸化珪素を形成し、その上に半導体膜として厚さ６６ｎｍの非晶質珪素（a-Si）膜をプラズマCVD法で形成した後、半導体膜のレーザに対する耐性を高めるために、窒素雰囲気下において５００℃、１時間の熱アニールを行なう。

そして、図３に示すレーザ照射装置を用い、１．８ＷのＹＶＯ₄レーザの第２高調波（５３２ｎｍ）、ＴＥＭ₀₀モード、発振周波数８０ＭＨｚ、パルス幅１２ｐｓｅｃ、走査速度４００ｍｍ／ｓｅｃ、長さ１０μｍ×全幅１００μｍ程度のサイズを有するビームスポットで、レーザ光を照射し、結晶化を行なう。そして、ＬＰ幅７０μｍの領域に、該走査方向に結晶成長した、幅数μｍ、長さ１０〜３０μｍ程度の単結晶の結晶粒が敷き詰められた（みたすように）状態が得られる。

そして、得られたＬＰ幅７０μｍの領域の内側に複数の島状の半導体層をパターニングする。例えば、ＬＰ幅７０μｍの領域に、チャネル幅Ｗ１（Ｗ１＝２０μｍ）の第１のチャネル形成領域、チャネル幅Ｗ２（Ｗ２＝２０μｍ）の第２のチャネル形成領域とを並列に並べて、それらの間隔を１０μｍとする。こうすることによって結晶領域のＬＰ幅をチャネル幅及び間隔の総和よりも大きく（結晶領域の幅７０μｍ＞２０μｍ＋２０μｍ＋１０μｍ）することができる。なお、第１のチャネル形成領域のチャネル長Ｌ１は８μｍ、第２のチャネル形成領域のチャネル長Ｌ２は８μｍとする。

以降の工程は、公知の技術を用いて少なくとも上記チャネル形成領域を有する２つのＴＦＴを完成させ、電気的に並列に接続する。こうして第１のＴＦＴ（Ｌ１／Ｗ１＝８μｍ／２０μｍ）と第２のＴＦＴ（Ｌ２／Ｗ２＝８μｍ／２０μｍ）とが得られる。得られた２つのＴＦＴは、少なくとも２つのチャネル形成領域において結晶化が均一に行われ、ほぼ同一の電気特性を示す。

電気的に並列に接続された上記２つのＴＦＴを表示装置等に集積形成される駆動回路の一部に用いれば、動作特性の均一化を図ることができ、駆動回路が原因となっている表示ムラをなくすことができる。

また、同様に、上記２つのＴＦＴを用いて、ＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路、またはＣＭＯＳ回路を集積形成したＣＰＵ等を作製した場合にも薄膜トランジスタの動作特性バラツキを低減することができ、均一な動作を行うことが可能となる。

また、本実施例は、実施の形態１または実施の形態２と自由に組み合わせることができる。

本実施例では、図５を用いて、半導体装置の作製方法について説明する。

まず、図５（Ａ）に示すように、基板５００上に下地膜５０１を成膜する。基板５００には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ＳＵＳ基板等を用いることができる。また、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮに代表されるプラスチックや、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。

下地膜５０１は基板５００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍ）の膜厚になるように成膜する。

なお下地膜５０１は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。またガラス基板、ＳＵＳ基板またはプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散が問題とならない場合は、必ずしも設ける必要はない。

次に下地膜５０１上に半導体膜５０２を形成する。半導体膜５０２の膜厚は２５ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍ）とする。なお半導体膜５０２は、非晶質半導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができる。

次に図５（Ｂ）に示すように、図３のレーザ照射装置を用いて半導体膜５０２にレーザ光を照射し、結晶化を行なう。

本実施例ではレーザ光として、エネルギー２Ｗ、ＴＥＭ₀₀の発振モード、第２高調波（５３２ｎｍ）、発振周波数８０ＭＨｚ、パルス幅１２ｐｓｅｃのＹＶＯ₄レーザを用いる。
なお、レーザ光を光学系により加工することで半導体膜５０２の表面に形成されるビームスポットは、短軸１０μm、長軸１００μｍの矩形状とする。

そして、半導体膜５０２の表面において、ビームスポットを図５（Ｂ）に示した白抜きの矢印の方向に向かって走査する。発振周波数を８０ＭＨｚとすることで、固液界面を白抜きの矢印の方向に向かって連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成される。該走査方向に沿って長く延びた単結晶の粒を形成することで、少なくともＴＦＴのチャネル方向には結晶粒界のほとんど存在しない半導体膜の形成が可能となる。

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

上述した半導体膜５０２へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜５０３が形成される。

次に、図５（Ｃ）に示すように半導体膜５０３をパターニングすることで、島状の半導体膜５０７〜５０９が形成され、該島状の半導体膜５０７〜５０９を用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子が形成される。

図示しないが、例えばＴＦＴを作製する場合、次に島状の半導体膜５０７〜５０９を覆うようにゲート絶縁膜を成膜する。ゲート絶縁膜には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。また成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。

次に、ゲート絶縁膜上に導電膜を成膜しパターニングすることでゲート電極を形成する。そして、ゲート電極や、あるいはレジストを成膜しパターニングしたものをマスクとして用い、島状の半導体膜５０７〜５０９にｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成する。

