CN101667538B - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体器件及其制造方法。本发明的目的是提供激光照射设备和方法，其能够减小微晶区在整个被照射区中的比例并能够用激光束均匀地照射半导体膜。通过狭缝阻挡从激光振荡器发射的激光束的低强度部分，该激光束被镜片偏转，用两个凸柱镜将激光束整形成所需的尺寸。然后，向照射表面提供激光束。

Description

半导体器件及其制造方法
本申请是以下申请的分案申请：申请日：2005年8月12日；申请号：200580028275.5；发明名称：“半导体器件及其制造方法”。 
技术领域
本发明涉及一种激光照射设备(包括激光器和将从所述激光器发射的激光束引导至照射目标的光学系统的设备)和激光照射方法，其用于对半导体材料等均匀有效地退火。本发明还涉及一种通过包括激光处理步骤的方法制造的半导体器件及其制造方法。 
背景技术
近年来，在基板上形成薄膜晶体管(以下简称TFT )的技术已经获得了很大进展，并且对有源矩阵显示装置的应用也取得了进步。具体而言，采用多晶半导体膜形成的TFT在场效应迁移率方面优于采用常规非晶半导体膜形成的TFT；因此，有可能实现高速运行。出于这一原因，人们尝试通过与像素形成于同一基板上的驱动电路控制像素，而以前则是通过设置于基板外部的驱动电路对其予以控制的。 
就成本而言，人们希望半导体器件中采用的基板为玻璃基板，而不是石英基板或单晶半导体基板。但是，玻璃基板的耐热性差，并且受热容易变形。因此，当在玻璃基板上采用多晶半导体膜形成TFT时，采用激光照射法(指激光退火)使半导体膜结晶，以防止玻璃基板受热变形。 
与采用辐射热或传导热的其他退火方法相比，激光退火的优点在于，能够极大缩短处理时间，并且能够对基板上的半导体膜有选择地局部加热，几乎不会对基板造成热损害。这里描述的激光退火方法是指使形成于半导体基板或半导体膜中的非晶层或损伤层结晶的技术，以及使形成于基板上的非单晶半导体膜结晶的技术。此外，还包括用于对半导体基板或半导体膜的表面进行平面化处理或修整的技术。 
可以根据振荡方法将激光退火采用的激光振荡器粗略分为两类： 脉冲激光振动器和连续波(CW)激光振荡器。近年来，我们知道，就半导体膜的结晶而言，在采用诸如Ar激光器或YVO4激光器的CW激光振荡器时形成于半导体膜内的晶粒的尺寸大于采用诸如受激准分子激光器的脉控激光振荡器时所形成的尺寸。当半导体膜内的晶粒尺寸变大时，采用这一半导体膜形成的TFT的沟道形成区中的晶界数量降低；因此，迁移率增大。因此，能够采用所制造的TFT开发更为复杂的装置。这就是CW激光器引起人们关注的原因。 
通常，在采用CW YAG激光器或YVO4激光器使半导体器件中经常采用的具有几十到几百nm的厚度的硅膜结晶时，采用波长短于基波的二次谐波。这是因为，相对于半导体膜，二次谐波比基波具有更高的吸收系数，其允许硅膜更为有效的结晶。在通过以激光束照射硅膜而使硅膜结晶的步骤中，几乎未采用基波。 
这一步骤的例子如下：将在二次谐波(532nm)上具有10W功率的CW激光束的形状塑造为沿长轴方向具有300μm的长度，沿短轴方向具有10μm的长度的线性斑，并且束斑沿短轴方向移动，以照射半导体膜。通过一次扫描获得的具有大晶粒的区域具有大约200μm的宽度(在下文中将具有大晶粒的区域称为大晶粒区域)。出于这一原因，为了通过激光照射使基板的整个表面结晶，必须通过如下方式实施激光照射，即按照通过束斑的一次扫描获得大晶粒区的宽度使束斑沿长轴方向发生位移。 
在日本专利申请公开文本No.2003-257885中曾披露了一个发明，其中，利用在照射表面处形状为线性斑的激光束照射半导体薄膜。 
发明内容
图20示出了束斑2001在半导体膜上的照射轨迹和束斑2001的截面A处的能量密度分布。 
通常，以TEM00模式(单横模)从CW激光振荡器发射的激光束的截面具有如图20的2002所示的高斯能量分布，不具有均匀的能量密度分布。 
例如，在束斑中心部分2003处的能量密度被设定为高于阈值(y)，在该阈值处，可获得大到足以在其中形成至少一个TFT的一个晶粒。该晶粒在下文中被称为大晶粒。束斑在其端部2004的能量密度高于 形成晶体区的阈值(x)，低于阈值(y)。因此，在用激光束照射半导体膜时，用束斑的端部2004照射的区域的某些部分未被完全熔化。在该未熔化区中，未形成由束斑的中心部分所形成的大晶粒，而仅仅形成了具有较小粒径的晶粒(下文称为微晶)。 
不能期望形成于微晶所形成的区域中的半导体元件，即形成于用束斑的端部2004照射的区域中的半导体元件具有高的特性。为了避免这种情况，必须要在形成大晶粒的区域中形成半导体元件，即，在由束斑的中心部分2003照射的区域中形成半导体元件。在这种情况下，布局显然受到了限制。因此，需要减小形成微晶的区域(下文将该区域称为微晶区)在被激光束照射的整个区域中的比例。 
为了避免这种情况，给出了一种方法，其中将激光束的强度分布从高斯形改变为平顶形。在例如激光器制造目录中引入过用于将分布整形为平顶形的技术。在该技术中，使用了衍射光学元件或光波导。具有了平顶的强度分布，激光束就能够具有在其端部陡峭的强度分布，这能够剧烈地减少在激光束照射后形成的微晶区。此外，即使在线性束在主轴方向变得更长的时候，也能够减小微晶区。 
如此所述，平顶分布具有优点。然而，该使用衍射光学元件的技术具有一些技术困难且具有高成本，因为衍射光学元件需要精度单位为纳米的微观工艺以获得高性能。使用光波导的技术也有问题，因为波长为532nm的激光束与半导体膜有相干性，激光束的高低强度使得在照射表面上出现干涉条纹。 
尽管具有图20所示的能量分布的激光束被简单地整形为线性或矩形斑，在激光束的端部中的能量密度低于其中心部分。因此，激光束的能量密度分布需要等于或高于用于形成大晶粒区的能量密度。 
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种激光照射设备，其能够减小微晶区在被激光束照射的整个区域中的比例，且能够均匀地对半导体膜进行激光工艺。 
为了实现上述目的，本发明利用了如下结构。要指出的是，这里所述的激光退火技术是指用于结晶非晶区或被例如向半导体基板或半导体膜中注入离子而形成的损伤区的技术，通过用激光束照射半导体膜而结晶形成于基板上的并非单晶体的半导体膜(被称为非单晶半导体膜)的技术，在向非单晶半导体膜中引入诸如镍的结晶诱导元素 之后通过进行激光照射而结晶非单晶半导体膜的技术等。 
此外，还包括用于平坦化或修整半导体基板或半导体膜的表面的技术。这里所述的半导体器件表示所有能够利用半导体特性工作的器件且包括诸如液晶显示装置的电光器件和发光器件，还包括具有此类电光器件作为其组件的电子装置。 
根据本发明的一个方面，激光照射设备包括：激光振荡器；狭缝，用于阻挡从所述激光振荡器发射的激光束的相对端部；聚光透镜；用于将形成于狭缝处的激光束的图像投射到照射表面上的装置；以及用于相对于所述激光束移动所述照射表面的装置。 
根据本发明的另一个方面，激光照射设备包括：第一激光振荡器；第二激光振荡器；波板，用于改变从所述第一激光振荡器发射的激光束的偏振方向；起偏器，用于组合多个束；狭缝，用于阻挡组合激光束的相对端部；聚光透镜，用于将形成于狭缝处的激光束的图像投射到照射表面上；以及用于相对于所述激光束移动所述照射表面的装置。 
在本发明的上述结构中，聚光透镜为多个凸柱镜或凸球镜。 
在本发明的上述结构中，可以使用如下激光振荡器：(1)CW激光器，例如具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或具有多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种所述介质都掺有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中一种或多种作为掺杂剂；固态激光器，例如变石激光器或Ti:蓝宝石激光器；气体激光器，例如Ar激光器或Kr激光器；或者半导体激光器，例如GaN激光器、GaAs激光器或InAs激光器；(2)具有飞秒级脉冲宽度的激光器(1飞秒＝10-15秒，也被称为飞秒激光器)，例如Ti:蓝宝石激光器、使用铬镁橄榄石晶体的激光器或Yb:YAG激光器(通过锁模脉冲宽度变为飞秒级)；或者(3)具有10MHz或更高重复率的脉冲激光器，例如具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或者具有多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种介质都掺有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种作为掺杂剂；Ar离子激光器或Ti:蓝宝石激光器。要指出的是，在本说明书中，陶瓷表示通过加热等由人工制造的无机 固态材料。 
在本发明的上述结构中，如果需要，通过诸如BBO(β-BaB2O4，硼酸钡)、LBO(Li2B4O7，硼酸锂)、KTP(KTiOPO4，磷酸钛氧钾)、LiNbO3(铌酸锂)、KDP(KH2PO4，磷酸二氢钾)、LiIO3(碘酸锂)、ADP(NH4H2PO4，磷酸二氢铵)、BIBO(BiB3O6，三硼酸铋)，CLBO(CsLiB6O10，硼酸锂铯)或KB5(KB5O8·4H2O，五硼酸钾)的非线性光学元件将激光束转换成谐波。 
在本发明的上述结构中，通过利用本发明的激光照射设备，激光照射区中的微晶区的一个宽度在1到20μm的范围内。 
根据本发明，能够提供一种激光照射设备，在用激光结晶半导体膜时，其能够将激光照射区中的微晶区的宽度抑制到1到20μm，且其能够均匀地对半导体膜进行激光工艺。 
附图说明
在附图中： 
图1示意性地示出了本发明； 
图2A和2B示出了激光束的能量密度分布； 
图3示意性地示出了用在本发明中的狭缝； 
图4示意性地示出了根据本发明的激光照射； 
图5A和5B示意性地示出了根据本发明的激光照射； 
图6A到6C示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图7A到7C示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图8A到8B示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图9A到9C示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图10A到10C示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图11A和11B示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图12A和12B示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图13A和13B示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图14示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图15A到15C示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造TFT的工艺； 
图16A到16F示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造存储器的工艺； 
