CN100437911C - 制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

当在适当的条件下激光束辐照到半导体膜上时，与激光束的扫描方向相关半导体膜可被晶化为类似单晶的晶粒(激光退火)。本发明研究了最有效的激光退火条件。当其上形成半导体膜的矩形基片的一侧的长度为b时，扫描速度为V，获得相对于基片的激光束的扫描速度V所需的加速度为g，并且当满足V=(gb/5.477)1/2时，激光退火所需的时间最短。使加速度g为常量，但是，当它为时间的函数时，其时间平均值可用于替代该常量。

Description

制造半导体器件的方法
技术领域
本发明涉及一种激光辐照方法和一种用于使用该方法的激光辐照装置(装置包含激光器和用于将激光器发射的激光束引导到被照射物体的光学系统)。此外，本发明涉及一种包含激光束辐照步骤的制造半导体器件的方法。注意，此处描述的半导体器件包含一个电光器件如液晶显示器件或发光器件以及一个包含电光器件作为部件的电子器件。
背景技术
最近几年，一种技术被广泛研究，其中对形成于由玻璃等形成的绝缘基片上的非晶半导体薄膜进行晶化，以获得具有晶体结构的半导体薄膜(此后称为结晶半导体薄膜)。作为晶化的方法，检验了诸如使用电炉退火的热退火方法，快速热退火方法(RTA方法)，激光退火方法等。可执行这些方法中的任何一种或这些方法中的两种或多种的组合用于晶化。
与非晶半导体相比，结晶半导体膜具有非常高的迁移率。由此，结晶半导体膜用于形成薄膜晶体管(称为TFT)，例如，TFT可广泛地用于其中TFT用于象素部分的有源矩阵液晶显示器件，其中，用于象素部分的TFT和用于驱动电路的TFT形成在一个玻璃衬底上。
通常，为了在退火炉中晶化非晶半导体，需要在600℃或更高的退火温度退火10小时或更长。石英是可应用于这种晶化的基片材料，但是石英基片的制造价格过于昂贵，特别是对于大面积的制造。为了改善生产能力的效率，制造大面积的基片是不可避免的，期望其中一侧的长度超过1m的基片也将在近几年使用。
另一方面，通过使用在日本专利申请公开号7-183540中公开的金属元素热晶化方法使得是常规问题的晶化温度能够以低温度实现。结晶半导体膜可通过这种方法形成，该方法中少量诸如镍、钯和铅元素被添加到非晶半导体膜，随后非晶半导体膜在550℃加热4小时。
由于激光退火方法仅将高能量传递到半导体膜而基本上不增加基片的温度，借助其在具有当然低应变点的玻璃基片和塑料基片等中的应用，激光退火技术受点光源控制。
激光退火方法的一个实例是通过光学系统由准分子激光器等形成脉冲激光束，以便在被照物体表面形成一个几个厘米的方斑或形成长度为100mm或更长的线性形状，并且相应于被照表面相对移动激光束的辐照位置以进行退火处理的方法。此处描述的“线性形状”并非指严格意义上的一条“线”，而是一个长宽比较大的矩形(或一个扁长的椭圆形)。例如，虽然它表示具有长宽比为2或大于2的形状(优选10～100)，它与被包含在具有矩形形状的激光(矩形形状光束)中的被照表面上的形状没有任何不同。注意采用线性形状是为了获得对被照物体进行充分退火处理所要求的能量密度。因此，如果对于被照物体进行充分退火，则它可是矩形形状和桌面形状。
但是，通过对非晶半导体膜进行激光退火形成的结晶半导体膜包括一群多个晶粒，并且晶粒的位置和大小是随机的。通过将结晶半导体层图形化为小岛形状用于器件的隔离，在玻璃基片上形成TFT。在这种情况下，不能规定晶粒的位置和大小。与晶粒的内部相比，晶粒的界面具有无穷多的由非晶结构、晶体缺陷等产生的复合中心或俘获中心。如果载流子被俘获在俘获中心，晶界处的势能增加并成为载流子的势垒，已知由此将导致载流子电流传输特性的下降。但是，虽然沟道形成区的半导体膜的晶体特性对TFT特性具有严重的影响，通过使用单晶半导体膜同时避免晶界的影响来形成沟道形成区几乎是不可能的。
有一种晶体生长技术目前受到关注。在该技术中，当CW激光器以一个方向的激光扫描照射到半导体膜上时，晶粒生长与其扫描方向相连，导致形成在该方向细长的单晶。考虑到，当应用该方法时可以形成至少在TFT的沟道方向没有晶界的半导体膜。但是，在该方法中，由于使用波长范围可由半导体膜充分吸收的CW激光器，仅可以应用其输出非常小诸如10W的激光器。因此，从生产能力来看，它劣于使用准分子激光器的技术。
发明内容
本发明意在提供一种方法，该方法用于借助CW激光器以高生产效率照激光，并提供一种用于进行激光辐照的激光辐照装置。此外，本发明还意在提供一种用于通过使用由进行这种激光辐照而获得的半导体膜制造半导体器件的方法。
在用CW激光器晶化半导体膜的工艺中，为了即使少量地改善生产能力，也可积极地执行下列步骤。即，激光束在被照表面中被处理成长椭圆形，并且被处理的激光束沿椭圆激光束的短轴方向扫描(此后称为椭圆形光束)，并从而半导体膜被晶化。本发明意在提供一种在这种工艺中照射具有最高生产能力的椭圆形激光束的方法。
适于本方法的CW激光器是具有范围为550nm或更短波长和非常高的输出稳定性的一种激光器，例如可应用YVO4激光器的二次谐波、YAG(Nd3+:YAG，Cr4+:YAG)激光器的二次谐波、YLF激光器的二次谐波、玻璃激光器的二次谐波、YAlO3激光器的二次谐波，Y2O3(Nd3+:Y2O3，Yb3+:Y2O3)激光器的二次谐波和Ar激光器。或者可使用上述激光器的更高次谐波。此外或者，可使用诸如红宝石激光器、金绿宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器、CW准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器、CW氦-镉激光器、铜蒸汽激光器和金蒸汽激光器的激光器。可使用多个这些激光器中的一种或这些激光器的多种。
首先，准备10W的YVO4激光器(CW，二次谐波，TEM00)并且其光束形状用焦距为20mm的凸透镜处理为椭圆形光束。特别地，激光束倾斜地进入凸透镜中并借助像散等处理成细长的椭圆形光束。本实验将参照图2解释。在本实验中，从激光振荡器201激发的激光束由镜面202反射，并以20度入射角进入凸透镜203，长轴为约500μm且短轴为约30μm的椭圆形光束205被形成在布置于与凸透镜203平行的被照表面上的半导体膜204上。虽然辐照效率可通过进一步缩短短轴并由此加长长轴改善，由于随着短轴长度变短焦深变浅，则均匀的激光退火变得难于进行，上述大小被认为是适当的。
当半导体膜204在椭圆形光束的长轴方向的宽度为150μm的区域中沿椭圆形光束205的短轴方向被扫描时，形成沿扫描方向延伸的、紧密组合的晶粒。此后，该区域被称为长晶粒区域的宽度。半导体膜被形成在玻璃基片上。特别地，在厚度为0.7mm的玻璃基片的一个表面上，淀积厚度为200nm的氮氧化硅，并且其上用等离子体CVD方法淀积厚度为150nm的a-Si膜。此外，为了改善半导体膜抗激光的特性，半导体膜被暴露于500摄氏度热退火1小时。除了热退火，如上述在“背景技术“中所提到的，可进行由于金属元素所导致的半导体膜的晶化。在这些方法的任一种中，最佳激光辐照条件是相似的。
图3是示出半导体膜的扫描速度和用于晶化半导体膜的最佳激光器输出之间关系的曲线。纵轴示出最佳激光器输出(单位：W)，而横轴示出半导体膜的扫描速度(单位：cm/s)。在本实验中，扫描速度的最大值为100cm/s。从曲线可以发现，在扫描速度和输出之间存在线性关系。为方便于后面的实验比较，从图3所示曲线可以估计，当激光器输出为10W时，半导体膜的扫描速度约为150cm/s。
图4示出其中椭圆形光束的长轴被进一步延长的光学系统。由此，可形成长轴为700μm且短轴为30μm的椭圆形光束406。在本说明书中，为了标准化实验结果，椭圆形光束的短轴被固定在30μm。光学系统的具体构造包括激光振荡器401、将光路偏转到垂直方向的反射镜402、调节椭圆形光束的长轴长度且焦距为150mm的柱面透镜403，以及调节短轴长度且焦距为20mm的柱面透镜404。柱面透镜403被布置在半导体膜405的上方120mm处，柱面透镜404被这样布置使得其焦点可聚焦在半导体膜405上。柱面透镜403和404及半导体膜405被布置成垂直于激光光束的光轴。