上記一連の工程によってＴＦＴを形成することができる。なお本発明の半導体装置の作製方法は、島状の半導体膜の形成以降の、本実施例で示したようなＴＦＴの作製工程に限定されない。上述のレーザ光の照射方法を用いて結晶化された半導体膜をＴＦＴの活性層として用いることで、素子間の移動度、閾値及びオン電流のばらつきを抑えることができる。

また、レーザ光による結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けても良い。触媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いることができる。触媒元素を用いた結晶化工程の後に、レーザ光による結晶化工程を行なうと、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から半導体膜の表面に向かって均一に進みやすく、レーザ光による結晶化工程のみの場合に比べて、より半導体膜の結晶性を高めることができ、レーザ光による結晶化後の半導体膜表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの特性のばらつきがより抑えられ、オフ電流を抑えることができる。

なお、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めていても良いし、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。

また、本実施例は、実施の形態１、実施の形態２、または実施例１と自由に組み合わせることができる。

本実施例では実施例２とは異なり、図３のレーザ照射装置による結晶化方法に、触媒元素による結晶化方法を組み合わせた例について説明する。

まず、半導体膜５０２を成膜する工程まで、実施例２の図５（Ａ）を参照して行なう。次に図６（Ａ）に示すように、半導体膜５０２の表面に、重量換算で１〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法で塗布する。なお触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。そして、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行なう。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、基板５００に向かって縦方向に結晶化が促進された半導体膜５２０が形成される（図６（Ａ））。

加熱処理には、例えば、ランプの輻射を熱源としたＲＴＡ(Rapid Thermal Anneal)、又は加熱された気体を用いるＲＴＡ（ガスＲＴＡ）で設定加熱温度７４０℃、１８０秒のＲＴＡを行なう。設定加熱温度は、パイロメータで測る基板の温度であり、その温度を熱処理時の設定温度としている。他の方法としては、ファーネスアニール炉を用いて５５０℃にて４時間の熱処理があり、これを用いても良い。結晶化温度の低温化及び時短化は触媒作用のある金属元素の作用によるものである。

なお、本実施例では触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いているが、その以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いても良い。

次に図６（Ｂ）に示すように、半導体膜５２０を図３のレーザ照射装置を用いて結晶化する。本実施例ではレーザ光として、発振周波数８０ＭＨｚ、パルス幅１２ｐｓｅｃ程度の、パルス発振のＹＶＯ₄レーザの第２高調波を用いる。

上述した半導体膜５２０へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜５２１が形成される。なお、触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５２１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０¹⁹atoms/cm³程度の濃度で含まれていると考え
られる。次に、半導体膜５２１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。

まず、図６（Ｃ）に示すように半導体膜５２１の表面に酸化膜５２２を形成する。１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の膜厚を有する酸化膜５２２を形成することで、後のエッチング工程において半導体膜５２１の表面がエッチングにより荒れるのを防ぐことができる。酸化膜５２２は公知の方法を用いて形成することができる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液や、オゾン水で、半導体膜５２１の表面を酸化することで形成しても良いし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理や、加熱処理、紫外線照射等により形成しても良い。また酸化膜５２２を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などの別の方法で形成しても良い。

次に酸化膜５２２上に、希ガス元素を１×１０²⁰atoms/cm³以上の濃度で含むゲッタリ
ング用の半導体膜５２３を、スパッタ法を用いて２５〜２５０ｎｍの厚さで形成する。ゲッタリング用の半導体膜５２３は、半導体膜５２１とエッチングの選択比を大きくするため、半導体膜５２１よりも膜の密度の低い方がより望ましい。希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。

次にファーネスアニール法やＲＴＡ法を用いて加熱処理を施し、ゲッタリングを行なう。ファーネスアニール法で行なう場合には、窒素雰囲気中にて４５０〜６００℃で０．５〜１２時間の加熱処理を行なう。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には６００〜１０００℃、好ましくは７００〜７５０℃程度にまで加熱されるようにする。

加熱処理により、半導体膜５２１内の触媒元素が、拡散により矢印に示すようにゲッタリング用の半導体膜５２３に移動し、ゲッタリングされる。

次にゲッタリング用の半導体膜５２３を選択的にエッチングして除去する。エッチングは、ＣｌＦ₃によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（（ＣＨ₃）₄ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行なうことができる。この時酸化膜５２２によって半導体膜５２１がエッチングされるのを防ぐことができる。

次に酸化膜５２２をフッ酸により除去した後、半導体膜５２１をパターニングし、島状の半導体膜５２４〜５２６を形成する（図６（Ｄ））。該島状の半導体膜５２４〜５２６を用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子を形成することができる。なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施例に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。

本実施例の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、またその結晶方位を揃えやすいため、実施例２の場合に比べて表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの特性のばらつきがより抑えられる。

なお本実施例では、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光の照射を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。

また、本実施例は、実施の形態１、実施の形態２、実施例１、または実施例２と自由に組み合わせることができる。

本実施例では、図３のレーザ照射装置による結晶化方法に触媒元素による結晶化方法を組み合わせた、実施例３とは異なる例について説明する。

まず、半導体膜５０２を成膜する工程まで、実施例２の図５（Ａ）を参照して行なう。次に、半導体膜５０２の上に開口部を有するマスク５４０を形成する。そして図７（Ａ）に示すように、半導体膜５０２の表面に重量換算で１〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法で塗布する。なお触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。塗布された酢酸ニッケル塩溶液は、マスク５４０の開口部において半導体膜５０２と接する（図７（Ａ））。

