CN101044597B - 激光照射方法、激光照射装置和制造半导体器件的方法 - Google Patents
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Abstract
在使用CW激光器或准CW激光器进行激光退火时,与准分子激光器相比,生产率不高,因此有必要进一步提高生产率。根据本发明,使用基波而不将激光引入非线性光学元件,并且通过用具有高重复频率的脉冲激光照射半导体薄膜来进行激光退火。因为不使用非线性光学元件,并因此光不被转换成谐波,所以可以使用具有高输出功率的激光振荡器来进行激光退火。因此,可以增加通过一次扫描形成的具有大颗粒晶体的区域的宽度,从而可以大大提高生产率。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用激光照射物体的激光照射装置、使用该装置形成晶体半导体膜的方法、以及半导体器件的制造方法。此外,本发明涉及一种具有包括薄膜晶体管(又称为“TFT”)或者光生伏达器件(如光传感器或太阳能电池)的电路的半导体器件。此外,本发明涉及一种电子器件,包括例如电光器件(以液晶显示板为代表)、具有有机发光元件的发光显示设备、传感器器件(如线传感器)或存储器件(如SRAM),作为其一部分。
要注意,在该说明书中半导体器件是指可以利用半导体特性工作的通用器件,并且包括所有类型的器件,如电光器件、半导体电路和电子器件。
背景技术
近些年来,一种使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜(厚度大约为几纳米到几百纳米)来形成薄膜晶体管(TFT)的技术引起了注意。薄膜晶体管广泛应用于诸如IC或者电光器件之类的电子器件,尤其是已快速发展成为图像显示设备的开关元件。
由于近来图像显示设备或图像传感器被做的更大,并且推进了更高的像素密度(高清晰度),因此需要一种可以用于较高速度操作的半导体薄膜。此外,为了实现重量减轻或成本降低,薄膜晶体管也被应用于显示区外围中的驱动元件以及图像显示设备的开关元件。
已经研究了通过形成具有晶态结构的半导体薄膜来增强电特性(如迁移率)的方法,例如,固相外延(solid phase epitaxy)法。
固相外延法是这样的方法,其中在衬底上形成非晶硅薄膜,并且将该薄膜加热成为多晶薄膜。在大约600到1000℃的温度下进行长时间的加热,并且要求可以承受高温的昂贵的石英衬底。
玻璃衬底与石英衬底或单晶半导体衬底相比,在成本方面有很大前景。然而,玻璃衬底的耐热性差,容易受热变形。因此,在玻璃衬底上使用多晶半导体膜形成TFT的情况下,激光退火法适用于半导体膜的晶体化,以防止玻璃衬底的变形。
激光退火的优点是,与其它使用辐射热或传导热的退火方法相比,可以很大程度地缩短加工时间,并且可以有选择地加热半导体衬底或半导体膜,从而几乎不对衬底造成热损伤。
激光振荡器从振荡方法的角度上大致分成两类,即,脉冲激光振荡器和连续波激光振荡器。在很多情况中,用从脉冲准分子激光器振荡的激光(也称为“激光束”)进行激光退火。准分子激光器的优点是,它具有高输出功率,并且可以以高频率重复照射。
从准分子激光器振荡的激光的优点有,例如对很多情况下用作半导体膜的硅薄膜的高吸收效率。
例如,在激光照射中,激光通过光学系统(如光束均化器)整形成照射面上的线性激光,并且激光的照射位置相对于照射面移动。该方法在工业上是较好的,因为可以一次晶体化具有大面积的非晶硅膜,从而通过该方法获得高生产能力。下面,在照射面上具有线性形状的激光称为“线性光束”。
发明内容
使用从脉冲准分子激光器振荡的激光的传统激光退火方法有一些问题要解决,例如,晶体直径或结晶度不均匀的问题、TFT电特性不稳定的问题等。
作为解决问题的方法之一,有一种方法,其中采用诸如Ar激光器或YVO4激光器之类的连续波激光器(下面称为“CW激光器”),或者具有10MHz或更高的极高重复频率的脉冲激光器(下面称为“准CW激光器”)。
发现通过使用从CW激光器或准CW激光器振荡的激光放大了半导体膜中形成的晶体的颗粒直径。总的来说,当多晶硅薄膜中的晶体的颗粒直径更大时,诸如迁移率之类的电特性变得更高。当半导体膜中的晶体的颗粒直径变大时,位于用半导体膜形成的TFT的沟道形成区中的晶界数量减少。因此,迁移率变得更高,并且可以使用该半导体膜来进行更高性能器件的开发。下面,将具有大颗粒直径的晶体称为“大颗粒晶体”。
然而,在使用利用固态激光介质的CW激光器和准CW激光器的情况下,基波的波长波段从红光到近红外线,并且半导体膜的吸收效率特别低。具有半导体膜的高吸收效率的激光是具有可见光到紫外光的波长的激光。
因此,在对激光退火法使用CW激光器和准CW激光器的情况下,用非线性光学元件将波长转换成可见光或更短的谐波。例如,在转换容易向二次谐波的绿激光提供高输出的近红外线基波的方法中可以获得最高转换效率。
可以通过将从激光介质振荡的基波引入非线性光学元件中来获得谐波。然而,一个问题在于,当激光的输出变高时,非线性光学元件被非线性光学效应(如多光子吸收)损伤,因而被毁坏。因此,由于非线性光学元件的问题,当前产生的可见范围的CW激光器具有最多约15W的输出功率。
此外,在使用CW激光器或准CW激光器进行激光退火时,生产率与准分子激光器相比不高,因此有必要进一步提高生产率。例如,具有10W的532nm的CW激光被形成为长侧方向上大约300μm、短侧方向上大约10μm的线性光束,以进行激光退火。此时,通过一次扫描形成的具有大颗粒晶体的区域的宽度大约为200μm。因此,需要进行几千次射束点的扫描,以便晶体化在批量生产加工中使用的一边为几百mm或更大的矩形半导体膜的整个表面。
根据本发明,使用基波而不将激光引入非线性光学元件,并且通过用具有高重复频率的脉冲激光照射半导体薄膜来进行激光退火。本发明的一个特征在于,本发明中使用的激光的重复频率为10MHz或更大。
高强度意味着每单位时间和每单位面积的高峰值输出功率,根据本发明的激光的峰值输出功率范围从1GW/cm2到1TW/cm2。
在用基波照射半导体薄膜时,具有大约1μm波长的基波没有被半导体薄膜吸收多少。因此,基波具有低吸收效率。本发明人发现,从脉冲激光器发射的、具有皮秒范围或者飞秒(10-15秒)范围的脉冲宽度的基波可以提供高强度激光。因此,产生非线性光学效应(多光子吸收),并且基波被半导体膜吸收。
根据本发明,由于不使用非线性光学元件,并因此不将光转换为谐波,所以可以使用具有高于15W的输出功率,例如40W输出功率的激光振荡器来进行激光退火。因此,可以增加通过一次扫描形成的具有大颗粒晶体的区域的宽度,从而可以大大增强生产率。
此外,根据本发明,产生多光子吸收来熔化半导体薄膜,因此半导体薄膜的厚度小,例如,甚至具有100nm或更小厚度的半导体薄膜也可以吸收高强度激光。因此,可以通过将半导体薄膜的厚度做得更小,来缩短半导体薄膜的形成时间。
涉及本说明书中披露的激光照射方法的本发明的结构是一种激光照射方法,包括以下步骤:从激光振荡器发射具有10MHz或更高重复频率的、作为基波的第一激光束;用聚光透镜将第一激光束整形为第二激光束;将第二激光束传送到照射面上;以及相对于照射面移动第二激光束。
涉及激光照射方法的本发明另一结构是一种激光照射方法,包括以下步骤:从激光振荡器发射具有10MHz或更高重复频率的、作为基波的第一激光束;用聚光透镜将第一激光束整形为第二激光束;将第二激光束传送到物体上,以产生多光子吸收来熔化该物体;以及相对于该物体移动第二激光束。
在上述结构中,发射具有大于等于1飞秒且小于等于10皮秒的脉冲宽度的第一激光束。采用大于等于1飞秒且小于等于10皮秒的脉冲宽度来获得足够高的强度以产生多光子吸收。具有比10皮秒长几十皮秒的脉冲宽度的激光束不产生多光子吸收。此外,当通过具有150飞秒脉冲宽度的激光束进行加热半导体膜的实验测试时,可以观察到半导体膜被加热。因此,认为产生了多光子吸收。
此外,一种包括不含非线性光学元件的激光振荡器和光学元件的激光照射装置也是本发明的一个特征。其结构是一种激光照射装置,包括:用于发射基波的激光振荡器;光学元件,用于将从激光振荡器发射的激光束处理成照射面上的长激光束;以及用于将照射面相对于激光束移动的装置。
此外,另一种结构是一种激光照射装置,包括:用于发射基波的激光振荡器;聚光透镜,用于对从激光振荡器发射的激光束进行整形;使用聚光透镜将激光束投射和传送到照射面上的机构;以及用于将照射面相对于激光束移动的装置。
本发明的上述激光照射装置不包含非线性光学元件,因此可以从制造该照射装置的成本中减去非线性光学元件的成本。
通常,当一个光子的能隙小于半导体膜的能隙时,光子不被半导体膜吸收。因此,按传统方式,如上所述通过用非线性光学元件将基波转换成谐波来增加一个光子的能量。在使用波长λ的n次谐波的情况下,使用普朗克常量h和光速c,由下面的等式表示一个光子的能量E。
例如,具有1064nm波长的光对应于1.17eV的能量。因此,在使用具有1.6到1.8eV的能带隙的非晶硅膜作为半导体膜的情况下,不发生吸收。具有532nm波长的光对应于2.34eV的能量,因此,对非晶硅膜发生吸收。
然而,当使用具有高强度的激光时,在用激光照射的材料中产生高电磁场,从而产生非线性光学效应(多光子吸收)。通过多光子吸收,在一个光子的能量小于半导体膜的能带隙的情况下,可以多级同时吸收光子,而不让光通过半导体膜。
例如,当用具有1064nm波长的激光照射非晶硅膜时,一个光子的能量为1.17eV,因此不发生非晶硅膜的吸收。然而,通过多光子吸收,两个光子被同时吸收,因此获得类似于二次谐波的2.34eV来产生光吸收。
作为可以提供足够高强度引起多光子吸收的激光器,由具有皮秒或飞秒为单位的脉冲宽度的短脉冲激光器。作为脉冲激光器,给出了其中Nd、Yb、Cr、Ti、Ho和Er等作为掺杂剂添加到蓝宝石、YAG、陶瓷YAG、陶瓷Y2O3、KGW、KYW、Mg2SiO4、YLF、YVO4和GdVO4等晶体的激光器。
在上述结构中,聚光透镜包括两片凸柱面透镜。此外,可以在从激光振荡器到照射面的路径中适当布置光学元件,而不限于以聚光透镜为典型的折射光学元件。作为可以应用于本发明的其它光学元件,给出了诸如反射镜之类的反射光学元件或者诸如衍射光栅之类的衍射光学元件。
