CN1441467A - 激光辐照装置、激光辐照方法和制作半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光辐照装置、激光辐照方法和制作半导体器件的方法，其中在被照射表面或其邻近处激光边缘区，由于透镜等的象差能量强度逐渐衰减。由于这些区域(衰减区)不具有用于对被照射物体进行退火的足够能量强度，所以不能对被照射物体进行均匀退火。本发明中，把多束激光之一分成两束，使得这两束光的每一部分都成为最终激光的边缘区。这两束光的每个衰减区都与另一激光束的衰减区结合在一起。这样，就可以从具有衰减区的多束激光中获得各部分都适于对被照射物体进行退火的能量强度的激光。

Description

激光辐照装置、激光辐照方 法和制作半导体器件的方法
技术领域
本发明涉及一种半导体薄膜的激光退火方法(此后称为激光退火)和一种实施该方法的激光辐照装置(该装置包括一个激光器和一个用于把从该激光器发出的激光导向被加工物体的光学系统)。而且，本发明还涉及一种包括上述激光退火工序的制作半导体器件的方法。应当注意，此处所谓的半导体器件一般是指能利用半导体特性工作的半导体器件，还包括例如液晶显示器件、发光器件的光电器件及将电光器件作为一个组成部件的电子器件等。
背景技术
近年来，已在广泛研究一种对形成于由玻璃等制成的绝缘基板的半导体薄膜进行激光退火、使之晶化、从而改善其结晶度的技术。硅常被用作半导体薄膜。在本说明书中，用激光使半导体薄膜晶化而获得晶化半导体薄膜的方法称作激光晶化。
玻璃基板具有这样的优势：它不贵且蕴藏丰富；相对于已有技术中常用的合成石英玻璃基板而言，可以很容易地由玻璃基板制成一块大面积的基板。这就是对其进行上述研究的原因。而且，将激光用于晶化而优化残余物的原因在于玻璃基板具有低熔点。激光仅为半导体薄膜提供高能量而不在基板中增加太多的温度。另外，激光可以在短时间内使其晶化。因此，相对于利用电热炉的加热装置来说，激光能提供非常高的生产能力。
由激光辐照而制得的晶化半导体薄膜具有很强的流动性，因而可灵活地用于有源矩阵液晶显示器中，例如，这种液晶显示器可以利用晶化半导体薄膜形成薄膜晶体管(TFT)而制得，以及由例如在玻璃基板上形成用作象素区和驱动电路的TFT制得。
由Ar离子激光器和准分子激光器等振荡形成的激光束常被用作这种激光加工束。在日本特许公报No.6-163401和日本特许公报No.7-326769等中公开了使用Ar离子激光器作晶化激光源的方法。准分子激光器的优势在于：准分子激光器可以输出很高的能量并以高频重复辐射。而且，对于常用作半导体薄膜的硅膜来说，它对于准分子激光器所发出的光束具有很高的吸收系数。
对于激光辐照，以下这种激光辐照方法在批量生产中具有优势且在技术上也很完善：该激光束由一个光学系统成形，在照射表面及其周缘形成椭圆形、矩形和线形，且该激光束发生了位移(或激光束的照射位置相对于照射表面发生了相对位移)。此处所述的“线形”并不是严格意义上的“线”，而是一个具有大纵横比的矩形(或一个长椭圆形)。例如，它举出一种具有大于或等于10(优选100-10000)的纵横比的形状。在本说明书中，对于所照射表面上的激光束形状(光斑)，椭圆形是指椭圆光束，矩形指矩形光束，线性指线性光束。如果对光斑没有特别限定，则它指的是相对于光轴垂直的平面上的一个横截面。
在由光学系统在照射表面上所形成的椭圆形、矩形或线性激光的边缘及其相邻区域中，中央区域的能量强度为峰值，但由于透镜畸变等原因使得在边缘区域能量强度逐渐衰减(图9A和9B)。在这种激光中，为了对要照射的物体进行退火，具有足够能量强度的区域大约占包括激光中央区的整个照射表面的1/5-1/3，并且极其狭窄。在本说明书中，能量强度不足以对被照射物体进行退火的激光区称为衰减区。
由于基板面积的加大和激光功率的增加，现在有可能形成一个较长的椭圆形光束、线形光束和矩形光束，所以，用这种激光进行退火更加有效。但是，对于激光器所发出的激光能量强度，其边缘小于中心。因此，对于光学系统所进行的扩展大于现有技术中的情况，衰减区中的衰减将更加明显。
与激光中央区相比，衰减区中的能量强度是不足的，基于该理由，就不能利用具有所述衰减区的激光来对被照射物体进行很好的退火。
例如，如果半导体薄膜是被照射物体，则该半导体薄膜中用衰减区进行退火的区域和用含中央区的高度均匀区进行退火的半导体薄膜区域将具有不同的晶化度。因此，如果把这种半导体薄膜用来制作TFT，则经衰减区退火的区域所形成的TFT的电学特性将次于其他TFT，并将使得同一基板上的TFT间产生不均匀。
发明内容
以上已对本发明进行了简要说明，且本发明的一个目的在于：提供一种利用含衰减区的激光有效地进行均匀退火的激光辐照装置。本发明地另一目的在于：提供一种利用所述激光辐照装置进行激光辐照的方法以及一种含有所述激光辐照方法的半导体器件的制作方法。
本发明中，多束激光的衰减区被结合到照射表面或其邻近区域。但是，以此所得到的激光在其边缘处具有衰减区。因此，把多束激光中的一束分成具有衰减区的分束1和具有衰减区的分束2。分束1的衰减区与另一激光束的衰减区相结合，且分束2的衰减区与又一激光束的衰减区相结合，使得分束1部分成为所得激光的一个边缘，分束2部分成为另一边缘(图1A)。因此，可从多个具有衰减区的激光束中获得每一部分都具有适于对照射物体进行退火的激光(图1B)。
照射表面上的激光能量强度不总是在激光的中央区为峰值而在边缘逐渐衰减，激光根据激光模式而可具有多个能量峰值。本发明可用于任何激光模式，只要该激光具有其能量强度不足以对照射表面进行退火的衰减区即可。
本说明书所公开的本发明的结构是这样一种照射装置，其特征在于，它包括：多个激光器；从所述多个激光器所发出的多束激光中选择一束并在该束激光传输方向的垂直平面上把该束激光分成两束激光的装置，这两束激光的每一束都具有一个从分束中得到的而作为一个边缘的分量和一个作为另一边缘的衰减区；和一个光学系统，它用于把这两束激光的衰减区和其他激光束的衰减区结合在一起，使得这两束激光的分量成为最终激光的左右边缘。
在上述结构中，所述的激光器可以是连续振荡或脉冲振荡的固体激光器、气体激光器或金属激光器。应当知道：所述的固体激光器可以是：连续振荡或脉冲振荡YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器等激光器；所述的气体激光器可以是：连续振荡或脉冲振荡准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等激光器；所述的金属激光器可以是氦—镉激光器、铜蒸汽激光器、金蒸汽激光器等。
而且，在上述各种结构中，常常希望通过非线性光学元件把所述的激光束转换成高次谐波。例如：我们已知YAG激光器发出以波长1065nm为基波的激光束。由于硅膜对这种激光束的吸收系数非常低，所以很难从技术的角度晶化这种非晶态硅膜，这种硅膜是一种半导体薄膜，即使它仍保持原样。但是，可以利用非线性光学元件把这种激光束转换成较短波长的光，成为高次谐波，例如：二次谐波(532nm)、三次谐波(355nm)、四次谐波(266nm)和五次谐波(213nm)。由于非晶态硅膜对这些高次谐波具有较高的吸收系数，因此可用其来晶化这种非晶态硅膜。
本说明书中所公开的本发明的一个方面是激光辐照方法，其特征在于，它包括以下步骤：从多个激光器发出的多束激光束中选择一束激光，并通过所述激光传输方向的垂直平面在被照射物体上及其邻近处将该束光分成两束，这两束激光中的每一束都具有一个从分束中得到的而作为一个边缘的分量和一个作为另一边缘的衰减区；和把这两束激光的衰减区和其他激光束的衰减区结合在一起，使得这两束激光的分量成为最终激光的左右边缘而形成所述激光，且所得到的激光被相对偏置，由此照射该物体。
在前述方法中，所述的激光器可以是连续振荡或脉冲振荡的固体激光器、气体激光器或金属激光器。应当知道：所述的固体激光器可以是：连续振荡或脉冲振荡YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器等激光器；所述的气体激光器可以是：连续振荡或脉冲振荡准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等激光器；所述的金属激光器可以是氦—镉激光器、铜蒸汽激光器、金蒸汽激光器等。
而且，在上述方法中，希望通过非线性光学元件把该激光束转换成谐波。
