JP3883952B2 - レーザ照射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ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。生産効率を上げる手段の１つとして基板を大面積化することが挙げられるが、安価で大面積基板に加工が容易なガラス基板上に半導体膜を形成する研究がなされる理由はこの点にある。近年においては一辺が１ｍを越えるサイズのガラス基板の使用も考慮されるようになっている。
【０００５】
前記研究の１つの例として、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。５５０℃であれば、ガラス基板の歪み点温度以下であるため、変形等の心配のない温度である。
【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、歪み点温度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、連続発振型レーザ（以下CWレーザと記す）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の粒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。なお、本方法に適当なCWレーザは、出力が高く、波長が可視光線のもの以下で、出力の安定性の著しく高いものであり、例えば、YVO4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、YalO3レーザの第２高調波、Arレーザなどが当てはまる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。しかしながら、先に列挙した諸レーザは、非常に干渉性が高いために干渉による照射のムラが生じやすい。また、レーザビームの半導体膜への入射角度の違いで半導体膜のアニールの様子が変化する欠点を有していた。本発明は、このような欠点を克服することを課題とする。
【００１１】
【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。加工後のレーザビームの形状が楕円状になるのは、元のレーザビームの形状が円形もしくはそれに近い形状であるからである。あるいは、レーザビームの元の形状が長方形状であればそれをシリンドリカルレンズなどで１方向に拡大して長い長方形状に加工し同様に用いても良い。本明細書中では、楕円ビームと長方形状のビームを総称して、長いビームと呼ぶ。また複数のレーザビームをそれぞれ長いビームに加工し、それらをつなげてさらに長いビームを作っても良い。本発明は、このような工程において照射ムラの少ない長いビームの照射方法および照射装置、並びに半導体装置の作製方法を提供する。
【００１２】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、レーザと、前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に第１方向に移動させる手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に前記第１方向と逆方向である第２方向に移動させる手段と、前記第１方向に対し垂直なある平面において、前記レーザビームの前記照射面に対する入射角度を鏡像反転する手段と
を有することを特徴としている。
【００１３】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する他の発明の構成は、 レーザと、前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、
前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に第１方向に移動させる手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に前記第１方向と逆方向である第２方向に移動させる手段と、
前記レーザビームの前記基板に対する入射角度を前記移動の方向によって変更することで、前記第１方向の単位ベクトルと前記照射面に対する前記レーザビームの入射方向の単位ベクトルとの内積と、前記第２方向の単位ベクトルと前記照射面に対する前記レーザビームの入射方向の単位ベクトルとの内積と、を等しくする手段と、
を有することを特徴としている。
【００１４】
上記発明の構成において、前記レーザは、気体レーザ、固体レーザまたは金属蒸気レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザ、ＸｅＦエキシマレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YalO3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：サファイヤレーザ等があり、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。又、本発明は特に連続発振レーザに適用すると望ましい。
【００１５】
また、上記発明の構成において、前記レーザビーム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。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。
【００１６】
また、上記発明の構成において、前記レーザビームはTEM00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
【００１７】
また、上記発明の構成において、前記照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺（本明細書中では短径と呼ぶ。）を含む面を入射面と定義すると、前記レーザビームの入射角度φは、前記短辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザビームに対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、
φ≧arctan（W/2d）
を満たすことを特徴としている。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。上記の式は、基板の屈折率を１として算出した。一般にガラス基板の屈折率は１.５前後であり、それを考慮して計算すると、上記φの最小値はやや大きくなるが、ビームの端のエネルギー密度は中央と比較して低いことから上の式の範囲でも十分に干渉低減の効果が得られる。
【００１８】
また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、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が挙げられる。また、可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。なお、上記式は基板がレーザ光に対して透光性を有している場合のみ成立することは言うまでもない。
【００１９】
また、上記発明の構成において、前記短辺の長さＷは、前記レーザから射出されたレーザビームの広がり角をθとし、前記レーザビームを拡大するビームエキスパンダーの拡大率をＭとし、前記レーザビームを前記照射面において前記短辺方向に集光するレンズの焦点距離をｆとしたときに、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ
と近似的に書けるが、Ｗが５０μｍ以下とすると、レーザビームの照射時間を短縮できるので好ましい。すなわち、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ≦５０μｍ
であることが好ましい。
【００２０】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、レーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工し、前記長いビームに対して前記照射面を第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射するレーザ照射方法であって、
前記第１の入射角度を形成する前記レーザビームと前記移動方向とが成す角度が常に一定であることを特徴としている。
【００２１】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射するレーザ照射方法であって、
前記長いビームに対して前記照射面を第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記長いビームに対して前記照射面を前記第１方向と逆方向である第２方向に第２の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第２の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第１方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。
【００２２】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射するレーザ照射方法であって、
前記長いビームに対して前記照射面を前記長いビームの短径方向と平行な第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記長いビームに対して前記照射面を前記第１方向と逆方向である第２方向に第２の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第２の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第１方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。
【００２３】
上記発明の構成において、前記レーザは、気体レーザ、固体レーザまたは金属蒸気レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザ、ＸｅＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YalO3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：サファイヤレーザ等があり、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。又、本発明は特に連続発振レーザに適用すると望ましい。
【００２４】
また、上記発明の構成において、前記レーザビーム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。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。
【００２５】
また、上記発明の構成において、前記レーザビームはTEM00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
【００２６】
また、上記発明の構成において、前記照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面を入射面と定義すると、前記レーザビームの入射角度φは、前記短辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザビームに対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、
φ≧arctan（W/2d）
を満たすことを特徴としている。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。上記の式は、基板の屈折率を１として算出した。一般にガラス基板の屈折率は１.５前後であり、それを考慮して計算すると、上記φの最小値はやや大きくなるが、ビームの端のエネルギー密度は中央と比較して低いことから上の式の範囲でも十分に干渉低減の効果が得られる。
【００２７】
また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。なお、上記式は基板がレーザ光に対して透光性を有している場合のみ成立することは言うまでもない。
【００２８】
また、上記発明の構成において、前記短辺の長さＷは、前記レーザビームの広がり角をθとし、前記レーザビームを拡大するビームエキスパンダーの拡大率をＭとし、前記レーザビームを前記照射面において前記短辺方向に集光するレンズの焦点距離をｆとしたときに、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ
と近似的に書けるが、Ｗが５０μｍ以下とすると、レーザビームの照射時間を短縮できるので好ましい。すなわち、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ≦５０μｍ
であることが好ましい。
【００２９】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、レーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長いビームに加工し、
前記長いビームに対して前記半導体膜を第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、前記半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記移動方向とが成す角度が常に一定である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【００３０】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射する半導体装置の作製方法であって、
前記長いビームに対して前記半導体膜を第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記長いビームに対して前記半導体膜を前記第１方向と逆方向である第２方向に第２の入射角度で相対的に移動させながら照射して、前記半導体膜を結晶化し、前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第２の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第１方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。
【００３１】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射する半導体装置の作製方法であって、
前記長いビームに対して前記半導体膜を前記長いビームの短径方向と平行な第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記長いビームに対して前記半導体膜を前記第１方向と逆方向である第２方向に第２の入射角度で相対的に移動させながら照射して、前記半導体膜を結晶化し、前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第２の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第１方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。
【００３２】