在本发明中,使用具有10MHz或更高的重复频率的脉冲激光器。这是因为在使用非晶硅膜作为半导体膜的情况下,吸收激光而熔化的非晶硅膜因热扩散导致的冷却而再结晶需要大约100纳秒。通过在100纳秒内用激光再次照射非晶硅膜中的同一部分,可以保持膜的熔化状态。因此,当采用具有10MHz或更高的重复频率的脉冲激光器时,它可以被认为是拟似(或“准”)(quasi)的方式的CW激光器,因此这样的激光器称为“准CW激光器”。
本发明的另一方面是通过其中发射基波的激光退火法制造半导体器件。该制造方法的结构是一种激光照射方法,包括以下步骤:将作为基波的激光束处理成半导体面上的长激光束;以及相对于长激光束移动半导体的表面,来用长激光束照射以便使半导体晶体化。
可以通过其中发射基波的激光退火法激活添加到半导体中的杂质元素。半导体器件的制造方法的另一结构是一种激光照射方法,包括以下步骤:在半导体中形成杂质区;将作为基波的激光束处理成半导体面上的长激光束;以及相对于长激光束移动半导体的表面,以便激活半导体中形成的杂质区。
对导电层上的半导体层(其间有绝缘膜),可以采用其中发射基波的激光退火法。一种激光照射方法包括以下步骤:在玻璃衬底上形成导电层;形成绝缘层来覆盖导电膜;在绝缘层上形成半导体层;将基波的激光束处理成半导体表面上的长激光束;以及相对于长激光束移动半导体的表面,以便用长激光束照射。
要注意,本说明书中的激光退火法是指一种使半导体衬底或半导体膜中形成的受损层或非晶层再结晶的技术,或者一种晶体化衬底上形成的非晶半导体膜的技术。此外,该激光退火法包括一种将半导体衬底或半导体膜平面化或进行表面修整的技术。
此外,本说明书中的多光子吸收意思是两个或多个光子的同时吸收,其中可以通过吸收两个或多个光子的能量而达到无法通过具有与这两个光子相同能量的一个光子的能量达到的反应电子激发状态。应当注意,术语“同时”意味着在10-14秒内发生两个现象。此外,上述电子激发状态是处于比分子的电子基态高的能量的分子的电子状态,这是通过吸收电磁辐射实现的,并且寿命长于10-13秒。
通过本发明,不需要用于转换波长的非线性光学元件,并且可以获得具有极大输出功率的激光束,例如,具有两倍或更多倍于谐波的输出功率的激光束。因此,可以扩大半导体膜中的晶体的颗粒直径,并且减少使用半导体膜形成的TFT的沟道形成区中的颗粒边界数量,以增加迁移率。因此,该半导体膜适合开发高性能器件。
此外,非线性光学元件的一个缺陷是,作为固态激光器的优点的不用维护的状态无法保持多久,这是因为非线性光学元件的质量容易改变。然而,本发明可以克服该缺陷,因为本发明不需要非线性光学元件。换而言之,根据本发明,可以增强激光照射装置自身的稳定性和可靠性。
附图说明
在附图中:
图1是示出根据本发明一个方面的激光照射装置的一个示例的透视图;
图2-(1)和2-(2)每一个示出根据本发明一个方面的光学系统;
图3是光学显微照片;
图4是SEM照片;
图5A到5E是示出顶栅极TFT的制造工艺的截面图;
图6A和6B是示出GOLD结构TFT的一个示例的截面图;
图7是双栅极结构TFT的一个示例的截面图;
图8示出显示设备的截面图的一个示例;
图9A和9B每一个示出显示设备的顶视图;
图10A到10C是示出CPU的制造步骤的截面图;
图11A到11C是示出CPU的制造步骤的截面图;
图12A到12C是示出CPU的制造步骤的截面图;
图13A和13B是示出CPU的制造步骤的截面图;
图14是CPU的框图;
图15A到15E是示出IC标签的制造步骤的截面图;
图16A到16E是示出IC标签的制造步骤的截面图;
图17A到17C是示出IC标签的制造步骤的截面图;
图18A和18B是示出IC标签的制造步骤的截面图;以及
图19A到19E每一个示出电子器件的一个示例。
具体实施方式
下面描述本发明的实施方式。本发明可以以多种不同方式实现,并且本领域技术人员容易理解,在不脱离本发明宗旨和范围的前提下,可以对这里披露的方式和细节以各种方式进行修改。
实施方式1
图1示出根据本发明的激光照射装置的一个示例。
作为图1所示的激光振荡器101,使用以在飞秒(10-15秒)范围内的脉冲宽度振荡的激光振荡器(又称为“飞秒激光器”)。作为激光振荡器,给出了其中将Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er等作为掺杂剂添加入蓝宝石、YAG、陶瓷YAG、陶瓷Y2O3、KGW、KYW、Mg2SiO4、YLF、YVO4、GdVO4等的晶体中的激光器。要注意,激光振荡器101中不包括非线性光学元件,因此发射激光束的基波。在脉冲激光振荡器101中不包括用于将从激光介质振荡的光转换成谐波的非线性光学元件;然而,脉冲激光振荡器101具有足够高的光强度来在半导体膜中产生非线性光学效应(多光子吸收)。
从激光振荡器101发出的激光束经过狭缝102。通过狭缝102,可以阻挡激光束能量弱的部分,并且可以调整在照射面上激光束在长侧方向上的长度。本发明中使用的狭缝102没有特别限制,并且狭缝具有当光经过狭缝时可以阻挡强度弱的部分的结构或形状。
接着,由镜103改变通过狭缝102的激光束的方向,并且偏转到玻璃衬底表面上形成的半导体膜106上。应当注意,改变后的激光束方向可以相对于衬底垂直或倾斜。
然后,由镜103改变了方向的激光束通过仅在一个方向上操作的柱面透镜104将狭缝102的图像投影到作为照射面的半导体膜106上。此外,激光束通过第二柱面透镜105在一个方向上汇聚,第二柱面透镜105从第一柱面透镜104旋转了90°,并且仅在一个方向上操作。然后,将激光束传送到半导体膜106上。通过第一和第二柱面透镜104和105获得在照射表面上具有直线、椭圆或矩形形状的光束照射区域111。通过第一柱面透镜104,在光束照射区域111的长侧方向上形成激光束,并且通过第二柱面透镜105,在光束照射区域111的短侧方向上形成激光束。本发明中使用的柱面透镜在激光束入射或从中发出激光束的一侧可以是平凸的,或者可以是两面凸的。在平凸柱面透镜的情况下,就低像差(aberration)和高精度而言,优选柱面透镜在激光束入射的一侧具有凸面。
参照图2-(1)和2-(2)详细描述本发明的光学系统。图2-(1)和2-(2)中使用的附图标记与图1中的相同。图2-(1)示出激光照射区域的长侧方向,而图2-(2)示出激光照射区域的短侧方向。从激光振荡器101发出的激光束部分地被狭缝102阻挡,只有激光束中具有高强度的部分通过该狭缝。通过该狭缝的激光束通过第一柱面透镜104将由狭缝102形成的图像投影到半导体膜106上。图1中实线所示的激光束110示出通过光束照射区域111中心的激光束。
详细描述第一柱面透镜104、狭缝102和作为照射面的半导体膜106之间的位置关系。使用狭缝102以便防止激光束中具有弱能量的部分被传送到半导体膜上。如果这种具有弱能量部分的激光束传送到半导体膜上,则形成具有相对小的晶粒且其表面不均匀的多晶区域(这里称为“劣晶体区域”),这并不是所期望的。考虑到该问题,使用狭缝102以便在不半导体膜中形成这样的区域。一般而言,当激光束被狭缝部分地阻挡时,由于激光束的相干性引起所谓的衍射现象,因此在激光束中产生衍射条纹。下面描述防止照射面上的衍射条纹的方法。
在下面所示的两个等式中,f是第一柱面透镜104的焦距,s是狭缝102开口的宽度,M1是狭缝102与柱面透镜104之间的距离,M2是第一柱面透镜104与半导体膜106之间的距离,而L是作为照射面的半导体膜106上的长侧方向上的线性光束的长度。位置关系由下面两个等式给出:
基于上面所示的这些等式,可以给出下面所示的另两个等式:
因此,通过基于上述等式布置狭缝、第一柱面透镜和照射面,由于衍射而引起的条纹不会被转到半导体膜上。因此,可以实现几乎不形成劣晶体区域的激光照射。
如果可以按照原样使用所发射的激光束的直径、输出功率或形状,那么并不是必须要使用两个柱面透镜。此外,当保持所发射的激光束的长侧和短侧之间的比例来聚光时,可以使用球面透镜来代替柱面透镜。
设置有半导体膜106的玻璃衬底以适当速度移动,以便激光照射衬底的整个面。设置有半导体膜106的衬底由玻璃制成。在用激光照射衬底时,通过抽吸装置或机械固定装置将衬底固定在衬底固定台107上,以便不掉落。此外,使用X台108和Y台109,衬底固定台107可以在与半导体膜表面平行的面上、在X方向或在Y方向上移动。通过X台108和Y台109,固定在衬底固定台107上的玻璃衬底可以以100到1000mm/秒的速度移动。这里,放置衬底的台相对于激光束的固定照射区域在X方向(或Y方向)上移动,以便扫描激光。应当注意,根据本发明人的经验预期的最佳扫描速度大约是400mm/秒。
扫描方法并不限于移动X台108和Y台109的方法,而且可以通过检流计式反射镜或多面反射镜扫描激光。传送沿着衬底的垂直侧方向(Y方向)形成为带状的激光束,并且照射区域相对于衬底移动,以便在水平方向(X方向)上扫描激光束。
实际上,通过本发明的激光退火法用激光束照射在玻璃衬底上形成的非晶硅膜(激光介质:Ti:蓝宝石,输出功率1.3W,波长800nm,脉冲宽度150飞秒,重复频率90MHz),这时,可以进行晶体化。射束点为8μm×40μm,并且台的扫描速度为100 mm/秒。图3中示出此时获得的半导体膜的表面的光学显微照片(放大1000倍)。此外,图4中示出此时获得的半导体膜的表面的SEM照片。通过实验可以确认,通过根据本发明的晶体化可以形成大颗粒晶体。
图3中所示的照片是半导体膜表面的照片,其中只有通过在一个方向上扫描而用激光束照射的区域被晶体化,以便区分照射区域与未照射区域。在图3中,扫描是部分地进行的;然而,以适当速度进行扫描来在衬底的整个表面上获得大颗粒晶体是很自然的。
通过本发明,使用其中形成这种大颗粒晶体的半导体膜,适当地形成诸如TFT之类的半导体元件,因此它可以应用于高性能器件的开发。
实施方式1表示将激光束传送到非晶半导体膜(非晶硅膜)以使其晶体化从而获得具有晶体结构的半导体膜(下文中又称为“晶体半导体膜”)的例子。但是,该实施例并不具体限定于晶体化的目的,而是可以应用于以激活处理或用于形成硅化物的处理为代表的各种激光退火处理。
本发明可以应用于对通过固相外延方法或添加用于促进晶体化的金属元素入Ni并对其进行加热的方法晶体化的晶体半导体膜,为提高结晶度并修复晶体颗粒中保留的缺陷而进行的激光照射(日本专利公开No.H7-130652或日本专利公开No.H8-78329)。
实施方式2
参照图5A到5E简要示出根据本发明的顶栅极TFT的制造工艺。具有10MHz或更高重复频率、并且是基波的激光被传送到具有非晶结构的半导体膜(下面又称为“非晶半导体膜”),并且引起非线性光学效应(多光子吸收)来进行晶体化。