图17A到17D示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造存储器的工艺； 
图18A和18B示意性地示出了根据本发明利用激光照射制造存储器的工艺； 
图19A到19E示意性地示出了根据本发明利用激光辐照制造电子用品的工艺； 
图20示出了激光束的能量密度； 
图21A到21C示意性地示出了本发明的实施例； 
图22示出了本发明的对比实例； 
图23为示出了在根据本发明用激光束照射后半导体膜的表面的照片； 
图24为示出了未用狭缝用激光束照射之后半导体膜的表面的照片； 
图25为图23中的照片的图式； 
图26为图24中的照片的图式； 
图27示出了由本发明的激光照射制造的电子用品的实例；以及 
图28示出了由本发明的激光照射制造的电子用品的实例。 
具体实施方式
 下文参考附图描述本发明的实施模式和实施例。然而，由于能够以很多不同模式实现本发明，本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的模式和细节进行各种变化而不背离本发明的精神和范围。因
此，本发明不限于对实施模式和实施例的描述。 
本发明包括两种主要模式：使用凸柱镜的第一激光照射方法和使用凸球镜的第二激光照射方法。第一激光照射方法还包括两种模式，在其中一种中，激光束垂直进入照射表面，在另一种中，激光束倾斜地进入照射表面。本实施模式在下文中描述了第一激光照射方法。 
图1所示的激光振荡器101不受特定的限制。作为该激光振荡器101，可以使用以下激光振荡器。(1)CW激光器，例如具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或具有多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种所述介质都掺有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中一种或多种作为掺杂剂；固态激光器，例如变石激光器或Ti:蓝宝石激光器；气体激光器，例如Ar激光器或Kr激光器；或者半导体激光器，例如GaN激光器、GaAs激光器或InAs激光器；(2)具有飞秒级脉冲宽度的激光器(1飞秒＝10-15秒，也被称为飞秒激光器)，例如Ti:蓝宝石激光器、使用铬镁橄榄石晶体的激光器或Yb:YAG激光器；或者(3)具有10MHz或更高重复率的脉冲激光器，例如具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或者具有多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种介质都掺有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种作为掺杂剂；Ar离子激光器或Ti:蓝宝石激光器。 
波长约1μm的基波在半导体膜中吸收得并不多，这意味着吸收效率低。然而，在用飞秒激光器发射的基波照射半导体膜时，在激光束的焦点或其附近在一个原子(或分子)中同时吸收了多个光子，即，发生了多光子吸收。结果，激光束能够被半导体膜吸收从而能够熔化半导体膜。 
具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或者具有多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器(每种介质都掺有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种作为掺杂剂)、Ar离子激光器或Ti:蓝宝石激光器能够发射连续波激光束，且也能够通过执行Q-开关操作或模式同步发射重复率为10MHz或更高的脉冲激光束。当以10MHz或更高重复率发射激光束时，在半导体膜被前述激光束熔化 之后且在半导体膜固化之前用激光束照射半导体膜。因此，与使用重复率低的脉冲激光器的情况不同的是，能够在半导体膜中连续地移动固相和液相之间的界面，由此获得在扫描方向上连续生长的晶粒。 
当把陶瓷(多晶体)用作介质时，能够在短时间内以低成本变成所需的形状。在使用单晶体的情况下，通常，使用直径为几个mm且长度为几十个mm的柱形介质；然而，由陶瓷制作的介质可以具有更大的尺寸。 
由于在单晶体或多晶体中不能剧烈地改变直接影响光发射的如Nd或Yb的掺杂剂的平均浓度，通过提高浓度增大激光器的输出功率受到一定程度的限制。不过对于陶瓷来说，能够期望极大地提高输出功率，因为能够将介质做得远大于单晶体。 
此外，就陶瓷而言，能够容易地形成平行六面体或长方体介质。当振荡激光束在具有这种形状的介质中来回行进时，振荡激光束的光程能够变得更长。因此，极大地放大了激光束，由此以高输出功率发射激光束。而且，从平行六面体或长方体介质发射的激光束在其从介质出射处具有正方形截面形状，且还具有几乎均匀的强度分布。因此，与具有圆形束斑的束相比，这种激光束的优势在于能转变为线性束。通过用光学系统对这样发射的激光束整形，能够容易地获得沿其副轴长度为1mm或更小且沿其主轴长度为几个mm到几m的线性束。通过用激励束均匀照射介质，该线性束在其主轴方向具有均匀的能量分布。即使在因为微晶区域的宽度范围从1到20μm而使用长边很长的束斑的情况下，本发明仍然尤其有效。 
当激光束从激光振荡器101发射出来时，利用公知的非线性光学元件，例如BBO、LBO、KTP、KDP、LiNbO3、LiIO3、CLBO、ATP、BIBO或KB5，根据需要将激光束转变为二次到四次谐波中任一种并以TEM00模(单横模)发射。在使用上述飞秒激光器的时候，非线性光学元件不是必须的，因为使用的是基波。 
在提供具有基波或基波的二次到四次谐波任一种的激光束时，能够获得大晶粒。例如，能够使用Nd:YVO4激光器(基波为1064nm)的二次谐波(532nm)或三次谐波(355nm)。此时，激光束的能量密度需要为大约0.01到100MW/cm2(优选0.1到10MW/cm2)。 
从激光振荡器101发射的激光束通过狭缝102。通过提供狭缝102 能够尽可能地阻挡线性或矩形束104相对端的低能量区，以便作用于线性或矩形激光束104的主轴方向。同时，能够调节线性或矩形束104在主轴方向上的长度。也就是说，在刚刚从激光振荡器发射出来之后，激光束具有如图2A所示的能量密度分布；然而，通过狭缝后激光束具有如图2B的实线所示的能量密度分布。 
用于本发明中的狭缝102没有特别限制，只要狭缝具有能在激光束通过狭缝时阻挡激光束的低强度部分的形状或结构即可。例如，可以使用图3所示的狭缝阻挡激光束的一部分。 
该狭缝在其中心具有矩形狭缝开口部分301，在沿着狭缝开口部分301的长边方向的其相对端部具有阻挡板302。根据激光的种类或能量打开和关闭阻挡板302以调节能量分布。 
于是，通过根据激光的种类或能量调节狭缝开口部分301相对端处的阻挡板302，有可能根据需要切除矩形激光束在沿其长边方向的相对端部具有不均匀能量分布的特定部分。 
接着，通过镜片103改变激光束的行进方向。 
之后，通过作用于线性或矩形束104的主轴和副轴方向上的凸柱镜105和106在照射表面上形成线性或矩形束104。在该实施模式中，两个凸柱镜105和106被用作聚光透镜。凸柱镜105和106之一沿线性或矩形束的主轴方向对激光束整形，另一个沿其副轴方向对激光束整形。 
使用凸柱镜105和106的优点在于，可以在主轴方向和副轴方向上独立地聚焦激光束。对凸柱镜没有特别限制，能够使用具有任何结构和任何形状的柱面透镜，只要该柱面透镜能够仅沿一个方向扩展该束以形成矩形、长椭圆形或线性束即可。这种凸柱镜可以在激光束进入一侧具有凸面或者在激光束发射一侧具有凸面，或者在两侧都具有凸面。不过，就精确度和低畸变而言，优选该透镜在激光束进入一侧具有凸面。 
在可以不经任何变化使用从激光振荡器发射的激光束的束直径、输出功率和束形状时，不一定要使用两个凸柱镜。此外，当压缩激光束同时保持激光束在从振荡器发出处的主轴和副轴之间的长度比时，可以使用凸球镜而不是凸柱镜。 
其上形成有半导体膜的基板107由玻璃制成且被固定到抽吸台 108，使其在激光辐照期间不会跌落。利用X台109和Y台110在平行于半导体膜的表面的平面上反复沿着XY方向移动抽吸台108，以结晶半导体膜。 
由于在线性或矩形激光束的相对端能量不够，因此半导体膜得不到完全熔化。因此形成了微晶区。不过，由于能够在激光束被提供到半导体膜之前阻挡不具有足够能量的线性或矩形激光束的相对端部，因此能够均匀地结晶半导体膜。 
[实施例1] 
本实施例描述了第一激光照射方法和设备，其中，其低强度部分被阻挡的激光束垂直进入照射表面。由于在本实施例中使用与实施模式中相同的图式，因此用相同的附图标记表示相同的元件。 
图1中的激光振荡器101为锁模脉控激光振荡器，具有10W的输出功率、80MHz的重复率、10ps的脉冲宽度、532nm的波长、1.0mm的束直径和TEM00模式(单横模)。这里所用的锁模脉冲激光器具有的重复率远远高于常规脉冲激光器几十到几百Hz的重复率。据认为，在用脉冲激光束照射半导体膜之后需要几十到几百ns来彻底固化半导体膜。在脉控激光振荡器具有10MHz或更高的重复率的条件下，可以在半导体膜被前述激光束熔化之后且在半导体膜被固化之前利用激光束照射半导体膜。 
与使用常规脉冲激光器的情况不同的是，能够在半导体膜中连续地移动固相和液相之间的界面，由此形成在扫描方向上连续生长的晶粒。具体而言，形成了晶粒集合体，每个晶粒在扫描方向上具有10到30μm，优选10到60μm的宽度，在垂直于扫描方向的方向上具有1到5μm的宽度。 
从激光振荡器发射的激光束通过狭缝102，以便阻挡激光束的低强度部分。通过提供狭缝102以便作用于线性或矩形束的主轴方向，能够消除线性或矩形束在其相对端的低能量部分。同时，能够调节线性或矩形束在主轴方向上的长度。也就是说，尽管激光束具有如图2A所示的能量密度分布；然而，通过狭缝后获得了具有如图2B的实线所示的能量密度分布的激光束。 
接着，通过镜片103改变激光束的行进方向。尽管在本实施例中 改变了其行进方向使之垂直于基板，也可以改变其行进方向使之相对于基板倾斜。 
之后，通过作用于线性或矩形束的主轴和副轴方向上的凸柱镜105和106在照射表面上形成线性或矩形束并将其提供给半导体膜。在本实施例中，两个凸柱镜105和106之一沿主轴方向对激光束整形，另一个沿副轴方向对激光束整形。由于柱面透镜在一个方向具有曲率，有可能仅在一维方向上聚集或扩展激光束。因此如此设置两个柱面透镜，使得它们之一具有在X轴台工作的方向(以下简称X方向)上的母线，而另一个具有在Y轴台工作的方向(以下简称Y轴方向)上的母线。这样就能够在X轴方向和Y轴方向上将照射表面上的束斑尺寸改变到任意程度。因此，光学对准变得更容易，且对准的自由度增大了。 
其上形成有半导体膜的基板107为铝硼硅酸盐玻璃、钡硼硅玻璃等制成的玻璃基板、石英基板、陶瓷基板、不锈钢基板、以塑料基板或丙烯酸基板为代表的柔性基板、或者单晶半导体基板(以N型或P型单晶硅基板、GaAs基板、InP基板、GaN基板、SiC基板或ZnSe基板为代表)。将基板107固定到抽吸台108，以在激光照射期间不跌落。利用X台109和Y台110在平行于半导体膜的表面的平面上反复沿着XY方向移动抽吸台108，以结晶半导体膜。 
根据本发明，能够抑制在线性或矩形束的相对端的能量不足且激光照射区中的微晶区的宽度在1到20μm的范围内，由此均匀地退火半导体膜。 
