CN1531037B - 激光辐照方法、设备以及用于制造半导体器件的方法 - Google Patents
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Abstract
在制造半导体器件的工艺中,当将CW激光束整形为线性光束并在扫描时辐照在半导体膜上时,形成了在扫描方向上长度延伸的多个晶粒。由此形成的半导体在扫描方向上基本上具有类似于单晶的特性。然而,CW激光振荡器的输出如此低以致需要更多的时间来退火,还严重限制了设计规则。通过实施变焦距功能,可以根据在半导体元件上形成的半导体元件的尺寸来改变线性激光束的尺寸,可以缩短激光退火所需的时间,并可以放宽对设计规则的限制。变焦距功能包括连续可变(参照图1A-2C)并可以将线性激光束的长度转变为几种图形(参照图6A、6B和6C)的变焦距功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光辐照方法和使用该方法的激光辐照设备(激光辐照设备包括激光振荡器和将从激光振荡器发射的激光束引导至被辐照物体的光学系统)。而且,本发明涉及一种用于制造半导体器件的方法,该方法包括通过激光束辐照的结晶化、激活、加热等的步骤。应当注意,半导体器件包括电光器件,例如液晶显示器、发光器件等,以及具有将电光器件作为其部件的电子设备。
背景技术
近年来,已经进行了涉及结晶化无定形半导体膜以便形成具有晶体结构的半导体膜(此后称为结晶半导体)的技术的研究,无定形半导体膜形成在绝缘衬底例如玻璃衬底上。作为它的结晶化方法,已经实验了利用退火炉的热退火方法,快速热退火方法(RTA方法)、激光退火方法等。当进行结晶化时,就可以采用这些方法中的一种方法,或将这些方法进行组合。
结晶半导体膜在它的迁移率方面优于无定形半导体膜。因此,结晶半导体膜已经用于薄膜晶体管(此后称为TFT),薄膜晶体管被用于有源矩阵型的液晶显示器,该液晶显示器例如具有TFT用于像素部分,或用于在一个玻璃衬底上形成的像素部分和驱动电路。
通常,为了在退火炉中结晶化无定形半导体膜,必须在600℃下进行热处理10小时或更长。适合用作这种结晶化的衬底材料是石英,但是,石英衬底昂贵并难于处理成大的衬底。增大衬底尺寸被认为是提高生产效率的一种方法,由此进行了在玻璃衬底上形成半导体的研究,玻璃衬底价格便宜并易于处理成大的衬底。最近,已经对1m或更大边长的玻璃衬底进行了试验。
作为结晶化的一个实例,利用在发表的专利申请H7-183540中公开的金属元素的热结晶化方法就能够降低结晶化温度,而结晶化温度是传统方法中存在的问题。根据利用金属元素的热结晶化方法,通过将少量的镍、钯、铅等添加到无定形半导体膜,然后在550℃下加热4小时就可以形成结晶半导体膜。550℃的温度低于玻璃衬底的变形温度,因此就不必担心它的变形等。
另一方面,激光退火方法能够将较高的能量仅仅提供给半导体膜,而不会提高衬底的温度。因此,激光退火方法引起了重视,因为这种方法不仅可以用于变形温度低的玻璃衬底,而且还可以用于塑料衬底等。
下面将解释激光退火方法的一个实例。将从准分子激光器产生的脉冲激光束整形(shaped)为在将被辐照的表面处为边长为几厘米的正方形或长度为100mm或更大的线性,并相对于将被辐照的物体移动激光束,以进行退火。应当注意,此处的“线性(linear)”并不表示严格的直线,而意味着具有大纵横比的矩形(长方形等)。例如,线性表示具有2或更大(优选10-10000)的纵横比的矩形,其包括在被辐照表面处的矩形形状的激光束(矩形激光束)中。为了确保足以使被辐照物体退火的能量密度,将激光束整形为线性,并且激光束可以具有矩形形状或平面形状,如果对被辐照物体进行足够的退火。
由此制造的结晶半导体膜具有聚集的多个晶粒,并且每个晶粒的位置和尺寸是随机的。为了隔离,通过将结晶半导体膜构图成岛形,形成玻璃衬底上的TFT。在此情况下,就不可能形成规定其位置和尺寸的晶粒。与晶粒的内部相比,晶粒之间的界面(晶粒界面)就具有无定形结构,并且由于晶体缺陷,就存在大量的复合中心和俘获中心。已经知道,当载流子被俘获中心俘获时,晶粒界面的势能就提高以至变成阻挡载流子的势垒,因此就降低了载流子的电流传输特性。虽然沟道形成区中的半导体膜的结晶度严重影响TFT的特性,但通过消除这种晶粒界面的影响来形成单晶半导体膜的沟道形成区几乎不可能。
近来,已经关注到了一种技术,该技术将连续波(CW)激光束辐照半导体膜、同时在一个方向上用CW激光束扫描半导体膜,在沿扫描的长度延伸方向上形成单晶晶粒。这种技术报道在AMLCD’01 Tech.Dig.2001,227-230页中的由A.Hara,F.Takeuchi,M.Takei,K.Yoshino,K.Suga和N.Sasaki的“Ultra-high Performance Poly-Si TFTs on a Glass by a Stable Scanning CW LaserLateral Crystallization”中。
认为利用这种技术能够至少在它的沟道方向上形成几乎没有晶粒界面的TFT。
然而,在这种方法中,因为CW激光束具有足以被半导体膜吸收的波长,因此只能使用输出低至10W的激光振荡器,它在生产率方面比准分子激光器差。应当注意,具有高输出的CW激光振荡器适合于这种方法,这种振荡器具有可见光波长或比可见光更短的波长并具有非常高的稳定性。例如,YVO4激光器的二次谐波、YAG激光器的二次谐波、YLF激光器的二次谐波、YAlO3激光器的二次谐波、Ar激光器等都可以用作激光振荡器。然而,当这些激光器中的每一个应用于结晶化半导体膜时,为了弥补能量的不足,光束斑点就必须非常窄。因此,在生产率和激光退火的均匀性等方面就会出现问题。此外,在非常窄的光束斑点的终端处,就会形成迄今为止通常所见的具有许多晶粒界面的多晶半导体膜。因此,就不利于在这种区域中形成器件。本发明的目的在于解决这个问题。
发明内容
在用CW激光束结晶化半导体膜的工艺中,为了提高生产率,通常采用将被辐照表面上的光束斑点形状伸长(此后称为线性)并在垂直于线性光束斑点的主轴方向上扫描被辐照表面的技术。
伸长的光束斑点的形状主要依赖从激光振荡器发射的激光束的形状。例如,具有圆棒的固体激光器发射圆形激光束,当激光束被拉长时,它就变成椭圆形。另一方面,具有盘形(slab)棒的固体激光器发射矩形激光束,当激光束被拉长时,它就变成矩形。当采用盘形激光器时,矩形激光束的长边方向上的发散角和它的短边方向上的发散角彼此不同,由此当设计光学系统时就必须将其考虑在内。在本发明中,这些光束通常称作线性光束。此外,线性激光束表示伸长的激光束,它的长边是短边的10倍或更大。而且,而且,在本发明中,当假定线性激光束的最大能量密度为1时,具有e-2或更大能量的激光束定义为线性激光束。应当注意,在本说明书中,线性激光束的长度描述为主轴,而它的宽度描述为副轴。
本发明提供一种激光辐照设备,一种激光辐照方法和一种用于制造半导体器件的方法,包括:可以改变线性激光束的长度和宽度的光学系统和在它的主轴方向上均衡线性激光束的能量分布的光学系统。利用这些光学系统,就可以根据器件的尺寸和布局来改变线性激光束的长度,以致激光束有效地辐照在所需的区域内。因为激光束的长度是可变的,本发明可以容易地应用于具有复杂电路结构的器件的退火。换句话说,根据应当进行退火的区域宽度来改变线性激光束的长度,就可以使不必退火的不必要区域最小。如上所述,在线性激光束的两端,就形成了所谓的多晶半导体膜。这种多晶半导体膜不适合于形成要求高性能的器件。因此,因为可以放宽设计规则,所以就能非常有效地改变线性激光束的长度。而且,在本发明中,通过使用光学系统均衡主轴方向上的线性激光束的能量分布,就使半导体膜的性质均匀,由此提高了半导体器件的性能。应当注意,设计规则并不如此复杂的半导体器件不需要变焦距功能,但是为了使特性一致,具有均匀能量分布的线性激光束是必要的。优选在线性激光束的主轴方向上能量分布在±5%之间变化。在下面介绍本发明。
本发明提供一种激光辐照方法,包括步骤:通过光学系统1,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有变焦距功能(zoom function)的光学系统2,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束;以及通过适当地实施变焦距功能,改变被辐照表面上的线性激光束的尺寸。
本发明提供一种激光辐照方法,包括步骤:通过衍射光学系统,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有变焦距功能的光学系统,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束;以及通过适当地实施变焦距功能,改变被辐照表面上的线性激光束的尺寸。
本发明提供一种激光辐照方法,包括步骤:通过光学系统1,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有有限共轭设计的光学系统2,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束。
本发明提供一种激光辐照方法,包括步骤:通过衍射光学系统,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有有限共轭设计的光学系统,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束。
本发明提供一种激光辐照方法,包括步骤:通过光学系统1,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有有限共轭设计的光学系统2,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束;以及通过改变有限共轭设计比例来改变线性激光束的尺寸。
本发明提供一种激光辐照方法,包括步骤:通过衍射光学系统,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有有限共轭设计的光学系统,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束;以及通过改变有限共轭设计比例来改变线性激光束的尺寸。