如图5A所示,在具有绝缘表面的衬底10上形成用作阻挡层的基绝缘膜11和非晶半导体膜12。
使用诸如钡硼硅酸盐玻璃或铝硼硅酸盐玻璃之类的玻璃衬底作为具有绝缘表面的衬底10。此外,可以使用能承受该工艺中的加工温度的塑料衬底,例如,通过将直径为几nm的无机颗粒分散到有机聚合物基体中的材料加工成片状而获得的塑料衬底。
作为在具有绝缘表面的衬底10上形成的基绝缘膜11,使用诸如氧化硅膜、氮化硅膜或氧氮化硅膜(SiOxNy)之类的绝缘膜。作为基绝缘膜11的典型示例,可以采用两层结构,其中堆叠了使用SiH4、NH3和N2O作为反应气体形成的50到100nm厚的硅的氮化物氧化物膜与使用SiH4和N2O作为反应气体形成的100到150nm厚的氧氮化硅膜。此外,优选使用10nm或更小厚度的氮化硅膜(SiN膜)或氧氮化硅膜(SiNxOy膜,x>y)作为基绝缘膜11的一层。或者,可以采用连续堆叠了硅的氮化物氧化物膜、氧氮化硅膜和氮化硅膜的三层结构。
使用主要包含硅的半导体材料作为非晶半导体膜12。典型地,通过公知的方法(如溅射、LPCVD或等离子体CVD)形成非晶硅膜或非晶硅锗膜。
可以使用没有单独受过晶体化而形成的晶体半导体膜(如多晶硅膜、微晶半导体膜或半非晶半导体膜),来代替非晶半导体膜12。
然后,使用图1所示的激光照射装置,用具有10Hz或更高重复频率、并且是基波的激光照射非晶半导体膜12。图1所示的激光照射装置的激光振荡器中不包括非线性光学元件,并且激光振荡器可以发射具有高输出功率的基波激光。图5B是用激光照射非晶半导体膜12的工艺的截面图。在图5B中,激光16被光学系统30a和30b汇聚而形成照射区域13,同时,固定衬底的台在箭头15所示的方向上移动,以使整个衬底晶体化。
通过实施方式1中所示的激光照射方法,甚至在发射具有高强度的作为基波的激光来产生多光子吸收时,激光也被非晶半导体膜12吸收,从而形成晶体半导体膜14。通过实施方式1中所述的激光照射法,可以进行几乎不产生劣晶体区域的激光照射。因此,可以大大减少无法用作TFT的沟道形成区的区域;所以可以增加成品率,并且可以容易地实现成本降低。
当使用没有单独受过晶体化而形成的晶体半导体膜来代替非晶半导体膜12时,通过具有基波的激光的照射,可以获得具有比膜形成之后的晶体更大的颗粒直径的晶体。
在任何情况中,当进行激光照射时,在晶体半导体膜14的表面上形成薄氧化物膜。优选去除表面上的薄氧化物膜,因为其厚度或均匀度是不确定的。由于在防水表面上烘干,容易生成水印。在去除该氧化物膜之后,优选通过用含臭氧的水溶液形成氧化物膜来防止水印。此外,为了减少工序的数量,并不一定要去除通过激光照射在表面上形成的氧化物膜。
然后,通过光刻技术进行有选择地蚀刻,来获得半导体层17(图5C)。在形成抗蚀剂掩模之前,用含臭氧的水溶液或者通过在氧气气氛中进行UV照射生成的臭氧来形成氧化物膜,以便保护半导体层。氧化物膜在这里还具有提高抗蚀剂的可湿性的效果。
如果需要的话,在进行使用抗蚀剂的有选择的蚀刻之前,通过氧化物膜进行少量杂质元素(如硼或磷)的掺杂,以控制TFT的阈值电压。在通过氧化物膜掺杂的情况下,去除该氧化物膜,并且用含臭氧的水溶液形成另一氧化物膜。
然后,在进行了用于去除在使用抗蚀剂有选择蚀刻时产生的无用材料(如抗蚀剂残留物或抗蚀剂剥离溶液)的清洁之后,形成包含氧化硅作为主要成分的绝缘膜,来覆盖半导体层17的表面,作为栅极绝缘膜18(图5D)。
接着,在清洗栅极绝缘膜18的表面之后形成栅电极19。优选使用包含其中产生很少凸起物(hillock)的高熔点金属的材料作为栅电极19的材料。使用从W、Mo、Ti、Ta、Co等中选择的一种或者其合金作为其中产生较少凸起物的高熔点金属。可以堆叠两层或更多层的高熔点金属的氮化物(如WN、MoN、TiN和TaN)。
然后,用赋予半导体n型导电性的杂质元素(例如,P或As)—这里是磷,来适当地掺杂半导体膜,以形成源极区20和漏极区21。在掺杂之后,执行热处理、强光照射或者激光照射,以便激活杂质元素。此外,除了激活,还可以恢复对栅极绝缘膜的等离子体损伤和对栅极绝缘膜与半导体层之间的界面的等离子损伤。
可以使用图1所示的激光照射装置来通过实施方式1中所述的激光照射法进行激光照射,以便激活杂质元素。当使用图1所示的激光照射装置时,可用均匀地进行对添加到半导体膜中的杂质元素的激活。
通过随后的形成层间绝缘膜23、执行氢化、形成到达源极区20与漏极区21的接触孔、形成导电膜以及通过利用抗蚀剂有选择地蚀刻导电膜形成源电极24和漏电极25的步骤,完成TFT(n沟道TFT)(图5E)。通过使用包含从Mo、Ta、W、Ti、Al和Cu的组中选择的元素、或者包含该元素作为其主要成分的合金材料或化合物材料的单个层,或者通过使用这些层的堆叠层,形成源电极24和漏电极25。例如,使用Ti膜、纯Al膜和Ti膜的三层结构,或者使用Ti膜、包含Ni和C的Al合金膜以及Ti膜的三层结构。此外,考虑到在后面步骤中形成层间绝缘膜,优选电极的横截面具有渐缩形状。
这里,作为示例描述了顶栅极TFT;然而,不管TFT结构如何都可以应用本发明。例如,本发明可以应用到底栅极(反向交错型)TFT或交错型TFT。
此外,本发明不限于图5E中的TFT结构。如果需要的话,可以采用轻掺杂漏极(LDD)结构,其中在沟道形成区与漏极区(或源极区)之间具有LDD区。在该结构中,在沟道形成区与通过以较高浓度掺入杂质元素而形成的源极区或漏极区之间,设置了掺有较低浓度杂质元素的区域,该区域称为“LDD区”。此外,可以采用所谓的GOLD(栅极-漏极重叠LDD)结构,其中LDD区与栅电极重叠,其间插入了栅极绝缘膜。
此外,作为示例,参照图6A和6B描述具有GOLD结构的TFT。图6A所示的具有GOLD结构的TFT中的栅电极结构等的一部分与图5E的不同,因此,对那些与图5E中相同的部分使用相同的附图标记。图6A所示具有GOLD结构的TFT包括形成在沟道形成区22与源极区20之间的第一LDD区26以及形成在沟道形成区22与漏极区21之间的第二LDD区27。第一和第二LDD区26和27被布置成与栅电极的下层29b重叠,其间有栅极绝缘膜18。栅电极被形成为具有上层29a和宽度比上层29a宽的下层29b。在图6A所示的具有GOLD结构的TFT中,形成用氮化硅膜形成的保护膜28。作为保护膜28,优选使用通过PCVD形成的厚(dense)无机绝缘膜(如SiN膜或SiNO膜)、通过溅射形成的厚无机绝缘膜(如SiN膜或SiNO膜)、主要含碳的薄膜(如DLC膜、CN膜或非晶碳膜)、金属氧化物膜(如WO2、CaF2、Al2Q3或AlNxOy)等。
图6B所示的具有GOLD结构的TFT包括形成在沟道形成区32与源极区31a之间的第一LDD区36以及形成在沟道形成区32与漏极区31b之间的第二LDD区37。在图6B中,第一和第二LDD区36和37与栅电极部分重叠,而在图6A中,第一和第二LDD区与栅电极完全重叠。在图6B所示的TFT中,栅极绝缘层具有双层结构,其中堆叠了用氧化硅膜制成的第一栅极绝缘膜38a和用氮化硅膜制成的第二栅极绝缘层38b。可以通过使用由氮化硅膜制成的第二栅极绝缘膜38b将栅极绝缘膜做得较薄。
此外,在图6B所示的TFT中,用氮化硅膜形成第一层间绝缘膜33a,并且提供氮化硅的第二栅极绝缘膜38b和第一层间绝缘膜33a来包围栅电极39的单个层。当用容易氧化的导电材料如Mo形成栅电极39时,用氮化硅膜来包围栅电极以便不与氧化物膜接触是有效的。通过采用氮化硅膜作第一层间绝缘膜33a,它可以起到保护膜的作用,并且可以增强与由相同材料制成的第二栅极绝缘膜38b的粘合性。
在图6B所示的TFT中,用氧化硅膜形成第二层间绝缘膜33b,并且在第二层间绝缘膜33b上形成源电极24和漏电极25。此外,图6B中的TFT的结构与图5E有一部分不同,因此对于与图5E相同的部分使用相同的附图标记。
图5A到5E以及图6A和6B中示出了n沟道TFT。然而,很自然的,可以使用p型杂质元素代替n型杂质元素来形成p沟道TFT。
本发明不限于单栅极TFT,并且可以应用于具有多个沟道形成区的多栅极TFT,例如,双栅极TFT,以便减少TFT的OFF(截止)电流值的变化。
可以在同一衬底上形成n沟道TFT和p沟道TFT,并且可以通过结合n沟道TFT和p沟道TFT来形成CMOS电路。COMS电路是包括至少一个n沟道TFT和至少一个p沟道TFT的电路,例如,“非”电路、NAND电路、AND电路、NOR电路、OR电路、移位寄存器电路、采样电路、D/A转换器电路、A/D转换器电路、锁存电路、缓冲器电路等。此外,通过结合这些CMOS电路,可以在衬底上提供诸如SRAM或DRAM之类的存储元件和其它元件。此外,通过集成各种元件或电路,可以在衬底上形成CPU。
该实施方式可以自由地与实施方式1结合。
实施方式3
下面参照图7,作为示例描述应用本发明的双栅极TFT。
在图7所示的TFT中,在具有绝缘表面的衬底710上形成基绝缘膜711,并且在基绝缘膜711上形成下部电极712。
可以用金属或掺有一种导电类型杂质元素的多晶半导体形成下部电极712。如果使用金属,则可以使用钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铝(Al)等。这里,对于下部电极712使用钨,并且形成50nm厚度的钨层。应当注意,下部电极712的厚度可以是20到50nm。
然后,通过利用掩模(例如,抗蚀剂掩模)蚀刻钨层形成下部电极712。例如,此时,可以通过施加氧等离子体来使抗蚀剂掩模变窄。当在这一工艺之后进行蚀刻时,下部电极712成为栅电极的这一侧可以变尖。
下部电极712可以通过印刷法或液滴释放法(典型的是喷墨法)直接形成,液滴释放法可以每次向预定位置释放材料。使用该方法,可以在不使用掩模的情况下形成下部电极712。
此外,下部电极712被覆盖有将要成为第一栅极绝缘膜的第一绝缘膜713和第二绝缘膜714。第一绝缘膜713至少包含氧或氮。在该实施方式中,形成具有50nm厚度的硅的氮化物氧化物膜(SiNxOy)(x>y)作为第一绝缘膜713,并且形成具有100nm厚度的氧氮化硅膜(SiOxNy)(x>y)作为第二绝缘膜714。然而,本发明不限于这些。