当椭圆形光束406相对于半导体膜405沿椭圆形光束的短轴方向扫描并由此半导体膜405被晶化时，在沿椭圆形光束的长轴方向250μm宽度的区域中可形成紧密塞满沿扫描方向伸长的晶粒的状态。此时最佳扫描速度为50cm/s并且激光器输出为10W。
图5示出椭圆形光束的长轴被进一步伸长的光学系统。由此可以形成长轴为2000μm且短轴为30μm的椭圆形光束505。光学系统的具体构造包括激光振荡器501、将光路偏转到垂直方向的反射镜502、调节椭圆形光束的短轴长度且焦距为20mm的柱面透镜503。柱面透镜503被这样布置使得焦点可聚焦在半导体膜504上。柱面透镜503和半导体膜504被布置以便相对于激光光束的光轴为直角。
当椭圆形光束505相对于半导体膜504沿椭圆形光束的短轴方向扫描以晶化半导体膜504时，在沿椭圆形光束的长轴方向600-800μm宽度范围的区域中可形成紧密塞满沿扫描方向伸长的晶粒的状态。此时最佳扫描速度为5-10cm/s并且激光器输出为10W。
图6的曲线示出了一系列实验的结果。特别地，图6示出半导体膜的晶化的最佳扫描速度和当激光器的输出固定在10W且椭圆形光束的宽度被设定为30μm时形成的椭圆形光束的长轴方向中的晶粒区域的宽度之间的关系。辐照靶是前述的厚度为150nm的a-Si膜。纵轴示出半导体膜的扫描速度V(单位：cm/s)，而横轴示出长晶粒区域的宽度L(单位：μm)。当二者均在全对数坐标图上示出时，这二者之间的关系变为基本上是线性的。
当这二者之间的关系用等式表示时，可得到
log L＝-0.465log V+3.188等式1)
在本说明书中，为便于理解，长晶粒区域的宽度L的单位和扫描速度V的单位是不同的。但是，可使用相同的单位，并且在使用相同单位的情况下，等式1)中只有常数项变得不同。因此，除了常数项，可以说等式1)适用任何单位制。
另一方面，当激光退火所需要的时间由T示出时，T可由下述等式表示：
T＝(a/L)×(b/V+2V/g)等式2)
(其中a是当半导体膜被假设为矩形时较短侧的长度(单位：μm)，而b是当半导体膜被假设为矩形时较长侧的长度(单位：cm)，并且g是扫描速度达到速率V所需要的加速度(单位：cm/s2))。等式2)的因子2表示加速期和减速期。由于a和L的单位是统一的，a/L是无量纲的。因此，即使在等式2)中，当所有单位制是统一的时，可得到相同的结果。
当形成在矩形基片上的半导体膜的整个表面按照本发明激光退火时，显而易见，当椭圆形光束被沿矩形基片的较长侧扫描时，激光退火可最为有效地进行。此时，椭圆形光束的长轴被布置为与矩形基片的较短侧平行。当这样布置时，进行扫描加速和减速的次数可为最少。因此，在等式2)中，假设a表示矩形的较短侧而b表示其较长侧。然而，由于晶粒沿激光束的扫描方向长大，当在矩形基片中需要其中晶粒沿较短侧方向伸长的半导体元件时，a和b可相互替换而不存在问题。
这里，将参照图7A和7B解释等式2)。在图7A中，用椭圆形光束7002沿图中箭头所示方向扫描半导体膜7001。由于该移动是相对的，可以移动或者椭圆形光束7002或者半导体膜7001，或可移动二者。这些方式之间基本上没有差别。由于当半导体膜7001的扫描速度慢时，加速所需要的周期可基本上为零，而g变得无穷大。但是，由于当半导体膜被扫描时，半导体膜需要进行往复运动，随着半导体膜的扫描速度变大，在往复运动两端的加速度的影响下，变得需要占用额外的加工时间T。即，除了辐照时间周期(由图7B中扫描距离b的区域示出；此时扫描速度是不变的)，需要更长的加速时间周期(由图7B中扫描距离c的区域示出)。在本说明书中，虽然g被看作是常量，即使g是时间的函数时当然也没有问题。在这种情况下，g(t)可以被时间平均并由此可被看作是常量。
当对等式2)两侧取对数时，得到
log T＝log a-log L+log(b/V+2V/g)等式3)。
当从等式1)和等式3)去除L时，得到
log T＝log(b/V0.535+2V1.465/g)+A    等式4)
这里，A是常量(从A＝-3.188+log a显而易见)。在上述等式中，变量L取决于输出(在此情况下为10W)，并且当椭圆形光束的短轴被设定为常量时，存在基本上线性的关系。然而，输出的变化不导致等式含义上的不同。当输出变化时，只有等式的常数项A变化。因此，当得到最小化等式4)的扫描速度V时，显然元论激光器的输出为多大，所得到的速度V使激光退火所需要的时间最短。即，本发明提供使等式4)最小的V，或使激光退火所需时间最短的V。
当等式4)相对于V取微分时，得到
(log T)’＝f(V)(5.477/g-b/V2)等式5)
(在此，f(V)为V的函数)。
为了最有效地进行激光退火，由于T只需要取最少的值，当等式5)等于零时，随之以计算，得到
V＝(gb/5.477)1/2 等式6)
即，激光退火仅需要以按照等式6)的扫描速度V进行。
生产线上通常使用的基片为尺寸例如约600mm×720mm的矩形基片。因此矩形的较长侧对应于b(＝72)。在一般的XY台面中，由于加速度的范围为10-1000cm/s2，当加速度g设定在例如250cm/s2时，由等式6)推出的V为57cm/s。
图10A到10C示出了激光退火所需要的时间周期和半导体膜的扫描速度之间的关系。当激光退火以由等式6)计算的扫描速度V的约一半到两倍，即由图10A到10C中实线所包围的范围内，的速度V进行时，激光退火可在最短激光退火所需时间的约1.3倍或更少的倍数的时间内有效地进行。因此，激光退火仅需在下述范围内进行
(gb/5.477)1/2/2＜V＜2(gb/5.477)1/2等式7)。
优选，当激光退火以V进行时，该V在由等式6)计算的扫描速度的约90％-110％的范围内，即由图10A到10C中虚线所包围的范围内，激光退火可在基本上等于最短退火时间的时间内并与其同样有效地进行。因此，激光退火可在下述范围内进行
0.9×(gb/5.477)1/2＜V＜1.1×(gb/5.477)1/2等式8)。
虽然通常使用的基片的尺寸各种各样，诸如300mm×400mm、550mm×650mm、(600mm～620mm)×720mm、730mm×920mm、1000mm×1200mm和1150mm×1350mm，无论所用基片的尺寸如何，均可应用上述计算。此外，虽然计算以椭圆形光束为条件，当然该计算可应用于与此接近的形状，诸如，例如矩形形状或类似线轴的形状。为了得到矩形光束，例如，可使用板型激光振荡器。为了获得类似线轴的光束，例如可使用透镜的象差来形成。
附图说明
附图中：
图1是用于解释本发明的实现模式的示图；
图2是示出激光辐照装置的实例的示图；
图3是示出激光器输出和扫描速度之间关系的曲线；
图4是示出激光辐照装置的实例的示图；
图5是示出激光辐照装置的实例的示图；
图6是示出扫描速度和较长晶粒区域的宽度之间关系的曲线；
图7A和7B是示出激光退火条件的示图；
图8是用于解释实施例1的示图；
图9是用于解释实施例2的示图；
图10A到10C是示出椭圆形光束的扫描速度和加工时间之间关系的曲线；
图11A到11C是示出象素TFT和驱动电路TFT制造工艺的横截面图；
图12A到12C是示出象素TFT和驱动电路TFT制造工艺的横截面图；
图13是示出象素TFT和驱动电路TFT制造工艺的横截面图；
图14是示出象素TFT结构的俯视图；
图15是一种有源矩阵型液晶显示器件的横截面图；
图16是一种发光器件的驱动电路和象素部分的横截面示意图；
图17A到17F是示出半导体器件实例的示图；
图18A到18D是示出半导体器件实例的示图；
图19A到19C是示出半导体器件实例的示图；
图20A和20B是示出根据本发明的半导体膜晶化工艺的实例的示图；
图21A和21C是示出根据本发明的半导体膜晶化工艺的实例的示图。
具体实施方式
[本发明的实现模式]