上記発明の構成において、前記レーザは、気体レーザ、固体レーザまたは金属蒸気レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザ、ＸｅＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YalO3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：サファイヤレーザ等があり、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。又、本発明は特に連続発振レーザに適用すると望ましい。
【００３３】
また、上記発明の各構成において、前記レーザビーム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。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。
【００３４】
また、上記発明の各構成において、前記レーザビームはTEM00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
【００３５】
また、上記発明の各構成において、前記半導体膜上に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面を入射面と定義すると、前記レーザビームの入射角度φは、前記短辺の長さがＷ（本明細書中では短径と呼ぶ。）、前記半導体膜が形成されており、かつ、前記レーザビームに対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、
φ≧arctan（W/2d）
を満たすことを特徴としている。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。上記の式は、基板の屈折率を１として算出した。一般にガラス基板の屈折率は１.５前後であり、それを考慮して計算すると、上記φの最小値はやや大きくなるが、ビームの端のエネルギー密度は中央と比較して低いことから上の式の範囲でも十分に干渉低減の効果が得られる。
【００３６】
また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。なお、上記式は基板がレーザ光に対して透光性を有している場合のみ成立することは言うまでもない。
【００３７】
また、上記発明の各構成において、前記短辺の長さＷは、前記レーザビームの広がり角をθとし、前記レーザビームを拡大するビームエキスパンダーの拡大率をＭとし、前記レーザビームを前記半導体膜表面において前記短辺方向に集光するレンズの焦点距離をｆとしたときに、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ
と近似的に書けるが、Ｗが５０μｍ以下とすると、レーザビームの照射時間を短縮できるので好ましい。すなわち、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ≦５０μｍ
であることが好ましい。
【００３８】
本発明が示す式を満たす入射角度にてレーザビームを半導体膜に入射させ、レーザビームの入射角度を、レーザビームに対する半導体膜の走査方向の向きにより、交互に変化させると、走査方向によるレーザの照射の違いが無くなりより均一なレーザ照射が行える。本発明は、特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。また、走査方向の向きに依らず均一なレーザ照射が行えるため、スループットを向上させることを可能とする。本発明を利用した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。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１、図４を用いて説明する。本実施形態では、楕円ビーム１０６を形成し半導体膜表面１０５に照射する例を示す。
【００４０】
まず、LD励起式の１０Wのレーザ発振器１０１（Nd:YVO4レーザ、CW、第２高調波）を用意する。前記レーザ発振器は、TEM00の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。４５°反射ミラーにて、鉛直方向にレーザビームの進行方向を変換する。次に、楕円ビームの長径を半導体膜表面１０５において５００μｍ程度とするために、焦点距離が１５０mmのシリンドリカルレンズ１０３にレーザビームを垂直に入射させる。さらに、シリンドリカルレンズ１０３の下方１００mmの位置に焦点距離２０mmのシリンドリカルレンズ１０４を配置する。シリンドリカルレンズ１０４により、楕円ビーム１０６の短径の長さが制御される。理論的には、この系で短径Ｗが６μｍ程度となる。前記短径の長さを所望の長さとするためには、前述の式に従って光学系を組めばよい。例えば、倍率がＭ倍のビームエキスパンダを用いてビームを拡大すると、より細い短径（ビームエキスパンダを用いない場合と比較して1/Ｍの長さ。）を得ることが可能となる。焦点深度を深くするためには、シリンドリカルレンズ１０４にて集光されたレーザビームのビームウエストが、半導体膜表面１０５にくるように配置する。シリンドリカルレンズ１０３と１０４の母線は互いに直交するように配置する。シリンドリカルレンズ１０４においては、図４に示すように、レーザビームの入射位置をシリンドリカルレンズ１０４の曲率のある方向に平行移動させた位置にする。これにより、レーザビームの進行方向が変化し、半導体膜表面１０５に対するレーザビームの入射角度がφ（≠０°）となる。
【００４１】
半導体膜が成膜された基板は、厚さｄのガラス基板であり、レーザ照射の際に基板が落ちないように、吸着ステージ１０７に固定されている。吸着ステージ１０７は、Ｘ軸用の一軸ロボット１０８とＹ軸用の一軸ロボット１０９により、半導体膜表面１０５に平行な面上をXY方向に動作できる。前述の干渉が出ない条件式は、
φ≧arctan(Ｗ/2ｄ)
であるから、例えば基板に厚さ0.７mmのものを使うと
φ≧0.24°
となる。
実際には、レンズの精度などで楕円ビームの短径は理論値よりも太くなるので、φはもう少し大きな値を取った方が無難である。例えば短径が５０μｍ程度の楕円ビームであれば形成は容易であることから、上記の式に当てはめると、
φ≧2.0°
となる。
【００４２】
次に、半導体膜の作製方法の例を示す。前記半導体膜は、可視光線に対して透明なガラス基板上に形成する。具体的には、厚さ０.７mmのガラス基板の片面に厚さ200nmの酸化窒化珪素膜を成膜しその上に厚さ150nmのa-Si膜をプラズマCVD法にて成膜する。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ほぼ同様である。
【００４３】
ついで、前記半導体膜に対するレーザの照射の例を示す。レーザ発振器１０１の出力は最大１０Ｗ程度であるが、楕円ビーム１０６のサイズが比較的小さいためエネルギー密度が十分あり、５.５Ｗ程度に出力を落として照射を行う。Y軸ロボット１０９を使って楕円ビーム１０６の短径方向に半導体膜が成膜された基板を走査させることにより、楕円ビーム１０６の長径方向、幅１００μｍの領域に、走査方向に長く延びた単結晶の粒が敷き詰められた状態で形成できる。以下前記領域を長結晶粒領域と称する。このとき、レーザビームの入射角度は余裕をみて２°以上とする。これにより干渉が抑制されるので、より均一なレーザの照射が可能となる。楕円ビームの長径は５００μｍ程度であるが、TEM00モードのレーザビームであるため、エネルギー分布がガウシアンであり、ガウシアンの中央付近のみに前記長結晶粒領域ができる。走査速度は数十ｃｍ/ｓ〜数百ｃｍ/ｓ程度が適当であり、ここでは５０ｃｍ/ｓとする。
【００４４】
図６に半導体膜全面を長結晶粒領域とする照射方法を示す。識別を容易にするため図中の符号は図１と同じものを使った。半導体膜が成膜された基板を吸着ステージ１０７に固定し、レーザ発振器１０１を発振させる。出力は５.５Ｗとし、まずＹ軸ロボット１０９により走査速度５０ｃｍ/ｓにて、半導体膜表面を１筋走査する。前記１筋は図６中において、A1の部分に相当する。図６中、Ｙ軸ロボットにて、往路Am（mは正の整数）の部分をレーザ照射した後、X軸ロボット１０８により、長結晶粒領域の幅分だけ楕円ビームをその長径方向にスライドさせ、復路Bmの部分をレーザ照射する。このときレーザビームの半導体膜表面に対する入射角度φが０°でないため、そのままの状態では、往路と復路とが同一の条件で照射することができない。そこで、往路Amから復路Bmに移るときに、シリンドリカルレンズ１０４の位置を図４のa)からb)のように平行移動させて、往路と復路の照射条件を同一のものとする。すなわち、レーザビームの基板に対する入射方向の単位ベクトルと、基板の動作方向の単位ベクトルとの内積を一定にする。図示しないが、平行移動させるための駆動機構を用いて、この動作を自動的に行わせる。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を長結晶粒領域とすることができる。なお、長結晶粒領域の半導体膜の特性は非常に高く特にTFTなどの半導体素子を作製した場合には極めて高い電気移動度を示すことが期待できるが、そのような高い特性が必要でない半導体膜の部分には長結晶粒領域を形成する必要がない。よって、そのような部分にはレーザビームを照射しない、もしくは長結晶粒領域を形成しないようにレーザ照射を行ってもよい。
【００４５】
【実施例】
［実施例１］
本実施例は、他の方法を用いて本発明を実施する例を、図７、図５に沿って説明する。本実施例では、楕円ビーム７００６を形成し半導体膜表面７００５に照射する例を示す。
【００４６】
まず、LD励起式の１０Wのレーザ発振器７００１（Nd:YVO4レーザ、CW、第２高調波）を用意する。前記レーザ発振器は、TEM00の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。図示しない回転機構部が取り付けられた４５°反射ミラー７００２にて、鉛直方向から数度ずれた方向にレーザビームの進行方向を変換する。次に、楕円ビームの長径を半導体膜表面７００５において５００μｍ程度とするために、焦点距離が１５０mmの平凸シリンドリカルレンズ７００３にレーザビームを入射させる。このとき平凸シリンドリカルレンズ７００３の平面部と水平面とを平行に保つ。前記数度の角度は、前記シリンドリカルレンズ７００３の母線と鉛直方向を含む平面においてつけるものとする。さらに、シリンドリカルレンズ７００３の下方１００mmの位置に焦点距離２０mmの平凸シリンドリカルレンズ７００４を配置する。このとき平凸シリンドリカルレンズ７００４の平面部と水平面とを平行に保つ。シリンドリカルレンズ７００４により、楕円ビーム７００６の短径の長さが制御される。理論的には、この系で短径Ｗが６μｍ程度となる。焦点深度を深くするためには、シリンドリカルレンズ７００４にて集光されたレーザビームのビームウエストが、半導体膜表面７００５にくるように配置する。シリンドリカルレンズ７００３と７００４の母線は互いに直交するように配置する。シリンドリカルレンズ７００４においては、図５に示すように、レーザビームの入射位置をシリンドリカルレンズ７００４の中心位置にする。４５°反射ミラー７００２により、レーザビームの進行方向が鉛直方向からずれているため、半導体膜表面７００５に対するレーザビームの入射角度がφ（≠０°）となる。
【００４７】
吸着ステージ７００７に配置する半導体膜が成膜された基板は、発明実施の形態に作製方法を示したものとする。よって、前記入射角度φは最低２°程度とすればよい。レーザ照射の諸条件は、発明実施の形態に示したものと同様に行えばよい。
【００４８】
図８に半導体膜全面を長結晶粒領域とする照射方法を示す。識別を容易にするため図中の符号は図７と同じものを使った。半導体膜が成膜された基板を吸着ステージ７００７に固定し、レーザ発振器７００１を発振させる。出力は５.５Ｗとし、まずＹ軸ロボット７００９により走査速度５０ｃｍ/ｓにて、半導体膜表面を１筋走査する。前記１筋は図８中において、A1の部分に相当する。図８中、Ｙ軸ロボットにて、往路Am（mは正の整数。）の部分をレーザ照射した後、X軸ロボット７００８により、長結晶粒領域の幅分だけ楕円ビームをその長径方向にスライドさせ、復路Bmの部分をレーザ照射する。このときレーザビームの半導体膜表面に対する入射角度φが０°でないため、そのままの状態では、往路と復路とが同一の条件で照射することができない。そこで、往路と復路の照射条件を同一のものとするように、往路Amから復路Bmに移るときに、４５°反射ミラー７００２の角度を変化させ、さらにシリンドリカルレンズ７００４の位置を図５のa)からb)のように平行移動させる。図示しないが、平行移動させるための駆動機構を用いて、この動作を自動的に行わせる。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を長結晶粒領域とすることができる。なお、長結晶粒領域の半導体膜の特性は非常に高く特にTFTなどの半導体素子を作製した場合には極めて高い電気移動度を示すことが期待できるが、そのような高い特性が必要でない半導体膜の部分には長結晶粒領域を形成する必要がない。よって、そのような部分にはレーザビームを照射しない、もしくは長結晶粒領域を形成しないようなエネルギー密度でレーザ照射を行ってもよい。
【００４９】
［実施例２］
本実施例では、図１に示した光学系において、入射角度φを０°としたときの半導体膜に記録される干渉の様子について図２に沿って説明する。
【００５０】
照射条件は、発明実施の形態に示した条件と同様であり、前記走査速度のみ５０ｃｍ/ｓと７５ｃｍ/ｓの２条件の照射とした。図２a)は写真であり、上半分が７５ｃｍ/ｓで下半分が５０ｃｍ/ｓで照射したものである。発明実施の形態に示したように半導体膜全面に一様に楕円ビームを照射したところ、木目調の干渉縞がはっきりと半導体膜に記録された。図２b)に干渉縞を強調した絵をつけた。図２において、上半分と下半分とで楕円ビームの走査速度が異なるが、どちらの走査速度で照射を行っても、干渉縞の様子は同様であった。
【００５１】
干渉縞のできる原因は、半導体膜に対して透光性をもち、さらに半導体膜が成膜された基板に対しても透光性をもつレーザを使って半導体膜を加熱していることにある。前記半導体膜は用いるレーザビームの波長に比較して薄いため、半導体膜表面からの反射光と、半導体膜と半導体膜とガラス基板の間に成膜されている絶縁膜との界面における反射光との干渉は起きにくい。しかしながら、半導体膜表面に於ける反射光と、基板裏面に於ける反射光との干渉は十分に起きる可能性がある。図２に見られる干渉縞はこのようなことが原因で起きたものである。模様が不規則であるのは、基板のゆがみが不規則であることが原因で、もしも基板が皿のような形状になっているのであれば、前記模様は同心円模様となるはずである。この模様は半導体膜の特性と密接な関係にある。このような実験結果から、入射角度０°でのレーザビームの照射は不均一な特性分布をもつ半導体膜の生成につながる。よって、ある０でない入射角度φでレーザビームを入射させることが均一な特性を持つ半導体膜を得る重要な技術となる。
【００５２】
［実施例３］
本実施例では、図１に示した光学系において、入射角度φを数度とし、シリンドリカルレンズ１０４の位置を固定したときの半導体膜に記録される往路と復路の違いに関し図３に沿って説明する。
【００５３】
照射条件は、発明実施の形態に示した条件と同様であり、図３a)が前記走査速度５０ｃｍ/ｓにて照射したa-Si膜の写真である。図中左側が往路であり、右側が復路である。走査方向は写真の上下方向であり、写真中央に見える太い線の領域が長結晶粒領域で、その両脇に細く見えるのがアスペクト比の小さい結晶粒が集まった多結晶領域で、さらにその外側に、微結晶の領域がある。これらの領域の差は、レーザビームがガウス分布に近いエネルギー分布を持つために形成される。往路と復路とで明らかに長結晶粒領域の幅に違いが見られる。これは、規則正しく配列された半導体素子にこのような照射方法にてレーザを照射する際に特に不都合である。長結晶粒領域の外側は長結晶粒領域とは異なる特性を示すため、規則正しく配列された均一な半導体素子を得ることが重要である場合、このような往路と復路の違いは好ましくない。これは前記入射角度φが０でないため、前記往路と復路の関係が鏡像関係にないことが原因で起きる。
