JP2004153022A6

JP2004153022A6 - レーザ照射方法および半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JP2004153022A6
Application number: JP2002316751A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 幸一郎田中
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】ＣＷレーザを用いて、生産効率の高いレーザ光の照射を行うための方法およびそれを行うためのレーザ照射装置を提供する。
【解決手段】半導体膜が成膜された長方形の基板の一辺の長さをｂ、前記走査速度をＶ、前記走査速度Ｖまで前記基板のレーザビームに対する相対速度を上げるのに要する加速度をｇとし、Ｖ＝（ｇｂ／５．４７７）^１／２を満たすようにすることによりレーザアニールに要する時間が最も短くなるレーザ照射方法を提供する。加速度ｇは一定としたが、変動がある場合は時間平均したものを与える。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光の照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、レーザ光の照射を工程に含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。
なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させ、結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶性半導体膜という）を形成する技術が広く研究されている。結晶化法としては、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法（ＲＴＡ法）、又はレーザアニール法などが検討されている。結晶化に際してはこれらの方法の内、いずれか一つまたは複数を組み合わせて行うことが可能である。
【０００３】
結晶性半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に高い移動度を有する。このため、この結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用、または、画素部用と駆動回路用のＴＦＴを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。
【０００４】
通常、ファーネスアニール炉で非晶質半導体膜を結晶化させるには、６００℃以上で１０時間以上の熱処理を必要としていた。この結晶化に適用できる基板材料は石英であるが、石英基板は高価で、特に大面積に加工するのは非常に困難であった。しかし、生産効率を上げるためには基板を大面積化する必要が不可欠であり、近年においては一辺が１ｍを越えるサイズの基板の使用も考慮されるようになっている。
【０００５】
一方、金属元素を用いる熱結晶化法は、従来問題とされていた結晶化温度を低温化することを可能としている（例えば、特許文献１参照。）。その方法は、非晶質半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加し、その後５５０℃にて４時間の熱処理で結晶性半導体膜の形成を可能にしている。
【０００６】
一方、レーザアニール法は、基板の温度をあまり上昇させずに、半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪点の低いガラス基板には勿論、プラスチック基板等にも用いることが出来る点で注目されている技術である。
【０００７】
レーザアニール法の一例は、エキシマレーザに代表されるパルスレーザ光を、照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１００ｍｍ以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザ光の照射位置を被照射体に対し相対的に移動させて、アニールを行う方法である（例えば、特許文献２参照。）。なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が２以上（好ましくは１０〜１００００）のものを指すが、照射面における形状が矩形状であるレーザ光（矩形状ビーム）に含まれることに変わりはない。なお、線状とするのは被照射体に対して十分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためであり、矩形状や面状であっても被照射体に対して十分なアニールを行えるのであれば構わない。
【０００８】
このようにして作製される結晶性半導体膜は、複数の結晶粒が集合して形成されており、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものである。ガラス基板上に作製されるＴＦＴは素子分離のために、前記結晶性半導体を島状のパターニングに分離して形成している。その場合において、結晶粒の位置や大きさを指定して形成する事はできなかった。結晶粒内と比較して、結晶粒の界面（結晶粒界）は非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性を低下することが知られている。チャネル形成領域の半導体膜の結晶性は、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすが、結晶粒界の影響を排除して単結晶の半導体膜で前記チャネル形成領域を形成することはほとんど不可能であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１８３５４０号公報
【特許文献２】
特開平８−１９５３５７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
最近、ＣＷレーザを一方向に走査させながら半導体膜に照射することで、走査方向に繋がって結晶成長し、その方向に長く延びた単結晶を形成する技術が注目されている。この方法を用いれば、少なくともＴＦＴのチャネル方向には結晶粒界のほとんどないものが形成できると考えられている。しかしながら、本方法においては、半導体膜に十分に吸収される波長域のＣＷレーザを使う都合上、出力が１０Ｗ程度と非常に小さいレーザしか適用できないため、生産性の面でエキシマレーザを使う技術と比較し劣っている。
【００１１】
そこで、本発明は、ＣＷレーザを用いて、生産効率の高いレーザ光の照射を行うための方法およびそれを行うためのレーザ照射装置を提供することを課題とする。また、このようなレーザ照射方法を行って得られた半導体膜を用いて半導体装置を作製する方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
ＣＷレーザによる半導体膜の結晶化工程においては、少しでも生産性を上げるためにレーザビームを照射面またはその近傍において長い楕円状に加工し、楕円状のレーザビーム（以下楕円ビームと称する。）の短径方向に走査させ、半導体膜を結晶化させることが盛んに行われている。本発明は、このような工程において最も生産性の高い楕円ビームの照射方法を提供する。
【００１３】
なお、本方法に適当なＣＷレーザは、波長が５５０ｎｍ以下のもので出力の安定性の著しく高いものであり、例えば、ＹＶＯ_４レーザの第２高調波や、ＹＡＧレーザの第２高調波、ＹＬＦレーザの第２高調波、ガラスレーザの第２高調波、Ｙ_２Ｏ_３レーザの第２高調波、ＹＡｌＯ_３レーザの第２高調波などが当てはまる。前記レーザのドーパントにはＮｄ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｃｒ^４＋などが用いられる。あるいは前記レーザのさらに高次の高調波を用いても良い。あるいは、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、連続発振のＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ、連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザなどのレーザを使用してもよい。これらのレーザを複数、あるいは複数種用いることも可能である。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。
【００１４】
まず、１０ＷのＹＶＯ_４レーザ（ＣＷ、第２高調波、ＴＥＭ_００）を用意し、焦点距離２０ｍｍの凸レンズにて楕円ビームに加工した。具体的には、前記凸レンズの斜めからレーザビームを入射させ、非点収差等を利用して細長い楕円ビームを形成した。本実験を図２に沿って説明する。本実験では、レーザ発振器２０１から射出されたレーザビームを、ミラー２０２を介して、斜め２０°から凸レンズ２０３に入射させ、照射面に配置された半導体膜２０４を凸レンズ２０３と平行に配置し、長径５００μｍ、短径３０μｍ程度の楕円ビーム２０５を形成した。さらに短径を短くすることで長径を長くし、照射の効率を上げることも可能であるが、短径の長さを短くすればするほど焦点深度も浅くなり均一なレーザアニールができなくなるので、この程度が適当であるとした。
【００１５】