对于本发明的实现模式，将解释激光退火可被最有效地实现的实例。特别地，将参照图1解释扫描以150cm/s的速度进行的实例。激光振荡器101是连续波型10W YVO4激光器。一非线性光学元件被组合在谐振器中，由此发射二次谐波。
从激光振荡器101沿水平方向发射的激光束由反射镜102偏转到与垂直方向成20度的方向。其后，用焦距为20mm并以水平方向布置的凸透镜103将激光束会聚。布置半导体膜的被照射表面104被布置在凸透镜103的焦点的位置。此外，被照射表面104平行于凸透镜103布置。由此，可以形成长为500μm并且宽为30μm的椭圆形光束。光束在被照射表面中变为椭圆形的原因是像散。这里，作为实例，将说明厚度为150nm的a-Si膜的激光退火，其制造工艺在“发明内容”部分中已有说明。在这种情况下，形成宽为150μm的长晶粒区域。
为了用较长晶粒区域紧紧塞满半导体膜，椭圆形光束必须沿其长轴方向移动150μm以便重复扫描基片。当采用XY台面时，该移动可容易地进行。当为被照射靶的半导体膜的尺寸为600mm×720mm时，由于基片短侧的长度为600mm，基片的整个表面可通过用椭圆形光束扫描4000次(2000次往复运动)进行激光退火。此外，此时，150cm/s的扫描速度是最有效的速度的条件是在g＝约1700cm/s2的情况下从等式6)得出的。应理解，需要使用可被非常有效地加速的台面。在图10A中，示出在激光退火所需要的时间和半导体膜的扫描速度之间的关系。可发现，存在最小值，此时的加工时间约为2600s。可使用多个激光振荡器以改善加工能力。
[实施例1]
在本实施例中，为了与在本发明实现模式中解释的实例进行比较，将参考图8解释扫描速度被设为50cm/s的情况。激光振荡器801是CW型10W YVO4激光器。一非线性光学元件被组合在谐振器中，由此发射二次谐波。
从激光振荡器801沿水平方向发射的激光束由反射镜802偏转到垂直方向。其后，用焦距为150mm的柱状透镜803将激光束会聚到一方向。此外，用布置在柱状透镜803之后100mm处且焦距为20mm的柱状透镜804，将激光束会聚在垂直于该一方向并垂直于该激光束行进方向的方向。布置半导体膜的被照射表面805被布置在柱状透镜804的焦点的位置。由此，可以形成长为700μm且宽为30μm的椭圆形光束806。在本实施例中，将说明在本发明的实现模式中描述的并且其中厚度为150nm的a-Si膜被激光退火的实例。在这种情况下，形成宽为250nm的长晶粒区域。
为了用较长晶粒区域紧紧塞满半导体膜，当椭圆形光束沿其长轴方向移动250μm时，椭圆形光束需要重复扫描该基片的较长侧方向。当采用XY台面时，该移动可容易地进行。当为被照射靶的半导体膜的尺寸为600mm×720mm时，由于基片短侧的长度为600mm，基片的整个表面可通过用椭圆形光束扫描2400次(1200次往复运动)进行激光退火。此外，此时，50cm/s的扫描速度是最有效的速度的条件变为从等式6)得出的约g＝190cm/s2。在这种程度的加速度下，基片可容易地被扫描。此时加工一个基片所需要的加工时间为4600s。可使用多个激光振荡器以改善加工能力。
[实施例2]
在本实施例中，为了与前述实例进行比较，将参考图9解释扫描速度被设为500cm/s的实例。激光振荡器901是连续波型10W YVO4激光器。一非线性光学元件被组合在谐振器中，由此发射二次谐波。
从激光振荡器901沿水平方向发射的激光束由反射镜902偏转到垂直方向。其后，用焦距为160mm的柱状透镜903将激光束会聚到一方向。此外，用布置在柱状透镜903之后140mm处且焦距为20mm的柱状透镜904，将激光束会聚在垂直于该一方向并垂直于该激光束行进方向的方向。布置半导体膜的被照射表面905被布置在柱状透镜904的焦点的位置。由此，可以形成长为250μm且宽为30μm的椭圆形光束906。在本实施例中，将示出其制造方法在本发明的实现模式中描述的厚度为150nm的a-Si膜被激光退火的实例。在这种情况下，形成宽为85μm的长晶粒区域。
为了用较长晶粒区域紧紧塞满半导体膜，当椭圆形光束沿其长轴方向移动85μm时，椭圆形光束需要重复扫描该基片的较长侧方向。当采用XY台面时，该移动可容易地进行。当为被照射靶的半导体膜的尺寸为600mm×720mm时，由于基片短侧的长度为600mm，基片的整个表面可通过用椭圆形光束扫描7000次进行激光退火。此外，此时，500cm/s的扫描速度是最有效的速度的条件变为从等式6)得出的约g＝19000cm/s2。即，需要比在本发明的实现模式中示出的实例更高的加速度。由于这是相当高的速度，在这种情况下，优选用反射镜等扫描激光束而不是移动半导体膜。此外，此时用于加工一个基片的时间为1400s，这基本上是按照本发明的实现模式的实例的一半。另一方面，由于当与扫描速度的增长率相比时扫描速度为三倍，加工时间没有获得对应于扫描速度的增长率的减速率。可使用多个激光振荡器以改善加工能力。
[实施例3]
在实施例3中，将参考图20描述通过使用本发明的光学系统进行半导体膜的晶化的实例。
首先，由玻璃如钡硼硅酸盐玻璃或铝硼硅酸盐玻璃构成的玻璃基片、在诸如石英基片、硅基片、金属基片不锈钢基片的表面上具有绝缘膜的基片可用作基片20。另外，基片20可以是具有足以承受本实施例中的处理温度的热阻的塑料基片。
其次，在基片20上形成由绝缘膜诸如氧化硅膜、氮化硅膜，或氮氧化硅膜构成的基底膜21。本实施例中，单层结构用于基底膜21，但也可使用两层或多层膜叠加的结构。在本实施例中，用等离子体CVD方法形成厚度为110nm的氮氧化硅膜(组成比：Si＝32％，0＝59％，N＝7％和H＝2％)。
其次，在基底膜21上形成半导体层22。通过公知方法(诸如溅射法、LPCVD法和等离子体CVD法)形成厚度为25～200nm(优选30～150nm)的半导体层22，通过公知的晶化方法(诸如激光晶化法，利用RTA或电炉退火的热晶化法，利用促进晶化的金属元素的热晶化法)晶化该半导体膜22。作为半导体膜，有非晶半导体膜、微晶半导体膜和结晶半导体膜，也可以使用具有非晶结构如非晶硅锗膜的化合物半导体膜。在本实施例中，使用等离子体CVD法形成厚150nm的非晶硅膜。在该非晶硅膜上进行脱氢作用(500℃，3小时)后，进行激光晶化方法以形成结晶硅膜。
连续振荡型激光器诸如准分子激光器和YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器可用于激光晶化方法。当使用这些激光器时，可以采用这样的方法，其中从连续激光振荡发射的激光束被聚光以便通过光学系统具有椭圆形形状或矩形形状并且其激光束照射非晶硅膜。晶化条件由操作者合适地选择。在本实施例中，按照本发明的实现模式和实施例1和2中示出的实例进行激光晶化。
由于在如上所述获得的结晶半导体膜23中形成大尺寸晶粒，则通过用该半导体膜制造TFT有可能减少可包含于沟道形成区中的晶界数量。此外，由于单个晶粒基本上具有可被认为是单晶的结晶性，有可能获得等于或大于使用单晶半导体的晶体管的高迁移率(场效应迁移率)。
此外，由于获得的晶粒在同一方向排列，有可能大大减少载流子横穿晶粒间界的次数，因此，有可能减少开态电流值(当TFT处于开态时漏电流流动的值)、关态电流值(当TFT处于关态时漏电流流动的值)、阈值电压、S值，以及场效应迁移率的涨落。电特性也得以改善。
[实施例4]
在本实施例中，将参考图21描述不同于实施例3所示的获得半导体膜的晶化的另一种方法。
作为半导体膜，根据实施例3进行直到形成非晶硅膜。通过应用在日本专利申请公开号7-183540中公开的方法形成含金属层31，在其上进行热处理后，通过激光退火方法改善半导体膜的结晶性。在实施例4中，采用旋涂法将水合醋酸镍溶液(重量转换浓度：5ppm，体积：10ml)施加到半导体膜表面，以在半导体膜上进行热处理(500℃1小时，550℃12小时)。连续地，按照实现模式和实施例1和2中所示的实例，通过激光退火方法半导体膜结晶性得以改善。