将利用本发明进行激光照射之后半导体膜的表面状态与未利用本发明的进行比较。图23示出了在利用本发明的时候半导体膜的表面，而图24示出了未使用狭缝提供激光束的时候半导体膜的表面。两副图都示出了半导体膜的俯视图。要指出的是图25和26分别对应于图23和24。 
当用线性或矩形激光束照射半导体膜时，由束斑的中心部分照射的区域变成大晶粒区域。大晶粒区对应于图24中在中央的均匀状态的区域和图26中的区域(a)。大晶粒区具有210μm的宽度。在图24和26中，在与大晶粒区(图26中的区域(b))的相对端邻接的区域中在30到40μm范围的宽度内分别形成有具有较小粒径的晶粒(微 晶)。在图24中，微晶区的一个宽度估计为32μm。微晶区宽度与大晶粒区宽度之比为(32×2/210)×100＝30(％)。 
在使用狭缝的情况下，能够极大地减小形成于大晶粒区相对端的微晶区的宽度，以处于1到20μm的范围内。随着沿主轴方向形成于照射表面上的束斑的长度变长，使用狭缝的有利效果就变高。微晶区的宽度变成大晶粒区宽度的5％或更小。此外，就图23而论，已经确认，微晶区的宽度为大晶粒区宽度的3％或更小。在图23中，在用束斑的中心部分照射的区域(图25中的区域(a))中，大晶粒区形成为210μm宽。在与该区域邻接的区域(图25中的区域(b))中，形成了微晶。微晶区的一个宽度估计为2.8μm。微晶区宽度与大晶粒区宽度之比为(2.8×/210)×100＝2.6(％)。 
[实施例2] 
在本实施例中使用了两个CW激光器。在将从这两个CW激光器发射的激光束组合之后，组合的激光束通过本发明的光学系统并被提供。 
在图4中，激光器401和402是公知的CW激光器。例如，可以使用CW固态激光器，如具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或者具有多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种介质都掺有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种作为掺杂剂；变石激光器或Ti:蓝宝石激光器。此外，可以使用CW半导体激光器，例如GaN激光器、GaAs激光器或InAs激光器，或CW气体激光器，例如Ar激光器。 
通过公知的非线性光学元件，例如BBO、LBO、KTP、KDP、LiNbO3、LiIO3、CLBO、ATP、BIBO或KB5，将从激光器401和402发射的激光束转换为谐波。由于半导体激光器是由其自身发光来泵浦的，因此能量效率高于用闪光灯泵浦的固态激光器。 
在本实施例中，激光器401和402为CW YAG激光器。通过非线性光学元件将从激光振荡器401和402发射的激光束转换成二次谐波。这里所用的激光束优选具有550nm或更短的波长且具有极高的输出稳定性。 
使用装备有半波板403、偏振分束器404、狭缝405、镜片406和407以及凸柱镜408和409的设备组合激光束。 
当从两个激光器401和402发射的激光束具有同样的偏振方向时，不能组合激光束。因此，第一激光束通过半波板403以使其偏振方向旋转90°。于是，第一和第二激光束的偏振方向被设置成独立的。利用镜片406等，第二激光束进入偏振分束器。然后，通过偏振分束器404组合第一和第二激光束。将组合的激光束引入狭缝，以便阻挡激光束的低能量部分。然后，激光束在镜片407上被反射。随后，组合的激光束通过两个凸柱镜408和409，以便在主轴方向和副轴方向上调节激光束的长度，然后，将激光束提供给半导体膜410。当在狭缝405之前设置使用衍射光学元件的均化器、光波导等时，能够进一步均化能量分布，且当从主轴方向观察时其形状变成矩形。 
当组合从激光振荡器401和402发射的激光束以在狭缝处形成一个图像时，实际上，由于光学系统的对准，形成图像的组合的束在通过狭缝405之后分开了。在不采取任何措施的时候，分开的激光束不会再次组合。然而，通过在镜片407上反射之后通过两个柱面透镜408和409或凸球镜，能够再次组合激光束以在半导体膜410上形成一个图像。亦即，通过两个柱面透镜408和409或凸球镜，狭缝处的图像和半导体膜上的图像成共轭关系。 
为了结晶基板上的半导体膜410，在沿着主轴方向偏移适当照射间距的同时，沿着垂直于主轴方向的方向移动线性束。固定激光振荡器和光学系统(半波板403、偏振分束器404、镜片407和柱面透镜408和409)并使用X台411和Y台412移动基板，从而在基板上移动线性束，以此进行该操作。 
在本实施例中，使用了多个激光振荡器并将从多个激光振荡器发射的激光束组合。此外，在组合的激光束通过本发明的光学系统之后，进行激光结晶，在光学系统中，将狭缝与两个凸柱镜或凸球镜结合使用。 
根据以上特征，能够制造具有更窄微晶区的半导体膜。通过利用本发明，能够使激光辐照区中的微晶区宽度在1到20μm的范围内。 
此外，当组合两个激光束以沿着如图5A所示的箭头方向进行激光照射时，能够使束斑比仅使用一个激光振荡器沿如图5B所示箭头 的方向形成的束斑大，因为能够一次将两个激光振荡器的能量赋予半导体膜501。根据本发明，能够使具有大晶粒的半导体膜502的宽度加倍。 
常规上，微晶区和脊形成于相邻的结晶区之间的边界处；因此，TFT不是跨越相邻的结晶区制造的。然而，由于设计的原因，需要在各种位置布置TFT。也就是说，为了在有限的面积中提高集成度，必须要跨越结晶区设置TFT。然而，当以这种方式形成TFT时，TFT中的半导体膜的结晶状态有所变化。由于电子用品的特性取决于在电子电路中具有最低电子迁移率的一个TFT，因此这一部分是一个瓶颈。 
图21A到21C示出了在执行激光照射后TFT的布局一例。具体而言，示出了发光元件像素的TFT布局。附图标记2100表示半导体层；2101，源极信号线；2102，栅极信号线；2103，电流供应线；2104，开关TFT；2105，驱动TFT；2106，电容器；以及2107，发光元件。图22中由附图标记2201表示的部分对应于图20中由端部2004照射的区域(微晶区)。 
常规上，即使在图22的微晶区2201中也要形成TFT；然而，如图21C所示，通过进行本发明的激光照射，能够将激光照射区中的微晶区2109的宽度减少到1到20μm的范围内。因此，提高了布置TFT的自由度。具体而言，通过使用本实施例中所描述的方法，激光照射区具有500μm的宽度，允许更自由的TFT布局。 
通过执行如本实施例所示的激光照射，提高了布置TFT的自由度。通过在如此形成的微晶区2109中形成线路，与在激光照射中使用一个激光振荡器的情形相比，半导体器件可以被制作地更紧凑，占用更小面积，且能够提高成品率。 
尽管本实施例示出了使用两个CW激光器作为例子，也可以使用在实施模式或另一实施例中描述的飞秒激光器或重复率为10MHz或更高的脉冲激光器。 
可以将本实施例与实施模式和另一实施例自由组合。 
[实施例3] 
本实施例描述了利用由本发明的激光照射设备结晶的半导体膜 制造可剥型双栅极TFT的例子。 
如图6A所示，在具有绝缘表面的第一基板601上方按顺序形成金属膜602、含有金属膜602中的金属元素的氧化物膜(该氧化物膜以下简称金属氧化物膜603)以及氧化硅膜604。第一基板601可以是任何基板，只要该基板能够经受以下步骤。例如，可以使用玻璃基板、石英基板、陶瓷基板、硅基板、金属基板或不锈钢基板。 
在本实施例中，将W(钨)用于金属膜602。或者，可以用从Ti、Ta、Mo、Nd、Ni、Co、Zr、Zn、Ru、Rh、Pd、Os和Ir中选择的金属，含有这些元素作为其主要成分的合金材料，或者这些元素中任一种与氧、氮等的化合物材料，以单层或多层结构形成该金属膜602。该金属膜602可以通过例如使用金属靶材的溅镀法形成。金属膜602的厚度可以设置为10到200nm，优选50到75nm。 
作为对金属膜602的替代，可以使用上述金属的氮化物(例如氮化钨或氮化钼)膜。此外，作为对金属膜602的替代，可以使用上述金属的合金膜(例如W-Mo合金：WxMo1-x)。在这种情况下，可以在成膜室内利用多个第一金属(W)和第二金属(Mo)的靶或者第一金属(W)和第二金属(Mo)的合金靶通过溅镀法形成该合金膜。 
此外，可以将氮或氧加入金属膜602中。作为加入氮或氧的方法，可以将氮或氧离子注入金属膜中，或者可以通过在填充有氮或氧气氛的成膜室中用溅镀法形成金属膜602。或者，可以将金属氮化物用作靶材。 
在形成金属膜602之后，形成金属氧化物膜603。具体而言，通过热氧化金属膜602的表面或者通过溅镀法等形成金属氧化物膜603。在本实施例中，由于是用钨形成的金属膜602，因此用具有钨的氧化物膜(WOx(x＝2到3))形成金属氧化物膜603。 
接着，在氧化硅膜604上方形成导电膜605，其将成为电极，以后充当TFT下部中的栅电极(该电极以下简称下电极600)。可以用掺有金属或具有一种导电类型的杂质的多晶半导体形成导电膜605。在使用金属的情况下，可以使用钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铝(Al)等。在本实施例中，用钨将导电膜605形成50nm厚。导电膜605的厚度可以在20到50nm的范围内。 
然后，利用掩模(例如抗蚀剂掩模)通过蚀刻形成下电极600(图 6B)。例如，可以通过施加氧等离子体使抗蚀剂掩模变窄。在这种工艺之后进行蚀刻时，将成为栅电极的下电极600可能是倾斜的。 
可以通过印刷法或小滴释放法直接形成下电极600，小滴释放法以能够将材料释放到预定位置的喷墨法为代表。利用这种方法，能够不用掩模形成下电极600。 
图6C示出了下电极600的俯视图，而图6B对应于沿图6C的a-b获得的截面图。 
接着，如图7A所示，形成第一栅极绝缘膜701。第一栅极绝缘膜701至少含有氧或氮。在本实施例中，形成50nm厚的氧氮化硅膜(SiNxOy)(x＞y)(x，y＝1，2...)701a，并形成100nm厚的氮氧化硅膜(SiOxNy)(x＞y)(x，y＝1，2...)701b。然而，堆叠膜的顺序和膜厚不限于此。 
接着，形成非单晶半导体膜702a。通过低压热CVD法、等离子体CVD法、溅镀法等形成该非单晶半导体膜702a。此外，可以使用硅烷(SiH4)作为材料形成非单晶半导体膜702a。 
接着，形成绝缘膜700以便覆盖非单晶半导体膜702a。在本实施例中，形成氧化硅膜。或者，可以将氧氮化硅膜或氮化硅膜用作绝缘膜700的材料。在本实施例中，通过溅镀法用氧化硅形成300nm厚的绝缘膜700。这里形成的氧化硅膜用于物理地压住半导体膜，以便防止半导体膜因激光照射而剥落。 
接着，使用本发明的激光照射设备进行激光照射以结晶非单晶半导体膜702a，由此形成晶体半导体膜702b。通过利用本发明的激光照射设备进行激光照射，能够使激光辐照区中的微晶区宽度减少到1到20μm的范围内。因此，利用这种半导体膜形成的TFT具有优异而均匀的特性。而且，由于对布局和尺寸的限制减小很多，能够显著放宽制造半导体器件的设计规则。通过在微晶区中形成线路，能够实现更大的空间节省和半导体器件成品率的提高。由于通过利用本发明不适用于半导体器件的区域显著减小，能够提高成品率并减小成本。 
然后，除去晶体半导体膜702b上方的绝缘膜700并形成第二栅极绝缘膜703。可以用至少含有氧或氮的绝缘膜以和第一栅极绝缘膜701相同的方式形成第二栅极绝缘膜703。在本实施例中，形成40nm厚的氧氮化硅膜(SiNxOy)(x＞y)(x，y＝1，2...)。 