楕円ビーム２０５の短径方向に半導体膜２０４を走査させることにより、楕円ビームの長径方向、幅１５０μｍの領域に、走査方向に長く延びた結晶粒が敷き詰められた状態で形成できた。以下前記領域を長結晶粒領域の幅と称する。前記半導体膜は、ガラス基板上に形成した。具体的には、厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に厚さ２００ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜しその上に厚さ１５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜した。さらに半導体膜のレーザに対する耐性を高めるために、５００℃１時間の熱アニールを該半導体膜に対して行った。前記熱アニールの他に、従来技術の項目で述べた金属元素による半導体膜の結晶化を行ってもよい。どちらの膜を使っても、最適なレーザビームの照射条件は同様である。
【００１６】
図３に、半導体膜の走査速度と半導体膜が結晶化される最適なレーザの出力の関係を示すグラフを記した。縦軸が、最適なレーザの出力（単位Ｗ）で、横軸が、半導体膜の走査速度（単位ｃｍ／ｓ）である。今回の実験では、走査速度の最大値は１００ｃｍ／ｓまでであった。グラフから、走査速度と出力との間には、線形の関係があることが見て取れた。後の実験と比較するため、図３のグラフからレーザ出力が１０Ｗのとき、最適な半導体膜の走査速度が１５０ｃｍ／ｓ程度であると予想した。
【００１７】
図４にさらに楕円ビームの長径を長くした光学系を示す。これにより、長径７００μｍ、短径３０μｍの楕円ビーム４０６が形成できた。本明細書中では、実験結果を統一するために、楕円ビームの短径は、３０μｍで固定した。具体的な光学系の構成は、レーザ発振器４０１と光路を鉛直方向に偏向するミラー４０２と楕円ビームの長径の長さを調整する焦点距離１５０ｍｍのシリンドリカルレンズ４０３と、短径の長さを調整する焦点距離２０ｍｍのシリンドリカルレンズ４０４とである。シリンドリカルレンズ４０３は、半導体膜４０５から１２０ｍｍ上方に配置し、シリンドリカルレンズ４０４は半導体膜４０５に焦点が合うように配置した。シリンドリカルレンズ４０３、４０４と半導体膜はレーザビームの光軸に対して直角に配置した。
【００１８】
楕円ビーム４０６を、楕円ビームの短径方向に半導体膜４０５に対して相対的に走査させ、半導体膜を結晶化させたところ、楕円ビームの長径方向、幅２５０μｍの領域に、走査方向に長く延びた結晶粒が敷き詰められた状態で形成できた。このときの最適な走査速度は５０ｃｍ／ｓで、レーザの出力は１０Ｗであった。
【００１９】
さらに、楕円ビームの長径を長くした光学系を図５に示す。これにより、長径２０００μｍ、短径３０μｍの楕円ビーム５０５が形成できた。具体的な光学系の構成は、レーザ発振器５０１と光路を鉛直方向に偏向するミラー５０２と楕円ビームの短径の長さを調整する焦点距離２０ｍｍのシリンドリカルレンズ５０３とである。シリンドリカルレンズ５０３は半導体膜５０４に焦点が合うように配置した。シリンドリカルレンズ５０３と半導体膜５０４はレーザビームの光軸に対して直角に配置した。
【００２０】
楕円ビーム５０５を、楕円ビームの短径方向に半導体膜５０４に対して相対的に走査させ、半導体膜を結晶化させたところ、楕円ビームの長径方向、幅６００〜８００μｍの領域に、走査方向に長く延びた結晶粒が敷き詰められた状態で形成できた。このときの最適な走査速度は５〜１０ｃｍ／ｓで、レーザの出力は１０Ｗであった。
【００２１】
以上の一連の実験結果を、図６にグラフ化した。具体的には、レーザの出力を１０Ｗで固定し、楕円ビームの幅を３０μｍとしたときの、半導体膜の結晶化の最適な走査速度と形成された楕円ビームの長径方向における結晶粒の領域の幅との関係を示した。照射対象は、前述の厚さ１５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜である。縦軸が半導体膜の走査速度Ｖ（単位ｃｍ／ｓ）で、横軸が長結晶粒領域の幅Ｌ（単位μｍ）である。両者の関係は両対数グラフにするとほぼ線形となった。
【００２２】
両者の関係を式で表すと、
ｌｏｇＬ＝ −０．４６５ｌｏｇＶ＋３．１８８式１）
となった。本明細書中では、理解しやすくするために、長結晶粒領域の幅Ｌと走査速度Ｖの単位を異なるものとしているが、単位を統一しても、式１）の定数項が変化するだけである。よって、式１）は定数項を除けば、どのような単位系を用いても成り立つ式と言える。
一方、レーザアニールに要する時間をＴとすると、
Ｔ＝（ａ／Ｌ）（ｂ／Ｖ＋２Ｖ／ｇ）式２）
とかける。（但し、ａは半導体膜が長方形であるとしたときの短辺の長さ（単位μｍ）、ｂは半導体膜が長方形であるとしたときの長辺の長さ（単位ｃｍ）、ｇは速度Ｖに走査速度が達するのに要する加速度（単位ｃｍ／ｓ^２）である。）式２）の係数２は、加速期間と減速期間を意味する。なお、ａとＬの単位を揃えているので、ａ／Ｌは無次元量となる。よって、式２）においても、すべての変数の単位系を統一しても同じ結果が得られる。
【００２３】
本発明を使って、長方形状の基板に成膜された半導体膜全面をレーザアニールすることを考えると、前記長方形状の基板の長辺に沿って、楕円ビームを走査させるのが最も効率がよいことは自明である。このとき楕円ビームの長径と基板の短辺とが平行に位置するようにする。このように打てば、走査の加速と減速の回数を最も少なくできるからである。したがって、式２）中でも、ａが長方形の短辺を表し、ｂが長方形の長辺を表すとした。ただし、レーザビームの走査方向に結晶粒が伸びて行くことから、もしも長方形状の基板において、短辺方向に伸びた結晶粒が適当な半導体素子が必要な場合は、ａ、ｂの関係が入れ変わっても問題はない。
【００２４】
ここで、図７を使って式２）の意味について説明する。図７（ａ）において、楕円ビーム７００２は図中の矢印の方向に半導体膜７００１上を走査される。この動きは相対的なものであるから、楕円ビーム７００２を動かしても、半導体膜７００１を動かしても、あるいは両方を動作させても本質は変わらない。半導体膜７００１の走査速度が遅ければ、加速にかかる時間をほぼ０とできるので、ｇは∞である。しかしながら、半導体膜を走査させる際、半導体膜を往復運動させる必要があるため、半導体膜の走査速度が速くなると往復運動の両端における加速度の影響で、処理時間Ｔが余計にかかるようになる。すなわち、照射時間（このとき走査速度は一定で、図７（ｂ）の走査距離ｂの領域が示すもの。）のほかに加速時間（図７（ｂ）における走査距離ｃの領域が示すもの。）が多く必要となってくる。本明細書中では、ｇは定数として扱うが勿論時間ｔの関数であっても問題はない。そのような場合は、ｇ（ｔ）を時間平均するなどして定数として扱えばよい。
【００２５】
式２）の両辺を対数にとると、
ｌｏｇＴ＝ｌｏｇａ −ｌｏｇＬ＋ｌｏｇ（ｂ／Ｖ＋２Ｖ／ｇ）式３）
となる。
【００２６】
式１）と式３）から、Ｌを消去すると、
ｌｏｇＴ＝ｌｏｇ（ｂ／Ｖ^{０．５３５}＋２Ｖ^{１．４６５}／ｇ）＋Ａ式４）
となる。但しＡは定数である。（Ａ＝ − ３．１８８＋ｌｏｇａより明らかである。）上記式の中で変数Ｌは出力（この場合１０Ｗ）に依存する変数で、楕円ビームの短径を一定とするならばほぼ比例関係にあると言って良いが、出力が変わっても上記の式の意味は変わらない。出力が変化しても、上記の式の定数項Ａが変化するのみである。よって、式４）を最小にする走査速度Ｖを求めれば、いかなる出力のレーザを使用しても、その速度Ｖが最もレーザアニールに要する時間を小さくするものであることがわかる。つまり、本発明は式４）を最小とする、すなわち、レーザアニールに要する時間をほぼ最短にするＶを提供する。
【００２７】
式４）をＶについて微分すると、
（ｌｏｇＴ）’ ＝ｆ（Ｖ）（５．４７７／ｇ − ｂ／Ｖ^２）式５）
（但し、ｆ（Ｖ）はＶの関数）と書ける。
【００２８】
レーザアニールを最も効率よく行うためには、Ｔが最小値を取ればよいので、式５）を０とおいて、計算すると、
Ｖ＝（ｇｂ／５．４７７） ^１／２式６）
に従う走査速度Ｖでレーザアニールすればよいこととなる。
【００２９】
通常、生産工程において用いられる基板のサイズは、例えば６００ｍｍ×７２０ｍｍ程度の長方形である。従って、前記長方形の長辺がｂ（＝７２）にあたる。
通常のＸＹステージにおいて、加速度は１０ｃｍ／ｓ^２〜１０００ｃｍ／ｓ^２であるから、例えば、加速度ｇを２５０ｃｍ／ｓ^２とすると、式６）から導かれるＶは５７ｃｍ／ｓとなる。
【００３０】
レーザアニールに要する時間と、半導体膜の走査速度との関係を図１０に示す。図１０において実線で囲まれる範囲である、式６）で算出される走査速度Ｖの半分から２倍程度の範囲に入るＶでレーザアニールをすれば、最短のレーザアニールに要する時間の約１．３倍以下で効率よくレーザアニールを行うことができる。よって、
｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝／２＜Ｖ＜２｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝式７）
の範囲でレーザアニールするとよい。
【００３１】
好ましくは、図１０において破線で挟まれる範囲である、式６）で算出される走査速度Ｖの９０％から１１０％程度の範囲に入るＶでレーザアニールをすれば、最短のレーザアニールに要する時間とほぼ同じであり、より効率よくレーザアニールを行うことができる。よって、
０．９｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝＜Ｖ＜１．１｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝式８）
の範囲でレーザアニールするとよい。
【００３２】
