JP3908124B2 - レーザー装置及びレーザー照射方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板又は半導体膜などをレーザー光を用いて結晶化又はイオン注入後の活性化をするレーザー処理装置及びレーザー照射方法と、当該レーザー装置を用いて形成された半導体装置及びその作製方法と、前記半導体装置を用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、ポリシリコン膜を用いたＴＦＴは、従来のアモルファスシリコン膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能である。
【０００３】
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために、半導体膜の結晶化にレーザーアニールが用いられる。
【０００４】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【０００５】
なお、ここでいうレーザーアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザー発振装置であり、レーザー光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。パルス発振のレーザーは出力エネルギーが比較的高いため、ビームスポットの大きさを数ｃｍ2以上として量産性を上げることができる。特に、ビームスポットの形状を光学系を用いて加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板へのレーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザーを用いるのが主流となりつつあった。
【０００７】
しかし近年、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザーよりも連続発振のレーザーを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴの移動度が高くなり、結晶粒界によるＴＦＴの特性のばらつきが抑えられる。そのため、連続発振のレーザーはにわかに脚光を浴び始めている。
【０００８】
しかし、一般的に連続発振のレーザーは、パルス発振のレーザーに比べてその最大出力エネルギーが小さいため、ビームスポットのサイズが１０-3ｍｍ2程度と小さい。そのため、１枚の大きな基板を処理するためには、基板におけるビームの照射位置を上下左右に移動させる必要がある。
【０００９】
ビームの照射位置を上下左右に移動させるには、基板の位置を固定してビームの照射方向を変化させる方法と、ビームの照射方向を固定して基板の位置を移動させる方法と、上記２つの方法を組み合わせた方法とがある。
【００１０】
ビームの照射方向を変化させると、照射する位置によって基板に対するビームの照射角度が変化する。照射角度が変化すると、基板で反射して戻ってくるビームの強さや干渉の強さ等が基板の位置によって変化するため、基板に対する処理を均一に行うことができなくなる。例えばレーザー照射により半導体膜を結晶化させる場合、基板の位置によって結晶性に差が生じたりする。
【００１１】
一方、ビームの照射方向を固定して基板の位置を移動させる場合、基板に対するビームの照射角度は、基板の位置に関わらず固定されているため、上述した問題は回避され、さらに光学系もよりシンプルになる。
【００１２】
しかし、基板の移動において問題となるのが、方向転換に伴う時間のロスである。
【００１３】
図２０に、ビームの照射方向を固定して基板の位置を移動させたときの、基板上のビームの照射位置の移動する方向を矢印で示す。一般的にレーザー光の照射は、一定方向に照射位置を移動させた後、方向を変えて、再び一定方向に照射位置を移動させる。このとき、照射位置の移動速度が基板の位置によって変化すると、基板に対する処理を均一に行うことが難しくなる。よって、照射位置の移動速度は一定に保つことが肝要であり、照射位置の移動方向を転換するためには、図２０の破線で囲んだ部分に示すように、照射位置が基板から外れた時に行うのが一般的である。照射位置が基板から外れた後、一旦基板の移動を停止し、基板の移動する方向を変えて再び一定の値まで基板の移動速度を上げた後に、レーザー光の基板への照射が行われるようにする必要がある。したがって、必然的に基板の方向転換には所定の時間を要することとなり、基板の処理速度を低下させる原因となっていた。
【００１４】
これはビームの照射方向を変化させる場合にも生じる問題であり、ビームの照射方向を転換する際に所定の時間を要するため、基板の処理速度を低下させる原因となる。
【００１５】
特に、連続発振のレーザーの場合、パルス発振のレーザーと異なりビームスポットのサイズがもともと小さいので、処理の効率が悪く、基板の処理速度の向上が重要な課題となっている。
【００１６】
本発明は上述した問題に鑑み、従来に比べて処理の効率を高めることができる、連続発振のレーザー装置及び該レーザー装置を用いた半導体装置の作製方法の提供を課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザー装置は、被処理物を設置する第１の手段と、被処理物が設置された該第１の手段の位置を、所定の直線上において移動させる第２の手段と、該直線の延長上にその中心が存在するように、被処理物、第１の手段及び第２の手段を回転させる第３の手段と、第３の手段によって回転している被処理物に対して、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を照射することができる第４の手段とを有する。
【００１８】
本発明のレーザー装置は、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を照射していても、第２の手段及び第３の手段によって、被処理物の移動方向を転換せずに被処理物におけるレーザー光の照射位置をＸ方向及びＹ方向へ移動させることができ、被処理物全面をレーザー光で照射することができる。よって、被処理物の移動方向の転換に伴う時間のロスが生じることはなく、従来に比べて処理の効率を高めることができる。
【００１９】
また、第４の手段により照射されたレーザー光は、被処理物に対する照射角度が照射位置に関わらず固定されているため、被処理物内で反射して戻ってくるビームの強さや干渉の強さ等が照射位置によって異なることを防ぎ、被処理物に対する処理をほぼ均一に行うことができる。例えばレーザー照射により半導体膜を結晶化させる場合、半導体膜の位置によって結晶性に差が生じるのを防ぐことができる。そして、ビームの照射方向を変えて被処理物全体をレーザー光で照射する場合に比べて、光学系をシンプルにすることができる。
【００２０】
なお、第１の手段及び第２の手段を複数設けることで、並行して複数の被処理物の処理を行うことができる。この場合、複数の第２の手段による複数の第１の手段の移動は、それぞれ向きの異なった直線上において行われても良い。ただし、全ての該直線の延長上に第３の手段による回転の中心が存在する。上記構成により、処理の効率をより高めることができる。
【００２１】
なお、本発明のレーザー装置は、連続発振のレーザーを前提としているが、無論パルス発振のレーザーを用いていても良い。
【００２２】
また本発明のレーザー装置の用途は、半導体膜の結晶化にのみに限定されない。本発明のレーザー装置は、上述したレーザーアニール法全般に用いることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザー装置の構成について説明する。図１（Ａ）に本発明の発光装置の側面図、図１（Ｂ）に上面図を示す。
【００２４】
図１に示した本発明のレーザー装置は、被処理物を設置する第１の手段に相当するステージ１０１を複数有している。ここではステージが４つ設けられている例について示した。ステージを複数設けて複数の被処理物を並行して処理することで、処理の効率をより高めることができる。各ステージ１０１上にはレーザー光を照射する被処理物１００が設置されている。
【００２５】
各ステージ１０１は、回転台１０３上に設けられたガイドレール１０２に沿って移動可能になっている。なお、ガイドレール１０２に沿ってステージ１０１を移動させたときに、ステージ１０１が直線上において移動するようにガイドレールを設置するようにする。ステージ１０１が移動した直線状の軌跡の延長上には、回転台１０３の回転の中心１０４が存在している。
【００２６】
なお、１つのガイドレール沿って、２つ以上のステージを移動させるようにしても良い。
【００２７】
ガイドレール１０２に沿ってステージ１０１を移動させる手段が、本発明のレーザー装置が有する第２の手段に相当する。具体的に図１では、回転台１０３内に設けられたモーター１０５と、ガイドレール１０２とが第２の手段に相当する。しかし本発明のレーザー装置における第２の手段は、ステージ１０１を直線上において移動させることができれば良く、図１に示した構成に限定されない。
【００２８】
また回転台１０３は、回転台１０３用のモーター（以下、回転台用モーターとする）１０６によって、１０４を中心として第１の手段及び第２の手段を矢印の方向に回転させることができる。回転の方向は設計者が適宜設定することができる。回転台１０３と、回転台用モーター１０６とが、本発明のレーザー装置の第３の手段に相当する。
【００２９】
そして、発振装置及びその他光学系１０７によって、一定の位置及び一定の方向からレーザー光が被処理物１００に照射することができる。発振装置及びその他光学系１０７は、本発明のレーザー装置の第４の手段に相当する。
【００３０】
レーザーは、処理の目的によって適宜変えることが可能である。本発明のレーザー装置の第４の手段として、公知のレーザーを用いることができる。レーザーは、連続発振またはパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーまたはＹ２Ｏ３レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザーが適用される。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００３１】
またさらに、固体レーザーから発せられらた赤外レーザー光を非線形光学素子でグリーンレーザー光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザー光を用いることもできる。
【００３２】
なお本発明のレーザー装置は、上記４つの手段の他に、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良い。
【００３３】
次に、実際にレーザー光がどのように被処理物１００に照射されるかについて説明する。図２に、図１に示したレーザー装置によって、被処理物１００にレーザー光が照射される様子を示す。
【００３４】
図２（Ａ）と図２（Ｂ）は、被処理物１００へのレーザー光照射におけるステージ１０１の経時的な位置の変化を示している。図２（Ａ）から図２（Ｂ）へと、ステージ１０１が白抜きの矢印で示すように、回転台１０３の回転の中心１０４に向かって移動する。回転台１０３は、１０４を中心に回転している。
【００３５】
回転台１０３が回転することで、レーザー光は破線で示すような軌跡１０８を描くように、回転台１０３上に照射される。該レーザー光の軌跡１０８は、１０４を中心として円を描いている。被処理物１００は、該レーザー光の軌跡と重なる部分においてレーザー光が照射される。
【００３６】
なお、回転台１０３上の被処理物１００と重ならない部分においてもレーザー光が照射されるので、回転台１０３はレーザー光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ましい。
【００３７】
さらに、ステージ１０１は白抜きの矢印の方向に移動しているので、被処理物１００とレーザー光の軌跡１０８と重なる部分が時間と共にずれてゆき、最終的には被処理物１００全面にレーザー光を照射することができる。
【００３８】
図３に、図２でレーザー光が照射された被処理物１００における、レーザー光の照射位置の移動方向を矢印で示す。矢印の数は回転台１０３の回転数と同じであり、回転数が増えれば増えるほど矢印の数が増えていく。
【００３９】
照射位置の移動するスピードは、被処理物の場所による照射時間を一定に保つために、常に等速に保つのが望ましい。例えば半導体膜の結晶化に用いる場合、エネルギー密度が５×１０4〜１．３×１０5（ｃｍ2／Ｗ）のとき、照射位置の移動速度を１０〜１００ｃｍ／ｓｅｃ、好ましくは２０〜５０ｃｍ／ｓｅｃに保つと良い。
【００４０】
なお、被処理物１００全面をレーザー光で照射しようとするならば、回転台１０３の回転速度（角速度）と、ステージ１０１の移動速度とを適宜調整する必要がある。回転台１０３の回転速度に対してステージ１０１の移動速度が速すぎると被処理物全面をレーザー光で照射できなくなる。
【００４１】
また、被処理物１００の各部分におけるレーザー光の適切な照射時間を考慮に入れ、回転台１０３の回転速度とステージ１０１の移動速度とを決めることが重要である。回転台１０３の回転速度と、ステージ１０１の移動速度とを調整することで、被処理物１００の各部分において複数回レーザー光を照射することも可能である。また、ステージ１０１を一方向に移動させた後、逆方向に移動させることで、被処理物１００に複数回レーザー光を照射させることも可能である。
【００４２】
なお、図２ではステージ１０１の移動する方向が回転台の中心１０４に向かっているが、回転台の中心１０４から離れる方向にステージ１０１が移動していても良い。
【００４３】
上記構成により本発明のレーザー装置は、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を照射していても、被処理物の移動方向を転換せずに被処理物におけるレーザー光の照射位置を移動させ、被処理物全面をレーザー光で照射することができる。よって、被処理物の移動方向の転換に伴う時間のロスが生じることはなく、従来に比べて処理の効率を高めることができる。
【００４４】
また、レーザー光は被処理物に対する照射角度が照射位置に関わらず固定されているため、被処理物で反射して戻ってくるビームの強さや干渉の強さ等が照射位置によって異なることを防ぎ、被処理物に対する処理をほぼ均一に行うことができる。例えばレーザー照射により半導体膜を結晶化させる場合、被処理物の位置によって結晶性に差が生じるのを防ぐことができる。そして、ビームの照射方向を変えて被処理物全体をレーザー光で照射する場合に比べて、光学系をシンプルにすることができる。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４６】
（実施例１）
本実施例では、被処理物が設置されているステージを回転台上において一方向に移動させた後、逆方向に移動させ、なおかつ被処理物に２回以上レーザー光を照射する場合について説明する。
【００４７】
図４（Ａ）に、本実施例のレーザー装置が有する回転台とステージの上面図を示す。本実施例では、６枚の被処理物を並行して処理することが可能な場合について説明するが、処理する被処理物の枚数は設計者が適宜設定することができる。
【００４８】
図４（Ａ）では、被処理物を設置する第１の手段に相当するステージ２０１が、回転台２０３上に６つ設けられている。ステージを複数設けて複数の被処理物を並行して処理することで、処理の効率をより高めることができる。各ステージ２０１上にはレーザー光を照射する被処理物２００が設置されている。
【００４９】
各ステージ２０１は、回転台２０３上に設けられたガイドレール２０２に沿って移動可能になっている。なお、ガイドレール２０２に沿ってステージ２０１を移動させたときに、ステージ２０１が直線上において移動するようにガイドレールを設置する。ステージ２０１が移動した直線状の軌跡の延長上には、回転台２０３の回転の中心２０４が存在している。１つのガイドレールに沿って、２つ以上のステージを移動させるようにしても良い。なおガイドレールは図４（Ａ）に示した形状に限定されない。またガイドレールを設けなくとも、ステージ２０１を直線上において移動させることができれば良い。
【００５０】
また回転台２０３は、２０４を中心として第１の手段であるステージ２０３及び第２の手段であるガイドレール２０２を矢印の方向に回転させることができる。回転の方向は設計者が適宜設定することができる。
【００５１】
ステージ２０１は、ガイドレール２０２に沿って、白抜きの矢印で示すように回転台２０３の回転の中心２０４に向かって移動する。回転台２０３は、２０４を中心に回転している。
【００５２】
回転台２０３が回転することで、レーザー光は破線で示したような軌跡２０８を描くように、回転台２０３上に照射される。該レーザー光の軌跡２０８は、２０４を中心として円を描いている。被処理物２００は、該レーザー光の軌跡と重なる部分においてレーザー光が照射される。
【００５３】
ステージ２０１は白抜きの矢印の方向に移動しているので、被処理物２００とレーザー光の軌跡２０８と重なる部分が時間と共にずれてゆき、最終的には被処理物２００全面にレーザー光を照射することができる。そして本実施例では、回転台２０３上においてステージ２０１を一方向に移動させて被処理物２００全面にレーザー光を照射した後、ステージ２０１を逆方向に移動させて再び被処理物２００全面にレーザー光を照射する。
【００５４】
図４（Ｂ）に、図４でレーザー光が照射された被処理物２００における、レーザー光の照射位置の移動方向を矢印で示す。矢印２０９は、１回目のレーザー照射によるレーザー光の照射位置の移動方向であり、同じく全ての破線の矢印も１回目のレーザー照射によるレーザー光の照射位置の移動方向を示している。矢印２１０は、２回目のレーザー照射によるレーザー光の照射位置の移動方向であり、同じく全ての実線の矢印も２回目のレーザー照射によるレーザー光の照射位置の移動方向を示している。矢印の数は回転台２０３の回転数と同じであり、回転数が増えれば増えるほど矢印の数が増えていく。
【００５５】
なお、被処理物２００全面をレーザー光で照射しようとするならば、回転台２０３の回転速度と、ステージ２０１の移動速度とを適宜調整する必要がある。回転台２０３の回転速度に対してステージ２０１の移動速度が速すぎると被処理物全面をレーザー光で照射できなくなる。
【００５６】
また、被処理物２００の各部分におけるレーザー光の適切な照射時間を考慮に入れ、回転台２０３の回転速度とステージ２０１の移動速度とを決めることが重要である。
【００５７】
上記構成により、２回のレーザー照射を連続して行うことが可能になり、処理の効率をより高めることが可能になる。
【００５８】
（実施例２）
本実施例では、レーザー照射を複数回行う場合において、各回におけるレーザー光のエッジの部分が重ならないようにレーザー光を照射する場合について説明する。
【００５９】
一般的にレーザー光は、エッジの部分におけるエネルギーが他の部分に比べて低くなっている。そこで本実施例では、複数回のレーザー照射において、レーザー光のエッジの部分を重ねないようにすることで、エッジの部分におけるエネルギーの低さを補うようにした。
【００６０】
エッジを重ねないようにするためには、１回目のレーザー照射と２回目のレーザー照射において、ステージが移動する範囲をずらす方法がある。図５（Ａ）に１回目のレーザー照射におけるレーザー装置の断面図を、図５（Ｂ）に２回目のレーザー照射におけるレーザー装置の断面図を示す。３０１は回転台、３０２はガイドレール、３０３はステージ、３０４は被処理物を示している。
【００６１】