在上述结构中,激光振荡器选自由气体激光器、固体激光器和金属激光器组成的组中。作为气体激光器,给出了Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等。作为固体激光器,给出了YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、紫翠玉激光器、Ti:蓝宝石激光器等。作为金属激光器,给出了氦-镉激光器等。在本发明中应用的激光振荡器通常为CW激光振荡器,但也可以应用脉冲激光器,如果其脉冲之间的时间帧非常短,以便它可以作为连续波。在此情况下,为了获得这种脉冲激光束,就可以以MHz或更高的高频辐照激光束,例如在1MHz-1GHz范围之内,优选在10MHz-100MHz的范围之内,或者在半导体膜上同时辐照CW激光束和这种脉冲激光束。在此情况下,就能使用例如YVO4激光器的二次谐波来获得这种脉冲激光束。
根据本发明的另一个方面,制造半导体器件的方法包括步骤:为了结晶化半导体膜,用脉冲激光束辐照半导体膜,该脉冲激光束具有1MHz-1GHz的高频,优选10MHz-100MHz的频率,典型为80MHz的频率。例如,可以采用YVO4激光器的二次谐波。
此外,在上述结构中,通过非线性光学元件将激光束转换为二次谐波。当采用LBO、BBO、KDP、KTP、KB5、CLBO等作为非线性光学元件的晶体时,它们具有优越的转换效率。通过将非晶光学元件设置在激光振荡器的谐振腔中,就能显著提高转换效率。
此外,在上述结构中,因为可以提高长光束的能量分布的均匀性,所以优选以TEM00模产生激光束。
本发明提供一种激光辐照设备,包括:激光振荡器;光学系统1,将从该激光振荡器中发射的激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;以及具有变焦距功能的光学系统2,其用矩形激光束形成图像并改变被辐照表面上的激光束的尺寸。
本发明提供激光辐照设备,包括:激光振荡器;衍射光学系统,其将从该激光振荡器中发射的激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;以及具有变焦距功能的光学系统,其用矩形激光束形成图像并改变被辐照的表面上的激光束的尺寸。
本发明提供一种激光辐照设备,包括:激光振荡器;光学系统1,将从该激光振荡器中发射的激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;以及具有有限共轭设计的光学系统2,其用矩形激光束形成图像。
本发明提供一种激光辐照设备,包括:激光振荡器;衍射光学系统,其将从该激光振荡器中发射的激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;以及具有有限共轭设计的光学系统,其用矩形激光束形成图像。
本发明提供一种激光辐照设备,包括:激光振荡器;光学系统1,将从该激光振荡器中发射的激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;以及有限共轭设计的光学系统2,其用矩形激光束形成图像并改变被辐照表面上的矩形激光束的尺寸。
本发明提供一种激光辐照设备,包括:激光振荡器;衍射光学系统,其将从该激光振荡器中发射的激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;以及具有有限共轭设计的光学系统,其用矩形激光束形成图像并改变被辐照表面上的矩形激光束的尺寸。
在上述结构中,激光振荡器选自由CW气体激光器、固体激光器和金属激光器组成的组中。作为气体激光器,给出了Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等。作为固体激光器,给出了YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、紫翠玉激光器、Ti:蓝宝石激光器等。作为金属激光器,给出了氦-镉激光器等。在本发明中应用的激光振荡器通常为CW激光振荡器,但也可以应用脉冲激光器,如果其脉冲间的时间帧非常短,以致它可以作为连续波。然而,为了获得这种脉冲激光束,有必要设计多种方式来进行激光束辐照,例如以MHz或更高的相当高频率的激光束进行辐照,或者在半导体膜上同时以其它CW激光束进行辐照,等等。
本发明提供一种用于制造半导体器件的方法,包括步骤:在将从激光振荡器发射的激光束转换为半导体膜或它附近上的线性激光束的情况下,通过光学系统1,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;然后通过具有变焦距功能的光学系统2,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束;通过适当地实施变焦距功能,根据半导器件的排列来改变被辐照表面上的线性激光束的尺寸;以及形成半导体元件。
本发明提供一种用于制造半导体器件的方法,包括步骤:在将从激光振荡器发射的激光束转换为半导体膜或它附近上的线性激光束的情况下,通过衍射光学系统,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有变焦距功能的光学系统,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束,以便形成具有均匀能量分布的线性激光束;通过适当地实施变焦距功能,根据半导体元件的排列来改变被辐照表面上的线性激光束的尺寸;以及形成半导体元件。
本发明提供一种用于制造半导体器件的方法,包括步骤:将从激光振荡器发射的激光束转换为半导体膜或它附近上的线性激光束,通过光学系统1,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有有限共轭设计的光学系统2,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束;将线性激光束辐照到半导体膜上;以及形成半导体元件。
本发明提供一种用于制造半导体器件的方法,包括步骤:在将从激光振荡器发射的激光束转换为半导体膜或它附近上的线性激光束的情况下,通过衍射光学系统,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有有限共轭设计的光学系统,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布的线性激光束;将线性激光束辐照到半导体膜上;以及形成半导体元件。
本发明提供一种用于制造半导体器件的方法,包括步骤:在将从激光振荡器发射的激光束转换为半导体膜或它附近上的线性激光束的情况下,通过光学系统1,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过具有有限共轭设计的光学系统2,通过将激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束整形为具有均匀能量分布线性激光束;通过改变有限共轭设计比例,根据半导体元件的排列来改变被辐照表面上的线性激光束的尺寸;以及形成半导体元件。
本发明提供一种用于制造半导体器件的方法,包括步骤:将从激光振荡器发射的激光束转换为半导体膜或它附近上的线性激光束,通过衍射光学系统,将激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束;通过有限共轭设计的光学系统,通过将矩形激光束形成被辐照表面上的图像,将矩形激光束形整形为具有均匀能量分布的线性激光束;以及通过适当地改变有限共轭设计比例,根据半导体元件的排列来改变被辐照表面上的线性激光束的尺寸;以及形成半导体元件。
在上述结构中,激光振荡器选自由CW气体激光器、固体激光器和金属激光器组成的组中。作为气体激光器,给出了Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等。作为固体激光器,给出了YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、紫翠玉激光器、Ti:蓝宝石激光器等。作为金属激光器,给出了氦-镉激光器等。在本发明中应用的激光振荡器通常为CW激光振荡器,但也可以应用脉冲激光器,如果其在脉冲间的时间帧非常短,以致它可以作为连续波。然而,为了获得这种脉冲激光束,就有必要设计多种方式来进行激光束辐照,例如以MHz或更高的相当高的频频率进行激光束辐照,或者在半导体膜上同时以其它CW激光束进行辐照,等等。
此外,在上述结构中,通过非线性光学元件将激光束转换为二次谐波。当采用LBO、BBO、KDP、KTP、KB5、CLBO等作为非线性光学元件的晶体时,它们具有优越的转换效率。通过将非线性光学元件设置在激光振荡器的谐振腔中,就能显著提高转换效率。
在上述结构中,因为可以提高线性激光束的能量分布的均匀性,所以优选以TEM00模产生激光束。
当上述线性激光束辐照半导体膜时,就可以形成其特性更加一致的半导体元件。此外,本发明适合于结晶化半导体膜,提高结晶度,并激活杂质。而且,本发明能够调整线性激光束的长度,由此防止了工艺浪费并提高产量。在例如应用本发明的有源矩阵型液晶显示器的半导体器件中,可以提高半导体器件的工作特性和可靠性。此外,在本发明中,不仅可以采用气体激光器,而且可以采用固体激光器,因此能够降低制造半导体器件的成本。
通过采用根据本发明的结构,就可以获得下列示出的显著效果。
(a)通过将本发明中的光学系统形成的线性激光束辐照到被辐照的物体,就可以实现更加均匀的退火。本发明在结晶化半导体膜、提高其结晶度并激活杂质方面特别有效。
(b)由于线性激光束的长度是可变的,因此就可以根据半导体元件的设计规则来进行激光退火,由此放宽设计规则。
(c)由于线性激光束的长度是可变的,因此就可以根据半导体元件的设计规则来进行激光退火,由此提高产量。
(d)代替传统激光退火方法中采用的气体激光器,在本发明中可以采用固体激光器,由此可以降低用于制造半导体器件的成本。
(e)具有这些令人满意的优点,就可以实现半导体器件特别是有源矩阵型液晶显示器的工作特性和可靠性的提高。而且,还可以降低用于制造半导体器件的成本。
附图说明
在附图中:
图1A、1B和1C是解释本发明的实施方式1的附图;
图2A、2B和2C是解释本发明的实施方式1的附图;
图3A、3B和3C是解释本发明的实施方式1的附图;
图4是解释本发明的实施方式2的附图;
图5是解释本发明的实施方式4的附图;
图6A、6B和6C是解释本发明的实施方式3的附图;
图7A、7B和7C是解释本发明的实施方式3的附图;
图8是解释本发明的实施方式2的附图;
图9是示出将线性激光束辐照到半导体膜的附图;
图10A、10B和10C是示出制造像素TFT和驱动电路工艺的剖面图;