次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行なう。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、実線の矢印で示したように結晶化が促進された半導体膜５３０が形成される（図７（Ａ））。加熱処理の方法はこれに限定されず、実施例３に示したその他の方法で行なっても良い。なお、触媒元素は実施例３に列記したものを用いることができる。

次にマスク５４０を除去した後、図７（Ｂ）に示すように、半導体膜５３０を図３のレーザ照射装置を用いて結晶化する。本実施例では、エネルギー２Ｗ、第２高調波（５３２ｎｍ）、発振周波数８０ＭＨｚ、パルス幅１２ｐｓｅｃのＹＶＯ₄レーザを用いる。上述した半導体膜５３０へのレーザ光５３８の照射により、結晶性がより高められた半導体膜５３１が形成される。

なお図７（Ｂ）に示したように触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５３１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０¹⁹atoms/cm³程度の濃度で含まれていると
考えられる。次に、半導体膜５３１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。

まず図７（Ｃ）に示すように、半導体膜５３１を覆うように、マスク用の酸化シリコン膜５３２を１５０ｎｍの厚さで形成し、パターニングにより開口部を設け、半導体膜５３１の一部を露出させる。そして、リンを添加して、半導体膜５３１にリンが添加された領域５３３を設ける。この状態で、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行なうと、半導体膜５３１にリンが添加された領域５３３がゲッタリングサイトとして働き、半導体膜５３１に残存していた触媒元素が、リンの添加されたゲッタリング領域５３３に偏析する。

そして、リンが添加された領域５３３をエッチングで除去することにより、半導体膜５３１の残りの領域において、触媒元素の濃度を１×１０¹⁷atms/cm³以下にまで低減させることができる。次に、マスク用の酸化シリコン膜５３２を除去した後、半導体膜５３１をパターニングし、島状の半導体膜５３４〜５３６を形成する（図７（Ｄ））。該島状の半導体膜５３４〜５３６用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子を形成することができる。なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施例に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。

本実施例の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、またその結晶方位を揃えやすいため、実施例２の場合に比べて表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの特性のばらつきがより抑えられる。

なお本実施例では、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光の照射を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。

また、本実施例は、実施の形態１、実施の形態２、実施例１、実施例２、または実施例３と自由に組み合わせることができる。

図８を用いて、図３のレーザ照射装置を用いて形成される半導体表示装置の１つである、発光装置の駆動回路および画素の構成について説明する。

図８において、基板６０００上に、下地膜６００１が形成されており、該下地膜６００１上に薄膜トランジスタ６００２、６０２０が形成されている。画素部に配置される薄膜トランジスタ６００２は島状の半導体膜６００３と、ゲート電極６００５と、島状の半導体膜６００３とゲート電極６００５の間に挟まれたゲート絶縁膜６００４と、を有している。また、駆動回路に配置される薄膜トランジスタ６０２０は島状の半導体膜６０１８、６０１９と、ゲート電極６０２１と、島状の半導体膜とゲート電極６０２１の間に挟まれたゲート絶縁膜６００４と、を有している。

島状の半導体膜６００３、６０１８、６０１９は、図３のレーザ照射装置を用い、チャネル幅の方向にレーザ光が走査されることで結晶化された多結晶半導体膜が用いられている。ここでは、２つのＴＦＴしか図示しないが、駆動回路において少なくとも２行×２列のＴＦＴが設けられており、電気的に並列に接続されている。上述した実施の形態１または実施の形態２に示した方法を用いて駆動回路の一部を形成することによって回路動作バラツキを低減することができる。なお、チャネル幅方向と垂直なチャネル長は、ゲート電極６０２１と重なっているチャネル形成領域の長さに相当する。

またゲート絶縁膜６００４は、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素を用いることができる。またそれらを積層した膜、例えばＳｉＯ₂上にＳｉＮを積層した膜を、ゲート絶縁膜として用いても良い。またゲート電極６００５として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成する。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜を積層したものであっても良い。

またトランジスタ６００２、６０２０は、第１の層間絶縁膜６００６で覆われており、第１の層間絶縁膜６００６上には第２の層間絶縁膜６００７と、第４の層間絶縁膜６００９が積層されている。第１の層間絶縁膜６００６は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素膜を単層でまたは積層して用いることができる。

また第２の層間絶縁膜６００７、第４の層間絶縁膜６００９は、有機樹脂膜、無機絶縁膜、シロキサン系材料のようなＳｉ−Ｏ結合とＳｉ−ＣＨx結合手を含む絶縁膜等を用いることができる。本実施例では非感光性のアクリルを用いる。

第２の層間絶縁膜６００７上の一部に形成される第３の層間絶縁膜６００８は、第１の
電極６０１０、ソース電極６０２２、ドレイン電極６０２３を形成した後に、これらの電極をマスクとしてエッチングする。第３の層間絶縁膜６００８は、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。

