CN101136438B - 薄膜晶体管及其制造方法、和半导体装置 - Google Patents

薄膜晶体管及其制造方法、和半导体装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种通过激光晶化法使晶界在一个方向上一致的晶态半导体膜及其制造方法。当通过利用线状激光使形成在衬底上的半导体膜晶化时，使用凹凸被形成为条形的相移掩模。形成在相移掩模上的条形凹凸与线状激光的长轴方向形成近似于垂直的角度地被形成。使用连续振荡激光作为激光，并且该激光的扫描方向与条形凹凸(槽)的方向大体上平行。通过在长轴方向上周期性地改变激光的亮度，可以控制完全熔化的半导体膜的结晶核生成位置。

Description

薄膜晶体管及其制造方法、和半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置及其制造方法。本发明特别涉及具有晶体薄膜晶体管的半导体装置及其制造方法。本发明还涉及安装有该薄膜晶体管的半导体装置及电子设备。
背景技术
近年来，对于具有薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下称为TFT)的半导体装置的技术开发正积极地进行。特别是对于使用玻璃衬底的有源矩阵型显示装置等的应用正在进展。
用于TFT的半导体膜大致可划为具有晶体结构(多晶)的半导体膜和具有非晶体结构的半导体膜。使用多晶结构的半导体膜的TFT电场效应迁移率高且能够高速工作。因此，例如有如下优点：可以使液晶显示装置的TFT小型化，而提高开口率。注意，开口率指的是对于(黑矩阵层的)一个像素区域的面积的开口部面积的比率。此外，因为在多晶结构中可以在一个衬底上形成驱动IC(集成电路)和像素电路以使它们成为一体，所以零部件个数减少，而可以使整个液晶显示装置小型化。此外，不局限于显示装置，通过在玻璃衬底上形成TFT，可以以比使用硅衬底时更廉价的方式制造半导体装置。
一般地说，首先利用半导体原料气体如硅烷等形成非晶体半导体膜，然后利用热使其晶化，来形成多晶半导体膜。作为主要晶化方法，有激光晶化法、热晶化法、或使用镍(Ni)等促进晶化的元素的热晶化法等。当使用热晶化法进行晶化时，使用HTPS(高温多晶硅)工艺。因为当使用HTPS工艺时可以使TFT元件微小化，所以可以制造更高精度的液晶显示装置。然而，通过加热衬底而进行晶化，因此衬底成为异常高温(一般地说，1000度以上)。另一方面，玻璃衬底的应变点大约是600至700度。因此，在HTPS工艺中不能使用玻璃衬底。在使用促进晶化的元素的热晶化法中，可以以比上述热晶化法低500至600度左右的温度使半导体膜晶化，并且可以获得其晶界连续的结晶。然而，跟上述其他两个晶化法相比，其工序更复杂。因此，需要如下方法，即不损伤玻璃衬底地供给为了使非晶体半导体膜晶化而需要的热量。
参酌上述情况，当使玻璃衬底上的半导体膜晶化时，使用激光晶化法。因为在激光晶化法中使用由激光的局部加热来进行半导体膜的晶化，所以其工艺温度比较低(一般地说，600度以下)。因此，可以使用玻璃衬底，并且其工序不复杂。通过使用激光晶化法，可以不损伤玻璃衬底，而利用激光的照射供给为了使半导体膜晶化而需要的热量。
在此，激光晶化法指的是如下晶化法：对非晶体半导体膜照射激光而供给非晶体半导体膜的熔点以上的热量，并且以极短时间局部地加热其表面，来进行晶化。
通过激光晶化法形成的多晶半导体膜跟单晶半导体相比其迁移度劣。可以考虑到这是起因于伴随晶化发生的晶粒界面的。于是，为了减少在半导体膜中的晶粒界面来获得近似于单晶的结晶体，进行为了通过控制晶化中的核生成地方来控制晶界的位置且使结晶本身大粒径化的技术开发。作为这种技术之一，有如下方法：通过使用条形图案的相移掩模周期性地调制照射到样品面的线状脉冲激光的强度，利用SLG(Super Lateral Growth：超极横向生长)使半导体材料晶化，来形成多晶半导体膜(例如，专利文件1)。
相移掩模指的是用于相移法的在石英衬底上形成有凹凸的掩模。相移法指的是如下方法：通过将相邻的图案的相位移动180度，来提高分辨率。
[专利文件1]日本专利申请公开2004-119919号公报
激光器根据其振荡方法大致划为脉冲振荡激光器和连续振荡激光器这两种。因为脉冲振荡激光器输出能量比较高，所以可以以激光(被处理物的表面的实际被激光照射的区域)的尺寸为几cm2以上提高批量生产性。特别当利用光学系统加工激光的照射区域的形状并使其成为长度是10cm以上的线状时，可以有效地对衬底照射激光，并且进一步提高批量生产性。因此，当使半导体膜晶化时，脉冲振荡激光器在成为主流了。
然而，发现了如下事实：跟使用脉冲振荡激光器使半导体膜晶化时相比，使用连续振荡激光器(以下，称为CW激光器)使半导体膜晶化时可以获得更大的形成在半导体膜中的晶粒。当半导体膜中的晶粒的尺寸变大时，由于晶粒的界面(晶界)使用该半导体膜来形成的TFT的迁移度变高。因此，连续振荡激光器引人注目。
此外，在利用SLG的结晶生长中，在与线状激光的扫描方向大致垂直的方向上发生结晶生长，因此被形成的多晶半导体膜中的晶界的出现周期短。因此，不能戏剧性地改善半导体膜中的电场效应迁移率。
发明内容
本发明的课题在于提供一种载流子迁移率高且具有良好电气特性的半导体装置以及其制造方法。
本发明的半导体装置包括多晶半导体膜，其中具有晶粒在一个方向上延伸的结晶带，并且在晶粒延伸的方向上晶界的出现频率小或者在晶粒延伸的方向上没有晶界。当形成晶粒在一个方向上延伸的结晶带时，使用线状激光执行晶化。可以通过经由光强度调制器照射激光，使非晶体半导体膜在从要晶化的半导体膜的一端到其他端之间具有熔化状态地完全熔化，来形成在激光的扫描方向上晶粒生长的结晶带。其中，该光强度调制器将线状激光的光强度在该激光的长轴方向上周期性地调制。或者，也可以通过经由周期性地调制激光的光强度的光强度调制器对激光给予周期性的轮廓，并且将该激光形成为线状，来照射。再者，也可以同时进行给予周期性的轮廓且线状地形成。
在本发明中，通过经由具有条形图案的相移掩模使半导体膜在从要晶化的半导体膜的一端到其他端之间具有熔化状态地完全熔化，来形成结晶的生长方向在一个方向上大概整齐，理想的是晶界只在一个方向上存在的多晶半导体膜。
本发明的一个形式是一种具有晶态半导体膜的薄膜晶体管，其中所述晶态半导体膜具有一个或多个其晶粒在一个方向上延伸的结晶带，所述结晶带中的至少一个在该结晶带中具有源区、沟道形成区、以及漏区。
本发明的另一个形式是一种具有晶态半导体膜的薄膜晶体管，其中所述晶态半导体膜具有多个其晶粒在一个方向上延伸的结晶带，所述多个结晶带在邻接的结晶带之间具有边界线，所述边界线从薄膜晶体管的源区到漏区与沟道长度方向大概平行。
本发明的另一个形式是一种包括形成在具有绝缘表面的衬底上的晶态半导体膜的薄膜晶体管，其中所述晶态半导体膜具有多个其晶粒在一个方向上延伸的结晶带，所述多个结晶带在邻接的结晶带之间具有边界线，所述边界线从所述晶态半导体膜的一个边至相对的其他的一个边与所述薄膜晶体管的沟道长度方向大概平行。
本发明的另一个形式是一种包括形成在具有绝缘表面的衬底上的晶态半导体膜的薄膜晶体管，其中所述晶态半导体膜具有多个其晶粒在一个方向上延伸的结晶带，所述结晶带中的晶界的平均出现间隔大于所述结晶带的短轴方向的间隔。
在上述结构的本发明中，优选的是，所述结晶带的长轴方向与沟道长度方向大概一致。
在上述结构的本发明中，优选的是，所述结晶带的短轴方向的长度大概一定。
在上述结构的本发明中，优选的是，所述结晶带的短轴方向的长度大概是3μm以下，并且所述结晶带的长轴方向的长度大概是3μm以上且20μm以下。
本发明的另一个形式是一种包括形成在具有绝缘表面的衬底上的晶态半导体膜的薄膜晶体管，其中所述晶态半导体膜包括一个其晶粒在一个方向上延伸的结晶带，所述结晶带具有大概3μm以下的一个边和相邻于所述一个边的大概3μm以上且20μm以下的其他的一个边，所述晶态半导体膜的沟道形成区被形成在所述结晶带中，在所述晶态半导体膜的沟道形成区中没有横穿沟道长度方向的晶界。
在上述结构的本发明中，优选的是，在所述衬底和所述晶态半导体膜之间具有基底膜。
在上述结构的本发明中，优选的是，所述晶态半导体膜是以硅为主要成分的膜。
在上述结构的本发明中，优选的是，所述衬底是玻璃衬底。
本发明的另一个形式是一种对形成在具有绝缘表面的衬底上的非晶体半导体膜照射连续振荡的激光或准连续振荡的激光而使该非晶体半导体膜晶化的薄膜晶体管的制造方法，其中，通过如下步骤形成具有在与激光的扫描方向大概一致的方向上生长的结晶带的多晶半导体膜：形成非晶体半导体膜，并利用在该激光的长轴方向上周期性地调制的光强度调制器而空间性地调制形成为线状的激光的光强度，且对所述非晶体半导体膜照射激光来在整个所述激光的照射区域中使所述非晶体半导体膜完全熔化。
本发明的另一个形式是一种对形成在具有绝缘表面的衬底上的非晶体半导体膜照射连续振荡的激光或准连续振荡的激光而使该非晶体半导体膜晶化的薄膜晶体管的制造方法，其中，通过如下步骤形成薄膜晶体管：形成非晶体半导体膜；利用在激光的长轴方向上周期性地调制的光强度调制器而空间性地调制形成为线状的激光的光强度，并对非晶体半导体膜照射激光来在整个所述激光的照射区域中使所述非晶体半导体膜完全熔化，以形成具有在与激光的扫描方向大概一致的方向上生长的结晶带的多晶半导体膜；将杂质引入在多晶半导体膜的一部分来形成源区及漏区。包含在多晶半导体膜中的结晶带中的至少一个在该结晶带中具有源区、沟道形成区以及漏区，并且所述沟道形成区的沟道长度方向与所述结晶带的长轴方向大概平行，且可以不与结晶带的边界交叉地画从源区到漏区延伸的线。
在上述结构的本发明中，所述光强度调制器优选是在与所述激光的长轴方向大致一致的方向上具有凹凸的相移掩模。
在上述结构的本发明中，优选的是，所述光强度调制器是在对于平行于所述激光的扫描方向的方向倾斜一定角度的方向上具有凹凸的相移掩模，并且所述被调制的激光的光强度的数值在长轴方向上具有极大值和极小值，且使所述极小值成为所述极大值的80％以上地调整所述角度。
在上述结构的本发明中，所述相移掩模优选是具有以一定间隔形成有槽的条形图案的透光衬底。
在上述结构的本发明中，所述透光衬底优选是石英衬底。
在上述结构的本发明中，所述槽的间隔优选与所述槽的宽度相同。
在上述结构的本发明中，所述半导体膜由硅构成。
在上述结构的本发明中，所述晶化优选通过使用促进所述晶化的元素来实施。
本发明的另一个形式是一种具有根据上述结构的本发明而制造的薄膜晶体管的半导体装置。
作为上述结构的本发明的半导体装置，可以使用液晶显示装置或EL显示装置。特别优选将本发明适用于它们的外围电路(驱动电路等)。
注意，在本发明中，结晶带指的是延伸为带状的晶粒。理想的是，在该晶粒的长轴方向上没有晶粒界面。
注意，在本发明中，从要晶化的半导体膜的一端到其他端之间具有熔化状态地进行晶化表示如下事实：本发明的半导体膜的晶化不是SLG。在SLG中，熔化的半导体膜立即凝固(熔化时间短)，所以半导体膜反复熔化和凝固。在本发明中，例如当使用脉冲振荡的激光器(包括准CW激光器)时，从一个脉冲的激光被照射而使半导体膜熔化的状态到下一个脉冲的激光被照射到半导体膜维持该熔化状态地进行晶化。
注意，在本发明中，半导体装置指的是具有包括半导体元件(晶体管、二极管等)的电路的装置。注意，半导体装置也可以是通过利用半导体特性而能够发挥作用的所有装置。
注意，晶体管指的是至少具有三个端子的元件，其包括栅极、漏极及源极，并在漏区和源区之间具有沟道形成区，且可以通过漏区、沟道形成区、源区提供电流。在此，因为源极和漏极根据晶体管的结构、工作条件等变化，所以不容易确定哪个是源极或漏极。于是，在本发明中，有时不将用作源极和漏极的区域称为源极或漏极。在此情况下，作为一个例子，有时将各区域写为第一端子、第二端子。注意，晶体管也可以是至少具有三个端子的元件，其包括基极、发射极及集电极。此时，也同样地有时将发射极和集电极写为第一端子、第二端子。
此外，显示装置指的是具有显示元件(液晶元件、发光元件等)的装置。注意，特别优选的是，在外围驱动电路被形成在同一个衬底上的显示装置中，将本发明适用于外围驱动电路。
此外，发光装置指的是特别具有EL元件或用于FED的元件等自发光型显示元件的显示装置。液晶显示装置指的是具有液晶元件的显示装置。
注意，在本说明书中，大概具有与实质上相同的意思。例如，大概平行容许从平行偏离±45度左右(优选为±30度左右)的偏差。此外，方向大概一致容许一个方向与另一个方向实质上相同的范围内的偏差，即对于一个方向，另一个方向处于±45度的范围内(优选为±30度的范围内)。此外，间隔大致一定指的是如下情况：当将平均间隔设定为a时，间隔是a/2以上3a/2以下。此外，大概3μm指的是2.5μm以上3.5μm以下，并且大概20μm指的是15μm以上25μm以下。