１回目のレーザー照射と、２回目のレーザー照射とのそれぞれにおいて、ステージ３０３が移動した範囲を矢印で示している。共に同じ直線上において移動しており、そして移動範囲の長さも同じであるが、回転台の中心３０５とステージ３０３の移動する範囲との距離が異なっている。
【００６２】
上記方法により、１回目のレーザー照射におけるレーザー光のエッジと、２回目のレーザー照射におけるレーザー光のエッジとが重ならず、エッジの部分におけるエネルギーの低さを補うことができる。
【００６３】
本実施例は、実施例１と組み合わせて実施することが可能である。
【００６４】
（実施例３）
本実施例では、レーザー照射を複数回行う場合において、各回におけるレーザー光のエッジの部分が重ならないようにレーザー光を照射する、実施例２とは異なる方法について説明する。
【００６５】
本実施例では、エッジを重ねないようにするために、１回目のレーザー照射と２回目のレーザー照射において、回転台におけるレーザー光の照射位置を変える。図６に、回転台における１回目のレーザー照射と２回目のレーザー照射における、レーザー光の軌跡を示す。４０１は回転台、４０２は被処理物を示している。
【００６６】
４０３は、１回目のレーザー照射におけるレーザー光の軌跡を示しており、４０４は、２回目のレーザー照射におけるレーザー光の軌跡を示している。レーザー光の軌跡４０３とレーザー光の軌跡４０４は互いに重なっており、そのエッジは互いに重なっていない。１回目のレーザー照射においては、被処理物４０２のレーザー光の軌跡４０３と重なる部分において処理がなされ、２回目のレーザー照射においては、被処理物４０２のレーザー光の軌跡４０４と重なる部分において処理がなされる。
【００６７】
上記方法により、１回目のレーザー照射におけるレーザー光のエッジと、２回目のレーザー照射におけるレーザー光のエッジとが重ならないので、エッジの部分におけるエネルギーの不均一さを緩和し、被処理物への処理をほぼ均一に行うことができるようになる。
【００６８】
本実施例は、実施例１または実施例２と組み合わせて実施することが可能である。
【００６９】
（実施例４）
本実施例では、被処理物上に形成された被処理膜の表面及び裏面からレーザー光を照射するための構成について説明する。
【００７０】
図７（Ａ）に本実施例のレーザー装置の側面図を示す。図７（Ａ）に示した本発明のレーザー装置は、被処理物４１０とステージ４１１の間に、レーザー光を反射させるための反射体４２０が配置されている。
【００７１】
ステージ４１１は、モーター４１５によって回転台４１３上に設けられたガイドレール４１２に沿って移動可能になっている。ステージ４１１が移動する直線状の軌跡の延長上には、回転台４１３の回転の中心が存在している。また回転台４１３は、回転台４１３用のモーター（以下、回転台用モーターとする）４１６によって回転する
【００７２】
そして、発振装置及びその他光学系４１７、光学系４１８によって、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を被処理物４１０に照射することができる。
【００７３】
なお本実施例では、基板の表面でレーザー光の一部が反射し、入射したときと同じ光路を戻るいわゆる戻り光が、レーザー発振装置の出力、周波数等の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼすのを防ぐために、基板対して垂直にレーザー光を入射させずに、基板に対して斜めに入射させるようにする。この場合、レーザー光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、反射光が不適切な箇所を照射するのを防ぐためダンパーを設置して、反射光を吸収させるのが好ましい。なお、ダンパーには冷却水が循環しており、反射光の吸収によりダンパーの温度が上昇するのを防いでいる。
【００７４】
なお、レーザー光を基板に対して斜めに入射させなくとも、戻り光を取り除きレーザーの発振を安定させるため、アイソレータを設置するようにしても良い。
【００７５】
図７（Ｂ）に、図７（Ａ）における被処理物４１０と反射体４２０との位置関係を示す。
【００７６】
図７（Ｂ）において、被処理物４１０は、透光性を有する基板４２１と、その表面（薄膜または素子が形成される側の面）に形成された絶縁膜４２２と、非晶質半導体膜４２３が形成されている。また、透光性基板４２１の下にはレーザー光を反射させるための反射体４２０が配置される。
【００７７】
透光性基板４２１はガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用いられる。また、絶縁膜４２２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば良い。非晶質半導体膜４２３はアモルファスシリコン膜、アモルファスシリコンゲルマニウム膜などがありうる。
【００７８】
また、反射体４２０は表面（レーザー光の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、アルミニウム、銀、タングステン、チタン、タンタルのいずれかの元素を含む金属膜を用いる。
【００７９】
また、反射体４２０を配置する代わりに、透光性基板４２１の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも可能である。但し、その構成は半導体装置の作製過程で裏面に形成した金属膜が除去されないことが前提である。
【００８０】
そして、光学系４１８（図中ではシリンドリカルレンズのみを示す。）を経由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜４２３に照射される。このとき、非晶質半導体膜４２３に照射されるレーザー光には、光学系４１８を通過して直接照射されるレーザー光と、反射体４２０で一旦反射されて非晶質半導体膜４２３へ照射されるレーザー光とが得られるように、光学系４１８が設計されていることが肝要である。なお、本明細書中では、非晶質半導体膜の表面に照射されるレーザー光を第一次レーザー光と呼び、裏面に照射されるレーザー光を第二次レーザー光と呼ぶ。
【００８１】
光学系４１８を通過したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して４５〜９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザー光は非晶質半導体膜４２３の裏面側にも回り込んで照射される。また、反射体４２０の反射面に起伏部を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二次レーザー光をさらに効率良く得ることができる。
【００８２】
特に、ＹＡＧレーザーの第２高調波の波長は５３２ｎｍであり、非晶質半導体膜に照射した場合、最も非晶質半導体膜で反射しない波長範囲（５３０ｎｍ前後）内である。また、この波長範囲においては、非晶質半導体膜を透過するレーザー光が十分な光量であるため、反射体を用いて再度、裏面側から非晶質半導体膜に照射することにより効率よく照射できる。また、第２高調波のレーザーエネルギーは、（既存のＹＡＧレーザー装置における）最大値で約１．５Ｊ／ｐｕｌｓｅと大きく、線状に加工した場合、長手方向の長さを飛躍的に長くすることができ、一括で大面積のレーザー光照射が可能となる。
【００８３】
図７（Ｃ）に、図７（Ａ）の矢印４２５から見た、被処理物４１０と反射体４２０との位置関係を示す。本実施例では、戻り光がもときた光路をたどって発振装置４１７に戻るのを防ぐために、基板４２１に対する入射角が、０より大きく９０°より小さくなるように保っている。より具体的には５〜３０°に保つ。
【００８４】
なお、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θ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、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。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θとする。この入射角度θ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。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。
【００８５】
以上のように、本実施例によれば、レーザー光を第一次レーザー光及び第二次レーザー光に分光して、非晶質半導体膜の表面及び裏面に照射することが可能である。
【００８６】
本実施例は、実施例１〜実施例３と組み合わせて実施することが可能である。
【００８７】
（実施例５）
本実施例では、絶縁表面上に公知の成膜法で成膜した半導体膜を、パターニングして島状にした後、本発明のレーザー装置を用いたレーザーアニールにより結晶化する例について説明する。
【００８８】
図８（Ａ）に島状の半導体膜４５０にレーザー光を照射し、結晶化している様子を示す。島状の半導体膜４５０は、非晶質構造を有しており、半導体の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。
【００８９】
破線４５１は、島状の半導体膜４５０をレーザーアニールにより結晶化した後、パターニングすることによって得られるＴＦＴの活性層の位置を示している。レーザー光の照射位置４５２は、キャリアが移動する方向またはその逆の方向に沿うように移動させる。
【００９０】
島状の半導体膜４５０においてレーザー光が最初に照射される部分４５３の拡大図を、図８（Ｂ）に示す。本実施例では、レーザー光の照射は、意図的に島状の半導体膜のエッジの部分から開始する。エッジとは、レーザー光が照射される方向から島状の半導体膜を見たときに、半導体膜の角を有している部分を指す。
【００９１】
図８（Ｂ）において、レーザー光が照射される方向から見たときの、エッジの角度θ１は、１８０°未満にする。また、絶縁表面に対する
島状の半導体膜４５０の側面の角度θ２は、９０±１０°とし、よりのぞましくは９０±５°とする。
【００９２】
島状の半導体膜４５０が有するエッジの部分からレーザー光の照射を開始すると、エッジの部分から（１００）面の配向を有する結晶が成長を開始する。そして、島状の半導体膜４５０へのレーザー光の照射が終了すると、島状の半導体膜４５０全体の（１００）面の配向率を高めることができる。
【００９３】
半導体膜の（１００）面の配向率を高めると、活性層として用いたときにＴＦＴの移動度を高くすることができる。また、半導体膜の（１００）面の配向率が高いと、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができ、それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。
【００９４】
次に、上述した半導体膜の結晶化の方法を、駆動回路を画素部と同じ基板上に有する、アクティブマトリクス型の半導体表示装置の作製方法に応用した例について説明する。
【００９５】
図９（Ａ）に、基板５００上に画素部５０１と、信号線駆動回路５０２と、走査線駆動回路５０３とが備えられた、液晶パネルの上面図を示す。図９（Ａ）において、破線で示した矢印の方向に向かって、レーザー光の照射位置が移動する。
【００９６】
図９（Ａ）の画素部５０１の一部５０４の拡大図を図９（Ｂ）に、信号線駆動回路５０２の一部５０５の拡大図を図９（Ｃ）に、走査線駆動回路５０３の一部５０６の拡大図を図９（Ｄ）に示す。
【００９７】
画素部５０１、信号線駆動回路５０２、走査線駆動回路５０３のそれぞれにおいて、各ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜が複数形成されている。５０７、５０８、５０９に示す領域にレーザー光が照射され、各領域は矢印の方向に向かって移動する。
【００９８】
そして島状の半導体膜のそれぞれは、エッジの部分からレーザー光の照射が開始されるように、その配置が定められている。
【００９９】
なお、島状の半導体膜のサイズ及び形状は、画素部５０１、信号線駆動回路５０２、走査線駆動回路５０３のそれぞれにおいて形成されるＴＦＴの形状に合わせて決める。また、１つの島状の半導体膜から複数のＴＦＴの活性層を形成するようにしても良い。
【０１００】
本実施例は、実施例１〜実施例４と組み合わせて実施することが可能である。
【０１０１】
（実施例６）
本実施例では、本発明のレーザー装置において用いられるレーザー光の発振装置及びその他光学系について説明する。
【０１０２】
図１０に本実施例のレーザー装置の構造を示す。５２０は連続発振又はパルス発振が可能なレーザー光の発振装置である。発振装置５２０は、チラー５２７によってその温度を一定に保たれるようにする。チラー５２７は必ずしも設ける必要はないが、発振装置５２０の温度を一定に保つことで、発振装置から出力されるレーザー光のエネルギーが、発振装置の温度によってばらつくのを抑えることができる。
【０１０３】
発振装置５２０から出力されたレーザー光は、固定ミラー５２１、５２２、５２３によってその光路を変えられて、コリメータレンズ又はシリンドリカルレンズなどのレンズ５２４、５２５によって集光され、ステージ５２８に設置された被処理物５２６に照射される。勿論、光学系の数に限定はなく、レーザー光が被処理物に、一定の位置及び一定の角度から照射される手段が備えられていれば良い。
【０１０４】
なお、被処理物に照射されたレーザー光は表面で反射して、再び光学系に入射することにより、レーザー発振装置にダメージを与えることがあるので、レーザー光は所定の角度をもって被処理物に入射させることが望ましい。
【０１０５】
そして、ステージ５２８を回転台５２９上において直線状に移動させ、回転台５２９をステージ５２８の移動した軌跡の延長上に存在する点を中心として回転させることによって、被処理物５２６上におけるレーザー光の照射位置を移動させ、被処理物５２６全面を処理することができる。
【０１０６】
本実施例は、実施例１〜実施例５と組み合わせて実施することが可能である。
【０１０７】
（実施例７）
本実施例では、本発明のレーザー装置において用いられるレーザー光の発振装置及びその他光学系について説明する。
【０１０８】
図１１に本実施例のレーザー装置の構造を示す。本実施例のレーザー装置は、複数の発振装置を用い、該複数の発振装置から発振された複数のレーザー光を１つにまとめる。なお本実施例では３つの発振装置５５０（５５０ａ、５５０ｂ、５５０ｃ）を用いた場合を例に挙げて説明する。
【０１０９】
各発振装置からのレーザー光の発振は、制御装置５５２により自在に制御することができる。３つの発振装置５５０のうち、少なくとも１つは、出力するレーザー光は非線形光学素子により、第２高調波や、第３高調波、第４高調波に変換する。本実施例では、全ての発振装置５５０から出力されるレーザー光を非線形光学素子５５１ａ、５５１ｂ、５５１ｃにより、それぞれその波長を変換する。変換する波長は同じであっても、いずれかが異なっていてもよい。
【０１１０】
３つの発振装置５５０からそれぞれ出力されたレーザー光は、１つに合成される。具体的に本実施例では、それぞれのレーザー光を、各レーザー光に対応したファイバーアレイ５５３を介して導波路５５４に入射させ、１つのレーザー光にまとめる。薄膜偏光素子（ＴＦＰ：Thin Film Polarizer）やその他の偏光子を用いても行うことができる。
【０１１１】
導波路５５４を経て合成されたレーザー光を再び光ファイバ５５５へ入射させ、レーザー光が拡散するのを低減させる。光ファイバ５５５から射出したレーザー光は凸レンズ５５６により集光し、ステージ５４０に設置された被処理物５５９へ到達する。
【０１１２】
１つに合成されたレーザー光は、大出力レーザーから発振されたレーザー光に相当するエネルギー密度を有している。また、同じレーザーから発振されるレーザー光は干渉性が高いが、異なるレーザーから発振されるレーザー光同士は干渉しないため、複数のレーザーが１つにまとめられたレーザー光は、互いに補い合って干渉を低減することを可能とする。また、レーザー光を高調波に変換するために用いる非線形光学素子は、レーザー光が透過するため、十分な耐熱性、耐久性が必要とされ、大出力のレーザーであるほど、非線形光学素子における劣化は大きい。そのため、透過するレーザー光のエネルギーが少しでも小さければ、非線形光学素子の寿命が延び、コストダウンに繋がる。複数の非線形光学素子で複数のレーザー光の波長を変換した後、合成して１つのレーザー光とするという本実施例の構成は、単数の非線形光学素子で１つのレーザー光の波長を変換するよりも１つの非線形光学素子にかかる負担が軽減される。そのため、各非線形光学素子の寿命を延ばすことができ、コストダウンにさせることができる。
【０１１３】
そして、このようなレーザー光を光ファイバ、ガルバノメータ、ポリゴンメータなどの光学系を用いて、被処理物の全面に照射することができる。
【０１１４】
照射面におけるレーザー光の形状は、レーザーの種類によって異なるし、光学系により成形することもできる。例えば、ラムダ社製のＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）Ｌ３３０８から射出されたレーザー光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状である。また、ＹＡＧレーザーから射出されたレーザー光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザー光を光学系により、さらに成形することにより、所望の大きさのレーザー光をつくることもできる。
【０１１５】
さらに、被処理物が有する基板に対して垂直にレーザー光を入射させる場合は、基板の表面でレーザー光の一部が反射し、入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光となるが、該戻り光はレーザーの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす。そのため、戻り光を取り除きレーザーの発振を安定させるため、アイソレータを設置するのが好ましい。
【０１１６】
一方、戻り光を防ぐため、基板に対して斜めにレーザー光を入射させることもできる。しかしながら、レーザー光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、反射光が不適切な箇所を照射するのを防ぐためダンパーを設置して、反射光を吸収させるのが好ましい。なお、ダンパーには冷却水が循環しており、反射光の吸収によりダンパーの温度が上昇するのを防いでいる。
【０１１７】
そして、ステージ５４０を回転台５４１上において直線状に移動させ、回転台５４１をステージ５４０の移動した軌跡の延長上に存在する点を中心として回転させることによって、被処理物５５９上におけるレーザー光の照射位置を移動させ、被処理物５５９全面を処理することができる。
【０１１８】
本実施例は、実施例１〜実施例５と組み合わせて実施することが可能である。
【０１１９】
（実施例８）
本実施例では、本発明のレーザー装置において用いられるレーザー光の発振装置及びその他光学系について説明する。
【０１２０】
図１２に本実施例のレーザー装置の構造を示す。本実施例のレーザー装置は、発振装置５７１から発振されたレーザー光が非線形光学素子５７２により高調波に変換され、分割手段であるミラー５７３により複数のレーザー光に分割される。
【０１２１】