如上所述，由于与在实施例3中获得的晶粒比较，通过利用本发明在半导体膜上进行晶化获得的晶粒尺寸较大，通过使用该半导体膜制造TFT，有可能包含于沟道形成区的晶界数量被减少。此外，由于单个晶粒具有基本上可被认为是单晶的结晶性，可获得等于或大于使用单晶半导体的晶体管的高迁移率(场效应迁移率)。
此外，由于获得的晶粒在同一方向排列，有可能大大减少载流子横穿晶粒间界的次数，因此，减少开态电流值、关态电流值、阈值电压、S值，以及场效应迁移率的涨落也成为可能。电特性同样得以显著改善。
[实施例5]
在本实施例中，将参照图11至14描述制造有源矩阵基片的方法。为方便起见，其上同时形成CMOS电路、驱动电路、具有象素TFT和存储电容器的象素部分的基片被称为有源矩阵基片。
首先，在本实施例中使用由玻璃如钡硼硅酸盐玻璃或铝硼硅酸盐玻璃形成的基片400。基片400可以是在其表面形成绝缘膜的石英基片、硅基片、金属基片或不锈钢基片。基片400可以是具有能够承受本实施例中的加工温度的热阻性能的塑料基片。
其次，在基片400上形成具有绝缘膜如氧化硅膜、氮化硅膜和氮氧化硅膜的基底膜401。在本实施例中，基底膜401采用双层结构，但也可使用为绝缘膜本身的单层膜或至少两层叠加的结构。作为基底膜401的第一层，按照等离子体CVD方法用SiH4、NH3和N2O作为反应气体形成10-200nm(优选50-100nm)厚的氮氧化硅膜401a。在本实施例中，形成厚度为50nm的氮氧化硅膜401a(组成比：Si＝32％，O＝27％，N＝24％和H＝17％)。其后，作为基底膜401的第二层，按照等离子体CVD方法用SiH4和N2O作为反应气体形成50-200nm(优选100-150nm)厚的氮氧化硅膜401b。在本实施例中，形成厚度为100nm的氮氧化硅膜401b(组成比：Si＝32％，O＝59％，N＝7％和H＝2％)。
其次，在基底膜上形成半导体膜。首先，通过公知方法(如溅射法、LPCVD法和等离子体CVD法)形成厚度为25～200nm(优选30～150nm)的半导体膜。然后，通过公知的晶化方法(诸如激光晶化法、利用RTA或电炉退火的热晶化方法和使用金属元素促进晶化的热晶化方法)将半导体膜晶化，此外，公知的晶化方法可被组合并用于晶化。半导体膜可为非晶半导体膜、细晶半导体膜或结晶半导体膜。或者，半导体膜可以是诸如非晶硅锗膜的具有非晶结构的化合物半导体膜。
作为在激光晶化方法中使用的激光器，优选使用连续振荡的固态激光器、气体激光器，或金属激光器。注意，作为前述的固态激光器，列出连续振荡的YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、金绿宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器等，作为前述气体激光器，列出连续振荡的准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等，而作为前述金属激光器，列出氦-镉激光器、铜蒸汽激光器，金蒸汽激光器等。
在本实施例中，使用等离子体CVD法形成厚150nm的非晶硅膜，然后对该非晶硅膜使用利用促进晶化的金属元素的热晶化法和激光晶化法。镍被用作金属元素，并通过溶液涂覆法被引入非晶硅膜上。然后进行500℃、5小时的热处理，由此获得第一结晶硅膜。随后，由输出为10W的连续振荡YVO4激光器发射的激光束被非线性光学元件转换成第二高次谐波，然后通过按照本发明的实施例和实施例1和2在图1、8和9中示出的光学系统形成椭圆形激光束并照射，由此获得第二结晶硅膜。照射激光束到第一结晶硅膜，并将第一结晶硅膜改变为第二结晶硅膜改善第二结晶硅膜的结晶性。此刻，必需约0.01～100MW/cm2(优选0.1～10MW/cm2)能量密度。台面被以约0.5～2000cm/s的速度与激光束相对移动，激光束照射，然后形成结晶硅膜。
当然，虽然可通过使用第一结晶硅膜形成TFT，由于第二结晶硅膜具有改善的结晶性，并且TFT的电性能被改善，因此优选使用第二结晶硅膜形成TFT。例如，虽然，当通过使用第一结晶硅膜形成TFT时，迁移率几乎是300cm2/Vs，但当使用第二结晶硅膜形成TFT时，迁移率大大提高约为500～600cm2/Vs。
在本实施例中，通过使用促进晶化的金属元素对非晶硅膜进行晶化。因此，金属元素保留在结晶硅膜中。金属元素以如下方式去除：首先在结晶硅膜上形成50-100nm厚的非晶硅膜。随后在其上进行热处理(诸如RTA法或使用退火炉的热退火。随后金属元素扩散到非晶硅膜中，并通过在热处理后刻蚀去除该非晶硅膜。于是，含在结晶硅膜中的金属元素可被减少或去除。
在形成半导体层402-406后可进行少量杂质元素(硼或磷)的掺杂，以便控制TFT的阈值。
其次形成栅绝缘膜407，覆盖半导体层402～406。栅绝缘膜407是利用等离子体CVD或溅射由厚40～150nm的含硅绝缘膜形成的。本实施例中，膜厚度为110nm的氮氧化硅膜(组成比：Si＝32％，O＝59％，N＝7％和H＝2％)通过等离子体CVD方法形成。栅绝缘膜当然不限于氮氧化硅膜，并且在单层或叠层结构中可使用其它含硅绝缘膜。
此外，如果使用氧化硅膜，可通过等离子体CVD法采用TEOS(原硅酸四乙酯)和O2混合物、反应压力40Pa，基片温度定为300～400℃，并通过在0.5～0.8W/cm2的高频(13.56MHz)电功率密度下放电形成。通过随后对如此制造的氧化硅膜在400～500℃间进行热退火处理，可获得良好性能的栅绝缘膜。
然后膜厚20～100nm的第一导电膜408，和膜厚100～400nm的第二导电膜409被形成并被层叠在栅绝缘膜407上。在本实施例中由膜厚30nm的TaN膜构成的第一导电膜408，和由厚370nm的W膜构成的第二导电膜409被形成并层叠。TaN膜由溅射形成，并且Ta靶的溅射在氮气氛下进行。此外，W膜利用W靶溅射形成。另外，W膜也可利用六氟化钨(WF6)通过热CVD法形成。无论使用何种方法，为了作为栅极使用必需能够制成低电阻膜，并优选W膜做成电阻率小于20μΩcm。通过增加晶粒的尺寸可实现W膜的低电阻。但是，当W膜含有大量的杂质元素诸如氧时，晶化被抑制，这使电阻升高。因此，在本实施例中，通过使用高纯(纯度99.9999％)W靶的溅射方法并特别考虑到防止在膜形成期间杂质从气相的侵扰形成W膜。因此可以实现9～20μΩcm的电阻率。
注意虽然在本实施例中第一导电膜408是TaN且第二导电膜409是W，但对导电膜没有特殊限制。第一导电膜408和第二导电膜409也可由选自Ta、W、Mo、Ti、Al、Cu、Cr和Nd元素组成的组中的一种元素形成，或由以这些元素之一作为其主要组成的合金材料形成，或由这些元素的化合物形成。此外，半导体膜，典型地，一种在其中掺杂如磷的杂质元素的多晶硅膜也可被使用，还可使用AgPdCu合金。由钽(Ta)膜形成的第一导电膜和由W膜形成的第二导电膜的组合，由氮化钛(TiN)形成的第一导电膜和由W膜形成的第二导电膜的组合，由氮化钽(TaN)膜形成的第一导电膜和由Al膜形成的第二导电膜的组合，或由氮化钽(TaN)膜形成的第一导电膜和由Cu膜形成的第二导电膜的组合是可能的。
下一步利用光刻方法由抗蚀剂形成掩模410～415，并且为了形成电极和布线进行第一刻蚀工艺。第一刻蚀工艺按照第一和第二刻蚀条件(图11B)进行。在本实施例中，使用ICP(感应耦合等离子体)刻蚀法作为第一刻蚀条件。CF4、Cl2和O2的气体混合物用作刻蚀气体，气体流速分别设定为25:25:10(sccm)，在1Pa压力下通过施加500W RF(13.56MHz)电功率给一线圈状电极产生等离子体，并进行刻蚀。在基片侧(样品台面)也施加150W RF(13.56MHz)电功率，实际上由此施加了一个负的自偏压。W膜在第一刻蚀条件下刻蚀，并且第一导电层的边缘部分被刻蚀成锥形。
在不移走由抗蚀剂制成的掩模410～415的情况下，将刻蚀条件变为第二刻蚀条件。CF4和Cl2的混合气体用作刻蚀气体，气体流速分别设定为30:30(sccm)，在1Pa压力下通过施加500W RF(13.56MHz)电功率给一线圈状电极产生等离子体，并进行约30s的刻蚀。在基片侧(样品台面)也施加20W RF(13.56MHz)电功率，实际上由此施加了一个负的自偏压。W膜和TaN膜均按照相同的顺序通过第二刻蚀条件用CF4和Cl2的混合气体刻蚀。注意为了进行没有残余物留在栅绝缘膜上的刻蚀，刻蚀时间可能增加约10～20％。