图11A、11B和11C是示出制造像素TFT和驱动电路工艺的剖面图;
图12是示出制造像素TFT和驱动电路工艺的剖面图;
图13是示出像素TFT结构的顶视图;
图14是在一个像素部分中的驱动电路和像素部分的剖面图;
图15是发光器件中的驱动电路和像素部分的结构的剖面图;
图16A-16F是示出半导体器件的实例的附图;
图17A-17D是示出半导体器件的实例的附图;以及
图18A、18B和18C是示出半导体器件的实例的附图。
具体实施方式
实施方式1
用图1A-3C和图9来解释实施方式1。本实施方式解释线性激光束的一个实例,在被辐照表面上连续地改变线性激光束的尺寸。
在图1A、1B和1C中,将从激光振荡器101发射的激光束转变为具有均匀能量分布的矩形激光束。由矩形激光束形成的图像103具有均匀的能量分布。例如,当采用衍射光学系统作为光学系统102时,就能够形成其能量分布在±5%之间变化的激光束。为了获得更加均匀的激光束,在激光振荡器101中产生的激光束就必须具有高质量。例如,以TEM00模产生的激光束就能够提高其均匀性。而且,采用LD泵浦(pumped)激光振荡器很有效,因为它能输出稳定的能量,并能提高激光退火的均匀性。通过具有变焦距功能的光学系统104将图像103投射到被辐照表面105,通过光学系统102整形为矩形使图像103的能量分布均衡。可以采用常规的变焦距透镜来作为具有变焦距功能的光学系统104。例如,可以采用照相机的镜头来作为光学系统104。然而,考虑到激光束的强度,有必要涂敷透镜。在本发明中采用的激光振荡器输出大约几W到100W,因此有必要涂敷透镜,以至阻挡激光束的强度。当采用具有变焦距功能的光学系统时,可以改变光通路的长度。在此情况下,为了弥补其光通路的长度,改变相对于激光振荡器的被辐照表面105的位置,或插入光学系统例如反射镜等,由此在被辐照表面105上形成图像103。图1A示出了光学系统的一个实例,其可以将图像103的尺寸减少13倍。另一方面,图1B示出了光学系统的一个实例,其可以将图像103的尺寸减少7倍。图1C示出了光学系统的一个实例,其可以将图像103的尺寸减少4倍。
图2A、2B和2C详细解释具有变焦距功能的光学系统104。光学系统104为用于设计称为ZEMAX的光学系统的软件而输入的一个样本。以下解释通过光学系统104来改变激光束的形状的实例。
首先,激光束的形燃变为矩形,形成具有4mm×0.2mm尺寸的均匀能量分布的图像103。例如,可以采用输出10W的二次谐波(优选绿色波长或比绿色波长更短的波长)的CW固体激光振荡器作为激光振荡器101,并且衍射光学系统作为光学系统102。优选采用具有绿色波长或比绿色波长更短的波长的激光振荡器,其原因是比绿色波长更长的波长几乎不被半导体膜吸收。
接着,设置光学系统104,以致将包含在光学系统104中的透镜201的第一表面设置在图像103之后的400mm位置处。以下将进一步详细解释光学系统104。透镜201由LAH66形成,具有其曲率半径为-16.202203mm的第一表面、其曲率半径为-48.875855mm的第二表面和5.18mm的厚度。当弯曲中心位于光源的一侧时,符号为负。另一方面,当它位于相对于光源的一侧时,符号为正。透镜202由LLF6形成,具有其曲率半径为15.666614mm的第一表面、其曲率半径为-42.955326mm的第二表面和4.4mm的厚度。透镜203由TIH6形成,具有其曲率半径为108.695652mm的第一表面、其曲率半径为23.623907mm的第二表面和1.0mm的厚度。透镜204由FSL5形成,具有其曲率半径为23.623907mm的第一表面、其曲率半径为-16.059097mm的第二表面和4.96mm的厚度。透镜203粘接在透镜204上,并且即使实施变焦距功能,这些透镜不会分离。透镜205由FSL5形成,具有其曲率半径为-425.531915mm的第一表面、其曲率半径为-35.435861mm的第二表面和4.04mm的厚度。透镜206由LAL8形成,具有其曲率半径为-14.146272mm的第一表面、其曲率半径为-251.256281mm的第二表面和1.0mm的厚度。透镜207由PBH25形成,具有其曲率半径为-251.256281mm的第一表面、其曲率半径为-22.502250mm的第二表面和2.8mm的厚度。透镜208由LAH66形成,具有其曲率半径为-10.583130mm的第一表面、其曲率半径为-44.444444mm的第二表面和1.22mm的厚度。
图2A、2B和2C中所示的变焦距透镜包括部分非球面透镜,因此,在下面显示它们的非球面系数。透镜202的第二表面为非球面,它的非球面系数(aspheric coefficients)如下。4次项(4th order term)为0.000104,6次项为1.4209E-7,8次项为-8.8495E-9,10次项为1.2477E-10,12次项-1.0367E-12,以及14次项为3.6556E-15。应当注意,2次项为0.0。透镜204的第二表面是非球面,它的非球面系数如下所示。4次项为0.000043,6次项为1.2484E-7,8次项为9.7079E-9,10次项为-1.8444E-10,12次项1.8644E-12,以及14次项为-7.7975E-15。应当注意,2次项为0.0。透镜205的第一表面是非球面,它的非球面系数如下所示。4次项为0.000113,6次项为4.8165E-7,8次项为1.8778E-9,10次项为-5.7571E-10,12次项8.9994E-12,以及14次项为-4.6768E-14。应当注意,2次项为0.0。
随后,解释通过光学系统104改变被辐照表面105上的线性激光束尺寸的方法。根据常规的变焦距透镜系统就可以改变线性激光束的尺寸,更具体地,通过改变透镜的排列、透镜到物体的距离、透镜到图像的距离等,实施变焦距功能。
接着,根据作为光学系统104的详细视图的图1A或图2A中描述的透镜排列,被辐照表面105上的线性激光束的尺寸就变成0.3mm×0.02mm。在此情况下,每个透镜之间的距离如下。透镜201的中心和透镜202的中心之间的距离为0.1mm。透镜202的中心和透镜203的中心之间的距离为0.16mm。因为透镜203粘接到透镜204,所以透镜203的中心和透镜204的中心之间的距离为0。透镜204的中心和透镜205的中心之间的距离为9.48mm。透镜205的中心和透镜206的中心之间的距离为1.35mm。因为透镜206粘接到透镜207,所以透镜206的中心和透镜207的中心之间的距离为0。透镜207的中心和透镜208的中心之间的距离为3mm。透镜208的中心和被辐照表面105之间的距离为6.777292mm。
根据作为光学系统104的详细视图的图1B或图2B中描述的透镜排列,被辐照表面105上的线性激光束的尺寸为0.6mm×0.03mm。在此情况下,每个透镜之间的距离几乎与图1A中的每个透镜之间的距离相同,不同之处在于图1B中,透镜204和透镜205之间的距离为4.48mm,透镜208和被辐照表面105之间的距离为28.548739mm。
根据作为光学系统104的详细视图的图1C或图2C中描述的透镜排列,被辐照表面105上的线性激光束的尺寸为1.0mm×0.05mm。在此情况下,每个透镜之间的距离几乎与图1A中的每个透镜之间的距离相同,不同之处在于图1C中,透镜204和透镜205之间的距离为2.0mm,透镜208和被辐照表面105之间的距离为63.550823mm。
以上展示了光学系统的透镜数据的一个实例。对于专业人员,基本附图可以是必要的数字。
图3A、3B和3C示出了分别通过图1A-2C中所示的光学系统获得的被辐照表面105上的线性激光束的模拟结果。垂直轴显示线性激光束的主轴方向。另一方面,水平轴显示线性激光束的副轴方向。修正刻度纵横比以便更容易理解该附图。如上所述,清楚地看出,改变了线性激光束的尺寸。由于变焦距透镜的像差,降低了线性激光束的能量分布的均匀性,但是,通过优化变焦距透镜,就能够获得其能量密度更加均匀的激光束。
接着,解释用于制造半导体膜的方法的一个实例,该半导体膜成为被辐照的物体。首先,制备玻璃衬底。例如,玻璃衬底具有大约1mm的厚度,并且它的尺寸由专业人员适当地确定。在玻璃衬底上形成大约200nm厚的氧化硅膜。然后,在氧化硅膜上形成66nm厚的a-Si膜。此后,为了提高抵御激光束的能力,在氮气气氛、500℃下进行1小时的热处理。利用这种热处理,就形成了成为被辐照物体的半导体膜。代替热处理,可以进行将镍元素等添加到半导体膜中以便基于金属核生长晶体的处理。通过这种处理,可以期望半导体元件的可靠性等得到提高。在现有技术的说明中已经解释了这种工艺的细节。
接着,解释激光振荡器101的一个实例。一种用于激光振荡器101的最佳激光振荡器是LD泵浦CW激光振荡器。在这种CW激光振荡器之中,LD泵浦CW激光振荡器是具有532nm波长的二次谐波的YVO4激光器,其具有半导体膜充分吸收的波长。当采用市场上可获得的激光振荡器时,优选采用输出大约10W并以TEM00模产生的激光振荡器。当输出超过10W时,因为振荡模式变差,它就会影响能量分布的均匀性。然而,由于光束斑点的尺寸非常小,因此优选使用高输出的激光振荡器。但是,即使在使用高输出的激光振荡器的情况下,必须十分小心,因为当振荡模式不好时,就可能在被辐照表面上无法形成期望的激光束。
接着,用图9解释一个实例,其中线性激光束辐照在半导体膜上。在图1A、1B和1C中所示的被辐照表面105上设置半导体膜。在包括被辐照表面105的工作台上设置被辐照表面,该工作台以二维平面方式操作。例如,可以在5cm/s和200cm/s之间的速度来操作该工作台。当制造具有集成驱动电路的液晶显示器时,在对应于驱动电路的区域1901和1902中,就需要相对高能量密度的线性激光束。因此,采用具有图3A或3B中所示尺寸的线性激光束来退火半导体膜。就是说,采用图9中的线性激光束1904或1905。在此情况下,优选在相对窄的面积中设置器件之处的区域1901中采用短的线性激光束(例如,图3A),在相对大的面积中设置器件之处的区域1902中采用相对长的线性激光束。然而,当线性激光束形成得太长时,其能量密度就下降为非常低,结果,这种能量密度就不再适合于要求高性能的驱动电路。因此,当改变线性激光束的长度时,有必要考虑其能量密度的变化。适合于高性能器件的能量密度为0.01MW/cm2到1MW/cm2,但根据半导体膜的条件而改变,因此专业人员需要计算出每一种情况下的最佳值。在图9中,由于半导体元件的像素区不要求那样高速工作的器件,因此采用能量密度最低的线性激光束(图3C)来缩短工艺时间。就是说,在图9中,采用线性激光束1906。如上所述,通过采用具有变焦距功能的光学系统,就可以非常有效地退火半导体膜。由于改变变焦距功能中的激光束的宽度的长度没有意义,因此可以采用只在一个方向上起作用的光学系统例如柱面透镜来作为变焦距透镜。然而,球面透镜比柱面透镜具有更高的精度。其选择由专业人员来决定。应当注意,通过采用与图像处理系统结合的CCD照相机,就很容易控制半导体膜上的线性激光束的位置。为了用上述设备控制它的位置,具有一种在半导体膜上构图标记的方法,或根据激光辐照轨迹来调整构图位置的方法。