本说明书中所公开的本发明的一方面是一种制作半导体器件的方法，其特征在于，它包括以下步骤：从多个激光器发出的多束激光束中选择一束激光，并通过所述激光传输方向的垂直平面在被照射物体上及其邻近处将该束光分成两束，这两束激光中的每一束都具有一个从分束中得到的而作为一个边缘的分量和一个作为另一边缘的衰减区；和把这两束激光的衰减区和其他激光束的衰减区结合在一起，使得这两束激光的分量成为最终激光的左右边缘而形成所述激光，且所得到的激光被相对偏置，由此照射该半导体薄膜，并对该半导体薄膜进行晶化和晶态的改善。
另外，在此所公开的本发明的另一方面是一种制作半导体的方法，其特征在于，它包括以下步骤：从多个激光器发出的多束激光束中选择一束激光，并通过所述激光传输方向的垂直平面在被照射物体上及其邻近处将该束光分成两束，这两束激光中的每一束都具有一个从分束中得到的而作为一个边缘的分量和一个作为另一边缘的衰减区；和把这两束激光的衰减区和其他激光束的衰减区结合在一起，使得这两束激光的分量成为最终激光的左右边缘而形成所述激光，且所得到的激光被相对偏置，由此照射该半导体薄膜，在该半导体薄膜中引入了掺杂元素，从而对该掺杂元素进行激活。
在前述方法中，所述的激光器可以是连续振荡或脉冲振荡的固体激光器、气体激光器或金属激光器。应当知道：所述的固体激光器可以是：连续振荡或脉冲振荡YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器等激光器；所述的气体激光器可以是：连续振荡或脉冲振荡准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等激光器；所述的金属激光器可以是氦—镉激光器、铜蒸汽激光器、金蒸汽激光器等。
另外，在上述方法中，希望通过非线性光学元件把该激光束转换成谐波。
此外，在上述结构中，最好是利用含硅的膜作为前述半导体薄膜。前述形成半导体薄膜的基板可以是：玻璃基板、石英基板、硅基板、塑料基板、金属基板、不锈钢覆层基板、弹性基板等。所述的玻璃基板可以为由例如硼硅酸钡玻璃、硼硅酸铝玻璃等玻璃组成的基板。另外，弹性基板是指由PET、PES、PEN、丙稀等组成的膜状基板，如果是利用这种弹性基板制作来半导体器件，则希望其重量轻。如果在这种弹性基板的表面或该表面及其后表面上形成一层或多层由铝膜(AlON、AlN、AlO等)、碳膜(DLC(金刚石式的碳)等)、SiN等制成的阻挡膜，则可以增加其使用寿命。
本发明中，可利用多束具有衰减区的激光在被照射表面及其邻近处形成能量分布非常均匀的激光。且使被照射物体因此而被这种激光均匀退火。此外，由于那些能量强度不足以进行退火的衰减区现在被有效利用，所以提高了产量。而且，由于形成于基板上的半导体薄膜能有效且均匀地被照射，该半导体薄膜的晶化及其晶态可被改善，其中的掺杂元素也能被很好激活。另外，可以减小利用这种半导体薄膜而得的TFT的电学特性的分散度，从而得到很好的电学特性。而且，可提高由这种TFT制得的半导体器件的操作性能及其可靠性。
附图说明
图1A和1B示意了一种本发明所公开的被照射表面上的激光束及其能量强度；
图2示意了一种本发明所公开的激光辐照装置；
图3示意了一种本发明所公开的激光辐照装置；
图4示意了一种本发明所公开的激光辐照装置；
图5示意了与1737玻璃基板中的波长相应的传输效率；
图6示意了与石英基板中的波长相应的传输效率；
图7A和7B示意了一种利用本发明晶化半导体薄膜的方法；
图8A-8C示意了一种利用本发明晶化半导体薄膜的方法；
图9A和9B示意了一种现有技术中照射表面上的激光束及其能量强度；
图10A-10C是示意制作象素TFT和用于驱动电路的TFT的步骤的横截面图；
图11A-11C是示意制作象素TFT和用于驱动电路的TFT的步骤的横截面图；
图12是示意制作象素TFT和用于驱动电路的TFT的步骤的横截面图；
图13是象素TFT结构的顶视图；
图14是示意制作有源矩阵液晶显示器的步骤的横截面图；
图15是示意发光装置中的驱动电路和象素区的结构的横截面图；
图16A-16F示意了几种半导体器件；
图17A-17D示意了几种半导体器件；
图18A-18C示意了几种半导体器件；
图19示意了本发明所公开的形成于被照射表面的激光束能量强度的一种分布。
具体实施方式
下面将结合图2描述本发明的一种实施方式。
从激光器101b和101c中发出的激光束分别被凹柱面透镜105b和105c在纵向上展宽和扩束。尽管图中没有示意出，但是可以在激光器101b和101c以及凹柱面透镜105b和105c之间设置用于把从激光器101b和101C中射出的激光束变成平行束的束准直器和用于展宽激光的扩束器。在横向上通过具有横向曲率的凸柱面透镜106将其聚焦和收集之后，该激光束到达基板107。
另一方面，从激光器101a发出的激光被棱镜102a分成两束，改变了光的传输方向。所述的光束分别射入和射出棱镜102b，使得初始光的左半部分和右半部分(纵长地，具有高能量强度的区域做为边界)被转换。这在基板107上形成了每部分都具有足够能量强度的激光109。通过转换激光器101a(初始光)的左右两部分激光109，该激光109的边缘可具有其能量强度足够的初始光中央区和激光束的衰减区，所述的衰减区分别经过反射镜104a和104b，在基板107上与其他激光束的衰减区进行结合。尽管图中没有示意出，但是在激光器101a和棱镜102a之间可以设置一个可把激光器101a射出的光束改变成平行光的束准直器和一个用于使光扩展的扩束器。
然后，激光束在两个方向上被反射镜103分开，所得的两束光分别经反射镜104a和104b后射入凹柱面透镜105a和105d，以在纵向使光束展宽。激光束在横向经具有横向曲率的凸柱面透镜106聚集后到达基板107。
本实施例利用连续波YVO4激光器作为激光器101a-101c，且其中射出的光被转换成二次谐波。每束光在其出口处的束径为2.5mm。本实施例中所用的凹柱面透镜105a-105d的焦距为100mm，凸柱面透镜106是一种焦距为20mm的非球面透镜。凹柱面透镜105a-105d至基板107的距离设为100mm，而凸柱面透镜106至基板107的距离设为20mm。激光器101b和101c所发出的光束在基板107上都被整形为纵向尺寸5mm、横向尺寸5μm的光束。在这种激光中，中央约为2mm宽度的区域具有进行退火的足够能量强度，而边缘的能量强度较低，成为不适于退火的衰减区单元。激光器101a发出的激光在基板107上被整形成纵向2.5mm、横向5μm的激光。含有激光束衰减区的区域被基板107上的另一区域覆盖，形成一个长12mm、宽5μm的矩形束。可通过增加基板107至凹柱面透镜105a-105d之间的距离来增加在基板107上的激光的长度(纵向)。
激光器101a至101c可以是脉冲振荡激光器。例如：可采用YLF激光器，其发出的激光在出口处的束径为30mm，且该激光被转换成二次谐波。经过具有100mm焦距的凹柱面透镜105a-105d和具有20mm焦距的凸柱面透镜106后，YLF激光器中发出的激光束都被整形成5mm×10mm的激光束，且该激光束的衰减区被覆盖，而成为5mm×24mm的激光束。
从而，形成于基板107上的激光109具有长度大于宽度的矩形，且通过利用经棱镜102和反射镜103分束且在纵向与其他衰减区结合而所得的组成部分作为其边缘，以使其每一部分都具有足够的能量强度。
用因此而形成的激光109照射基板107，同时在110和111所指的方向或112所致的方向上相对于该基板107移动激光109。这样，可以对基板107的想要照射区或整个区域进行有效的退火。如果采用这种激光辐照法，例如晶化或激活半导体薄膜，则所进行的退火有效而均匀。而且，如果采用该法制作TFT，则本发明所形成的半导体薄膜改善了TFT的光学特性。这也提高了其中采用TFT的半导体器件的操作特性及其可靠性。
光学系统的基底材料最好可以采用BK7或石英，以获得较高的透过率。该光学系统的涂层最好能对所用波长的激光具有99％或更高的透过率。
在这种实施方式中，激光器101a至被照射表面的光程与激光器101b和101c至被照射表面的光程不同。尽管其相干性非常好，但由于激光具有发散角，所以，最好是使激光器距被照射表面具有相同的光程。基于此，在激光器101b和101c之间插入多个反射镜，且利用凹柱面透镜105b和105c或其他方式来增加光程，使得激光器至被照射表面的光程相等。