一般に使用されている基板のサイズは、３００×４００ｍｍ、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、（６００ｍｍ〜６２０ｍｍ）×７２０ｍｍ、７３０×９２０ｍｍ、１０００×１２００ｍｍ、１１５０×１３５０ｍｍと様々であるが、どのサイズの基板に対しても、上記の計算結果は適用できる。また、上記の条件は楕円ビームを元に算出したが、それに近い形状、例えば長方形状や糸巻き状などの形状にも同様に適用できることは言うまでもない。長方形状のビームを得るためには、例えばレーザ発振器にスラブ型のものを用いればよい。糸巻き状のビームを作るには、例えばレンズの収差を利用することで形成できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明実施の形態では、レーザアニールを最も効率よく行える例を説明する。具体的には、走査速度を１５０ｃｍ／ｓとした場合の例を図１に沿って説明する。レーザ発振器１０１は、ＣＷ発振方式のもので１０ＷのＹＶＯ_４レーザである。非線形光学素子が共振器に内蔵されており、第２高調波が射出される。
【００３４】
レーザ発振器１０１から水平方向に射出されたレーザビームはミラー１０２により鉛直方向から２０°の方向に偏向される。その後、水平方向に配置された焦点距離２０ｍｍの凸レンズ１０３により集光される。半導体膜を配置する照射面１０４を凸レンズ１０３の焦点位置に配置する。また、照射面１０４は凸レンズ１０３と平行に配置する。これにより長さ５００μｍ、幅３０μｍの楕円ビームが形成される。照射面においてビームが楕円になるのは非点収差によるものである。ここでは、課題を解決するための手段で作製方法を述べた厚さ１５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜のレーザアニールをする例を示す。この場合は、幅１５０μｍの長結晶粒領域が形成される。
【００３５】
長結晶粒領域で半導体膜を敷き詰めるためには、１５０μｍずつ楕円ビームをその長径方向にずらしながら基板の長辺方向へ楕円ビームを走査させることを繰り返す必要がある。この動作はＸＹステージを用いれば容易に行うことができる。照射対象である半導体膜のサイズを６００×７２０ｍｍとすると、基板の短辺の長さが６００ｍｍであるから、４０００回（２０００往復）、楕円ビームを走査させれば、基板全面をレーザアニールすることができる。また、このとき、走査速度１５０ｃｍ／ｓが最も効率のよい速度である条件は、式６）からｇ＝１７００ｃｍ／ｓ^２程度となる。非常に加速のよいステージを使う必要があることがわかる。図１０（ａ）に、レーザアニールに要する時間と、半導体膜の走査速度との関係を示す。極小値があることが見て取れ、このときの処理時間は約２６００秒である。レーザ発振器を複数台用いて処理能力を上げることも可能である。
【００３６】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、発明実施の形態の例と比較するため、走査速度を５０ｃｍ／ｓとした場合の例を図８に沿って説明する。レーザ発振器８０１は、ＣＷ発振方式のもので１０ＷのＹＶＯ_４レーザである。非線形光学素子が共振器に内蔵されており、第２高調波が射出される。
【００３７】
レーザ発振器８０１から水平方向に射出されたレーザビームはミラー８０２により鉛直方向に偏向される。その後、焦点距離１５０ｍｍシリンドリカルレンズ８０３により、一方向に集光される。また、その１００ｍｍ後方に配置される焦点距離２０ｍｍのシリンドリカルレンズ８０４により、前記一方向と直角で、かつレーザビームの進行方向と直角の方向に集光される。半導体膜を配置する照射面８０５をシリンドリカルレンズ８０４の焦点位置に配置する。これにより長さ７００μｍ、幅３０μｍの楕円ビームが形成される。本実施例では、発明実施の形態で作製方法を述べた厚さ１５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜のレーザアニールをする例を示す。この場合は、幅２５０μｍの長結晶粒領域が形成される。
【００３８】
長結晶粒領域で半導体膜を敷き詰めるためには、２５０μｍずつ楕円ビームをその長径方向にずらしながら基板の長辺方向へ楕円ビームを走査させることを繰り返す必要がある。この動作はＸＹステージを用いれば容易に行うことができる。照射対象である半導体膜のサイズを６００×７２０ｍｍとすると、基板の短辺の長さが６００ｍｍであるから、２４００回（１２００往復）、楕円ビームを走査させれば、基板全面をレーザアニールすることができる。また、このとき、走査速度５０ｃｍ／ｓが最も効率のよい速度である条件は、式６）からｇ＝１９０ｃｍ／ｓ^２程度となる。この程度の加速度であれば容易に基板を走査させることができる。このときの基板１枚に要する処理時間は４６００秒である。レーザ発振器は複数台用いて処理能力を上げることも可能である。
【００３９】
［実施例２］
本実施例では、先に挙げた例と比較するため、走査速度を５００ｃｍ／ｓとした場合の例を図９に沿って説明する。レーザ発振器９０１は、ＣＷ発振方式のもので１０ＷのＹＶＯ_４レーザである。非線形光学素子が共振器に内蔵されており、第２高調波が射出される。
【００４０】
レーザ発振器９０１から水平方向に射出されたレーザビームはミラー９０２により鉛直方向に偏向される。その後、焦点距離１６０ｍｍシリンドリカルレンズ９０３により、一方向に集光される。また、その１４０ｍｍ後方に配置される焦点距離２０ｍｍのシリンドリカルレンズ９０４により、前記一方向と直角で、かつレーザビームの進行方向と直角の方向に集光される。半導体膜を配置する照射面９０５をシリンドリカルレンズ９０４の焦点位置に配置する。これにより長さ２５０μｍ、幅３０μｍの楕円ビーム９０６が形成される。本実施例では、発明実施の形態で作製方法を述べた厚さ１５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜のレーザアニールをする例を示す。この場合は、幅８５μｍの長結晶粒領域が形成される。
【００４１】
長結晶粒領域で半導体膜を敷き詰めるためには、８５μｍずつ楕円ビームをその長径方向にずらしながら基板の長辺方向へ楕円ビームを走査させることを繰り返す必要がある。この動作はＸＹステージを用いれば容易に行うことができる。照射対象である半導体膜のサイズを６００×７２０ｍｍとすると、基板の短辺の長さが６００ｍｍであるから、７０００回、楕円ビームを走査させれば、基板全面をレーザアニールすることができる。また、このとき、走査速度５００ｃｍ／ｓが最も効率のよい速度である条件は、式６）からｇ＝１９０００ｃｍ／ｓ^２程度となる。すなわち発明実施の形態で示した例よりもさらに高い加速度を必要とする。かなりの高加速度であるから、これは半導体膜を動かすよりも、ミラーなどで、レーザビームの方を走査させる方がより容易である。また、このとき、基板１枚を処理するのに要する時間は１４００秒であり、これは発明の実施の形態の例で示したものの倍程度である。一方で走査速度は３倍以上上がっているので、走査速度が上がった割には、処理時間を稼げないことがわかる。レーザ発振器は複数台用いて処理能力を上げることも可能である。
［実施例３］
本実施例では、本発明の光学系を用いて半導体膜の結晶化を行った例について図２０を用いて説明する。
【００４２】
まず、基板２０として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものなどを用いることができる。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００４３】
次いで、基板２０上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜２１を形成する。本実施例では下地膜２１として単層構造を用いるが、前記絶縁膜を２層以上積層させた構造を用いても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）１００ｎｍを形成する。
【００４４】
次いで、下地膜２１上に半導体膜２２を形成する。半導体膜２２は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、公知の結晶化法（レーザ結晶化法、ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）により結晶化させる。なお、前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶質半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、１５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜する。この非晶質珪素膜に脱水素化（５００℃、３時間）を行った後、レーザ結晶化法を行って結晶質珪素膜を形成する。
【００４５】
レーザ結晶化法には、連続発振型のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等を用いることができる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。
これらのレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で楕円状若しくは長方形状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、本実施例では、発明の実施の形態で示した例または実施例１または実施例２にしたがって、レーザ結晶化を行う。