本发明中示出的线性激光束能够使激光退火更加均匀。而且,本发明可应用于结晶化半导体膜,提高结晶度,并激活杂质。此外,可以放宽设计规则的限制,以便根据器件的尺寸,通过优化线性激光束的长度来提高产量。通过利用具有高度均匀性的激光束来结晶化半导体膜,就可以形成高度均匀性的结晶半导体膜,并且可以减少TFT电特性的变化。此外,在应用本发明的半导体器件、特别是有源矩阵型液晶显示器中,可以提高半导体器件的工作特性和可靠性。此外,在本发明中可以采用固体激光器而非传统激光退火方法中使用的气体激光器,就能够降低用于制造半导体器件所需的成本。
实施方式2
本实施方式解释将两个激光束合成以形成更长的线性激光束的设备的一个实例。而且,解释用上述设备来退火半导体膜的一个实例。
首先,用图4来解释一种方法,该方法用于由都发射线性偏振光束的两个激光振荡器1401和1409来形成长线性激光束。从激光振荡器1401发射的激光束通过反射镜1402偏转,并且它的偏振方向通过1/2λ波片1403旋转90°。设置其偏振方向旋转的激光束以至传送TFP(薄膜板偏振器)1404并使光入射到衍射光学系统1405。虽然在本实施方式中采用TFP,但可以采用具有类似功能的任何其它光学元件。在图像1406处形成具有均匀能量分布的矩形光斑。而且,将激光束入射到具有变焦距功能的光学系统1407,将图像1406投射到被辐照表面1408。另一方面,从激光振荡器1409发射的激光束通过反射镜1410偏转,并以布鲁斯特(Brewster)角入射到TFP 1404。这样就使激光束在TFP 1404的表面上反射,并且在从TFP 1404输出之后,将从两个激光振荡器发射的激光束合成。通过衍射光学系统1405,在图像1406处,合成的激光束就形成具有均匀能量分布的矩形光斑。此后,激光束入射到具有变焦距功能1407的光学系统,将图像1406投射到被辐照表面1408。因此,从两个激光振荡器发射的激光束就被合成并被投射到被辐照表面1408上。由于合成了两个激光束,所以与实施方式1中所示的线性激光束的长度相比,该线性激光束的长度接近其两倍。例如,在要求高能量密度的区域中,就能够应用具有大约1mm长度的线性激光束,形成高密度集成、能高速工作的器件。
图8示出了一种系统化的激光辐照设备。采用两个激光振荡器,通过图8中未示出的光学系统合成从激光振荡器1801a和1801b中发射的激光束。此后,激光束穿过板1802中设置的开口1803来传输激光束,并辐照到半导体膜1809。在板1802上设置两个激光振荡器1801a和1801b,板1802具有CCD照相机1804a和1804b,以控制其上设立的半导体膜的位置。为了提高确定其位置的精度,在设备中设置有两个CCD照相机。精度取决于它所期望的目的,但通常要求大约几μm。显示器1805将观察由CCD照相机输入的图像。根据从该图像处理系统获得的位置信息,通过旋转工作台1808来旋转半导体膜1809。随着该旋转,半导体器件的排列方向就对应于线性激光束的扫描方向。在此情况下,由于CCD照相机不能任意移动,因此通过同时操作X轴的工作台1806和Y轴的工作台1807来确定位置。
在清楚知道半导体膜1809的位置信息之后,线性激光束就辐照到半导体膜1809中期望的位置。这里,根据线性激光束的长度(就是能量密度)或所需的能量来调整扫描速度。例如,在要求高速工作的驱动电路部分,在5cm/s和100cm/s之间的扫描速度是适合的。另一方面,在不要求那么高速工作的像素部分,扫描速度可以设置在50cm/s和几m/s之间。如上所述,以相对高速操作工作台,因此优选该系统安装在振动隔离器台1810上。在某些情况下,为了进一步减少振动,就需要活动的振动隔离器台。或者,气浮式非接触线性电动机可以应用于X轴的工作台1806和Y轴的工作台1807,以抑制因轴承摩擦引起的振动。
当采用本发明中示出的线性激光束辐照半导体膜时,就能够进行均匀的激光退火。而且,本发明适合于结晶化半导体膜,提高结晶度,并激活杂质。此外,本发明能够放宽设计规则的限制,以根据器件的尺寸、通过优化线性激光束的长度来提高产量。并且,通过利用具有高均匀度的激光束来结晶化半导体膜,就可以形成高均匀度的结晶半导体膜,并可以降低TFT电特性的变化。此外,在应用本发明的半导体器件、典型为有源矩阵型液晶显示器中,可以提高半导体器件的工作特性和可靠性。此外,由于在本发明中可以采用固体激光器,而不是传统激光退火方法中使用的气体激光器,因此本发明就能够降低用于制造半导体器件所需的成本。
实施方式3
本实施方式将解释具有变焦距功能的光学系统的一个实例,其不同于以图6A、6B和6C在实施方式1中描述的实例。在本实施方式中所示的变焦距功能具有一种系统,其中即使它是不连续的系统也能抑制像差并由此能够进行均匀的激光退火。
在图6A、6B和6C中,通过光学系统1602,将从激光振荡器1601中发射的激光束转换为具有均匀能量分布的矩形激光束。由矩形激光束形成的图像1603具有非常均匀的能量分布。例如,当采用衍射光学系统作为光学系统1602时,就能够形成其能量分布在±5%之中变化的激光束。为了获得其能量分布更加均匀的激光束,从激光振荡器1601中产生高质量的激光束是很重要的。例如,通过采用以TEM00模产生的激光束就可以提高它的均匀性。而且,为了提高激光退火的均匀性,因为输出保持稳定,所以采用LD泵浦激光振荡器是有效的。
通过称为有限共轭设计的中继系统1604a改变其尺寸之后,通过光学系统1602均衡它的能量分布的图像1603被投射到被辐照物体1605。例如,在图6A的情况下,共轭比为2∶1,因此图像1603的扩充率为1/2。因此,当图像1603具有1mm×0.02mm的尺寸时,被辐照表面1605上的图像的尺寸就为0.5mm×0.01mm。当仅在它的主轴方向上放大或缩小线性激光束时,中继系统可以包括柱面透镜。图7A示出了当假定中继系统包含柱面透镜时由设计光学系统的软件模拟的结果。在模拟中,图像1603的尺寸设置为1mm×0.02mm,并设置柱面透镜以使线性激光束的长度为它的一半。结果显示,在被辐照表面1605上获得了非常均匀的激光束。光学系统包括在以下将解释的位置处设置的透镜。在图像1603之后的400mm位置处设置具有400mm焦距的平凸柱面透镜,以致平凸柱面透镜的平面部分面对图像1603。在平凸柱面透镜的凸面部分之后的10mm位置处,设置具有200mm焦距的另一个平凸柱面透镜,以致平面部分面对被辐照表面1605。被辐照表面1605位于它的平面部分之后的200mm处。因此,构成从图像1603到被辐照表面1605的具有大约600mm的光通路长度的中继系统。
通过以中继系统1604b代替中继系统1604a,就可以改变被辐照表面1605上的线性激光束的尺寸。中继系统1604b的共轭比为3∶1,因此图像1603的扩充率就为1/3。代替中继系统的方式可以由专业人员适当地确定,但优选通过旋转式装置(revolver)等自动地旋转系统。为了保持光学通路长度恒定,中继系统1604b的光学通路长度制造得与中继系统1604a的光学通路长度一样。例如,在图像1603之后的450mm位置处设置具有450mm焦距的平凸柱面透镜,以致柱面透镜的平面部分面对图像1603。在平凸柱面透镜的凸面部分之后的10mm位置处,设置具有150mm焦距的另一个平凸柱面透镜,以致平面部分面对被辐照表面1605。被辐照表面1605位于它的平面部分之后的150mm。因此,构成从图像1603到被辐照表面1605的具有大约600mm光学通路长度的中继系统。
在相同方式下,制造具有共轭比4∶1的中继系统1604c。例如,在图像1603之后的480mm位置处设置具有480mm焦距的平凸柱面透镜,以致柱面透镜的平面部分面对图像1603。在平凸柱面透镜的凸面部分之后的10mm位置处,设置具有120mm焦距的另一个平凸柱面透镜,以致平面部分面对被辐照表面1605。被辐照表面1605位于它的平面部分之后的120mm处。因此,构成从图像1603到被辐照表面1605的具有大约600mm光学通路长度的中继系统。
与其中线性激光束的长度连续改变的结构相比,由于它的不变性,上述结构似乎不方便。然而,在实际工艺中,线性激光束并不需要被处理成各种长度,并且获得几种长度就足够了。因此,甚至具有几种放大倍数的光学系统如显微镜就可以应用于该工艺中,而不会有任何问题。在本实施方式中,描述了具有不同长度的三种线性激光束。当这些线性激光束应用于图9中示出的半导体膜的退火时,当采用具有能够改变线性激光束长度的变焦距功能的光学系统时,就能够以相同方式来处理半导体膜。应当注意,当半导体元件具有简单的设计规则时,当然对于线性激光束,只有一种长度就足够了。甚至在这种情况下,通过采用这种光学系统退火半导体膜,就可以进行非常均匀的退火。因此,本发明是有效的。
当采用本发明中示出的线性激光束来辐照半导体膜时,就可以进行均匀的激光退火。而且,本发明应用于结晶化半导体膜,提高它的结晶度,并激活杂质。此外,本发明能够放宽设计规则的限制,以根据器件的尺寸、通过优化线性激光束的长度来提高产量。并且,通过利用具有高度均匀的激光束来结晶化半导体膜,就可以形成高度均匀的结晶半导体膜,并可以降低TFT电特性的变化。此外,在以本发明制造的半导体器件、典型为有源矩阵型液晶显示器中,可以提高半导体器件的工作特性和可靠性。此外,在本发明中,由于可以采用固体激光器,而不是传统激光退火方法中使用的气体激光器,因此本发明就能够降低用于制造半导体器件所需的成本。
实施方式4
迄今为止实施方式示出了各实例以利用一个激光振荡器或两个激光振荡器。本实施方式解释使用三个或多个激光振荡器的实例。
图5示出了一个实例,其中采用五个激光振荡器。从激光振荡器1501a-1501e中发射的激光束分别入射到光学系统1502a-1502e,并在平面1503上转换为均匀能量分布的矩形。由于激光束传输方向取决于激光振荡器的位置,因此发射的激光束就从图5中的各个不同方向朝向平面1503。因此,为了在平面1503上合成这些激光束,从光学系统1502a-1502e中发射的激光束的方向就应当不同。将衍射光学系统作为光学系统的例子,就能够实现这件事。通过光学系统1502a-1502e,从五个激光振荡器发射的激光束就转换成平面1503上的均匀能量分布的大的激光束。由平面1503上的激光束形成的图像,通过具有变焦距功能的光学系统1504,转移到被辐照表面1505。因此,就可以形成具有五个激光束的长度的线性激光束。例如,当每个激光振荡器输出10W时,长度就设定在2mm和5mm之间。当一旦结晶化5mm宽度的半导体膜时,驱动液晶显示器的驱动电路就作为整体包含在结晶区中,因此这种器件就变为非常有用的器件。