在第二绝缘膜714上形成与下部电极712重叠的半导体层,其间有第一绝缘膜。通过用诸如低压热CVD法、等离子体CVD法或溅射法之类的方法形成半导体膜、然后用实施方式1中所示的激光照射法将其晶体化,来获得半导体层。然后,使用掩模有选择地进行蚀刻。实施方式1中所述的利用多光子吸收效应的激光照射法可以实现几乎不产生劣晶体区域的激光照射。因此,大大减少无法用作TFT的沟道形成区的区域;从而可以增加成品率,并且可以容易地实现成本降低。
半导体层覆盖有第二栅极绝缘膜718,它是至少包含氧或氮的绝缘膜。第二栅极绝缘膜718是在没有进行用于晶体化的激光照射的情况下形成的,并且半导体层与第二栅极绝缘膜718物理压紧,并且可以使用图1所示的激光照射装置进行激光照射。在这种情况下,通过第二栅极绝缘膜718可以防止由于激光照射而引起的半导体膜的剥离。
在第二栅极绝缘膜718上形成上部电极的下层720b和上部电极的上层720a。上部电极的下层720b的宽度比上部电极的上层720a宽。上部电极的下层720b和上层720a可以都用导电材料形成。
此外,半导体层至少包括掺有高浓度杂质元素的源极区716、沟道形成区715和掺有高浓度杂质元素的漏极区717。这里,在提供上部电极的上层720a和下层720b的状态下,通过上部电极的下层720b添加杂质元素。因此,在源极区716与沟道形成区715之间形成与上部电极的下层720b重叠的第一低浓度杂质区(第一LDD区)719a。此外,在漏极区717与沟道形成区715之间形成与上部电极的下层720b重叠的第二低浓度杂质区(第二LDD区)719b。
形成覆盖上部电极的下层720b和上层720a的绝缘膜721,并且在绝缘膜721上形成用于增强平面度的绝缘膜722。作为用于增强平面度的绝缘膜722,可以使用有机材料或无机材料。作为有机材料,可以使用抗蚀剂、聚酰亚胺、丙烯(acryl)、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺(polyimide amide)、苯并环丁烯、硅氧烷、或者聚硅氮烷。硅氧烷是绝缘材料,例如:无机硅氧烷绝缘材料,其中具有由硅、氧和氢形成的化合物之间的Si-O-Si键;或者有机硅氧烷绝缘材料,其中与硅键合的氢被诸如甲基或苯基之类的有机基替代。此外,聚硅氮烷是由包含具有硅(Si)和氮(N)的键的聚合体材料(即聚硅氨烷)的液体材料形成的物质。作为无机材料,可以使用至少具有氧或氮的绝缘膜,如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧氮化硅(SiOxNy,x<y)或者硅的氮化物氧化物(SiNxOy,x<y)。此外,作为用于增强平面度的绝缘膜722,可以使用这些绝缘膜的堆叠层。具体地说,当用有机材料形成用于增强平面度的绝缘膜时,尽管平面度增加,但水或氧被有机材料吸收。为了防止这点,可以在有机材料上形成包含无机材料的绝缘膜。当使用包含氮的绝缘膜作为无机材料时,可以防止诸如Na之类的碱性离子侵入。
在用于增强平面度的绝缘膜722上,通过到达源极区716的接触孔形成源极布线723。类似地,在用于增强平面度的绝缘膜722上,通过到达漏极区717的接触孔形成漏极布线724。
具有图7所示结构的TFT是双栅极TFT,其中在一个半导体层的上部和下部中形成沟道。双栅极TFT的下部电极712具有以不同于上部电极的方式控制TFT的特性。下部电极712可以抑制阈值的变化,并且减少OFF电流。此外,在双栅极TFT中,可以用下部电极与半导体层在其间有绝缘膜的情况下形成电容器。
该实施方式可以自由地与实施方式1或实施方式2结合。
实施方式4
本发明可以应用于液晶显示设备或发光显示设备的制造方法。这里,作为一个示例示出其中像素部分、驱动电路和端子部分形成在同一衬底上的显示器件。通过本发明,可以获得能响应高速驱动的半导体薄膜,并且可以使用更高性能的TFT形成驱动电路。图8示出作为显示器件的具有有机发光元件的发光器件的示例。
在衬底610上形成基绝缘膜之后,形成每个半导体层。按照实施方式1或实施方式2进行半导体层的晶体化。通过根据实施方式1进行晶体化,可以进行几乎不产生劣晶体区域的激光照射,并且可以用具有大颗粒晶体的半导体膜形成构成驱动电路一部分的半导体层。因此,可以实现能高速工作的驱动电路。
然后,在形成覆盖半导体层的栅极绝缘膜之后,分别形成栅电极和端子电极。随后,通过对半导体掺杂赋予n型导电性的杂质元素(典型地是磷或砷),以形成n沟道TFT 636,并且通过对半导体掺杂赋予p型导电性的杂质元素(典型地是硼)来形成p沟道TFT 637,适当地形成源极区和漏极区以及LDD区(如果必要的话)。随后,添加到半导体层的杂质元素被激活,并且在形成包含氢的、通过PCVD获得的硅的氮化物氧化物膜(SiNO膜)之后被氢化。
随后,形成用作层间绝缘膜的平面化绝缘膜616。作为平面化绝缘膜616,使用通过涂敷法获得的包含硅(Si)和氧(O)的键的骨架(skeletal)的绝缘膜。
接着,在使用掩模形成平面化绝缘膜中的接触孔的同时,去除外围部分中的平面化绝缘膜。
接着,使用平面化绝缘膜616作为掩模进行蚀刻,以有选择地去除包含氢的SiNO膜或栅极绝缘膜的暴露部分。
在形成导电膜之后,使用掩模进行蚀刻,从而形成漏极布线和源极布线。
接着,形成第一电极623,即,有机发光元件的阳极(或阴极)。第一电极623优选由具有高功函数的导电膜形成,例如,包含诸如下列透明导电材料的膜,如,除氧化铟锡(ITO)外还有,含Si的ITO(ITSO)、和作为氧化铟与2到20%的氧化锌(ZnO)的混合物的氧化铟锌(IZO),或者除氧化铟锡(ITO)外还结合这些材料的化合物膜。最重要的是,ITSO即使在受到烘烤时也仍处于非晶体状态而不被晶体化,不像ITO那样会被晶体化。因此,ITSO在平面度上优于ITO,并且即使当含有机化合物的层薄时也不容易引起与阴极的短路,因此适合作发光元件的阳极。
接着,有选择地蚀刻通过涂敷法获得的SOG膜(例如,包含烷基的SiOx膜),从而形成覆盖第一电极623端部的绝缘体629(称为“岸(bank)”、“分隔壁”、“阻挡物”、“堤(embankment)”等)。使用包含硅的材料、有机材料和化合物材料形成绝缘体629。此外,可以使用多孔膜。当使用诸如丙烯酸或聚酰亚胺之类的感光或非感光材料形成绝缘体时,其侧面具有曲率半径连续变化的形状,并且可以没有不连续地形成上层中的薄膜,这是优选的。作为绝缘体629的材料,可以使用分散有黑色颜料或碳黑的感光或非感光有机材料,并且它可以用作黑底(BM,black matrix)。
通过蒸镀法、热传输印刷法、液滴释放法或丝网印刷法形成包含有机化合物的层624。包含有机化合物的层624具有多层结构,例如,依次堆叠了电子传输层(电子注入层)、发光层、空穴传输层和空穴注入层的结构。
这里,通过蒸镀法共同蒸镀氧化钼(MoOx)、4,4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(α-NPD)和红荧烯(rubrene),来在第一电极623上形成第一包含有机化合物的层(第一层)。然后,用蒸镀掩模有选择地淀积α-NPD,来在第一包含有机化合物的层上形成空穴传输层(第二层)。此外,可以使用从MoNx、VOx、RuOx、CoOx、CuOx、ZnNx、WNx、InOx、InNx、SnOx、SnNx、SbOx和SbNx中选择的一种或多种来代替氧化钼(MoOx)。
有选择地形成发光层(第三层)。用包含有机化合物或无机化合物的电荷注入传输材料和发光材料形成发光层。发光层包括从包含低分子量有机化合物、中间分子量有机化合物(是指没有升华特性、并且具有不多于20个分子的有机化合物或长度不大于10μm的链型分子)、或者高分子量化合物(基于分子数量分类)的层中选择的一层或多层,并且可以与电子注入传输或空穴注入传输无机化合物结合。此外,对于发光层,除了单态激发发光材料外,还可以使用诸如金属络合物之类的三重态激发发光材料。例如,在红光发射像素、绿光发射像素和蓝光发射像素当中,红光发射像素的亮度在相对短时间内降低一半,因此利用三重态激发发光材料形成,而其它的利用单态激发发光材料形成。由于三重态激发发光材料的发光效率优良,因此特征是消耗较少的功率来获得相同的亮度。换而言之,当将三重态激发发光材料应用到红像素时,发光元件中流动的电流量小,从而可以提高可靠性。为了降低功耗,可以利用三重态激发发光材料形成红光发射像素和绿光发射像素,而利用单态激发发光材料形成蓝光发射像素。此外,对于人们可以以高能见敏锐度看到的发绿光的绿光发射元件,通过利用三重态激发发光材料形成绿光发射元件,可以降低功耗。
作为三重态激发发光材料,存在使用金属络合物作为掺杂剂的材料,例如,已知以第三过渡元素铂作为中心金属的金属络合物、以及以铱作为中心金属的金属络合物等。三重态激发发光材料不限于这些化合物,并且也可以使用具有上述结构并包括属于周期表第8到10族的元素作为中心金属的化合物。
为了获得全色显示设备,将每个发光色(R、G、B)的蒸镀掩模对准来淀积每种颜色的发光层。典型地,在每个像素中形成对应于每个发光色R(红)、G(绿)和B(蓝)的发光层。
利用蒸镀掩模有选择地淀积三(8-羟基喹啉)铝(Alq3),来在发光层上形成电子传输层(第四层)。然后,共同蒸镀4,4-二(5-甲基苯并噁唑-2基)均二苯代乙烯(BzOs)和Li来在整个表面上形成电子注入层(第五层),以覆盖电子传输层和绝缘体。包含有机化合物的层624中的第一到第五层的材料每一个被适当地选择,并且调整其厚度。
前述用于形成包含有机化合物的层624的物质仅仅是示例,可以通过适当地堆叠每个功能层,如空穴注入传输层、空穴传输层、电子注入传输层、电子传输层、发光层、电子阻挡层和空穴阻挡层,来形成发光元件。此外,可以采用混合层或结合这些层的混合接合(mixed-junction)结构。可以改变发光层的层结构。在不背离本发明宗旨的前提下可以进行修改,使得不提供专门的电子注入区或发光区,但是提供为此目的的电极层,或者分散发光材料。
在包含有机化合物的层624上形成用透明导电膜形成第二电极625,即,有机发光元件的阴极(或阳极)。然后,通过蒸镀法或溅射法形成透明保护层626。透明保护层626保护第二电极625。透明保护层626优选由通过PCVD获得的厚无机绝缘膜(例如,SiN膜或SiNO膜)、通过溅射形成的厚无机绝缘膜(如SiN膜或SiNO膜)、含碳作为主要成分的薄膜(如DLC膜、CN膜或非晶碳膜)、金属氧化物膜(如WO2、CaF2、Al2Q3或AlNxOy)等形成。要注意,“透明”意味着可见光的透射率为80到100%。