【００５４】
図３b)に、前記走査速度１００ｃｍ/ｓにて照射したp-Si膜の写真を示す。走査方向は写真の上下方向であり、写真の左が往路で右が復路である、前記p-Si膜は、金属元素ニッケルを使って熱により結晶化させたものであるが、a-Si膜に照射されたものとは、明らかに様子が異なる。これはa-Si膜とp-Si膜との光に対する吸収係数が異なるために生じた違いであるが、その他に金属元素の存在の有無が関係していると推測される。前記写真において、往路は問題なくレーザの照射が行われているが、復路には、走査方向に垂直な方向に線が多数入り、そこに結晶の欠陥が形成されている。このような欠陥は、半導体素子において、素子特性のばらつきや、リーク電流の原因となり好ましくない。このように、p-Si膜にCWレーザを走査させてレーザの照射を行った場合においても、往路と復路に違いが出る。
【００５５】
前記走査において、往路と復路に違いが出る原因は、レーザビームの入射角度の違いにあるので、基板がレーザビームに対して透光性を持っていなくても、本発明が特徴とする効果は出る。しかしながら、基板に透光性がない場合、干渉縞が出来ないため前記入射角度を０°とすることが許される。よって、この場合は本発明を適用しなくてもよいが、レーザを使った半導体膜の結晶化工程においては、可視光に対して透光性のあるガラスを基板として使うことが主流なため、レーザビームの入射角度を０°のまま本工程を利用する場合は限られるであろう。
【００５６】
［実施例４］
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９〜図１２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。
【００５７】
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が有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である線状ビームを容易に形成できるので、複数の線状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。
【００５８】
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を公知の手段により形成する。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。
【００５９】
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、レーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、実施形態および実施例１のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。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、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3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、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。また、連続発光のエキシマレーザも適用できる。前記レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていてもよい。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（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）と組み合わせて行ってもよい。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、非晶質珪素カーバイト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。
【００６０】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５０ｎｍ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Nd:ＹＶＯ4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、実施例１にしたがって第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ビームを照射して第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／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザビーム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。図３に示したように、レーザビームの中央付近には均一で良好な結晶性半導体膜が形成されるが、その両端には特性の異なる結晶性半導体膜が形成される。このような位置に半導体素子を形成しないためには、あらかじめ、基板を位置決めし所望の領域にレーザビームを照射すればよい。、第２の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は５００〜６６０ｃｍ2／Ｖｓ程度と著しく向上する。
【００６１】
このようにして得られた結晶性半導体膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、半導体層４０２〜４０６を形成する。
【００６２】
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）のドーピングを行ってもよい。
【００６３】
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を形成する。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、他の絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００６４】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2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/cｍ2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。
【００６５】
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を積層形成する。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する。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（ＷＦ6）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。
【００６６】
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としているが、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。
【００６７】
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う。（図９（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：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ＣＦ4とＣｌ2とＯ2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う。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。
【００６８】
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ＣＦ4とＣｌ2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う。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。ＣＦ4とＣｌ2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。
【００６９】
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。
【００７０】
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う。（図９（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2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。
【００７１】
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えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行う。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１×１０18〜１×１０20／cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００７２】
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う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。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って図１０（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０15〜１×１０17/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行う。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１×１０18〜５×１０19/cm3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１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【００７３】
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。
【００７４】
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４２９ａ、４３２ａ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（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１０（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１×１０19〜５×１０21atoms/cm3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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
次いで、レーザビームを照射して、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う。レーザ活性化は、実施形態および実施例１のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせるか、その他の方法によりレーザビームを半導体膜に照射する。本工程に本発明を用いる場合、図３に示したように、レーザビームの中央付近には均一で良好な結晶性半導体膜が形成されるが、その両端には特性の異なる結晶性半導体膜が形成される。このような位置に半導体素子を形成しないためには、あらかじめ、基板を位置決めし所望の領域にレーザビームを照射すればよい。
【００７８】
用いるレーザは、連続発振またはパルス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またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3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またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。また、連続発光のエキシマレーザも適用できる。前記レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていてもよい。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を０．５〜２０００ｃｍ／ｓの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、レーザーエネルギー密度を５０〜１０００mJ/cm2(代表的には５０〜５００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を５０〜９８％オーバーラップさせても良い。なお、レーザアニール法の他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）などを適用することができる。
【００７９】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化を行っても良い。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うことが好ましい。
【００８０】
そして、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。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。第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。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時間の熱処理を行っても良い。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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４６３〜４６８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１１）
【００８５】
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（４４３ａと４４３ｂ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４５８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。
【００８６】
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。
【００８７】
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、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とを有している。