また図８において６０１７は接続電極、６０２４は第２の電極、６０１１は電界発光層、６０１２は第３の電極であり、第２の電極６０２４と電界発光層６０１１と第３の電極６０１２が重なっている部分が発光素子６０１３に相当する。トランジスタ６００２は、発光素子６０１３に供給する電流を制御する駆動用トランジスタであり、発光素子６０１３と直接、または他の回路素子を介して直列に接続されている。電界発光層６０１１は、発光層単層、もしくは発光層を含む複数の層が積層された構成を有している。

第２の電極６０２４は第４の層間絶縁膜６００９上に形成されている。また第４の層間絶縁膜６００９上には隔壁として用いる有機樹脂膜６０１４が形成されている。なお本実施例では隔壁として有機樹脂膜を用いているが、無機絶縁膜、シロキサン系材料のようなＳｉ−Ｏ結合とＳｉ−ＣＨx結合手を含む絶縁膜等を隔壁として用いることができる。有機樹脂膜６０１４は開口部６０１５を有しており、該開口部において第２の電極６０２４と電界発光層６０１１と第３の電極６０１２が重なり合うことで発光素子６０１３が形成されている。

そして有機樹脂膜６０１４及び第３の電極６０１２上に、保護膜６０１６が成膜されている。保護膜６０１６は第３の層間絶縁膜６００８と同様に、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いる。

また有機樹脂膜６０１４の開口部６０１５における端部は、有機樹脂膜６０１４上に一部重なって形成されている電界発光層６０１１に、該端部において穴があかないように、丸みを帯びさせることが望ましい。具体的には、開口部における有機樹脂膜の断面が描いている曲線の曲率半径が、０．２〜２μｍ程度であることが望ましい。上記構成により、後に形成される電界発光層や第３の電極のカバレッジを良好とすることができ、第２の電極６０２４と第３の電極６０１２が電界発光層６０１１に形成された穴においてショートするのを防ぐことができる。また電界発光層６０１１の応力を緩和させることで、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができ、信頼性を高めることができる。

なお図８では、有機樹脂膜６０１４として、ポジ型の感光性のアクリル樹脂を用いた例を示している。感光性の有機樹脂には、光、電子、イオンなどのエネルギー線が露光された箇所が除去されるポジ型と、露光された箇所が残るネガ型とがある。本発明ではネガ型の有機樹脂膜を用いても良い。また感光性のポリイミドを用いて有機樹脂膜６０１４を形成しても良い。ネガ型のアクリルを用いて有機樹脂膜６０１４を形成した場合、開口部６０１５における端部が、Ｓ字状の断面形状となる。このとき開口部の上端部及び下端部における曲率半径は、０．２〜２μｍとすることが望ましい。

なお、第２の電極６０２４と、第３の電極６０１２は、いずれか一方が陽極、他方が陰極に相当する。

陽極には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。ＩＴＯ及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを用いても良い。また陽極として上記透光性酸化物導電材料の他に、例えばＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｌ等の１つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を用いることができる。ただし透光性酸化物導電材料以外の材料で陽極側から光を取り出す場合、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成する。

陰極は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎなど）、およびこれらの化合物（ＣａＦ₂、ＣａＮ）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用いることができる。また電界発光層６０１１中に電子注入層を設ける場合、Ａｌなどの他の導電層を用いることも可能である。また陰極側から光を取り出す場合は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。ＩＴＯ及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを用いても良い。透光性酸化物導電材料を用いる場合、後に形成される電界発光層６０１１に電子注入層を設けるのが望ましい。また透光性酸化物導電材料を用いずとも、陰極を光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成することで、陰極側から光を取り出すことができる。この場合、該陰極の上または下に接するように透光性酸化物導電材料を用いて透光性を有する導電層を形成し、陰極のシート抵抗を抑えるようにしても良い。

なお図８では、発光素子から発せられる光を基板６０００に通過させる構成を示しているが、光が基板とは反対側に向かうような構造の発光装置としても良い。

なお、実際には図８まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）や透光性のカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。その際、カバー材で封入された内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリウム）を配置したりすると発光素子の信頼性が向上する。

なお、本実施例では半導体表示装置の一例として発光装置を例に挙げたが、本発明の作製方法を用いて形成される半導体表示装置はこれに限定されない。

また、本実施例は、実施の形態１、実施の形態２、実施例１、実施例２、実施例３、または実施例４と自由に組み合わせることができる。

実施例５では、下方出射型の発光装置の例を示したが、本実施例は、上面出射型の発光装置の作製例を示す。

まず、第１の基板４０１上に下地絶縁膜を形成する。第１の基板４０１は平坦性および耐熱性を有している基板であれば特に限定されない。下地絶縁膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜を形成する。

次いで、下地絶縁膜上に半導体層を形成する。半導体層は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により成膜した後、図３に示すレーザ照射装置を用い、実施の形態１または実施の形態２に従って結晶化処理を行って得られた結晶質半導体膜を第１のフォトマスクを用いて所望の形状にパターニングして形成する。

本実施例では、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用する。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ₄レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を適用すればよい。

この半導体層の厚さは２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜７０ｎｍ）の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。

次いで、レジストマスクを除去した後、半導体層を覆うゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法または熱酸化法を用い、厚さを１〜２００ｎｍとする。