通过密封剂628附接透明密封衬底633来封装发光元件。在发光显示器件中,显示部分的周围被密封剂包围,并且被一对衬底密封。然而,在衬底的整个表面上提供TFT的层间绝缘膜。因此,当密封剂的图案被绘制到层间绝缘膜的周边内时,有可能湿气或杂质会从层间绝缘膜位于密封剂图案外的部分进入。因此,对于用作TFT的层间绝缘膜的平面化绝缘膜的周边,密封剂覆盖密封剂的图案的内部,优选覆盖平面化绝缘膜的边缘部分,以与密封剂的图案重叠。要注意,密封剂628包围的区域填有透明填料627。作为透明填料627,可以使用紫外线固化树脂、热固性树脂、硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、PVC(聚氯乙烯)、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)、EVA(乙烯-醋酸乙烯,ethylene vinyl acetate)等。
除了用透明填料填充密封剂628包围的区域,也可以使用干燥惰性气体。此时,在不妨碍显示的位置上放置通过化学吸收来吸收湿气的干燥剂,如氧化钙或氧化钡。
最后,FPC 632通过已知的方法附接到具有各向异性导电膜631的端子电极。端子电极优选通过在与栅极布线同时形成的端子电极上堆叠透明导电膜来形成(图8)。
根据上述步骤,可以在一个衬底上形成像素部分、驱动电路和端子部分。
发光元件中产生的光可以提取到相反两侧,即,通过衬底610和密封衬底633。图8的结构是具有通过衬底和密封衬底提取光的结构的发光器件。
因此,根据本发明,根据可以通过衬底和密封衬底提取光的发光器件的结构,可以提供偏振片、圆偏振片或者其结合。因此,可以执行清楚的黑色显示,并且提高了对比度。此外,圆偏振片可以防止反射光。
如果对于第二电极625使用反射金属材料来代替透明导电膜,则可以制造底发射型发光元件。相反,通过使用透明导电膜作为第二电极625,可以制造顶发射型发光元件。
此外,如果有必要,除了偏振片或圆偏振片,还可以布置其它光学膜(如阻滞膜、滤色器或颜色转换滤色器)或微透镜阵列。例如,在密封衬底的发光元件与显示区重叠的一侧或者观看者一侧上提供滤色器,以便增强从显示部分中提供的RGB发光元件的每个发射的色纯度。此外,在显示部分中可以提供用于白色的发光元件,并且可以分别提供滤色器或者滤色器和颜色转换层,以显示全色。
在该发光器件中,对驱动屏幕显示的方法并没有特别限制。例如,可以使用点顺序驱动方法、线顺序驱动方法、帧顺序驱动方法等。典型地使用线顺序驱动方法,并且也可以适当地采用时分灰度级驱动方法或帧面积灰度级驱动方法。此外,输入到发光器件的源极线的视频信号既可以是模拟信号也可以是数字信号。可以根据视频信号正确地设计驱动电路等。
此外,使用数字视频信号的发光器件被分为两类,一类是视频信号以恒定电压(CV)输入像素,另一类是视频信号以恒定电流(CC)输入像素。其中视频信号以恒定电压(CV)输入像素的发光器件进一步被分为两类,一类是对发光元件施加恒定电压(CVCV),另一类是对发光元件施加恒定电流(CVCC)。其中视频信号以恒定电流(CC)输入像素的发光器件被分为两类,一类是对发光元件施加恒定电压(CCCV),另一类是对发光元件施加恒定电流(CCCC)。
在发光器件中,为了防止静电放电损害,可以提供保护电路(如保护二极管)。
描述对根据上述方法制造的发光显示板安装FPC或用于驱动的驱动IC的示例。
图9A是作为示例、FPC 1209附接到四个端子部分1208的发光器件的顶视图。在衬底1210上形成包括发光元件和TFT的像素部分1202、包括TFT的栅极侧驱动电路1203、和包括TFT的源极侧驱动电路1201。当TFT的有源层每一个由晶体半导体膜形成时,可以在一个衬底上形成这些电路。因此,可以制造其中实现板上系统的EL显示板。
要注意,衬底1210除了接触部分外覆盖有保护膜,并且在保护膜上提供包含光催化物质的基层。
提供了设置为夹住像素区域的两个连接区1207,来使发光元件的第二电极与下面的布线接触。要注意,发光元件的第一电极电连接到像素部分中提供的TFT。
密封衬底1204通过包围像素部分和驱动电路的密封剂1205、以及被密封剂包围的填料固定到衬底1210。此外,可以使用包括透明干燥剂的填料来填充空间。干燥剂可以放置在不与像素部分重叠的区域中。
图9A所示的结构是XGA类的相对大尺寸的发光器件的优选示例(例如,对角:4.3英寸)。图9B是采用COG模式的示例,适合画面尺寸较窄的小尺寸发光器件(例如,对角:1.5英寸)。
在图9B中,驱动IC 1301安装在衬底1310上,并且FPC 1309安装在位于驱动IC端部的端子部分1308上。从提高生产率的角度来看,要安装的多个驱动IC 1301优选形成在一个边300到1000mm或更大的矩形衬底上。换而言之,以驱动电路部分和输入输出端子为单位的多个电路图案优选形成在衬底上并且被隔开,从而可以单独地获得驱动IC。作为用于驱动IC的TFT的半导体层,使用用图1所示的激光照射装置晶体化的半导体层。因此,可以获得高性能驱动IC。考虑到像素部分一边的长度或者像素间距,驱动IC可以被形成为矩形,具有15到80mm的较长边和1到6mm的较短边。此外,驱动IC可以具有对应于像素部分的一边的较长边,或者驱动电路的一边与像素部分的一边相加的长度。
驱动IC在外部尺寸方面胜过IC芯片,因为它具有较长边。当使用较长边形成为15到80mm的驱动IC时,与使用IC芯片的情况相比,要求对应于像素部分安装的驱动IC的数量较小,从而提高了制造的成品率。当在玻璃衬底上形成驱动IC时,由于没有对母衬底的形状的限制,因此不会损失生产率。与使用圆形硅晶片形成IC芯片的情况相比,这是巨大的进步。
此外,可以采用TAB模式,并且在该情况下,附接多个带(tape),并且在带上安装驱动IC。与COG模式的情况一样,可以在单个带上安装单个驱动IC。在这种情况下,优选一起附接用于固定驱动IC的金属片等,以增强强度。
衬底1310除了接触部分外覆盖有保护膜,并且在保护膜上提供包含光催化物质的基层。
在像素部分1302和驱动IC 1301之间提供连接区1307,来使发光元件的第二电极与下面的布线接触。要注意,发光元件的第一电极电连接到像素部分中提供的TFT。
密封衬底1304通过包围像素部分1302的密封剂1305、以及被密封剂包围的填料固定到衬底1310。
在使用非晶半导体膜作为TFT的有源层的情况中,难以在同一衬底上形成驱动电路,因此即使在它具有大的尺寸的时候,也使用图9B所示的结构。
这里作为显示设备的示例,示出了有源矩阵发光显示设备,很自然本发明可以应用到有源矩阵液晶显示设备。在有源矩阵液晶显示设备中,驱动以矩阵形式布置的像素电极来在屏幕上显示图像图案。具体地说,向所选像素电极以及对应于该像素电极的相对电极施加电压,因此光学地调制在元件衬底中提供的像素电极与在相对衬底中提供的相对电极之间的液晶。光学调制可以被观看者识别为图像图案。相对衬底和元件衬底以均匀间隔布置,并且其间填充液晶。衬底可以通过将液晶材料置于低压下来彼此粘合,从而通过具有闭合图案的密封剂使得没有气泡进入。或者,可以采用浸染法(抽吸(pumping)法),其中在提供具有开口部分的密封图案并且粘合TFT衬底之后利用毛细现象注入液晶。
本发明可以应用到采用其中没有滤色器而由偏振片和液晶板构成光学快门的结构的液晶显示设备,以及以高速对RGB三色闪烁背光光源的场顺序系统的驱动方法。
该实施方式可以与实施方式1、2或3自由地结合。
实施方式5
实施方式5参照图10A到10C、图11A到11C、图12A到12C、图13A到13B和图14,描述根据本发明的CPU(中央处理单元)的制造示例。
如图10A所示,在具有绝缘表面的衬底1400上形成基绝缘膜1401。作为衬底1400,可以使用诸如钡硼硅酸盐玻璃或铝硼硅酸盐玻璃之类的玻璃衬底。此外,由具有柔性的合成树脂(如塑料或丙烯酸,以PET、PES或PEN为典型)制成的衬底趋于具有比其它衬底低的耐热性。只要衬底能够抵抗制造步骤中的处理温度,就可以使用这样的衬底。
提供基绝缘膜1401防止衬底1400中包含的诸如钠之类碱金属或碱土金属扩散到半导体膜中对半导体元件的特性产生不利影响。因此,用诸如氧化硅、氮化硅或含氮的氧化硅之类的绝缘膜形成基绝缘膜1401,这可以抑制碱金属或碱土金属扩散到半导体膜中。
在基绝缘膜1401上形成非晶半导体膜1402。非晶半导体膜1402的厚度设为25到100nm(优选30到60nm)。作为非晶半导体,不仅可以使用硅,还可以使用硅锗。在使用硅锗的情况下,锗的浓度优选约为0.01到4.5原子%。在该实施方式中,使用66nm厚度的含硅作为其主要成分的半导体膜(又称为“非晶硅膜”或“非晶硅”)。
然后,用作为基波的激光(激光束)1405照射非晶半导体膜1405(参照图10B),来产生如实施方式1中所述的多光子吸收。要注意,激光的脉冲宽度被设置为皮秒或飞秒,以便产生多光子吸收。通过该激光照射,非晶半导体膜1402被晶体化,并且形成晶体半导体膜(这里是多晶硅膜)。
如图10C所示,将晶体半导体有选择地蚀刻成预定形状,从而获得岛状半导体层1406a到1406e。
然后,按需要将少量的杂质元素(例如,硼)添加到晶体半导体膜,以使作为薄膜晶体管的电特性的阈值更接近零。
然后,形成覆盖岛状半导体层1406a到1406e的绝缘膜,即所谓的栅极绝缘膜1408。在形成栅极绝缘膜1408之前,用氢氟酸等来清洗岛状半导体膜的表面。通过等离子体CVD法或溅射法,用具有10到150nm、优选20到40nm厚度的含硅绝缘膜形成栅极绝缘膜1408。当然,栅极绝缘膜不限于氧化硅膜,并且另一含硅绝缘膜(如氮化硅膜或氧氮化硅膜)可以作为单层或多层结构形成。
之后,在栅极绝缘膜1408上形成导电膜1409a和1409b,用作栅电极。这里,栅电极是两层结构。很自然,栅电极可以具有单层结构或者包括三层或更多的多层结构。导电膜1409a和1409b可以用从Ta、W、Ti、Mo、Al和Cu中选择的元素、或者包含上述元素作为其主要成分的合金材料或化合物材料形成。
如图11A所示,形成抗蚀剂掩模1410来蚀刻第一导电膜1409a和第二导电膜1409b。要注意,抗蚀剂掩模1410的端部可以具有渐缩形状,并且抗蚀剂掩模的形状可以是扇形或梯形。
接着,如图11B所示,使用抗蚀剂掩模有选择地蚀刻第二半导体膜1409b。要注意,第一导电膜1409a用作蚀刻阻断物,从而栅极绝缘膜和半导体膜不受到蚀刻。蚀刻后的第二导电膜1409b具有从0.2到1.0μm的栅极长度1413。