根据本发明，可以获得晶界的位置以及方向被控制的晶态半导体膜。
根据本发明，可以控制结晶生长的方向。因此，可以减少晶粒界面。由此，可以飞跃性地提高多晶半导体层的迁移率。
因为根据本发明，TFT的半导体层中的载流子的迁移率提高，所以可以制造具有良好电气特性的TFT。
因为根据本发明，可以制造具有良好电气特性的TFT，所以可以形成具有比现有的电路元件更高功能的电路元件。因此，可以在玻璃衬底上制造比现有的半导体装置附加价值更高的半导体装置。
附图说明
图1A至1B-2是说明本发明的半导体装置的制造方法的图；
图2A和2B是说明用于本发明的半导体装置的制造的相移掩模的图；
图3A和3B是说明可以适用于本发明的半导体装置的制造的光学系统的图；
图4A至4C是通过图2A和2B所示的相移掩模的激光的轮廓；
图5A-1至5B是说明本发明的半导体装置的制造方法的图；
图6A至6D是说明在本发明的半导体装置的制造方法中的激光的照射方法的图；
图7A和7B是说明适用本发明的TFT的制造方法的图；
图8A和8B是说明适用本发明的TFT的制造方法的图；
图9A和9B是说明适用本发明的TFT的制造方法的图；
图10A和10B是说明适用本发明的TFT的制造方法的图；
图11是说明适用本发明而制造的TFT的图；
图12A至12C是说明将适用本发明而制造的TFT适用于EL元件的状态的图；
图13A至13C是说明适用本发明的EL元件的图；
图14A至14C是说明适用本发明的EL元件的图；
图15A和15B是说明适用本发明的液晶面板的图；
图16A至16C是说明适用本发明的液晶面板的图；
图17是说明适用本发明的半导体装置的电路的图；
图18A至18D是说明适用本发明的半导体装置的图；
图19A至19F是说明适用本发明的半导体装置的图；
图20A和20B是说明本发明的半导体装置的制造方法的图；
图21A和21B是说明本发明的半导体装置的制造方法的图；
图22A和22B是说明适用本发明的半导体装置的图；
图23是说明适用本发明的半导体装置的图；
图24是说明适用本发明的半导体装置的图；
图25A至25F是说明适用本发明的显示装置的像素电路的图；
图26A和26B是适用本发明而形成的半导体膜的观察结果；
图27A和27B是适用本发明而形成的半导体膜的分析结果；
图28A至28D是表示激光的亮度变化的轮廓；
图29是说明适用本发明的半导体装置的图；
图30是说明用于本发明的半导体装置的制造的光纤激光器的图；
图31是说明用于本发明的半导体装置的制造的有源增益光纤的图；
图32是说明可以适用于本发明的半导体装置的制造的光学系统的图。
具体实施方式
下面，关于本发明的实施方式参照附图而说明。但是，本发明可以以多个不同方式来实施，所属领域的普通人员可以容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在本实施方式所记载的内容中。
实施方式1
在本实施方式中，参照图1A至图6说明适用本发明的半导体装置所具有的半导体层的形成工序。图1A至1B-2表示本实施方式所说明的直到将多晶半导体膜形成在衬底上的工序。
对衬底使用玻璃衬底11作为绝缘衬底。玻璃衬底11的材料不局限于特定的，可以是石英玻璃衬底、无碱玻璃衬底如硼硅酸玻璃衬底、或者铝硅酸玻璃衬底。只要具有以后的薄膜形成工序所需要的耐热性及耐化学性等，即可。注意，不仅是玻璃衬底，也只要其衬底表面是绝缘性并且具有所需要的耐热性，衬底的材料不局限于特定的。换言之，也可以使用具有可耐薄膜形成工序中的温度的耐热性的塑料衬底、形成有绝缘膜的不锈钢衬底等。
此外，硼硅酸玻璃等与石英玻璃不同，含有若干杂质诸如钠(Na)、钾(K)等。当这些杂质扩散在激活层的周边时，在激活层和基底膜的界面，或在激活层和栅极绝缘膜的界面形成寄生沟道形成区。这些寄生沟道形成区成为增加当TFT工作时发生的漏电流的原因。此外，这些扩散了的杂质也影响到TFT的阈值电压。
因此，当在玻璃衬底11上制造TFT时，优选采用如下结构：在玻璃衬底和TFT之间夹有称为基底膜的绝缘膜。该基底膜被要求两种功能：防止杂质从玻璃衬底扩散的功能；提高与堆积在该绝缘膜上的薄膜的紧密性的功能。用于基底膜的材料不局限于特定的，既可以是氧化硅类材料，又可以是氮化硅类材料。注意，氧化硅类材料指的是以氧和硅为主要成分的氧化硅、氧化硅含有氮且氧的含量多于氮的含量的氧氮化硅。氮化硅类材料指的是以氮和硅为主要成分的氮化硅、氮化硅含有氧且氮的含量多于氧的含量的氮氧化硅。另外，也可以是层合由这些材料构成的膜来获得的结构。当层合来形成基底膜时，优选的是，将用作阻挡层并且主要防止杂质从玻璃衬底扩散的材料使用于贴在玻璃衬底11的下层部分，并且将提高与堆积在该基底膜上的薄膜的紧密性的材料使用于上层部分。注意，因为当与氮化硅类材料接触地形成晶态半导体膜时在该界面产生陷阱能级，所以优选使用氧化硅类材料作为接触于晶态半导体膜的绝缘膜。
考虑上述，在本实施方式中，在玻璃衬底11上形成基底膜12。在此，通过在氮氧化硅上层合氧氮化硅来形成基底膜12。当将廉价康宁玻璃等使用于衬底并且在其上贴紧地形成用作薄膜晶体管的半导体膜时，可动离子诸如钠等从衬底侵入到半导体膜中。因此，氮化硅膜作为阻挡层被形成。可以通过CVD法、等离子体CVD法、溅射法或旋涂法等来形成基底膜12。当没有特别需要时，也可以不形成基底膜。
下面，形成非晶体半导体膜13(图1A)。在此，通过使用硅来形成非晶体半导体膜13。通过使用半导体材料气体诸如硅烷(SiH4)等且利用LPCVD(低压CVD)法、等离子体CVD法、气相生长法或溅射法来形成非晶体半导体膜13。
下面，在使非晶体半导体膜13晶化之前，根据需要，执行脱氢工序。例如，当通过使用硅烷(SiH4)且利用通常CVD法来形成非晶体半导体膜13时，在薄膜中留下氢。当如在薄膜中留下氢的情况下对非晶体半导体膜照射激光时，由于具有最合适晶化的能量值的一半程度的能量值的激光，薄膜的一部分消失。因此，例如通过在N2气氛中加热，可以去掉留在薄膜中的氢。当通过利用LPCVD法、溅射法来形成非晶体半导体膜13时，不一定要脱氢工序。
此外，根据需要，也可以执行沟道掺杂。沟道掺杂是如下工艺，即通过将规定浓度的杂质添加到半导体层来意图性地移动TFT的阈值电压，以将TFT的阈值控制为所希望的值。例如，当阈值电压转移到负侧时添加p型杂质元素作为掺杂剂，并且当阈值电压转移到正侧时添加n型杂质元素作为掺杂剂。在此，作为p型杂质元素可以举出磷(P)或砷(As)，并且作为n型杂质元素可以举出硼(B)或铝(Al)等。
注意，在此根据需要去掉形成在非晶体半导体膜13的表面上的氧化膜。通过去掉形成在表面上的氧化膜，可以防止在氧化膜中或氧化膜上的杂质由于晶化侵入且扩散在半导体膜中。
下面，执行非晶体半导体膜13的晶化。在本发明中，当使非晶体半导体膜13晶化时，使用激光。通过照射激光，将晶化时必需的热量供给于非晶体半导体膜。通过使用激光，可以局部性地加热非晶体半导体膜，并且使衬底的温度成为玻璃的应变点以下地晶化非晶体半导体膜。
激光器由激光媒质、激励源和共振器构成。当根据媒质对于激光器进行分类时，有气体激光器、液体激光器和固体激光器，并且当根据振荡的特征对于激光器进行分类时，有自由电子激光器、半导体激光器和x射线激光器，在本发明中可以使用任一种上述激光器。注意，优选使用气体激光器或固体激光器，更优选使用固体激光器。
作为气体激光器有氦氖激光器、二氧化碳激光器、受激准分子激光器和氩离子激光器。作为受激准分子激光器有稀有气体受激准分子激光器和稀有气体卤化物准分子激光器。稀有气体受激准分子激光器通过三种受激分子振荡：氩、氪、氙。作为氩离子激光器有稀有气体离子激光器和金属蒸汽离子激光器。
作为液体激光器，有无机液体激光器、有机螯合物激光器和染料激光器。关于无机液体激光器和有机螯合物激光器，被用于固体激光器的诸如钕等稀土离子用作激光媒质。
固体激光器所用的激光媒质是掺杂有引起激光作用的活性物质的固体的母体。固体的母体是晶体或玻璃。晶体指的是YAG(钇铝石榴石晶体)、YLF、YVO4、YAlO3、蓝宝石、红宝石、变石。此外，引起激光作用的活性物质指的是例如三价离子(Cr3+、Nd3+、Yb3+、Tm3+、Ho3+、Er3+和Ti3+)。
作为本发明所使用的激光器，还可以使用光纤激光器。在此，参照图30详细说明在本发明中可以使用的光纤激光器。
光纤激光器使用光波导(光导纤维)作为振荡器。图30表示光纤激光器的振荡器的一个结构。光纤激光器包括：用于激发的激光二极管5101(LD)；激发光合并器5102；光纤布喇格光栅5103、5105(Fiber BraggGrating)；将激光媒质掺杂到其核心的光导纤维即有源增益光纤5104；以及输出端口5106。此外，这些仪器通过光缆5107分别连接。注意，光纤激光器既可以以连续振荡的方式振荡，又可以以脉冲振荡的方式振荡。在本发明中，使用连续振荡或准连续振荡。
激发光合并器5102将从多个激光二极管5101输出的激发光结合并将该结合光输入到光纤布喇格光栅5103。注意，图30所示的振荡器的结构是包括激发光合并器5102的结构，然而也可以是不包括激发光合并器5102的结构。也就是说，可以是通过光缆5107将单一激光二极管5101和光纤布喇格光栅5103直接连接的结构，以将从单一激光二极管5101输出的激发光直接输入到光纤布喇格光栅5103。
光纤布喇格光栅5103起到激光振荡器的全反射镜的作用，而且光纤布喇格光栅5105起到输出镜的作用。光纤布喇格光栅5103、5105不需要定期清洁处理或对准调整，这一点不同于如YAG激光器的固体激光器的谐振器反射镜(resonator mirror)。因此，与使用固体激光器的情况相比，其耐热变化和机械冲击，并且维护性和可动性高。从光纤布喇格光栅5105输出的激光通过输出端口5106输出(发射)到光导纤维的外面。在此，从光纤布喇格光栅5105输出的激光的射束点是圆形，其口径是几十μm(典型地是10至30μm)。注意，激光的射束点可以是椭圆或方形，而不局限于圆形。
有源增益光纤5104由掺杂有诸如铒(Er)、镱(Yb)等稀土元素的圆筒形中心部分5201和管形包覆层5202构成(图31)。中心部分5201的口径是几十μm(典型地是10至30μm)。当从光纤布喇格光栅5103输入激发光时，在有源增益光纤5104内进行激光振荡。在此，有源增益光纤5104起到光转换器那样的作用，以转换从激光二极管5101输入的光的波长、光束品质等。包覆层5202可以是单层结构，也可以是两层结构。当采用两层结构时，例如可以是由包括二氧化硅的里面的包覆层和包括聚合物的外面的包覆层构成的两层结构。此外，包覆层5202的截面形状可以是圆形、长方形以及多角形中的任何一种。
光缆5107是由折射率高的圆筒形的中心部分和折射率低并覆盖中心部分的外周的管形包覆层构成的两层结构。包覆层具有将入射到光导纤维的光关在里面的作用。包覆层的外径是100至150μm。因为中心部分的折射率高于覆盖中心部分的包覆层的折射率，所以入射到光导纤维的光经过中心部分而传送到外部。
光信号在光导纤维内传送的形式(方法)根据用途不同，大致分为如下三种：多模阶跃型、多模分级型、单模型。在本发明中，可以使用任一种方法，然而优选使用单模型。
此外，优选是在光纤布喇格光栅5105和输出端口5106之间设置非线性光学元件的结构。通过设置非线性光学元件，可以将从激光二极管5101输出的基波的激光转换为高次谐波(二次谐波、三次谐波等)。
当在本发明中使用从光纤激光器发射出的激光时，与使用固体激光器进行晶化时相比，可以实现半导体装置的生产率的提高及低成本化。
此外，在本发明中使用的激光可以是具有被非晶体半导体膜13吸收的波长的从CW激光器振荡的激光。也可以使用从准CW激光器振荡的激光。在本实施方式中将硅使用于非晶体半导体膜13。因此，将使用的激光的波长设定为被硅吸收的800nm以下，优选为200至500nm左右，更优选为350至550nm左右。
在此，准CW激光器指的是脉冲振荡的激光器并且由于振荡频率高因此实质上可以与CW激光器同样地使用的激光器。在本发明中，以如下事实为前提：被照射面在从要晶化的半导体膜的一端到其他端之间具有熔化状态地被完全熔化。因此使用如下脉冲振荡的激光器，该脉冲振荡的激光器通过在因一个脉冲激光被振荡而熔化的被照射面凝固且晶化之前，下一个脉冲激光被振荡来使被照射面熔化，可以伴随激光器的扫描连续地转移被照射面的固液界面。