次いで、ゲート絶縁膜上に膜厚１００〜６００ｎｍの導電膜を形成する。ここでは、スパッタ法を用い、ＴａＮ膜とＷ膜との積層からなる導電膜を形成する。なお、ここでは導電膜をＴａＮ膜とＷ膜との積層としたが、特に限定されず、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料の単層、またはこれらの積層で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。

次いで、第２のフォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いてエッチングを行う。このエッチング工程によって、導電膜をエッチングして、ＴＦＴ４０４のゲート電極を形成する。

次いで、レジストマスクを除去した後、第３のフォトマスクを用いてレジストマスクを新たに形成し、ここでは図示しないｎチャネル型ＴＦＴを形成するため、半導体にｎ型を付与する不純物元素（代表的にはリン、またはＡｓ）を低濃度にドープするための第１のドーピング工程を行う。レジストマスクは、ｐチャネル型ＴＦＴとなる領域と、導電層の近傍とを覆う。この第１のドーピング工程によって絶縁膜を介してスルードープを行い、ｎ型の低濃度不純物領域を形成する。一つの発光素子は、複数のＴＦＴを用いて駆動させるが、ｐチャネル型ＴＦＴのみで駆動させる場合には、上記ドーピング工程は特に必要ない。

次いで、レジストマスクを除去した後、第４のフォトマスクを用いてレジストマスクを新たに形成し、半導体にｐ型を付与する不純物元素（代表的にはボロン）を高濃度にドープするための第２のドーピング工程を行う。この第２のドーピング工程によってゲート絶縁膜を介してスルードープを行い、ｐ型の高濃度不純物領域を形成する。

次いで、第５のフォトマスクを用いてレジストマスクを新たに形成し、ここでは図示しないｎチャネル型ＴＦＴを形成するため、半導体にｎ型を付与する不純物元素（代表的にはリン、またはＡｓ）を高濃度にドープするための第３のドーピング工程を行う。レジストマスクは、ｐチャネル型ＴＦＴとなる領域と、導電層の近傍とを覆う。この第３のドーピング工程によってゲート絶縁膜を介してスルードープを行い、ｎ型の高濃度不純物領域を形成する。

この後、レジストマスクを除去し、水素を含む絶縁膜を成膜した後、半導体層に添加された不純物元素の活性化および水素化を行う。水素を含む絶縁膜は、ＰＣＶＤ法により得られる窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ膜）を用いる。

次いで、層間絶縁膜の２層目となる平坦化膜４１０を形成する。平坦化膜４１０としては、無機材料（酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど）、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、またはこれらの積層などを用いる。また、平坦化膜に用いる他の膜としては、塗布法によって得られるアルキル基を含むＳｉＯｘ膜からなる絶縁膜、例えばシリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマーなどを用いて形成された絶縁膜を用いることができる。シロキサン系ポリマーの一例としては、東レ製塗布絶縁膜材料であるPSB−K１、PSB−K31や触媒化成製塗布絶縁膜材料であるZRS-５PHが挙げられる。

次いで、第６のマスクを用いて層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する。次いで、第６のマスクを除去し、導電膜（ＴｉＮ膜、Ａｌ（Ｃ＋Ｎｉ）合金膜、ＴｉＮ膜の順に積層）を形成した後、第７のマスクを用いてエッチングを行い、配線（ＴＦＴのソース配線及びドレイン配線や、電流供給配線など）を形成する。

次いで、第７のマスクを除去し、３層目の層間絶縁膜４１１を形成する。３層目の層間絶縁膜４１１としては、塗布法によって得られる黒色顔料を分散させてなる感光性または非感光性の有機材料を用いる。本実施例では、コントラスト向上、迷光の吸収のために遮光性を有する層間絶縁膜を用いている。さらに３層目の層間絶縁膜を保護するため、４層目の層間絶縁膜としてＰＣＶＤ法により得られる窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ膜）を積層してもよい。４層目の層間絶縁膜を設けた場合、後の工程で第１の電極をパターニングした後、第１の電極をマスクとして選択的に除去することが好ましい。

次いで、第８のマスクを用いて第３の層間絶縁膜４１１にコンタクトホールを形成する。

次いで、反射導電膜と透明導電膜を成膜した後、第９のマスクを用いてパターニングを行って反射電極４１２と透明電極４１３との積層を得る。反射電極４１２としては、Ａｇ、Ａｌ、またはＡｌ（Ｃ＋Ｎｉ）合金膜を用いる。透明電極４１３としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の他、例えば、Ｓｉ元素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）や酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電材料を用いることができる。

次いで、第１０のマスクを用いて反射電極４１２及び透明電極４１３の端部を覆って隔壁となる、絶縁物４１９を形成する。絶縁物４１９としては、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、またはＳＯＧ膜（例えば、アルキル基を含むＳｉＯｘ膜）を膜厚０．８μｍ〜１μｍの範囲で用いる。

次いで、有機化合物を含む層４１４を、蒸着法または塗布法を用いて形成する。フルカラーとするため、有機化合物を含む４１４は、それぞれ選択的に形成して、Ｒ、Ｇ、Ｂの３種類の画素を形成する。

次いで、有機化合物を含む層４１４の上に透明電極４１５、即ち、有機発光素子の陰極を膜厚１０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で形成する。透明電極４１５としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の他、例えば、Ｓｉ元素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）や酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯを用いることができる。