在本实施例中被照射表面上的激光形状为矩形，但本发明不限于此。激光形状从一种类型变成另一种类型，例如：如果激光介质棒为圆柱形，则该固体激光器发出的激光为圆形或椭圆形，如果激光介质棒为条状，则所发出的激光为矩形。本发明也适用这种激光。在本实施例中，激光束纵向的衰减区与另一衰减区相结合。另一种方式是，横向的衰减区可以合成，或者纵向和横向的衰减区可以合成。但是，激光束纵向的合成衰减区是一种以最简单结构进行激光退火的适宜方式。要合成的区域可以包括除衰减区之外的区域。
本实施例利用了三个激光器，但是在本发明中并不限制激光器的数量，但是该数量必须大于1。
下面将根据以下的实施例对所构建的本发明进行更为详细的描述。
实施例1
结合图19，该实施例给出了本发明中适于进行退火的能量强度的描述。
图19是关于能量强度分布的模拟结果，其中三个激光器所发出的激光束之一被分离，且所分出的激光束的衰减区与其他激光束的衰减区相结合，如图1A-1B所示。此处所用的激光器为YAG激光器，且激光器所发出的激光束被LBO晶体转换成二次谐波。激光束的束径设为2.25mm(1/e2宽度)，所采用的模式为TEM00。图19中，虚线表示纵向的能量强度，实线表示横向能量强度。
图19示意出：纵向能量强度分布于平均能量强度的±10％，衰减区除外。如果激光在±10％能量强度分布范围内，则可获得具有大尺寸晶体的的区域。
图19还示意出：经合成而得的激光衰减区在1/e2宽度上为200μm或更小。
实施例2
本实施例结合图3描述一种用于实施本发明的激光辐照装置。
激光器101b和101c所发出的激光束在纵向上分别被凹柱面透镜105b和105c展宽。尽管图中没有示意出，但是可以在激光器101b和101c以及凹柱面透镜105b和105c之间设置一个用于把激光器101b和101c所发出的激光束变成平行光束的束准直器和一个用于扩展激光束的扩束器。激光束在横向经过具有横向曲率的凸柱面透镜106聚集之后到达基板107。
另一方面，激光器101a所发出的激光被反射镜103分成两个方向的光。尽管图中没有示意出，但是可以在激光器101a和反射镜103之间设置一个用于把激光器101a所发出的激光束变成平行光束的束准直器和一个用于扩展激光束的扩束器。随后，激光束分别射入凸柱面透镜115a和115d被聚集后在纵向扩展该激光束。这样就在基板107上形成了每部分都具有足够能量的激光119。通过对激光器101a(初始激光器)射出的激光束聚集和此后在纵向上的扩束，激光119的边缘可具有其能量强度足够强的初始激光中央区和多个分别通过反射镜104a和104b的激光束的衰减区，这些衰减区与基板107上的其他激光束的衰减区相结合。激光束在横向上被具有横向曲率的凸柱面透镜106聚集后到达基板107。
由此，基板107上所形成的激光119为长大于宽的矩形，通过利用经反射镜103分束而得以成为激光边缘的分量和通过纵向上衰减区间的相互结合所形成的激光的每一部分中都具有足够的能量强度。
在用如此形成的激光119照射基板107的同时，在110和111所指的方向或112所指的方向上相对于基板107移动激光119。这样，基板107中想要进行退火的区域或其整个区域都可以进行有效的退火。如果利用这种激光辐照方法去晶化或激活半导体薄膜，则这种退火会均匀而有效。而且，如果采用该法形成TFT，则由本发明所形成的半导体薄膜强改善其TFT的电学特性。还将改善采用这种TFT的半导体器件的操作性能及其可靠性。
光学系统的基底材料最好可以采用BK7或石英，以获得较高的透过率。该光学系统的涂层最好能对所用波长的激光具有99％或更高的透过率。
在这种实施方式中，激光器101a至被照射表面的光程与激光器101b和101c至被照射表面的光程不同。尽管其相干性非常好，但由于激光具有发散角，所以，最好是使激光器距被照射表面具有相同的光程。基于此，在激光器101b和101c之间插入多个反射镜，且利用凹柱面透镜105b和105c或其他方式来增加光程，使得激光器至被照射表面的光程相等。
本实施例利用了三个激光器，但是在本发明中并不限制激光器的数量，但是该数量必须大于1。
实施例3
本实施例将参考图4来描述利用置于基板两侧的激光器所射出的激光来照射该基板的装置及方法。
激光器101a-101c的设置使得他们相对于该基板107交错。激光器101a-101c所射出的激光束在横向上分别被凸柱面透镜122a-122c聚集，然后到达基板107。尽管图中没有示意出，但是在激光器101a-101c和凸柱面透镜122a-122c之间可以设置一个可把激光器101a-101c射出的光束变成平行光的束准直器和一个用于使光扩展的扩束器。
另一方面，激光器101d所发出的激光被反射镜123a和123b分成两个方向的光。这样就在基板107上形成了每一部分都具有足够能量强度的激光129。通过把从激光器101d(初始激光器)射出的激光分成两个方向的分量，激光129的边缘可具有其能量强度足够强的初始激光中央区和多个分别通过反射镜124d和124e的激光束的衰减区，这些衰减区与基板107上的其他衰减区相结合。尽管图中没有示意出，但是可以在激光器101d和反射镜123a之间设置一个用于把激光器101d射出的激光束变成平行光束的束准直器和一个用于扩展激光束的扩束器。激光束分别通过反射镜124d和124e并在横向上被具有横向曲率的凸柱面透镜122d和122e聚集后到达基板107。
由此，基板107上所形成的激光129为长大于宽的矩形，通过利用经反射镜123分束而得以成为激光边缘的分量和通过纵向上衰减区间的相互结合所形成的激光的每一部分中都具有足够的能量强度。
在用如此形成的激光129照射基板107的同时，在110和111所指的方向或112所指的方向上相对于基板107移动激光129。这样，基板107中想要进行退火的区域或其整个区域都可以进行有效的退火。如果利用这种激光辐照方法去晶化或激活半导体薄膜，则这种退火会均匀而有效。而且，如果采用该法形成TFT，则由本发明所形成的半导体薄膜强改善其TFT的电学特性。还将改善采用这种TFT的半导体器件的操作性能及其可靠性。
本实施例中，由于在基板的两侧都设置了激光器，所以所用的激光必须透过该基板和一个平台，其中基板上形成被照射物体。图5示意了1737基板对波长的透射率，图6示意了石英基板对该波长的透射率。从图5和6中可知：透射率依赖于所采用基板的种类，并且具有400nm或更长波长的激光最适于对被照射物体进行退火。
在该实施例中，激光器101d至被照射表面的光程与激光器101a-101c至被照射表面的光程不同。尽管其相干性非常好，但由于激光具有发散角，所以，最好是使激光器距被照射表面具有相同的光程。基于此，在激光器101a-101c之间插入多个反射镜，且利用凸柱面透镜122a-122c或其他方式来增加光程，使得激光器至被照射表面的光程相等。本实施例中采用了四个激光器，但是本发明中并不限制激光器的数量，但该数量必须大于1。
在该实施例中，把非晶态硅膜用作半导体薄膜。但是，本发明中的半导体薄膜并不限于此，且可以用具有非晶态结构的合成半导体薄膜例如非晶态锗化硅薄膜来替代。
本实施例可以与实施方式或实施例1或2进行任意组合。
实施例4
在实施例4中，结合图7A-7B来描述利用本发明的激光辐照装置来晶化半导体薄膜的方法。
首先，可把由例如硼硅酸钡玻璃和硼硅酸铝玻璃的玻璃制得的玻璃基板用作基板20，该基板表面具有绝缘膜，例如石英衬底、硅衬底、金属衬底或不锈钢衬底。该实施例中，基板20可以是具有其抗热性足以抵挡加工温度的塑料基板。
其次，在基板20上形成基膜21，该基膜由例如氧化硅膜、氮化硅膜和氧氮化硅膜等的绝缘膜制成。但是，也可以采用其中叠置两层或多层膜的结构。该实施例中，由等离子CVD方法形成厚度为400nm的氧氮化硅膜(组成比：Si＝32％，O＝59％，N＝7％，H＝2％)。
接下来，是在基膜21上形成半导体层22。所述半导体层22是由公知方法(例如溅射法、LPCVD法和等离子CVD法)制成的，具有厚度25-200nm(优选30-150nm)，且半导体膜22是由公知的晶化法(例如激光晶化法、用RTA或炉子进行退火的热晶化法以及用金属元素结晶的热晶化法)进行晶化的。对于半导体膜，可以是非晶态半导体膜、微晶态半导体膜和晶态半导体膜，那种具有例如非晶态锗化硅膜的非晶态结构的合成半导体膜以及非晶态碳化硅也可用于此。本实施例中，采用了等离子CVD法来形成厚度为55nm的非晶态硅膜。