【００４６】
このようにして得られた結晶性半導体膜２３には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等もしくはそれ以上の高いモビリティ（電界効果移動度）を得ることも可能である。
【００４７】
さらに、形成された結晶粒が一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値（ＴＦＴがオン状態にある時に流れるドレイン電流値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフ状態にある時に流れるドレイン電流値）、しきい値電圧、Ｓ値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は向上する。
【００４８】
［実施例４］
本実施例では、実施例３とは異なる方法で半導体膜の結晶化を行った例について図２１を用いて説明する。
【００４９】
実施例３にしたがって、半導体膜として非晶質珪素膜まで形成する。そして、特開平７−１８３５４０号公報に記載された方法を利用して金属含有層３１を形成して、熱処理を行ったのち、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行う。本実施例では、半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度５ｐｐｍ、体積１０ｍｌ）を塗布し、５００℃の窒素雰囲気で１時間、５５０℃の窒素雰囲気で１２時間の熱処理を行う。続いて、発明の実施の形態で示した例または実施例１または実施例２にしたがって、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行う。
【００５０】
このように、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には実施例３で作製される結晶粒よりも大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等もしくはそれ以上の高いモビリティ（電界効果移動度）を得ることも可能である。
【００５１】
さらに、形成された結晶粒が一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値、オフ電流値、しきい値電圧、Ｓ値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は著しく向上する。
【００５２】
［実施例５］
本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図１１〜図１４を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【００５３】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板４００を用いる。なお、基板４００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００５４】
次いで、基板４００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜４０１を形成する。本実施例では下地膜４０１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜４０１の一層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３、及びＮ_２Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜４０１ａを１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）形成する。本実施例では、膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜４０１ａ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。次いで、下地膜４０１のニ層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ_４、及びＮ_２Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜４０１ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜４０１ｂ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を形成する。
【００５５】
次いで、下地膜上に半導体膜を形成する。半導体膜は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、公知の結晶化法（レーザ結晶化法、ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）、または公知の結晶化法を組み合わせて結晶化させる。なお、前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
【００５６】
レーザ結晶化法において用いるレーザは、連続発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振のＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。
【００５７】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、１５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜し、この非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法およびレーザ結晶化法を行う。金属元素としてニッケルを用い、溶液塗布法により非晶質珪素膜上に導入した後、５５０℃で５時間の熱処理を行って第１の結晶性珪素膜を得る。そして、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ_４レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により第２高調波に変換したのち、発明の実施の形態または実施例１または実施例２にしたがって、図１または図８または図９で示す光学系により楕円状ビームを形成して照射して第２の結晶性珪素膜を得る。前記第１の結晶性珪素膜にレーザ光を照射して第２の結晶性珪素膜とすることで、結晶性が向上する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ^２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ^２）が必要である。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザ光に対して相対的にステージを動かして照射し、結晶性珪素膜を形成する。
【００５８】
もちろん、第１の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製することもできるが、第２の結晶性珪素膜は結晶性が向上しているため、ＴＦＴの電気的特性が向上するので望ましい。例えば、第２の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は５００〜６００ｃｍ^２／Ｖｓ程度の高い値を得る。
【００５９】
本実施例では、結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質珪素膜の結晶化を行なったため、前記金属元素が結晶質珪素膜中に残留している。そのため、前記結晶質珪素膜上に５０〜１００ｎｍの非晶質珪素膜を形成し、加熱処理（ＲＴＡ法やファーネスアニール炉を用いた熱アニール等）を行なって、該非晶質珪素膜中に前記金属元素を拡散させ、前記非晶質珪素膜は加熱処理後にエッチングを行なって除去する。このようにすることで、前記結晶質珪素膜中の金属元素の含有量を低減または除去することができる。
【００６０】
また、半導体層４０２〜４０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行なってもよい。
【００６１】
次いで、半導体層４０２〜４０６を覆うゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜４０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００６２】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａｅｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ_２とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ^２で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【００６３】