それぞれのレーザー光は周期的なエネルギー分布を有するレーザー光の形成手段であるミラー５７４ａ、５７４ｂによって反射され、それぞれシリンドリカルレンズ５７５ａ、５７５ｂによって集光され、ステージ（本実施例では図示せず）上に設置された被処理物５６１に到達する。被処理物５６１において、複数のレーザー光が合成されることで干渉が生じ、周期的なエネルギー分布を有するレーザー光が形成される。シリンドリカルレンズ５７５ａ、５７５ｂは必ずしも設置する必要はないが、設置することで照射面においてエネルギー密度を高めることができる。
【０１２２】
なお、レーザーから射出されたレーザー光の形状は、レーザーの種類によって異なり、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。
【０１２３】
そして、ステージを回転台５６０上において直線状に移動させ、回転台５６０をステージの移動した軌跡の延長上に存在する点を中心として回転させることによって、被処理物５６１上におけるレーザー光の照射位置を移動させ、被処理物５６１全面を処理することができる。
【０１２４】
本実施例は、実施例１〜実施例５と組み合わせて実施することが可能である。
【０１２５】
（実施例９）
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１３〜図１５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。
【０１２６】
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６００を用いる。なお、基板６００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。
【０１２７】
次いで、基板６００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６０１を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により形成する。本実施例では下地膜６０１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。
【０１２８】
次いで、下地膜上に半導体層６０２〜６０６を形成する。半導体層６０２〜６０６は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、レーザー結晶化法により結晶化させる。レーザー結晶化法は、本発明のレーザー装置を用いて行うことができる。もちろん、レーザー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。そして、得られた結晶性半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層６０２〜６０６を形成する。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。
【０１２９】
レーザー発振装置は、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーを用いる。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数３００Hzとし、レーザーエネルギー密度を１００〜４００mJ/cm2(代表的には２００〜３００mJ/cm2)とする。また、ＹＡＧレーザーを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数３０〜３００kHzとし、レーザーエネルギー密度を３００〜６００mJ/cm2(代表的には３５０〜５００mJ/cm2)とすると良い。そして幅１００〜１０００μm、例えば４００μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９０％として行う。
【０１３０】
なおレーザーは、連続発振またはパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ２Ｏ３レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【０１３１】
非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を適用するのが望ましい。具体的には、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。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、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【０１３２】
続いて、フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって半導体層６０２〜６０６を形成する。
【０１３３】
また、半導体層６０２〜６０６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。
【０１３４】
次いで、半導体層６０２〜６０６を覆うゲート絶縁膜６０７を形成する。ゲート絶縁膜６０７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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
次いで、ゲート絶縁膜６０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜６０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜６０９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６０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜６０９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。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る。
【０１３７】
なお、本実施例では、第１の導電膜６０８をＴａＮ、第２の導電膜６０９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）で形成し、第２の導電膜をＷ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。
【０１３８】
また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、タングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。
【０１３９】
なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャントの種類を選択することが重要である。
【０１４０】
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６１０〜６１５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１３（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。
【０１４１】
この後、レジストからなるマスク６１０〜６１５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。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。
【０１４２】
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６１７〜６２２（第１の導電層６１７ａ〜６２２ａと第２の導電層６１７ｂ〜６２２ｂ）を形成する。６１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層６１７〜６２２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。
【０１４３】
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１３（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６２８ｂ〜６３３ｂを形成する。一方、第１の導電層６１７ａ〜６２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層６２８〜６３３を形成する。
【０１４４】
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６２８〜６３３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６２３〜６２７が形成される。不純物領域６２３〜６２７には１×１０18〜１×１０20atoms/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【０１４５】
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６３４ａ〜６３４ｃ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６２８ｂ〜６３２ｂ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１４（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６３６、６４２、６４８には１×１０18〜５×１０19 atoms/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６３５、６４１、６４４、６４７には１×１０19〜５×１０21 atoms/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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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６５０ａ〜６５０ｃ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６５３、６５４、６５９、６６０を形成する。第２の導電層６２８ａ〜６３２ａ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６５３、６５４、６５９、６６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１４（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６５０ａ〜６５０ｃ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６５３、６５４と６５９、６６０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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
次いで、レジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜６６１を形成する。この第１の層間絶縁膜６６１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６６１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。
【０１５０】
次いで、図１４（Ｃ）に示すように、活性化処理としてレーザー照射方法を用いる。レーザーアニール法を用いる場合、結晶化の際に用いたレーザーを使用することが可能である。活性化の場合は、移動速度は結晶化と同じにし、０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）のエネルギー密度が必要となる。また結晶化の際には連続発振のレーザーを用い、活性化の際にはパルス発振のレーザーを用いるようにしても良い。
【０１５１】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。
【０１５２】
そして、加熱処理（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６６１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３００〜６５０℃で１〜１２時間の加熱処理を行っても良い。この場合は、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。
【０１５３】
次いで、第１の層間絶縁膜６６１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６６２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のものを用いても良い。また、表面に凸凹が形成されるものを用いても良い。
【０１５４】
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。
【０１５５】
また、第２の層間絶縁膜６６２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。
【０１５６】
そして、駆動回路６８６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６６４〜６６８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１５）
【０１５７】
また、画素部６８７においては、画素電極６７０、ゲート配線６６９、接続電極６６８を形成する。この接続電極６６８によりソース配線（６４３ａと６４３ｂ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６６９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６７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域６９０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６８５と電気的な接続が形成される。また本願では画素電極と接続電極とを同じ材料で形成しているが、画素電極６７０として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ても良い。
【０１５８】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６と、画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素部６８７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。
【０１５９】
駆動回路６８６のｎチャネル型ＴＦＴ６８１はチャネル形成領域６３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６２８ａと重なる低濃度不純物領域６３６（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６５２と、を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ６８１と電極６６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ６８２にはチャネル形成領域６４０、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６５３と、ｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域６５４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ６８３にはチャネル形成領域６４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６３０ａと重なる低濃度不純物領域６４２（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６５６とを有している。
【０１６０】
画素部の画素ＴＦＴ６８４にはチャネル形成領域６４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域６４５（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６５８とを有している。また、保持容量６８５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６８５は、絶縁膜６１６を誘電体として、電極（６３２ａと６３２ｂの積層）と、半導体層とで形成している。
【０１６１】
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。
【０１６２】
本実施例は、実施例１〜実施例８と組み合わせて実施することが可能である。
【０１６３】
（実施例１０）
本実施例では、実施例９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１６を用いる。
【０１６４】
まず、実施例９に従い、図１５の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１５のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極６７０上に配向膜８６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜８６７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８７２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。
【０１６５】
次いで、対向基板８６９を用意する。次いで、対向基板８６９上に着色層８７０、８７１、平坦化膜８７３を形成する。赤色の着色層８７０と青色の着色層８７１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。
【０１６６】
本実施例では、実施例９に示す基板を用いている。従って、少なくともゲート配線６６９と画素電極６７０の間隙と、ゲート配線６６９と接続電極６６８の間隙と、接続電極６６８と画素電極６７０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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
次いで、平坦化膜８７３上に透明導電膜からなる対向電極８７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜８７４を形成し、ラビング処理を施した。
【０１６９】