再者，在本发明中具有使激光的光强度在激光的长轴方向上空间性且周期性地调制的单元。作为这种单元，使用相移掩模。换言之，通过具有条形图案的相移掩模，进行照射激光。图2A和2B是在本发明中使用的相移掩模的示意图。图2A是相移掩模的侧面图，图2B是相移掩模的俯视图。在本发明所使用的相移掩模中设置有由凸部分15及凹部分16构成的周期性的条形图案。通过利用激光加工平滑性高且具有透光性的衬底，来制造这种相移掩模。作为具有透光性的衬底，例如使用石英衬底。当激光经过这种形成有凹凸的相移掩模时，经过凸部分的激光不转相，只经过凹部分的激光使相位倒置180度。由此，可以获得具有反映该相移掩模的凹部分和凸部分之间的间隔的强度分布的激光。
在凹部分的面和凸部分的面之间设置有台阶Δt。可以根据使用的激光的波长λ以及为相移掩模的材料的石英中的光折射率n1和空气中的光折射率n0以以下算式，来求出Δt。
[算式1]
Δt = λ 2 ( n 1 - n 0 )
在此，当设定折射率n1＝1.486、折射率n0＝1.000、波长λ＝532nm时，台阶Δt＝547nm。从而，成为Δt＝547nm地加工石英衬底。
图3A和3B表示本发明中的当照射激光时的光学系统装置的位置关系的示意图。从激光振荡器30振荡的激光首先被阻尼器(attenuator)31调整。阻尼器31调整被振荡的激光的光强度。通过阻尼器31的激光从狭缝32被照射且经过柱面透镜33。通过柱面透镜33以及柱面透镜36的激光在长轴方向以及短轴方向的各后面焦点处被聚焦而形成为要照射的光束的形状。在本发明中，形成线状光束。以下，对于长轴方向(图3A)和短轴方向(图3B)分别说明。
对长轴方向来说，激光通过柱面透镜33在后面焦点34处被聚焦。通过利用柱面透镜33的折射率来决定后面焦点34。通过利用从柱面透镜面33a到后面焦点的距离即后面焦点距离35，来确定照射到被照射面38的线状激光的长轴方向的长度39。因此，使线状激光的长轴方向的长度39成为所希望的长度地确定柱面透镜33和被照射面38的距离。注意，在本实施方式中，被照射面38是图1A至1B-2所示的非晶体半导体膜13的表面。该激光以后通过柱面透镜36，然而即使通过柱面透镜36，也在激光的长轴方向上不受到影响。
对激光的短轴方向来说，该激光不被柱面透镜33改变而通过，并且被设置在柱面透镜33和被照射面38之间的柱面透镜36在柱面透镜36的后面焦点40聚焦。通过利用柱面透镜36的折射率来确定后面焦点40。通过利用从柱面透镜面36a到后面焦点40的距离即后面焦点距离42，来确定照射到被照射面38的线状激光的短轴方向的长度41。因此，使线状激光的短轴方向的长度41成为所希望的长度地确定柱面透镜36和被照射面38的距离。注意，在本实施方式中，被照射面38是非晶体半导体膜13的表面。在此，在图3B中，后面焦点40在被照射面的后方存在，然而后面焦点也可以在被照射面的前方存在。注意，激光也被相移掩模折射，因此考虑到这一点。
在本实施方式中，激光通过具有条形图案的相移掩模37被照射到非晶体半导体膜的表面。通过相移掩模37，该激光在长轴方向上具有反映相移掩模37的条形图案的强度分布。
在此，根据使用的激光来确定形成在相移掩模37上的条形图案的凹凸周期，即可。根据当不使用相移掩模而利用该激光进行激光晶化时能够获得的晶粒的尺寸来确定条形图案的凹凸周期，即可。例如，如果当不使用相移掩模37而进行晶化时平均晶粒的尺寸是3μm左右，则进行调整以当受到强度调制的激光被照射到被照射面时强度调制的周期的一半成为3μm以下。由此，可以控制结晶的核生成的位置。在此，使凹凸周期成为6μm地确定。因此，构成被晶化的半导体膜的结晶带具有3μm的间隔(宽度)。
图4A至4C表示关于如下情况的计算结果：如上所述地通过利用相移掩模进行干扰来形成以6μm的周期反复的激光的光束轮廓。横轴表示相对距离，纵轴表示被标准化的亮度。通过对菲涅尔-基尔霍夫衍射积分进行数值积分，来算出计算结果。注意，利用Mathematica进行计算。
图4A表示当激光的扫描方向与相移掩模的条形图案平行时的激光的亮度分布。注意，激光的扫描方向是平行于设置在相移掩模上的形成凹凸的槽的方向。如图4A所示，每隔3μm(激光的光束轮廓的周期的一半)要照射的激光的亮度大体上成为0。如此，在要照射的激光的亮度大体上成为0的位置，有时不能供给使非晶体半导体膜完全熔化的足够热量，所以不进行晶化。因此，不使线状光束的扫描方向平行于设置在相移掩模上的形成凹凸的槽的方向，而使该线状光束的扫描方向以角度θ(参照图5A-1)倾斜。注意，图5A-1表示相移掩模44的俯视图，图5A-2表示相移掩模44的侧面图，图5B表示线状激光43通过相移掩模44被照射到被照射面45的情况。由此，可以对于周期性地存在的激光的亮度的极小值确保使该非晶体半导体膜完全熔化的足够激光强度。图4B表示角度θ是11.5度的情况，图4C表示角度θ是30.9度的情况。在图4C的激光强度的一个周期内，使光强度的极大值和极小值的亮度值容纳在一定条件内地进行调整。
在此，对于光强度的极大值和极小值中的一定条件进行说明。图6A至6D表示要照射的激光的亮度和通过照射激光来形成的半导体膜的形式的关系。
当要照射的激光的亮度小于图6A至6D中的p值时，该非晶体半导体膜不被晶化，仍旧是非晶体。
当要照射的激光的亮度的极小值大于图6A至6D中的p值并且亮度的极大值小于q值时(参照图6A)，该非晶体半导体膜的整个面被晶化。
当要照射的激光的亮度的极大值大于图6A至6D中的q值且小于r值时，并且要照射的激光的亮度的极小值大于图6A至6D中的p值且小于q值时(参照图6B)，该非晶体半导体膜被晶化，并且在晶态半导体层中混杂有晶粒的尺寸大的结晶和晶界小的结晶。
当要照射的激光的亮度的极大值以及极小值大于图6A至6D中的q值且小于r值时(参照图6C)，该非晶体半导体膜被晶化，并且在该半导体膜中形成晶粒的尺寸大的结晶。
当要照射的激光的亮度的极大值大于图6A至6D中的r值并且要照射的激光的亮度的极小值大于图6A至6D中的q值且小于r值时(参照图6D)，只在要照射的激光的亮度弱的区域中留下该半导体膜，并且在亮度强的区域中的半导体膜消失而成为条纹状的半导体膜。
如上所述，根据要照射的激光的亮度，要形成的晶粒的尺寸等变化。因为在本发明中形成尺寸大的结晶，所以如图6C所示地调整激光的亮度。在经验上被知道图6A至6D中的q值成为r值的80％左右。
根据上述理由，需要使角度θ、以及相移掩模和非晶体半导体膜之间的距离d成为最适合值地调整。图28A至28D表示当使角度成为固定的30.9度，并且使距离d变化时的亮度变化。图28A至28D分别表示当d是300μm、400μm、500μm、800μm时照射的激光的亮度。在图28D中，亮度周期性地变化，并且噪音很少。所以，在此使角度θ成为30.9度且距离d成为800μm地进行调整，即可。图5A-1至5B表示这种线状激光43、相移掩模44以及被照射面45的关系。图5A-1是线状激光43和相移掩模44的俯视图，图5A-2是图5A-1的侧面图。图5B是关于图5A-1以及图5A-2所示的当照射线状激光时的被照射面、相移掩模以及线状激光的侧面图。注意，因为当照射激光时扫描衬底，所以在附图中示出衬底的扫描方向。
此外，除了在本实施方式中上述的以外，还可以使用投影透镜(projection lens)。图32表示当使用投影透镜时的光学系统的模式图。激光照射装置700具备激光振荡装置702、整形激光的第一光学系统704、使激光均匀化的第二光学系统706、掩模支架720、第三光学系统710、截物台712。在掩模支架720中配置掩模708。在截物台712上配置衬底714。衬底714例如相当于形成有非晶体半导体膜的玻璃衬底11。
在激光振荡装置702的振荡器中振荡而获得的激光被第一光学系统704成形。被成形的激光经过第二光学系统706被均匀化。然后，被成形且均匀化的激光经过掩模708，并在第三光学系统710内被缩小为所希望的放大率，且在保持在截物台712上的衬底714上成像图案。
激光振荡装置702具备能够得到大输出的激光振荡器。例如，该激光振荡装置702具备受激准分子激光振荡器、气体激光振荡器、固体激光振荡器、半导体激光振荡器等。可以适当地使用能够获得连续振荡的激光或脉冲振荡的激光的激光振荡器。具体地说，可以使用上述实施方式1所举出的激光振荡器等。
第一光学系统704是为了将从激光振荡装置702获得的激光成形为所希望的形状的光学系统。具体地说，可以将激光的截面形状成形为圆形、椭圆形、矩形等的面状或者线状(严格说来，细长的长方形状)等。例如，将扩展器等使用于第一光学系统704来调整激光的光束径，即可。此外，也可以设置使激光的偏振方向一致的偏振器(polarizer)、调整激光能量的阻尼器、分光仪(spectrometer)等。阻尼器也称为衰减器，调整振荡了的激光的光强度。当激光振荡装置702具有调整激光的输出的功能时，也可以不设置阻尼器。
第二光学系统706是为了使由第一光学系统704成形的激光的能量分布均匀化的光学系统。具体来说，该第二光学系统706使照射到掩模708的激光的能量分布均匀化。例如，通过使用均化器(homogenizer)等使激光的能量分布均匀化，即可。此外，有效率地将激光照射到掩模708地在均化器和掩模708之间设置场透镜(field lens)等来进行聚焦。
注意，相移掩模、遮光掩模、或者具有遮光区域的相移掩模等相当于掩模708。对于遮光区域使用遮光性优越且可耐照射的激光的能量的材料。
第三光学系统710是为了缩小通过掩模708而图案化的激光的光学系统。通过掩模708的激光成为对应于由掩模708形成的图案的激光。第三光学系统710是在维持由掩模708形成的激光的图案形状和强度分布的同时，缩小该激光来在衬底714上成像的光学系统。例如使用被缩小为五分之一、十分之一等的缩小透镜。
衬底714被截物台712保持，并且可以在XYZθ方向上移动。
也可以在图32所示的激光照射装置中设置为了监视是否激光均匀地被照射到掩模708且进行控制的光接收元件(light receiving element)716。此外，也可以设置光接收元件718作为为了使激光的焦点与衬底714一致的自动聚焦机构。作为光接收元件716、718，使用CCD摄像机等，即可。
此外，也可以在图32所示的激光照射装置中适当地设置反射镜等来控制激光的前进方向。
如上所述，通过使用投影透镜，本发明中的要照射的激光的在长轴方向上的强度分布不被掩模708的图案周期限制。因此，可以形成具有与掩模708不同周期的结晶带的晶态半导体膜。
如上所述，可以通过适用本发明，来获得图1B-1以及1B-2所示的多晶半导体层14。该多晶半导体层14由其尺寸大的晶粒形成，其中结晶的核生成地方被控制且晶界在一个方向上延伸。注意，图1B-1所示的多晶半导体层14如图1B-2所示地具有只在一个方向上延伸的结晶带的边界14b，并且被结晶带的边界14b隔开的区域成为一个结晶带14a。注意，结晶带14a由一个或多个晶粒构成，然而优选由一个晶粒构成。可以通过利用一个晶粒构成结晶带，形成与单晶同样地没有晶界的多晶半导体。
在结晶带14a中选择任意一点(在图1B-2中，点P)，并且从该任意一点与结晶带的边界14b平行地画的线不与结晶带的边界14b交叉。此外，根据本实施方式，不形成与结晶带的边界14b交叉的晶粒界面，因此，通过使TFT的沟道长度的方向成为大体上与结晶带的边界14b平行的方向地设置TFT，可以制造迁移率高且电气特性良好的TFT。
此外，在本实施方式中，当利用激光使非晶体半导体膜晶化时，将激光成形为线状。作为使线状激光在长轴方向上周期性地强度调制的单元，使用以一定间隔形成有槽的相移掩模。因此，一定宽度的结晶带被形成。可以通过形成一定宽度的结晶带，来制造电气特性良好的TFT。
注意，当进行晶化时，也可以使用促进晶化的金属元素。当使用促进晶化的金属元素来使非晶体半导体膜晶化时，有如下优点：可以实现以低温且短时间的晶化，并且，结晶方向一致。但是，还有如下缺点：由于金属元素留在晶态半导体层中所以截止电流上升，导致特性不稳定。因此，优选在晶态半导体层上形成用作吸杂位置的非晶体半导体层。用作吸杂位置的非晶体半导体层必须含有杂质元素如磷(P)或氩(Ar)等，因此，优选地使用能够以高浓度包含氩的溅射法形成非晶体半导体层。然后，进行加热处理(RTA法、使用退火炉的热退火等)使金属元素扩散到非晶体半导体层中，接着，除去包含该金属元素的非晶体半导体层和表面上的氧化膜。结果，可以降低晶态半导体层中的金属元素的含量或除去金属元素。
此外，也可以在进行晶化后，利用氮化硅膜或氧氮化硅膜形成钝化膜，在氮气氛中以450至800度进行一至二十四个小时的热处理。例如，可以通过以550度进行十四个小时的热处理，杂质区成为吸杂位置，因此从沟道形成区将金属元素集中且析出在杂质区中。在杂质区中一起存在施主或受主以及金属元素。如此，可以从沟道形成区除去促进晶化的金属元素。
此外，作为促进晶化的金属元素，可以使用Ni、Fe、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au等。