次いで、ゲート絶縁膜４０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜４０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜４０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜４０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜４０９を積層形成した。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタした。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ_６）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のＷ（純度９９．９９９９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができた。
【００６４】
なお、本実施例では、第１の導電膜４０８をＴａＮ、第２の導電膜４０９をＷとしたが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、第１の導電膜をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＡｌ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよい。
【００６５】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行なう。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行なう。（図１１（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ_４とＣｌ_２とＯ_２とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行った。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【００６６】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ_４とＣｌ_２とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行った。基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ_４とＣｌ_２を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【００６７】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層４１７〜４２２（第１の導電層４１７ａ〜４２２ａと第２の導電層４１７ｂ〜４２２ｂ）を形成する。４１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層４１７〜４２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【００６８】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行なう。（図１１（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ_４とＣｌ_２とＯ_２とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。
【００６９】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行なえば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０^１３〜５×１０^１４／ｃｍ^２とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行なう。本実施例ではドーズ量を１．５×１０^１３／ｃｍ^２とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行なう。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層４２８〜４３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域４２３〜４２７が形成される。不純物領域４２３〜４２７には１×１０^１８〜１×１０^２０／ｃｍ^３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００７０】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４３４ａ〜４３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行なう。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０^１３〜１×１０^１５／ｃｍ^２とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行なう。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行なって図１２（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０^１５〜１×１０^１７／ｃｍ^２とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行なう。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域４３６、４４２、４４８には１×１０^１８〜５×１０^１９／ｃｍ^３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域４３５、４４１、４４４、４４７には１×１０^１９〜５×１０^２１／ｃｍ^３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【００７１】
もちろん、適当な加速電圧にすることで、第２のドーピング処理および第３のドーピング処理は１回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。
【００７２】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行なう。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０を形成する。第２の導電層４２９ｂ、４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０はジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１２（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４３９、４４７、４４８にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０^１９〜５×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【００７３】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【００７４】
次いで、レジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００７５】
次いで、図１２（Ｃ）に示すように、加熱処理を行なって、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行なう。この加熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行なう。熱アニール法としては、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜５５０℃で行えばよく、本実施例では５５０℃、４時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。
【００７６】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に加熱処理を行なっても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行なうことが好ましい。
【００７７】
そして、加熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行なうと水素化を行なうことができる。この工程は第１の層間絶縁膜４６１に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃で１〜１２時間の加熱処理を行っても良い。
【００７８】
次いで、第１の層間絶縁膜４６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜４６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。
【００７９】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行なうことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【００８０】
また、第２の層間絶縁膜４６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【００８１】