如图11C所示,用提供的抗蚀剂掩模1410蚀刻第一导电膜1409a。在此时,在栅极绝缘膜1408与第一导电膜1409之间的选择比高的条件下蚀刻第一导电膜1409a。通过该步骤,抗蚀剂掩模1410和第二导电膜1409b可以有些蚀刻,并且变得更窄。通过这种方式,形成具有1.0μm或更小的栅极长度的非常小的栅电极。
然后,通过O2灰化或抗蚀剂剥离溶液来去除抗蚀剂掩模1410,并且适当地形成用于添加杂质元素的抗蚀剂掩模1415。通过这种方式,形成抗蚀剂掩模1415来覆盖要成为p沟道TFT的区域。
接着,如图12A所示,通过使用栅电极作为掩模,以自对准(self-alignment)的方式将杂质元素磷(P)添加到要成为n沟道TFT的区域中。这里,磷化氢(PH3)的掺杂是以60到80keV进行的。然后,在要成为n沟道TFT的区域中形成杂质区1416a到1416c。
接着,去除抗蚀剂掩模1415,然后形成抗蚀剂掩模1417来覆盖要成为n沟道TFT的区域。之后,如图12B所示,使用栅电极作为掩模,以自对准的方式添加杂质元素硼B。通过该步骤,在要成为p沟道TFT的区域中形成杂质区1418a到1418b。
在去除抗蚀剂掩模1417之后,如图12C所示,形成覆盖栅电极的侧面的绝缘膜,即所谓的侧壁1419a到1419c。可以在通过等离子体CVD法或低压CVD(LPCVD)法形成含硅绝缘膜之后,通过适当地蚀刻来形成侧壁。
接着,在p沟道TFT上形成抗蚀剂掩模1421。这里,以15到25keV添加磷化氢(PH3)来形成高浓度杂质区,形成所谓的源极和漏极区。通过该步骤,如图12C所示,使用侧壁1419a到1419c作为掩模,以自对准的方式形成高浓度杂质区1420a到1420c。
然后,通过O2灰化或抗蚀剂剥离溶液来去除抗蚀剂掩模1421。
接着,进行热处理来激活每个杂质区。这里,通过实施方式1所示的激光照射法来激活杂质区。要注意,可以在氮气气氛中以550℃的温度加热衬底来激活杂质区。
接着,形成覆盖栅极绝缘膜1408和栅电极的第一层间绝缘膜1422。对于第一层间绝缘膜1422,使用诸如氮化硅膜之类的含氢的无机绝缘膜。
然后,进行用于氢化的热处理。用从氮化硅膜(第一层间绝缘膜1422)释放的氢来端接(terminate)氧化硅膜或硅膜中的悬空键(dangling bond)。
然后,如图13A所示,形成第二层间绝缘膜1423以便覆盖第一层间绝缘膜1422。可以用下列材料形成第二层间绝缘膜1423:无机材料(如氧化硅、氮化硅或含氧的氮化硅);感光或非感光有机材料(聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂或苯并环丁烯);包括具有硅(Si)和氧(O)的键的骨架并且在取代基中至少包括氢或者在取代基中包括氟、烷基以及芳香碳氢中的至少一个的材料(即,硅氧烷);以及这些材料的这些多层结构。
接着,在栅极绝缘膜1408、第一层间绝缘膜1422和第二层间绝缘膜1423中形成开口部分,即所谓的接触孔。如图13B所示,形成连接到每个杂质区的布线1425a到1425e。同时,如果有必要的话,形成连接到栅电极的布线。要注意,用从铝(Al)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)和硅(Si)中选择的元素形成的膜或者可以使用这些元素的合金膜来形成这些布线。此外,可以用含碳以及从镍、钴和铁中选择的至少一个元素的铝合金膜形成这些布线。
通过这种方式,可以形成具有1.0μm或更小的栅极长度和被形成为具有低浓度杂质区的LDD结构的n沟道薄膜晶体管。此外,完成具有1.0μm或更小的栅极长度和被形成为没有低浓度杂质区的单漏极结构的p沟道薄膜晶体管。具有1.0μm或更小的栅极长度的TFT也可以称为“亚微米TFT”。由于在p沟道薄膜晶体管中难以发生由热载体和短沟道效应而导致的恶化,因此可以采用单漏极结构。
在本发明中,p沟道薄膜晶体管可以具有LDD结构。此外,n沟道薄膜晶体管和p沟道薄膜晶体管都可以具有GOLD结构来替代LDD结构,在GOLD结构中低浓度杂质区与栅电极重叠。
可以制造具有由此形成的薄膜晶体管的半导体器件(在该实施方式中为CPU),并且在5V驱动电压和30MHz工作频率下高速工作成为可能。
接着,参照图14描述用上述薄膜晶体管构成各种电路的示例。图14示出在玻璃衬底1600上形成的CPU的框图。
图14所示的CPU主要包括玻璃衬底1600上的算术逻辑单元(ALU)1601、算术逻辑单元控制器(ALU控制器)1602、指令译码器1603、中断控制器1604、定时控制器1605、寄存器1606、寄存器控制器1607、总线接口(总线I/F)1608、可重写ROM 1609和ROM接口(ROM I/F)1602。ROM 1609和ROM I/F 1602可以在另一芯片上提供。
当然,图14所示的CPU仅仅是个简化了结构的示例,实际的CPU可以根据其用途具有各种结构。
通过总线接口1608输入到CPU中的指令被输入到指令译码器1603并译码,然后输入到算术逻辑单元控制器1602、中断控制器1604、寄存器控制器1607和定时控制器1605。
算术逻辑单元控制器1602、中断控制器1604、寄存器控制器1607和定时控制器1605基于译码的指令进行各种控制。具体地说,算术逻辑单元控制器1602产生用于控制算术逻辑单元1601的操作的信号。此外,中断控制器1604在CPU程序执行期间,通过基于优先级或屏蔽条件进行判断,来处理来自外围电路或外围输入/输出设备的中断请求。寄存器控制器1607产生寄存器1606的地址,并且根据CPU的状态读出或写入寄存器1606。
定时控制器1605产生用于控制算术逻辑单元1601、算术逻辑单元控制器1602、指令译码器1603、中断控制器1604和寄存器控制器1607的操作定时的信号。例如,定时控制器1605包括内部时钟发生器,其基于标准时钟信号CLK1(1621)生成内部时钟信号CLK2(1622),并且将时钟信号CLK2提供给上述各个电路。
根据本发明,由于可以通过一次激光束扫描对大面积进行激光照射,因此可以以低成本制造CPU。
此外,该实施方式可以与实施方式1到4自由地结合。
实施方式6
这里,参照图15A到15E、图16A到16E、图17A到17C、图18A到图18B示出根据本发明的制造IC标签的示例。
尽管本实施方式示出对于IC标签的集成电路使用隔离和绝缘TFT作为半导体元件的示例,但用于IC标签的集成电路的半导体元件不限于TFT,而是可以使用任何元件。例如,除了TFT之外,典型地给出存储元件、二极管、光电转换元件、电阻元件、线圈、电容器元件、电感器等。
首先,如图15A所示,通过溅射法在玻璃衬底(第一衬底)1500上形成剥离层1501。剥离层1501可以通过溅射法、低压CVD法、等离子体CVD法等形成。在该实施方式中,通过低压CVD法形成具有大约50nm厚度的非晶硅,并且用作剥离层1501。剥离层1501的材料不限于硅,可以使用其它能通过蚀刻有选择地去除的材料(例如,W、Mo等)来形成剥离层1501。剥离层1501的厚度优选是50到60nm。
接着,在剥离层1501上形成基绝缘膜1502。形成基绝缘膜1502以防止第一衬底1400中包含的诸如钠之类碱金属或碱土金属扩散到半导体膜中从而对半导体元件(如TFT)的特性产生不利影响。基绝缘膜1502在后面剥离半导体元件的步骤中还具有保护半导体元件的功能。基绝缘膜1502可以是单层或者可以具有堆叠的多个绝缘膜。因此,使用能防止碱金属或碱土金属扩散到半导体膜中的绝缘膜,如氧化硅、氮化硅、含氮的氧化硅(SiON)、或者含氧的氮化硅(SiNO)。
接着,在基绝缘膜1502上形成半导体膜。优选在形成基绝缘膜1502之后在不暴露于空气中的情况下形成半导体膜1503。半导体膜的厚度设为20到200nm(更好的是40到170nm,优选50到150nm)。
此外,根据实施方式1,用作为基波的激光照射半导体膜1503,从而产生多光子吸收以便晶体化。于是,完成晶体化。通过用激光照射半导体膜1503形成晶体半导体膜1504。要注意,图15A是示出其中扫描激光的状态的截面图。
然后,如图15B所示,在通过有选择地蚀刻具有晶体结构的半导体膜1504形成岛状半导体膜1506到1508之后,形成栅极绝缘膜1509。可以通过等离子体CVD法、溅射法等,用含氮化硅、氧化硅、含氮的氧化硅或含氧的氮化硅的膜中的单层或多层形成栅极绝缘膜1509。
在形成栅极绝缘膜1509之后,可以在300到450℃温度下、在包含3%或更多氢的气氛中执行1到12小时的热处理(该处理又称为“氢化”),以便使岛状的半导体膜1506到1508氢化。作为氢化的另一种途径,可以执行等离子体氢化(使用由等离子体激发的氢)。
接着,如图15C所示,形成栅电极1510到1512。这里,通过用溅射法堆叠Si和W,然后利用抗蚀剂1513作为掩模蚀刻它们,形成栅电极1510到1512。很自然,这些栅电极1510到1512的导电材料、结构和制造方法不限于这些,而是可以适当地选择它们。例如,栅电极可以具有NiSi(硅化镍)和掺有赋予n型导电性的杂质的Si的多层结构,或者TaN(氮化钽)和W(钨)的多层结构。此外,栅电极可以是由各种导电材料形成的单层。此外,在同时形成栅电极和天线的情况下,可以考虑它们的功能来选择材料。
可是使用SiOx等的掩模来替代抗蚀剂掩模。在这种情况下,添加通过有选择地蚀刻来形成SiOx、SiON等的掩模(又称为“硬掩模”)的步骤。然而,由于在蚀刻时掩模的膜厚度的减少比抗蚀剂小,因此可以形成具有期望宽度的栅电极1510到1512。或者,可以通过液滴释放法在不使用抗蚀剂1513的情况下有选择地形成栅电极1510到1512。
接着,如图15D所示,要成为p沟道TFT的岛状半导体膜1507被抗蚀剂1515覆盖,然后通过使用栅电极1510和1512作为掩模,将岛状半导体膜1506和1508以低浓度掺入赋予n型导电性的杂质元素(典型地为P(磷)或As(砷))。在该掺杂步骤中,通过栅极绝缘膜1509执行掺杂,并且在岛状半导体膜1506和1508中形成一对低浓度杂质区1516和1517。要注意,可以在不用抗蚀剂覆盖要成为p沟道TFT的岛状半导体膜1507的情况下执行掺杂步骤。