如上所述，根据本发明，可以控制结晶的核生成地方。因此，可以控制晶粒界面的生成地方、生成方向以及单位面积条数。
根据本发明，可以控制结晶生长的方向以使其成为一个方向。因此，可以降低晶粒界面。由此，可以在具有多晶半导体层的TFT中，飞跃性地提高半导体层的迁移率。
此外，根据本发明，TFT的半导体层中的迁移率提高，因此，可以制造具有良好电气特性的TFT。
因为根据本发明，可以制造具有良好电气特性的TFT，所以可以形成比现有的电路元件功能更高的电路元件。由此，可以在玻璃衬底上制造比现有的半导体装置附加价值更高的半导体装置。
实施方式2
在本实施方式中，参照图7A至图10B来说明适用本发明的液晶显示装置中的TFT的制造工序的一个例子。图7A至图10B表示液晶显示装置的像素部所具有的TFT(像素TFT)。图7A、图8A、图9A以及图10A表示俯视图，并且图7B、图8B、图9B以及图10B分别表示图7A、图8A、图9A以及图10A中的X1-X3的截面图。
在本实施方式中，使用玻璃衬底70作为衬底。在玻璃衬底70上形成基底层71。在基底层71上形成非晶体硅膜。基底层71由氧化硅类材料或氮化硅类材料形成，即可。或者，基底层71也可以具有层合由这些材料构成的膜的结构。优选地，可以采用在氮化硅膜上形成有氧化硅膜的两层结构。优选利用氧化硅形成接触于半导体层的层。特别地，当使用通过热氧化来形成的氧化硅时，可以降低界面态的不均匀性，所以是更优选的。在此，采用在氮化硅膜72上形成有氧化硅膜73的层合结构。注意，本发明不局限于此，与实施方式1同样，当没有需要时也可以不设置基底层71。
接着，执行脱氢处理。通过加热玻璃衬底70执行脱氢处理，即可。例如，以500度进行一个小时的加热。注意，本发明不局限于此，当没有需要时也可以不执行脱氢处理。
接着，根据需要，执行沟道掺杂。注意，沟道掺杂是如下技术，即将预定浓度的杂质添加到半导体层中，来有意地移动TFT的阈值电压，以将TFT的阈值控制为所希望的值。例如，当阈值电压转移到负侧时使用p型杂质元素作为掺杂剂，并且当阈值电压转移到正侧时使用n型杂质元素作为掺杂剂。在此，作为p型杂质元素可以举出磷(P)或砷(As)，并且作为n型杂质元素可以举出硼(B)或铝(Al)等。
注意，在此根据需要，除去形成在非晶体硅膜的表面上的氧化膜。
下面，通过适用本发明来使非晶体硅膜晶化。当使非晶体硅膜晶化时，可以使用实施方式1所述的方法。由此，该非晶体硅膜被晶化而成为多晶硅层75。
接着，通过蚀刻形成多晶硅层75的图案(参照图7A和7B)。作为蚀刻，可以使用干蚀刻或湿蚀刻，但是在成为基底的层(在此，氧化硅膜73)的蚀刻比率低且多晶硅层75的蚀刻比率高的条件下，就是说，在对于成为基底的层的多晶硅层75的蚀刻选择比高的条件下，进行蚀刻。作为蚀刻气体，可以使用SF6等氟类气体、CCl4或Cl2等氯类气体、CBrF3等气体。注意，在本说明书中，蚀刻比率指的是单位时间被蚀刻的深度。此外，蚀刻选择比指的是当蚀刻层合形成的膜时的对于成为基底的层的蚀刻比率的被蚀刻膜的蚀刻比率。
接着，形成氧化硅膜作为覆盖薄膜，并且在所希望的区域中形成有抗蚀剂的状态下，以高浓度添加杂质。在此，当形成的TFT是N型TFT时，可以使用磷(P)或砷(As)等。反之，当形成的TFT是P型TFT时，可以使用硼(B)或铝(Al)等。在此，通过使用磷(P)作为杂质元素来形成N型TFT。然后，除去抗蚀剂以及作为覆盖薄膜形成的氧化硅膜。注意，本发明不局限于此，也可以通过利用其他材料来形成覆盖薄膜。
下面，形成第一绝缘层77。与基底层71同样地利用氧化硅类材料或氮化硅类材料来形成第一绝缘层77，即可。在此，采用在氧化硅膜78上形成有氮化硅膜79的层合结构。
接着，形成第一电极层80(参照图8A和8B)。可以通过利用CVD法、溅射法或者液滴喷射法等来形成第一电极层80。第一电极层80可以由选自钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)中的元素、或以上述元素为主要成分的合金材料或化合物材料形成。当使用铝(Al)作为第一电极层时，如果使用添加钽(Ta)而被合金化了的Al-Ta合金，则可以抑制产生小丘(hillock)。另外，当使用添加钕(Nd)而被合金化了的Al-Nd合金时，不仅可以抑制产生小丘，而且还可以形成低电阻的布线。因此，优选使用Al-Ta合金或Al-Nd合金。另外，还可以使用以掺杂有磷(P)等杂质元素的多晶硅为典型的半导体膜或AgPdCu合金。另外，也可以采用单层结构或层合结构。例如，可以采用由氮化钛膜和钼膜构成的两层结构或层合有50nm厚的钨膜、500nm厚的铝和硅的合金膜、以及30nm厚的氮化钛膜的三层结构。另外，当采用三层结构时，也可以使用氮化钨代替作为第一导电膜的钨，使用铝和钛的合金膜代替作为第二导电膜的铝和硅的合金膜，并使用钛膜代替作为第三导电膜的氮化钛膜。第一电极层80既可以由单层形成，又可以由多层形成。例如，利用以钼(Mo)为主要成分的膜来形成第一电极层80，即可。
在此，通过蚀刻来除去在前工序中形成的第一绝缘层77的一部分。在此，除去第一绝缘层中的上部的氮化硅膜79的一部分。
当形成一种导电型半导体层时，以高浓度添加杂质元素。根据本工序，形成LDD(轻掺杂漏)区。注意，LDD区指的是如下区域：在半导体层由多晶硅膜形成的TFT中，以可靠性的提高为目的而形成。在半导体层是多晶硅的TFT中，抑制截止电流是很重要的，特别当将TFT使用于像素电路等的模拟开关时需要十分低的截止电流。然而，由于漏结部分的反偏压强电场，即使关掉时也存在通过缺陷的漏电流。因为通过利用LDD区来缓和漏端附近的电场，所以可以降低截止电流。此外，因为可以通过将漏结部分的反偏压电场分散为沟道形成区和LDD区的接合部分、以及LDD区和漏区的接合部分，来缓和电场，所以降低漏电流。然后通过执行退火，进行杂质的活化。
接着，形成第二绝缘层81。与第一绝缘层77或基底层71同样地利用氧化硅类材料或氮化硅类材料来形成第二绝缘层81，即可。或者，第二绝缘层81也可以具有层合由这些材料构成的薄膜的结构。优选的是，采用在氮化硅膜82上形成有氧化硅膜83的两层结构，即可。在形成第二绝缘层81之后，执行氢化处理。
接着，通过蚀刻第二绝缘层81的所希望的位置，来形成开口部84A以及开口部84B。在形成有开口部84A以及开口部84B的情况下，形成第二电极层85的图案(参照图9A和9B)。可以与第一电极层80同样地形成第二电极层85。例如，可以采用由其主要成分为钼(Mo)的层夹着其主要成分为铝(Al)的层的三层结构。注意，本发明不局限于此。当通过液滴喷射法形成第二绝缘层81时等没需要形成开口部时，可以不执行为了形成开口部的蚀刻。
接着，形成第三绝缘层86的图案。可以通过利用旋涂法等形成由以聚酰亚胺或丙烯等为典型的有机材料构成的薄膜，来获得第三绝缘层86。具有开口部87地形成图案。注意，开口部87被形成以使第二电极层85在所希望的位置露出。此外，当使用液滴喷射法时，没有需要通过光刻法形成图案，因此工序简化。在此，液滴喷射法指的是通过选择性地喷射为了特定目的而调剂的组成物的液滴等，来形成预定图案的方法(根据其方式，也称为喷墨法)。此外，还可以使用其他能够转写或描写图案的方法如各种印刷法(丝网印刷、胶印刷、凸版印刷、凹版印刷等形成图案的方法)等。注意，也可以使第三绝缘层86具有层合结构地形成第三绝缘层86。例如，也可以在如氧化硅类材料或氮化硅类材料的无机材料构成的薄膜上形成由有机材料构成的薄膜。
下面，形成第三电极层88的图案(参照图10A和10B)。第三电极层88用作像素电极，因此利用透明导电膜来形成第三电极层88。例如，通过溅射法且使用ITO(氧化铟锡)、或氧化锌等来形成第三电极层88，即可。也可以使用ITSO，该ITSO通过使用在ITO中包含2至10％的氧化硅的靶子且利用溅射法来形成。除此以外，也可以使用将镓(Ga)掺杂到氧化锌中的导电材料、作为将2至20％的氧化锌混合到氧化铟中的氧化物导电材料的IZO。在形成第三电极层88之后，通过蚀刻形成所希望的图案，即可。注意，本发明不局限于此。也可以通过利用用作透明导电膜的其他材料，来形成第三电极层88。
再者，也可以根据需要，形成第四电极层。作为第四电极层，例如可以举出半穿透·半反射型显示装置或反射型显示装置所需要的反射电极。可以通过使用反射电极，有效地利用外部光来进行显示。因此，可以降低显示装置的耗电量。当形成第四电极层时，使用以铝(Al)或银(Ag)等为主要成分的材料。使用光反射率高的材料，即可。优选的是，在其主要成分为钼的层上形成其主要成分为铝的层，来获得层合结构。此外，也可以在反射型显示装置中，通过使用第四电极层的材料(光反射率高的材料)，来形成第三电极层88。
如上所述，可以通过适用本发明来形成使用于显示装置的TFT衬底。然而，本发明不局限于此。图11表示可以适用本发明的TFT的另外的例子。
图11是可以与实施方式2同样地使用于液晶显示装置的像素部的TFT的侧面图，其称为底栅型TFT。TFT的形成方法的详细内容与实施方式2大体相同。在衬底188上形成基底层189，在基底层189上形成第一电极层190的图案。在第一电极层190上形成第一绝缘层191，在第一绝缘层191上形成多晶半导体层192。再者，在多晶半导体层192上具有开口部197地形成第二绝缘层193，在其上形成第二电极层194的图案。多晶半导体层192和第二电极层194在开口部197中电连接。在第二电极层194上具有开口部198地形成第三绝缘层195。还在第三绝缘层195上形成第三电极层196的图案。第二电极层194和第三电极层196在开口部198中电连接。
也可以分别层合形成以上所说明的TFT的各层。此外，形成TFT的各层的材料不局限于特定的材料。此外，优选将杂质引入到多晶半导体层192中以形成LDD区。
下面，参照图25A至25F所示的等效电路图来说明各种形式的显示面板的像素结构。
图25A所示像素的结构如下：其中在纵向(column direction)上配置信号线510、电源线511、电源线512以及电源线513，在横向(row direction)上配置扫描线514。此外，该像素包括开关TFT501、驱动TFT503、电流控制TFT504、电容元件502、以及发光元件505。
图25C所示的像素和图25A所示的像素在如下点上不同：TFT503的栅电极连接于配置在横向上的电源线515上，但是除此以外具有相同结构。换句话说，图25A和25C是等效电路图。然而，当在纵向上配置电源线512时(图25A)和当在横向上配置电源线515时(图25C)，各电源线由不同层的导电体层形成。在此，分别在图25A和25C中显示像素，以表明连接驱动TFT503的栅电极的布线分别由不同层构成。
图25A和25C所示的像素的特征在于：在像素中串联地配置有TFT503、TFT504，并且设定TFT503的沟道长度L3、沟道宽度W3以及TFT504的沟道长度L4、沟道宽度W4，以满足L3/W3∶L4/W4＝5～6000∶1。作为满足这种关系的一个例子，考虑L3是500μm、W3是3μm、L4是3μm、W4是100μm的情况。此外，当使用本发明时，可以与沟道长度方向大体上平行地形成多个晶界，因此可以形成迁移率高的TFT并且制造显示能力优越的显示面板。
注意，TFT503在饱和区中工作，并且具有控制流向发光元件505的电流值的功能。TFT504在线性区中工作，并且具有控制将电流供给于发光元件505的功能。TFT503和TFT504优选具有相同的导电型。TFT503可以是耗尽型(depletion type)TFT以及增强型(enhancementtype)TFT。在具有上述结构的本发明中，TFT504在线性区中工作，因此TFT504的VGS(源电极或漏电极-栅电极之间的电位差)的轻微变动不影响发光元件505的电流值。换句话说，通过利用在饱和区中工作的TFT503来确定发光元件505的电流值。
在图25A至25D所示的像素中，TFT501是控制将视频信号输入到像素的TFT。当TFT501打开并且视频信号被输入到像素内时，该视频信号被保持在电容元件502中。注意，虽然图25A至25D示出了设置有电容元件502的结构，但是本发明不局限于此。当可以利用栅电容等保持视频信号时，不必提供电容元件502。
发光元件505具有如下结构：在一对电极之间夹着场致发光层，并且在像素电极和相对电极之间(阳极和阴极之间)设置电位差，以施加正向偏压方向的电压。通过使用选自有机材料和无机材料等中的材料来构成该场致发光层。场致发光层产生的发光包含：从单重激发态返回到基态时产生的发光(荧光)以及从三重激发态返回到基态时产生的发光(磷光)。注意，本发明不局限于此，也可以使用液晶元件而代替发光元件。