そして、駆動回路５０６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線４６３、４６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい（図１３）。
【００８２】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。この接続電極４６８によりソース配線（４３３ａと４３３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域４４２と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層４５９と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【００８３】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ５０３を有する駆動回路５０６と、画素ＴＦＴ５０４、保持容量５０５とを有する画素部５０７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【００８４】
駆動回路５０６のｎチャネル型ＴＦＴ５０１はチャネル形成領域４３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４２８ａと重なる低濃度不純物領域４３６（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５２を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ５０１と電極４６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ５０２にはチャネル形成領域４４０、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５３と、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域４５４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３にはチャネル形成領域４４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４３０ａと重なる低濃度不純物領域４４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５６を有している。
【００８５】
画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域４４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５８を有している。また、保持容量５０５の一方の電極として機能する半導体層には、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量５０５は、絶縁膜４１６を誘電体として、電極（４３２ａと４３２ｂの積層）と、半導体層とで形成している。
【００８６】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【００８７】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１４に示す。なお、図１１〜図１４に対応する部分には同じ符号を用いている。図１３中の鎖線Ａ−Ａ’は図１４中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１３中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１４中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【００８８】
なお、本実施例は実施例１乃至４のいずれか一と自由に組み合わせることが可能である。
【００８９】
［実施例６］
本実施例では、実施例５で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図１５を用いる。
【００９０】
まず、実施例５に従い、図１３の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１３のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜５６７を形成しラビング処理を行なう。なお、本実施例では配向膜５６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ５７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【００９１】
次いで、対向基板５６９を用意する。次いで、対向基板５６９上に着色層５７０、５７１、平坦化膜５７３を形成する。赤色の着色層５７０と青色の着色層５７１とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【００９２】
本実施例では、実施例５に示す基板を用いている。従って、実施例５の画素部の上面図を示す図１４では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【００９３】
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【００９４】
次いで、平坦化膜５７３上に透明導電膜からなる対向電極５７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜５７４を形成し、ラビング処理を施した。
【００９５】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１５に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【００９６】
以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電子機器の表示部として用いることができる。なお、本実施例は実施例１乃至５のいずれか一と自由に組み合わせることが可能である。
【００９７】
［実施例７］
本実施例では、実施例５で示したアクティブマトリクス基板を作製するときのＴＦＴの作製方法を用いて、発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴを備えた表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【００９８】
なお、本明細書中では、発光素子において陽極と陰極の間に形成された全ての層を有機発光層と定義する。有機発光層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的に発光素子は、陽極層、発光層、陰極層が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極層、正孔注入層、発光層、陰極層や、陽極層、正孔注入層、発光層、電子輸送層、陰極層等の順に積層した構造を有していることもある。
【００９９】
図１６は本実施例の発光装置の断面図である。図１６において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１３のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。
【０１００】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【０１０１】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１３のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１０２】
また、配線７０１、７０３はＣＭＯＳ回路のソース配線、７０２はドレイン配線として機能する。また、配線７０４はソース配線７０８とスイッチングＴＦＴのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線７０５はドレイン配線７０９とスイッチングＴＦＴのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。
【０１０３】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１３のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１０４】
また、配線７０６は電流制御ＴＦＴのソース配線（電流供給線に相当する）であり、７０７は電流制御ＴＦＴの画素電極７１１を上に重ねることで画素電極７１１と電気的に接続する電極である。
【０１０５】
なお、７１１は、透明導電膜からなる画素電極（発光素子の陽極）である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極７１１は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜７１０上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜７１０を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０１０６】