然后，是对所述半导体膜进行晶化。在实施例4中，采用激光晶化，对所述的非晶态半导体薄膜进行脱氢(500℃下3个小时)，随后进行激光退火，形成晶化的硅膜23(图7B)。
在根据激光晶化法进行半导体膜晶化处理时，可采用脉冲或连续振荡型的KrF准分子激光器、YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器或Ti：蓝宝石激光器等。如果采用这些类型的激光器，则该方法最好采用以下方式，即：激光振荡器发出的激光束经一个光学系统聚集成线形而照射半导体膜。晶化的条件可以根据需要由使用者自行选择。但是，如果采用脉冲振荡激光器，则其脉冲频率设为300HZ，且其激光能量强度设为100-1500mj/cm2(一般选择200-1200mj/cm2)。线形束的重叠百分比为50-98％。而且，如果采用连续振荡激光器，则其激光能量强度最好设为0.01-100mw/cm2(优选0.01-10MW/cm2)。
实施例4中，利用的是YLF连续振荡激光器的二次谐波根据实施例、实施例2和实施例3中所示的光学系统形成激光束。然后相对于所得激光束移动基板，照射该基板，从而使整个基板表面晶化。利用本发明，可以在非晶态半导体薄膜上进行有效而均匀的退火，进而获得晶化的半导体薄膜。因此，利用本发明形成的半导体薄膜而得的TFT的电学特性得以改善，半导体器件的操作性能和可靠性也得以提高。
实施例4可以与实施例模式和实施例1-3进行任意组合。
实施例5
实施例5中，结合附图8A-8C描述了利用本发明的激光辐照装置进行半导体薄膜晶化的另一方法。
首先，对于半导体薄膜来说，根据实施例4所述的方法形成非晶态硅膜。
利用日本特许公开No.7-183540中所公开的方法制作含金属的层31，随后对其进行退火，用激光退火的方式改善半导体薄膜的结晶度。实施例5中，通过旋转涂覆方式将乙酸镍水溶液(重量换算浓度：5ppm，体积：10ml)施加于半导体薄膜表面(图8A)，而且对其进行退火(在500℃下进行1小时，在550℃下进行12小时)，以获得首次晶化的半导体薄膜32(图8B)。接着，通过激光退火方法，改善所得半导体薄膜的结晶度，从而获得再次晶化的半导体薄膜33(图8C)。
激光退火方法是这样一种方法，它利用连续振荡型YVO4激光器的二次谐波，根据实施例、实施例2和实施例3所述的光学系统形成激光束，然后相对于所得激光束移动基板，照射该基板，从而使整个基板表面晶化。利用本发明，可以在非晶态半导体薄膜上进行有效而均匀的退火，进而获得再次晶化的半导体薄膜。因此，利用本发明形成的半导体薄膜而得的TFT的电学特性得以改善，另外半导体器件的操作性能和可靠性也得以提高。
实施例6
本实施例中结合附图10-13描述制作有源矩阵基板的方法。为方便起见，其上形成有CMOS电路、驱动电路和带象素TFT和存储电容器的象素区的基板被称为有源矩阵基板。
首先，本实施例中所用的基板400是由例如硼硅酸钡玻璃和硼硅酸铝玻璃的玻璃所形成的基板。基板400可以是石英基板、硅基板、金属基板或不锈钢基板，在其表面有一层绝缘膜。基板400可以是具有足够抗热性的塑料基板，它能耐受本实施例中的加工温度。由于本发明很容易形成均匀能量分布的线形束，所以可以利用多束线形光束来对大面积基板进行有效的退火。
其次，利用已知的方法在基板400上形成一个衬底膜401，该衬底膜是由例如氧化硅膜、氮化硅膜或氧氮化硅膜制成的。本实施例中所用的衬底膜401为双层结构，但是也可以利用前述绝缘膜的单层结构和层压多层而形成的结构。
再次，在衬底膜上形成半导体层。首先，利用已知方法(例如：溅射法、LPCVD和等离子体CVD法)制作厚度为25-200nm(优选30-150nm)的半导体膜。然后，利用激光晶化法晶化半导体薄膜。对于激光晶化法，利用实施方式和实施例1-3中的任一个用激光束照射半导体薄膜。优选连续振荡或脉冲振荡的固态激光器、气体激光器或金属激光器。注意：所述的固态激光器可以是：YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器等连续振荡或脉冲振荡激光器；所述的气体激光器可以是：KrF准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等连续振荡或脉冲振荡激光器；所述的金属激光器可以是氦—镉激光器、铜蒸汽激光器、金蒸汽激光器等的连续振荡或脉冲振荡激光器。当然，不仅激光晶化法，而且其他任何已知的晶化法(RTA，利用炉子加热的热晶化法、利用能催化结晶的金属元素的热晶化法)都可以结合进来。半导体薄膜可以是非晶态半导体薄膜、微晶态半导体薄膜或晶态半导体薄膜。此外，半导体薄膜还可以是具有例如非晶态锗化硅膜、非晶态碳化硅膜等合成结构的半导体薄膜。
本实施例中，采用等离子体CVD法形成厚度为50nm的非晶态硅膜，然后进行利用能催化结晶的金属元素的热晶化法，激光晶化法用于非晶态硅膜。镍被用作这种金属元素，并通过溶液涂覆的方式将其引入非晶态硅膜。然后，在500℃的温度下热处理5小时，从而获得首次晶化的硅膜。继而，在通过非线性光学元件把输出功率为10w的连续振荡YVO4激光器所输出的激光束转换成二次高阶谐波之后，根据实施例2的方式再次晶化硅膜。用激光束照射首次晶化的硅膜，且把首次晶化的硅膜改为再次晶化的硅膜，从而提高再次晶化硅膜的结晶度。进而，通过第二次的激光退火，可减少半导体薄膜表面形成脊。此时，需要利用约0.01-100MW/cm2(优选0.1-10MW/cm2)的能量强度。平台以约0.5-2000cm/s的速度相对于激光束移动，对其进行照射，进而形成晶化的硅膜。如果采用脉冲振荡准分子激光器，则其频率最好为300HZ，激光能量强度最好为100-1500mj/cm2(一般为200-1300mj/cm2)。此时，激光束的覆盖率为50-98％。
当然，尽管是利用首次晶化的硅膜制成TFT的，但是优选使用二次晶化的硅膜来制成TFT，这是因为二次晶化的硅膜提高了TFT的结晶度并改善了它的电学特性。例如：如果用首次晶化的硅膜来制成TFT，则其流动性几乎为300cm2/Vs，如果用二次晶化的硅膜制成TFT，则其流动性被极大地改善，约为500-600cm2/Vs。
利用光刻法在由此所得的半导体薄膜上进行图案处理过程，以形成半导体层402-406。
可以在形成半导体层402-406之后掺杂非常微量的杂质(硼或磷)，以控制TFT的阈值。
随后形成栅极绝缘膜407，以覆盖半导体层402-406。所述的栅极绝缘膜407是利用等离子体CVD或溅射法由含硅的绝缘膜制成的，其厚度为40-150nm。本实施例中，所形成的氧氮化硅膜是利用等离子CVD法所形成的厚度为110nm的膜。显然，栅极绝缘膜不限于氧氮化硅，在单层或层压结构中它可以是其他含硅的绝缘膜。
进而，如果采用氧化硅膜，它可由等离子CVD法利用TEOS(四乙原硅酸盐)与O2的混合物而形成，在其反应压力40帕、基板温度设为300-400℃和电子功率密度为0.5-0.8W/cm2的高频(13.56MHz)放电下进行。由此制得的氧化硅膜可通过相继在400℃和500℃下进行的退火而成为性能很好的栅极绝缘膜。
随后，在所述栅极绝缘膜407上形成和层压厚度为20-100nm的第一传导膜408和厚度为100-400nm的第二传导膜409(图10A)。本实施例中，第一传导膜408由厚度为30nm的TaN膜、第二传导膜409由厚度为370nm的钨膜层压而得。TaN膜是由溅射形成的，且Ta靶的溅射是在氮气氛围中进行的。而且，钨膜是利用钨靶溅射而得的。另外，钨膜还可以利用氟化钨(WF6)通过热CVD法制得。不管采取那种方法，都需要使该膜成为低电阻，而被用作栅极电极。钨膜的电阻率优选小于20μΩcm。
应当理解，尽管本实施例中第一传导膜408是TaN和第二传导膜409是钨，但对于该传导膜并没有特别的限定。第一传导膜408和第二传导膜409还可以由从Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Nd组成的组中选出的元素、由以这些元素之一为主要成分的合金材料或由这些元素的化合物制得。此外，还可以采用掺杂如磷一类掺杂元素的半导体薄膜，通常为多晶的晶化硅膜，例如AgPdCu合金。