图25B所示的像素结构与图25A所示的像素结构唯一不同之处是，追加了TFT 506和扫描线516。同样地，图25D所示的像素结构与图25C所示的像素结构唯一不同之处是，追加了TFT 506和扫描线516。
通过利用新配置的扫描线516控制TFT 506的导通或截止。当TFT506导通时，保持在电容元件502中的电荷被释放，TFT 504成为截止状态。也就是说，通过配置TFT 506，可以强制阻止向发光元件505提供电流。因此，通过采用图25B和25D所示的结构，可以在写入周期开始时同时或稍后开始点亮周期而无需等待将信号写入所有像素，因此可以提高占空比。
在图25E所示的像素中，在纵向上配置信号线550、电源线551、电源线552，并且在横向上配置扫描线553。此外，该像素还具有开关TFT 541、驱动TFT 543、电容元件542、以及发光元件544。图25F所示的像素结构与图25E所示的像素结构唯一不同之处是，追加了TFT545和扫描线554。注意，也在图25F的结构中，通过配置TFT 545，可以提高占空比。
如上所述，通过适用本发明，可以使半导体层的晶粒尺寸成为大并且控制晶界被形成的位置，因此可以获得在沟道长度方向上存在的晶界的条数少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半导体层。由此，可以形成在半导体层中的迁移率高的TFT。
此外，根据本发明，TFT的半导体层中的迁移率提高，因此，可以制造具有良好电气特性的TFT。
因为可以制造具有良好电气特性的TFT，所以可以形成比现有的电路元件功能更高的电路元件。由此，可以在玻璃衬底上制造比现有的显示装置附加价值更高的显示装置。
实施方式3
在本实施方式中，将说明实施方式2的发光元件。
下面，参照图1 2A至12C将说明适用本发明来制造的EL显示装置。在使用N型晶体管作为驱动发光元件的晶体管的情况下，作为从该发光元件发射光的方法，使用底部发射(参照图12A)、顶部发射(参照图12B)、双面发射(参照图12C)中的任何一种。通过使用TFT451、TFT461、TFT471，来控制对于连接于各TFT的各发光层的电场。发光层452、发光层462以及发光层472是场致发光层，因此使用EL，即可。根据其发光材料是有机化合物或无机化合物对利用EL的发光元件进行分类。通常，将前者称为有机EL元件，将后者称为无机EL元件。以下说明形成无机EL元件的情况。
无机EL元件被分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件，取决于其元件结构。前者和后者的不同之处在于前者具有发光材料的粒子分散在粘合剂中的场致发光层，而且后者具有由发光材料的薄膜构成的场致发光层。然而，前者和后者的相同之处在于需要通过高电场加速的电子。注意，作为获得的发光的机制，有利用施主能级和受主能级的施主-受主重新组合型发光以及利用金属离子的内层电子跃迁的局部发光。一般地，在很多情况下，将施主-受主重新组合型发光使用于分散型无机EL元件，而且将局部发光使用于薄膜型无机EL元件。
可用于本发明的发光材料包括主体材料和成为发光中心的杂质元素。通过改变包含的杂质元素，可以获得各种颜色的发光。作为发光材料的制造方法，可以使用各种方法如固相法和液相法(共沉淀法)等。此外，也可以使用喷雾热解法、复分解法、利用前体的热解反应的方法、反向胶束法、组合这些方法和高温焙烧的方法、冷冻干燥法等液相法等。
固相法是如下方法：通过称量主体材料、杂质元素或含有杂质元素的化合物，并在研钵中混合，且在电炉中加热并且焙烧来使它们反应，以使主体材料含有杂质元素。焙烧温度优选是700至1500度。这是因为当温度太低时固相反应不会进展，而且当温度太高时主体材料会分解。注意，也可以在粉末状态下进行焙烧，然而优选在团粒状态下进行焙烧。固相法虽然需要在较高温度下进行焙烧，但是它是简单方法，所以生产率好且适于大批生产。
液相法(共沉淀法)是如下方法：通过在溶液中使主体材料或含有主体材料的化合物和杂质元素或含有杂质元素的化合物反应，并使它们干燥，然后进行焙烧。发光材料的粒子均匀地分布，并且可以在晶粒尺寸小且焙烧温度低的情况下使反应进展。
作为用于发光材料的主体材料，可以使用硫化物、氧化物或氮化物。作为硫化物，例如可以使用硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硫化钙(CaS)、硫化钇(Y2S3)、硫化镓(Ga2S3)、硫化锶(SrS)、硫化钡(BaS)等。作为氧化物，例如可以使用氧化锌(ZnO)、氧化钇(Y2O3)等。作为氮化物，例如可以使用氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)等。此外，也可以使用硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)等，并且还可以使用三元混晶诸如硫化钙-镓(CaGa2S4)、硫化锶-镓(SrGa2S4)、硫化钡-镓(BaGa2S4)。
作为局部发光的发光中心，可以使用锰(Mn)、铜(Cu)、钐(Sm)、铽(Tb)、铒(Er)、铥(Tm)、铕(Eu)、铈(Ce)、镨(Pr)等。注意，可以添加卤族元素如氟(F)、氯(Cl)等作为电荷补偿。
另一方面，作为施主-受主重新组合型发光的发光中心，可以使用包含形成施主能级的第一杂质元素以及形成受主能级的第二杂质元素的发光材料。作为第一杂质元素，例如可以使用氟(F)、氯(Cl)、铝(Al)等。作为第二杂质元素，例如可以使用铜(Cu)、银(Ag)等。
当通过固相法合成施主-受主重新组合型发光的发光材料时，分别秤量主体材料、第一杂质元素或包含第一杂质元素的化合物和第二杂质元素或包含第二杂质元素的化合物，并在研钵中混合它们，然后在电炉中加热并焙烧它们。作为主体材料，可以使用上述主体材料。作为第一杂质元素或包含第一杂质元素的化合物，例如可以使用氟(F)、氯(Cl)、硫化铝(Al2S3)等。作为第二杂质元素或包含第二杂质元素的化合物，例如可以使用铜(Cu)、银(Ag)、硫化铜(Cu2S)、硫化银(Ag2S)等。焙烧温度优选是700至1500度。这是因为当温度太低时固相反应不会进展，而且当温度太高时主体材料会分解的缘故。注意，也可以在粉末状态下进行焙烧，然而优选在团粒状态下进行焙烧。
此外，作为当利用固相反应时的杂质元素，也可以通过组合包括第一杂质元素和第二杂质元素的化合物来使用。在这种情况下，由于杂质元素易于扩散并且固相反应易于进展，所以可以获得均匀的发光材料。而且，由于过剩的杂质元素不进入，所以可以获得具有高纯度的发光材料。作为包含第一杂质元素和第二杂质元素的化合物，例如可以使用氯化铜(CuCl)、氯化银(AgCl)等。
注意，这些杂质元素的浓度相对于主体材料可以是0.01至10原子％，优选是0.05至5原子％的范围。
在薄膜型无机EL的情况下，场致发光层是包含上述发光材料的层，并且可以通过真空蒸镀法诸如电阻加热蒸镀法、电子束蒸镀(EB蒸镀)法等，物理气相淀积法(PVD)诸如溅射法等，化学气相淀积法(CVD)诸如有机金属CVD法、氢化物输送减压CVD法等，或者原子层外延法(ALE)等来形成。
图13A至13C示出可用作发光元件的薄膜型无机EL元件的一个例子。在图13A至13C中，发光元件包括第一电极层150、场致发光层152、第二电极层153。
图13B和13C所示的发光元件具有在图13A的发光元件中的电极层和场致发光层之间设置绝缘层的结构。图13B所示的发光元件具有在第一电极层150和场致发光层152之间的绝缘层154。图13C所示的发光元件具有在第一电极层150和场致发光层152之间的绝缘层154a、在第二电极层153和场致发光层152之间的绝缘层154b。如此，绝缘层可以提供在场致发光层和夹持场致发光层的一对电极层中的一个电极层之间。或者，绝缘层可以提供在场致发光层和夹持场致发光层的一对电极层中的一个电极层之间，并且另一个绝缘层可以提供在场致发光层和夹持场致发光层的一对电极层中的另一个电极层之间。此外，绝缘层可以是单层或包括多个层的层合层。
另外，尽管在图13B中接触于第一电极层150地设置绝缘层154，但是也可以通过颠倒绝缘层和场致发光层的顺序而接触于第二电极层153地设置绝缘层154。
在分散型无机EL的情况下，通过使粒子状的发光材料分散在粘合剂中来形成薄膜状场致发光层。当根据发光材料的制造方法不能充分获得所希望的尺寸的粒子时，通过在研钵等中使发光材料粉碎等，以将发光材料加工为粒子状，即可。粘合剂指的是用于以分散状态固定粒子状的发光材料以保持作为场致发光层的形状的物质。发光材料通过粘合剂均匀分散并固定在场致发光层中。
在分散型无机EL的情况下，作为形成场致发光层的方法，可以使用可选择性地形成场致发光层的液滴喷射法、印刷法(如丝网印刷或胶印刷)、涂布法如旋涂法等、浸渍法、分配器方法等。场致发光层的膜厚度没有特别限制，然而优选为10nm至1000nm。另外，在包含发光材料和粘合剂的场致发光层中，发光材料的比例优选为50wt％以上80wt％以下。
图14A至14C表示可用作发光元件的分散型无机EL元件的一个例子。在图14A中，发光元件具有由第一电极层160、场致发光层162、第二电极层163构成的层合结构，并且在场致发光层162中含有由粘合剂保持的发光材料161。
作为可用于本实施方式的粘合剂，可以使用绝缘材料、有机材料或无机材料，并且也可以使用由有机材料和无机材料构成的混合材料。作为有机绝缘材料，可以使用其介电常数比较高的聚合物诸如氰乙基纤维素类树脂，或者聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯类树脂、酮树脂、环氧树脂、偏二氟乙烯(vinylidene fluoride)等树脂。此外，还可以使用耐热性高分子诸如芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑(polybenzoimidazole)等，或者硅氧烷树脂。注意，硅氧烷树脂相当于包括Si-O-Si键的树脂。硅氧烷的骨架结构由硅(Si)和氧(O)键构成。作为取代基，使用至少含有氢的有机基(如烷基或芳香烃)。另外，也可以使用氟基作为取代基。此外，也可以使用至少含有氢的有机基和氟基作为取代基。此外，也可以使用树脂材料诸如聚乙烯醇或聚乙烯醇缩丁醛等乙烯树脂、酚醛树酯、酚醛清漆树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、氨基甲酸乙酯树脂、恶唑树脂(聚苯并恶唑)等。也可以通过适当地将具有高介电常数的微粒子诸如钛酸钡(BaTiO3)或钛酸锶(SrTiO3)等混合在这些树脂中来调节介电常数。
可以通过使用选自氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、含氧和氮的硅、氮化铝(AlN)、含氧和氮的铝或氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、BaTiO3、SrTiO3、钛酸铅(PbTiO3)、铌酸钾(KNbO3)、铌酸铅(PbNbO3)、氧化钽(Ta2O5)、钽酸钡(BaTa2O6)、钽酸锂(LiTaO3)、氧化钇(Y2O3)、氧化锆(ZrO2)、ZnS、其他含有无机绝缘材料的物质中的材料来形成含有在粘合剂中的无机绝缘材料。通过将具有高介电常数的无机材料包含在有机材料中(通过添加等)，可以进一步控制包括发光材料和粘合剂的场致发光层的介电常数并且进一步提高介电常数。
在制造工序中，发光材料被分散在含粘合剂的溶液中。然而，作为可用于本实施方式的含粘合剂溶液的溶剂，优选适当地选择这样一种溶剂，其溶解粘合剂材料并且能够制造具有适合于形成场致发光层的方法(各种湿法)及所希望的膜厚度的粘度的溶液。可以使用有机溶剂等，并且例如在使用硅氧烷树脂作为粘合剂的情况下，可以使用丙二醇单甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯(也称为PGMEA)、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇(也称为MMB)等。
图14B和14C所示的发光元件具有在图14A的发光元件中的电极层和场致发光层之间设置绝缘层的结构。图14B所示的发光元件具有在第一电极层160和场致发光层162之间的绝缘层164。图14C所示的发光元件具有在第一电极层160和场致发光层162之间的绝缘层164a、在第二电极层163和场致发光层162之间的绝缘层164b。如此，绝缘层可以提供在场致发光层和夹持场致发光层的一对电极层中的一个电极层之间。或者，绝缘层可以提供在场致发光层和夹持场致发光层的一对电极层中的一个电极层之间，并且另一个绝缘层可以提供在场致发光层和夹持场致发光层的一对电极层中的另一个电极层之间。此外，绝缘层可以是单层或包括多个层的层合层。