接着，在其上形成第二导电膜707，其为一电极，以后充当TFT上部中的栅电极(该电极以后简称上电极704)。第二导电膜707仅需要是与下电极600具有相同电导率的膜。在本实施例中，使用了含有W(钨)和TaN(氮化钽)的多层膜。 
为了将第二导电膜707构图成预定形状，在整个第二导电膜707上方形成掩模，例如抗蚀剂掩模。接着，利用下电极600作为掩模进行后侧曝光，由此形成抗蚀剂掩模705。利用抗蚀剂掩模705，构图第二导电膜707以形成上电极704。 
作为另一种方法，可以利用印刷法或小滴释放法直接形成上电极704，小滴释放法以能够将材料释放到预定位置的喷墨法为代表。 
图7C示出了在第二导电膜707上方提供有抗蚀剂掩模705的俯视图，而图7B示出了沿图7C的a-b获得的截面图。 
然后，利用构图后的上电极704作为掩模对晶体半导体膜702b掺以杂质元素，由此形成如图8A所示的杂质区706。 
然后，提供线路以分别控制下电极600和上电极704。这里，去除部分上电极704，以便提供接触孔，以利用线路连接到下电极600。此时，可以在上电极704上方形成掩模，例如抗蚀剂掩模，并可以蚀刻上电极704的一部分。 
图8B示出了已经蚀刻了部分上电极704的俯视图，而图8A示出了沿图8B的a-b获得的截面图。 
在以同样方式控制下电极600和上电极704的情况下，不必除去部分上电极704。在这种情况下，在提供于下电极600上方的第一栅极绝缘膜701中形成接触孔，并在该接触孔中形成上电极704，由此连接下电极600和上电极704。 
此外，如图9A所示，可以在导电膜704a上方形成导电膜704b，由此利用包括多层的导电膜形成上电极704。在本实施例中，可以使用例如抗蚀剂掩模的掩模将导电膜704b构图成预定形状，或者，可以通过印刷法或以能够将材料释放在预定位置的喷墨法为代表的小滴释放法直接形成导电膜704b。然后，可以将杂质元素与所提供的导电膜704b掺在一起。此时，可以形成低浓度杂质区(LDD区)900以与导电膜704a重叠。 
然后，形成绝缘膜901以便覆盖上电极704(即，导电膜704a 和704b)。可以用至少含有氮或氧的绝缘膜形成绝缘膜901，例如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)(x＞y)或氧氮化硅(SiNxOy)(x＞y)(x，y＝1，2...)。在本实施例中，使用了氮氧化硅。具体而言，通过依据等离子体CVD法形成绝缘膜901，绝缘膜901可以含有很多氢。含氢是优选的，因为氢减少半导体膜702b中的悬空键。因此，优选对所提供的绝缘膜901进行热处理。 
接着，通过形成层间绝缘膜902以覆盖绝缘膜901可以提高平坦度。可以用有机材料或无机材料形成这种层间绝缘膜902。该有机材料例如是，聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺-酰胺、抗蚀剂、苯并环丁烯、硅氧烷等。硅氧烷是以表示为-Si-O-Si-(硅氧烷键)的硅和氧的键为基本单元的材料，其具有硅与氟、脂族碳氢化物、芳香族碳氢化物等结合的结构。无机材料例如是至少含有氧或氮的绝缘膜，例如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)(x＞y)或氧氮化硅(SiNxOy)(x＞y)(x，y＝1，2...)。作为用于层间绝缘膜902的材料，可以使用聚硅氮烷(一种无机聚合物，以-(SiH2NH)-结构作为基本单元并通过加热形成陶瓷绝缘体)。此外，可以将聚硅氮烷和有机材料的络合物用作层间绝缘膜902。 
层间绝缘膜902可以是这些绝缘膜的多层。具体而言，如果绝缘膜是用有机材料形成的，平坦度得到提高；然而，有机材料吸收了水汽或氧。为了防止这种情况，优选在有机材料形成的绝缘膜上方形成由无机材料形成的绝缘膜。当使用在无机材料中具有氮的绝缘膜时，能够防止诸如Na的碱离子的侵入。 
在形成层间绝缘膜902之后可以执行形成绝缘膜901之后的热处理。 
然后，在层间绝缘膜902、绝缘膜901和第二栅极绝缘膜703中形成接触孔，然后形成与杂质区706连接的线路903。 
此外，可以在线路903上方形成绝缘膜充当保护膜。这种绝缘膜可以用至少含有氧或氮的绝缘膜形成，例如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)(x＞y)或氧氮化硅(SiNxOy)(x＞y)(x，y＝1，2...)。尤其优选使用含有氮的绝缘膜以便防止杂质元素的侵入。 
图9C示出了连接到下电极600的线路904以及连接到上电极704(导电膜704a和704b)的线路905的俯视图。沿图9C的a-b的截 面图对应于图9B。 
通过这种方式，能够形成具有下电极600和上电极704(导电膜704a和704b)的双栅极TFT。双栅极TFT的下电极600具有能够单独控制下电极600和上电极704的特征。 
对于制造微观TFT而言，由于TFT尺寸的降低，必须要减小栅极绝缘膜的物理膜厚。然而，在该膜过薄的时候，即使在向上电极704中输入关闭信号时也会有电流流动，因此妨碍了低功耗。此时，可以通过控制下电极600来获得关闭状态。因此，能够实现低功耗。此外，下电极600还能够控制阈值电压(Vth)。 
此外，在本实施例中示出的双栅极TFT中，可以利用下栅电极和半导体层，通过在其间夹置绝缘层来形成电容器。 
在于金属氧化物膜603处剥离之后，可以通过粘合装置将根据上述工艺制造的TFT粘合到例如柔性基板的另一基板。被剥离之后的基板601可以重新使用。 
[实施例4] 
本实施例描述了使用根据本发明的激光照射设备和激光照射方法在同一基板上制造各种TFT的例子。 
如图10A所示，在具有绝缘表面的基板1000上形成基膜1001。在本实施例中，将玻璃基板用作基板1000。作为本实施例中使用的基板，可以使用由钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃等制成的玻璃基板、石英基板、陶瓷基板、不锈钢基板等。尽管由塑料或丙烯酸为代表的柔性材料制造的基板与其他基板相比对热具有较低的抵抗力，仍可以使用柔性材料制造的基板，只要基板能抵抗该步骤的处理即可。 
提供基膜1001是为了防止碱土金属或诸如Na的碱金属从基板1000扩散到半导体中。当此类金属在半导体中时，碱土金属和碱金属对半导体元件的特性带来不利影响。因此，用能够防止碱土金属和碱金属扩散到半导体中的绝缘膜，例如氧化硅、氮化硅或氧氮化硅形成基绝缘膜1001。基绝缘膜1001形成单层或多层结构。在本实施例中，通过等离子体CVD(化学气相淀积)法形成厚度为10到400nm的氧氮化硅膜。 
当基板1000含有甚至少量的碱土金属或碱金属时，例如玻璃基 板或塑料基板时，提供基膜以防止杂质扩散是有效的。然而，当使用其中的杂质扩散不会导致显著问题的基板1000，例如石英基板时，不必提供基膜1001。 
接着，在基膜1001上方形成非单晶半导体膜1002。通过公知的方法(溅镀法、LPCVD法、等离子体CVD法等)形成25到100nm厚(优选30到60nm厚)的非单晶半导体膜1002。可以用硅、硅锗等形成非单晶半导体膜1002。在本实施例中，使用了硅。在使用硅锗的情况下，锗的浓度优选为大约0.01到4.5原子百分比。 
随后，如图10B所示，利用根据本发明的激光照射设备用激光束1003照射非单晶半导体膜1002。在本实施例中，激光束1003以TEM00模式(单横模)从在二次谐波处提供10W的Nd:YVO4激光器发射并通过柱面透镜1004和1005。 
不仅可以使用上述激光器，还可以使用以下激光器：CW激光振荡器、发射飞秒级脉冲宽度(1飞秒＝10-15秒)的激光束的激光振荡器(也被称为飞秒激光器)、或者具有10MHz或更高重复率的脉冲激光器。 
可用的CW激光振荡器例如是，固态激光器，如YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、GdVO4激光器或Y2O3激光器；气体激光器，如Ar激光器；或者半导体激光器，如GaN激光器、GaAs激光器或InAs激光器。适用的飞秒激光器例如是，Yb:YAG激光器、Ti:蓝宝石激光器或使用铬镁橄榄石晶体的激光器。适用的具有10MHz或更高重复率的脉冲激光器例如是，具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或者具有多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种介质都掺有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种作为掺杂剂；Ar离子激光器或Ti:蓝宝石激光器。 
如果必要，通过公知的非线性光学元件，例如BBO、LBO、KTP、KDP、LiNbO3、LiIO3、CLBO、ATP、BIBO或KB5，将激光束1003转换为谐波。尽管通过这类非线性光学元件将激光束1003转换成二次谐波，但是可以将激光束1003转换成除二次谐波之外的谐波。由于半导体激光器是通过自身发光泵浦的，因此能量效率高。 
根据本发明的激光照射设备和激光照射方法，除了形成了在扫描 方向上连续生长的晶粒之外，在相邻的激光照射区之间的边界处能够将微晶区的宽度减小到1到20μm的范围内。通过在微晶区中形成线路，能够高效使用空间，由此有助于半导体器件的微型化。 
利用狭缝能够阻挡激光束的低强度部分。因此，能够均质地提供具有预定强度或更高强度的线性或矩形激光束。这样就能够制造具有优异性能且不随各TFT而变化的TFT，并能够通过利用这些TFT来制造具有优异性能且没有变化的电子用品。 
然后，如图10C所示，构图由激光照射形成的晶体半导体膜1006，由此形成岛形半导体膜1007。此外，形成栅极绝缘膜1008，以覆盖岛形半导体膜1007。用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等通过CVD法或溅镀法形成栅极绝缘膜1008。这里，通过等离子体CVD法形成115nm厚的氧氮化硅膜。在TFT具有1μm或更小沟道长度的情况下(以下称为亚微米TFT)，优选形成厚度为10到50nm的栅极绝缘膜。 
这里，在同一基板上制造了四种TFT：(a)N沟道TFT(包括LDD区)，(b)电容器元件，(c)N沟道TFT(单漏极)和(d)P沟道TFT(单漏极)。 
首先，如图11A所示，在部分(a)、(c)和(d)中形成抗蚀剂1101以覆盖栅极绝缘膜。然后，将赋予N型导电性的杂质元素仅添加到电容器(b)中。作为赋予N型导电性的杂质，给出了P(磷)、As(砷)等。 
接着，如图11B所示，除去形成于部分(a)、(c)和(d)中的抗蚀剂1101，然后在整个表面上形成将变成栅电极的导电膜1102。在本实施例中，形成30nm厚的TaN(氮化钽)作为第一导电膜1102a，并形成300nm厚的W(钨)作为第二导电膜1102b。栅电极1102可以具有单层或多层结构。可以用Ta、W、Ti、Mo和Al元素或含有上述元素作为主要成分的合成材料或化合物材料形成导电膜。 
此外，形成抗蚀剂掩模1103，用于将第一导电膜1102a和第二导电膜1102b构图成预定形状。通过旋涂法等将光致抗蚀剂涂布到第二导电膜上。然后，对所涂布的光致抗蚀剂执行热处理，即所谓的预焙烧。预焙烧的温度设定在50到120℃，低于后面将要执行的后焙烧的温度。在本实施例中，在90℃下执行90秒的预焙烧。 
然后，将显影溶液滴落到光致抗蚀剂，或者从喷嘴喷洒显影溶液，从而显影被曝光的光致抗蚀剂。 