【００８８】
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とを有している。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。
【００８９】
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。
【００９０】
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１２に示す。なお、図９〜図１２に対応する部分には同じ符号を用いている。図１１中の鎖線Ａ−Ａ’は図１２中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１１中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１２中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【００９１】
［実施例５］
本実施例では、実施例４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１３を用いる。
【００９２】
まず、実施例４に従い、図１１の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１１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。
【００９３】
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。
【００９４】
本実施例では、実施例４に示す基板を用いている。従って、実施例４の画素部の上面図を示す図１２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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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１３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。
【００９８】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー密度が十分であるレーザビームにより均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記液晶表示装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【００９９】
なお、本実施例は実施例１乃至４と自由に組み合わせることが可能である。
【０１００】
［実施例６］
本実施例では、実施例４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（Electro Luminescence）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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
図１４は本実施例の発光装置の断面図である。図１４において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１１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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１１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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１１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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
配線７０１〜７０７を形成後、図１４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。
【０１１０】
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１×１０6〜１×１０12Ωｍ（好ましくは１×１０8〜１×１０10Ωｍ）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。
【０１１１】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１４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（Ａｌｑ3）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ3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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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）や可撓性基板の両面に炭素膜（好ましくはＤＬＣ膜）を形成したものを用いる。炭素膜以外にもアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、ＳｉＮなどを用いることができる。
【０１１８】
こうして図１４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。
【０１１９】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１２０】
さらに、図１４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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー密度が十分であるレーザ光により均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１２３】
なお、本実施例は実施例１乃至４と自由に組み合わせることが可能である。
【０１２４】
［実施例７］
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。
【０１２５】
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１５、図１６及び図１７に示す。
【０１２６】
図１５（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る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。
【０１２７】
図１５（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る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。
【０１２８】
図１５（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る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。
【０１２９】
図１５（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。表示部３３０２は基板として可撓性基板を用いており、表示部３３０２を湾曲させてゴーグル型ディスプレイを作製している。また軽量で薄いゴーグル型ディスプレイを実現している。本発明により作製される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。
【０１３０】
図１５（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（Ｄｉｇiｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、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る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。
【０１３１】
図１５（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る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。
【０１３２】
図１６（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る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。
【０１３３】
図１６（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る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。
【０１３４】
なお、図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）及び図１６（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１６（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。
【０１３５】
また、図１６（Ｄ）は、図１６（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１６（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。
【０１３６】
ただし、図１６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。
【０１３７】
図１７（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る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。
【０１３８】
図１７（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る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。本発明は文庫本と同じ大きさに作製する事もでき、有用性が高い。
【０１３９】
図１７（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。表示部４１０３は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイを実現できる。また、表示部４１０３を湾曲させることも可能である。本発明により作製される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。
【０１４０】
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１〜５または６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。
【０１４１】
【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）本発明が示す式を満たす入射角度にてレーザビームを半導体膜に入射させ、レーザビームの入射角度を、レーザビームに対する半導体膜の走査方向の向きにより、交互に変化させると、走査方向によるレーザの照射の違いが無くなりより均一なレーザ照射が行える。入射角度を０°としないことで半導体膜面上でのレーザビームの干渉を抑えることができるため、特性の均一な半導体膜を得ることができる。
（ｂ）被照射体に対して均一にアニールすることを可能とする。特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。
（ｃ）スループットを向上させることを可能とする。
（ｄ）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。さらに、半導体装置の製造コストの低減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】 実施例２を説明する半導体膜に記録された干渉の様子を示す図。
【図３】 実施例３を説明するCWレーザの走査方向の往路と復路の違いを示す図。
【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】 レーザアニールの様子を示す図。
【図７】 実施例１を説明する図。
【図８】 レーザアニールの様子を示す図。
【図９】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１０】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【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の構成を示す上面図。
【図１３】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図１４】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１５】 半導体装置の例を示す図。
【図１６】 半導体装置の例を示す図。
【図１７】 半導体装置の例を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ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。生産効率を上げる手段の１つとして基板を大面積化することが挙げられるが、安価で大面積基板に加工が容易なガラス基板上に半導体膜を形成する研究がなされる理由はこの点にある。近年においては一辺が１ｍを越えるサイズのガラス基板の使用も考慮されるようになっている。
【０００５】
前記研究の１つの例として、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。５５０℃であれば、ガラス基板の歪み点温度以下であるため、変形等の心配のない温度である。
【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、歪み点温度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、連続発振型レーザ（以下CWレーザと記す）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の粒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。なお、本方法に適当なCWレーザは、出力が高く、波長が可視光線のもの以下で、出力の安定性の著しく高いものであり、例えば、YVO4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、YalO3レーザの第２高調波、Arレーザなどが当てはまる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。しかしながら、先に列挙した諸レーザは、非常に干渉性が高いために干渉による照射のムラが生じやすい。また、レーザビームの半導体膜への入射角度の違いで半導体膜のアニールの様子が変化する欠点を有していた。本発明は、このような欠点を克服することを課題とする。