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８６８で貼り合わせる。シール材８６８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８７５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８７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１６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。
【０１７０】
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分布が周期的または一様なレーザー光が照射され、大粒径の結晶粒が形成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。
【０１７１】
なお、本実施例は実施例１〜実施例９と組み合わせて実施することが可能である。
【０１７２】
（実施例１１）
本実施例では、実施例９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、発光装置を作製する例を以下に説明する。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等を実装し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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
図１７は本実施例の発光装置の断面図である。図１７において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ７３３は実施例９の作製方法を用いて形成される。
【０１７５】
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。
【０１７６】
基板７００上に設けられた駆動回路は実施例９の作製方法を用いて形成される。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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
なお、電流制御ＴＦＴ７３４は実施例９の作製方法を用いて形成される。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。
【０１７９】
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のドレイン領域と画素電極７１１とを電気的に接続する電極である。
【０１８０】
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。
【０１８１】
配線７０１〜７０７を形成後、図１７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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１７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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
こうして図１７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。
【０１９１】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ７３１、７３２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）７０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）７３４が形成される。
【０１９２】
さらに、図１７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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布が周期的または一様なレーザー光が照射され、大粒径の結晶粒が形成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。
【０１９５】
なお、本実施例は実施例１〜実施例９のいずれか一と組み合わせて実施することが可能である。
【０１９６】
（実施例１２）
本実施例では、本発明の半導体装置の１つである発光装置の画素の、実施例１１とは異なる構成について説明する。図１８に本実施例の発光装置の画素の断面図を示す。
【０１９７】
７５１はｎチャネル型ＴＦＴであり、７５２はｐチャネル型ＴＦＴである。ｎチャネル型ＴＦＴ７５１は、半導体膜７５３と、第１の絶縁膜７７０と、第１の電極７５４、７５５と、第２の絶縁膜７７１と、第２の電極７５６、７５７とを有している。そして、半導体膜７５３は、第１濃度の一導電型不純物領域７５８と、第２濃度の一導電型不純物領域７５９と、チャネル形成領域７６０、７６１を有している。
【０１９８】
第１の電極７５４、７５５とチャネル形成領域７６０、７６１とは、それぞれ第１の絶縁膜７７０を間に挟んで重なっている。また、第２の電極７５６、７５７と、チャネル形成領域７６０、７６１とは、それぞれ第２の絶縁膜７７１を間に挟んで重なっている。
【０１９９】
ｐチャネル型ＴＦＴ７５２は、半導体膜７８０と、第１の絶縁膜７７０と、第１の電極７８２と、第２の絶縁膜７７１と、第２の電極７８１とを有している。そして、半導体膜７８０は、第３濃度の一導電型不純物領域７８３と、チャネル形成領域７８４を有している。
【０２００】
第１の電極７８２とチャネル形成領域７８４とは、それぞれ第１の絶縁膜７７０を間に挟んで重なっている。第２の電極７８１とチャネル形成とは、それぞれ第２の絶縁膜７７１を間に挟んで重なっている。
【０２０１】
そして、第１の電極７８２と第２の電極７８１とは、配線７９０を介して電気的に接続されている。
【０２０２】
本発明のレーザー装置は、半導体膜７５３、７８０の結晶化、活性化またはその他レーザーアニールを用いる工程において使用することができる。
【０２０３】
本実施例では、スイッチング素子として用いるＴＦＴ（本実施例の場合ｎチャネル型ＴＦＴ７５１）は、第１の電極に一定の電圧を印加している。第１の電極に一定の電圧を印加することで、電極が１つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【０２０４】
また、スイッチング素子として用いるＴＦＴよりも大きな電流を流すＴＦＴ（本実施例の場合ｐチャネル型ＴＦＴ７５２）は、第１の電極と第２の電極とを電気的に接続している。第１の電極と第２の電極に同じ電圧を印加することで、実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サブスレッショルド係数を小さくすることができ、オン電流を大きくすることができる。よって、この構造のＴＦＴを駆動回路に使用することにより、駆動電圧を低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、ＴＦＴのサイズ（特にチャネル幅）を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。
【０２０５】
なお、本実施例は実施例１〜実施例１１のいずれか一と組み合わせて実施することが可能である。
【０２０６】
（実施例１３）
本実施例では、本発明の半導体装置の１つである発光装置の画素の、実施例１１、実施例１２とは異なる構成について説明する。図１９に本実施例の発光装置の画素の断面図を示す。
【０２０７】
図１９において、９１１は基板、９１２は下地となる絶縁膜（以下、下地膜という）である。基板９１１としては透光性基板、代表的にはガラス基板、石英基板、ガラスセラミックス基板、又は結晶化ガラス基板を用いることができる。但し、作製プロセス中の最高処理温度に耐えるものでなくてはならない。
【０２０８】
８２０１はスイッチングＴＦＴ、８２０２は電流制御ＴＦＴであり、それぞれｎチャネル型ＴＦＴ、ｐチャネル型ＴＦＴで形成されている。有機発光層の発光方向が基板の下面（ＴＦＴ及び有機発光層が設けられていない面）の場合、上記構成であることが好ましい。しかしスイッチングＴＦＴと電流制御ＴＦＴは、ｎチャネル型ＴＦＴでもｐチャネル型ＴＦＴでも、どちらでも構わない。
【０２０９】
スイッチングＴＦＴ８２０１は、ソース領域９１３、ドレイン領域９１４、ＬＤＤ領域９１５a〜９１５d、分離領域９１６及びチャネル形成領域９１７a、９１７bを含む活性層と、ゲート絶縁膜９１８と、ゲート電極９１９a、９１９bと、第１層間絶縁膜９２０と、ソース信号線９２１と、ドレイン配線９２２とを有している。なお、ゲート絶縁膜９１８又は第１層間絶縁膜９２０は基板上の全ＴＦＴに共通であっても良いし、回路又は素子に応じて異ならせても良い。
【０２１０】
また、図１９に示すスイッチングＴＦＴ８２０１はゲート電極９１７a、９１７bが電気的に接続されており、いわゆるダブルゲート構造となっている。勿論、ダブルゲート構造だけでなく、トリプルゲート構造などいわゆるマルチゲート構造（直列に接続された二つ以上のチャネル形成領域を有する活性層を含む構造）であっても良い。
【０２１１】
マルチゲート構造はオフ電流を低減する上で極めて有効であり、スイッチングＴＦＴのオフ電流を十分に低くすれば、それだけ電流制御ＴＦＴ８２０２のゲート電極に接続された保持容量が必要とする最低限の容量を抑えることができる。即ち、保持容量の面積を小さくすることができるので、マルチゲート構造とすることは発光素子の有効発光面積を広げる上で有効である。
【０２１２】
さらに、スイッチングＴＦＴ８２０１においては、ＬＤＤ領域９１５a〜９１５dは、ゲート絶縁膜９１８を介してゲート電極９１９a、９１９bと重ならないように設ける。このような構造はオフ電流を低減する上で非常に効果的である。また、ＬＤＤ領域９１５a〜９１５dの長さ（幅）は０．５〜３．５μｍ、代表的には２．０〜２．５μｍとすれば良い。なお、二つ以上のゲート電極を有するマルチゲート構造の場合、チャネル形成領域の間に設けられた分離領域９１６（ソース領域又はドレイン領域と同一の濃度で同一の不純物元素が添加された領域）がオフ電流の低減に効果的である。
【０２１３】
次に、電流制御ＴＦＴ８２０２は、ソース領域９２６、ドレイン領域９２７及びチャネル形成領域９６５を含む活性層と、ゲート絶縁膜９１８と、ゲート電極９３０と、第１層間絶縁膜９２０と、ソース信号線９３１並びにドレイン配線９３２を有して形成される。本実施例において電流制御ＴＦＴ８２０２はｐチャネル型ＴＦＴである。
【０２１４】
また、スイッチングＴＦＴ８２０１のドレイン領域９１４は電流制御ＴＦＴ８２０２のゲート９３０に接続されている。図示してはいないが、具体的には電流制御ＴＦＴ８２０２のゲート電極９３０はスイッチングＴＦＴ８２０１のドレイン領域９１４とドレイン配線（接続配線とも言える）９２２を介して電気的に接続されている。なお、ゲート電極９３０はシングルゲート構造となっているが、マルチゲート構造であっても良い。また、電流制御ＴＦＴ８２０２のソース信号線９３１は電源供給線（図示せず）に接続される。
【０２１５】
以上は画素内に設けられたＴＦＴの構造について説明したが、このとき同時に駆動回路も形成される。図１９には駆動回路を形成する基本単位となるＣＭＯＳ回路が図示されている。
【０２１６】
図１９においては極力動作速度を落とさないようにしつつホットキャリア注入を低減させる構造を有するＴＦＴをＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ８２０４として用いる。なお、ここでいう駆動回路としては、ソース信号側駆動回路、ゲート信号側駆動回路を指す。勿論、他の論理回路（レベルシフタ、Ａ／Ｄコンバータ、信号分割回路等）を形成することも可能である。
【０２１７】
ＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ８２０４の活性層は、ソース領域９３５、ドレイン領域９３６、ＬＤＤ領域９３７及びチャネル形成領域９３８を含み、ＬＤＤ領域９３７はゲート絶縁膜９１８を介してゲート電極９３９と重なっている。
【０２１８】
ドレイン領域９３６側のみにＬＤＤ領域９３７を形成しているのは、動作速度を落とさないための配慮である。また、このｎチャネル型ＴＦＴ８２０４はオフ電流値をあまり気にする必要はなく、それよりも動作速度を重視した方が良い。従って、ＬＤＤ領域９３７は完全にゲート電極に重ねてしまい、極力抵抗成分を少なくすることが望ましい。即ち、いわゆるオフセットはなくした方がよい。
【０２１９】
また、ＣＭＯＳ回路のｐチャネル型ＴＦＴ８２０５は、ホットキャリア注入による劣化が殆ど気にならないので、特にＬＤＤ領域を設けなくても良い。従って活性層はソース領域９４０、ドレイン領域９４１及びチャネル形成領域９６１を含み、その上にはゲート絶縁膜９１８とゲート電極９４３が設けられる。勿論、ｎチャネル型ＴＦＴ８２０４と同様にＬＤＤ領域を設け、ホットキャリア対策を講じることも可能である。
【０２２０】
なお９４２、９３８、９１７ａ、９１７ｂ、９２９はチャネル形成領域９６１〜９６５を形成するためのマスクである。
【０２２１】
また、ｎチャネル型ＴＦＴ８２０４及びｐチャネル型ＴＦＴ８２０５はそれぞれソース領域上に第１層間絶縁膜９２０を間に介して、ソース信号線９４４、９４５を有している。また、ドレイン配線９４６によってｎチャネル型ＴＦＴ８２０４とｐチャネル型ＴＦＴ８２０５とのドレイン領域は互いに電気的に接続される。
【０２２２】
本発明のレーザー装置は、活性層の結晶化、活性化またはその他レーザーアニールを用いる工程において使用することができる。
【０２２３】
なお本実施例の構成は、実施例１〜１１と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２２４】
（実施例１４）
本実施例では、半導体膜をレーザー光照射により結晶化したときに溶融した半導体膜中に混入した不純物を、除去する例について説明する。以下に代表的な作製手順を簡略に図２１を用いて示す。
【０２２５】
図２１（Ａ）中、１１００は、絶縁表面を有する基板、１１０１は下地絶縁膜、１１０２は非晶質構造を有する半導体膜である。
【０２２６】
まず、基板１１００上にブロッキング層として酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜からなる下地絶縁膜１１０１を形成する。ここでは下地絶縁膜１１０１として２層構造（膜厚５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜、膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜）を用いるが、単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。ただし、ブロッキング層を設ける必要がない場合には下地絶縁膜を形成しなくともよい。（図２１（Ａ））
【０２２７】
次いで、下地絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜１１０２を公知の手段により結晶化して結晶構造を有する半導体膜１１０４を形成する。（図２１（Ｂ））
【０２２８】
本実施例において、結晶構造を有する半導体膜は、プラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、またはスパッタ法で得られる非晶質構造を有する半導体膜１１０２を、本発明のレーザー装置を用いたレーザーアニールにより結晶化を行う。
【０２２９】
なおレーザー発振装置は、連続発振またはパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ２Ｏ３レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。レーザー光の照射における詳しい条件については、実施例９の記載を参照することができる。
【０２３０】
なお、結晶構造を有する半導体膜１１０４中の酸素濃度（ＳＩＭＳ分析）は、５×１０18atoms/cm3以下となるように形成することが望ましい。
【０２３１】
次いで、結晶構造を有する半導体膜１１０４上に珪素を主成分とするバリア層１１０５を形成する。なお、このバリア層１１０５は極薄いものでよく、自然酸化膜であってもよいし、酸素を含む雰囲気下において紫外線の照射によりオゾンを発生させて酸化させる酸化膜であってもよい。また、このバリア層１１０５として、炭素、即ち有機物の除去のために行われるヒドロ洗浄と呼ばれる表面処理に使用するオゾンを含む溶液で酸化させた酸化膜であってもよい。このバリア層１１０５は、主にエッチングストッパーとして用いるものである。また、このバリア層１１０５を形成した後、チャネルドープを行い、その後、強光を照射して活性化させてもよい。
【０２３２】
次いで、バリア層１１０５上に第２の半導体膜１１０６を形成する。（図２１（Ｃ））この第２の半導体膜１１０６は非晶質構造を有する半導体膜であってもよいし、結晶構造を有する半導体膜であってもよい。この第２の半導体膜１１０６の膜厚は、５〜５０ｎｍ、好ましくは１０〜２０ｎｍとする。第２の半導体膜１１０６には、酸素（ＳＩＭＳ分析での濃度が５×１０18atoms/cm3以上、好ましくは１×１０19atoms/cm3以上）を含有させてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。
【０２３３】
次いで、第２の半導体膜１１０６上に希ガス元素を含む第３の半導体膜（ゲッタリングサイト）１１０７を形成する。この第３の半導体膜１１０７はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、またはスパッタ法を用いた非晶質構造を有する半導体膜であってもよいし、結晶構造を有する半導体膜であってもよい。第３の半導体膜は、成膜段階で希ガス元素を含む半導体膜であってもよいし、希ガス元素を含んでいない半導体膜の成膜後に希ガス元素を添加してもよい。本実施例では成膜段階で希ガス元素を含む第３の半導体膜１１０７を形成した後、さらに希ガス元素を選択的に添加して第３の半導体膜１１０８を形成した例を示した。（図２１（Ｄ））また、第２の半導体膜と第３の半導体膜とを大気に触れることなく連続的に成膜してもよい。また、第２の半導体膜の膜厚と第３の半導体膜の膜厚との和は３０〜２００ｎｍ、例えば５０ｎｍとすればよい。
【０２３４】
本実施例は、第２の半導体膜１１０６によって、第１の半導体膜１１０４と第３の半導体膜（ゲッタリングサイト）１１０８との間隔を空けている。ゲッタリングの際、半導体膜１１０４中に存在する金属等の不純物元素は、ゲッタリングサイトの境界付近に集まりやすい傾向があるため、本実施例のように第２の半導体膜１１０６によって、ゲッタリングサイトの境界を第１の半導体膜１１０４から遠ざけてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。加えて、第２の半導体膜１１０６は、ゲッタリングの際、ゲッタリングサイトに含まれる不純物元素が拡散して第１の半導体膜の界面に達することがないようにブロッキングする効果も有している。また、第２の半導体膜１１０６は、希ガス元素を添加する場合、第１の半導体膜にダメージを与えないように保護する効果も有している。
【０２３５】