然后，利用光刻法由防腐材料制作掩模410-415，并进行第一次蚀刻以制作电极和导线。第一蚀刻过程是根据第一和第二蚀刻条件进行的(图10B)。本实施例中把ICP(感应式耦合等离子)蚀刻法用作第一蚀刻条件。CF4、Cl2和O2的混合气体用作蚀刻气体，其气流速度分别设为25∶25∶10(sccm)，其中的等离子体是通过把500W射频(13.56MHz)电功率在1帕的压力下加在线圈形电极上产生的，且以此进行蚀刻。同时，将150W的射频(13.56MHz)电功率加到基板侧(样品台)，从而施加基本为负的自偏压。在第一蚀刻条件下蚀刻钨膜，并将第一传导层边缘做成倾斜状。
在不移动由防腐材料制成的掩模410-415的情况下，将蚀刻条件变为第二蚀刻条件。CF4和Cl2的混合气体用作蚀刻气体，其气流速度分别设为30∶30(sccm)，其中的等离子体是通过把500W射频(13.56MHz)电功率在1帕的压力下加在线圈形电极上产生的，且以此进行约30秒钟的蚀刻。同时，将20W的射频(13.56MHz)电功率加到基板侧(样品台)，从而施加基本为负的自偏压。利用CF4和Cl2的混合气体通过第二蚀刻条件以相同的程序对钨膜和TaN膜进行蚀刻。注意：为使在蚀刻中不在栅极绝缘膜上产生残留物，可以使蚀刻的时间增加约10-20％。
通过给基板侧施加偏压，并使防腐掩模的形状适于上述第一蚀刻条件，从而把第一传导层和第二传导层的边缘做成倾斜状，其倾斜角度为15-45°。通过第一蚀刻过程，由第一传导层和第二传导层制得第一形状传导层417-422(第一传导层417a-422a，第二传导层417b-422b)。附图标记416表示栅极绝缘膜，那些不被第一形状传导层417-422覆盖的区域在蚀刻作用下变得比先前薄了约20-50nm。
然后在不移动由防腐材料制得的掩模下进行第二蚀刻过程(图10C)。在此，对钨膜的蚀刻选用CF4和Cl2和O2作蚀刻气体。此时，由第二蚀刻过程制作第二传导层428b-433b。另一方面，第一传导层417a-422a几乎不被蚀刻，而形成第一传导层428a-433a的第二形状。
此后，在不移动由防腐材料制得的掩模下进行第一掺杂过程，并在半导体层中加入低浓度的n型掺杂元素。掺杂过程可以通过离子掺杂法或离子注入法实现。离子掺杂法的条件为：掺杂剂量设为1×1013-5×1014/cm2，且加速电压设在40-80kev间。本实施例中，剂量设为1.5×1013/cm2，加速电压设为60kev。掺杂元素从组15中选取，通常是将磷(P)或砷(As)用作n型掺杂元素。此处用磷(P)。在此情形下，传导层428-433充当植入n型传导层的掺杂元素的掩模，且以自定位方式形成掺杂区423-427。以1×1018-1×1020/cm3范围内的浓度把n型掺杂元素加入掺杂区423-427。
随后，移动由防腐材料制成的掩模，再由防腐材料制成新的掩模434a-434c，并以比第一掺杂过程高的加速电压进行第二掺杂过程。离子掺杂条件为掺杂剂量设为1×1013-5×1014/cm2，且加速电压设在60-120kev间。该掺杂过程是通过利用第二传导层428b-432b作掩模而完成的，并在第一传导层倾斜部分下方的半导体层中加入掺杂元素。加速电压连续降低，使之低于第二掺杂过程，进行第三掺杂过程，从而获得图11A所示的状态。离子掺杂过程的条件为掺杂剂量设为1×1015-1×1017/cm2，且加速电压设在50-100kev间。低浓度掺杂区436、442和448被第一传导层覆盖，并在其中加入掺杂元素，通过第二掺杂过程和第三掺杂过程并以1×1018-5×1019/cm2密度范围掺杂n型掺杂元素，并在高浓度掺杂区435、441、444和447中掺杂掺杂元素，其为1×1019-5×1021/cm2密度范围的n型掺杂元素。
当然，通过设定适宜的加速电压，可以使第二掺杂过程和第三掺杂过程一次完成，且可形成低浓度掺杂区和高浓度掺杂区。
然后，移动由防腐材料制成的掩模，再由防腐材料形成新的掩模450a-450c，并进行第四掺杂过程。在掺杂区453、454、459和460中加入与前一导电型相反的导电型掺杂元素，所述的掺杂区是在形成p-通道型TFT的有源层的半导体膜中经第四掺杂过程制成的。第二传导层429b和432b被用作该掺杂元素的掩模，p-型导电的掺杂元素加入其中，以自定位方式形成掺杂区。本实施例中是通过离子掺杂法经乙硼烷(B2H6)形成掺杂区453、454、459和460的(图11B)。在进行第四掺杂过程中，形成n-通道型TFT的半导体层被由防腐材料制成的掩模450a-450c覆盖。在第一-第三掺杂过程中，在掺杂区453、454、459和460中掺杂不同浓度的磷。但是，通过掺杂，使得成为p型导电率的掺杂元素的浓度在各个掺杂区变为1×1019-5×1021个原子/cm3，因此在使这些区作为p-通道型TFT的源极区和漏极区时不会产生问题。
由此，通过以上步骤在各个半导体层中形成了掺杂区。
随后，移动由防腐材料制成的掩模450a-450c，制作第一夹层绝缘膜461。第一夹层绝缘膜461是通过等离子CVD法或溅射法由含硅的绝缘膜制得的，其厚度为100-200nm。本实施例中是通过等离子CVD法形成的厚度为150nm的氧氮化硅膜。当然，第一夹层绝缘膜461不限于氧氮化硅膜，而可以采用具有单层或层压结构的其他含硅绝缘膜。
然后，利用激光束照射来矫正半导体层的结晶度和激活加入各半导体层中的掺杂元素。对于激光的作用，激光束可以通过实施例1-4之一或这些实施例的自由组合来对半导体膜进行照射。最好选用脉冲振荡或连续振荡的激光器，诸如固体激光器、气体激光器或金属激光器。注意：所述的固体激光器可以是：YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器等的连续振荡或脉冲振荡激光器；所述的气体激光器可以是：KrF准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等的连续振荡或脉冲振荡激光器；所述的金属激光器可以是氦—镉激光器、铜蒸汽激光器、金蒸汽激光器等的连续振荡或脉冲振荡激光器。其中，如果采用连续振荡的激光器，则需要能量强度约为0.01-100MW/cm2(优选0.1-10MW/cm2)的激光束。基板相对于激光束的移动速度约为0.5-2000cm/s。并且，如果采用脉冲振荡激光器，则最好使用频率约300Hz、能量强度约50-1000mj/cm2(通常为50-500mj/cm2)的激光束。其中，激光束可重叠50-98％。除了激光退火方法以外，在此也可以采用加退火法或快速热退火法(RTA法)等。
而且，也可以在制作第一夹层绝缘膜之前进行激活。但是，如果所用的导线材料不太抗热，在本实施例中，为保护导线等类似部件，则最好是在制作夹层绝缘膜(以硅为其主要成分的绝缘膜，例如氮化硅膜)之后进行激活过程。
然后，还可以进行退火(在300-550℃下进行1-12小时)，并可进行氢化。该过程是一个利用第一夹层绝缘膜461中所含的氢终接半导体层中悬挂键的过程。不管第一夹层绝缘膜中是否存在氢，半导体层都可被氢化。其他的氢化方法包括：等离子氢化法(利用等离子激活的氢)和在含氢3-100％的环境中，在300-450℃的温度下热处理1-12小时(图11C)。
接着，把由无机绝缘膜材料或有机绝缘膜材料制得的第二夹层绝缘膜462形成于第一夹层绝缘膜461之上。本实施例中所形成的丙烯酸树脂膜厚度为1.6μm，所用材料粘度为10-1000cp，优选40-200cp。采用其表面不平的材料。
为避免镜面反射，本实施例中通过形成其表面不平的第二夹层绝缘膜而使象素电极表面不平。而且，象素电极表面可以不平，且具有散射特性，从而在象素电极下方形成一个凸形区。也可以利用与形成TFT相同的光掩模来形成该凸形区，因此可以不需增加处理步骤数就可完成。应当注意：凸形区还可以在除导线和TFT之外的适当象素区基板上形成。据此，可以在沿覆盖该凸形区的绝缘膜表面上所形成的不平部而在象素电极表面形成不平部。
具有平整表面的膜也可用于第二夹层绝缘膜462。在此情形中，最好通过例如喷沙或刻蚀的已知方法使其表面变得不平，以避免镜面反射，从而通过对光的散射而增加白度。
然后在驱动电路506中形成分别与各掺杂区电连接的导线463-467。应当注意：是对厚度为50nm的Ti膜的层压膜和厚度为500nm的合金膜(Al和Ti的合金)进行构图而形成导线的。当然，并不限于这种两层结构，单层结构或具有超过三层的层压结构也可适用。而且，导线的材料也不限于Al和Ti。例如：可把Al和Cu形成于TaN膜上，也可以通过构图的方法把层压膜形成为所述的Ti膜并形成导线(图12)。