【００１１】
【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。加工後のレーザビームの形状が楕円状になるのは、元のレーザビームの形状が円形もしくはそれに近い形状であるからである。あるいは、レーザビームの元の形状が長方形状であればそれをシリンドリカルレンズなどで１方向に拡大して長い長方形状に加工し同様に用いても良い。本明細書中では、楕円ビームと長方形状のビームを総称して、長いビームと呼ぶ。また複数のレーザビームをそれぞれ長いビームに加工し、それらをつなげてさらに長いビームを作っても良い。本発明は、このような工程において照射ムラの少ない長いビームの照射方法および照射装置、並びに半導体装置の作製方法を提供する。
【００１２】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、レーザと、前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に第１方向に移動させる手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に前記第１方向と逆方向である第２方向に移動させる手段と、前記第１方向に対し垂直なある平面において、前記レーザビームの前記照射面に対する入射角度を鏡像反転する手段と
を有することを特徴としている。
【００１３】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する他の発明の構成は、 レーザと、前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、
前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に第１方向に移動させる手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に前記第１方向と逆方向である第２方向に移動させる手段と、
前記レーザビームの前記基板に対する入射角度を前記移動の方向によって変更することで、前記第１方向の単位ベクトルと前記照射面に対する前記レーザビームの入射方向の単位ベクトルとの内積と、前記第２方向の単位ベクトルと前記照射面に対する前記レーザビームの入射方向の単位ベクトルとの内積と、を等しくする手段と、
を有することを特徴としている。
【００１４】
上記発明の構成において、前記レーザは、気体レーザ、固体レーザまたは金属蒸気レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザ、ＸｅＦエキシマレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YalO3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：サファイヤレーザ等があり、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。又、本発明は特に連続発振レーザに適用すると望ましい。
【００１５】
また、上記発明の構成において、前記レーザビーム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。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。
【００１６】
また、上記発明の構成において、前記レーザビームはTEM00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
【００１７】
また、上記発明の構成において、前記照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺（本明細書中では短径と呼ぶ。）を含む面を入射面と定義すると、前記レーザビームの入射角度φは、前記短辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザビームに対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、
φ≧arctan（W/2d）
を満たすことを特徴としている。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。上記の式は、基板の屈折率を１として算出した。一般にガラス基板の屈折率は１.５前後であり、それを考慮して計算すると、上記φの最小値はやや大きくなるが、ビームの端のエネルギー密度は中央と比較して低いことから上の式の範囲でも十分に干渉低減の効果が得られる。
【００１８】
また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、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が挙げられる。また、可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。なお、上記式は基板がレーザ光に対して透光性を有している場合のみ成立することは言うまでもない。
【００１９】
また、上記発明の構成において、前記短辺の長さＷは、前記レーザから射出されたレーザビームの広がり角をθとし、前記レーザビームを拡大するビームエキスパンダーの拡大率をＭとし、前記レーザビームを前記照射面において前記短辺方向に集光するレンズの焦点距離をｆとしたときに、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ
と近似的に書けるが、Ｗが５０μｍ以下とすると、レーザビームの照射時間を短縮できるので好ましい。すなわち、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ≦５０μｍ
であることが好ましい。
【００２０】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、レーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工し、前記長いビームに対して前記照射面を第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射するレーザ照射方法であって、
前記第１の入射角度を形成する前記レーザビームと前記移動方向とが成す角度が常に一定であることを特徴としている。
【００２１】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射するレーザ照射方法であって、
前記長いビームに対して前記照射面を第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記長いビームに対して前記照射面を前記第１方向と逆方向である第２方向に第２の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第２の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第１方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。
【００２２】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射するレーザ照射方法であって、
前記長いビームに対して前記照射面を前記長いビームの短径方向と平行な第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記長いビームに対して前記照射面を前記第１方向と逆方向である第２方向に第２の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第２の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第１方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。
【００２３】
上記発明の構成において、前記レーザは、気体レーザ、固体レーザまたは金属蒸気レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザ、ＸｅＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YalO3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：サファイヤレーザ等があり、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。又、本発明は特に連続発振レーザに適用すると望ましい。
【００２４】
また、上記発明の構成において、前記レーザビーム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。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。
【００２５】
また、上記発明の構成において、前記レーザビームはTEM00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
【００２６】
また、上記発明の構成において、前記照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面を入射面と定義すると、前記レーザビームの入射角度φは、前記短辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザビームに対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、
φ≧arctan（W/2d）
を満たすことを特徴としている。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。上記の式は、基板の屈折率を１として算出した。一般にガラス基板の屈折率は１.５前後であり、それを考慮して計算すると、上記φの最小値はやや大きくなるが、ビームの端のエネルギー密度は中央と比較して低いことから上の式の範囲でも十分に干渉低減の効果が得られる。
【００２７】
また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。なお、上記式は基板がレーザ光に対して透光性を有している場合のみ成立することは言うまでもない。
【００２８】
また、上記発明の構成において、前記短辺の長さＷは、前記レーザビームの広がり角をθとし、前記レーザビームを拡大するビームエキスパンダーの拡大率をＭとし、前記レーザビームを前記照射面において前記短辺方向に集光するレンズの焦点距離をｆとしたときに、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ
と近似的に書けるが、Ｗが５０μｍ以下とすると、レーザビームの照射時間を短縮できるので好ましい。すなわち、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ≦５０μｍ
であることが好ましい。
【００２９】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、レーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長いビームに加工し、
前記長いビームに対して前記半導体膜を第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、前記半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記移動方向とが成す角度が常に一定である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【００３０】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射する半導体装置の作製方法であって、
前記長いビームに対して前記半導体膜を第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記長いビームに対して前記半導体膜を前記第１方向と逆方向である第２方向に第２の入射角度で相対的に移動させながら照射して、前記半導体膜を結晶化し、前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第２の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第１方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。
【００３１】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射する半導体装置の作製方法であって、
前記長いビームに対して前記半導体膜を前記長いビームの短径方向と平行な第１方向に第１の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記長いビームに対して前記半導体膜を前記第１方向と逆方向である第２方向に第２の入射角度で相対的に移動させながら照射して、前記半導体膜を結晶化し、前記第１の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第２の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第１方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。
【００３２】
上記発明の構成において、前記レーザは、気体レーザ、固体レーザまたは金属蒸気レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザ、ＸｅＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YalO3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：サファイヤレーザ等があり、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。又、本発明は特に連続発振レーザに適用すると望ましい。
【００３３】
また、上記発明の各構成において、前記レーザビーム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。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。
【００３４】
また、上記発明の各構成において、前記レーザビームはTEM00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
【００３５】
また、上記発明の各構成において、前記半導体膜上に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面を入射面と定義すると、前記レーザビームの入射角度φは、前記短辺の長さがＷ（本明細書中では短径と呼ぶ。）、前記半導体膜が形成されており、かつ、前記レーザビームに対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、
φ≧arctan（W/2d）
を満たすことを特徴としている。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。上記の式は、基板の屈折率を１として算出した。一般にガラス基板の屈折率は１.５前後であり、それを考慮して計算すると、上記φの最小値はやや大きくなるが、ビームの端のエネルギー密度は中央と比較して低いことから上の式の範囲でも十分に干渉低減の効果が得られる。