次いで、ゲッタリングを行う。ゲッタリングを行う工程としては、窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に代えて強光を照射してもよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。また、加熱したガスを噴射して基板を加熱するようにしても良い。この場合、６００℃〜８００℃、より望ましくは６５０℃〜７５０℃で１〜６０分加熱を行えば良く。時間を短縮化することができる。このゲッタリングにより、図２１（Ｅ）中の矢印の方向に不純物元素が移動し、バリア層１１０５で覆われた半導体膜１１０４に含まれる不純物元素の除去、または不純物元素の濃度の低減が行われる。ここでは、不純物元素が第１の半導体膜１１０４に偏析しないよう全て第３の半導体膜１１０８に移動させ、第１の半導体膜１１０４に含まれる不純物元素がほとんど存在しない、即ち膜中の不純物元素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、望ましくは１×１０17atoms/cm3以下になるように十分ゲッタリングする。
【０２３６】
次いで、バリア層１１０５をエッチングストッパーとして、１１０６、１１０８で示した半導体膜のみを選択的に除去した後、半導体膜１１０４を公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体層１１０９を形成する。（図２１（Ｆ））
【０２３７】
次いで、半導体層の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜１１１０となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。この表面洗浄とゲート絶縁膜の形成は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい。
【０２３８】
次いで、ゲート絶縁膜表面を洗浄した後、ゲート電極１１１１を形成し、半導体にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）、ここではリンを適宜添加して、ソース領域１１１２及びドレイン領域１１１３を形成する。添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、または本発明のレーザー装置を用いたレーザー光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜３００℃の雰囲気中において、表面または裏面からＹＡＧレーザーの第２高調波を照射して不純物元素を活性化させることは非常に有効である。ＹＡＧレーザーはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。
【０２３９】
以降の工程は、層間絶縁膜１１１５を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極１１１６、ドレイン電極１１１７を形成してＴＦＴを完成させる。（図２１（Ｇ））
【０２４０】
こうして得られたＴＦＴは、少なくともチャネル形成領域１１１４に含まれていた不純物元素は除去され、且つ、希ガス元素も含有していない。
【０２４１】
また、本実施例は図２１の構造に限定されず、必要があればチャネル形成領域とドレイン領域（またはソース領域）との間にＬＤＤ領域を有する低濃度ドレイン（ＬＤＤ：Lightly Doped Drain）構造としてもよい。この構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をＬＤＤ領域と呼んでいる。さらにゲート絶縁膜を介してＬＤＤ領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるＧＯＬＤ（Gate Overlapped LDD）構造としてもよい。
【０２４２】
また、ここではｎチャネル型ＴＦＴを用いて説明したが、半導体にｎ型を付与する不純物元素に代えて、半導体にｐ型を付与する不純物元素を用いることによってｐチャネル型ＴＦＴを形成することができることは言うまでもない。
【０２４３】
また、本実施例では、ゲッタリングが終了してから半導体膜をパターニングしているが、本実施例はこの構成に限定されない。半導体膜のパターニングは結晶化する前に行っても良いし、結晶化した後バリア層を形成する前に行っても良い。また、半導体膜を、結晶化する前、または結晶化した後でなおかつバリア層を形成する前に、大まかにパターニングし、そして、ゲッタリングした後に再びパターニングを行って、ＴＦＴの活性層を形成するようにしても良い。
【０２４４】
また、ここではトップゲート型ＴＦＴを例として説明したが、ＴＦＴ構造に関係なく本実施例を適用することが可能であり、例えばボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴや順スタガ型ＴＦＴに適用することが可能である。
【０２４５】
なお本実施例の構成は、実施例１〜１３と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２４６】
（実施例１５）
本発明のレーザー装置によって形成された半導体装置を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図２２に示す。
【０２４７】
図２２（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の半導体装置は表示部２００３に用いることができる。半導体装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２４８】
図２２（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明の半導体装置は表示部２１０２及びその他回路に用いることができる。
【０２４９】
図２２（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の半導体装置は表示部２２０３及びその他回路に用いることができる。
【０２５０】
図２２（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明の半導体装置は表示部２３０２に用いることができる。
【０２５１】
図２２（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明の半導体装置はこれら表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４及びその他回路に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【０２５２】
図２２（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の半導体装置は表示部２５０２及びその他回路に用いることができる。
【０２５３】
図２２（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の半導体装置は表示部２６０２及びその他回路に用いることができる。
【０２５４】
ここで図２２（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明の半導体装置は表示部２７０３及びその他回路に用いることができる。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【０２５５】
なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
【０２５６】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜１４に示したいずれの構成の半導体装置を用いても良い。
【０２５７】
（実施例１６）
本実施例では、本発明のレーザー装置を用いて半導体膜を結晶化例について説明する。
【０２５８】
図２３（Ａ）中、３０００は、絶縁表面を有する基板、３００１は基板中の不純物が半導体膜中に入り込むのを防ぐ絶縁膜である下地膜、３００２は非晶質構造を有する半導体膜である。
【０２５９】
図２３（Ａ）において、基板３０００はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、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、本工程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。
【０２６０】
まず、図２３（Ａ）に示すように基板３０００上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯxＮy）等の絶縁膜から成る下地絶縁膜３００１を形成する。代表的な一例は下地絶縁膜３００１として２層構造から成り、ＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第１酸化窒化シリコン膜を３０〜１００ｎｍ、ＳｉＨ4、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第２酸化窒化シリコン膜を３０〜１５０ｎｍの厚さに積層形成する構造を用いることができる。また、第１酸化窒化シリコン膜、第２酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した３層構造を用いてもよい。
【０２６１】
次いで、下地絶縁膜３００１上に非晶質構造を有する半導体膜３００２を形成する。半導体膜３００２は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法で１０〜１００nmの厚さに形成する。後の結晶化で良質な結晶性を有する半導体膜を得るためには、非晶質構造を有する半導体膜３００２の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を５×１０18 atoms/cm3（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）にて測定した原子濃度）以下に低減させておくと良い。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理（電界研磨処理）やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のＣＶＤ装置を用いることが望ましい。
【０２６２】
次いで、大気中または酸素雰囲気化において非晶質構造を有する半導体膜３００２を、本発明のレーザー装置を用いて第１のレーザー光を照射し、結晶化させる。本実施例では第１のレーザーとして連続発振のＹＶＯ4レーザーを用いる。本実施例では、レーザー光の出力エネルギーを２７Ｗとし、レーザーのビームスポットを、長軸×短軸が５００μｍ×５０μｍの楕円形状とし、楕円の短軸方向にレーザー光が移動するようにする。なお、レーザー光の出力エネルギーや、ビームスポットの形状は、設計者が適宜設定することが可能である。
【０２６３】
なお本実施例では連続発振型のＹＶＯ4レーザーを用いるが、本実施例はこの構成に限定されない。例えば、レーザー発振装置は、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーを用いることができる。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数３００Hzとし、レーザーエネルギー密度を１００〜４００mJ/cm2(代表的には２００〜３００mJ/cm2)とする。また、ＹＡＧレーザーを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数３０〜３００kHzとし、レーザーエネルギー密度を３００〜６００mJ/cm2(代表的には３５０〜５００mJ/cm2)とすると良い。そして幅１００〜１０００μm、例えば４００μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９０％として行う。
【０２６４】
なおレーザーは、連続発振またはパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ２Ｏ３レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【０２６５】
非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を適用するのが望ましい。具体的には、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。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、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【０２６６】
レーザー光の照射により、非晶質構造を有する半導体膜３００２が結晶化され、結晶性を有する半導体膜３００３と、半導体膜３００３に接する酸化膜３００４が形成される。なお、レーザー光の照射の際に、半導体膜３００３の結晶粒界に沿って突起した部分（リッジ）３００５が形成される。（図２３（Ｂ））
【０２６７】
次いで、酸化膜３００４を除去する。本実施例ではフッ酸系のエッチング液を用いて酸化膜３００４を除去し、結晶性を有する半導体膜３００３の表面を露出する。なお酸化膜３００４の除去の仕方は上述した方法に限定されない。例えば、フッ素系ガスを用いて酸化膜３００４を除去するようにいても良い。
【０２６８】
次いで、結晶性を有する半導体膜３００３に対してレーザー光（第２のレーザー光）を、窒素または真空雰囲気下で照射する（図２３（Ｃ））。なお、不活性雰囲気下で第２のレーザー光を照射する場合、例えば図２４に示すように、半導体膜３００３のレーザー光が照射される部分にのみ不活性ガスを照射するようにしても良い。例えば図２４（Ａ）に示すように、レーザー発振装置及び光学系４００１から出力されたレーザー光が、ガス吹きつけ部４００２のスリットを通過して半導体膜３００３に照射されるようにしても良い。図２４（Ｂ）はガス吹きつけ部４００２の拡大図であり、ガス吹きつけ部４００２は、レーザー光が通過できるスリット４００６が設けられている。また、ガス吹きつけ部４００２は、導管４００７を通して供給される不活性ガスが、半導体膜３００３のレーザー光が照射される周辺に噴射できるような開口部４００８が設けられている。開口部４００８から噴射された不活性ガスは半導体膜３００３に吹き付けられる。
【０２６９】
第２のレーザー光照射により、レーザー光（第２のレーザー光）を照射した場合、第１のレーザー光の照射により形成された凹凸の高低差（Ｐ―Ｖ値:Peak to Valley、高さの最大値と最小値の差分）が低減、即ち、平坦化された半導体膜３００６が形成される。（図２３（Ｄ））ここで、凹凸のＰ―Ｖ値は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により観察すればよい。具体的には、第１のレーザー光の照射により形成された表面の凹凸のＰ―Ｖ値が例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度であった場合、第２のレーザー光の照射により表面における凸凹のＰ―Ｖ値を５ｎｍ以下とすることができる。
【０２７０】
このレーザー光（第２のレーザー光）には波長４００nm以下のエキシマレーザー光や、ＹＡＧレーザーの第２高調波、第３高調波を用いる。また、上述した第１のレーザー光と同じレーザーを用いても良い。
【０２７１】
なお、第２のレーザー光の照射は、第１のレーザー光のエネルギー密度よりも高いが、照射前後で結晶性はほとんど変化しない。また、粒径などの結晶状態もほとんど変化しない。即ち、この第２のレーザー光の照射では平坦化のみが行われていると思われる。
【０２７２】
結晶性を有する半導体膜３００６が第２のレーザー光の照射により平坦化されたメリットは非常に大きい。具体的には、平坦性が向上したことによって、後に形成されるゲート絶縁膜を薄くすることが可能となり、ＴＦＴのオン電流値を向上させることができる。また、平坦性が向上したことによって、ＴＦＴを作製した場合、リーク電流を低減することができる。
【０２７３】
本実施例は、実施例１〜実施例１５と組み合わせて実施することが可能である。
【０２７４】
（実施例１７）
本実施例では、本発明のレーザー装置を用いたレーザーアニールにより半導体膜を結晶化する工程を、駆動回路を画素部と同じ基板上に有するアクティブマトリクス型の半導体表示装置の作製方法に応用した例について説明する。
【０２７５】
図２５（Ａ）に、基板６０００上に画素部６００１と、信号線駆動回路６００２と、走査線駆動回路６００３とが備えられた、液晶パネルの上面図を示す。図２５（Ａ）において、破線で示した矢印の方向に向かって、レーザー光の照射位置が移動する。
【０２７６】
本発明のレーザー装置によって半導体膜にレーザー光を照射すると、レーザー光の軌跡が完全な直線は描かず、ゆるやかな円弧を描く。よって本発明のレーザー装置を用いて半導体膜を結晶化すると、半導体膜にレーザー光の照射跡が円弧状に形成される。なおこの円弧は、円弧どうしで曲率半径がほぼ同じである。しかし該半導体膜をパターニングして形成されるＴＦＴの活性層のサイズは、該円弧の半径に比較して小さいため、活性層１つ１つのレーザー光の照射跡が残っていたとしても、該照射跡はほぼ直線状になっている。
【０２７７】
図２５（Ａ）の画素部６００１の一部６００４の拡大図を図２５（Ｂ）に、信号線駆動回路６００２の一部６００５の拡大図を図２５（Ｃ）に、走査線駆動回路６００３の一部６００６の拡大図を図２５（Ｄ）に示す。
【０２７８】
画素部６００１、信号線駆動回路６００２、走査線駆動回路６００３のそれぞれにおいて、各ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜が複数形成されている。６００７、６００８、６００９はパターニング後にＴＦＴの活性層となる部分である。破線６０２０はレーザー光の照射跡である。
【０２７９】
レーザー光の照射跡６０２０は、キャリアが移動する方向またはその逆の方向にほぼ沿うようにする。
【０２８０】
本実施例は、実施例１〜実施例１６と組み合わせて実施することが可能である。
【０２８１】
【発明の効果】
本発明のレーザー装置は、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を照射していても、被処理物の移動方向を転換せずに被処理物におけるレーザー光の照射位置をＸ方向及びＹ方向へ移動させることができ、被処理物全面をレーザー光で照射することができる。よって、被処理物の移動方向の転換に伴う時間のロスが生じることはなく、従来に比べて処理の効率を高めることができる。
【０２８２】
また、レーザー光は、被処理物に対する照射角度が照射位置に関わらず固定されているため、被処理物内で反射して戻ってくるビームの強さや干渉の強さ等が照射位置によって異なることを防ぎ、被処理物に対する処理をほぼ均一に行うことができる。例えばレーザー照射により半導体膜を結晶化させる場合、半導体膜の位置によって結晶性に差が生じるのを防ぐことができる。そして、ビームの照射方向を変えて被処理物全体をレーザー光で照射する場合に比べて、光学系をシンプルにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図２】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図３】 被処理物においてレーザー光の照射位置の移動する方向を示す図。
【図４】 本発明のレーザー装置の構造を示す図と、被処理物においてレーザー光の照射位置の移動する方向を示す図。