另外，尽管在图14B中接触于第一电极层160地设置有绝缘层164，但是也可以通过颠倒绝缘层和场致发光层的顺序来接触于第二电极层163地设置绝缘层164。
尽管如图13B和13C的绝缘层154、图14B和14C的绝缘层164那样的绝缘层没有特别限制，但是这样的绝缘层优选具有高绝缘耐压和致密膜质，更优选的是，其介电常数高。例如，可以使用氧化硅(SiO2)、氧化钇(Y2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化钽(Ta2O5)、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、氮化硅(Si3N4)、氧化锆(ZrO2)等，这些的混合膜或者两种以上的层合膜。这些绝缘膜可以通过利用溅射法、蒸镀法、CVD法等形成。另外，绝缘层也可以通过在粘合剂中分散这些绝缘材料的粒子来形成。粘合剂材料也可以通过使用与包含在场致发光层中的粘合剂相同的材料和方法来形成。这样的绝缘层的膜厚度没有特别限制，但是优选为10nm至1000nm的范围。
本实施方式所示的发光元件可以通过在夹持场致发光层的一对电极层之间施加电压来获得发光，但是该发光元件也可以通过利用直流驱动或交流驱动的任一种来工作。
如上所述，可以形成发光元件。可以通过适用本发明而形成用于显示装置的TFT衬底，来使半导体层的晶粒尺寸成为大并且控制晶界被形成的位置。因此，可以获得在沟道长度方向上存在的晶界的条数少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半导体层。由此，可以形成在半导体层中的迁移率高的TFT，所以可以提高发光装置的显示功能。特别优选将本发明使用于发光装置的驱动电路。
此外，根据本发明，TFT的半导体层中的迁移率提高，因此，可以制造具有良好电气特性的TFT。
此外，因为可以制造具有良好电气特性的TFT，所以可以形成比现有的电路元件功能更高的电路元件。由此，可以在玻璃衬底上制造比现有的显示装置附加价值更高的显示装置。
实施方式4
下面，对于将驱动用驱动器电路安装到实施方式2及实施方式3中制造的显示面板的情况进行说明。
以下说明安装有驱动器电路的显示装置的一般形式。
首先，参照图16A说明采用COG方式的显示装置。在衬底2700上设置有用于显示文字或图像等信息的像素部分2701。像素部分2701由多个配置为矩阵状的像素2702构成。通过将设置有多个驱动器电路的衬底分割为矩形状来制造驱动IC，并且在衬底2700上安装被制造的驱动IC。图15A表示安装多个驱动IC 2751和装在该驱动IC 2751的尖端的FPC 2750的形式。另外，也可以通过使以分割获得的尺寸与像素部分在信号线侧的边长几乎相同，并且在一个驱动IC的尖端上安装胶带。
或者，也可以采用TAB方式。在那种情况下，可以如图15B所示地附着多个胶带并且在该胶带上安装驱动IC。也可以与在COG方式的情况同样地在一个胶带上安装一个驱动IC。在这种情况下，根据强度的问题，将用于固定驱动IC的金属片等附着在一起，即可。
从提高生产率的观点来看，优选在一边是300mm至1000mm以上的矩形状的衬底上形成多个这些安装在显示面板中的驱动IC。
换句话说，在衬底上形成多个以驱动器电路部分和输入输出端子为一个单元的电路图案，最后进行分割来取出，即可。考虑到像素部分的一边长度或像素间距(pitch)，可以将驱动IC形成为具有15mm至80mm的长边和1mm至6mm的短边的矩形状。或者，还可以将驱动IC形成以具有与像素区的一边相同的长度或者等于像素部分的一边加上各驱动电路的一边的长度。
与IC芯片相比，驱动IC的外形尺寸的优点是长边的长度。当使用具有15mm至80mm长边长度的驱动IC时，根据像素部分必需安装的驱动IC的数量少于使用IC芯片的情况。因此，可以提高制造上的成品率。此外，虽然在本发明中可以在玻璃衬底上形成驱动IC，但是在此情况下，用作主体的衬底的形状没有限制，所以不损害生产率。与从圆形硅片中取出IC芯片的情况相比，这是很大的优点。
此外，当如图16B所示在衬底3700上一体形成扫描线侧驱动器电路3702时，在像素部分3701的外面区域安装形成有信号线侧驱动器电路的驱动IC。这些驱动IC是信号线侧驱动器电路。为了形成对应于RGB全彩色的像素区，XGA等级需要3072条信号线，而且UXGA等级需要4800条信号线。以这样条数形成的信号线在像素部分3701的端部被分割成几组而形成引出线，并且对应于驱动IC的输出端子的间距聚集引出线。
在本发明中，驱动IC由形成在衬底上的晶态半导体膜形成。通过适用本发明，照射CW激光或准CW激光来形成该晶态半导体膜，即可。通过适用本发明，可以利用结晶缺陷少且晶粒尺寸大的多晶半导体层来形成TFT。此外，由于迁移率、响应速度良好，所以可以高速驱动，并且可以跟以前相比进一步提高元件的工作频率。这是因为通过适用本发明，晶粒在沟道长度方向上延伸，而在晶体管的沟道长度方向上存在的晶粒界面的条数少的缘故。注意，沟道长度方向与在沟道形成区中电流流过的方向、换言之电荷移动的方向一致。
此外，当进行激光晶化时，优选大幅度地缩小激光。因为在本发明中激光的形状是线状，所以可以对被照射体确保足够且有效率的能量密度。但是，在此所示的线状不意味着严格意思的线，而意味着纵横比大的长方形或长椭圆形，并且也可以在短轴方向上确保某种程度的宽度。
在本发明中，如图16C所示，在衬底4700上设置像素部分4701，并且信号线驱动电路4702以及扫描线驱动电路4704以一体方式被形成在衬底4700上。
在像素区中，信号线和扫描线交叉而形成矩阵，并且对应于各交叉部配置晶体管。本发明的特征在于：使用晶态半导体膜是沟道形成区的TFT作为配置在像素区中的晶体管。在本发明中，TFT的半导体层中的迁移率高，因此可以制造实现系统型面板(system on panel)的显示面板。
通过使驱动IC的厚度与相对衬底的厚度相同，驱动IC和相对衬底之间的高度成为几乎相同，而有助于整个显示装置的薄型化。此外，通过利用相同材料制造各衬底，即使在该显示装置中发生温度变化也不会产生热应力并且不会损坏由TFT制造的电路特性。此外，可以通过如本实施方式所示地安装具有比IC芯片更长边的驱动IC作为驱动器电路，减少给一个像素区安装的驱动IC的数量。
如上所述，可以将驱动器电路编入在显示面板中。根据本发明，可以形成迁移率高的半导体膜，因此可以提供具有更高功能的显示装置。
实施方式5
参照图20A至22B将说明适用本发明的半导体装置的显示装置以外的形式。具体地，将说明能够进行无线通讯的半导体装置。在本实施方式中，将说明在衬底211上制造六个半导体装置的情况。注意，在图20A、图21A以及图22A中，一个半导体装置被设置的区域相当于虚线所围绕的区域210。图20B、图21B以及图22B分别相当于图20A、图21A以及图22A中的从点A到点B的截面图。
首先，在衬底221上形成绝缘层219(参照图20B)。接着，在绝缘层219上形成包括多个晶体管220的层。然后，在包括多个晶体管220的层上形成绝缘层222以及绝缘层223。接着，通过设置在绝缘层222以及绝缘层223中的开口部，形成连接到多个晶体管220的各源区或漏区的导电层224。接着，覆盖导电层224地形成绝缘层225。
作为衬底221，使用玻璃衬底、塑料衬底或石英衬底等，即可。优选的是，使用玻璃衬底或塑料衬底。衬底具有绝缘性和所需要的耐热性等，即可。当使用玻璃衬底或塑料衬底作为衬底时，可以容易制造一边是一米以上的半导体装置或具有所希望的形状的半导体装置。
绝缘层219对于来自外面的污染物(包含在衬底中的杂质等)用作屏障(barrier)。通过利用溅射法、等离子体CVD法等且使用氧化硅类材料或氮化硅类材料以单层或多层形成绝缘层219。注意，当没有需要时，也可以不设置绝缘层219。
多个晶体管220各具有多晶半导体层226、绝缘层221以及导电层227。当使多晶半导体层226晶化时，使用实施方式1所述的方法，即可。多晶半导体层226具有用作源区或漏区的杂质区228和沟道形成区229。在杂质区228中添加有赋予N型或P型的杂质元素。具体来说，赋予N型的杂质元素(属于周期表中第15族的元素，例如磷(P)、砷(As))和赋予P型的杂质元素(例如，硼(B))被添加。此外，虽然未图示，但是优选形成LDD(轻掺杂漏)区。
注意，在图上所示的结构中，只形成有多个晶体管220，然而，本发明不局限于该结构。可以根据半导体装置的用途，适当地调节设置在衬底211上的元件。例如，当形成具有发射和接收电磁波的功能的半导体装置时，可以在衬底211上只形成多个晶体管，或者可以在衬底211上形成多个晶体管和用作天线的导电层。注意，用作天线的导电层可以是单层或多层。此外，当形成具有存储数据的功能的半导体装置时，还可以在衬底211上形成存储元件(例如，晶体管、存储晶体管等)。此外，也可以形成具有控制电路的功能和生成信号的功能等的半导体装置(例如，CPU、信号生成电路等)。此外，除了上述以外，根据需要，可以形成电阻元件和电容元件等。
通过利用SOG(旋涂玻璃)法、液滴喷射法或丝网印刷法等且使用无机材料或有机材料以单层或多层形成绝缘层222以及绝缘层223。例如，利用氮化硅类材料来形成绝缘层222，并且利用氧化硅类材料来形成绝缘层223，即可。
当有剥离层时，也可以从衬底221剥离包括多个晶体管220的层合体231。可以形成具有由层合体231构成的TFT的半导体装置。此外，通过将剥离了的层合体231转置到柔性衬底上，可以形成能够弯曲的半导体装置。
在此，参照图17而说明本发明的半导体装置的结构的一个例子。本发明的半导体装置100具有运算处理电路101、存储电路103、天线104、电源电路108、解调电路110、以及调制电路111。在半导体装置100中，天线104和电源电路108是不可缺少的结构单元，并且根据半导体装置100的用途适当地设置其他单元。
运算处理电路101根据从解调电路110输入的信号来分析指令，控制存储电路103，并且向调制电路111输出要发射到外面的数据等。
存储电路103具有包括存储元件的电路及执行数据的写入和读出的控制电路。在存储电路103中，至少存储有半导体装置本身的识别号码。为了与其他半导体装置区别，使用该识别号码。此外，存储电路103具有选自有机存储器、DRAM(动态随机存取存储器)、SRAM(静态随机存取存储器)、FeRAM(铁电随机存取存储器)、掩膜ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)以及快闪存储器中的一种或多种。有机存储器具有在一对导电层之间夹有含有有机化合物的层的结构。有机存储器具有简单的结构，由此可以使制造工序简单化，以减少费用。此外，由于具有简单的结构，可以很容易使层合体的面积小型化并且很容易实现大容量化。此外，因为有机存储器是非易失性存储器，所以可以内置电池或不内置电池。因此，作为存储电路103，优选使用有机存储器。
天线104将从读取/写入器112供给的载波转换成交流电信号。此外，通过利用调制电路111对从半导体装置100发射的信号施加负载调制。电源电路108使用来自天线104的交流电信号来生成电源电压，并且将该电源电压供给于每个电路。
解调电路110解调来自天线104的交流电信号，并且将解调了的信号供给于运算处理电路101。调制电路111根据从运算处理电路101供给的信号，对天线104施加负载调制。
读取/写入器112作为载波接收对天线104施加的负载调制。此外，读取/写入器112将载波发射到半导体装置100。注意，载波指的是读取/写入器112所接收/发射的电磁波，并且读取/写入器112接受由调制电路111调制的载波。
如上所述，具有以无线发射/接收电磁波的功能的本发明的半导体装置称为RFID(射频识别技术)标签、RF芯片、RF标签、IC芯片、IC标签、IC标记(label)、无线芯片、无线标签、电子芯片、电子标签、无线处理器、或者无线存储器等。本实施方式可以与其他实施方式自由组合。
如上所述，可以通过适用本发明而形成用于半导体装置如RFID标签的TFT衬底。可以通过适用本发明，来使半导体层的晶粒尺寸成为大并且控制晶界被形成的位置。因此，可以获得在沟道长度方向上存在的晶界的条数少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半导体层。由此，可以形成在半导体层中的迁移率高的TFT。
此外，根据本发明，TFT的半导体层中的迁移率提高，因此，可以制造具有良好电气特性的TFT。
因为根据本发明可以制造具有良好电气特性的TFT，所以可以形成比现有的电路元件功能更高的电路元件。由此，可以在玻璃衬底上制造比现有的半导体装置附加价值更高的半导体装置。