【００３６】
また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。なお、上記式は基板がレーザ光に対して透光性を有している場合のみ成立することは言うまでもない。
【００３７】
また、上記発明の各構成において、前記短辺の長さＷは、前記レーザビームの広がり角をθとし、前記レーザビームを拡大するビームエキスパンダーの拡大率をＭとし、前記レーザビームを前記半導体膜表面において前記短辺方向に集光するレンズの焦点距離をｆとしたときに、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ
と近似的に書けるが、Ｗが５０μｍ以下とすると、レーザビームの照射時間を短縮できるので好ましい。すなわち、
Ｗ＝ｆθ/Ｍ≦５０μｍ
であることが好ましい。
【００３８】
本発明が示す式を満たす入射角度にてレーザビームを半導体膜に入射させ、レーザビームの入射角度を、レーザビームに対する半導体膜の走査方向の向きにより、交互に変化させると、走査方向によるレーザの照射の違いが無くなりより均一なレーザ照射が行える。本発明は、特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。また、走査方向の向きに依らず均一なレーザ照射が行えるため、スループットを向上させることを可能とする。本発明を利用した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。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１、図４を用いて説明する。本実施形態では、楕円ビーム１０６を形成し半導体膜表面１０５に照射する例を示す。
【００４０】
まず、LD励起式の１０Wのレーザ発振器１０１（Nd:YVO4レーザ、CW、第２高調波）を用意する。前記レーザ発振器は、TEM00の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。４５°反射ミラーにて、鉛直方向にレーザビームの進行方向を変換する。次に、楕円ビームの長径を半導体膜表面１０５において５００μｍ程度とするために、焦点距離が１５０mmのシリンドリカルレンズ１０３にレーザビームを垂直に入射させる。さらに、シリンドリカルレンズ１０３の下方１００mmの位置に焦点距離２０mmのシリンドリカルレンズ１０４を配置する。シリンドリカルレンズ１０４により、楕円ビーム１０６の短径の長さが制御される。理論的には、この系で短径Ｗが６μｍ程度となる。前記短径の長さを所望の長さとするためには、前述の式に従って光学系を組めばよい。例えば、倍率がＭ倍のビームエキスパンダを用いてビームを拡大すると、より細い短径（ビームエキスパンダを用いない場合と比較して1/Ｍの長さ。）を得ることが可能となる。焦点深度を深くするためには、シリンドリカルレンズ１０４にて集光されたレーザビームのビームウエストが、半導体膜表面１０５にくるように配置する。シリンドリカルレンズ１０３と１０４の母線は互いに直交するように配置する。シリンドリカルレンズ１０４においては、図４に示すように、レーザビームの入射位置をシリンドリカルレンズ１０４の曲率のある方向に平行移動させた位置にする。これにより、レーザビームの進行方向が変化し、半導体膜表面１０５に対するレーザビームの入射角度がφ（≠０°）となる。
【００４１】
半導体膜が成膜された基板は、厚さｄのガラス基板であり、レーザ照射の際に基板が落ちないように、吸着ステージ１０７に固定されている。吸着ステージ１０７は、Ｘ軸用の一軸ロボット１０８とＹ軸用の一軸ロボット１０９により、半導体膜表面１０５に平行な面上をXY方向に動作できる。前述の干渉が出ない条件式は、
φ≧arctan(Ｗ/2ｄ)
であるから、例えば基板に厚さ0.７mmのものを使うと
φ≧0.24°
となる。
実際には、レンズの精度などで楕円ビームの短径は理論値よりも太くなるので、φはもう少し大きな値を取った方が無難である。例えば短径が５０μｍ程度の楕円ビームであれば形成は容易であることから、上記の式に当てはめると、
φ≧2.0°
となる。
【００４２】
次に、半導体膜の作製方法の例を示す。前記半導体膜は、可視光線に対して透明なガラス基板上に形成する。具体的には、厚さ０.７mmのガラス基板の片面に厚さ200nmの酸化窒化珪素膜を成膜しその上に厚さ150nmのa-Si膜をプラズマCVD法にて成膜する。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ほぼ同様である。
【００４３】
ついで、前記半導体膜に対するレーザの照射の例を示す。レーザ発振器１０１の出力は最大１０Ｗ程度であるが、楕円ビーム１０６のサイズが比較的小さいためエネルギー密度が十分あり、５.５Ｗ程度に出力を落として照射を行う。Y軸ロボット１０９を使って楕円ビーム１０６の短径方向に半導体膜が成膜された基板を走査させることにより、楕円ビーム１０６の長径方向、幅１００μｍの領域に、走査方向に長く延びた単結晶の粒が敷き詰められた状態で形成できる。以下前記領域を長結晶粒領域と称する。このとき、レーザビームの入射角度は余裕をみて２°以上とする。これにより干渉が抑制されるので、より均一なレーザの照射が可能となる。楕円ビームの長径は５００μｍ程度であるが、TEM00モードのレーザビームであるため、エネルギー分布がガウシアンであり、ガウシアンの中央付近のみに前記長結晶粒領域ができる。走査速度は数十ｃｍ/ｓ〜数百ｃｍ/ｓ程度が適当であり、ここでは５０ｃｍ/ｓとする。
【００４４】
図６に半導体膜全面を長結晶粒領域とする照射方法を示す。識別を容易にするため図中の符号は図１と同じものを使った。半導体膜が成膜された基板を吸着ステージ１０７に固定し、レーザ発振器１０１を発振させる。出力は５.５Ｗとし、まずＹ軸ロボット１０９により走査速度５０ｃｍ/ｓにて、半導体膜表面を１筋走査する。前記１筋は図６中において、A1の部分に相当する。図６中、Ｙ軸ロボットにて、往路Am（mは正の整数）の部分をレーザ照射した後、X軸ロボット１０８により、長結晶粒領域の幅分だけ楕円ビームをその長径方向にスライドさせ、復路Bmの部分をレーザ照射する。このときレーザビームの半導体膜表面に対する入射角度φが０°でないため、そのままの状態では、往路と復路とが同一の条件で照射することができない。そこで、往路Amから復路Bmに移るときに、シリンドリカルレンズ１０４の位置を図４のa)からb)のように平行移動させて、往路と復路の照射条件を同一のものとする。すなわち、レーザビームの基板に対する入射方向の単位ベクトルと、基板の動作方向の単位ベクトルとの内積を一定にする。図示しないが、平行移動させるための駆動機構を用いて、この動作を自動的に行わせる。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を長結晶粒領域とすることができる。なお、長結晶粒領域の半導体膜の特性は非常に高く特にTFTなどの半導体素子を作製した場合には極めて高い電気移動度を示すことが期待できるが、そのような高い特性が必要でない半導体膜の部分には長結晶粒領域を形成する必要がない。よって、そのような部分にはレーザビームを照射しない、もしくは長結晶粒領域を形成しないようにレーザ照射を行ってもよい。
【００４５】
【実施例】
［実施例１］
本実施例は、他の方法を用いて本発明を実施する例を、図７、図５に沿って説明する。本実施例では、楕円ビーム７００６を形成し半導体膜表面７００５に照射する例を示す。
【００４６】
まず、LD励起式の１０Wのレーザ発振器７００１（Nd:YVO4レーザ、CW、第２高調波）を用意する。前記レーザ発振器は、TEM00の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。図示しない回転機構部が取り付けられた４５°反射ミラー７００２にて、鉛直方向から数度ずれた方向にレーザビームの進行方向を変換する。次に、楕円ビームの長径を半導体膜表面７００５において５００μｍ程度とするために、焦点距離が１５０mmの平凸シリンドリカルレンズ７００３にレーザビームを入射させる。このとき平凸シリンドリカルレンズ７００３の平面部と水平面とを平行に保つ。前記数度の角度は、前記シリンドリカルレンズ７００３の母線と鉛直方向を含む平面においてつけるものとする。さらに、シリンドリカルレンズ７００３の下方１００mmの位置に焦点距離２０mmの平凸シリンドリカルレンズ７００４を配置する。このとき平凸シリンドリカルレンズ７００４の平面部と水平面とを平行に保つ。シリンドリカルレンズ７００４により、楕円ビーム７００６の短径の長さが制御される。理論的には、この系で短径Ｗが６μｍ程度となる。焦点深度を深くするためには、シリンドリカルレンズ７００４にて集光されたレーザビームのビームウエストが、半導体膜表面７００５にくるように配置する。シリンドリカルレンズ７００３と７００４の母線は互いに直交するように配置する。シリンドリカルレンズ７００４においては、図５に示すように、レーザビームの入射位置をシリンドリカルレンズ７００４の中心位置にする。４５°反射ミラー７００２により、レーザビームの進行方向が鉛直方向からずれているため、半導体膜表面７００５に対するレーザビームの入射角度がφ（≠０°）となる。
【００４７】
吸着ステージ７００７に配置する半導体膜が成膜された基板は、発明実施の形態に作製方法を示したものとする。よって、前記入射角度φは最低２°程度とすればよい。レーザ照射の諸条件は、発明実施の形態に示したものと同様に行えばよい。
【００４８】
図８に半導体膜全面を長結晶粒領域とする照射方法を示す。識別を容易にするため図中の符号は図７と同じものを使った。半導体膜が成膜された基板を吸着ステージ７００７に固定し、レーザ発振器７００１を発振させる。出力は５.５Ｗとし、まずＹ軸ロボット７００９により走査速度５０ｃｍ/ｓにて、半導体膜表面を１筋走査する。前記１筋は図８中において、A1の部分に相当する。図８中、Ｙ軸ロボットにて、往路Am（mは正の整数。）の部分をレーザ照射した後、X軸ロボット７００８により、長結晶粒領域の幅分だけ楕円ビームをその長径方向にスライドさせ、復路Bmの部分をレーザ照射する。このときレーザビームの半導体膜表面に対する入射角度φが０°でないため、そのままの状態では、往路と復路とが同一の条件で照射することができない。そこで、往路と復路の照射条件を同一のものとするように、往路Amから復路Bmに移るときに、４５°反射ミラー７００２の角度を変化させ、さらにシリンドリカルレンズ７００４の位置を図５のa)からb)のように平行移動させる。図示しないが、平行移動させるための駆動機構を用いて、この動作を自動的に行わせる。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を長結晶粒領域とすることができる。なお、長結晶粒領域の半導体膜の特性は非常に高く特にTFTなどの半導体素子を作製した場合には極めて高い電気移動度を示すことが期待できるが、そのような高い特性が必要でない半導体膜の部分には長結晶粒領域を形成する必要がない。よって、そのような部分にはレーザビームを照射しない、もしくは長結晶粒領域を形成しないようなエネルギー密度でレーザ照射を行ってもよい。
【００４９】
［実施例２］
本実施例では、図１に示した光学系において、入射角度φを０°としたときの半導体膜に記録される干渉の様子について図２に沿って説明する。
【００５０】
照射条件は、発明実施の形態に示した条件と同様であり、前記走査速度のみ５０ｃｍ/ｓと７５ｃｍ/ｓの２条件の照射とした。図２a)は写真であり、上半分が７５ｃｍ/ｓで下半分が５０ｃｍ/ｓで照射したものである。発明実施の形態に示したように半導体膜全面に一様に楕円ビームを照射したところ、木目調の干渉縞がはっきりと半導体膜に記録された。図２b)に干渉縞を強調した絵をつけた。図２において、上半分と下半分とで楕円ビームの走査速度が異なるが、どちらの走査速度で照射を行っても、干渉縞の様子は同様であった。
【００５１】
干渉縞のできる原因は、半導体膜に対して透光性をもち、さらに半導体膜が成膜された基板に対しても透光性をもつレーザを使って半導体膜を加熱していることにある。前記半導体膜は用いるレーザビームの波長に比較して薄いため、半導体膜表面からの反射光と、半導体膜と半導体膜とガラス基板の間に成膜されている絶縁膜との界面における反射光との干渉は起きにくい。しかしながら、半導体膜表面に於ける反射光と、基板裏面に於ける反射光との干渉は十分に起きる可能性がある。図２に見られる干渉縞はこのようなことが原因で起きたものである。模様が不規則であるのは、基板のゆがみが不規則であることが原因で、もしも基板が皿のような形状になっているのであれば、前記模様は同心円模様となるはずである。この模様は半導体膜の特性と密接な関係にある。このような実験結果から、入射角度０°でのレーザビームの照射は不均一な特性分布をもつ半導体膜の生成につながる。よって、ある０でない入射角度φでレーザビームを入射させることが均一な特性を持つ半導体膜を得る重要な技術となる。
【００５２】
［実施例３］
本実施例では、図１に示した光学系において、入射角度φを数度とし、シリンドリカルレンズ１０４の位置を固定したときの半導体膜に記録される往路と復路の違いに関し図３に沿って説明する。
【００５３】
照射条件は、発明実施の形態に示した条件と同様であり、図３a)が前記走査速度５０ｃｍ/ｓにて照射したa-Si膜の写真である。図中左側が往路であり、右側が復路である。走査方向は写真の上下方向であり、写真中央に見える太い線の領域が長結晶粒領域で、その両脇に細く見えるのがアスペクト比の小さい結晶粒が集まった多結晶領域で、さらにその外側に、微結晶の領域がある。これらの領域の差は、レーザビームがガウス分布に近いエネルギー分布を持つために形成される。往路と復路とで明らかに長結晶粒領域の幅に違いが見られる。これは、規則正しく配列された半導体素子にこのような照射方法にてレーザを照射する際に特に不都合である。長結晶粒領域の外側は長結晶粒領域とは異なる特性を示すため、規則正しく配列された均一な半導体素子を得ることが重要である場合、このような往路と復路の違いは好ましくない。これは前記入射角度φが０でないため、前記往路と復路の関係が鏡像関係にないことが原因で起きる。
【００５４】
図３b)に、前記走査速度１００ｃｍ/ｓにて照射したp-Si膜の写真を示す。走査方向は写真の上下方向であり、写真の左が往路で右が復路である、前記p-Si膜は、金属元素ニッケルを使って熱により結晶化させたものであるが、a-Si膜に照射されたものとは、明らかに様子が異なる。これはa-Si膜とp-Si膜との光に対する吸収係数が異なるために生じた違いであるが、その他に金属元素の存在の有無が関係していると推測される。前記写真において、往路は問題なくレーザの照射が行われているが、復路には、走査方向に垂直な方向に線が多数入り、そこに結晶の欠陥が形成されている。このような欠陥は、半導体素子において、素子特性のばらつきや、リーク電流の原因となり好ましくない。このように、p-Si膜にCWレーザを走査させてレーザの照射を行った場合においても、往路と復路に違いが出る。
【００５５】
前記走査において、往路と復路に違いが出る原因は、レーザビームの入射角度の違いにあるので、基板がレーザビームに対して透光性を持っていなくても、本発明が特徴とする効果は出る。しかしながら、基板に透光性がない場合、干渉縞が出来ないため前記入射角度を０°とすることが許される。よって、この場合は本発明を適用しなくてもよいが、レーザを使った半導体膜の結晶化工程においては、可視光に対して透光性のあるガラスを基板として使うことが主流なため、レーザビームの入射角度を０°のまま本工程を利用する場合は限られるであろう。
【００５６】
［実施例４］
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９〜図１２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。
【００５７】