【図５】 レーザー光の照射される位置を示す図。
【図６】 レーザー光の照射される位置を示す図。
【図７】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図８】 レーザー光の照射される位置を示す図。
【図９】 液晶パネルにレーザー光を照射する方法を示す図。
【図１０】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図１１】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図１２】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図１３】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１４】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１５】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１６】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１７】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１８】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１９】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図２０】 従来の被処理物においてレーザー光の照射位置の移動する方向を示す図。
【図２１】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図２２】 本発明のレーザー装置で形成された半導体装置を用いた電子機器の図。
【図２３】 本発明のレーザー装置を用いた半導体膜の結晶化の方法を示す図。
【図２４】 本発明のレーザー装置の一実施例を示す図。
【図２５】 液晶パネルにおけるレーザー光の軌跡を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板又は半導体膜などをレーザー光を用いて結晶化又はイオン注入後の活性化をするレーザー処理装置及びレーザー照射方法と、当該レーザー装置を用いて形成された半導体装置及びその作製方法と、前記半導体装置を用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、ポリシリコン膜を用いたＴＦＴは、従来のアモルファスシリコン膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能である。
【０００３】
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために、半導体膜の結晶化にレーザーアニールが用いられる。
【０００４】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【０００５】
なお、ここでいうレーザーアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザー発振装置であり、レーザー光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。パルス発振のレーザーは出力エネルギーが比較的高いため、ビームスポットの大きさを数ｃｍ2以上として量産性を上げることができる。特に、ビームスポットの形状を光学系を用いて加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板へのレーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザーを用いるのが主流となりつつあった。
【０００７】
しかし近年、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザーよりも連続発振のレーザーを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴの移動度が高くなり、結晶粒界によるＴＦＴの特性のばらつきが抑えられる。そのため、連続発振のレーザーはにわかに脚光を浴び始めている。
【０００８】
しかし、一般的に連続発振のレーザーは、パルス発振のレーザーに比べてその最大出力エネルギーが小さいため、ビームスポットのサイズが１０-3ｍｍ2程度と小さい。そのため、１枚の大きな基板を処理するためには、基板におけるビームの照射位置を上下左右に移動させる必要がある。
【０００９】
ビームの照射位置を上下左右に移動させるには、基板の位置を固定してビームの照射方向を変化させる方法と、ビームの照射方向を固定して基板の位置を移動させる方法と、上記２つの方法を組み合わせた方法とがある。
【００１０】
ビームの照射方向を変化させると、照射する位置によって基板に対するビームの照射角度が変化する。照射角度が変化すると、基板で反射して戻ってくるビームの強さや干渉の強さ等が基板の位置によって変化するため、基板に対する処理を均一に行うことができなくなる。例えばレーザー照射により半導体膜を結晶化させる場合、基板の位置によって結晶性に差が生じたりする。
【００１１】
一方、ビームの照射方向を固定して基板の位置を移動させる場合、基板に対するビームの照射角度は、基板の位置に関わらず固定されているため、上述した問題は回避され、さらに光学系もよりシンプルになる。
【００１２】
しかし、基板の移動において問題となるのが、方向転換に伴う時間のロスである。
【００１３】
図２０に、ビームの照射方向を固定して基板の位置を移動させたときの、基板上のビームの照射位置の移動する方向を矢印で示す。一般的にレーザー光の照射は、一定方向に照射位置を移動させた後、方向を変えて、再び一定方向に照射位置を移動させる。このとき、照射位置の移動速度が基板の位置によって変化すると、基板に対する処理を均一に行うことが難しくなる。よって、照射位置の移動速度は一定に保つことが肝要であり、照射位置の移動方向を転換するためには、図２０の破線で囲んだ部分に示すように、照射位置が基板から外れた時に行うのが一般的である。照射位置が基板から外れた後、一旦基板の移動を停止し、基板の移動する方向を変えて再び一定の値まで基板の移動速度を上げた後に、レーザー光の基板への照射が行われるようにする必要がある。したがって、必然的に基板の方向転換には所定の時間を要することとなり、基板の処理速度を低下させる原因となっていた。
【００１４】
これはビームの照射方向を変化させる場合にも生じる問題であり、ビームの照射方向を転換する際に所定の時間を要するため、基板の処理速度を低下させる原因となる。
【００１５】
特に、連続発振のレーザーの場合、パルス発振のレーザーと異なりビームスポットのサイズがもともと小さいので、処理の効率が悪く、基板の処理速度の向上が重要な課題となっている。
【００１６】
本発明は上述した問題に鑑み、従来に比べて処理の効率を高めることができる、連続発振のレーザー装置及び該レーザー装置を用いた半導体装置の作製方法の提供を課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザー装置は、被処理物を設置する第１の手段と、被処理物が設置された該第１の手段の位置を、所定の直線上において移動させる第２の手段と、該直線の延長上にその中心が存在するように、被処理物、第１の手段及び第２の手段を回転させる第３の手段と、第３の手段によって回転している被処理物に対して、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を照射することができる第４の手段とを有する。
【００１８】
本発明のレーザー装置は、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を照射していても、第２の手段及び第３の手段によって、被処理物の移動方向を転換せずに被処理物におけるレーザー光の照射位置をＸ方向及びＹ方向へ移動させることができ、被処理物全面をレーザー光で照射することができる。よって、被処理物の移動方向の転換に伴う時間のロスが生じることはなく、従来に比べて処理の効率を高めることができる。
【００１９】
また、第４の手段により照射されたレーザー光は、被処理物に対する照射角度が照射位置に関わらず固定されているため、被処理物内で反射して戻ってくるビームの強さや干渉の強さ等が照射位置によって異なることを防ぎ、被処理物に対する処理をほぼ均一に行うことができる。例えばレーザー照射により半導体膜を結晶化させる場合、半導体膜の位置によって結晶性に差が生じるのを防ぐことができる。そして、ビームの照射方向を変えて被処理物全体をレーザー光で照射する場合に比べて、光学系をシンプルにすることができる。
【００２０】
なお、第１の手段及び第２の手段を複数設けることで、並行して複数の被処理物の処理を行うことができる。この場合、複数の第２の手段による複数の第１の手段の移動は、それぞれ向きの異なった直線上において行われても良い。ただし、全ての該直線の延長上に第３の手段による回転の中心が存在する。上記構成により、処理の効率をより高めることができる。
【００２１】
なお、本発明のレーザー装置は、連続発振のレーザーを前提としているが、無論パルス発振のレーザーを用いていても良い。
【００２２】
また本発明のレーザー装置の用途は、半導体膜の結晶化にのみに限定されない。本発明のレーザー装置は、上述したレーザーアニール法全般に用いることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザー装置の構成について説明する。図１（Ａ）に本発明の発光装置の側面図、図１（Ｂ）に上面図を示す。
【００２４】
図１に示した本発明のレーザー装置は、被処理物を設置する第１の手段に相当するステージ１０１を複数有している。ここではステージが４つ設けられている例について示した。ステージを複数設けて複数の被処理物を並行して処理することで、処理の効率をより高めることができる。各ステージ１０１上にはレーザー光を照射する被処理物１００が設置されている。
【００２５】
各ステージ１０１は、回転台１０３上に設けられたガイドレール１０２に沿って移動可能になっている。なお、ガイドレール１０２に沿ってステージ１０１を移動させたときに、ステージ１０１が直線上において移動するようにガイドレールを設置するようにする。ステージ１０１が移動した直線状の軌跡の延長上には、回転台１０３の回転の中心１０４が存在している。
【００２６】
なお、１つのガイドレール沿って、２つ以上のステージを移動させるようにしても良い。
【００２７】
ガイドレール１０２に沿ってステージ１０１を移動させる手段が、本発明のレーザー装置が有する第２の手段に相当する。具体的に図１では、回転台１０３内に設けられたモーター１０５と、ガイドレール１０２とが第２の手段に相当する。しかし本発明のレーザー装置における第２の手段は、ステージ１０１を直線上において移動させることができれば良く、図１に示した構成に限定されない。
【００２８】
また回転台１０３は、回転台１０３用のモーター（以下、回転台用モーターとする）１０６によって、１０４を中心として第１の手段及び第２の手段を矢印の方向に回転させることができる。回転の方向は設計者が適宜設定することができる。回転台１０３と、回転台用モーター１０６とが、本発明のレーザー装置の第３の手段に相当する。
【００２９】
そして、発振装置及びその他光学系１０７によって、一定の位置及び一定の方向からレーザー光が被処理物１００に照射することができる。発振装置及びその他光学系１０７は、本発明のレーザー装置の第４の手段に相当する。
【００３０】
レーザーは、処理の目的によって適宜変えることが可能である。本発明のレーザー装置の第４の手段として、公知のレーザーを用いることができる。レーザーは、連続発振またはパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーまたはＹ２Ｏ３レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザーが適用される。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００３１】
またさらに、固体レーザーから発せられらた赤外レーザー光を非線形光学素子でグリーンレーザー光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザー光を用いることもできる。
【００３２】
なお本発明のレーザー装置は、上記４つの手段の他に、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良い。
【００３３】
次に、実際にレーザー光がどのように被処理物１００に照射されるかについて説明する。図２に、図１に示したレーザー装置によって、被処理物１００にレーザー光が照射される様子を示す。
【００３４】
図２（Ａ）と図２（Ｂ）は、被処理物１００へのレーザー光照射におけるステージ１０１の経時的な位置の変化を示している。図２（Ａ）から図２（Ｂ）へと、ステージ１０１が白抜きの矢印で示すように、回転台１０３の回転の中心１０４に向かって移動する。回転台１０３は、１０４を中心に回転している。
【００３５】
回転台１０３が回転することで、レーザー光は破線で示すような軌跡１０８を描くように、回転台１０３上に照射される。該レーザー光の軌跡１０８は、１０４を中心として円を描いている。被処理物１００は、該レーザー光の軌跡と重なる部分においてレーザー光が照射される。
【００３６】
なお、回転台１０３上の被処理物１００と重ならない部分においてもレーザー光が照射されるので、回転台１０３はレーザー光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ましい。
【００３７】
さらに、ステージ１０１は白抜きの矢印の方向に移動しているので、被処理物１００とレーザー光の軌跡１０８と重なる部分が時間と共にずれてゆき、最終的には被処理物１００全面にレーザー光を照射することができる。
【００３８】
図３に、図２でレーザー光が照射された被処理物１００における、レーザー光の照射位置の移動方向を矢印で示す。矢印の数は回転台１０３の回転数と同じであり、回転数が増えれば増えるほど矢印の数が増えていく。
【００３９】
照射位置の移動するスピードは、被処理物の場所による照射時間を一定に保つために、常に等速に保つのが望ましい。例えば半導体膜の結晶化に用いる場合、エネルギー密度が５×１０4〜１．３×１０5（ｃｍ2／Ｗ）のとき、照射位置の移動速度を１０〜１００ｃｍ／ｓｅｃ、好ましくは２０〜５０ｃｍ／ｓｅｃに保つと良い。
【００４０】
なお、被処理物１００全面をレーザー光で照射しようとするならば、回転台１０３の回転速度（角速度）と、ステージ１０１の移動速度とを適宜調整する必要がある。回転台１０３の回転速度に対してステージ１０１の移動速度が速すぎると被処理物全面をレーザー光で照射できなくなる。
【００４１】
また、被処理物１００の各部分におけるレーザー光の適切な照射時間を考慮に入れ、回転台１０３の回転速度とステージ１０１の移動速度とを決めることが重要である。回転台１０３の回転速度と、ステージ１０１の移動速度とを調整することで、被処理物１００の各部分において複数回レーザー光を照射することも可能である。また、ステージ１０１を一方向に移動させた後、逆方向に移動させることで、被処理物１００に複数回レーザー光を照射させることも可能である。
【００４２】
なお、図２ではステージ１０１の移動する方向が回転台の中心１０４に向かっているが、回転台の中心１０４から離れる方向にステージ１０１が移動していても良い。
【００４３】
上記構成により本発明のレーザー装置は、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を照射していても、被処理物の移動方向を転換せずに被処理物におけるレーザー光の照射位置を移動させ、被処理物全面をレーザー光で照射することができる。よって、被処理物の移動方向の転換に伴う時間のロスが生じることはなく、従来に比べて処理の効率を高めることができる。
【００４４】
また、レーザー光は被処理物に対する照射角度が照射位置に関わらず固定されているため、被処理物で反射して戻ってくるビームの強さや干渉の強さ等が照射位置によって異なることを防ぎ、被処理物に対する処理をほぼ均一に行うことができる。例えばレーザー照射により半導体膜を結晶化させる場合、被処理物の位置によって結晶性に差が生じるのを防ぐことができる。そして、ビームの照射方向を変えて被処理物全体をレーザー光で照射する場合に比べて、光学系をシンプルにすることができる。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４６】
（実施例１）
本実施例では、被処理物が設置されているステージを回転台上において一方向に移動させた後、逆方向に移動させ、なおかつ被処理物に２回以上レーザー光を照射する場合について説明する。
【００４７】
図４（Ａ）に、本実施例のレーザー装置が有する回転台とステージの上面図を示す。本実施例では、６枚の被処理物を並行して処理することが可能な場合について説明するが、処理する被処理物の枚数は設計者が適宜設定することができる。
【００４８】
図４（Ａ）では、被処理物を設置する第１の手段に相当するステージ２０１が、回転台２０３上に６つ設けられている。ステージを複数設けて複数の被処理物を並行して処理することで、処理の効率をより高めることができる。各ステージ２０１上にはレーザー光を照射する被処理物２００が設置されている。
【００４９】
各ステージ２０１は、回転台２０３上に設けられたガイドレール２０２に沿って移動可能になっている。なお、ガイドレール２０２に沿ってステージ２０１を移動させたときに、ステージ２０１が直線上において移動するようにガイドレールを設置する。ステージ２０１が移動した直線状の軌跡の延長上には、回転台２０３の回転の中心２０４が存在している。１つのガイドレールに沿って、２つ以上のステージを移動させるようにしても良い。なおガイドレールは図４（Ａ）に示した形状に限定されない。またガイドレールを設けなくとも、ステージ２０１を直線上において移動させることができれば良い。
【００５０】
また回転台２０３は、２０４を中心として第１の手段であるステージ２０３及び第２の手段であるガイドレール２０２を矢印の方向に回転させることができる。回転の方向は設計者が適宜設定することができる。
【００５１】
ステージ２０１は、ガイドレール２０２に沿って、白抜きの矢印で示すように回転台２０３の回転の中心２０４に向かって移動する。回転台２０３は、２０４を中心に回転している。
【００５２】
回転台２０３が回転することで、レーザー光は破線で示したような軌跡２０８を描くように、回転台２０３上に照射される。該レーザー光の軌跡２０８は、２０４を中心として円を描いている。被処理物２００は、該レーザー光の軌跡と重なる部分においてレーザー光が照射される。
【００５３】
ステージ２０１は白抜きの矢印の方向に移動しているので、被処理物２００とレーザー光の軌跡２０８と重なる部分が時間と共にずれてゆき、最終的には被処理物２００全面にレーザー光を照射することができる。そして本実施例では、回転台２０３上においてステージ２０１を一方向に移動させて被処理物２００全面にレーザー光を照射した後、ステージ２０１を逆方向に移動させて再び被処理物２００全面にレーザー光を照射する。
【００５４】