进而，在象素区507种形成像素电极、栅极导线469和连接电极468。电连接是通过连接电极468将象素TFT和源导线(层压层433a和433b)相连而形成的。而且，栅极导线469与该象素TFT的栅极电相连。象素电极470与象素TFT的漏极区形成电连接，并与充当一个电极的半导体层形成电连接而成为一个储能电容。最好是采用一种极高反射率的材料，例如以Al或Ag作为其主要成分的膜或利用这种膜的层压膜作象素电极470。
从而，可在同一基板上形成由n-通道型TFT501和p-通道型TFT502构成的CMOS电路、具有n-通道型TFT503的驱动电路506以及具有象素TFT504和储能电容505的象素区507。继而完成了该有源矩阵基板的制作。
驱动电路506的n-通道型TFT501具有：一个形成区域437的通道；一个低浓度掺杂区436(GOLD区)，它与构成栅极一部分的第一导电层428a相叠置；和一个高浓度掺杂区452，它充当源极区或漏极区。P-通道型TFT502与n-通道型TFT501以及电极466通过电连接形成CMOS电路，它具有：一个形成区域440的通道；一个充当源极区或漏极区的高浓度掺杂区453和一个低浓度掺杂区454。另外，n-通道型TFT503具有：一个形成区域443的通道；一个低浓度掺杂区442(GOLD区)，它与构成栅极区一部分的第一导电层430a相叠置；和一个高浓度掺杂区456，它充当源极区或漏极区。
象素区的象素TFT504具有：一个形成区域446的通道；一个形成于栅极外侧的低浓度掺杂区445(LDD区)；和一个充当源极区或漏极区的高浓度掺杂区458。而且，把形成n-型和p型的掺杂元素加入半导体层，成为储能电容505的一个电极。储能电容505包括一个电极(由432a和432b层压而得)和该具有充当其绝缘介质的绝缘膜416的半导体层。
象素电极边缘所在的位置使其与源导线相叠，从而使得象素电极间的间隙挡住光，而不需使用黑色基板，并具有本实施例所述的象素结构。
图13为本实施例中制作的该有源矩阵基板象素区的顶视图。应当注意：图10-13中用于表示相应部件的附图标记相同。图12中的点划线A-A’与沿图13中的点划线A-A’剖开的横截面图相应。而且，图12中的点划线B-B’与沿图13中点划线B-B’剖开的横截面图相应。
实施例7
以下将描述从实施例6制得的有源矩阵基板制造反射型液晶显示装置的方法。利用图14加以解释。
首先根据实施例6制作出图12所示的有源矩阵基板。然后在图12所述有源矩阵基板的至少一个象素电极470上形成取向膜567，再进行研磨。注意，在制作本实施例的取向膜567之前，应先通过构图一如丙烯酸树脂膜等的有机树脂膜而在适当位置处形成柱状间隔572，以保证基板间的间隔。而且，还可以在基板的整个表面分布球形间隔，作为该柱状间隔的替代。
然后制备反向基板569。进而在该反向基板569上形成彩色层570和571以及一水平膜层573。红色层570和蓝色层571相叠置而形成一挡光区。另外，挡光区还可以通过红色层的一部分与绿色层相叠而形成。
把实施例6中所述的基板用于本实施例。所以，从图13所示的实施例6的象素区顶视图中可知，有必要使至少栅极导线469与象素电极470间的间隙、栅极导线469与连接电极468间的间隙和连接电极468与象素电极470间的间隙挡光。彩色层中各层的设置使得由彩色层层压而得的挡光区形成于那些必须挡光的位置，然后将其与该反向基板相接。
通过利用由彩色层层压而得的挡光区，而不需要形成例如黑色掩模等的挡光层，可以减少进行像素间各间隙挡光的处理步骤数。
由透明导电膜制成的反电极576形成于至少象素区上的水平膜层573。在反向基板的整个表面形成取向膜574，并进行研磨过程。
其上形成有象素区和驱动电路的有源矩阵基板和反向基板通过焊接材料568而连接。在焊接材料568中混入填充剂，并依赖于该填充剂和柱状间隔将这两个基板连接起来，并保持均匀间隔。然后在两个基板间注入液晶材料575，再通过密封剂(图中未示出)对这两个基板进行完全的密封。所用的液晶材料575可以是公知的液晶材料。从而完成了图14所示的反射型液晶显示装置的制作。如果有必要，可以把有源矩阵基板或反向基板切割成想要的形状。另外，极化板(图中未示出)仅与反向基板相接。于是可用已知的技术连接FPC。
由上述方法所作的液晶显示装置具有利用能量强度足够高的激光束对半导体膜进行均匀退火而得的半导体膜制得的TFT。这可以使其成为一种具有很好的操作性能和可靠性的前述液晶显示装置。这种液晶显示装置可用于各种电子设备的显示器件。
应当注意，可以将本实施例与实施例1-6进行任一组合。
实施例8
本实施例中，将描述利用制作TFT的方法而制作发光装置的例子，所制作的TFT用于制作实施例6中所示的有源矩阵基板。本说明书中，发光装置是显示板和显示模块的通用语，所述的显示板表示在前述基板与覆盖件之间的基板上形成发光元件，所述的显示模块具有含所述显示板的TFT。顺便说一句，所述的发光元件具有一层含一种混合物的层，其可通过给阳极和阴极施加电场(发光层)而产生电致发光。其间，有机混合物中的电致发光包括从单激发态返回到基态的发光(荧光)和从三重激发态返回基态时所发出的光(磷光)，包括其中任何一种或两种光发射。
本说明书中，发光元件的阳极和阴极间所形成的所有层都被作为有机发光层。发光层、空穴注入层、电子注入层、空穴传送层和电子传送层等都凝结在有机发光层中。该发光层所具有的基本结构为：阳极层、发光层和阴极层依次层压而成的结构。而且对于这种结构，发光元件还可以具有以下结构：阳极层、空穴注入层、发光层和阴极层依次层压形成的结构或者是由阳极层、空穴注入层、发光层、空穴传送层和阴极层等依次层压而成的结构。
图15是本实施例的发光装置的截面图。图15中，利用图12所示的n-通道型TFT503而在基板700上形成的开关型TFT603。因此，为解释这种结构，应参照对n-通道型TFT503的解释。
顺便说一句，尽管本实施例具有由两个通道区形成的双门结构，但是也可以采用由一个通道区形成的单门结构或由三个通道区形成的三门结构。
利用图12的CMOS电路在基板700上制作驱动电路。因此，为解释这种结构，应参照对n-通道TFT601和p-通道TFT602的解释。顺便说一句，尽管这种实施例是一种单门结构，但是，也可以采取双门或三门结构。
同时，导线701和703充当CMOS电路的源极导线，而导线702充当漏极导线。而且，导线704充当把源导线708和切换TFT的源极区进行电连接的导线，而导线705充当把漏极导线709和切换TFT的漏极区进行电连接的导线。
顺便说一句，可以利用图12所示的p-通道型TFT502而制成电流控制TFT604。所以，为解释该结构，应当参照对p-通道型TFT502的解释。顺便说一句，尽管本实施例中是单门结构，但也可以采用双门或三门结构。
此时，导线706是电流控制TFT的源导线(相对于电流供给线)，而导线707是一个与象素电极711电连接的电极。
同时，附图标记711是由透明导电膜制成的象素电极(发光元件的阳极)。也可以在氧化铟与氧化锡的混合物、氧化铟与氧化锌的混合物、氧化锌、氧化锡或氧化铟以及其他的透明导电膜中加入镓而成为前述的透明导电膜。在制作导线之前，在平面夹层绝缘膜710上形成象素电极711。本实施例中，由于TFT要利用平面化的树脂膜710，所以平面化步骤非常重要。由于此后所形成的发光层厚度极薄，所以可能会因该步骤而影响其发光。因此，应当在制作象素电极之前进行平面化过程，使得发光层尽可能平整。
制作完导线701-707之后，形成如图15所示的埂(bank)712。埂712可以由构图绝缘膜或构图100-400nm厚的含硅有机树脂膜而形成。
顺便说一句，由于埂712是一种绝缘膜，所以，在沉积过程中应小心元件的静电击穿。本实施例，在绝缘膜中加入了碳微粒或金属微粒作为形成埂712的材料，从而降低电阻率和抑制静电出现。在此情形中，可以调节所加入的碳或金属微粒的量，以使其电阻率为1×106-1×1012Ωm(优选1×108-1×1010Ωm)。
在象素电极711上形成发光层713。顺便说一句，尽管图15中仅示意了一个象素，但本实施例可分别相应于不同的颜色R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)而形成不同的发光层。同时，本实施例中，通过沉积过程而形成了低分子重量的有机发光材料。特别地，这是一种具有20nm厚并作为空穴注入层的酞花青铜(CuPc)膜和具有70nm厚并作为发光层的3-8-喹啉醇铝(Alq3：tris-8-qyuinolinolato aluminum complex)膜的层压结构。发出的光的颜色可以通过向Alq3中添加如喹丫啶酮、二苯嵌苯或DCM1的荧光颜料来控制。