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が有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である線状ビームを容易に形成できるので、複数の線状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。
【００５８】
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を公知の手段により形成する。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。
【００５９】
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、レーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、実施形態および実施例１のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。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、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3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、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。また、連続発光のエキシマレーザも適用できる。前記レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていてもよい。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（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）と組み合わせて行ってもよい。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、非晶質珪素カーバイト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。
【００６０】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５０ｎｍ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Nd:ＹＶＯ4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、実施例１にしたがって第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ビームを照射して第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／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザビーム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。図３に示したように、レーザビームの中央付近には均一で良好な結晶性半導体膜が形成されるが、その両端には特性の異なる結晶性半導体膜が形成される。このような位置に半導体素子を形成しないためには、あらかじめ、基板を位置決めし所望の領域にレーザビームを照射すればよい。、第２の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は５００〜６６０ｃｍ2／Ｖｓ程度と著しく向上する。
【００６１】
このようにして得られた結晶性半導体膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、半導体層４０２〜４０６を形成する。
【００６２】
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）のドーピングを行ってもよい。
【００６３】
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を形成する。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、他の絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００６４】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2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/cｍ2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。
【００６５】
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を積層形成する。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する。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（ＷＦ6）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。
【００６６】
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としているが、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。
【００６７】
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う。（図９（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：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ＣＦ4とＣｌ2とＯ2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う。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。
【００６８】
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ＣＦ4とＣｌ2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う。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。ＣＦ4とＣｌ2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。
【００６９】
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。
【００７０】
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う。（図９（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2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。
【００７１】
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えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行う。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１×１０18〜１×１０20／cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００７２】
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う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。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って図１０（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０15〜１×１０17/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行う。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１×１０18〜５×１０19/cm3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１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【００７３】
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。
【００７４】
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４２９ａ、４３２ａ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（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１０（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１×１０19〜５×１０21atoms/cm3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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
次いで、レーザビームを照射して、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う。レーザ活性化は、実施形態および実施例１のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせるか、その他の方法によりレーザビームを半導体膜に照射する。本工程に本発明を用いる場合、図３に示したように、レーザビームの中央付近には均一で良好な結晶性半導体膜が形成されるが、その両端には特性の異なる結晶性半導体膜が形成される。このような位置に半導体素子を形成しないためには、あらかじめ、基板を位置決めし所望の領域にレーザビームを照射すればよい。
【００７８】
用いるレーザは、連続発振またはパルス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またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3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またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。また、連続発光のエキシマレーザも適用できる。前記レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていてもよい。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を０．５〜２０００ｃｍ／ｓの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、レーザーエネルギー密度を５０〜１０００mJ/cm2(代表的には５０〜５００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を５０〜９８％オーバーラップさせても良い。なお、レーザアニール法の他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）などを適用することができる。
【００７９】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化を行っても良い。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うことが好ましい。
【００８０】
そして、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。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。第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。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時間の熱処理を行っても良い。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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４６３〜４６８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１１）
【００８５】
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（４４３ａと４４３ｂ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４５８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。
【００８６】
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。
【００８７】
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、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とを有している。
【００８８】
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とを有している。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。
【００８９】
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。
【００９０】
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１２に示す。なお、図９〜図１２に対応する部分には同じ符号を用いている。図１１中の鎖線Ａ−Ａ’は図１２中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１１中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１２中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【００９１】
［実施例５］
本実施例では、実施例４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１３を用いる。
【００９２】
まず、実施例４に従い、図１１の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１１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。
【００９３】
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。
【００９４】