实施方式6
本发明也可以适用于具有晶体半导体层的存储元件。作为其一个例子，参照图22A至图23将说明适用本发明而制造的NOR型快闪存储器。NOR型快闪存储器例如被安装在母板(也称为主板)上，并且被用于BIOS(基本输入输出系统)的记录。注意，母板是计算机的零部件之一，它是安装有CPU(中央处理单元)等各种模块的衬底。
也当制造快闪存储器时，TFT的制造方法中的多个工序与实施方式5所说明的RFID标签同样。以下，将说明存储元件350的结构。首先，在衬底330的一个表面上形成绝缘层332。接着，在绝缘层332上通过利用半导体层346形成包括多个晶体管的层。半导体层346具有杂质区347以及沟道形成区348。接着，在包括多个晶体管的层上形成绝缘层333、浮栅层339以及绝缘层334。接着，形成导电层349，并形成绝缘层335以及绝缘层336。接着，通过设置在多个晶体管中的绝缘层333、绝缘层334、绝缘层335以及绝缘层336中的开口部，形成连接到多个晶体管的各源区或漏区的导电层337。然后，覆盖导电层337地形成绝缘层345。
作为衬底330，使用玻璃衬底、塑料衬底或石英衬底等，即可。优选的是，使用玻璃衬底或塑料衬底。当使用玻璃衬底或塑料衬底作为衬底时，可以容易制造一边是一米以上的半导体装置或具有所希望的形状的半导体装置。
绝缘层332具有防止杂质从衬底330侵入的作用。通过利用溅射法、等离子体CVD法等且使用氧化硅类薄膜或氮化硅类薄膜以单层或多层形成绝缘层332。注意，当没有需要时，也可以不设置绝缘层332。将硅使用于半导体层346。形成半导体层346的方法与实施方式5同样。
将使非晶体半导体膜晶化的晶态半导体膜使用于半导体层346。当进行晶化时，使用实施方式1所记载的方法，即可。半导体层346具有用作源区或漏区的杂质区347和沟道形成区348。在杂质区347中添加有赋予N型的杂质元素(属于周期表中第15族的元素，例如磷、砷)或赋予P型的杂质元素(例如，硼、铝)。当引入杂质时，使用利用扩散源的方法、离子注入法等，即可。虽然未图示，但是优选在杂质区347和沟道形成区348之间形成LDD区。可以通过利用与绝缘层332同样的方法，来形成绝缘层333以及绝缘层334。
通过利用SOG(旋涂玻璃)法、液滴喷射法、丝网印刷法等且使用无机材料或有机材料以单层或多层形成绝缘层335以及绝缘层336。例如，利用氧氮化硅来形成绝缘层335，并且利用氮氧化硅来形成绝缘层336，即可。此外，也可以与绝缘层332、绝缘层333、绝缘层334同样地利用溅射法、等离子体CVD法等，来形成绝缘层335以及绝缘层336。
通过利用具有导电性的物质来形成浮栅层339、导电层337以及导电层349。当形成浮栅层339、导电层337以及导电层349时，使用CVD法、溅射法、液滴喷射法等，即可。此外，既可以以单层形成浮栅层339、导电层337以及导电层349，又可以以多层形成浮栅层339、导电层337以及导电层349。
通过与绝缘层335以及绝缘层336同样地利用SOG(旋涂玻璃)法、液滴喷射法、或丝网印刷法等且使用无机材料或有机材料以单层或多层形成绝缘层345。也可以与绝缘层332、绝缘层333、绝缘层334同样地利用溅射法、或等离子体CVD法等，来形成绝缘层345。
与实施方式2同样地，通过利用丝网印刷法在导电层337露出的区域中形成电极层353以及电极层354。在形成电极层后，切断为各元件。
注意，在图上所示的结构中，只形成有晶体管，然而，本发明不局限于该结构。可以根据半导体装置的用途，适当地调节设置在衬底330上的元件。例如，可以安装擦除电压控制电路。也可以根据需要，形成其他元件诸如电阻元件、电容元件等。
图23表示上述快闪存储器的电路图的一个例子。通过使用字线W1至W7和位线B1至B4来进行写入和读出工作。字线及位线连接到控制各工作的电路。或者，也可以在以后的工序中使字线及位线连接到延伸到控制各工作的电路的布线。此外，字线连接到存储元件中的栅电极，并且位线连接到存储元件中的源电极或漏电极。此外，虚线所围绕的区域351相当于单位存储元件。
虽然未图示，但是通过采用多层布线结构，可以以小型的方式实现具有更复杂的电路结构的装置。
注意，在此只说明了NOR型快闪存储器，但是当然也可以将本发明适用于NAND型快闪存储器。
如上所述，可以通过适用本发明而形成用于半导体装置如快闪存储器的TFT衬底。可以通过适用本发明，来使半导体层的晶粒尺寸成为大并且控制晶界被形成的位置。因此，可以获得在沟道长度方向上存在的晶界的条数少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半导体层。由此，可以形成在半导体层中的迁移率高的TFT。
此外，根据本发明，TFT的半导体层中的迁移率提高，因此，可以制造具有良好电气特性的TFT。
因为通过适用本发明可以制造具有良好电气特性的TFT，所以可以形成比现有的电路元件功能更高的电路元件。由此，可以在玻璃衬底上制造比现有的半导体装置附加价值更高的半导体装置。
实施方式7
本发明可以适用于具有晶体半导体层的光电转换装置。参照图24将说明其一个例子。
注意，光电转换元件指的是由具有独立的一个光电转换层的薄膜构成的层合体，并且光电转换装置指的是与一个或多个光电转换元件的集合体或其他元件组合来构成的半导体装置。例如，具有从紫外线到红外线的灵敏度的光电转换装置总括称为光传感器。光电转换元件例如被安装到显示装置，并且被使用以检测周围的亮度来调整显示亮度。此外，除了周围的亮度以外，也可以通过利用光传感器检测出显示装置的亮度，来调整显示部的亮度。具体来说，通过利用光传感器检测出液晶显示装置的背光灯的亮度，来调整显示屏的亮度。
光电转换装置也称为光电二极管。光电二极管大致可划分为四种：pn型、pin型、肖特基型、雪崩型。pn型光电二极管由接合p型半导体和n型半导体的光电转换元件构成，并且pin型光电二极管具有在pn型的p型半导体和n型半导体之间夹有本征半导体的结构。pn型光电二极管暗电流小，然而响应速度慢。pin型光电二极管响应速度快，然而暗电流大。注意，在此p型半导体指的是由于缺乏电子而主要使用空穴作为用来传输电荷的载流子的半导体，并且n型半导体指的是由于存在过剩的电子而主要使用电子作为用来传输电荷的载流子的半导体，且本征半导体指的是由高纯度的半导体材料构成的半导体。肖特基型光电二极管指的是通过形成金的薄膜层代替p型半导体层来与n层接合的光电转换元件，并且雪崩型光电二极管指的是通过施加反偏压的电压来倍增光电流的高速且高灵敏度的光电转换元件。在本实施方式中，将说明pin型光电二极管。
图24表示光电转换装置的截面图，该光电转换装置包括形成在衬底400上的TFT401A及TFT401B、形成在层间绝缘层403上的光电转换元件部分402A及光电转换元件部分402B中的颜色滤光层404A及颜色滤光层404B、由与在光电转换元件部分402A及光电转换元件部分402B中的第一导电层405A及第一导电层405B相同的材料构成的遮光层405C及遮光层405D。通过利用第一导电层405A和遮光层405C、以及第一导电层405B和遮光层405D遮光，可以遮断从光电转换元件部分402A及光电转换元件部分402B的端部入射到各光电转换层的光，并且只通过颜色滤光层404A及颜色滤光层404B的光入射到各光电转换层。由此，光电转换元件部分402A及光电转换元件部分402B用作颜色传感器。此外，颜色滤光层404A和颜色滤光层404B、以及外敷层406A和外敷层406B也用作保护层。外敷层406A及外敷层406B具有保护以防止包含在颜色滤光层404A和颜色滤光层404B中的各种杂质元素扩散到各光电转换层中的功能。此外，在绝缘层409上的第二导电层410与电连接到外部电路的接触电极(contact electrode)连接。
通过将本发明适用于这种光电转换装置，可以制造转换效率高的光电转换装置。
如上所述，可以通过适用本发明而形成光电转换装置。可以通过适用本发明，来使半导体层的晶粒尺寸成为大并且控制晶界被形成的位置。因此，可以获得在沟道长度方向上存在的晶界的条数少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半导体层。由此，可以形成载流子的迁移率高的TFT。
此外，根据本发明，TFT的半导体层中的迁移率提高，因此，可以制造具有良好电气特性的TFT。
因为可以制造具有良好电气特性的TFT，所以可以形成比现有的电路元件功能更高的电路元件。由此，可以在玻璃衬底上制造比现有的半导体装置附加价值更高的半导体装置。
实施方式8
也可以通过适用本发明，在绝缘衬底上形成CPU(中央处理单元)。
图29表示涉及本实施方式的CPU的方块图。该CPU是具有运算装置60 1(ALU：算术逻辑单元)、通用寄存器602、以及指令分析部603等的标准结构的CISC(复杂指令集计算机)。
特别是，通过在柔性衬底如塑料衬底上形成高集成电路如CPU，可以制造耐冲撞性或柔软性优越且重量轻的半导体装置。
如上所述，可以通过适用本发明而形成CPU。可以通过适用本发明，来使半导体层的晶粒尺寸成为大并且控制晶界被形成的位置。因此，可以获得在沟道长度方向上存在的晶界的条数少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半导体层。由此，可以形成半导体层中的迁移率高的TFT。
此外，根据本发明，TFT的载流子迁移率提高，因此，可以制造具有良好电气特性的TFT。
因为可以通过适用本发明来制造具有良好电气特性的TFT，所以可以形成比现有的电路元件功能更高的电路元件。由此，可以在玻璃衬底上制造比现有的半导体装置附加价值更高的半导体装置。
实施方式9
可以通过适用本发明来制造各种显示装置。也就是说，本发明可以适用于将这些显示装置编入在显示部中的各种电子设备。
作为这样的电子设备，可以举出摄像机或数码相机等影像拍摄装置、投影仪、头盔显示器(护目镜型显示器)、汽车导航系统、汽车立体声、个人电脑、游戏机、便携式信息终端(移动计算机、手机、或者电子书等)、具有记录介质的图像再现装置(具体地说，再现数字通用光盘(DVD)等记录介质并且具有能够显示其图像的显示器的装置)等。图18A至18D表示这些电子设备的例子。
图18A是电脑，它包括主体2101、框体2102、显示部分2103、键盘2104、外部连接端口2105、定位鼠标2106等。根据本发明，可以形成迁移率高的半导体膜，因此可以完成具有更高功能且显示更高图像质量的图像的电脑。
图18B是具有记录介质的图像再现装置(具体地说，DVD再现装置)，它包括主体2201、框体2202、第一显示部分2203、第二显示部分2204、记录介质(DVD等)读出部分2205、操作键2206、扬声器部分2207等。第一显示部分2203主要显示图像数据，并且第二显示部分2204主要显示文本数据。根据本发明，可以形成迁移率高的半导体膜，因此可以完成具有更高功能且显示更高图像质量的图像的图像再现装置。
图18C是手机，它包括主体2301、音频输出部分2302、音频输入部分2303、显示部分2304、操作开关2305、天线2306等。根据本发明，可以形成迁移率高的半导体膜，因此可以完成具有更高功能且显示更高图像质量的图像的手机。
图18D是摄像机，它包括主体2401、显示部分2402、框体2403、外部连接端口2404、遥控器接收部分2405、图像接收部分2406、电池2407、音频输入部分2408、操作键2409、目镜部2410等。根据本发明，可以形成迁移率高的半导体膜，因此可以完成具有更高功能且显示更高图像质量的图像的摄像机。本实施方式可以与上述实施方式自由组合。
实施方式10
适用本发明的半导体装置100通过利用其能够发送及接收电磁波的功能，而可以使用于各种物品和各种系统。所述物品例如是钥匙(参照图19A)、纸币、硬币、有价证券类、无记名债券类、证书类(驾驶执照、居民证等，参照图19B)、书籍类、容器类(培养皿等，参照图19C)、包装容器类(包装纸、瓶子等，参照图19E和19F)、记录介质(唱片、录象磁带等)、交通工具类(自行车等)、装饰品(包、眼镜等，参照图19D)、食品类、衣服、生活用品类、以及电子设备(液晶显示装置、EL显示装置、电视机、便携式终端等)等。本发明的半导体装置通过贴附或嵌入在如上所述的各种形状的物品的表面上而被固定或安装。此外，系统是物品管理系统、识别功能系统、流通系统等，并且通过使用本发明的半导体装置，可以谋求实现系统的高功能化、多功能化、高附加价值化。本实施方式可以与其他实施方式自由组合。
实施例1
以下将说明通过适用本发明且利用实施方式1所述的方法来形成的多晶半导体膜。