接着,如图15E所示,在通过灰化等去除抗蚀剂1515之后,重新形成抗蚀剂1518以便覆盖要成为n沟道TFT的岛状半导体膜1506和1508。然后,通过使用栅电极1511作为掩模,将岛状半导体膜1507以高浓度掺入赋予p型导电性的杂质元素(典型地为B(硼))。在掺杂步骤中,通过栅极绝缘膜1509执行掺杂,并且在岛状半导体膜1507中形成一对p型高浓度杂质区1520。
接着,如图16A所示,在通过灰化等去除抗蚀剂1518之后,形成绝缘膜1521以便覆盖栅极绝缘膜1509和栅电极1510到1512。
接着,如图16B所示,通过深腐蚀(etch-back)法部分地蚀刻绝缘膜1521和栅极绝缘膜1509,以便以自对准的方式形成与栅电极1510到1512的侧面接触的侧壁1522到1524。作为蚀刻气体,使用CHF3和He的混合气体。要注意,形成侧壁的步骤不限于此。
然后,重新形成抗蚀剂1526来覆盖要成为p沟道TFT的岛状半导体膜1507,并且使用栅电极1510和1512以及侧壁1522和1524作为掩模,以高浓度添加赋予n型导电性的杂质元素(典型地为P或As),如图16C所示。通过该掺杂步骤,通过栅极绝缘膜1509对岛状半导体膜1506和1524掺杂,并且形成一对n型高浓度杂质区1527和1528。
在通过灰化等去除抗蚀剂1526之后,可以执行杂质区的热激活。例如,在形成具有50nm厚度的SiON膜之后,可以在550℃下在氮气气氛中执行4小时的热处理。当形成具有100nm厚度的含氢的SiNx膜,然后在410℃下在氮气气氛中对其执行一个小时的热处理时,可以改善多晶半导体膜中的缺陷。这样的目的是端接例如多晶半导体膜中存在的悬空键,称为“氢化处理”等等。
根据一系列上述步骤,形成n沟道TFT 1530、p沟道TFT 1531和n沟道TFT 1532。当通过在这些制造步骤中适当地改变深腐蚀法的条件来调节侧壁的尺寸时,可以形成具有0.2到2μm的沟道长度的TFT。
然后,可以形成钝化膜来保护TFT 1530到1532。
接着,如图16D所示,形成第一层间绝缘膜1533以便覆盖TFT1530到1532。
此外,在第一层间绝缘膜1533上形成第二层间绝缘膜1534。可以将填料混合到第一层间绝缘膜1533或第二层间绝缘膜1534中,以便防止由于在用于构成后来形成的布线的导电材料等与第一层间绝缘膜1533或第二层间绝缘膜1534之间的热膨胀系数的差异而引起的应力导致第一层间绝缘膜1533或第二层间绝缘膜1534被剥离和损坏。
接着,如图16(D)所示,在第一层间绝缘膜1533、第二层间绝缘膜1534和栅极绝缘层1509中形成接触孔,并且形成与TFT 1530到1532相连的布线1535到1539。要注意,布线1535和1536连接到n沟道TFT 1530的高浓度杂质区1527,布线1536和1537连接到p沟道TFT 1531的高浓度杂质区1520,并且布线1538和1539连接到n沟道TFT 1532的高浓度杂质区1528。此外,布线1539连接到n沟道TFT 1532的栅电极1512。要注意,可以使用n沟道TFT 1532作为随机ROM的存储元件。
接着,如图16E所示,在第二层间绝缘膜1534上形成第三层间绝缘膜1541,以便覆盖布线1535到1539。第三层间绝缘膜1541形成为在一位置上具有开口部分来部分地暴露布线1535。可以用与第一层间绝缘膜1533相同的材料形成第三层间绝缘膜1541。
接着,在第三层间绝缘膜1541上形成天线1542。可以用具有一种或多种金属(如Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、W、Al、Fe、Co、Zn、Sn和Ni)或金属化合物的导电材料形成天线1542。天线1542连接到布线1535。尽管在图16E中天线1542直接连接到布线1535,但本发明的IC标签不限于该结构。例如,天线1542可以使用单独形成的布线与布线1535电连接。
天线1542可以通过印刷法、光刻法、蒸镀法、液滴释放法等形成。在图16E中,用单层导电膜形成天线1542。然而,可以通过堆叠多个导电膜形成天线1542。例如,可以用由Ni等制成、并且通过无电镀涂有Cu的布线形成天线1542。
液滴释放法是通过从小喷嘴孔释放包含预定成分的液滴来形成预定图案的方法。这类方法中包括喷墨法等。另一方面,印刷法包括丝网印刷法、胶版印刷法等。当采用印刷法或液滴释放法时,可以不使用用于曝光的掩模来形成天线1542。此外,当采用印刷法或液滴释放法时,与光刻法不同,可以节省将被腐蚀掉的材料。此外,由于不需要曝光用的昂贵掩模,可以减少制造IC标签的成本。
在采用液滴释放法或各种类型的印刷法的情况下,例如,也可以使用涂有Ag的Cu的导电颗粒。当通过液滴释放法形成天线1542时,执行用于提高天线1542到第三层间绝缘膜1541表面的粘合性的处理是可取的。
作为提高粘合性的方法,具体地说,给出了:将由于催化剂反应而能提高导电膜或绝缘膜的粘合性的金属或金属化合物附接到第三层间绝缘膜1541表面的方法;将对要形成的导电膜或绝缘膜具有高粘合性的有机绝缘膜、金属或金属化合物附接到第三层间绝缘膜1541表面的方法;在大气压或减压下对第三层间绝缘膜1541表面执行等离子体处理从而改变其表面的方法等等。
当附接到第三层间绝缘膜1541的金属或金属化合物导电时,控制薄层电阻从而不中断天线的正常工作。具体地说,例如可以控制导电金属或金属化合物的平均厚度在1到10nm的范围内。此外,可以通过氧化部分或全部地使金属或金属化合物绝缘。或者,可以在除了需要提高粘合性的区域外,有选择地蚀刻附接的金属或金属化合物。可以通过液滴释放法、印刷法或溶胶凝胶法有选择地将金属或金属化合物仅仅附接到特定区域,而不是将金属或金属化合物附接到衬底的整个表面。金属或金属化合物不一定是第三层间绝缘膜1541表面上的完全连续的膜,而是可以一定程度地分散。
然后,如图17A所示,在形成天线1542之后,在第三层间绝缘膜1541上形成保护层1545,以便覆盖天线1542。保护层1545用能够在后来蚀刻剥离层1501时保护天线1542的材料形成。例如,可以通过将可溶于水或酒精的环氧基树脂、丙烯酸酯基树脂、或者硅基树脂施加到整个表面,来形成保护层1545。
接着,如图17B所示,形成槽1546以便使IC标签彼此分离。槽1546可以具有使得剥离层1501暴露的深度。可以通过切割或划线来形成槽1546。要注意,当不要求划分第一衬底1500上形成的IC标签时,并不一定要形成槽1546。
接着,如图7C所示,通过蚀刻去除剥离层1501。这里,从槽1546引入卤素氟化物作为蚀刻气体。例如,在温度为350℃、流速为300sccm、气压为798帕斯卡(798Pa)、时间为3小时的条件下,使用ClF3(三氟化氯)。此外,可以使用在ClF3气混入氮的气体。可以通过诸如ClF3之类的卤素氟化物有选择地蚀刻剥离层1501,从而可以将TFT 1530至1532从第一衬底1500剥离。卤素氟化物既可以是气体也可以是液体。
用于从绝缘衬底剥离包括TFT的集成电路的方法不限于该实施方式中所示的蚀刻非晶硅膜的方法,并且可以采用其它各种方法。例如,在具有高耐热性的衬底与集成电路之间提供金属氧化物膜,削弱该金属氧化物膜。然后,进行剥离,使得可以剥离金属氧化物膜上提供的包括TFT的集成电路。此外,通过激光照射摧毁至少一部分剥离层,从而包括TFT的集成电路可以从衬底剥离。此外,可以通过机械地除去形成有包括TFT的集成电路的衬底,或者通过用溶液或气体蚀刻来去除衬底,将包括TFT的集成电路从衬底剥离。
接着,如图18A所示,通过使用粘合剂1550将剥离的TFT 1530到1532和天线1542粘贴到第二衬底1551。作为粘合剂1550,使用可以将第二衬底1551和基绝缘膜1502粘合的材料。作为粘合剂1550,可以采用各种类型的固化粘合剂:例如,反应固化型粘合剂、热固型粘合剂、光固化型粘合剂(如UV固化型粘合剂)、或者厌氧型粘合剂。
第二衬底1551可以用诸如纸或塑料之类的柔性有机材料形成。
如图18B所示,在去除保护膜1545之后,将粘合剂1552涂敷到第三层间绝缘膜1541上,以便覆盖天线1542,然后粘上覆盖材料1553。作为覆盖材料1553,可以像第二衬底1551那样使用诸如纸或塑料之类的柔性有机材料。粘合剂1552的厚度可以设为在例如10到200μm的范围内。
作为粘合剂1552,使用能将覆盖材料1553与第三层间绝缘膜1541和天线1542粘合的材料。作为粘合剂1552,可以使用各种类型的固化粘合剂:例如,反应固化型粘合剂、热固型粘合剂、光固化型粘合剂(如UV固化型粘合剂)、或者厌氧型粘合剂。
通过上述步骤,完成了IC标签。通过上述制造方法,可以在第二衬底1551与覆盖材料1553之间形成具有总厚度在0.3到3μm(典型地为2μm)范围内的超薄集成电路。
集成电路的厚度不仅包括半导体元件自身的厚度,还包括在粘合剂1550与粘合剂1552之间形成的各个绝缘膜和层间绝缘膜的厚度。在一侧上,IC标签中被集成电路占用的面积可以设为5mm见方或更少(25mm2或更少),更优选地大约0.3mm见方(0.09mm2)到4mm见方(16mm2)的范围内。
尽管该实施方式描述了通过在具有高耐热性的第一衬底1500与集成电路之间提供剥离层、并且蚀刻剥离层来将衬底从集成电路上剥离的方法,但制造本发明的IC标签的方法不限于该方法。例如,可以在集成电路与具有高耐热性的衬底之间提供金属氧化物膜,并且通过晶体化来削弱金属氧化物膜,从而剥离集成电路。或者,可以在集成电路与具有高耐热性的衬底之间提供用含氢的非晶半导体膜形成的剥离层,并且可以通过激光照射去除剥离层,从而将衬底从集成电路上剥离。或者,可以通过机械地除去其上形成有集成电路的、具有高耐热性的衬底,或者通过用溶液或气体蚀刻该衬底,来将集成电路与衬底分离。
尽管该实施方式描述了在与集成电路相同的衬底上形成天线的示例,但本发明不限于该结构。可以将分别在不同衬底上形成的天线和集成电路在以后彼此粘合,使得它们电连接。
在RFIC中通常使用的电波频率是13.56MHz或2.45GHz,因此很重要的是,形成IC标签使得能够检测到这些频率的电波以增强通用性。
该实施方式的IC标签的优点是,与使用半导体衬底形成的RFIC相比,IC标签几乎不阻挡电波,并且可以防止由于对电波的阻挡而导致的信号衰减。由于不需要半导体衬底,因此可以大大减少制造IC标签的成本。
尽管该实施方式描述了其中剥离的集成电路粘合到柔性衬底的示例,但本发明不限于该结构。例如,当使用具有能耐受在集成电路制造步骤中的热处理的允许温度极限的衬底如玻璃衬底时,不一定要剥离集成电路。