通过使抗蚀剂掩模的形状符合上面提及的第一刻蚀条件，根据施加到基片侧的偏压效应，第一导电层和第二导电层的边缘部分被制成锥形。锥形部分的角度为15～45°。这样通过第一刻蚀工艺由第一导电层和第二导电层形成第一形状导电层417～422(第一导电层417a～422a，第二导电层417b～422b)。参考数字416标示出栅绝缘膜，未被第一形状导电层417～422覆盖的区域通过刻蚀被减薄约20～50nm。
然后在不移走由抗蚀剂制成的掩模的情况下进行第二刻蚀工艺(图11C)。此处，通过使用CF4、Cl2和O2作为刻蚀气体对W膜进行选择性刻蚀。此时通过第二刻蚀工艺形成第二导电层428b～433b。另一方面，第一导电层417a～422a几乎未被刻蚀而第二形状导电层428～433形成。
然后在不移走抗蚀剂制成的掩模的情况下进行第一掺杂工艺，并且半导体层中以低浓度添加赋予n-型的杂质元素。掺杂工艺可以通过离子掺杂法或离子注入法进行。离子掺杂的工艺条件是：掺杂剂量定为1×1013～5×1014/cm2，且加速电压设定在40～80keV。本实施例中掺杂剂量定为1.5×1013/cm2，并且加速电压设定在60keV进行掺杂。一种属于15族的元素，典型地为磷(P)或砷(As)被用作赋予n-型的杂质元素。此处采用磷(P)。在这种情况下，导电层428～433相对于赋予n-型导电性的杂质元素起掩模作用，而杂质区域423～427以自对准方式形成。赋予n-型的杂质元素被添加到423～427杂质区域，浓度范围为1×1018～1×1020/cm3。
其次，在移走抗蚀剂制成的掩模后，形成由抗蚀剂制成的新掩模434a～434c，并在高于第一掺杂工艺的加速电压下进行第二掺杂工艺。离子掺杂进行的工艺条件为：掺杂剂量定为1×1013～1×1015/cm2，且加速电压设定在60～120keV之间。掺杂工艺以第二导电层428b～432b作为掩模进行，第一导电层锥形部分下面的半导体层被添加杂质元素。接着将加速电压降低至低于第二掺杂工艺，进行第三掺杂工艺，并获得如图12A所示状态。离子掺杂法的工艺条件是：掺杂剂量设为1×1015～1×1017/cm2，且加速电压设定在50～100keV之间。与第一导电层重叠的低浓度杂质区436、442和448被添加杂质元素，该杂质元素在1×1018～5×1019/cm2浓度范围内通过第二掺杂工艺和第三掺杂工艺赋予n-型，而添加赋予密度范围为1×1019～5×1021/cm2的n-型的杂质元素形成高浓度杂质区435、441、444和447。
当然，通过使工艺具有合适的加速电压，第二掺杂工艺和第三掺杂工艺可以是一次掺杂工艺，并且可能形成低浓度杂质区域和高浓度杂质区域。
其次，移走抗蚀剂制成的掩模后，形成抗蚀剂制成的新掩模450a～450c，并进行第四掺杂工艺。按照第四掺杂工艺在成为p-沟道型TFT的有源层的半导体膜中，形成杂质区域453、454、459和460，其中添加了赋予导电类型与上述导电类型相反的杂质元素。相对于杂质元素，第二导电层429b～432b被用作掩模，且赋予p-型导电性的杂质元素被加入以自对准方式形成杂质区。在本实施例中(图12B)采用乙硼烷(B2H6)通过离子掺杂法形成杂质区453、454、459和460。当进行第四掺杂工艺时，用于形成n-沟道型TFT的半导体层被抗蚀剂制成的掩模450a～450c覆盖。通过第一到第三掺杂工艺，磷被以不同浓度加入杂质区439和447和448。然而，通过进行掺杂使赋予p-型导电性的杂质元素的浓度在各个区域变为1×1019～5×1021原子/cm3，在使这些区域成为p-沟道型TFT的源区和漏区时不会出现问题。
通过至此的步骤，在各个半导体层中因此形成杂质区。
其次，在移走由抗蚀剂制成的掩模450a～450c后，第一层间绝缘膜461被形成。该第一层间绝缘膜461由含硅绝缘膜制成，厚度为100～200nm，通过等离子体CVD法或溅射法形成。在本实施例中通过等离子体CVD法形成厚150nm的氮氧化硅膜。作为单层或叠层结构，第一层间绝缘膜461当然不限于氮氧化硅膜，也可使用其它含硅绝缘膜。
随后，如图12C所示，进行热处理以恢复半导体层的晶体特性和激活掺杂到各个半导体层的杂质元素。借助使用退火炉的热退火方法进行热处理。热退火方法可在氧浓度为1ppm或以下，优选0.1ppm或以下的氮气氛中、在400-700℃，典型地在500-550℃下进行。在本实施例中，激活工艺通过在550℃热处理4小时进行。除了热退火方法，可应用激光退火方法或快速热退火方法(RTA法)。
或者，热处理也可在第一层间绝缘膜形成之前进行。然而，如果所用布线材料对热敏感，如同在本实施例中一样，为了保护布线，则优选在形成层间绝缘膜(主要含硅的绝缘膜，例如氮化硅膜)后再进行激活处理。
在进行热处理(在300～550℃热处理1～12小时)后，可进行氢化作用。该工艺是用包含于第一层间绝缘膜461内的氢终止半导体层中的悬挂键。或者作为氢化的另一种方法，同样也可进行等离子体氢化(采用等离子体激发的氢)，或在含氢3～100％的气氛中进行300～450℃、1～12小时的热处理。
随后，在第一层间绝缘膜461上形成由无机绝缘膜材料或由有机绝缘材料制成的第二层间绝缘膜462。本实施例中形成了膜厚1.6μm的丙烯酸树脂膜，且所用材料可具有10～1000cp的粘度，优选为40～200cp。使用在其表面上形成凸凹不平的材料。
为了阻止镜面反射，在本实施例中，通过形成形成凸凹不平表面的第二层间绝缘膜，使象素电极的表面变凸凹不平。此外，象素电极表面可被制作成凸凹不平并具有光散射特性，并因此在象素电极下面的一个区域中也可以形成凸面部分。凸面部分的形成也可通过与形成TFT的同样的光掩模形成，并且它能够在不增加工艺步骤情况下形成。注意凸面部分也可适当地在除布线和TFT外的象素部分区域的基片上形成。这样，沿着在覆盖凸面部分的绝缘膜表面内形成的凸凹不平，在象素电极表面内形成凸凹不平。
具有水平表面的膜也可被用作第二层间绝缘膜462。在此情况下，优选使用附加工艺诸如已知的喷沙法或刻蚀工艺形成表面凹凸不平，以防止镜面反射，并因此通过散射反射光而增加白度。
然后在驱动电路506中形成用于电连接各杂质区的布线463～467。注意为了形成布线，厚50nm的Ti膜和厚500nm的合金膜(Al和Ti合金)的叠层膜被进行图形化。当然，不限于两层结构，单层结构或三层以上的叠层结构也是可以接受的。另外，布线材料不限于Al和Ti。例如，在TaN膜上形成Al和Cu，并且通过图形化形成形成Ti膜的叠层膜并形成布线(图13)。
此外，在象素部分507中形成象素电极470、栅布线469，以及连接电极468。通过连接电极468形成与象素TFT和源布线的电连接。此外，栅布线469形成与象素TFT的栅极的电连接。象素电极470形成与象素TFT的漏区442的电连接，并且除此之外，形成与作为一个形成存储电容器的电极的半导体层459的电连接。优选使用具有高反射率的材料，诸如以Al或Ag作为其主要组成的膜，或这些膜的叠层膜作为象素电极470。
这样可在同一基片上形成由n-沟道TFT501和p-沟道TFT502组成的CMOS电路、具有n-沟道TFT503的驱动电路506，以及具有象素TFT504和存储电容器505的象素部分507。由此完成有源矩阵基片。
驱动电路506的n-沟道TFT 501具有：沟道形成区437；与构成栅极一部分的第一导电层428a重叠的低浓度杂质区436(GOLD区)；以及用作源区或漏区的高浓度杂质区452。p-沟道TFT502，它通过电连接与n-沟道TFT501及电极466形成CMOS电路，具有：沟道形成区440；用作源区或漏区的高浓度杂质区453；以及其中引入赋予n-型和p-型的杂质元素的杂质区454。此外，n-沟道TFT503具有：沟道形成区443；与构成栅极一部分的第一导电层430a重叠的低浓度杂质区442(GOLD区)；以及作为源区或漏区的高浓度杂质区456。