使用玻璃衬底作为衬底。首先，在玻璃衬底上形成基底膜。该基底膜具有层合结构，它是通过在以100nm的膜厚度形成的氧氮化硅膜上层合以50nm的膜厚度形成的氮氧化硅膜且利用CVD法来形成的。
接着，形成非晶体硅膜。通过使用硅烷(SiH4)且利用CVD法来形成非晶体硅膜。非晶体硅膜的膜厚度是66nm。
接着，在使非晶体硅膜晶化之前，执行脱氢工序：在氮气氛中以500度加热一个小时后，以550度加热四个小时。另外，此后通过利用稀氢氟酸(diluted hydrofluoric acid)来去掉表面上的氧化膜。
接着，执行非晶体硅膜的晶化。在本实施例中，当使非晶体硅膜晶化时，使用激光。
在本实施例中使用的激光的振荡频率被设定为80MHz(误差范围是±1MHz)，其波长被设定为532nm，其激光装置的输出功率被设定为18.41W。此外，激光的扫描速度被设定为每秒210mm。此外，通过使用阻尼器使功率为可变。使照射的激光成为线状激光，并且将短轴方向设定为10μm至15μm，将长轴方向设定为500μm。
再者，在本实施例中，通过图2A和2B所示的具有条形图案的相移掩模，来执行激光的照射。图2A和2B表示在本实施例中使用的相移掩模。使用如下石英衬底：通过具有宽度k1的凹部区域和具有宽度k2的凸部区域交替出现，来形成条形图案。当激光通过该相移掩模时，通过了凸部15的激光的相位不反转，通过了凹部16的激光的相位反转180度。由此，可以获得具有反映了该相移掩模的图案的强度分布的激光。
在本实施例中，通过使用图3A和3B的示意图所示的位置关系的光学系统装置，来照射激光。通过使用图3A和3B所示的光学系统装置，可以将光束的形状形成为线状。
这样获得的线状激光通过上述相移掩模到达被照射面。因此，该激光的强度分布具有对应于相移掩模的条形图案的图案。在本实施例中，k1和k2被设定为3μm。
对激光的扫描方向来说，如实施方式1所说明，不使线状光束的扫描方向(短轴方向)与相移掩模的条形图案成为平行，而使它们以角度θ倾斜。这是因为在照射的激光的亮度成为极小的位置确保使非晶体半导体膜完全熔化的足够能量的缘故。因为在本实施例中不能严密地调整θ，所以使θ容纳在适当的角度范围内地进行调整。注意，将相移掩模和非晶体半导体膜之间的距离d设定为800μm。
关于如此晶化了的半导体膜，使用扫描型电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope，电子扫描显微镜)法及EBSP(ElectronBack Scatter Diffraction Pattern，电子背散射花样)法，执行该样品面的观察及结晶方位的测定。图26A至27B表示其结果。图26A是对于通过使用相移掩模且适用本发明来晶化的半导体膜的SEM像。图26B是在利用预定的药液蚀刻该半导体膜后获得的SEM像(蚀刻SEM像)。图27A是对于通过适用本发明且使用相移掩模来晶化的半导体膜利用EBSP法进行测定的结果。图27B是对于不使用相移掩模而晶化的半导体膜利用EBSP法进行测定的结果。将图27A和图27B比较，在适用晶化法的图27B中，在无规律的方向上存在无数尺寸小的晶粒。另一方面，可以确认如下事实：在适用本发明而进行晶化的图27A中，多个细长的晶粒的区域占有大部分。此外，该晶粒的长轴方向大体上在一个方向上一致。在半导体膜上存在的大粒径的结晶在长轴方向上大体上为20μm至50μm。如此结晶成为大粒径化，来形成结晶带。此外，也可以确认如下事实：向结晶的长轴方向走向的晶粒界面(结晶带的边界)在一个方向上一致，并且，在晶粒的短轴方向上具有大约3μm的一定周期。显然，这种晶粒至少占有该半导体膜的面积中的90％。
如上所述，通过适用本发明，可以获得多晶半导体膜。该多晶半导体膜由包括粒径大的晶粒的结晶带形成，其中结晶的核生成地方被控制，并且在一个方向上存在的晶界的条数少。通过这样制造晶态半导体膜，可以获得在沟道长度方向上晶界少并且具有高迁移率的半导体装置。
此外，通过将图27A所示的只在一个方向上具有晶界的区域200或没有晶界的区域201用作薄膜晶体管的半导体层，可以制造具有良好电气特性的薄膜晶体管。注意，区域200是长轴方向为10μm、短轴方向为5μm的长方形的区域。
通过使用区域200来制造薄膜晶体管，可以使该薄膜晶体管具有多个结晶带，并且其中从任意一点(点Q)向Y方向画的线可以从区域200的一端一次也不与晶界或结晶带的边界交叉地达到区域200的其他端。通过将这样的区域200用作薄膜晶体管的半导体层，可以制造具有良好电气特性的薄膜晶体管。
此外，区域201由一个结晶带构成，并且在该区域中没有晶界或结晶带的边界。通过将这样的区域20 1用作薄膜晶体管的半导体层，可以与使用单晶半导体时同样地制造具有非常良好电气特性的薄膜晶体管。
在适用本发明而制造的结晶尺寸大的晶体半导体层中，特别通过制造使用一个晶粒的薄膜晶体管，可以制造比现有的薄膜晶体管电气特性飞跃地提高的薄膜晶体管。根据图27A和27B，结晶带的宽度是3μm左右，并且结晶带中的晶粒的长度大于晶粒的宽度，且对其晶粒的尺寸来说，宽度是大约3μm，长度是大约20μm。因此，可以制造这样尺寸的薄膜晶体管。
从而，通过适用本发明，可以在玻璃衬底上制造具有高功能和高附加价值的半导体装置。
注意，本实施例所说明的样品的形式以及晶化的条件是为了实施本发明的一个例子，所以本发明不仅局限于本实施例的条件。
本说明书根据2006年8月31日在日本专利局受理的日本专利申请编号2006-236105而制作，所述申请内容包括在本说明书中。

Claims (29)

1.一种薄膜晶体管，包括：
晶态半导体膜，
其中，所述晶态半导体膜包括一个或多个结晶带，所述多个结晶带分别包括在一个方向上延伸的晶粒，
并且，所述多个结晶带中的至少一个在其中包括源区、沟道形成区以及漏区。
2.一种薄膜晶体管，包括：
晶态半导体膜，
其中，所述晶态半导体膜包括多个结晶带，所述多个结晶带分别包括在一个方向上延伸的晶粒，
并且，所述多个结晶带分别在相邻的结晶带之间包括边界线，
并且，所述边界线从所述薄膜晶体管的源区到漏区与沟道长度方向平行。
3.一种薄膜晶体管，包括：
形成在具有绝缘表面的衬底上的晶态半导体膜，
其中，所述晶态半导体膜包括多个结晶带，所述多个结晶带分别包括在一个方向上延伸的晶粒，
并且，所述多个结晶带分别在相邻的结晶带之间包括边界线，
并且，所述边界线从所述晶态半导体膜的一边到相对于所述一边的另一个边与所述薄膜晶体管的沟道长度方向平行。
4.一种薄膜晶体管，包括：
形成在具有绝缘表面的衬底上的晶态半导体膜，
其中，所述晶态半导体膜包括多个结晶带，所述多个结晶带分别包括在一个方向上延伸的晶粒，
并且，所述多个结晶带的每一个中的晶界的平均出现间隔大于所述多个结晶带的在短轴方向上的间隔。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的薄膜晶体管，其中所述多个结晶带的长轴方向与沟道长度方向一致。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的薄膜晶体管，其中所述多个结晶带的在短轴方向上的长度是一定的。
7.根据权利要求6所述的薄膜晶体管，
其中，所述多个结晶带的在短轴方向上的长度是3μm以下，
并且，所述多个结晶带的在长轴方向上的长度是3μm以上且20μm以下。
8.一种薄膜晶体管，包括：
形成在具有绝缘表面的衬底上的晶态半导体膜，
其中，所述晶态半导体膜包括结晶带，所述结晶带包括在一个方向上延伸的晶粒，
并且，所述结晶带具有3μm以下的第一边和与所述第一边相邻的3μm以上且20μm以下的第二边，
并且，所述晶态半导体膜的沟道形成区在所述结晶带中形成，
并且，在所述晶态半导体膜的沟道形成区中没有横穿沟道长度方向的晶界。
9.根据权利要求1至4和8中任一项所述的薄膜晶体管，其中在所述衬底和所述晶态半导体膜之间形成有基底膜。
10.根据权利要求1至4和8中任一项所述的薄膜晶体管，其中所述晶态半导体膜是包含硅的膜。
11.根据权利要求1至4和8中任一项所述的薄膜晶体管，其中所述衬底是玻璃衬底。
12.根据权利要求1至4和8中任一项所述的薄膜晶体管，其中所述薄膜晶体管被安装在液晶显示装置或EL显示装置中。
13.根据权利要求1至4和8中任一项所述的薄膜晶体管，其中所述薄膜晶体管被安装在选自包括计算机、图像再现装置、手机以及影像拍摄装置的组中的一种中。
14.根据权利要求1至4和8中任一项所述的薄膜晶体管，其中所述薄膜晶体管被安装在选自包括RFID标签、光电转换装置以及CPU的组中的一种中。
15.一种使用连续振荡激光或准连续振荡激光的薄膜晶体管的制造方法，包括：
在具有绝缘表面的衬底上形成非晶体半导体膜；
通过利用光强度调制器来空间性地调制线状激光的光强度，所述光强度调制器在所述激光的长轴方向上周期性地进行调制；以及
对所述非晶体半导体膜照射所述激光，以通过使所述非晶体半导体膜完全熔化，来形成具有在与所述激光的扫描方向一致的方向上生长的结晶带的多晶半导体膜。
16.一种使用连续振荡激光或准连续振荡激光的薄膜晶体管的制造方法，包括：
在具有绝缘表面的衬底上形成非晶体半导体膜；
通过利用光强度调制器来空间性地调制线状激光的光强度，所述光强度调制器在所述激光的长轴方向上周期性地进行调制；
对所述非晶体半导体膜照射所述激光，以通过使所述非晶体半导体膜完全熔化，来形成具有在与所述激光的扫描方向一致的方向上生长的结晶带的多晶半导体膜；以及
通过将杂质引入所述多晶半导体膜的一部分来形成源区及漏区，
其中，包括在所述多晶半导体膜中的结晶带中的至少一个在其中具有所述源区、沟道形成区、以及所述漏区，
并且，所述沟道形成区的沟道长度方向与所述结晶带的长轴方向平行，且可以不与所述结晶带的边界线交叉地画从所述源区延伸到所述漏区的线。
17.根据权利要求15或16所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述光强度调制器是在与所述激光的长轴方向一致的方向上具有凹凸的相移掩模。
18.根据权利要求15或16所述的薄膜晶体管的制造方法，
其中，所述光强度调制器是在对与所述激光的扫描方向平行的方向以一定角度倾斜的方向上具有凹凸的相移掩模，
并且，在所述激光的长轴方向上被周期性地调制的光强度值具有在长轴方向上以一定的间隔交替出现的极大值和极小值，
并且，调整所述角度以使所述极小值成为所述极大值的80％以上。
19.根据权利要求17所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述相移掩模是具有以一定间隔形成有槽的条形图案的透光衬底。
20.根据权利要求19所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述透光衬底是石英衬底。
21.根据权利要求19所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述槽之间的一定间隔与所述槽的宽度相同。
22.根据权利要求18所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述相移掩模是具有以一定间隔形成有槽的条形图案的透光衬底。
23.根据权利要求22所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述透光衬底是石英衬底。
24.根据权利要求22所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述槽之间的一定间隔与所述槽的宽度相同。
25.根据权利要求15或16所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述非晶体半导体膜和多晶半导体膜是使用硅而形成的。
26.根据权利要求15或16所述的薄膜晶体管的制造方法，其中通过使用促进所述晶化的元素来执行所述晶化。
27.根据权利要求15或16所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述薄膜晶体管被安装在液晶显示装置或EL显示装置中。
28.根据权利要求15或16所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述薄膜晶体管被安装在选自包括计算机、图像再现装置、手机以及影像拍摄装置的组中的一种中。
29.根据权利要求15或16所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述薄膜晶体管被安装在选自包括RFID标签、光电转换装置以及CPU的组中的一种中。
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