该实施方式可以与实施方式1到5自由地结合。
实施方式7
可以对各种电子设备使用利用本发明的激光照射装置制造的TFT。作为电子设备,给出了诸如视频摄像机和数码相机之类的相机、护目镜型显示器、导航系统、声音再现设备(汽车音频合成、音频合成等)、个人计算机、游戏机、移动信息终端(移动计算机、移动电话、移动游戏机、电子书等)、设置有记录介质的图像再现设备(具体地说,可以再现诸如数字多功能盘(DVD)之类的记录介质并且具有显示图像的显示屏的设备)等等。
由于本发明可以有利地对半导体膜进行激光照射工艺,因此可以增加半导体元件的布局或大小的自由度,并且提高集成度。此外,由于所制造的半导体元件的质量处于最优状态,因此可以消除变化。参照图19A到19C示出特定示例。
图19A示出包括外壳1901、支架1902、显示部分1903、扬声器部分1904、视频输入端1905等的显示设备。对其显示部分1903及其驱动电路使用通过其它实施方式中所示的制造方法形成的薄膜晶体管,来制造该显示设备。显示设备包括液晶显示设备、发光显示设备等,并且它包括所有用于信息显示的显示设备,例如,对于计算机、TV接收和广告显示的显示设备。
图19B示出包括外壳1911、显示部分1912、键盘1913、外部连接端口1914、指点定位鼠标1915等的个人计算机。通过使用上述实施方式中所示的制造方法,它可以应用到显示部分1912、其它电路部分等。此外,本发明可以应用到主体内的CPU、诸如存储器之类的半导体器件等。
图19C示出移动电话,它是移动信息终端的典型示例。移动电话包括外壳1921、显示部分1922、传感器部分1924、操作键1923等。传感器部分1924具有光学传感元件,并且通过基于传感器部分1924获得的照度来控制显示部分1922的亮度、对应于传感器部分1924获得的照度来进行操作键1923的发光控制,从而可以抑制移动电话的电流消耗量。此外,在移动电话具有诸如CCD之类的成像功能的情况下,当光学取景器附近提供的传感器部分1924的传感器接收的光量改变时,检测摄像者是否在看光学取景器。在摄像者在看光学取景器的情况下,可以通过使显示部分1922关闭来抑制电功耗量。
诸如上述移动电话、PDA(个人数字助理)、数码相机、小型游戏机之类的电子设备的显示屏小,这是因为这些电子设备每一个都是移动信息终端。因此,通过使用上述实施方式中所示的微小晶体管形成诸如CPU、存储器、传感器之类的功能电路,电子设备可以更小和更轻。
可以使用通过使用本发明的激光照射设备制造的TFT作为薄膜集成电路或非接触式薄膜集成电路设备(又称为“射频IC标签”、“RFID(射频标识)”)。此外,通过将IC标签附接到各种电子设备,可以揭示例如电子设备的配送路线。参照图19D和19E示出该具体示例。
图19D示出其中射频IC标签1942附接到护照1941的状态。护照1941可以嵌入射频IC标签。同样地,射频IC标签可以附接或嵌入驾驶执照、信用卡、现金、硬币、证券、礼券、票、旅行支票(T/C)、保险单、居民证、户口登记簿等。在这种情况下,仅将显示真实身份的信息输入到射频IC标签中,并且设置访问权限来防止非法读取或写入信息。这可以用其它实施方式中所示的存储器来实现。通过使用它作为标签,这样就可以区分真假。
除了上述,射频IC标签可以被用作存储器。图19E示出其中射频IC标签1951附接到与蔬菜包装相连的标记的示例。此外,射频IC标签可以附接到包装自身或嵌入在包装自身中。射频IC标签1951可以记录商品循环过程、价格、数量、用途、形状、重量、过期日、各种标识信息等,以及诸如生产地、生产商、制造日期、加工方法等的产品加工的阶段。通过用无线读取器1952的天线部分1953接收,读取来自射频IC标签1951的信息,并且在读取器1952的显示部分1954上显示。因此,经销商、零售商和顾客可以容易地知道该信息。此外,通过对每个生产商、贸易商和顾客提供访问权限,设置使得没有访问权限的人不能读、写、改变或擦除信息。
此外,可以如下使用射频IC标签。在商店中,已经付款的信息可以被写入射频IC标签中,并且在入口处提供的检查设备上检查是否进行了付款。如果有人没有付款而离开商店,则响起警报。通过该方法,可以防止忘记付款或者商店盗窃。
考虑到顾客的隐私保护,可以用下列方法。当进行付款时采用下面任一方法:(1)用代号锁住输入射频IC标签的数据;(2)输入射频IC标签的数据自身被加密;(3)擦除输入到射频IC标签的数据;或(4)毁坏输入到射频IC标签中的数据。这些方法可以通过使用上述实施方式中所示的存储器实现。在入口处提供检查设备,并且检查是否进行了处理(1)到(4)中的任一个或者射频IC标签中的数据中是否没有写入什么,以便检查是否进行了付款。这样,可以在商店中检查是否进行了付款,并且可以防止射频IC标签中的信息在商店外违背持有者的意愿而被读出。
上述射频IC标签的制造成本比常规使用的条形码要高。因此,有必要减少成本。通过本发明,可以增加通过一次扫描形成的大颗粒晶体区域的宽度。此外,相邻晶体化区域(换而言之,微晶体化区域)的边界部分的比例比以前大大降低。因此,可以没有浪费地形成半导体元件,从而有效地减少成本。此外,可以高质量地制造所有射频IC标签,而其没有功能的变化。
如上所述,通过本发明制造的半导体器件的应用范围非常大,并且通过本发明制造的半导体器件可以用于各种电子设备。
此外,该实施方式可以与实施方式1到5自由地结合。
工业适用性
根据本发明,在不使用转换波长的非线性光学元件的情况下,可以获得具有非常高输出功率的激光束。因此,可以增加通过一次扫描形成的大颗粒晶体的区域的宽度,从而可以大大增加生产率。
本申请基于2004年10月20日在日本专利局提交的日本专利申请No.2004-306140,其全部内容通过引用并入这里。
Claims (13)
1.一种制造半导体器件的方法,包括以下步骤:
从激光振荡器发射作为基波并产生多光子吸收的激光束;
将该激光束传送到半导体上;以及
在相对于该激光束移动该半导体的表面的同时,通过用该激光束进行照射来使该半导体晶体化,
其中,该激光束具有10MHz或更高的重复频率,并且
其中,该激光束以大于等于1飞秒且小于等于10皮秒的脉冲宽度振荡。
2.一种制造半导体器件的方法,包括以下步骤:
在半导体中形成杂质区;
从激光振荡器发射作为基波并产生多光子吸收的激光束;
将该激光束传送到该半导体上;以及
在相对于该激光束移动该半导体的表面的同时,通过用该激光束进行照射来激活该杂质区,
其中,该激光束具有10MHz或更高的重复频率,并且
其中,该激光束以大于等于1飞秒且小于等于10皮秒的脉冲宽度振荡。
3.一种制造半导体器件的方法,包括以下步骤:
从激光振荡器发射作为基波并产生多光子吸收的激光束;
将该激光束传送到半导体上;以及
在相对于该激光束移动该半导体的表面的同时,通过用该激光束进行照射来使该半导体晶体化,
其中,该激光束具有从1GW/cm2到1TW/cm2范围的峰值输出功率,
其中,该激光束具有10MHz或更高的重复频率,并且
其中,该激光束以大于等于1飞秒且小于等于10皮秒的脉冲宽度振荡。
4.一种制造半导体器件的方法,包括以下步骤:
在半导体中形成杂质区;
从激光振荡器发射作为基波并产生多光子吸收的激光束;
将该激光束传送到该半导体上;以及
在相对于该激光束移动该半导体的表面的同时,通过用该激光束进行照射来激活该杂质区,
其中,该激光束具有从1GW/cm2到1TW/cm2范围的峰值输出功率,
其中,该激光束具有10MHz或更高的重复频率,并且
其中,该激光束以大于等于1飞秒且小于等于10皮秒的脉冲宽度振荡。
5.一种制造半导体器件的方法,包括以下步骤:
在衬底上形成半导体层;
形成与该半导体层相邻的绝缘层;
形成与该绝缘层相邻的导电层;
从激光振荡器发射作为基波并产生多光子吸收的激光束;
将该激光束传送到该半导体层上;以及
在相对于该激光束移动该半导体层的表面的同时,通过用该激光束照射该半导体层来使该半导体层晶体化,
其中,该激光束具有10MHz或更高的重复频率,并且
其中,该激光束以大于等于1飞秒且小于等于10皮秒的脉冲宽度振荡。
6.如权利要求1到5中任何一项所述的制造半导体器件的方法,
其中,所述激光束是从包括从蓝宝石、YAG、陶瓷YAG、陶瓷Y2O3、KGW、KYW、Mg2SiO4、YLF、YVO4和GdVO4中选择的晶体的激光振荡器发射的,并且
其中,Nd、Yb、Cr、Ti、Ho和Er中的至少一种被作为掺杂剂添加到该晶体中。
7.如权利要求1到4中任何一项所述的制造半导体器件的方法,
其中,该激光束在该半导体上具有线性形状和椭圆形状之一。
8.一种激光照射方法,包括以下步骤:
从激光振荡器发射作为基波并产生多光子吸收的第一激光束;
将第一激光束处理成在照射面上具有线性形状和矩形形状之一的第二激光束;以及
用该第二激光束照射物体,
其中,第一激光束具有10MHz或更高的重复频率,并且
其中,所述第一激光束以大于等于1飞秒且小于等于10皮秒的脉冲宽度振荡。
9.如权利要求8所述的激光照射方法,
其中,第一激光束是从包括从蓝宝石、YAG、陶瓷YAG、陶瓷Y2O3、KGW、KYW、Mg2SiO4、YLF、YVO4和GdVO4中选择的晶体的激光振荡器发射的激光束,
其中,该晶体被添加了Nd、Yb、Cr、Ti、Ho和Er中的至少一种作为掺杂剂。
10.一种激光照射装置,包括:
固态激光振荡器,用于发射作为基波并产生多光子吸收的激光束;
用于将所述激光束投射和传送到照射面上的机构,所述机构包括聚光透镜;以及
用于相对于所述激光束移动该照射面的装置,
其中,该聚光透镜将所述激光束整形为线性形状和椭圆形状之一,
其中,该激光束具有10MHz或更高的重复频率,
其中,该激光束以大于等于1飞秒且小于等于10皮秒的脉冲宽度振荡。
11.如权利要求10所述的激光照射装置,其中,该聚光透镜包括两片凸柱面透镜。
12.如权利要求10所述的激光照射装置,其中,从该激光振荡器发射的激光束是从包括从蓝宝石、YAG、陶瓷YAG、陶瓷Y2O3、KGW、KYW、Mg2SiO4、YLF、YVO4和GdVO4中选择的晶体的激光振荡器发射的,其中,该晶体被添加了Nd、Yb、Cr、Ti、Ho和Er中的至少一种作为掺杂剂。
13.如权利要求10所述的激光照射装置,其中,该激光束具有从1GW/cm2到1TW/cm2范围的峰值输出功率。
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