象素部分的象素TFT504具有：沟道形成区446；形成于栅极外侧的低浓度杂质区445(LDD区)；以及用作源区或漏区的高浓度杂质区458。此外，赋予n-型的杂质元素和赋予p-型的杂质元素被加入到用作存储电容器505的一个电极的半导体层中。存储电容器505包括电极(432a和432b的叠层)和半导体层，及用作电介质的绝缘膜416。
对于本实施例的象素结构，象素电极的边缘部分与源布线重叠放置，以使象素电极之间的间隙屏蔽光线，而不必使用黑基质(black matrix)。
图14示出本实施例中制造的有源矩阵基片的象素部分的上表面图。注意对应于图11～14的部分用相同的参考符号表示。图13中的点划线A-A’对应于图14中沿点划线A-A’切割得到的横截面图。此外，图13中点划线B-B’对应于图14中沿点划线B-B’切割得到的横截面图。
注意，实施例5可与实施例1-4中的任何一个自由组合。
[实施例6]
下面在本实施例中解释由实施例5制造的有源矩阵基片制造反射型液晶显示器件的工艺。解释中使用图15。
图13状态下的有源矩阵基片首先根据实施例5得到，然后在图13的有源矩阵基片上的至少象素电极470上形成取向膜567，并且进行擦亮(rubbing)工艺。注意，为保持基片间的间隙，本实施例中在形成取向膜567之前，通过图形化有机树脂膜如丙烯酸树脂膜等，在所希望位置形成柱状隔离垫572。此外，作为柱状隔离垫的替代物也可在基片的整个表面分布球形隔离垫。
其次制备对置的基片569。然后在对置的基片569上形成彩色层570和571，以及整平膜573。红色层570和兰色层571重叠以形成光屏蔽部分。此外，也可通过将红色层的一部分与绿色层重叠形成光屏蔽部分。
本实施例中使用实施例5所示基片。因此，对于如图14所示实施例5的象素部分的俯视图，至少有必要使栅极布线469和象素电极470之间的间隙、栅极布线469和连接电极468之间的间隙，以及连接电极468和象素电极470之间的间隙不受光照。每个彩色层被如此安排，以使由彩色层的叠层制得的遮光部分必须在光被屏蔽的位置形成，并且与对置的基片连接在一起。
这样使得通过使用由彩色层叠层构成的遮光部分进行象素间各个间隙的光屏蔽，而不必形成诸如黑掩模等光屏蔽层，使减少工艺步骤的数量成为可能。
在至少象素部分上的整平膜573上形成由透明导电膜制成的对置的电极576，在对置的基片的整个表面形成取向膜574，并进行擦亮工艺。
然后其上形成象素部分和驱动电路的有源矩阵基片，与对置的基片通过密封材料568接合。密封材料568中混入填充剂，并将两个基片接合，同时根据填充剂和柱状隔离垫保持均匀间隙。然后在两个基片间注入液晶材料575，并且基片通过使用密封剂(图中未表示出)被完全密封。一种已知的液晶材料可用作液晶材料575。由此完成图15所示的反射型液晶显示器件。然后如有必要有源矩阵基片或对置的基片被切割成所希望形状。此外，只在对置的基片上附着一个极化板(图中未示出)。然后利用已知技术附着FPC。
如上所述制成的液晶显示器面板可被用作不同种类的电子装置中的显示部分。注意将本实施例与实施例1～5自由结合使用是可能的。
[实施例7]
本实施例中，描述了一个通过使用用于形成有源矩阵基片的TFT的制造方法制造发光器件的实例。在本说明书中，发光器件是对包含形成在前述基片和覆盖部件之间的基片上的发光元件的显示面板，和对用前述显示面板装配TFT的前述显示模块的统称。附带地，发光元件具有一层，它包含其中通过施加电场可获得电致发光的化合物(发光层)、阳极和阴极。同时，有机化合物中的电致发光包含从单重激发态返回到基态时发射的光(荧光)和从三重激发态返回到基态时发射的光(磷光)，包含光发射的任意一种或两种。
在本说明中，在发光元件的阳极和阴极间形成的所有层被定义为有机发光层。发光层、空穴注入层、电子注入层、空穴输运层，以及电子输运层等具体地包含在有机发光层中。发光元件基本具有阳极层、发光层和阴极层顺序叠层的结构。除此结构以外，发光元件还可具有阳极层、空穴注入层、发光层和阴极层顺序层叠的结构或阳极层、空穴注入层、发光层、空穴输运层以及阴极层等顺序层叠的结构。
图16是本实施例的一个发光器件的断面图。图16中，基片700上配置的开关TFT603通过使用图13的n-沟道TFT503形成。因而，关于结构的说明，参考关于n-沟道TFT503的说明是令人满意的。
附带地，虽然该实例是一个由两个沟道区形成的双栅极结构，但有可能使用由一个沟道区形成的单栅极结构或由三个沟道区形成的三栅极结构。
基片700上配置的驱动电路通过使用图13的CMOS电路形成。因而，关于该结构的说明，参考n-沟道TFT501和p-沟道TFT502的说明是令人满意的。附带地，虽然本实施例是单栅极结构，但有可能使用双栅极结构或三栅极结构。
同时，布线701、703作为CMOS电路的源布线而布线702为漏布线。同时，布线704作为源布线708和开关TFT的源区之间的电连接的布线，而布线705作为漏布线709和开关TFT的漏区之间的电连接布线。
附带地，通过使用图13的p-沟道TFT502形成电流控制TFT604。因此，关于该结构的解释，参见关于p-沟道TFT502的说明是令人满意的。顺便提及，虽然本实施例是一个单栅极结构，但有可能使用双栅极结构或三栅极结构。
同时，布线706是电流控制TFT(对应于电流供给线)的源布线，而布线707是通过在象素电极711下的重叠被电连接于电流控制TFT的象素电极711的一个电极。
同时，参考数字711代表一个由透明导电膜形成的象素电极(发光元件的阳极)。作为透明导电膜，可使用氧化铟和氧化锡的化合物，氧化铟和氧化锌的化合物，氧化锌、氧化锡或氧化铟，或者可使用添加镓的上述透明导电膜。象素电极711先于形成布线，在平面层间绝缘膜710上形成。在本实施例中，通过使用树脂平面化膜710使平面化由于TFT产生的台阶是很重要的。随后形成的发光层，由于其厚度很薄，由于台阶的存在可能导致弱的光发射。因此，所希望的是在形成象素电极之前进行平面化，以形成尽可能平的发光层。
形成布线701～707后，如图16所示形成堤坝(bank)712。堤坝712可通过图形化厚100～400nm的含硅有机树脂膜或绝缘膜形成。
附带地，由于堤坝712是一个绝缘膜，淀积过程中必须小心元件的静电击穿。本实施例中，在用于堤坝712的绝缘膜材料中添加碳颗粒或金属颗粒，由此减小电阻率并抑制静电产生。在此情况下，可调节碳或金属颗粒的添加量以获得1×106～1×1012Ωm(优选1×108～1×1010Ωm)的电阻率。
在象素电极711上形成发光层713。附带地，虽然图16只显示出一个象素，但本实施例分别形成对应于不同颜色R(红色)、G(绿色)和B(兰色)的发光层。同时，本实施例中通过淀积工艺形成了低分子量的有机发光材料。特别地，这是一个叠层结构，具有厚20nm的作为空穴注入层的铜酞菁(CuPc)膜和其上厚70nm作为发光层的三(8-羟基喹啉基)铝(tris-8-qyuinolinolato aluminum)复合物(Alq3)膜。发射光的颜色可通过在Alq3中添加荧光色素如喹吖酮、二萘嵌苯或DCM1进行控制。
但是，前述实例是有机光发射材料用作发光层的实例，而不一定限于此。通过将发光层、电荷输运层和电子注入层自由组合可满意地形成发光层(该层用于光发射和载流子运动)。例如，虽然本实施例显示了使用低分子量的有机光发射材料作为发光层的实例，但可以使用中间有机发光材料和高分子量的有机发光材料。此外，无升华特性但具有20或小于20的分子数或具有10μm或小于10μm长度的链状分子的有机发光材料被作为中间有机发光材料。对于使用高分子量的有机发光材料的实例，通过旋涂法形成20nm厚的作为空穴注入层的聚噻吩(PEDOT)膜，并且其上形成作为发光层的约100nm厚的聚对位苯亚乙烯(paraphenylenvinylene PPV)膜的叠层结构可能是好的。通过使用π共轭型聚合物PPV，可选择从红到兰的发光波长。同时，可以使用无机材料如碳化硅作为电子输运层或电荷注入层。这些有机光发射材料或无机发光材料可以是已知材料。