図４（Ｂ）に、図４でレーザー光が照射された被処理物２００における、レーザー光の照射位置の移動方向を矢印で示す。矢印２０９は、１回目のレーザー照射によるレーザー光の照射位置の移動方向であり、同じく全ての破線の矢印も１回目のレーザー照射によるレーザー光の照射位置の移動方向を示している。矢印２１０は、２回目のレーザー照射によるレーザー光の照射位置の移動方向であり、同じく全ての実線の矢印も２回目のレーザー照射によるレーザー光の照射位置の移動方向を示している。矢印の数は回転台２０３の回転数と同じであり、回転数が増えれば増えるほど矢印の数が増えていく。
【００５５】
なお、被処理物２００全面をレーザー光で照射しようとするならば、回転台２０３の回転速度と、ステージ２０１の移動速度とを適宜調整する必要がある。回転台２０３の回転速度に対してステージ２０１の移動速度が速すぎると被処理物全面をレーザー光で照射できなくなる。
【００５６】
また、被処理物２００の各部分におけるレーザー光の適切な照射時間を考慮に入れ、回転台２０３の回転速度とステージ２０１の移動速度とを決めることが重要である。
【００５７】
上記構成により、２回のレーザー照射を連続して行うことが可能になり、処理の効率をより高めることが可能になる。
【００５８】
（実施例２）
本実施例では、レーザー照射を複数回行う場合において、各回におけるレーザー光のエッジの部分が重ならないようにレーザー光を照射する場合について説明する。
【００５９】
一般的にレーザー光は、エッジの部分におけるエネルギーが他の部分に比べて低くなっている。そこで本実施例では、複数回のレーザー照射において、レーザー光のエッジの部分を重ねないようにすることで、エッジの部分におけるエネルギーの低さを補うようにした。
【００６０】
エッジを重ねないようにするためには、１回目のレーザー照射と２回目のレーザー照射において、ステージが移動する範囲をずらす方法がある。図５（Ａ）に１回目のレーザー照射におけるレーザー装置の断面図を、図５（Ｂ）に２回目のレーザー照射におけるレーザー装置の断面図を示す。３０１は回転台、３０２はガイドレール、３０３はステージ、３０４は被処理物を示している。
【００６１】
１回目のレーザー照射と、２回目のレーザー照射とのそれぞれにおいて、ステージ３０３が移動した範囲を矢印で示している。共に同じ直線上において移動しており、そして移動範囲の長さも同じであるが、回転台の中心３０５とステージ３０３の移動する範囲との距離が異なっている。
【００６２】
上記方法により、１回目のレーザー照射におけるレーザー光のエッジと、２回目のレーザー照射におけるレーザー光のエッジとが重ならず、エッジの部分におけるエネルギーの低さを補うことができる。
【００６３】
本実施例は、実施例１と組み合わせて実施することが可能である。
【００６４】
（実施例３）
本実施例では、レーザー照射を複数回行う場合において、各回におけるレーザー光のエッジの部分が重ならないようにレーザー光を照射する、実施例２とは異なる方法について説明する。
【００６５】
本実施例では、エッジを重ねないようにするために、１回目のレーザー照射と２回目のレーザー照射において、回転台におけるレーザー光の照射位置を変える。図６に、回転台における１回目のレーザー照射と２回目のレーザー照射における、レーザー光の軌跡を示す。４０１は回転台、４０２は被処理物を示している。
【００６６】
４０３は、１回目のレーザー照射におけるレーザー光の軌跡を示しており、４０４は、２回目のレーザー照射におけるレーザー光の軌跡を示している。レーザー光の軌跡４０３とレーザー光の軌跡４０４は互いに重なっており、そのエッジは互いに重なっていない。１回目のレーザー照射においては、被処理物４０２のレーザー光の軌跡４０３と重なる部分において処理がなされ、２回目のレーザー照射においては、被処理物４０２のレーザー光の軌跡４０４と重なる部分において処理がなされる。
【００６７】
上記方法により、１回目のレーザー照射におけるレーザー光のエッジと、２回目のレーザー照射におけるレーザー光のエッジとが重ならないので、エッジの部分におけるエネルギーの不均一さを緩和し、被処理物への処理をほぼ均一に行うことができるようになる。
【００６８】
本実施例は、実施例１または実施例２と組み合わせて実施することが可能である。
【００６９】
（実施例４）
本実施例では、被処理物上に形成された被処理膜の表面及び裏面からレーザー光を照射するための構成について説明する。
【００７０】
図７（Ａ）に本実施例のレーザー装置の側面図を示す。図７（Ａ）に示した本発明のレーザー装置は、被処理物４１０とステージ４１１の間に、レーザー光を反射させるための反射体４２０が配置されている。
【００７１】
ステージ４１１は、モーター４１５によって回転台４１３上に設けられたガイドレール４１２に沿って移動可能になっている。ステージ４１１が移動する直線状の軌跡の延長上には、回転台４１３の回転の中心が存在している。また回転台４１３は、回転台４１３用のモーター（以下、回転台用モーターとする）４１６によって回転する
【００７２】
そして、発振装置及びその他光学系４１７、光学系４１８によって、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を被処理物４１０に照射することができる。
【００７３】
なお本実施例では、基板の表面でレーザー光の一部が反射し、入射したときと同じ光路を戻るいわゆる戻り光が、レーザー発振装置の出力、周波数等の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼすのを防ぐために、基板対して垂直にレーザー光を入射させずに、基板に対して斜めに入射させるようにする。この場合、レーザー光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、反射光が不適切な箇所を照射するのを防ぐためダンパーを設置して、反射光を吸収させるのが好ましい。なお、ダンパーには冷却水が循環しており、反射光の吸収によりダンパーの温度が上昇するのを防いでいる。
【００７４】
なお、レーザー光を基板に対して斜めに入射させなくとも、戻り光を取り除きレーザーの発振を安定させるため、アイソレータを設置するようにしても良い。
【００７５】
図７（Ｂ）に、図７（Ａ）における被処理物４１０と反射体４２０との位置関係を示す。
【００７６】
図７（Ｂ）において、被処理物４１０は、透光性を有する基板４２１と、その表面（薄膜または素子が形成される側の面）に形成された絶縁膜４２２と、非晶質半導体膜４２３が形成されている。また、透光性基板４２１の下にはレーザー光を反射させるための反射体４２０が配置される。
【００７７】
透光性基板４２１はガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用いられる。また、絶縁膜４２２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば良い。非晶質半導体膜４２３はアモルファスシリコン膜、アモルファスシリコンゲルマニウム膜などがありうる。
【００７８】
また、反射体４２０は表面（レーザー光の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、アルミニウム、銀、タングステン、チタン、タンタルのいずれかの元素を含む金属膜を用いる。
【００７９】
また、反射体４２０を配置する代わりに、透光性基板４２１の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも可能である。但し、その構成は半導体装置の作製過程で裏面に形成した金属膜が除去されないことが前提である。
【００８０】
そして、光学系４１８（図中ではシリンドリカルレンズのみを示す。）を経由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜４２３に照射される。このとき、非晶質半導体膜４２３に照射されるレーザー光には、光学系４１８を通過して直接照射されるレーザー光と、反射体４２０で一旦反射されて非晶質半導体膜４２３へ照射されるレーザー光とが得られるように、光学系４１８が設計されていることが肝要である。なお、本明細書中では、非晶質半導体膜の表面に照射されるレーザー光を第一次レーザー光と呼び、裏面に照射されるレーザー光を第二次レーザー光と呼ぶ。
【００８１】
光学系４１８を通過したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して４５〜９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザー光は非晶質半導体膜４２３の裏面側にも回り込んで照射される。また、反射体４２０の反射面に起伏部を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二次レーザー光をさらに効率良く得ることができる。
【００８２】
特に、ＹＡＧレーザーの第２高調波の波長は５３２ｎｍであり、非晶質半導体膜に照射した場合、最も非晶質半導体膜で反射しない波長範囲（５３０ｎｍ前後）内である。また、この波長範囲においては、非晶質半導体膜を透過するレーザー光が十分な光量であるため、反射体を用いて再度、裏面側から非晶質半導体膜に照射することにより効率よく照射できる。また、第２高調波のレーザーエネルギーは、（既存のＹＡＧレーザー装置における）最大値で約１．５Ｊ／ｐｕｌｓｅと大きく、線状に加工した場合、長手方向の長さを飛躍的に長くすることができ、一括で大面積のレーザー光照射が可能となる。
【００８３】
図７（Ｃ）に、図７（Ａ）の矢印４２５から見た、被処理物４１０と反射体４２０との位置関係を示す。本実施例では、戻り光がもときた光路をたどって発振装置４１７に戻るのを防ぐために、基板４２１に対する入射角が、０より大きく９０°より小さくなるように保っている。より具体的には５〜３０°に保つ。
【００８４】
なお、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θ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、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。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θとする。この入射角度θ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。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。
【００８５】
以上のように、本実施例によれば、レーザー光を第一次レーザー光及び第二次レーザー光に分光して、非晶質半導体膜の表面及び裏面に照射することが可能である。
【００８６】
本実施例は、実施例１〜実施例３と組み合わせて実施することが可能である。
【００８７】
（実施例５）
本実施例では、絶縁表面上に公知の成膜法で成膜した半導体膜を、パターニングして島状にした後、本発明のレーザー装置を用いたレーザーアニールにより結晶化する例について説明する。
【００８８】
図８（Ａ）に島状の半導体膜４５０にレーザー光を照射し、結晶化している様子を示す。島状の半導体膜４５０は、非晶質構造を有しており、半導体の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。
【００８９】
破線４５１は、島状の半導体膜４５０をレーザーアニールにより結晶化した後、パターニングすることによって得られるＴＦＴの活性層の位置を示している。レーザー光の照射位置４５２は、キャリアが移動する方向またはその逆の方向に沿うように移動させる。
【００９０】
島状の半導体膜４５０においてレーザー光が最初に照射される部分４５３の拡大図を、図８（Ｂ）に示す。本実施例では、レーザー光の照射は、意図的に島状の半導体膜のエッジの部分から開始する。エッジとは、レーザー光が照射される方向から島状の半導体膜を見たときに、半導体膜の角を有している部分を指す。
【００９１】
図８（Ｂ）において、レーザー光が照射される方向から見たときの、エッジの角度θ１は、１８０°未満にする。また、絶縁表面に対する
島状の半導体膜４５０の側面の角度θ２は、９０±１０°とし、よりのぞましくは９０±５°とする。
【００９２】
島状の半導体膜４５０が有するエッジの部分からレーザー光の照射を開始すると、エッジの部分から（１００）面の配向を有する結晶が成長を開始する。そして、島状の半導体膜４５０へのレーザー光の照射が終了すると、島状の半導体膜４５０全体の（１００）面の配向率を高めることができる。
【００９３】
半導体膜の（１００）面の配向率を高めると、活性層として用いたときにＴＦＴの移動度を高くすることができる。また、半導体膜の（１００）面の配向率が高いと、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができ、それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。
【００９４】
次に、上述した半導体膜の結晶化の方法を、駆動回路を画素部と同じ基板上に有する、アクティブマトリクス型の半導体表示装置の作製方法に応用した例について説明する。
【００９５】
図９（Ａ）に、基板５００上に画素部５０１と、信号線駆動回路５０２と、走査線駆動回路５０３とが備えられた、液晶パネルの上面図を示す。図９（Ａ）において、破線で示した矢印の方向に向かって、レーザー光の照射位置が移動する。
【００９６】
図９（Ａ）の画素部５０１の一部５０４の拡大図を図９（Ｂ）に、信号線駆動回路５０２の一部５０５の拡大図を図９（Ｃ）に、走査線駆動回路５０３の一部５０６の拡大図を図９（Ｄ）に示す。
【００９７】
画素部５０１、信号線駆動回路５０２、走査線駆動回路５０３のそれぞれにおいて、各ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜が複数形成されている。５０７、５０８、５０９に示す領域にレーザー光が照射され、各領域は矢印の方向に向かって移動する。
【００９８】
そして島状の半導体膜のそれぞれは、エッジの部分からレーザー光の照射が開始されるように、その配置が定められている。
【００９９】
なお、島状の半導体膜のサイズ及び形状は、画素部５０１、信号線駆動回路５０２、走査線駆動回路５０３のそれぞれにおいて形成されるＴＦＴの形状に合わせて決める。また、１つの島状の半導体膜から複数のＴＦＴの活性層を形成するようにしても良い。
【０１００】
本実施例は、実施例１〜実施例４と組み合わせて実施することが可能である。
【０１０１】
（実施例６）
本実施例では、本発明のレーザー装置において用いられるレーザー光の発振装置及びその他光学系について説明する。
【０１０２】
図１０に本実施例のレーザー装置の構造を示す。５２０は連続発振又はパルス発振が可能なレーザー光の発振装置である。発振装置５２０は、チラー５２７によってその温度を一定に保たれるようにする。チラー５２７は必ずしも設ける必要はないが、発振装置５２０の温度を一定に保つことで、発振装置から出力されるレーザー光のエネルギーが、発振装置の温度によってばらつくのを抑えることができる。
【０１０３】
発振装置５２０から出力されたレーザー光は、固定ミラー５２１、５２２、５２３によってその光路を変えられて、コリメータレンズ又はシリンドリカルレンズなどのレンズ５２４、５２５によって集光され、ステージ５２８に設置された被処理物５２６に照射される。勿論、光学系の数に限定はなく、レーザー光が被処理物に、一定の位置及び一定の角度から照射される手段が備えられていれば良い。
【０１０４】
なお、被処理物に照射されたレーザー光は表面で反射して、再び光学系に入射することにより、レーザー発振装置にダメージを与えることがあるので、レーザー光は所定の角度をもって被処理物に入射させることが望ましい。
【０１０５】
そして、ステージ５２８を回転台５２９上において直線状に移動させ、回転台５２９をステージ５２８の移動した軌跡の延長上に存在する点を中心として回転させることによって、被処理物５２６上におけるレーザー光の照射位置を移動させ、被処理物５２６全面を処理することができる。
【０１０６】
本実施例は、実施例１〜実施例５と組み合わせて実施することが可能である。
【０１０７】
（実施例７）
本実施例では、本発明のレーザー装置において用いられるレーザー光の発振装置及びその他光学系について説明する。
【０１０８】
図１１に本実施例のレーザー装置の構造を示す。本実施例のレーザー装置は、複数の発振装置を用い、該複数の発振装置から発振された複数のレーザー光を１つにまとめる。なお本実施例では３つの発振装置５５０（５５０ａ、５５０ｂ、５５０ｃ）を用いた場合を例に挙げて説明する。
【０１０９】
各発振装置からのレーザー光の発振は、制御装置５５２により自在に制御することができる。３つの発振装置５５０のうち、少なくとも１つは、出力するレーザー光は非線形光学素子により、第２高調波や、第３高調波、第４高調波に変換する。本実施例では、全ての発振装置５５０から出力されるレーザー光を非線形光学素子５５１ａ、５５１ｂ、５５１ｃにより、それぞれその波長を変換する。変換する波長は同じであっても、いずれかが異なっていてもよい。
【０１１０】
３つの発振装置５５０からそれぞれ出力されたレーザー光は、１つに合成される。具体的に本実施例では、それぞれのレーザー光を、各レーザー光に対応したファイバーアレイ５５３を介して導波路５５４に入射させ、１つのレーザー光にまとめる。薄膜偏光素子（ＴＦＰ：Thin Film Polarizer）やその他の偏光子を用いても行うことができる。
【０１１１】
導波路５５４を経て合成されたレーザー光を再び光ファイバ５５５へ入射させ、レーザー光が拡散するのを低減させる。光ファイバ５５５から射出したレーザー光は凸レンズ５５６により集光し、ステージ５４０に設置された被処理物５５９へ到達する。
【０１１２】
１つに合成されたレーザー光は、大出力レーザーから発振されたレーザー光に相当するエネルギー密度を有している。また、同じレーザーから発振されるレーザー光は干渉性が高いが、異なるレーザーから発振されるレーザー光同士は干渉しないため、複数のレーザーが１つにまとめられたレーザー光は、互いに補い合って干渉を低減することを可能とする。また、レーザー光を高調波に変換するために用いる非線形光学素子は、レーザー光が透過するため、十分な耐熱性、耐久性が必要とされ、大出力のレーザーであるほど、非線形光学素子における劣化は大きい。そのため、透過するレーザー光のエネルギーが少しでも小さければ、非線形光学素子の寿命が延び、コストダウンに繋がる。複数の非線形光学素子で複数のレーザー光の波長を変換した後、合成して１つのレーザー光とするという本実施例の構成は、単数の非線形光学素子で１つのレーザー光の波長を変換するよりも１つの非線形光学素子にかかる負担が軽減される。そのため、各非線形光学素子の寿命を延ばすことができ、コストダウンにさせることができる。
【０１１３】
そして、このようなレーザー光を光ファイバ、ガルバノメータ、ポリゴンメータなどの光学系を用いて、被処理物の全面に照射することができる。
【０１１４】
照射面におけるレーザー光の形状は、レーザーの種類によって異なるし、光学系により成形することもできる。例えば、ラムダ社製のＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）Ｌ３３０８から射出されたレーザー光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状である。また、ＹＡＧレーザーから射出されたレーザー光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザー光を光学系により、さらに成形することにより、所望の大きさのレーザー光をつくることもできる。