但是，前述的例子只是用作发光层的有机发光材料的例子，不能作为对此的限制。可以通过发光层、电荷传送层和电子注入层的自由组合来形成发光层(用于发光和载流子移动的层)。例如，尽管本实施例中所示意的例子中是采用低分子重量的有机发光材料作为发光层的，但是也可以采用中等分子的有机发光材料和高分子重量的有机发光材料。而且，那些并不具有卓越性能但具有小于或等于20个分子或具有小于或等于10μm长度分子链的有机发光材料可为中等分子有机发光材料。作为高分子重量的有机发光材料的一个例子，通过旋转涂覆法形成20nm厚的聚噻吩(PEDOT)膜，使之成为空穴注入层，且可以采用厚度约为100nm的对苯亚乙烯类化合物(PPV：paraphenylenvinylene)层压结构，使之成为发光层。利用PPV的π共轭型聚合物从红色到蓝色中选择发光波长。此时，可以利用例如碳化硅的无机材料制成电子传送层或电荷注入层。这些有机发光材料或无机材料可以是已知的材料。
接着，在发光层713上形成导电膜的阴极714。本实施例中，所用的导电膜为铝锂合金膜。当然，也可以采用已知的MgAg膜(镁银合金膜)。周期表中1或2族元素所形成的导电膜或加入这种元素的导电膜可用作阴极材料。
一旦形成了阴极714，就完成了发光元件715的制作。顺便说一句，发光元件715在此指的是由象素电极(阳极)711、发光层713和阴极714所形成的二极管。
以完全覆盖发光元件715的方式而提供钝化膜716是很有效的。所述的钝化膜716由包括碳膜、氮化硅膜或氧氮化硅膜的绝缘膜制成，并且所用的绝缘膜是单层或组合的层压结构。
在此情形中，最好使用覆盖率好的膜作为钝化膜。可以使用碳膜，尤其是DLC(钻石类碳)膜。DLC膜能够在从室温到不超过100℃的范围下沉积，并可以很容易地在低耐热性下沉积到发光层713。同时，DLC膜对氧具有很好的屏蔽作用，可以抑制发光层713的氧化。因此，可以避免在以下密封过程中发光层713的氧化问题。
并且，在钝化膜716上设一密封元件717，以连接一覆盖元件718。所用的密封元件717可以是紫外可固化树脂。它能有效地提供一种具有吸湿性或抗氧化效应的物质。同时，本实施例中，所用的覆盖元件718是一种在其两个表面都具有碳膜(优选钻石类碳膜)的玻璃基板、石英基板或塑料基板(包括塑料膜)。除了所述的碳膜，也可以采用铝膜(例如AlON、AlN和AlO)、SiN等替代。
由此，完成了对具有如图15所示结构的发光装置的制作。顺便说一句，采取连续方式，利用多室模式(或线性模式)的沉积装置在形成埂712之后形成钝化膜716的过程是很有效的，它不会排放到空气中。而且，还可以继续连续地进行连接覆盖元件718的过程，也不会排放到空气中。
这种方式中，都是在基板700上形成n-通道型TFT601、p-通道型TFT602、切换型TFT(n-通道型TFT)603和电流控制TFT(p-通道型TFT)604。
并且，如图15所示，通过利用绝缘膜遮盖栅极而形成掺杂区，可以形成可阻止因热载流子而引起损坏的n-通道型TFT。因此，可实现发光装置的高可靠性。
同时，本实施例仅示出了象素区和驱动电路的结构。但是，根据本实施例的制作过程，除此以外，还可以在同一绝缘元件上形成例如信号区分电路、D/A转换器、运算放大器、γ校正电路等的逻辑电路。而且，还可以形成存储器或微处理器。
由上述方法所作的发光显示装置具有由能量强度充足的激光束对半导体膜进行均匀退火而制得的TFT。它可以成为一种具有上述发光显示装置的很好的操作特性和可靠性。这种发光显示装置可被用作各种电子设备中的显示器件。
应当注意，该实施例可与实施例1-6进行任一组合。
实施例9
可利用本发明制作各种半导体器件(有源矩阵型液晶显示装置、有源矩阵型发光装置或有源矩阵型EC显示装置)。特别地，本发明可被套装在任一种其中的电光装置与显示器件共同作用的电子设备中。
这种电子设备可以是摄像机、数码照相机、投影仪、头戴式显示器(护目镜式显示器)、汽车导航系统、汽车体视系统、个人电脑、便携式信息终端(例如便携式计算机、手机或电子书等)。图16A-16F、17A-17D和18A-18C示出了一些例子。
图16A示意了一台个人电脑，它包括主机3001、图象输入部3002、显示器3003、键盘3004等。本发明中的个人电脑可以采用由本发明所制作的半导体器件来作其显示器3003。
图16B示意了一台摄像机，它包括主机3101、显示器3102、声频输入部3103、操作开关3104、电池3105、图像接收部3106等。本发明中的摄像机可以采用由本发明所制作的半导体器件来作其显示器3102。
图16C示意了一台便携式电脑，它包括主机3201、摄像部3202、图像接收部3203、操作开关3204、显示器3205等。本发明中的便携式电脑可以采用由本发明所制作的半导体器件来作其显示器3205。
图16D示意了一种护目镜式显示器，它包括主机3301、显示器3302、臂部3303等。本发明中的护目镜式显示器可以采用由本发明所制作的半导体器件来作其显示器3302。
图16E示意了一种利用其上记录有程序的记录媒质的播放机，这种播放机包括主机3401、显示器3402、扬声器3403、记录媒质3404、操作开关3405等。这种播放机利用DVD(数字通用盘)和CD等作为其记录媒质，使使用者欣赏音乐、电影、玩游戏和上网。本发明中的播放机可以采用由本发明所制作的半导体器件来作其显示部3402。
图16F示意了一种数码相机，它包括机体3501、显示器3502、目镜3503、操作开关3504、图像接收部(未示出)等。本发明中的数码相机可以采用由本发明所制作的半导体器件来作其显示部3502。
图17A示意了一种前置式投影仪，它包括投影装置3601、屏幕3602等。前置式投影仪可以采用由本发明所制作的半导体器件来不仅作为其投影装置3601一部分的液晶显示器3808而且还包括其他的驱动电路。
图17B示意了一种后置式投影仪，它包括主机3701、投影装置3702、反射镜3703、屏幕3704等。这种后置式投影仪可以采用由本发明所制作的半导体器件来不仅作为其投影装置3702一部分的液晶显示器3808而且还包括其他的驱动电路。
图17C示意了图17A和图17B分别所示的投影装置3601和3702的一种结构。投影装置3601和3702都是由光源光学系统3801、反射镜3802、3804-3806、双色镜3803、棱镜3807、液晶显示器3808、相差板3809和投影光学系统3810构成。投影光学系统3801由含一投影透镜的光学系统构成。本实施例采用的是三板型，但该实施例不限于此，它还可以是单板型。此外，具体实施本发明的人还可以在图17C中前头所指的路径中适当设置光学系统，例如光学透镜、具有偏振功能的膜、用于调节相差的膜、IR膜等。
图17D示意了图17C所示光源光学系统3801的一种结构。本实施例中，光源光学系统3801由反射器3811、光源3812、透镜阵列3813和3814、偏振态变换元件3815和聚光透镜3816构成。顺便说一句，图17D所示的光源光学系统只是一个例子，本发明不限于所示的这种结构。例如，具体实施本发明的人还可以适当设置光学系统，例如光学透镜、具有偏振功能的膜、用于调节相差的膜、IR膜等。
图17A-17D中所示的投影仪是采用透明型电光装置的类型，但没有示意出本发明用于反射型电光装置和发光装置的例子。
图18A示意了一种手机，它包括主机3901、声音输出部3902、声音输入部3903、显示器3904、操作开关3905、天线3906等。本发明中的手机可以采用由本发明所制作的半导体器件来作其显示器3904。
图18B示意了一种便携式书(电子书)，它包括主机4001、显示器4002和4003、存储介质4004、操作开关4005、天线4006等。本发明中的便携式书可以采用由本发明所制作的半导体器件来作其显示器4002和4003。
图18C示意了一种显示器，它包括主机4101、机座4102、显示部4103等。本发明中的显示器可以采用由本发明所制作的半导体器件来作其显示部4103。本发明特别有利于大屏幕显示，且有利于做成对角尺寸大于或等于10英寸(尤其是大于等于30英寸)的显示器。