本実施例では、実施例４に示す基板を用いている。従って、実施例４の画素部の上面図を示す図１２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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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１３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。
【００９８】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー密度が十分であるレーザビームにより均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記液晶表示装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【００９９】
なお、本実施例は実施例１乃至４と自由に組み合わせることが可能である。
【０１００】
［実施例６］
本実施例では、実施例４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（Electro Luminescence）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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
図１４は本実施例の発光装置の断面図である。図１４において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１１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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１１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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１１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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
配線７０１〜７０７を形成後、図１４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。
【０１１０】
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１×１０6〜１×１０12Ωｍ（好ましくは１×１０8〜１×１０10Ωｍ）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。
【０１１１】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１４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（Ａｌｑ3）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ3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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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）や可撓性基板の両面に炭素膜（好ましくはＤＬＣ膜）を形成したものを用いる。炭素膜以外にもアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、ＳｉＮなどを用いることができる。
【０１１８】
こうして図１４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。
【０１１９】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１２０】
さらに、図１４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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー密度が十分であるレーザ光により均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１２３】
なお、本実施例は実施例１乃至４と自由に組み合わせることが可能である。
【０１２４】
［実施例７］
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。
【０１２５】
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１５、図１６及び図１７に示す。
【０１２６】
図１５（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る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。
【０１２７】
図１５（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る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。
【０１２８】
図１５（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る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。
【０１２９】
図１５（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。表示部３３０２は基板として可撓性基板を用いており、表示部３３０２を湾曲させてゴーグル型ディスプレイを作製している。また軽量で薄いゴーグル型ディスプレイを実現している。本発明により作製される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。
【０１３０】
図１５（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（Ｄｉｇiｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、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る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。
【０１３１】
図１５（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る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。
【０１３２】
図１６（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る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。
【０１３３】
図１６（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る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。
【０１３４】
なお、図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）及び図１６（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１６（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。
【０１３５】
また、図１６（Ｄ）は、図１６（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１６（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。
【０１３６】
ただし、図１６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。
【０１３７】
図１７（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る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。
【０１３８】
図１７（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る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。本発明は文庫本と同じ大きさに作製する事もでき、有用性が高い。
【０１３９】
図１７（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。表示部４１０３は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイを実現できる。また、表示部４１０３を湾曲させることも可能である。本発明により作製される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。
【０１４０】
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１〜５または６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。
【０１４１】
【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）本発明が示す式を満たす入射角度にてレーザビームを半導体膜に入射させ、レーザビームの入射角度を、レーザビームに対する半導体膜の走査方向の向きにより、交互に変化させると、走査方向によるレーザの照射の違いが無くなりより均一なレーザ照射が行える。入射角度を０°としないことで半導体膜面上でのレーザビームの干渉を抑えることができるため、特性の均一な半導体膜を得ることができる。
（ｂ）被照射体に対して均一にアニールすることを可能とする。特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。
（ｃ）スループットを向上させることを可能とする。
（ｄ）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。さらに、半導体装置の製造コストの低減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】 実施例２を説明する半導体膜に記録された干渉の様子を示す図。
【図３】 実施例３を説明するCWレーザの走査方向の往路と復路の違いを示す図。
【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】 レーザアニールの様子を示す図。
【図７】 実施例１を説明する図。
【図８】 レーザアニールの様子を示す図。
【図９】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１０】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【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の構成を示す上面図。
【図１３】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図１４】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１５】 半導体装置の例を示す図。
【図１６】 半導体装置の例を示す図。
【図１７】 半導体装置の例を示す図。
Claims (8)
- レーザと、
前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、
前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に第１方向に移動させる手段と、
前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に前記第１方向と逆方向である第２方向に移動させる手段と、
前記第１方向に対し垂直な平面において、前記レーザビームの前記照射面に対する入射角度を鏡像反転する手段とを有することを特徴とするレーザ照射装置。 - レーザと、
前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、
前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に第１方向に移動させる手段と、
前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に前記第１方向と逆方向である第２方向に移動させる手段と、
前記レーザビームの前記基板に対する入射角度を前記移動の方向によって変更することで、前記第１方向の単位ベクトルと前記照射面に対する前記レーザビームの入射方向の単位ベクトルとの内積と、前記第２方向の単位ベクトルと前記照射面に対する前記レーザビームの入射方向の単位ベクトルとの内積と、を等しくする手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置。 - レーザと、
前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、
前記長いビームに対して前記照射面を前記長いビームの短径と平行なる第１方向に相対的に移動させる手段と、
前記長いビームに対して前記照射面を前記第１方向と逆方向である第２方向に相対的に移動させる手段と、
前記第１方向に対し垂直な平面において、前記レーザビームの前記照射面に対する入射角度を鏡像反転する手段と
を有することを特徴とするレーザ照射装置。 - レーザと、
前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、
前記長いビームに対して前記照射面を相対的に前記長いビームの短径と平行な第１方向および前記第１方向と逆方向である第２方向に移動させる手段と、
前記第１方向に対し垂直な平面において、前記レーザビームの前記照射面に対する入射角度を鏡像反転する手段と
を有することを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至４のいずれか一項において、前記照射面には前記レーザビームに対して透光性を有する厚さｄの基板に成膜された膜が設置されており、前記長いビームの短径の長さをＷとすると、前記入射角度φは、
φ≧arctan（Ｗ/2ｄ）
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至５のいずれか一項において、前記長いビームの短径の長さＷは、５０μｍ以下であることを特徴とするレーザ照射装置。
- 請求項１乃至６のいずれか一項において、前記レーザは、連続発振の気体レーザ、固体レーザおよび金属レーザから選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射装置。
- 請求項１乃至７のいずれか一項において記載のレーザ照射装置は、倍率Ｍ倍のビームエキスパンダと
前記長いビームの短径方向に作用するシリンドリカルレンズとを有し、
前記シリンドリカルレンズの焦点距離をｆとし、前記レーザの広がり角をθとすると、
ｆθ/Ｍ≦５０[μｍ]
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置。
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