以上のようにして、発光素子が作製される。

次いで、発光素子を覆って、水分の侵入を防ぐ透明保護層４０５、４１６を形成する。透明保護層４０５、４１６としては、スパッタ法またはＣＶＤ法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜（ＳｉＮＯ膜（組成比Ｎ＞Ｏ）またはＳｉＯＮ膜（組成比Ｎ＜Ｏ））、炭素を主成分とする薄膜（例えばＤＬＣ膜、ＣＮ膜）などを用いることができる。

次いで、基板間隔を確保するためのギャップ材（フィラー（ファイバーロッド）、微粒子（真絲球など）など）を含有するシール材を用い、第２の基板４０３と第１の基板４０１とを貼り合わせる。なお、一対の基板間には充填材料４１７、代表的には紫外線硬化または熱硬化のエポキシ樹脂を充填する。また、第２の基板４０３は、光透過性を有するガラス基板や石英基板やプラスチック基板を用いればよい。透明な充填材料（屈折率１．５０程度）を一対の基板間に充填することによって、一対の基板間を空間（不活性気体）とした場合に比べて全体の透過率を向上させることができる。

本実施例の発光素子は、透明電極４１５、透明保護層４１６、４０５、および充填材料４１７が透光性材料で形成され、図９（Ａ）の白抜きの矢印で表すように、上面側から採光することができる。

また、図９（Ｂ）を用いて、両面出射型の発光装置の作製例を以下に示す。

まず、透光性を有する第１の基板５０１上に下地絶縁膜を形成する。第１の基板５０１は透光性を有する基板であれば特に限定されない。

次いで、下地絶縁膜上に半導体層を形成する。次いで、半導体層を覆うゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する。

次いで、適宜、ドーピングを行ってｎ型の低濃度不純物領域、ｐ型の高濃度不純物領域、ｎ型の高濃度不純物領域などを形成する。次いで、レジストマスクを除去し、水素を含む絶縁膜（透光性を有する層間絶縁膜）を成膜した後、半導体層に添加された不純物元素の活性化および水素化を行う。

次いで、層間絶縁膜の２層目となる透光性を有する平坦化膜５１０を形成する。
透光性を有する平坦化膜５１０としては、無機材料（酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど）、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、またはこれらの積層などを用いる。

次いで、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、導電膜（ＴｉＮ膜、Ａｌ（Ｃ＋Ｎｉ）合金膜、ＴｉＮ膜の順に積層）を形成した後、エッチングを選択的に行い、配線（ＴＦＴのソース配線及びドレイン配線や、電流供給配線など）を形成する。

次いで、３層目の層間絶縁膜５１１を形成する。３層目の層間絶縁膜５１１としては、塗布法によって得られるアルキル基を含むＳｉＯｘ膜からなる絶縁膜を用いる。さらに３層目の層間絶縁膜を保護するため、４層目の層間絶縁膜としてＰＣＶＤ法により得られる窒化酸化珪素膜（ＳｉＮＯ膜）を積層してもよい。４層目の層間絶縁膜を設けた場合、後の工程で第１の電極をパターニングした後、第１の電極をマスクとして選択的に除去することが好ましい。

次いで、第３の層間絶縁膜５１１にコンタクトホールを形成する。

次いで、透明導電膜を成膜した後、パターニングを行って透明電極５１３を得る。透明電極５１３としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の他、例えば、Ｓｉ元素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）や酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯなどの仕事関数の高い（仕事関数４．０ｅＶ以上）透明導電材料を用いる。

次いで、マスクを用いて透明電極５１３の端部を覆う絶縁物５１９を形成する。

次いで、有機化合物を含む層５１４を、蒸着法または塗布法を用いて形成する。

次いで、有機化合物を含む層５１４の上に透明電極５１５、即ち、有機発光素子の陰極を膜厚１０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で形成する。透明電極５１５としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の他、例えば、Ｓｉ元素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）や酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯを用いることができる。

次いで、発光素子を覆って、水分の侵入を防ぐ透明保護層５０５、５１６を形成する。次いで、基板間隔を確保するためのギャップ材を含有するシール材を用い、第２の基板５０３と第１の基板５０１とを貼り合わせる。第２の基板５０３は、光透過性を有するガラス基板や石英基板やプラスチック基板を用いればよい。

こうして得られた発光素子は、透明電極５１５、充填材料５１７が透光性材料で形成され、図９（Ｂ）の白抜きの矢印で表すように、上面側および下面側の両方から採光することができる。

最後に光学フィルム（偏光板、または円偏光板）５０６、５０７を設けてコントラストを向上させる。

例えば、基板５０１に光学フィルム（基板に近い順に、λ／４板と、偏光板とを配置）５０７を設け、第２の基板５０３に光学フィルム（基板に近い順に、λ／４板と、偏光板とを配置）５０６を設ける。

また、他の例として、基板５０１に光学フィルム（基板に近い順に、λ／４板と、λ／２板と、偏光板とを配置）５０７を設け、第２の基板５０３に光学フィルム（基板に近い順に、λ／４板と、λ／２板と、偏光板とを配置）５０６を設ける。