配線７０１〜７０７を形成後、図１６に示すようにバンク７１２を形成する。バンク７１２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【０１０７】
なお、バンク７１２は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施例ではバンク７１２の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は１×１０^６〜１×１０^１２Ωｍ（好ましくは１×１０^８〜１×１０^１０Ωｍ）となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。
【０１０８】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１６では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ_３）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ_３にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【０１０９】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて発光層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、中分子系有機発光材料や高分子系有機発光材料を用いても良い。なお、本明細書中において、昇華性を有さず、かつ、分子数が２０以下または連鎖する分子の長さが１０μｍ以下の有機発光材料を中分子系有機発光材料とする。また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層として２０ｎｍのポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）膜をスピン塗布法により設け、その上に発光層として１００ｎｍ程度のパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）膜を設けた積層構造としても良い。なお、ＰＰＶのπ共役系高分子を用いると、赤色から青色まで発光波長を選択できる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０１１０】
次に、発光層７１３の上には導電膜からなる陰極７１４が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のＭｇＡｇ膜（マグネシウムと銀との合金膜）を用いても良い。陰極材料としては、周期表の１族もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【０１１１】
この陰極７１４まで形成された時点で発光素子７１５が完成する。なお、ここでいう発光素子７１５は、画素電極（陽極）７１１、発光層７１３及び陰極７１４で形成されたダイオードを指す。
【０１１２】
発光素子７１５を完全に覆うようにしてパッシベーション膜７１６を設けることは有効である。パッシベーション膜７１６としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
【０１１３】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層７１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層７１３の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層７１３が酸化するといった問題を防止できる。
【０１１４】
さらに、パッシベーション膜７１６上に封止材７１７を設け、カバー材７１８を貼り合わせる。封止材７１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材７１８はガラス基板や石英基板やプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）の両面に炭素膜（好ましくはダイヤモンドライクカーボン膜）を形成したものを用いる。
【０１１５】
こうして図１６に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク７１２を形成した後、パッシベーション膜７１６を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【０１１６】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、ｐチャネル型ＴＦＴ６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｐチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１１７】
さらに、図１６を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０１１８】
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。
【０１１９】
以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電子機器の表示部として用いることができる。なお、本実施例は実施例１乃至５のいずれか一と自由に組み合わせることが可能である。
【０１２０】
［実施例８］
本発明を適用して、様々な半導体装置（アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型ＥＣ表示装置）を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【０１２１】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図１７、図１８及び図１９に示す。
【０１２２】
図１７（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【０１２３】
図１７（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０１２４】
図１７（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０１２５】
図１７（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３３０２に適用することで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【０１２６】
図１７（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明により作製された半導体装置を表示部３４０２に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。
【０１２７】
図１７（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【０１２８】
図１８（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【０１２９】
図１８（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【０１３０】
なお、図１８（Ｃ）は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１８（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１３１】
また、図１８（Ｄ）は、図１８（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１８（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１３２】
ただし、図１８に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
【０１３３】
図１９（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【０１３４】
図１９（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製された半導体装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。
【０１３５】
図１９（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部４１０３に適用することで、本発明のディスプレイが完成する。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０１３６】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざまな分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜６または７の組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）本発明が示す式によりＣＷレーザを使った半導体膜の結晶化装置を設計する際に、あらかじめステージの加速特性をどの程度とすればよいかが容易にわかる。これは複数の同じ種類のレーザまたは複数の異なる種類のレーザを用いた場合においても同様である。