当采用本发明中示出的线性激光束来辐照半导体膜时,就可以进行均匀的激光退火。而且,本发明应用于结晶化半导体,提高它的结晶度,并激活杂质。此外,本发明能够放宽设计规则的限制,以根据器件的尺寸、通过优化线性激光束的长度来提高产量。并且,通过利用具有高度均匀的激光束来结晶化半导体膜,就可以形成高度均匀的结晶半导体膜,并可以降低TFT电特性的变化。此外,在应用本发明制造的半导体器件、典型为有源矩阵型液晶显示器中,可以提高半导体器件的工作特性和可靠性。此外,在本发明中,由于可以采用固体激光器,而不是传统激光退火方法中使用的气体激光器,因此本发明就能够降低用于制造半导体器件所需的成本。
实施例1
本实施例利用图10A-13来解释用于制造有源矩阵衬底的方法。在本说明书中,为了方便,将其中在相同的衬底上集成CMOS电路、驱动电路、像素TFT和保留体积的衬底称作有源矩阵衬底。
首先,制备包括玻璃例如硼硅酸钡玻璃、硼硅酸铝玻璃等的衬底400。应当注意,还可以采用石英衬底、硅衬底、金属衬底、或其上形成绝缘膜的不锈钢衬底作为衬底400。而且,在本实施例中可以采用能够耐受工艺中产生的热的塑料衬底以及柔性衬底。应当注意,根据本发明可以容易地形成具有均匀分布的线性激光束,因此能够利用多个激光束来有效退火大的衬底。
接着,通过公知的方法在衬底400上形成由绝缘膜例如氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜等形成的基底膜401。在本实施例中,基底膜401形成为两层结构,但它可以形成为单层结构或超过两层的叠层结构。
接着,在基底膜上形成半导体膜。通过公知的方法(例如,溅射方法、LPCVD方法、等离子体CVD方法等)形成25nm-200nm厚(优选30nm-150nm)的半导体膜,并通过激光结晶化方法结晶化半导体膜。利用实施方式1或2中示出的激光结晶化方法或其中组合这些激光结晶化方法的方法,用激光束辐照半导体膜。在本实施例中采用的激光振荡器优选为产生CW激光束的固体激光器、气体激光器或金属激光器。作为固体激光器,给出了YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、紫翠玉激光器、Ti:蓝宝石激光器等。作为气体激光器,给出了Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等。作为金属激光器,给出了氦-镉激光器等。此外,本实施例中不仅可以采用CW激光振荡器,而且可以采用脉冲激光振荡器。如果CW准分子激光器可以投入实际应用,在本发明中也可以采用它。当然,不仅可以采用激光退火方法,而且可以采用与其它公知的结晶化方法(例如RTA、热结晶化方法、利用金属元素促进结晶化的热结晶化方法等)的组合。作为半导体膜,给出了无定形半导体膜、微晶半导体膜、结晶半导体膜等。可以应用具有无定形结构的化合物半导体膜,例如无定形硅锗膜、无定形碳化硅膜等。
在本实施方式中,采用等离子体CVD方法,形成50nm厚的无定形硅膜,并且进行将促进结晶化的金属元素添加到无定形硅膜的热结晶化方法和激光退火方法。采用镍作为金属元素,在用旋涂方法将镍添加到无定形硅膜之后,在温度550℃下进行5小时的热处理以获得第一结晶硅膜。并且,在通过非线性光学元件将从输出10W的CW YVO4激光器发射的激光束转换为二次谐波之后,用实施方式1-4中示出的方法或组合其中任何的方法来进行激光退火,以便获得第二结晶硅膜。这里,通过利用图8中所示的图像处理系统,根据在半导体膜上形成的TFT的设计规则,退火半导体膜。因此,根据设计规则,通过改变线性激光束的长度,就有效地退火半导体。在形成具有非常高特性的TFT的区域中,为了形成大尺寸晶粒,辐照高能量密度的激光束(就是说,相对缩短了线性激光束的长度)。另一方面,在不要求形成这种高特性TFT的区域中,辐照低能量密度的激光束(就是说,相对延长了线性激光束)。作为激光束辐照的具体条件,请参照以下的说明。为了形成第二结晶硅膜,将激光束辐照到第一结晶硅膜,提高结晶度。此处必要的能量密度为0.01MW/cm2-100MW/cm2(优选在0.1MW/cm2-和10MW/cm2之间)。并且,通过相对于激光束以0.5cm/s-2000cm/s的速度移动工作台,辐照激光束,形成第二结晶硅膜。
当然,可以用第一结晶硅膜形成TFT,但由于第二结晶硅膜具有提高的结晶度,因此优选采用第二结晶硅膜用于TFT,以改善其电特性。
用光刻方法构图由此获得的结晶半导体膜,形成半导体层402-406。
此外,在形成半导体层402-406之后,为了控制TFT的阈值电压,可以掺杂少量杂质(硼或磷)。
接着,形成栅绝缘膜407,以覆盖半导体层402-406。栅绝缘膜407用等离子体CVD方法或溅射方法、由40nm-150nm厚的含有硅的绝缘膜形成。在本实施例中,用等离子体CVD方法,形成110nm厚的氮氧化硅膜。当然,栅绝缘膜可以由代替氮氧化硅膜的其它绝缘膜以单层结构或叠层结构方式形成。
接着,在栅绝缘膜407上以叠置结构形成具有20nm-100nm厚度的第一导电膜408和具有100nm-40nm厚度的第二导电膜409。在本实施例中,以叠置结构形成包括具有30nm厚度的TaN膜的第一导电膜408和包括具有370nm厚度的W膜的第二导电膜409。用溅射方法,在氮气气氛中利用Ta作为靶来形成TaN膜。并且用溅射方法,利用W作为靶来形成W膜。代替溅射方法,还可以用热CVD方法、利用六氟化钨(WF6)来形成W膜。无论以任何方式,为了利用它作为栅电极,必须使它具有低电阻,因此W膜的电阻率不超过20μΩcm。
应当注意,在本实施例中,第一导电膜408由TaN膜形成,第二导电膜409由W形成,但并不限于这些元素。两种导电膜都可以由选自Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr和Nd中的元素,或包含上述元素作为它的主要成分的化合物材料或合金材料形成。此外,可以采用包含杂质例如磷的半导体膜、典型为多晶硅膜。而且,也可以采用AgPdCu合金。
接着,采用光刻方法,形成由抗蚀剂制造的掩模410-415,并进行第一蚀刻工艺,形成电极和布线。依据第一和第二蚀刻条件(图10B)来进行第一蚀刻工艺。在本实施例中,采用ICP(感应耦合等离子体)蚀刻方法作为第一蚀刻条件。在第一蚀刻条件下进行蚀刻工艺,其中采用CF4、Cl2和O2作为蚀刻气体,分别以25∶25∶10(sccm)的气体流速,并且在1.0Pa的压强下将500WRF(13.56MHz)电功率施加到线圈形电极来产生等离子体。还将150W RF(13.56MHz)电功率施加到衬底侧(样品台),因此实质上施加一个负的自偏电压。在第一蚀刻条件下蚀刻W膜,将第一导电膜的边缘部分制造为锥形。
接着,不去除由抗蚀剂410-415制造的掩模,在第二蚀刻条件下进行蚀刻工艺。在第二蚀刻条件下,采用CF4和Cl2作为蚀刻气体,以30∶30(sccm)的气体流速,并且在1.0Pa的压强下将500W RF(13.56MHz)电功率施加到线圈形电极来产生等离子体。然后,进行大约30秒的蚀刻工艺。还将20WRF(13.56MHz)电功率施加到衬底侧(样品台),因此实质上施加一个负的自偏电压。在第二蚀刻条件下,采用CF4和Cl2的混合气体,蚀刻W膜和TaN膜到相同程度。应当注意,为了不在栅绝缘膜上留下残余物而进行蚀刻工艺,蚀刻时间将增加10%-20%。
在上述第一蚀刻工艺中,由于施加到衬底侧的偏压,通过优化由抗蚀剂制造的掩模的形状,使第一和第二导电层的端部形成为锥形。并且,锥形部分的角度为15°-45°。因此,就形成了包含第一导电层和第二导电层的第一形状的导电层417-422(第一导电层417a-422a和第二导电层417b-422b)。参考数字416为栅绝缘膜,并且将未被第一形状的导电膜417-422覆盖的区域蚀刻20nm-50nm。
接着,不去除由抗蚀剂制造的掩模,进行第二蚀刻工艺(图10C)。在其中采用CF4、Cl2和O2作为蚀刻气体选择性蚀刻W膜的条件下进行第二蚀刻工艺。通过第二蚀刻工艺,形成第二导电层428b-433b。另一方面,几乎不蚀刻第一导电层417a-422a,由此形成第二形状的导电层428-433。
然后,不去除由抗蚀剂制造的掩模,进行第一掺杂工艺。通过此工艺,在结晶半导体层中掺杂低浓度的提供n型的杂质元素。可以通过离子掺杂方法或离子注入方法来进行第一掺杂工艺。进行离子掺杂工艺,条件为剂量设置为1×1013离子/cm2-5×1014离子/cm2,且加速电压设置为40keV-80keV。在本实施例中,剂量设置为1.5×1013离子/cm2,且加速电压设置为60keV。采用元素周期表第15族元素、典型为磷(P)或砷(As)作为提供n型的杂质元素。在本实施例中,采用磷(P)。通过采用导电层428-433作为阻挡提供n型的杂质的掩模,以自对准方式形成杂质区423-427。在杂质区423-427中,掺杂浓度在1×1018原子/cm3和1×1020原子/cm3之间的提供n型的杂质。
接着,去除由抗蚀剂制造的掩模。然后,重新形成由抗蚀剂制造的掩模434a-434c,并在比第一掺杂工艺的加速电压更高的加速电压下进行第二掺杂工艺。进行离子掺杂工艺,条件为剂量设置为1×1013离子/cm2-1×1015离子/cm2之间,且加速电压设置为60keV-120keV之间。在整个第二掺杂工艺中,采用第二导电层428b-432b作为阻挡杂质元素的掩模,并进行掺杂工艺,使得也在第一导电层的锥形部分之下设置的半导体层中掺杂了杂质元素。接着,在比第二掺杂工艺的加速电压更低的加速电压下进行第三掺杂工艺,获得图11A的状态。进行离子掺杂,条件为剂量设置为1×1015离子/cm2-1×1017离子/cm2之间,且加速电压设置为50keV-100keV之间。通过第二和第三掺杂工艺,与第一导电层重叠的低浓度杂质区436、442和448就掺杂有提供n型的杂质,其浓度在1×1018原子/cm3和5×1019原子/cm3之间。另一方面,高浓度杂质区435、438、441、444和447掺杂有提供n型的杂质,其浓度在1×1019原子/cm3和5×1021原子/cm3之间。