其次，在发光层713上提供导电膜的阴极714。本实施例中，使用铝和锂合金膜作为导电膜。当然，已知的MgAg膜(镁和银的合金膜)也可使用。属于周期表中第一或第二族的元素形成的导电膜或添加这样的元素的导电膜可被用作阴极材料。
直至已形成阴极714，发光元件制作完成。附带地，此处的发光元件715指用象素电极(阳极)711、发光层713和阴极714形成的二极管。
提供一个完全覆盖发光元件715的钝化膜716是很有效的。钝化膜716由含碳膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的绝缘膜形成，所使用的是单层或复合叠层结构的绝缘膜。
在此情况下，优先使用有利于覆盖的膜作为钝化膜。使用碳膜，特别是DLC(类金刚石碳)膜是有效的。DLC膜，能够在从室温起不超过100℃的温度范围内淀积形成，能容易地以低热阻淀积在发光层713上。同时，DLC膜，对氧具有高的阻挡效应，可抑制发光层713被氧化。因此，在下面的密封过程中可防止发光层713的氧化问题。
此外，在钝化膜716上提供密封件717，用于焊接覆盖部件718。所使用的密封件717可以是可紫外线固化树脂。在其中提供一种具有吸湿效应或抗氧化效应的物质是有效的。同时，在本实施例中，对于所用覆盖部件718是在其两表面上形成碳膜(优选类金刚石膜)的玻璃基片、石英基片或塑料基片(包含塑料膜)。
这样，具有图16所示结构的发光器件被完成。附带地，通过使用多室方案(或成行(in-line)方案)的淀积装置，对于在形成堤坝712后，不暴露到大气，连续进行形成钝化膜716工艺是有效的。此外，对于进一步的改进，可以不暴露到大气，继续进行工艺直到焊接覆盖部件718。
以此方式，在基片700上形成n-沟道TFT601、p-沟道TFT602、开关TFT(n-沟道TFT)603和电流控制TFT(p-沟道TFT)604。
此外，如同图16所说明的，通过提供经过绝缘膜与栅极搭接的杂质区，可以形成抗热载流子效应导致损坏n-沟道TFT。因此，可获得高可靠性的发光器件。
同时，本实施例仅显示了象素部分和驱动电路的结构。然而，根据本实施例的制造工艺，除这些以外，可以在同一的绝缘件上形成如信号分割电路、D/A转换器、运算放大器、γ校正电路等逻辑电路。此外，可形成存储器或微处理器。
如上所述制成的液晶显示器面板可被用作不同种类的电子装置中的显示部分。注意将本实施例与实施例1～5自由结合使用是可能的。
[实施例8]
通过应用本发明可形成各种半导体器件(有源矩阵型液晶显示器件，有源矩阵型发光器件或有源矩阵型EC显示器件)。特别地，本发明可应用于任何类型的电子装置，其中在显示部分包含这样的电-光器件。
这样的电子装置为视频摄像机、数字照相机、投影仪、头戴显示器(护目镜式显示器)、汽车导航系统、汽车音响、个人计算机、移动信息终端(如移动计算机、移动电话或电子图书等)等，图17A～17F，18A～18D以及19A～19C显示了其中的一些实例。
图17A示出了个人计算机，它包括主体3001、图象输入部分3002、显示部分3003、键盘3004等。本发明的个人计算机可通过将本发明制造的半导体器件应用于显示部分3003来完成。
图17B示出了视频摄像机，它包括主体3101、显示部分3102、声音输入部分3103、操作开关3104、电池3105和图像接收部分3106等。本发明的视频摄像机可通过将本发明制造的半导体器件应用于显示部分3102来完成。
图17C示出了移动计算机，它包括主体3201、相机部分3202、图象接收部分3203、操作开关3204、显示部分3205等。本发明的移动计算机可通过将本发明制造的半导体器件应用于显示部分3205来完成。
图17D示出了护目镜式显示器，它包括主体3301、显示部分3302、镜臂部分3303等。本发明的护目镜式显示器可通过将本发明制造的半导体器件应用于显示部分3302来完成。
图17E示出了采用其上记录了程序的记录介质(此后称记录介质)的播放器，播放器包括主体3401、显示部分3402、扬声器部分3403、记录介质3404、操作开关3405等。这种播放器使用DVD(数字通用磁盘)、CD等作为记录介质，并能使用户欣赏音乐、电影、玩游戏和上网。本发明的记录介质可通过将本发明制造的半导体器件应用于显示部分3402来完成。
图17F示出了数码相机，它包括主体3501、显示部分3502、目镜部分3503、操作开关3504、图象接收部分(未示出)等。本发明的数码相机可通过将本发明制造的半导体器件应用于显示部分3502来完成。
图18A示出了正投型投影仪，它包括投影器件3601和屏幕3602等。正投型投影仪可通过将按本发明制造的半导体器件应用于作为投影器件3601组成部分的液晶显示器件3808和其它驱动电路来完成。
图18B示出了背投型投影仪，它包括主体3701、投影器件3702、镜面3703、屏幕3704等。背投型投影仪可通过将按本发明制造的半导体器件应用于作为投影器件3702组成部分的液晶显示器件3808和其它驱动电路来完成。
图18C示出了分别示于图15A和15B的投影器件3601和3702的各个结构的实例。投影器件3601和3702均由光源光学系统3801、镜面3802和3804到3806、二色性镜面3803、棱镜3807、液晶显示器3808、相差平板3809和投影光学系统3810构成。投影光学系统3810由包含投影透镜的光学系统构成。本实施例是一个三平板型实例，但并不限于本实例，也可以是单平板型。此外，那些使本发明具体化的人也可以适当地在图18C中箭头所示路径中配置一个诸如光学透镜的光学系统、具有偏振作用的膜、用于调节相差的膜、IR膜等。
图18D是表示如图18C所示的光源光学系统3801的结构的实例视图。在本实施例中，光源光学系统3801由反射器3811、光源3812、透镜组3813和3814、偏振转换元件3815和聚焦镜3816构成。附带地，示于图18D的光源光学系统是一个实例，而本发明并不特别限于所示结构。例如，那些使本发明具体化的人可能适当配置一个诸如光学透镜的光学系统、具有偏振作用的膜、用于调节相差的膜、IR膜等。
示于图18A～18D的投影仪是使用透明型电-光器件的投影仪类型，但没有示出其中本发明应用于反射型电-光器件和发光器件的实例。
图19A示出了移动电话，它包括主体3901、声音输出部分3902、声音输入部分3903、显示部分3904、操作开关3905、天线3906等。本发明的移动电话可通过将本发明制造的半导体器件应用于显示部分3904来完成。
图19B示出了移动图书(mobile book)(电子图书)，它包含主体4001、显示部分4002和4003、存储媒介4004、操作开关4005、天线4006等。本发明的移动图书可通过将本发明制造的半导体器件应用于显示部分4002和4003来完成。
图19C示出了显示器，它包含主体4101、支撑座4102、显示部分4103等。本发明的显示器可通过将本发明制造的半导体器件应用于显示部分4103来完成。本发明对大屏幕显示器特别有优势，并且对具有10英寸或以上(尤其30英寸或以上)对角线尺寸的显示器有优势。
前述描述很明显，本发明的应用范围相当广，而且本发明可应用于任何类型的电子装置。根据本发明的电子装置可通过使用由实施例1～6和7中任意几个结合构成的结构来实现。
[发明效果]
在采纳本发明的结构时，可获得如下所示的基本优点：
(a)当按照本发明示出的等式设计使用CW激光器的半导体膜晶化装置时，可事先容易地掌握台面合适的加速特性。即使在使用多个同种激光器或多个不同种类的激光器时，这也是相似的。
(b)当按照符合本发明的等式使用CW激光器时，可以高生产量获得具有接近于单晶特性的半导体膜。当使用多个同种激光器或多个不同种类的激光器时，可获得更高的生产量。
(c)由于激光器不对其上淀积半导体膜的基片进行过多的加热，当使用本工艺时，例如在塑料基片上，可以高生产量形成具有接近于单晶特性的半导体膜。当使用多个同种激光器或多个不同种类的激光器时，可获得更高的生产量。