（ｂ）本発明が従う式に従ってＣＷレーザを使用すれば、単結晶に近い特性の半導体膜を高いスループットで得ることができる。複数の同じ種類のレーザまたは複数の異なる種類のレーザを用いた場合にさらに高いスループットを得ることが可能となる。
（ｃ）レーザは半導体膜が成膜される基板をあまり加熱しないため、本工程を使えば、例えばプラスチック基板上に単結晶に近い特性をもった半導体膜を高いスループットで形成することができる。複数の同じ種類のレーザまたは複数の異なる種類のレーザを用いた場合にさらに高いスループットを得ることが可能となる。
（ｄ）本発明が示す式の本質であるレーザアニールに要する時間を最小にする走査速度は、レーザの出力に依らないため、どのようなレーザ発振器にも簡単に適用できる。
（ｅ）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態を説明する図。
【図２】レーザ照射装置の例を示す図。
【図３】レーザ出力と走査速度の関係を示すグラフ。
【図４】レーザ照射装置の例を示す図。
【図５】レーザ照射装置の例を示す図。
【図６】走査速度と長結晶粒領域の幅の関係を示すグラフ。
【図７】レーザアニールの様子を示す図。
【図８】実施例１を説明する図。
【図９】実施例２を説明する図。
【図１０】楕円ビームの走査速度と処理時間の関係を示すグラフ。
【図１１】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１２】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１３】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１４】画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１５】アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図。
【図１６】発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１７】半導体装置の例を示す図。
【図１８】半導体装置の例を示す図。
【図１９】半導体装置の例を示す図。
【図２０】本発明を用いて半導体膜の結晶化を行う例を示す図。
【図２１】本発明を用いて半導体膜の結晶化を行う例を示す図。

Claims

レーザ光を基板に対して相対的に走査速度Ｖで走査するレーザ照射方法であって、
前記走査速度Ｖは、走査速度Ｖに達するのに要する加速度をｇ、前記基板の一辺の長さをｂとすると、
｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝／２＜Ｖ＜２｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝
を満たすことを特徴とするレーザ照射方法。
レーザ光を基板に対して相対的に走査速度Ｖで走査するレーザ照射方法であって、
前記走査速度Ｖは、走査速度Ｖに達するのに要する加速度をｇ、前記基板の一辺の長さをｂとすると、
０．９｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝＜Ｖ＜１．１｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝
を満たすことを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１または請求項２において、前記レーザ光は、光学系により、前記基板上における形状が楕円状または長方形状に成形されていることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記レーザ光は、連続発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザから発振されたものであることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記レーザ光は、連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザから選ばれた一種から発振されたものであることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記レーザ光は、連続発振のＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザから選ばれた一種から発振されたものであることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記レーザ光は、連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザから選ばれた一種から発振されたものであることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１乃至７のいずれか一項において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１または請求項２において、前記基板の一辺は、該基板の長辺であることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１乃至９のいずれか一項において、前記基板の大きさは、３００ｍｍ×４００ｍｍ、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、（６００ｍｍ〜６２０ｍｍ）×７２０ｍｍ、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３５０ｍｍのいずれかであることを特徴とするレーザ照射方法。
レーザ光を半導体膜に対して相対的に走査速度Ｖで走査する半導体装置の作製方法であって、
前記走査速度Ｖは、走査速度Ｖに達するのに要する加速度をｇ、前記半導体膜が形成されている基板の一辺の長さをｂとすると、
｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝／２＜Ｖ＜２｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝
を満たすことを特徴とする半導体装置の作製方法。
レーザ光を半導体膜に対して相対的に走査速度Ｖで走査する半導体装置の作製方法であって、
前記走査速度Ｖは、走査速度Ｖに達するのに要する加速度をｇ、前記半導体膜が形成されている基板の一辺の長さをｂとすると、
０．９｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝＜Ｖ＜１．１｛（ｇｂ／５．４７７） ^１／２｝
を満たすことを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１または請求項１２において、前記レーザ光は、光学系により、前記半導体膜上における形状が楕円状または長方形状に成形されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１３のいずれか一項において、前記レーザ光は、連続発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザから発振されたものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１４のいずれか一項において、前記レーザ光は、連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザから選ばれた一種から発振されたものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１４のいずれか一項において、前記レーザ光は、連続発振のＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザから選ばれた一種から発振されたものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１４のいずれか一項において、前記レーザ光は、連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザから選ばれた一種から発振されたものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１７のいずれか一項において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１２のいずれか一項において、前記基板の一辺は、該基板の長辺であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１９のいずれか一項において、前記基板の大きさは、３００ｍｍ×４００ｍｍ、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、（６００ｍｍ〜６２０ｍｍ）×７２０ｍｍ、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３５０ｍｍのいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１３のいずれか一項において、前記半導体膜は、珪素を含む膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。