在125℃下对被显影的光致抗蚀剂进行180秒的后焙烧，以便除去保留在抗蚀剂掩模1103中的水分等，并同时提高对热的稳定性。通过后焙烧，形成了抗蚀剂，其在端部具有倾斜形状，且具有下底长于上底的梯形形状。 
在形成亚微米TFT的情况下，各向同性地蚀刻通过上述方法形成的抗蚀剂掩模1103a以使线宽变窄。利用如此被窄化的抗蚀剂掩模1103b，构图导电膜。与抗蚀剂掩模的倾斜形状的方式相同，第一导电膜1102a和第二导电膜1102b在它们的端部具有倾斜形状(图12A)。 
经蚀刻的第二导电膜1102b具有0.2到1.0μm范围内的栅极长度。此外，第二导电膜1102b具有如图12B所示的通过各向异性蚀刻第二导电膜1102b获得的形状。根据这种方法，形成了栅极长度为1.0μm或更小的非常小的栅电极1201。 
用于诸如驱动器、CPU(中央处理单元)或射频ID标签的功能电路的晶体管需要更小且在更高速度下工作；因此，希望晶体管的微型化。根据这种方法，能够构图导电膜以具有1μm或更小的宽度，这有助于微型化和高速工作。 
然后，如图13A所示，通过O2灰化或抗蚀剂剥离溶液除去抗蚀剂掩模。然后，利用栅电极作为掩模在整个表面上加入赋予N型导电性的杂质元素(P(磷))，由此在半导体膜中形成杂质区。例如，可以加入磷化氢(PH3)等。 
接着，如图13B所示，用抗蚀剂覆盖(a)的一部分以及(b)和(d)的整个表面。对于(a)使用抗蚀剂作为掩模，对于(c)使用栅电极作为掩模，以加入磷(P)，其为赋予N型导电性的杂质元素。 
在区域(a)中，从半导体膜的端部按顺序形成源极区1301(或漏极区)、低浓度杂质区1302和低浓度区与充当栅电极的TaN重叠的区域1303。在充当栅电极的W(钨)正下方的部分变成沟道区1304。于是，在区域(a)中形成了具有LDD区的N沟道TFT。 
在区域(c)中，含有大量磷(P)的半导体膜的端部充当源极和漏极区1305。源极区和漏极区在其间夹置沟道区1306。源极区和漏极区包括与充当栅电极的TaN重叠的区域1307。于是，在区域(c)中，形成了单漏极型N沟道TFT。 
此外，如图14所示在区域(a)到(c)中形成抗蚀剂掩模以仅向区域(d)中加入硼(B)，其为赋予P型导电性的杂质元素。在区域(d)中，半导体膜的端部充当源极和漏极区1401。源极区和漏极区在其间夹置沟道区1402。此外，源极区和漏极区包括与充当栅电极的TaN重叠的区域1403。于是，在区域(d)中，形成了具有单漏极结构的P沟道型TFT。在区域(b)中，将形成要成为电容器的TFT。 
以下步骤与全部的(a)到(d)中的相同。如图15A所示，除去区域(a)到(c)中的抗蚀剂并形成帽盖氧化物膜1501以覆盖TFT。在本实施例中，通过公知的如等离子体CVD法或溅镀法的方法形成50nm厚的SiON(氮氧化硅)。 
接着，激活加入到TFT中的半导体膜中的杂质元素。在本实施例中，在570℃下通过GRTA方法执行3分钟的激活。可以在填充有氮气氛的炉内在500到800℃下执行激活。 
然后，如图15B所示，形成绝缘膜1502和1503以覆盖帽盖氧化物膜1501。可以用至少含有氧或氮的绝缘膜，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氧氮化硅形成绝缘膜1502和1503。在本实施例中，用氧氮化硅形成100nm厚的绝缘膜1502，且用氮氧化硅形成500nm厚的绝缘膜1503。具体而言，通过使用等离子体CVD法，绝缘膜1502和1503能够包含很多氢。此外，通过在410℃下执行1小时热处理，利用半导体膜中的氢减少半导体膜中的悬空键。 
接着，如图15C所示，在栅极绝缘膜和绝缘膜中形成接触孔，并形成与杂质区连接的线路1504。在本实施例中，按顺序堆叠60nm厚的Ti、40nm厚的TiN、700nm厚的Al-Si以及100nm厚的Ti，然后烧结Ti、TiN、Al-Si和Ti。通过这些步骤，在同一基板上形成了具有LDD结构的N沟道TFT、电容器元件、具有单漏极结构的N沟道TFT和具有单漏极结构的P沟道TFT。 
[实施例5] 
可以将利用本发明的激光照射设备制造的TFT用于薄膜集成电路或非接触薄膜集成电路装置(也被称为射频IC标签或RFID(射频识别))。通过使用在另一实施例中示出的制造方法，能够将薄膜集成电路和非接触薄膜集成电路用作标签或存储器。 
射频IC标签的ID能够容易发出，且能够隔一距离读取该ID的信息。因此，需要保护隐私。例如，在购物完并读取完ID之后，存在着购物袋中的东西被隔开一定距离扫描的风险。此外，可以通过服装或财物识别出个人。也就是说，人们不能携带任何附有ID号的物品出行，否则就有违背意愿被读取信息并认出他们的风险。此外，诸如编译来自ID和个人信息的数据库的行为，即所谓的计算机辅助姓名确认会增加，且由于盗取和更改泄漏信息，伪造产品和伪造货物的数量可能会增加。 
因此，用于射频IC标签的存储器优选是能够擦除或破坏掉数据的存储器或者对读取进行限制的存储器。前者可以通过使用闪速存储器实现，后者可以通过使用具有多个非易失性存储器的一次写入存储器实现。 
在本实施例中，展示了作为EEPROM(电可擦除可编程ROM)之一的闪速存储器的例子作为构成射频IC标签的部分的存储器。 
EEPROM公知为典型的半导体非易失性存储器。浮置栅极存储器是一种EEPROM，具有充当电荷积聚层的多晶硅层或导电层。以下描述一例，其中，不是使用导电层或多晶硅层，而是使用硅量子结构(硅点，即硅晶体的微颗粒)作为浮置栅电极来制造存储器。 
尺寸为10nm或更小的硅点尤其具有在三维方向中限制电子的量子效应，因此具有与普通硅单晶完全不同的性质。例如，硅点具有通过施加电压而释放电子的性质。由于电荷是量子化的，因此可以通过仅仅交换一个电子而操作晶体管。 
如图16A所示，在基板1601的上方形成非单晶半导体膜1602a。该基板1601可以是例如：以铝硼硅酸盐玻璃、钡硼硅玻璃等制成的基板为代表的玻璃基板、石英基板、陶瓷基板、不锈钢基板、以塑料基板或丙烯酸基板为代表的柔性基板、单晶半导体基板(典型的是N型或P型单晶硅基板、GaAs基板、InP基板、GaN基板、SiC基板或ZnSe基板为代表)等。此外，还可以使用SOI(绝缘体上硅)基板。 
在使用上述基板的情况下，当需要与基板接触的基膜(未示出)时，适当地形成基膜。提供基膜是为了防止基板中的碱土金属或诸如Na的碱金属扩散到半导体膜中。当此类金属在半导体中时，碱土金属和碱金属对半导体元件的特性带来不利影响。因此，用能够抑制碱 土金属和碱金属扩散到半导体中的绝缘膜，例如氧化硅、氮化硅或氧氮化硅形成基膜。此外，基膜可以提供为单层或多层结构。在使用杂质扩散不会导致任何显著问题的基板，例如石英基板时，不需要基膜。在本实施例中，基板1601包括基膜。 
在基板1601上形成非单晶半导体膜1602a之后，通过光刻步骤和蚀刻步骤将非单晶半导体膜1602a蚀刻成所需的形状。非单晶半导体膜1602a的材料可以是硅(Si)、锗(Ge)、硅-锗合金或诸如碳化硅或砷化镓的化合物半导体材料。通过诸如低压热CVD法、等离子体CVD法、或溅镀法的公知方法形成该非单晶半导体膜1602a。 
作为对光刻步骤的替代，可以使用掩模图案将非单晶半导体膜1602a构图成所需形状，通过能够将材料释放在预定位置的喷墨法、小滴释放法等释放诸如有机树脂或无机材料的绝缘材料来形成该掩模图案。当掩模图案更小时，能够形成更小的半导体区，由此制造存储器晶体管高度集成的半导体器件。 
接着，通过本发明的激光照射设备和激光照射方法结晶非单晶半导体膜1602a。可以在通过包括热处理的固相生长方法结晶非单晶半导体膜1602a之后，通过本发明的激光照射设备和激光照射方法进行该激光处理。或者，可以使用本发明的激光照射设备和激光照射方法结晶用硅烷(SiH4)作为材料形成的微晶半导体膜。 
在本实施例中，以和实施模式和另一实施例相同的方式，利用如图1所示的激光照射设备进行激光照射。可以使用CW激光器、脉冲宽度为飞秒级(1飞秒＝10-15秒)的激光器(飞秒激光器)或重复率为10MHz或更高的激光器。 
在本发明的上述结构中，可以使用以下激光振荡器：(1)具有飞秒级脉冲宽度的激光器(1飞秒＝10-15秒，也被称为飞秒激光器)，例如Ti:蓝宝石激光器、使用铬镁橄榄石晶体的激光器或Yb:YAG激光器(通过锁模脉冲宽度变为飞秒级)；或者(3)具有10MHz或更高重复率的脉冲激光器，例如具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或者具有多晶(陶瓷)YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种介质都掺有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种作为掺杂剂；Ar离子激光器或Ti:蓝宝石激光器。 
在从上述激光器发射激光束之后，用狭缝阻挡激光束的相对端部。然后，利用聚光透镜将在狭缝处形成的图像投射到照射表面上。由于通过狭缝发生了衍射，衍射光不到达半导体膜是必要的。例如，可以布置聚光透镜以便与狭缝和照射表面共轭。 
在利用本发明的激光照射设备和激光照射方法结晶非单晶半导体膜1602a之前，可以提供使用催化剂元素的结晶步骤。催化剂元素例如是Ni、Ge、Fe、Pd、Sn、Pb、Co、Pt、Cu或Au。例如，通过用含有上述元素的溶液或上述元素的化合物涂布非单晶半导体膜1602a并然后进行热处理以结晶非单晶半导体膜1602a，来将催化剂元素加入到非单晶半导体膜1602a中。当在该结晶步骤之后执行由激光束进行的结晶时，激光照射熔化半导体膜的上部，但不熔化半导体膜的下部。因此，在半导体膜的下部中未被熔化而保留的晶体变成晶核，且结晶从半导体膜的下部向上部推进。 
可以以如下方式执行结晶：在加入催化剂元素以便促进结晶且进行激光照射之后进行热处理。或者，可以省略该热处理。在热处理之后，可以在保持热处理的温度的同时进行激光照射。 
通过利用本发明的激光照射设备进行激光照射，能够将激光照射区中的微晶区的宽度减小到1到20μm的范围内；因此，利用这样形成的半导体膜制造的TFT具有优异且均质的特性。此外，由于对布局和尺寸的限制减小很多，能够显著放宽制造半导体器件的设计规则。此外，由于不适于半导体器件的区域显著减小，成品率增大，这有助于根据本发明的成本降低。 
此外，可以用B2H6掺杂晶体半导体膜1602b以控制以后形成的晶体管的阈值电压。 
接着，在基板1601和晶体半导体膜1602b上形成第一绝缘膜1603(图16B)。第一绝缘膜1603形成1到100nm的厚度，优选1到10nm，更优选2到5nm。该第一绝缘膜1603充当着以后将要形成的存储器晶体管中的隧道氧化物膜。随着第一绝缘膜1603变得更薄，隧道电流变得更容易流动，由此以更低电压在浮置栅电极中积聚电荷。结果，能够降低以后形成的半导体器件的功耗。 
以如下方式薄薄地形成第一绝缘膜1603，使得半导体膜1602b的表面被氧化，以便通过GRTA(气体快速热退火)法、LRTA(灯快 速热退火)法、使用氧等离子体的工艺等形成热氧化物膜。或者，可以通过PVD(物理气相淀积)法、CVD(化学气相淀积)法、涂布法等形成第一绝缘膜1603。可以用氧化硅膜和氮化硅膜形成第一绝缘膜1603。可以从基板1601一侧按顺序堆叠氧化硅膜和氮化硅膜，或者从基板1601一侧按顺序堆叠氧化硅膜、氮化硅膜和氧化硅膜。优选形成与半导体区接触的氧化硅膜，因为栅极绝缘膜和半导体区之间的界面状态密度降低了。在本实施例中，通过堆叠氧化硅膜和氮化硅膜形成第一绝缘膜1603。 