当然,通过适当地调整加速电压代替进行第二和第三掺杂工艺而仅仅进行一次掺杂工艺,也能够形成低浓度和高浓度杂质区。
接着,在去除由抗蚀剂制造的掩模之后,形成新的掩模450a-450b,并进行第四掺杂工艺。通过第四掺杂工艺,转变为p沟道型TFT的有源层的半导体层被掺杂了提供与上述导电类型相反的导电类型的杂质,由此形成杂质区453-456、459和460。采用第二导电层428a-432a作为阻挡杂质的掩模,并通过掺杂提供p型的杂质,以自对准方式形成杂质区。在本实施例中,通过用乙硼烷(B2H6)的离子掺杂方法来形成杂质区453-456、459和460(图11B)。在第四掺杂工艺期间,由掩模450a-450c覆盖形成n沟道TFT的半导体层。尽管在第一至第三掺杂工艺中分别以不同的浓度将磷掺杂到杂质区438和439,但是进行掺杂工艺以致在这两个区域中,提供p型的杂质浓度可以在1×1019原子/cm3和5×1021原子/cm3之间,因此,这些区域就毫无问题地作为p沟道TFT的源区和漏区。
利用这些工艺,就在半导体层上形成了杂质区。
接着,在去除由抗蚀剂制造的掩模450a-450c之后,形成第一层间绝缘膜461。第一层间绝缘膜461由100nm-200nm厚的含有硅的绝缘膜、利用等离子体CVD方法或溅射方法形成。在本实施例中,用等离子体CVD方法形成150nm厚的氮氧化硅膜。当然,用于第一层间绝缘膜461的材料并不限于氮氧化硅,可以采用单层结构或多层结构的含有硅的其它绝缘膜。
接着,例如,通过激光束辐照,进行半导体层中的结晶性的恢复和每个半导体层中掺杂的杂质的激活。用激光辐照激活,采用实施方式1-4中的方法或组合任何这些方法的方法,将激光束辐照到半导体膜。关于激光振荡器,优选为CW固体激光器、气体激光器或金属激光器。作为固体激光器,给出了CWYAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、紫翠玉激光器、Ti:蓝宝石激光器等。作为气体激光器,给出了Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器等。作为金属激光器,给出了CW氦-镉激光器等。此外,在本实施例中,不仅可以采用CW激光振荡器,而且可以采用脉冲激光振荡器。如果CW准分子激光器可以投入实际应用,那么它也可以应用于本发明。假如采用CW激光振荡器,能量密度要求为0.01MW/cm2-100MW/cm2(优选0.1MW/cm2-10MW/cm2之间)。以0.5cm/s-2000cm/s的速度、相对于激光束移动衬底。此外,激活时,可以采用脉冲激光振荡器,但优选频率不小于300Hz,且激光束的能量密度在50mJ/cm2-1000mJ/cm2之间(典型为50mJ/cm2-500mJ/cm2)。在此情况下,激光束可以重叠50%-98%。应当注意,可以采用热退火方法、快速热退火方法(RTA方法)来代替激光退火方法。
此外,在形成第一层间绝缘膜之前可进行激活。然而,当布线材料没有足够耐热性时,在本实施方式中,为了保护布线等,优选在形成层间绝缘膜(含有硅作为其主要成分的绝缘膜,例如氮化硅膜)之后进行激活工艺。
并且,通过热处理(温度在300℃和550℃之间、1小时-12小时)来进行氢化。该工艺将用第一层间绝缘膜461中含有的氢来终止半导体层的悬挂键。无论是否存在第一层间绝缘膜,都可以氢化半导体层。
接着,在第一层间绝缘膜461上由无机绝缘材料或有机绝缘材料形成第二层间绝缘膜462。在本实施例中,形成1.6μm厚度的丙烯酸树脂膜。不仅可以采用丙烯酸树脂而且可以采用其它材料,假如其它材料的粘度在10cp和1000cp之间、优选在40cp和200cp之间且可以将它的表面制造成凹形和凸形。
在本实施例中,为了防止直接反射,通过提供其表面可以制造成凹形和凸形的第二层间绝缘膜,将像素电极的表面制造成凹形或凸形。此外,为了通过使表面凹形和凸形来散射光,可以在像素电极之下的区域中形成凸起部分。在此情况下,可以用作为当形成TFT时的相同的光掩模来形成凸起部分,因此就不需要增加工艺数量。应当注意,可以在除了衬底之上的TFT和布线之外的像素部分中设置凸起部分。因此,在沿覆盖凸起部分的绝缘膜表面上形成的凹状和凸状,在像素电极的表面上就形成了凹状和凸状。
而且,可以采用其表面已平坦化的膜作为第二层间绝缘膜462。在此情况下,为了提高白色度,优选在形成像素电极之后,通过附加工艺例如公知的喷沙方法、蚀刻方法等,将表面制造成凹形和凸形,以防止直接反射和散射反射的光。
并且在驱动电路506中,形成电连接每个杂质区的布线464-468。应当注意,通过构图具有50nm厚度的Ti膜和具有500nm厚度的合金膜(Al和Ti的合金膜)的叠置膜,形成这些布线。当然,不仅可以以两层结构而且可以以单层结构、或三层或多层的叠层结构来形成布线膜。布线材料并不限于Al和Ti。例如,可以构图在TaN膜上形成Al或Cu并且进一步形成Ti膜的叠置膜,形成布线(图12)。
在像素部分507中,形成像素电极470、栅极布线469和连接电极468。连接电极468形成源极布线(443a和443b的叠层)和像素TFT之间的电连接。此外,栅极布线469与像素TFT的栅电极电连接。而且,像素电极470与像素TFT的漏区442电连接,并进一步与作为形成保留体积的一个电极的半导体层458电连接。此外,优选像素电极471由高反射率的材料形成,例如含有Al或Ag作为其主要成分的膜或上述膜的叠层。
利用这些工序,就可以在同一衬底上集成具有CMOS电路的驱动电路506和具有像素TFT 504和保留体积505的像素部分507,CMOS电路包含n沟道TFT 501、p沟道TFT502和n沟道TFT 503。由此完成有源矩阵衬底。
包含在驱动电路506中的n沟道TFT 501具有沟道形成区437、与包括部分栅电极的第一导电层428a重叠的低浓度杂质区436(GOLD区)、作为源区或漏区的高浓度杂质区452、和掺杂有提供n型的杂质元素和提供p型的杂质元素的杂质区451。p沟道TFT 502具有沟道形成区440、作为源区或漏区的高浓度杂质区454、和掺杂有提供n型的杂质元素和提供p型的杂质元素的杂质区453,p沟道TFT 502通过连接该n沟道TFT 501与电极466来形成CMOS电路。而且,n沟道TFT 503具有沟道形成区443、与包括部分栅电极的第一导电层430a重叠的低浓度杂质区442(GOLD区)、作为源区或漏区的高浓度杂质区456、和掺杂有提供n型的杂质元素和提供p型的杂质元素的杂质区455。
在像素部分中的像素TFT 540具有沟道形成区446、在栅电极之外形成的低浓度杂质区445(LLD区)、作为源区或漏区的高浓度杂质区458、和掺杂有提供n型的杂质和提供p型的杂质的杂质区457。并且,作为保留体积505的一个电极功能的半导体层掺杂有提供n型的杂质和提供p型的杂质。保留体积505由电极(432a和432b的叠层)和半导体层形成,将绝缘膜416作为其介质。
此外,图13是在本实施例中制造的有源矩阵衬底中的像素部分的顶视图。应当注意,在图10A-13中的相同部分采用相同的参考数字。图12中的虚线A-A’对应于图13中沿虚线A-A’切割的剖面图。而且,图12中的虚线B-B’对应于图13中沿虚线B-B’切割的剖面图。
由此制造的液晶显示器具有包含半导体膜的TFT,该半导体膜的特性类似于单晶的特性,并且半导体膜性能的均匀性非常高。因此,就能够确保液晶显示器的高工作特性和可靠性。此外,由于通过光学系统就可以形成在它的主轴方向上均质化的线性激光束,因此用此线性激光束就能够获得高度均匀的结晶半导体膜,其能够减少TFT电特性的变化。而且,由于线性激光束的长度可以根据TFT的设计规则进行改变,因此就能够提高产量,并且还可以放宽设计规则。并且,可以提高根据本发明制造的液晶显示器的工作性能和可靠性。此外,与传统的采用气体激光器的激光退火方法不同,本发明能够采用固体激光器。因此,可以降低用于制造液晶显示器的成本。并且,这种液晶显示器可以应用于各种电子装置的显示部分。
实施例2
本实施例解释用实施例1中制造的有源矩阵衬底制造的反射型液晶显示器的工艺。图14用于解释。
首先,根据实施例1中的工艺制备图12中示出的有源矩阵衬底。然后,在图12中的有源矩阵衬底上、至少在像素电极470上形成对准膜567,并进行摩擦。应当注意,在形成对准膜567之前,为了在各个衬底之间保持足够空间,在本实施例中,通过构图有机树脂膜例如丙烯酸树脂等,在所需的位置处形成极性隔离物(polar spacer)。代替极性衬垫可以分散球形隔离物。
接着,制备相对衬底569。然后,在相对衬底569上形成着色层570、571和平坦化膜573。重叠红着色层570和蓝着色层571,形成遮光部分。此外,可以部分重叠红着色层和绿着色层,形成遮光部分。
在本实施例中,采用实施例1中示出的衬底。因此,在图13中示出的实施例1中的像素部分的顶视图中,有必要使以下空间遮蔽光:栅极布线469和像素电极470之间的空间,栅极布线469和连接电极468之间的空间,连接电极468和像素电极470之间的空间。在本实施例中,排列每个着色层,以致在如上所述的应当遮蔽光的位置上重叠含有叠置的着色层的遮光部分,然后粘贴相对衬底。
因此,通过用包含着色层的遮光部分而不用形成例如黑色掩模的遮光层,通过使每个像素之间的空间遮蔽光,就能够减少工艺数量。
接着,在平坦化膜573上、至少在像素部分上形成包含透明导电膜的相对电极576,然后在相对衬底的整个表面上形成并摩擦对准膜574。
并且,用密封材料568,将其上形成像素部分和驱动电路的有源矩阵衬底粘贴到相对衬底。在密封材料568中含有填充剂,粘贴两个衬底同时通过该填充剂和极性隔离物保持均匀空间。此后,在衬底之间注入液晶材料575,并用密封剂(图中未示出)完全密封两个衬底。可以采用公知的液晶材料用于液晶材料575。因此,完成了反射型液晶显示器。并且,如果需要,可以将有源矩阵衬底和相对衬底切割为所需的形状。而且,偏振板(图中未示出)只粘贴到相对衬底上。并且用公知的技术粘贴FPC。
由此制造的液晶显示器具有包含其特性类似于单晶的特性的半导体膜的TFT,并且半导体膜性能的均匀性非常高。因此,就能够确保液晶显示器的高工作特性和可靠性。此外,由于通过光学系统就可以形成在它的主轴方向上均质化的线性激光束,因此用此线性激光束就能够获得高度均匀的结晶半导体膜,其能够减少TFT电特性的变化。因此,由于线性激光束的长度可以根据TFT的设计规则进行改变,因此就能够提高产量,并且还可以放宽设计规则。并且,可以提高根据本发明制造的液晶显示器的工作性能和可靠性。此外,与传统的采用气体激光器的激光退火方法不同,本发明能够采用固体激光器。因此,可以降低用于制造液晶显示器的成本。并且,这种液晶显示器可以应用于各种电子装置的显示部分。