このように、本発明は両面出射型表示装置の構成に応じて、偏光板、円偏光板、またはそれらを組み合わせて設けることができる。その結果、きれいな黒表示を行え、コントラストが向上する。さらに、円偏光板を設けることにより反射光を防止することができる。

また、本実施例は、実施の形態１、実施の形態２、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、または実施例５と自由に組み合わせることができる。

本実施例は、上記実施例によって作製されるＥＬ表示パネルにＦＰＣや、駆動用の駆動ＩＣを実装する例について説明する。

図１０に示す図は、ＦＰＣ１２０９を４カ所の端子部１２０８に貼り付けた発光装置の上面図の一例を示している。基板１２１０上には発光素子及びＴＦＴを含む画素部１２０２と、ＴＦＴを含むゲート側駆動回路１２０３と、ＴＦＴを含むソース側駆動回路１２０１とが形成されている。ＴＦＴの活性層が結晶構造を有する半導体膜で構成されている場合には同一基板上にこれらの回路を形成することができる。従って、システムオンパネル化を実現したＥＬ表示パネルを作製することができる。

なお、基板１２１０はコンタクト部以外において保護膜で覆われており、保護膜上に光触媒機能を有する物質を含む下地層が設けられている。

また、画素部を挟むように２カ所に設けられた接続領域１２０７は、発光素子の第２の電極を下層の配線とコンタクトさせるために設けている。なお、発光素子の第１の電極は画素部に設けられたＴＦＴと電気的に接続している。

また、封止基板１２０４は、画素部および駆動回路を囲むシール材１２０５、およびシール材に囲まれた充填材料によって基板１２１０と固定されている。また、透明な乾燥剤を含む充填材料を充填する構成としてもよい。また、画素部と重ならない領域に乾燥剤を配置してもよい。

また、図１０に示した構造は、ＸＧＡクラスの比較的大きなサイズ（例えば対角４．３インチ）の発光装置で好適な例を示したが、特に限定されず、駆動回路の一部としてＣＯＧ方式で駆動ＩＣを実装してもよい。

駆動ＩＣのＩＣチップに対する外形寸法の優位性は長辺の長さにあり、長辺が１５〜８０ｍｍで形成された駆動ＩＣを用いると、画素部に対応して実装するのに必要な数がＩＣチップを用いる場合よりも少なくて済み、製造上の歩留まりを向上させることができる。また、ガラス基板上に駆動ＩＣを形成すると、母体として用いる基板の形状に限定されないので生産性を損なうことがない。これは、円形のシリコンウエハからＩＣチップを取り出す場合と比較すると、大きな優位点である。

また、ＴＡＢ方式を採用してもよく、その場合は、複数のテープを貼り付けて、該テープに駆動ＩＣを実装すればよい。ＣＯＧ方式の場合と同様に、単数のテープに単数の駆動ＩＣを実装してもよく、この場合には、強度の問題から、駆動ＩＣを固定する金属片等を一緒に貼り付けるとよい。

また、本実施例は、実施の形態１、実施の形態２、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、または実施例６と自由に組み合わせることができる。

本発明の表示装置、及び電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラのようなカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはDigital Versatile Disc（ＤＶＤ）、映像音声双方向通信装置、汎用遠隔制御装置等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図１１、および図１２に示す。

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）はデジタルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、撮像部２１０３、操作キー２１０４、シャッター２１０６等を含む。本発明により、表示ムラのない表示部２１０２を備えたデジタルカメラが実現できる。

図１２（Ａ）は２２インチ〜５０インチの大画面を有する大型の表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカ部２００４、撮像部２００５、ビデオ入力端子２００６等を含む。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。本発明により、２２インチ〜５０インチの大画面であっても、表示ムラや、駆動回路の動作バラツキが低減された大型表示装置を完成させることができる。

図１２（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明により、表示ムラや、駆動回路の動作バラツキが低減されたノート型パーソナルコンピュータを完成させることができる。

図１２（Ｃ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。本発明により、表示ムラや、駆動回路の動作バラツキが低減された画像再生装置を完成させることができる。

また、図１２（Ｄ）は携帯情報端末の斜視図であり、図１２（Ｅ）は折りたたんで携帯電話として使用する状態を示す斜視図である。図１２（Ｄ）において、使用者はキーボードのように右手指で操作キー２７０６ａを操作し、左手指で操作キー２７０６ｂを操作する。本発明により、表示ムラや、駆動回路の動作バラツキが低減された携帯情報端末を完成させることができる。

図１２（Ｅ）に示すように、折りたたんだ場合には、片手で本体２７０１、および筐体２７０２を持ち、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６ｃ、アンテナ２７０８等を使用する。

なお、図１２（Ｄ）および図１２（Ｅ）に示した携帯情報端末は、主に画像および文字を横表示する高画質な表示部２７０３ａと、縦表示する表示部２７０３ｂとを備えている。

以上の様に、本発明を実施の形態１、実施の形態２、実施例１乃至７のいずれか一の作製方法または構成を用いて、様々な電子機器を完成させることができる。

本発明の上面図および断面図を示す図。（実施の形態１） 本発明の上面図を示す図。（実施の形態２） レーザ照射装置の図。 レーザビームの、半導体膜の表面における走査経路を示す図。 レーザ光の照射方法及び半導体装置の作製方法を示す図。 レーザ光の照射方法及び半導体装置の作製方法を示す図。 レーザ光の照射方法及び半導体装置の作製方法を示す図。 レーザ照射装置を用いて形成される半導体表示装置の１つである、発光装置の駆動回路および画素の構成を示す図。 発光素子の断面図。 発光モジュールの上面図。 電子機器の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。