接着，通过溅镀法在第一绝缘膜1603上方形成第一导电膜1606。这里，将相对于作为主要成分的金属元素具有超过固溶度极限的硅的固溶体用作靶材。能够与硅一起形成固溶体的金属元素例如为铍(Be)、铝(Al)、锌(Zn)、镓(Ga)、锗(Ge)、银(Ag)、镉(Cd)、铟(In)、锡(Sn)、锑(Sb)、金(Au)、铅(Pd)或铋(Bi)。 
使用在成膜温度下超过固溶度极限浓度的硅和含有一种或多种上述金属元素的固溶体作为靶材，通过溅射利用硅晶体的微颗粒1604和一种或多种上述金属元素形成导电层1605。这里每个硅晶体的微颗粒1604具有10到50nm的直径，优选20到30nm的直径。当在加热基板的同时形成包括硅晶体微颗粒1604和上述金属元素的导电层1605时，硅晶体的微颗粒1604的密度增大，由此增大了硅晶体的每个微颗粒1604的直径。 
参考图17描述形成导电层1605的原理，该导电层1605含有硅晶体的微颗粒1604和上述金属元素。图17A为在溅射初始阶段的基板1703的俯视图。该基板1703例如是由钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃等制成的玻璃基板，石英基板、陶瓷基板或不锈钢基板。还可以使用由塑料或丙烯酸为代表的柔性材料制成的基板，只要该基板能够承受该工艺的加热温度。尽管单独示出了基板，该基板可以包括形成于基板上的诸如第一绝缘膜1603的绝缘膜，如图16B所示。 
当使用上述固溶体作为靶材进行溅射时，在基板1703上淀积下含有金属元素和硅晶体的微颗粒1702的颗粒1701。尽管硅溶解于含有金属元素的颗粒1701中，当颗粒1701中的硅浓度超过硅的固溶度极限浓度时，硅作为硅晶体的微颗粒1702沉积下来。通过生长含有金属元素的颗粒1701形成导电层。 
此外，当在加热基板1703的同时进行溅射时，如图17B所示在基板1703的表面上生长含有金属元素的颗粒1711。当金属元素的熔点低于硅时，含有金属元素的颗粒1711选择性地生长。 
接着，如图17C所示，当含有金属元素的颗粒生长时，含有金属元素的颗粒1721到1723彼此相邻。硅晶体的微颗粒1702在含有金属元素的颗粒之间的边界处部分地分离。此外，当溅射进一步继续时，含有金属元素的颗粒1721到1723生长成导电层。于是，形成了包括导电层和硅晶体的微颗粒1702的导电膜。 
接着，如图17D所示，通过除去含有金属元素的层(即导电层)，可以在基板1703上方形成硅晶体的微颗粒1702。 
通过这种方式，如图16C所示除去第一导电膜的导电层1605。这里，优选使用一种技术，一般为湿法蚀刻法选择性地除去导电层。结果，能够暴露出硅晶体的微颗粒1604和第一绝缘膜1603。 
接着，如图16D所示，在硅晶体的微颗粒1604和第一绝缘膜1603上方形成了第二绝缘膜1611和第二导电膜1612。 
第二绝缘膜1611形成1到100nm厚，优选10到70nm厚，更优选10到30nm厚。第二绝缘膜1611需要与以后在存储器晶体管中形成的栅电极和浮置栅电极保持电绝缘。因此，优选将膜厚设定到这样的程度，使得其间的漏电流不会增大。可以以与第一绝缘膜1603相同的方式用氧化硅膜和氮化硅膜形成第二绝缘膜1611。可以从基板1601一侧按顺序堆叠氧化硅膜和氮化硅膜，或者从基板1601一侧按顺序堆叠氧化硅膜、氮化硅膜和氧化硅膜。在本实施例中，第二绝缘膜1611形成多层结构，包括10nm厚的氧化硅膜和20nm厚的氮化硅膜。 
第二导电膜1612可以通过公知的方法，例如溅镀法、蒸镀法或CVD法形成。可以用从钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)和钕(Nd)中选择的元素，或者用含有上述元素作为其主要成分的合金材料或化合物材料形成第二导电膜1612。或者，可以使用掺有杂质元素的半导体膜。这里，用铝薄膜通过溅镀法形成第二导电膜1612。 
随后，在形成第二绝缘膜1611之后，可以形成含有硅晶体的微颗粒的第二导电膜并可以除去导电层。然后，可以形成第三绝缘膜， 并可以形成含有硅晶体的微颗粒的第三绝缘层。此外，可以重复同样的步骤以形成多个含有硅晶体的微颗粒的绝缘层。在这种情况下，以后形成的存储器晶体管具有多个浮置栅电极。 
接着，在第二导电膜1612上形成掩模图案1613。可以通过公知的光刻步骤形成掩模图案1613。可以通过在形成半导体区1602b的时候使用的技术形成掩模图案1613。此外，通过上述技术形成的掩模图案1613可以通过，例如灰化来细化，以使掩模图案1613的宽度变窄。结果，能够形成具有短沟道结构的TFT，其中以后形成的栅电极的宽度是窄的，且还能够形成能高速工作的TFT。要指出的是，掩模图案1613用于今后形成栅电极。因此，在通过小滴释放法形成栅电极的情况下，不一定要提供掩模图案1613。 
接着，通过利用掩模图案1613蚀刻第二导电膜1612以形成如图16E所示的栅电极1621。通过公知的方法，例如湿法蚀刻法或干法蚀刻法，蚀刻第二导电膜1612、第一绝缘膜1603和硅晶体的微颗粒1604。当形成硅晶体的微颗粒1604的第一绝缘膜1603薄时，第一绝缘膜1603可能因为在干法蚀刻中的等离子体轰击而具有缺陷。因此，优选通过湿法蚀刻法执行蚀刻。这里，使用NMD3溶液(含有0.2到0.5％的氢氧化四甲基铵的溶液)等通过湿法蚀刻法除去硅晶体的微颗粒1604。 
优选将栅电极1621的宽度设定为0.2到1.5μm，优选为0.2到0.7μm。通过将栅电极1621的宽度设定在这一范围内，以后能够形成具有更短沟道长度的存储器晶体管，而且，能够制造能高速工作的半导体器件。 
接着，蚀刻第二绝缘膜1611，由此形成第二绝缘层1622并在未被掩模图案1613覆盖的部分中暴露硅晶体的微颗粒1604。 
接着，蚀刻暴露的硅晶体的微颗粒1604，由此形成包括硅晶体的微颗粒的浮置栅电极1623。浮置栅电极1623由散布的颗粒形成。因此，当充当隧道氧化物膜的第一绝缘膜1603有缺陷时，有可能防止积聚在浮置栅电极1623中的全部电荷从缺陷流到半导体区中。因此，能够形成具有高可靠性的存储器晶体管。 
接着，利用栅电极1621作为掩模用赋予N型或P型导电性的杂质元素掺杂晶体半导体区1602b。 
接着，形成绝缘膜(未示出)并通过热处理、GRTA法、LRTA法等激活杂质元素，从而形成源极区和漏极区1631和1632(图16F)。然后，可以在第二绝缘层1622和栅电极1621上提供用氮化硅膜形成的无机绝缘膜(未示出)，随后进行热处理。通过在该膜含氢的条件下形成该无机绝缘膜(未示出)并进行热处理，能够进行氢化以消除每个半导体区中的悬空键。 
接着，形成充当层间绝缘膜的第三绝缘膜1633。可以用具有耐热性能的有机树脂，例如聚酰亚胺、丙烯酸或聚酰胺形成第三绝缘膜1633。除了上述有机树脂，还可以使用低介电常数材料(低k材料)或硅氧烷。硅氧烷是一种以表示为-Si-O-Si-(硅氧烷键)的硅和氧的键作为基本单元的材料，具有硅和氟、脂族烃、芳香族烃等的键。可以通过根据第三绝缘膜1633的材料选择的旋涂、浸涂、喷涂、小滴释放法(喷墨法、丝网印刷、胶印等)、手术刀、辊涂机、幕式淋涂机、刮涂机、CVD法、蒸镀法等形成第三绝缘膜1633。也可以使用无机材料，如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、PSG(磷硅酸盐玻璃)或BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)。可以通过堆叠这些绝缘膜形成第三绝缘膜1633。这里，通过涂布并烘焙丙烯酸形成第三绝缘膜1633。 
接着，通过光刻步骤和蚀刻步骤蚀刻第三绝缘膜1633的一部分和第一绝缘膜1603的一部分，由此形成接触孔并部分地暴露源极区和漏极区。被蚀刻的第三绝缘膜被示为第三绝缘膜1633，且被蚀刻的第一绝缘膜被示为第一绝缘膜1603。尽管第三绝缘膜1633被展示为具有平坦的表面，该表面未必是平坦的。 
随后，形成将要与源极区和漏极区连接的源电极和漏电极1635和1636。通过PVD法、CVD法、蒸镀法等提供导电膜，然后将导电膜蚀刻成所需的形状，从而形成源电极和漏电极1635和1636。可以通过小滴释放法、印刷法、电解电镀法等在预定位置选择性地形成导电层。此外，也可以使用回流法或金属镶嵌法。用选自Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、W、Al、Ta、Mo、Cd、Zn、Fe、Ti、Si、Ge、Zr和Ba的金属，或用含有上述金属的合金或氮化物形成源极区和漏极区。源极区和漏极区可以具有包括上述材料的多层结构。 
在形成三维散布于导电层中的硅颗粒的情况下，能够形成如图16E所示的具有浮置栅电极1623的存储器晶体管，在浮置栅电极1623 中硅颗粒三维散布。 
根据以下方法，能够从涂16A所示的基板1601剥离存储器晶体管。剥离方法为：(1)将能够抵抗大约300到500℃的热的基板用作基板1601，在基板1601和存储器晶体管之间提供金属氧化物膜，通过结晶弱化金属氧化物膜，由此剥离存储器晶体管，(2)在基板1601和存储器晶体管之间提供含氢的非单晶硅膜，通过激光束照射或利用气体或溶液蚀刻以除去非单晶硅膜，由此剥离存储器晶体管，或者(3)机械地清除或者利用溶液或如CF3的气体通过蚀刻除去其上形成有存储器晶体管的基板1601，由此分离存储器晶体管等。可以通过市售黏合剂，例如环氧树脂黏合剂或树脂添加剂将存储器晶体管黏附到柔性基板上。 
当如上所述将被剥离的存储器晶体管黏附到柔性基板后，能够提供薄、轻且即使在器件跌落时也坚固不受损伤的半导体器件。由于柔性基板具有柔性，能够将基板黏附到弯曲平面或其他变形平面上，由此允许各种应用。通过重新使用基板1601，能够提供廉价的半导体器件。 
根据上述工艺，能够形成闪速存储器的存储器晶体管，其包括半导体区1602b、充当隧道氧化物膜的第一绝缘层1603、浮置栅电极1623、第二绝缘层1622和栅电极1621。 
此外，可以通过如下方式从用作基板1601的大基板上获得多个半导体器件：根据上述步骤在基板上形成多个半导体器件的电路图案并将基板分成矩形或条。通过这些步骤，能够形成大量的半导体器件，由此实现成本降低。 
通过剥离在本实施例中制造的存储器晶体管并将存储器晶体管黏附到柔性基板，能够制造薄的半导体器件。 
通过本实施例的步骤，能够通过溅镀法在大基板上制造浮置栅电极中具有硅颗粒的半导体器件。因此，在用大基板形成具有存储器晶体管的薄膜电路之后切割获得多个薄膜集成电路，可以制造半导体器件；因此实现了半导体器件的成本降低。 
通过使用溅镀法，能够形成三维散布的硅颗粒。因此，能够提高充当电荷积聚层的硅颗粒的密度，且能够提高阈值电压的变化量。 
此外，有可能提高硅颗粒的尺寸而同时避免许多硅颗粒的结合， 以增加注入到每个颗粒中的电荷量，并提高阈值电压的偏移量。 
此外，由于使用了散布于存储器晶体管的浮置栅电极中的硅颗粒，能够避免由于隧道氧化物膜的缺陷而导致积聚电荷的外流。这样就能够形成高可靠性的半导体器件。 
[实施例6] 
本实施例描述一次写入存储器作为用于形成射频IC标签的存储器的例子。一次写入存储器的存储单元包括熔断器、抗熔断器(通常处于绝缘状态，但通过施加写入电压而变成连接状态)、十字指针二极管、OLED(有机发光二极管)、双稳态液晶元件(一种液晶元件，具有这样的特性：在一种条件下能够获得两种稳定状态)或诸如通过施加热或如激光束的光而改变其状态的聚合物或金属的器件。本实施例中描述的一次写入存储器具有通过另一实施例制造的TFT。 