(d)由于使激光退火所需时间最小化的扫描速度不取决于激光器的输出，本发明可容易地应用于任何种类的激光振荡器。
(e)除具有上述优势外，在半导体器件中典型地在有源矩阵型液晶显示器件中，可实现半导体器件的工作特性和可靠性的改善。

Claims (30)

1.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
形成具有非晶结构的半导体膜；以及
通过利用激光束以相对扫描速度V扫描半导体膜来结晶化半导体膜，
其中，当获得扫描速度V所需要的加速度为g并且在其上形成半导体膜的基片一侧的长度为b时，扫描速度V满足
(gb/5.477)1/2/2＜V＜2(gb/5.477)1/2。
2.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
形成具有非晶结构的半导体膜；以及
通过利用激光束以相对扫描速度V扫描半导体膜来结晶化半导体膜，
其中，当获得扫描速度V所需要的加速度为g并且在其上形成半导体膜的基片一侧的长度为b时，扫描速度V满足
0.9(gb/5.477)1/2＜V＜1.1(gb/5.477)1/2。
3.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
形成具有非晶结构的半导体膜；
通过加热来结晶化半导体膜；以及
通过利用激光束以相对扫描速度V扫描结晶化半导体膜来提高该结晶化半导体膜的结晶度，
其中，当获得扫描速度V所需要的加速度为g并且在其上形成半导体膜的基片一侧的长度为b时，扫描速度V满足
(gb/5.477)1/2/2＜V＜2(gb/5.477)1/2。
4.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
形成具有非晶结构的半导体膜；
通过加热来结晶化半导体膜；以及
通过利用激光束以相对扫描速度V扫描结晶化半导体膜来提高该结晶化半导体膜的结晶度，
其中，当获得扫描速度V所需要的加速度为g并且在其上形成半导体膜的基片一侧的长度为b时，扫描速度V满足
0.9(gb/5.477)1/2＜V＜1.1(gb/5.477)1/2。
5.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
形成具有非晶结构的半导体膜；
发射第一激光束；
将该第一激光束成型为具有长轴和短轴的第二激光束；以及
通过利用第二激光束在第二激光束的短轴方向上以相对扫描速度V扫描结晶化半导体膜，来结晶化该半导体膜，
其中，当获得扫描速度V所需要的加速度为g并且在其上形成半导体膜的基片一侧的长度为b时，扫描速度V满足
(gb/5.477)1/2/2＜V＜2(gb/5.477)1/2。
6.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
形成具有非晶结构的半导体膜；
发射第一激光束；
将该第一激光束成型为具有长轴和短轴的第二激光束；以及
通过利用第二激光束在第二激光束的短轴方向上以相对扫描速度V扫描结晶化半导体膜，来结晶化该半导体膜，
其中，当获得扫描速度V所需要的加速度为g并且在其上形成半导体膜的基片一侧的长度为b时，扫描速度V满足
0.9(gb/5.477)1/2＜V＜1.1(gb/5.477)1/2。
7.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
形成具有非晶结构的半导体膜；
发射第一激光束；
将该第一激光束成型为具有长轴和短轴的第二激光束；
通过加热来结晶化半导体膜；以及
通过利用第二激光束在第二激光束的短轴方向上以相对扫描速度V扫描结晶化半导体膜，来提高该结晶化半导体膜的结晶度，
其中，当获得扫描速度V所需要的加速度为g并且在其上形成半导体膜的基片一侧的长度为b时，扫描速度V满足
(gb/5.477)1/2/2＜V＜2(gb/5.477)1/2。
8.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
形成具有非晶结构的半导体膜；
发射第一激光束；
将该第一激光束成型为具有长轴和短轴的第二激光束；
通过加热来结晶化半导体膜；以及
通过利用第二激光束在第二激光束的短轴方向上以相对扫描速度V扫描结晶化半导体膜，来提高该结晶化半导体膜的结晶度，
其中，当获得扫描速度V所需要的加速度为g并且在其上形成半导体膜的基片一侧的长度为b时，扫描速度V满足
0.9(gb/5.477)1/2＜V＜1.1(gb/5.477)1/2。
9.根据权利要求1-4中任一的制造半导体器件的方法，其中利用光学系统处理激光束以便在半导体膜上或其邻近中的其形状是椭圆形或矩形。
10.根据权利要求5-8中任一的制造半导体器件的方法，其中第二激光束的形状是椭圆形或矩形。
11.根据权利要求1-4中任一的制造半导体器件的方法，其中激光束由连续波固体激光器或气体激光器或金属激光器辐射。
12.根据权利要求5-8中任一的制造半导体器件的方法，其中第二激光束由连续波固体激光器或气体激光器或金属激光器辐射。
13.根据权利要求1-4中任一的制造半导体器件的方法，其中激光束是连续波激光。
14.根据权利要求5-8中任一的制造半导体器件的方法，其中第二激光束是连续波激光。
15.根据权利要求13的制造半导体器件的方法，其中该连续波激光选自连续波YAG激光、连续波YVO4激光、连续波YLF激光、连续波YAlO3激光、连续波Y2O3激光、连续波玻璃激光、连续波红宝石激光、连续波金绿宝石激光以及连续波Ti：蓝宝石激光中。
16.根据权利要求14的制造半导体器件的方法，其中该连续波激光选自连续波YAG激光、连续波YVO4激光、连续波YLF激光、连续波YAlO3激光、连续波Y2O3激光、连续波玻璃激光、连续波红宝石激光、连续波金绿宝石激光以及连续波Ti：蓝宝石激光中。
17.根据权利要求13的制造半导体器件的方法，其中该连续波激光束选自连续波准分子激光、连续波Ar激光、连续波Kr激光和连续波CO2激光中。
18.根据权利要求14的制造半导体器件的方法，其中该连续波激光束选自连续波准分子激光、连续波Ar激光、连续波Kr激光和连续波CO2激光中。
19.根据权利要求13的制造半导体器件的方法，其中该连续波激光束选自连续波氦-镉激光、连续波铜蒸汽激光和连续波金蒸汽激光中。
20.根据权利要求14的制造半导体器件的方法，其中该连续波激光束选自连续波氦-镉激光、连续波铜蒸汽激光和连续波金蒸汽激光中。
21.根据权利要求13的制造半导体器件的方法，其中该连续波激光束用非线性光学元件调制为高次谐波。
22.根据权利要求14的制造半导体器件的方法，其中该连续波激光束用非线性光学元件调制为高次谐波。
23.根据权利要求1-8中任一的制造半导体器件的方法，
其中该半导体膜形成在基片上，以及
其中该基片的一侧是基片的较长一侧。
24.根据权利要求1-8中任一的制造半导体器件的方法，
其中该半导体膜形成在基片上，以及
其中该基片的尺寸为300mm×400mm、550mm×650mm、(600mm～620mm)×720mm、730mm×920mm、1000mm×1200mm和1150mm×1350mm中的任一一种。
25.根据权利要求1-8中任一的制造半导体器件的方法，其中该半导体膜是含硅的膜。
26.根据权利要求1-8中任一的制造半导体器件的方法，其中b是基片的较长一侧。
27.根据权利要求1-8中任一的制造半导体器件的方法，其中b是基片的较短一侧。
28.根据权利要求1-8中任一的制造半导体器件的方法，其中该半导体膜是非晶硅。
29.根据权利要求1-8中任一的制造半导体器件的方法，其中该半导体膜是非晶硅锗膜。
30.根据权利要求1-8中任一的制造半导体器件的方法，其中该半导体膜中的晶粒在扫描方向上连接地生长。
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