从以上的描述中可以清楚地知道，本发明的使用范围非常广，且本发明可以用于任何一种电子设备范畴。本发明的电子设备可通过利用实施例1-7与8的任意组合而得的结构来获得。
采用本发明的结构具有以下所述的主要特性：
(a)在被照射表面或其邻近表面上可产生能量强度分布极高的激光；
(b)可对被照射物体实施均匀退火。它尤其适用于进行半导体膜的晶化和结晶度的改善以及掺杂元素的激活；
(c)生产量得以提高；
(d)如果满足了上述优点，则可改善含半导体器件的有源矩阵液晶显示装置的操作特性和可靠性。并且，可以降低半导体器件的制造成本。

Claims (44)

1、一种激光辐照装置，包括：
多个激光器；
至少一个光学单元，用于从所述多个激光器输出的多个激光束中选出一个激光束，并将该激光束的光斑分成两个；和
至少一个光学单元，用于把其他多个激光束和所述两个分开的激光束合成为一个激光束照射到辐照物体上；
其中所述分开的激光束在所述辐照物体上是相互隔开的。
2、一种如权利要求1所述的装置，其中通过合成得到的激光为线形。
3、一种如权利要求1所述的装置，其中所述的线形激光具有大于或等于400nm的波长。
4、一种如权利要求1所述的装置，其中所述的激光束光斑被等分。
5、一种如权利要求1所述的装置，其中所述的激光器为连续波或脉冲振荡的固体激光器、气体激光器或金属激光器。
6、一种如权利要求1所述的装置，其中每个所述激光器都是从包括连续波或脉冲振荡的YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器和Ti：蓝宝石激光器的激光器组中选出的。
7、一种如权利要求1所述的装置，其中每个所述激光器都是从包括连续波或脉冲振荡的准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器的激光器组中选出的。
8、一种如权利要求1所述的装置，其中每个所述激光器都是从包括连续波或脉冲振荡的氦—镉激光器、铜蒸汽激光器、金蒸汽激光器的激光器组中选出的。
9、一种如权利要求1所述的装置，其中所述的激光束被一个非线性光学元件转换成谐波。
10、一种激光照射装置，包括：
多个激光器；
至少一个光学单元，用于从所述多个激光器输出的多个激光束中选出一个激光束以将该激光束的光斑分成两个；
至少一个光学单元，用于在所述分开的激光束的光斑的截面的垂直方向上对辐照物体上的两个分开的激光束的光斑进行扩展，并将所述激光束整形为线形光束；
至少一个光学单元，用于把其他多个激光束整形为到所述辐照物体上的线形束；
至少一个光学单元，用于把多个线形激光束合成为到所述辐照物体上的一个线形激光束；
其中，在由合成而得的所述线形激光中，该激光的纵向边缘是所述分开的激光束的截面，且所述分开的激光束在所束辐照射物体上是相互隔开的。
11、一种如权利要求10所述的装置，其中由合成而得的线形激光的纵向衰减区每个都小于或等于200μm。
12、一种如权利要求10所述的装置，其中所述线形激光具有大于或等于400nm的波长。
13、一种如权利要求10所述的装置，其中所述激光束的光斑被等分。
14、一种如权利要求10所述的装置，其中所述激光器为连续波或脉冲振荡的固体激光器、气体激光器或金属激光器。
15、一种如权利要求10所述的装置，其中每个所述激光器都是从包括连续波或脉冲振荡的YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器和Ti：蓝宝石激光器的激光器组中选出的。
16、一种如权利要求10所述的装置，其中每个所述激光器都是从包括连续波或脉冲振荡的准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器的激光器组中选出的。
17、一种如权利要求10所述的装置，其中每个所述激光器都是从包括连续波或脉冲振荡的氦—镉激光器、铜蒸汽激光器、金蒸汽激光器的激光器组中选出的。
18、一种如权利要求10所述的装置，其中所述激光束被一个非线性光学元件转换成谐波。
19、一种激光辐照方法，包括以下步骤：
从多个激光器中发出多个激光束；
从所述多个激光器所输出的多个激光束中选出一个激光束，以将该激光束的光斑分成两个；和
把其他多个激光束与两个分开的激光束合成为一个到辐照物体上的激光；
其中所述分开的激光束在所述辐照射物体上相互隔开。
20、一种如权利要求19所述的方法，其中由合成得到的所述激光为线形。
21、一种如权利要求19所述的方法，其中所述激光束的光斑被等分。
22、一种如权利要求19所述的方法，其中在用所述合成的线形激光照射辐照物体时，使所述辐照物体与所述激光相对运动。
23、一种如权利要求19所述的方法，其中所述激光器是从包括连续波激光器、脉冲振荡激光器、固体激光器、气体激光器和金属激光器的激光器组中选出的。
24、一种如权利要求19所述的方法，其中每个所述激光器都是从包括连续波或脉冲振荡的YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器和Ti：蓝宝石激光器的激光器组中选出的。
25、一种如权利要求19所述的方法，其中每个所述激光器都是从包括Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器的激光器组中选出的。
26、一种如权利要求19所述的方法，其中每个所述激光器都是从包括连续波和脉冲振荡的氦—镉激光器、铜蒸汽激光器、金蒸汽激光器的激光器组中选出的。
27、一种如权利要求19所述的方法，其中所述激光被一个非线性光学元件转换成谐波。
28、一种制作半导体器件的方法，其中：把权利要求19所述的激光辐照方法用于加热半导体膜。
29、一种制作半导体器件的方法，其中：把权利要求19所述的激光辐照方法用于晶化半导体膜。
30、一种制作半导体器件的方法，其中：把权利要求19所述的激光辐照方法用于加热半导体膜。
31、一种制作半导体器件的方法，其中：把权利要求19所述的激光辐照方法用于晶化半导体膜，并激活所晶化的半导体膜。
32、一种激光辐照方法，包括以下步骤：
从多个激光器中发出多个激光束；
从所述多个激光器所输出的多个激光束中选出一个激光束，并将该激光束的光斑分成两个；
在所述分开的激光束的光斑截面的垂直方向上对到辐照物体上的分开的激光束的光斑进行扩展，以使所述激光束整形为线形束；
把其他多个激光束整形为到所述辐照物体上的线形束；
把所述多个线形激光束合成为到所述辐照物体上的一个线形激光；
其中在由合成而得的线形激光中，该激光的纵向边缘是所述分开的激光束的截面，且所述分开的激光束在所述辐照物体上是相互隔开的。
33、一种如权利要求32所述的方法，其中由合成而得的激光的纵向衰减区每个都小于或等于200μm。
34、一种如权利要求32所述的方法，其中所述激光束的光斑被等分。
35、一种如权利要求32所述的方法，其中在用所述合成的线形激光照射辐照物体时，使所述辐照物体与所述激光相对运动。
36、一种如权利要求32所述的方法，其中所述激光器是从包括连续波激光器、脉冲振荡激光器、固体激光器、气体激光器和金属激光器的激光器组中选出的。
37、一种如权利要求32所述的方法，其中每个所述激光器都是从包括连续波或脉冲振荡的YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器和Ti：蓝宝石激光器的激光器组中选出的。
38、一种如权利要求32所述的方法，其中每个所述激光器都是从包括Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器的激光器组中选出的。
39、一种如权利要求32所述的方法，其中每个所述激光器都是从包括连续波或脉冲振荡的氦—镉激光器、铜蒸汽激光器、金蒸汽激光器的激光器组中选出的。
40、一种如权利要求32所述的方法，其中所述激光束被一个非线性光学元件转换成谐波。
41、一种制作半导体器件的方法，其中：把权利要求32所述的激光辐照方法用于加热半导体膜。
42、一种制作半导体器件的方法，其中：把权利要求32所述的激光辐照方法用于晶化半导体膜。
43、一种制作半导体器件的方法，其中：把权利要求32所述的激光辐照方法用于加热半导体膜。
44、一种制作半导体器件的方法，其中：把权利要求32所述的激光辐照方法用于晶化半导体膜，并激活所晶化的半导体膜。
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