尽管本实施例示出了为射频IC标签而使用通过施加电压使TFT绝缘而写入数据的一次写入存储单元，也可以为射频IC标签使用利用上述另一种器件的一次写入存储单元。 
通常，当存储单元具有两种状态之一时，记录器件记录数据。制造一次写入记录器件使得所有存储单元具有第一状态。在接收到写入过程时，仅有指定的存储单元改变以具有第二状态。从第一状态到第二状态的改变是不可逆的，状态曾改变过一次的存储单元不能再返回到初始状态。 
在于绝缘基板上制造的TFT中，当在栅电极和两个杂质区(包括高浓度杂质区)至少之一之间施加高于通常操作TFT的电压的电压时，TFT的沟道区变成绝缘的。为了示出该操作，在图18A和18B中示出了向TFT施加电压之前和之后的截面图。 
例如，图18A所示的TFT具有绝缘基板1801上方的半导体膜1802，栅极绝缘膜1805形成于半导体膜1802上方，且栅电极1806形成于栅极绝缘膜1805上。半导体膜1802具有两个高浓度杂质区1803和沟道区1804。 
图18B示意性地示出了向其施加电压之后的TFT。通过施加电压，至少TFT的沟道区1804发生变化，且在栅电极1806下方形成绝缘区1808。因此，栅电极1806和两个高浓度杂质区1803的每一 个都被绝缘。在图18B中，示意性地示出了绝缘区1808，而实际的绝缘区可以具有各种形状。 
例如，对于在玻璃基板上制造沟道长度为4μm，沟道宽度为4μm且栅极绝缘膜为20nm厚的TFT的情况而言，在栅电极1806和两个高浓度杂质区1803至少之一之间施500μs的25V电压。然后，TFT的沟道区1804被绝缘，且两个高浓度杂质区1803的每个末端都被绝缘。 
本说明书中的术语“变化”表示通过向TFT施加电压至少沟道区1804变为绝缘状态。除了具有上述尺寸的TFT之外，通过施加电压改变条件至少能使沟道区1804被绝缘。 
于是，当在栅电极1806和两个杂质区(本实施例中的高浓度杂质区1803)至少之一之间施加高于操作TFT的电压的电压时，电流流入栅极绝缘膜1805中。由于绝缘膜是用具有高电阻的材料形成的，因此当电流通过其流动时产生热。由于绝缘基板1801基本具有低的热导率，即使在制造于绝缘基板1801上的TFT中产生了大量热绝缘基板1801也不能让热散发出来。因此，所产生的热烧毁栅极绝缘膜1805和半导体膜1802。这有可能使栅电极1806和两个高浓度杂质区1803的每个末端绝缘。另一方面，在于具有高热导率的硅基板上制造TFT的情况下，即使电流通过栅极绝缘膜流动而产生热，也不会烧毁绝缘膜和硅基板。 
在与本发明相关的实验中，当向栅电极1806和两个高浓度杂质区1803至少之一施加电压时，沟道区1804被绝缘的概率约为97％。此外，已经确认，栅电极1806和两个高浓度杂质区1803的每个末端都为绝缘状态，即，不导电状态。余下的大约3％为缺陷模式元件。亦即，在施加电压之后，沟道区1804变成电阻元件，而栅电极1806和高浓度杂质区1803的每一个为导电状态。作为缺陷模式元件的因素，考虑到了半导体膜1802或绝缘膜中的灰尘。当使用本发明的激光照射设备对半导体膜进行退火时，激光照射区中的微晶区的宽度能够减小到1到20μm的范围内，由此均匀地退火半导体膜的整个表面。因此，提高了制造TFT的精度和TFT的特性。结果，能够减少缺陷模式元件。此外，通过使缺陷模式元件如实施例3所示的TFT那样具有双栅电极或者增加冗余电路，可以进一步减少缺陷模式元 件。 
要指出的是，记录器件是用于通过具有采取两个特定状态之一的存储单元来存储数据的器件。在本实施例中的记录器件中，可以以如下方式保存数据，充当存储单元的TFT的沟道区具有如下两个状态中的任一种：沟道区保持初始状态或为绝缘状态。 
因此，根据上述结构，当把施加电压之前的初始状态的TFT识别为“1”且把施加电压之后通过绝缘沟道区而处于绝缘状态的TFT识别为“0”时，就制造了一次写入存储器。TFT的状态和数字“0”和“1”之间的对应关系不限于此。 
在本实施例中，与另一种存储器如SRAM或DRAM不同的是，能够由一个TFT构成一个存储单元。因此，在用许多存储单元构成存储器阵列的情况下，存储器阵列的尺寸比使用另一种存储器的时候更小，从而容易集成。 
[实施例7] 
使用进行过本发明的激光照射的半导体材料可以制成各种电子用品。通过应用本发明，能够对半导体膜均匀地进行激光照射工艺；因此，能够提高基板上半导体元件的布局和尺寸的自由度并能够提高集成度。此外，所制造的半导体元件的产品质量优良且这些半导体元件没有变化。参考图19A到19E描述电子用品的具体例子。 
图19A示出了显示装置，包括外壳1901、支撑架1902、显示器部分1903、扬声器部分1904、视频输入端子1905等。在显示器部分1903中，使用由另一实施例所示的制造方法形成的薄膜晶体管制造该显示装置。该显示装置包括液晶显示装置、发光装置等，具体而言包括用于为计算机、电视接收、广告等显示信息的所有显示装置。 
图19B示出了计算机，其包括外壳1911、显示器部分1912、键盘1913、外部连接端口1914、指示鼠标1915等。能够将在另一实施例中示出的制造方法应用于显示器部分1912和其他电路。此外，可以将本发明应用于主体内的半导体器件，例如CPU或存储器。 
图19C示出了作为移动终端典型例的移动电话。该移动电话包括外壳1921、显示器部分1922、操作键1923等。由于诸如移动电话、PDA(个人数字助理)、数字相机或小型游戏机的电子用品为移动终端， 因此显示屏小。因此，使用在另一实施例中示出的精细晶体管形成诸如CPU或存储器的功能电路，能够制造更小更轻的器件。 
图19D示出了其上附有射频IC标签1942的护照1941。该射频IC标签可以嵌入于护照1941中。通过同样的方式，可以将射频IC标签贴附或嵌入到驾驶证、信用卡、钞票、硬币、证明书、商品券、票据、旅行支票(TIC)、健康保险卡、居住证明书、家庭登记簿等上。在这种情况下，仅将表明该产品为真实的信息输入到射频IC标签中，并将访问权限设定为不可非法读取或写入信息。这可以通过使用另一实施例中所示的存储器来实现。于是，通过使用该标签，能够从赝品中区分出真品。 
此外，还可以将射频IC标签用作存储器。图19E示出了将射频IC标签1951用作附于一包蔬菜的标签的例子。射频IC标签可以附着或嵌入到包装中。在射频IC标签1951中，能够存储产地、生产商、制造日期、诸如处理方法的生产工艺、产品的流通过程、价格、数量、用途、形状、重量、到期日或其他标识信息。可以由射频读取机1952的天线部分1953从射频IC标签1951接收并读取信息，并在读取机1952的显示器部分1954中显示。于是，批发商、零售商和消费者能够容易地获悉此类信息。此外，通过为生产商、贸易商、和消费者每者设定访问权限，在没有访问权限的情况下就不能进行读取、写入、重写和擦除。 
可以如下使用射频IC标签。在结算时，在射频IC标签中写入已经进行过结算的信息，并由在出口处提供的检查装置检查射频IC标签，确认是否在射频IC标签中写入了已经进行过结算的信息。如果没有结算就从商店带走IC标签，就会响起警报。利用这种方法，能够防止忘记结算和入店行窃的情况。 
考虑到保护消费者的隐私，以下方法也是可能的。在收银机处结算时，执行如下操作中的任一种：(1)由pin号码等锁住射频IC标签中输入的数据，(2)对输入到射频IC标签中的数据自身进行加密，(3)擦除输入到射频IC标签中的数据，以及(4)破坏输入到射频IC标签中的数据。然后，在出口处提供检查装置，检查是否执行过(1)到(4)中的任一种或者射频IC标签中的数据是否未被处理过，从而检查是否做过结算。通过这种方式，能够在商店内检查是否进行过结算，并 能够防止在商店外违背物主意愿读取射频IC标签中的信息。 
由于上述射频IC标签的制造成本比常规使用的条形码高，因此必须降低成本。然而，根据本发明，与以前相比，相邻结晶区之间的边界部分(即微晶区)的比例显著降低，能够高效地形成半导体元件，这对于降低成本是有效的。能够制造射频IC标签，使得任何射频IC标签都具有高品质且没有性能的变化。 
如这里描述的，由本发明制造的半导体器件能够应用于很宽的范围，且由本发明制造的半导体器件能够应用于每一领域的电子用品。 
[实施例8] 
通过将由本发明制造的TFT安装为集成CPU、存储器或IC，或者通过将TFT用作面板，能够制成各种电子用品。 
这类电子用品例如是：影相机，如数字摄像机或数字相机；反射型投影仪，电视机(显示器)、眼镜型显示器(头戴式显示器)、导航系统、声音复现装置(音频)、移动终端(移动计算机、移动电话、移动游戏机、电子书、移动声音复现装置)、游戏机、装备有记录介质的图像复现装置(具体而言指能够复现存储在如数字多用盘(DVD)或硬盘驱动器(HDD)的记录介质中的信息且装备有CPU和用于显示图像的显示器的用品)。 
以下参考附图描述由本发明制造的移动电话作为电子用品的例子。 
图27示出了其中组合了显示面板2701和印刷基板2702的模块。显示面板2701配备有其中在每一个像素中提供了发光元件的像素部分2703、第一扫描线驱动电路2704、第二扫描线驱动电路2705以及用于向选定的像素供应视频信号的信号线驱动电路2706。用于显示面板的元件不限于发光元件，还可以使用液晶元件。 
印刷基板2702配备有控制器2707、中央处理单元(CPU)2708、存储器2709、电源电路2710、音频处理电路2711、发送/接收电路2712等。印刷基板2702和显示面板2701通过柔性线路基板(FPC)2713相连接。在印刷基板2702上可以提供电容器元件、缓冲电路等以防止噪声中断电源电压或信号，或使信号的前沿变模糊。可以通过COG(玻璃上芯片)法将控制器2707、音频处理电路2711、存储器2709、 CPU2708、电源电路2710等安装到显示面板2701上。可以通过COG法减小印刷基板2702的尺度。 
通过装备在印刷基板2702中的接口(I/F)部分2714输入/输出各种控制信号。在印刷基板2702上提供用于和天线交换信号天线端口2715。 
图28为图27所示模块的方块图。该模块包括VRAM 2716、DRAM 2717、闪速存储器2718等作为存储器2709。VRAM 2716记录将要在面板中显示的图像数据，DRAM 2717记录图像数据或音频数据，闪速存储器记录各种程序。 
电源电路2710供应电能以操作显示面板2701、控制器2707、CPU2708、音频处理电路2711、存储器2709和发送/接收电路2712。电源电路2710可以根据面板的规格而具有电流源。 
CPU 2708具有控制信号发生电路2720、解码器2721、电阻器2722、运算电路2723、RAM 2724、用于CPU 2708的接口2719等。通过接口2719输入CPU 2708的各种信号一度在电阻器2722中保持，然后信号被输入到运算电路2723、解码器2712等。运算电路2723基于输入的信号进行算术运算，并指定各种指令要被送达的位置。同时，输入到解码器2721中的信号被解码并被输入到控制信号发生电路2720中。控制信号发生电路2720基于输入的信号产生包括各种指令的信号并将信号发送到由运算电路2723指定的位置，具体而言，发送到存储器2709、发送/接收电路2712、音频处理电路2711、控制器2707等。 
存储器2709、发送/接收电路2712、音频处理电路2711和控制器2707根据接收到的指令工作。以下简述它们的工作。 
从输入装置2725输入的信号通过接口2714被送到安装于印刷基板2702上的CPU 2708。控制信号发生电路2720根据从诸如指示装置或键盘的输入装置2725发送的信号，将存储在VRAM 2716中的图像数据转换成预定格式，并将数据发送到控制器2707。 