应当注意,本实施例可以与实施方式1-4中的任何一个实施方式自由组合。
实施例3
本实施例解释一个实例,其中当制造实施例1中展示的有源矩阵衬底时用于制造TFT的方法应用于制造发光器件。在本说明书中,发光器件通常指用于在衬底上形成的发光元件包含在衬底和覆盖部件之间的的显示屏,并用于装备有TFT的显示屏的显示模块。应当注意,发光元件具有包含通过施加电场(发光层)产生电致发光的有机化合物层、阴极层和阳极层。并且有机化合物的发光包括当从单重激发态返回至基态时的发光(荧光)和当从三重态返回至基态时的发光(磷光)其中的一种或两种发光。
应当注意,在发光元件中阳极和阴极之间形成的所有层限定为有机发光层。特别地,有机发光层包括发光层、空穴注入层、电子注入层、空穴传输层和电子传输层等。基本上,发光元件具有依次叠置阳极层、发光层和阴极层的结构。除了这种结构之外,发光元件可以具有依次叠置阳极层、空穴注入层、发光层和阴极层的结构,或具有依次叠置阳极层、空穴注入层、发光层、电子传输层、阴极层等的结构。
图15是本实施例中的发光器件的剖面图。在图15中,用图12中的n沟道TFT 503来形成衬底700上设置的开关TFT 603。因此,关于开关TFT 603的结构,可以参照n沟道TFT 503的解释。
用图12中的CMOS电路形成衬底700上设置的驱动电路。因此,关于驱动电路的结构,可以参照关于n沟道TFT 501和p沟道TFT 502的结构解释。应当注意,在本实施例中,它的结构为单栅极结构,但也可以采用双栅极结构或三栅极结构。
应当注意,布线701和703作为CMOS电路的源极布线,并且布线702作为CMOS电路的漏极布线。此外,布线704作为将源极布线708电连接到开关TFT的源区的布线。布线705作为电连接漏极布线709和开关TFT的漏区的布线。
应当注意,用图12中的p沟道TFT 502来形成电流控制TFT 604。因此,关于电流控制TFT 604的结构,可以参照p沟道TFT 502的解释。应当注意,在本实施例中,它形成为单栅极结构,但也可以形成为双栅极结构或三栅极结构。
布线706是电流控制TFT的源极布线(对应于布线),并且参考数字707为电极,该电极通过重叠在电流控制TFT的像素电极711之上与像素电极711电连接。
应当注意,参考数字711是包括透明导电膜的像素电极(发光元件的阳极)。透明导电膜可以由氧化铟和氧化锡的化合物、氧化铟和氧化锌的化合物、氧化锌、氧化锡或氧化铟形成。而且,可以采用添加有镓的透明导电膜。在形成这些布线之前,在平面层间绝缘膜710上形成像素电极711。在本实施例中,由于TFT具有由树脂制造的平坦化膜710,因此平坦化各个步骤就非常重要。这是因为此后形成的发光层太薄以致因各个步骤就会产生误发光。因此,优选在形成像素电极之前进行平坦化,由此在尽可能平坦的平面上形成发光层。
在形成布线701-707之后,如图15所示,形成堤墙(bank)712。通过构图具有100nm-400nm厚度的含有硅的绝缘膜或有机树脂膜来形成堤墙712。
应当注意,对于元件,因为堤墙712是绝缘的,因此当形成膜时不会因为静电放电而损坏元件,这值得重视。在本实施例中,通过在成为堤墙712的绝缘膜中添加碳粒子或金属粒子来降低电阻,从而抑制静电。在此情况下,调整碳粒子和金属粒子的数量,以致电阻率为1×106Ωm-1×1012Ωm(优选1×108Ωm-1×1010Ωm)。
在像素电极711上形成发光层713。应当注意,图15仅示出了一个像素,但是,在本实施例中,发光层是对应于R(红)、G(绿)和B(蓝)的每一种颜色的部分。此外,在本实施例中,用淀积方法来形成低分子量有机发光元素。特别地,具有20nm厚度的铜酞菁(CuPc)膜形成为空穴注入层,并且在它上面形成具有70nm厚度的三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)膜作为发光层。就是说,这些膜形成为叠置结构。将颜料例如喹吖啶酮、二萘嵌苯、DCM1等添加到Alq3就可以控制颜色。
然而,适合于发光层的有机发光材料并不限于上述所有的材料。发光层、电荷传输层和电荷注入层可以任意组合以形成发光层(用于发光和用于移动载流子以发光的层)。例如,本实施例示出了一个实例,其中采用低分子量的有机发光材料用于发光层,但也可以采用中等分子量的有机发光材料或高分子量的有机发光材料。应当注意,中等分子量的有机发光材料定义为具有未升华的有机发光材料,其分子数不大于20并且它的分子链长度不大于10μm。并且,作为采用高分子量的有机发光材料的一个实例,用旋涂方法将20nm厚度的聚噻吩(PEDOT)膜形成为空穴注入层,并且在其上叠置大约100nm厚度的对苯撑亚乙烯基(PPV)膜作为发光层。应当注意,当采用PPV的π-共轭聚合物时,波长可以选自红色至蓝色的范围。此外,还可以采用无机材料例如碳化硅作为电子传输层和电子注入层。可以采用公知的材料用于这些有机发光材料和无机材料。
接着,在发光层713上设置包含导电膜的阴极714。在本实施例中,采用铝和锂的合金膜作为导电膜。当然,还可以采用公知的MgAg膜(镁和银的合金膜)。可以采用包括元素周期表中的第一或第二族元素、或添加有这些元素的导电膜作为阴极材料。
当进行各个工艺直至形成阴极714时,就完成了发光元件715。应当注意,在此描述的发光元件715表示由像素电极(阳极)711、发光层713和阴极714形成的二极管。
提供钝化膜716以至完全覆盖发光元件715是有效的。钝化膜716由绝缘膜以单层或叠层结构方式形成,该绝缘膜包括碳膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜。
这里,优选采用其覆盖率与钝化膜一样好的薄膜,并且采用碳膜、特别是DLC膜是有效的。可以在室温至100℃的温度范围内形成DLC膜。因此,在耐热性低的发光层713之上就很容易地形成DLC膜。而且,DLC膜能非常有效地阻挡氧气,并能够抑制发光层713的氧化。因此,在随后的密封工艺期间,它能够防止发光层713的氧化。
而且,在钝化膜716上提供密封剂717以粘贴覆盖部件718。采用UV固化树脂作为密封剂717,并且在其中提供吸收材料或防氧化材料是有效的。此外,在本实施例中,覆盖部件718是玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底(包括塑料膜)或柔性衬底,其两个侧面上具有碳膜(优选DLC膜)。代替碳膜,可以采用铝膜(AlON、AlN、AlO等)、SiN等。
因此,就完成了具有图15中所示结构的发光器件。在不用将它们释放到空气中的多室型(或在线型)淀积系统中,在形成堤墙712后直至形成钝化膜716连续实施所有的工艺是有效的。此外,不用将它们释放到空气中,就能够连续实施进一步的处理直至粘贴覆盖部件718。
因此,在衬底700上就形成了n沟道TFT 601、602、开关TFT(n沟道TFT)603和电流控制TFT(n沟道TFT)604。
此外,如图15中的解释,通过绝缘膜来提供覆盖栅电极的杂质区就可以形成具有足以抵御因热载流子效应而退化的能力的n沟道TFT。因此,可以获得高可靠性的发光器件。
尽管本实施例仅示出了像素部分和驱动电路的结构,还可以根据本实施例中的制造工艺,在相同的绝缘衬底上进一步形成其它逻辑电路,例如信号驱动电路、D/A转换器、运算放大器、γ校正电路。而且,可以进一步形成存储器和微处理器。
由此制造的发光器件具有包含其特性类似于单晶的特性的半导体膜的TFT,并且半导体膜特性的均匀性非常高。因此,就能够确保发光器件的高工作性能和可靠性。此外,由于通过光学系统就可以形成在它的主轴方向上均质化的线性激光束,因此用此线性激光束就能够获得高度均匀的结晶半导体膜,其能够减少TFT电特性的变化。此外,由于线性激光束的长度可以根据TFT的设计规则进行改变,因此就能够提高产量,并且还可以放宽设计规则。并且,可以提高根据本发明制造的发光器件的工作性能和可靠性。此外,与传统的采用气体激光器的激光退火方法不同,本发明能够采用固体激光器。因此,可以降低用于制造发光器件的成本。并且,这种发光器件可以应用于各种电子装置的显示部分。
应当注意,本实施例可以与实施方式1-4中的任何一个实施方式自由组合。
实施例4
利用本发明就可以制造各种半导体器件(有源矩阵型液晶显示器、有源矩阵型发光器件和有源矩阵型发光显示器)。换句话说,本发明可以应用于在它们的显示部分中具有这些电子光学器件的各种电子装置中。
作为这种电子装置的例子,给出了摄像机、数字照相机、投影仪、头戴式显示器(护目镜型显示器)、汽车导航、汽车音响、个人计算机、个人数字助理(例如移动计算机、蜂窝电话、电子书等),等等。图16A-18C示出了这些例子。
图16A示出了一种个人计算机,包括主体3001、图像阅读器3002、显示部分3003、键盘3004等。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于显示部分3003,就完成了本发明的个人计算机。
图16B示出了一种摄像机,包括主体3101、显示部分3102、语音输入部分3103、操作开关3104、电池3105、图像接收器3106等。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于显示部分3102,就完成了本发明的摄像机。
图16C示出一种移动计算机,包括主体3201、照相机部分3202、图像接收器3203、操作开关3204、显示部分3205等。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于显示部分3205,就完成了本发明的移动计算机。
图16D示出了一种目镜型显示器,包括主体3301、显示部分3302、臂部分3303等。显示部分3302包括柔性衬底,其弯曲成目镜型显示器。此外,可以将目镜型显示器制造为重量轻且薄。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于显示部分3302,就完成了本发明的目镜型显示器。
图16E示出了一种利用具有记录的程序的记录介质(此后称为记录介质)的游戏机,包括主体3401、显示部分3402、扬声器部分3403、记录介质3404、操作开关3405等。应当注意,这种游戏机能够利用DVD(数字视频光盘)、CD等作为其记录介质来欣赏音乐、观看电影、玩游戏并上因特网,等等。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于显示部分3402,就完成了本发明的记录介质。