符号の説明

１１：レーザビーム
１２：走査方向
１３：未照射領域（非晶質）
１４ａ：照射領域（結晶）
１４ｂ：照射領域（微結晶）
１５ａ：チャネルとなる領域
１５ｂ：活性層となる領域
１６ａ：第１の半導体層
１６ｂ：第２の半導体層
１７：ゲート配線
１８：ソース配線
１９：ドレイン配線

Claims (13)

1. 絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を形成し、連続発振レーザのレーザビームを照射して前記半導体薄膜を溶融冷却して再結晶化を行い、前記半導体薄膜を活性層とした薄膜トランジスタを複数有する半導体装置であり、
   前記複数の薄膜トランジスタは電気的に並列に連結され、
   前記複数の薄膜トランジスタの各チャネル形成領域幅の合計ＷＣと、各チャネル形成領域間の間隔ＷＳと、を合わせた合計（ＷＣ＋ＷＳ）は、前記連続発振レーザのレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置。
2. 絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を形成し、周波数が１０ＭＨｚ以上１００ＧＨｚ以下であるパルス発振レーザのレーザビームを照射して前記半導体薄膜を溶融冷却して再結晶化を行い、前記半導体薄膜を活性層とした薄膜トランジスタを複数有する半導体装置であり、
   前記複数の薄膜トランジスタは電気的に並列に連結され、
   前記複数の薄膜トランジスタの各チャネル形成領域幅の合計ＷＣと、各チャネル領域間の間隔ＷＳと、を合わせた合計（ＷＣ＋ＷＳ）は、前記パルス発振レーザのレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置。
3. 絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を形成し、連続発振レーザのレーザビームを照射して前記半導体薄膜を溶融冷却して再結晶化を行い、前記半導体薄膜を活性層とした薄膜トランジスタを複数有する半導体装置であり、
   複数の薄膜トランジスタのうち、少なくとも２つの薄膜トランジスタは電気的に並列に連結され、
   第１の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅Ｗ１と、
   前記第１の薄膜トランジスタのチャネル形成領域と、前記第１の薄膜トランジスタと隣り合う位置に配置された第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域との間隔Ｗ２と、
   前記第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅Ｗ３と、を合わせた合計（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）は、前記連続発振レーザのレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置。
4. 絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を形成し、周波数が１０ＭＨｚ以上１００ＧＨｚ以下であるパルス発振レーザのレーザビームを照射して前記半導体薄膜を溶融冷却して再結晶化を行い、前記半導体薄膜を活性層とした薄膜トランジスタを複数有する半導体装置であり、
   複数の薄膜トランジスタのうち、少なくとも２つの薄膜トランジスタは電気的に並列に連結され、
   第１の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅Ｗ１と、
   前記第１の薄膜トランジスタのチャネル形成領域と、前記第１の薄膜トランジスタと隣り合う位置に配置された第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域との間隔Ｗ２と、
   前記第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅Ｗ３と、を合わせた合計（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）は、前記パルス発振レーザのレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、前記複数の薄膜トランジスタは互いに等間隔で配置されていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一において、前記半導体装置は、携帯情報端末、ビデオカメラ、デジタルカメラ、またはパーソナルコンピュータであることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか一において、前記半導体装置は、映像音声双方向通信装置、または汎用遠隔制御装置であることを特徴とする半導体装置。
8. 絶縁表面上に半導体膜を形成し、
   半導体膜を結晶化させるためのレーザビームを半導体膜に対して走査し、
   半導体膜を選択的にエッチングして第１の半導体層と第２の半導体層を形成し、
   第１のチャネル形成領域を有する第１の半導体層を備えた第１の薄膜トランジスタと、第２のチャネル形成領域を有する第２の半導体層を備えた第２の薄膜トランジスタとを形成する半導体装置の作製方法であり、
   前記第１の薄膜トランジスタ及び前記第２の薄膜トランジスタのチャネル形成領域幅の合計ＷＣと、各チャネル形成領域間の間隔ＷＳと、を合わせた合計（ＷＣ＋ＷＳ）は、前記レーザ光のレーザビーム幅ＬＰより小さいことを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 請求項８において、前記レーザビームは、連続発振レーザのレーザビームであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 請求項８において、前記レーザビームは、周波数が１０ＭＨｚ以上１００ＧＨｚ以下であるパルス発振レーザのレーザビームであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. 請求項８乃至１０のいずれか一において、前記レーザビームを半導体膜に走査する前に、半導体膜を加熱して結晶化させる工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. 請求項８乃至１１のいずれか一において、前記第１のチャネル形成領域の幅方向及び前記第２のチャネル形成領域の幅方向は、前記レーザビームの走査方向と垂直であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
13. 請求項８乃至１２のいずれか一において、前記第１の薄膜トランジスタと前記第２の薄膜トランジスタは、電気的に並列に接続していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
    

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