控制器2707根据面板的规格对包括从CPU 2708发送的图像数据的信号进行数据处理，并将信号提供给显示面板2701。控制器2707产生Hsync信号、Vsync信号、时钟信号CLK、交流电压(AC cont)和开关信号L/R，并根据从电源电路2710输入的电源电压、从CPU 2708等输入的信号，将这些信号供应到显示面板2701。 
在发送/接收电路2712中，处理由天线2728作为电波发送/接收的信号，且发送/接收电路2712包括诸如隔离器、带通滤波器、VCO(电压受控振荡器)、LPF(低通滤波器)、耦合器或平衡-不平衡变压器的高频电路。根据来自CPU 2708的指令将由发送/接收电路2712交换的信号中的包括音频信息的信号发送到音频处理电路2711。 
在音频处理电路2711中将根据来自CPU 2708的指令而发送的包括音频信息的信号进行解调，并将其发送到扬声器2727。根据来自CPU 2708的指令在音频处理电路2711中解调发送自话筒2726的音频信号并随后将其发送到发送/接收电路2712。 
在本实施例中可以将控制器2707、CPU 2708、电源电路2710、音频处理电路2711和存储器2709安装为一个封装。本实施例能够应用于除诸如隔离器、带通滤波器、VCO(电压受控振荡器)、LPF(低通滤波器)、耦合器和平衡-不平衡变压器的高频电路之外的任何种类的电路。 
通过利用本发明，能够使激光辐照区的整个宽度中的微晶区的宽度减小到1到20μm的范围内。亦即，随着在主轴方向上形成于照射表面上的束斑的长度变长，有利效应就变高，且几乎全部激光照射区都变成大晶粒区。因此，用这种半导体膜形成的TFT具有优异而均匀的特性。由于对布局和尺寸的限制减小很多，能够显著放宽制造半导体器件的设计规则。此外，利用本发明，能够减小不能用作半导体器件的区域，能够提高成品率，且能够实现成本降低。当这些TFT被集成和安装为CPU、存储器和IC或被用作面板时，能够以低成本制造没有性能变化的高品质电子用品。 
本实施例能够与实施模式和实施例的任一种组合。附图标记说明： 
101：激光振荡器；102：狭缝；103：镜片；104：束；105：凸柱镜；106：凸柱镜；107：基板；108：抽吸台；109：X台；110：Y台；301：狭缝开口部分；302：挡板；401：激光器；402：激光器；403：半波板；404：偏振分束器；405：狭缝；406：镜片；407：镜片；408：凸柱镜；409：凸柱镜；410：半导体膜；411：X台；412：Y台；501：半导体膜；502：大晶粒区；600：下电极；601：第一基板；602：金属膜；603：金属氧化物膜；604：氧化硅膜；605：导电膜；700：绝缘膜；701：第一栅极绝缘膜；701a：氧氮化硅膜；701b：氮氧化硅膜；702a：非单晶半导体膜；702b：晶体半导体膜；703：第二栅极绝缘膜；704：上电极；704a：导电膜：704b：导电膜；705：抗蚀剂掩模；706：杂质区；707：第二导电膜；900：LDD区；901：绝缘膜；902：层间绝缘膜；903：线路；1000：基板；1001：基膜；1002：非单晶半导体膜；1003：激光器；1004：柱面透镜；1005：柱面透镜；1006：晶体半导体膜；1007：半导体膜；1008：栅极绝缘膜；1101：抗蚀剂；1102：导电膜；1102a：第一导电膜；1103：抗蚀剂掩模；1103a：抗蚀剂掩模；1003b：抗蚀剂掩模；1201：栅电极；1301：源极区；1302：低浓度杂质区；1303：低浓度杂质区重叠栅电极的TaN的区域；1304：沟道区；1305：漏极区；1306：沟道区；1307：与栅电极的TaN重叠的区域；1401：源极区和漏极区； 1402：沟道区；1403：与栅电极的TaN重叠的区域；1501：帽盖氧化物膜；1502：绝缘膜；1503：绝缘膜；1504：线路；1601：非单晶半导体膜；1602a：非单晶半导体膜；1602b：晶体半导体膜；1603：第一绝缘膜；1604：硅晶体的微颗粒；1605：导电膜；1606：第一导电膜；1611：第二导电膜；1612：第二导电膜；1613：掩模图案；1621：栅电极；1622：第二绝缘层；1623：浮置栅电极；1631：源极区；1632：漏极区；1633：第三绝缘膜；1634：第一绝缘膜；1635：源电极；1636：漏电极；1701：含有金属元素的颗粒；1702：含有硅晶体的微颗粒；1703：基板；1711：含有金属元素的颗粒；1721：含有金属元素的颗粒；1722：含有金属元素的颗粒；1723：含有金属元素的颗粒；1801：绝缘基板；1802：半导体膜；1803：高浓度杂质元素；1804：沟道区；1805：栅极绝缘膜；1806：栅电极；1808：绝缘区；1901：外壳；1902：支撑台；1903：显示器部分；1904：扬声器部分；1905：视频输入端子；1911：外壳；1912：显示器部分；1913：键盘；1914：外部连接端；1915：指示鼠标；1921：外壳；1922：显示器部分；1923：操作键；1941：护照；1942：射频IC标签；1951：射频I C标签；1952：读取机；1953：天线部分；2001：束斑；2002：能量密度分布；2003：束斑的中心部分；2004：束斑的端部；2100：半导体膜；2101：源极信号线；2102：栅极信号线；2103：电流供应线；2104：开关TFT；2105：驱动TFT；2106：电容器；2107：发光元件；2109：微晶区；2201：微晶区；2701：显示面板； 2702：印刷基板；2703：像素部分；2704：第一扫描线驱动电路；2705：第二扫描线驱动电路；2706：信号线驱动电路；2707：控制器；2708：中央处理单元；2709：存储器；2710：电源电路；2711：音频处理电路；2712：发送/接收电路；2713：柔性线路基板；2714：接口(I/F)部分；2715：天线端口；2716：VRAM；2717：DRAM；2718：闪速存储器；2719：接口；2720：控制信号发生电路；2721：解码器；2722：电阻器；2723：运算电路；2724：VRAM；2725：输入装置；2726：话筒；2727：扬声器；2728：天线 

Claims (20)

1.一种制造半导体器件的方法，包括：
在基板上形成半导体膜；
借助通过狭缝从发射自激光振荡器的第一激光束产生第二激光束；
使用聚光透镜从所述第二激光束产生第三激光束；
通过用所述第三激光束照射所述半导体膜而使所述半导体膜结晶以形成所述半导体膜中的第一区和第二区；
在所述第一区上形成薄膜晶体管；以及
在所述第二区上形成线路，
其中所述第三激光束相对于所述半导体膜移动，
其中所述聚光透镜包括第一凸柱镜和第二凸柱镜，
其中所述第一凸柱镜和所述第二凸柱镜布置成使得它们的母线彼此交叉，以及
其中，所述第一区中包括的晶粒大于所述第二区中包括的晶粒。
2.权利要求1的制造半导体器件的方法，
其中所述第一激光束为连续波激光束。
3.权利要求2的制造半导体器件的方法，
其中所述第一激光束发射自以下激光器：具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或具有多晶YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种所述介质都掺有选自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种元素作为掺杂剂；固态激光器；气体激光器；或者半导体激光器。
4.权利要求1的制造半导体器件的方法，
其中所述第一激光束具有飞秒级的脉冲宽度。
5.权利要求4的制造半导体器件的方法，
其中所述第一激光束发射自Ti:蓝宝石激光器、铬镁橄榄石激光器或Yb:YAG激光器。
6.权利要求1的制造半导体器件的方法，
其中所述第一激光束是重复率为10MHz或更高的脉冲激光束。
7.权利要求6的制造半导体器件的方法，
其中所述第一激光束发射自以下激光器：具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或具有多晶YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种所述介质都掺有选自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种元素作为掺杂剂；Ar离子激光器；或者Ti:蓝宝石激光器。
8.权利要求1的制造半导体器件的方法，
其中所述第二区的宽度在1到20μm的范围内。
9.权利要求1的制造半导体器件的方法，
其中所述狭缝具有打开和闭合的挡板。
10.权利要求1的制造半导体器件的方法，
其中所述狭缝处的图像和所述半导体膜上的图像通过所述聚光透镜而处于共轭关系。
11.一种激光照射方法，包括：
借助通过狭缝从发射自激光振荡器的第一激光束产生第二激光束；
使用聚光透镜从所述第二激光束产生第三激光束；
通过用所述第三激光束照射照射表面而使所述照射表面结晶以形成所述照射表面中的第一区和第二区；
其中所述第三激光束相对于所述照射表面移动，
其中所述聚光透镜包括第一凸柱镜和第二凸柱镜，
其中所述第一凸柱镜和所述第二凸柱镜布置成使得它们的母线彼此交叉，
其中，所述第一区中包括的晶粒大于所述第二区中包括的晶粒，以及
其中薄膜晶体管在所述第一区上形成并且线路在所述第二区上形成。
12.权利要求11的激光照射方法，
其中所述第一激光束为连续波激光束。
13.权利要求12的激光照射方法，
其中所述第一激光束发射自以下激光器：具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或具有多晶YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种所述介质都掺有选自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种元素作为掺杂剂；固态激光器；气体激光器；或者半导体激光器。
14.权利要求11的激光照射方法，
其中所述第一激光束具有飞秒级的脉冲宽度。
15.权利要求14的激光照射方法，
其中所述第一激光束发射自Ti:蓝宝石激光器、铬镁橄榄石激光器或Yb:YAG激光器。
16.权利要求11的激光照射方法，
其中所述第一激光束是重复率为10MHz或更高的脉冲激光束。
17.权利要求16的激光照射方法，
其中所述第一激光束从以下激光器发射：具有单晶YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4介质的激光器，或者具有多晶YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4介质的激光器，每种介质都掺有选自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种元素作为掺杂剂；Ar离子激光器或Ti:蓝宝石激光器。
18.权利要求11的激光照射方法，
其中所述第二区的宽度在1到20μm的范围内。
19.权利要求11的激光照射方法，
其中所述狭缝具有打开和闭合的挡板。
20.权利要求11的激光照射方法，
其中所述狭缝处的图像和所述照射表面上的图像通过所述聚光透镜而处于共轭关系。
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