图16F示出了一种数字式照相机,包括主体3501、显示部分3502、接目镜3503、操作开关3504和图象接收器(图中未示出)等。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于显示部分3502,就完成了本发明的数字式照相机。
图17A示出了一种前投影仪,包括投影设备3601、屏3602等。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于包括部分投影设备3601和其它驱动电路的液晶显示器3808,就完成了本发明的前投影仪。
图17B示出了一种背投影仪,包括主体3701、投影设备3702、反射镜3703、屏3704等。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于包括部分投影设备3702和其它驱动电路的液晶显示器3808,就完成了本发明的背投影仪。
应当注意,图17C是表示图17A中的投影设备3601和图17B中的投影设备3702的结构图。投影设备3601和3702包括光源3801、反射镜3802、3804-3806、双色反射镜3803、棱镜3807、液晶显示器3808、波片3809的光学系统和投影光学系统3810。投影光学系统3810具有包括投影透镜的光学系统。本例子示出了三片型投影设备,但并不限于此,还可以采用单片型投影设备。而且,专业人员可以按照图17C中箭头所示的光路来设置光学透镜、具有偏转功能的膜、用于调整相衬的膜、IR膜等。
此外,图17D示出了光源3801的光学系统结构的一个例子,其包括反射镜3811、光源3812、透镜阵列3813、3814、偏振变换元件3815和聚光透镜3816。应当注意,光源的光学系统仅仅作为一个例子,并不限于上述结构。例如,专业人员可以在此光学系统中适当地设置光学透镜、具有偏振功能的膜、用于调整相衬的膜、IR膜等。
然而,图17A、17B和17C示出了利用透射型电子光学器件的投影仪,并没有示出利用反射型电子光学器件和发光器件的其它应用的例子。
图18A示出了一种蜂窝电话,包括主体3901、语音输出部分3902、语音输入部分3903、显示部分3904、操作开关3905、天线3906等。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于显示部分3904,就完成了本发明的蜂窝电话。
图18B示出了一种移动书本(电子书),包括主体4001、显示部分4002和4003、记录介质4004、操作开关4005、天线4006等。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于显示部分4002和4003,就完成了本发明的移动书本(电子书)。而且,移动书本(电子书)可以制造成和笔记本一样大小,使其便于携带。
图18C示出了一种显示器,包括主体4101、支撑台4102、显示部分4103等。用柔性衬底制造显示部分4103,由此实现了轻且薄的显示器。而且,能够弯曲显示部分4103。通过采用根据本发明制造的半导体器件用于显示部分4103,就完成了本发明的显示器。本发明尤其在制造对角线长为10英寸或更长(特别是大于30英寸)的大尺寸显示器上具有突出优点。
由此制造的显示器件具有以其特性类似于单晶的特性的半导体膜制造的TFT,并且半导体膜性能的均匀性非常高。因此,就能够确保发光器件的高工作性能和可靠性。此外,由于通过光学系统就可以形成在它的主轴方向上均质化的线性激光束,因此用此线性激光束就能够获得高度均匀的结晶半导体膜,其能够减少TFT电特性的变化。此外,由于线性激光束的长度可以根据TFT的设计规则进行改变,因此就能够提高产量,并且还可以放宽设计规则。并且,可以提高根据本发明制造的发光器件的工作性能和可靠性。此外,与传统的采用气体激光器的激光退火方法不同,本发明能够采用固体激光器。因此,可以降低用于制造发光器件的成本。并且,这种发光器件可以应用于各种电子装置的显示部分。
本发明可以广泛地用于各种的电子装置。应当注意,可以用实施方式1-4和实施例1、2的任意组合或实施方式1-4和实施例1、3的任意组合的结构来制造在本实施例中描述的电子装置。
Claims (13)
1.一种用于制造包括像素区和驱动器区的半导体器件的方法,所述像素区和驱动器区的每个包括半导体膜,所述方法包括如下步骤;
通过第一光学系统,将第一激光束转换为具有均匀能量分布的第二激光束;
通过具有变焦距功能的第二光学系统,由第二激光束在将被辐照的表面上形成图像从而将第二激光束整形为线性激光束;
通过实施变焦距功能,改变将被辐照的表面上的所述线性激光束的尺寸,由此所述线性激光束的能量密度在辐照所述像素区和辐照所述驱动器区之间改变;以及
通过所述线性激光束结晶化所述半导体膜,
其中所述线性激光束是连续波激光束,并且
其中辐照所述驱动器区的所述线性激光束的能量密度高于辐照所述像素区的所述线性激光束的能量密度。
2.一种用于制造包括像素区和驱动器区的半导体器件的方法,所述像素区和驱动器区的每个包括半导体膜,所述方法包括如下步骤:
通过衍射光学系统,将第一激光束转换为具有均匀能量分布的第二激光束;
通过具有变焦距功能的光学系统,由第二激光束在将被辐照的表面上形成图像从而将第二激光束整形为线性激光束;
通过实施变焦距功能,改变将被辐照的表面上的所述线性激光束的尺寸,由此所述线性激光束的能量密度在辐照所述像素区和辐照所述驱动器区之间改变;以及
通过所述线性激光束结晶化所述半导体膜,
其中所述线性激光束是连续波激光束,并且
其中辐照所述驱动器区的所述线性激光束的能量密度高于辐照所述像素区的所述线性激光束的能量密度。
3.一种用于制造包括像素区和驱动器区的半导体器件的方法,所述像素区和驱动器区的每个包括半导体膜,所述方法包括如下步骤:
通过第一光学系统,将第一激光束转换为具有均匀能量分布的第二激光束;
通过具有有限共轭设计的第二光学系统,由第二激光束在将被辐照的表面 上形成图像从而将第二激光束整形为线性激光束;
通过实施变焦距功能,改变将被辐照的表面上的所述线性激光束的尺寸,由此所述线性激光束的能量密度在辐照所述像素区和辐照所述驱动器区之间改变;以及
通过所述线性激光束结晶化所述半导体膜,
其中所述第二光学系统包括一个平凸柱面透镜,
其中所述线性激光束是连续波激光束,并且
其中辐照所述驱动器区的所述线性激光束的能量密度高于辐照所述像素区的所述线性激光束的能量密度。
4.一种用于制造包括像素区和驱动器区的半导体器件的方法,所述像素区和驱动器区的每个包括半导体膜,所述方法包括如下步骤:
通过衍射光学系统,将第一激光束转换为具有均匀能量分布的第二激光束;
通过具有有限共轭设计的光学系统,由第二激光束在将被辐照的表面上形成图像从而将第二激光束整形为线性激光束;
通过实施变焦距功能,改变将被辐照的表面上的所述线性激光束的尺寸,由此所述线性激光束的能量密度在辐照所述像素区和辐照所述驱动器区之间改变;以及
通过所述线性激光束结晶化所述半导体膜,
其中所述光学系统包括一个平凸柱面透镜,
其中所述线性激光束是连续波激光束,并且
其中辐照所述驱动器区的所述线性激光束的能量密度高于辐照所述像素区的所述线性激光束的能量密度。
5.一种用于制造包括像素区和驱动器区的半导体器件的方法,所述像素区和驱动器区的每个包括半导体膜,所述方法包括如下步骤:
通过第一光学系统,将第一激光束转换为具有均匀能量分布的第二激光束;
通过具有有限共轭设计的第二光学系统,由第二激光束在将被辐照的表面上形成图像从而将第二激光束整形为线性激光束;
通过改变有限共轭设计比例,改变所述线性激光束的尺寸,由此所述线性激光束的能量密度在辐照所述像素区和辐照所述驱动器区之间改变;以及
通过所述线性激光束结晶化所述半导体膜,
其中所述线性激光束是连续波激光束,并且
其中辐照所述驱动器区的所述线性激光束的能量密度高于辐照所述像素区的所述线性激光束的能量密度。
6.一种用于制造包括像素区和驱动器区的半导体器件的方法,所述像素区和驱动器区的每个包括半导体膜,所述方法包括如下步骤:
通过衍射光学系统,将第一激光束转换为具有均匀能量分布的第二激光束;
通过具有有限共轭设计的光学系统,由第二激光束在将被辐照的表面上形成图像从而将第二激光束整形为线性激光束;
通过改变有限共轭设计比例,改变将被辐照的表面上的所述线性激光束的尺寸,由此所述线性激光束的能量密度在辐照所述像素区和辐照所述驱动器区之间改变;以及
通过所述线性激光束结晶化所述半导体膜,
其中所述线性激光束是连续波激光束,并且
其中辐照所述驱动器区的所述线性激光束的能量密度高于辐照所述像素区的所述线性激光束的能量密度。
7.根据权利要求1-6的任何一项的用于制造半导体器件的方法,其中从选自包括气体激光器、固体激光器和金属激光器的组中的激光振荡器中发射第一激光束。
8.根据权利要求1-6的任何一项的用于制造半导体器件的方法,其中从选自包括Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器、YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、Y2O3激光器、紫翠玉激光器、Ti:蓝宝石激光器、氦-镉激光器的组中的激光振荡器中发射第一激光束。
9.一种用于制造包括像素区和驱动器区的半导体器件的方法,所述像素区和驱动器区的每个包括半导体膜,所述方法包括如下步骤:
通过第一光学系统,将第一激光束转换为具有均匀能量分布的第二激光束;
通过具有变焦距功能的第二光学系统,由第二激光束在将被辐照的表面上形成图像从而将第二激光束整形为线性激光束;
通过实施变焦距功能,改变将被辐照的表面上的所述线性激光束的尺寸,由此所述线性激光束的能量密度在辐照所述像素区和辐照所述驱动器区 之间改变,
将包括用于促进结晶化的金属的材料提供给所述半导体膜;
加热所述半导体膜以结晶化所述半导体膜;以及
使用所述线性激光束照射所述半导体膜
其中所述线性激光束是连续波激光束,并且
其中辐照所述驱动器区的所述线性激光束的能量密度高于辐照所述像素区的所述线性激光束的能量密度。
10.根据权利要求9的用于制造半导体器件的方法,其中第一激光束是YVO4激光器的二次谐波。
11.根据权利要求1-6和权利要求9中任何一项的方法,第二激光束是矩形激光束。
12.根据权利要求1-6和权利要求9中任何一项的方法,第二激光束是椭圆形激光束。
13.根据权利要求1-6和9中任何一项的制造半导体器件的方法,其中所述线性激光束具有2或更大的纵横比。
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