【０１１５】
さらに、被処理物が有する基板に対して垂直にレーザー光を入射させる場合は、基板の表面でレーザー光の一部が反射し、入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光となるが、該戻り光はレーザーの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす。そのため、戻り光を取り除きレーザーの発振を安定させるため、アイソレータを設置するのが好ましい。
【０１１６】
一方、戻り光を防ぐため、基板に対して斜めにレーザー光を入射させることもできる。しかしながら、レーザー光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、反射光が不適切な箇所を照射するのを防ぐためダンパーを設置して、反射光を吸収させるのが好ましい。なお、ダンパーには冷却水が循環しており、反射光の吸収によりダンパーの温度が上昇するのを防いでいる。
【０１１７】
そして、ステージ５４０を回転台５４１上において直線状に移動させ、回転台５４１をステージ５４０の移動した軌跡の延長上に存在する点を中心として回転させることによって、被処理物５５９上におけるレーザー光の照射位置を移動させ、被処理物５５９全面を処理することができる。
【０１１８】
本実施例は、実施例１〜実施例５と組み合わせて実施することが可能である。
【０１１９】
（実施例８）
本実施例では、本発明のレーザー装置において用いられるレーザー光の発振装置及びその他光学系について説明する。
【０１２０】
図１２に本実施例のレーザー装置の構造を示す。本実施例のレーザー装置は、発振装置５７１から発振されたレーザー光が非線形光学素子５７２により高調波に変換され、分割手段であるミラー５７３により複数のレーザー光に分割される。
【０１２１】
それぞれのレーザー光は周期的なエネルギー分布を有するレーザー光の形成手段であるミラー５７４ａ、５７４ｂによって反射され、それぞれシリンドリカルレンズ５７５ａ、５７５ｂによって集光され、ステージ（本実施例では図示せず）上に設置された被処理物５６１に到達する。被処理物５６１において、複数のレーザー光が合成されることで干渉が生じ、周期的なエネルギー分布を有するレーザー光が形成される。シリンドリカルレンズ５７５ａ、５７５ｂは必ずしも設置する必要はないが、設置することで照射面においてエネルギー密度を高めることができる。
【０１２２】
なお、レーザーから射出されたレーザー光の形状は、レーザーの種類によって異なり、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。
【０１２３】
そして、ステージを回転台５６０上において直線状に移動させ、回転台５６０をステージの移動した軌跡の延長上に存在する点を中心として回転させることによって、被処理物５６１上におけるレーザー光の照射位置を移動させ、被処理物５６１全面を処理することができる。
【０１２４】
本実施例は、実施例１〜実施例５と組み合わせて実施することが可能である。
【０１２５】
（実施例９）
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１３〜図１５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。
【０１２６】
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６００を用いる。なお、基板６００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。
【０１２７】
次いで、基板６００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６０１を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により形成する。本実施例では下地膜６０１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。
【０１２８】
次いで、下地膜上に半導体層６０２〜６０６を形成する。半導体層６０２〜６０６は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、レーザー結晶化法により結晶化させる。レーザー結晶化法は、本発明のレーザー装置を用いて行うことができる。もちろん、レーザー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。そして、得られた結晶性半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層６０２〜６０６を形成する。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。
【０１２９】
レーザー発振装置は、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーを用いる。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数３００Hzとし、レーザーエネルギー密度を１００〜４００mJ/cm2(代表的には２００〜３００mJ/cm2)とする。また、ＹＡＧレーザーを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数３０〜３００kHzとし、レーザーエネルギー密度を３００〜６００mJ/cm2(代表的には３５０〜５００mJ/cm2)とすると良い。そして幅１００〜１０００μm、例えば４００μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９０％として行う。
【０１３０】
なおレーザーは、連続発振またはパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ２Ｏ３レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【０１３１】
非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を適用するのが望ましい。具体的には、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。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、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【０１３２】
続いて、フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって半導体層６０２〜６０６を形成する。
【０１３３】
また、半導体層６０２〜６０６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。
【０１３４】
次いで、半導体層６０２〜６０６を覆うゲート絶縁膜６０７を形成する。ゲート絶縁膜６０７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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
次いで、ゲート絶縁膜６０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜６０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜６０９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６０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜６０９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。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る。
【０１３７】
なお、本実施例では、第１の導電膜６０８をＴａＮ、第２の導電膜６０９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）で形成し、第２の導電膜をＷ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。
【０１３８】
また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、タングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。
【０１３９】
なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャントの種類を選択することが重要である。
【０１４０】
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６１０〜６１５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１３（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。
【０１４１】
この後、レジストからなるマスク６１０〜６１５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。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。
【０１４２】
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６１７〜６２２（第１の導電層６１７ａ〜６２２ａと第２の導電層６１７ｂ〜６２２ｂ）を形成する。６１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層６１７〜６２２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。
【０１４３】
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１３（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６２８ｂ〜６３３ｂを形成する。一方、第１の導電層６１７ａ〜６２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層６２８〜６３３を形成する。
【０１４４】
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６２８〜６３３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６２３〜６２７が形成される。不純物領域６２３〜６２７には１×１０18〜１×１０20atoms/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【０１４５】
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６３４ａ〜６３４ｃ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６２８ｂ〜６３２ｂ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１４（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６３６、６４２、６４８には１×１０18〜５×１０19 atoms/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６３５、６４１、６４４、６４７には１×１０19〜５×１０21 atoms/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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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６５０ａ〜６５０ｃ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６５３、６５４、６５９、６６０を形成する。第２の導電層６２８ａ〜６３２ａ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６５３、６５４、６５９、６６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１４（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６５０ａ〜６５０ｃ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６５３、６５４と６５９、６６０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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
次いで、レジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜６６１を形成する。この第１の層間絶縁膜６６１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６６１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。
【０１５０】
次いで、図１４（Ｃ）に示すように、活性化処理としてレーザー照射方法を用いる。レーザーアニール法を用いる場合、結晶化の際に用いたレーザーを使用することが可能である。活性化の場合は、移動速度は結晶化と同じにし、０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）のエネルギー密度が必要となる。また結晶化の際には連続発振のレーザーを用い、活性化の際にはパルス発振のレーザーを用いるようにしても良い。
【０１５１】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。
【０１５２】
そして、加熱処理（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６６１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３００〜６５０℃で１〜１２時間の加熱処理を行っても良い。この場合は、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。
【０１５３】
次いで、第１の層間絶縁膜６６１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６６２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のものを用いても良い。また、表面に凸凹が形成されるものを用いても良い。
【０１５４】
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。
【０１５５】
また、第２の層間絶縁膜６６２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。
【０１５６】
そして、駆動回路６８６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６６４〜６６８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１５）
【０１５７】
また、画素部６８７においては、画素電極６７０、ゲート配線６６９、接続電極６６８を形成する。この接続電極６６８によりソース配線（６４３ａと６４３ｂ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６６９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６７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域６９０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６８５と電気的な接続が形成される。また本願では画素電極と接続電極とを同じ材料で形成しているが、画素電極６７０として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ても良い。
【０１５８】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６と、画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素部６８７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。
【０１５９】
駆動回路６８６のｎチャネル型ＴＦＴ６８１はチャネル形成領域６３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６２８ａと重なる低濃度不純物領域６３６（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６５２と、を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ６８１と電極６６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ６８２にはチャネル形成領域６４０、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６５３と、ｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域６５４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ６８３にはチャネル形成領域６４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６３０ａと重なる低濃度不純物領域６４２（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６５６とを有している。
【０１６０】
画素部の画素ＴＦＴ６８４にはチャネル形成領域６４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域６４５（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６５８とを有している。また、保持容量６８５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６８５は、絶縁膜６１６を誘電体として、電極（６３２ａと６３２ｂの積層）と、半導体層とで形成している。
【０１６１】
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。
【０１６２】
本実施例は、実施例１〜実施例８と組み合わせて実施することが可能である。
【０１６３】
（実施例１０）
本実施例では、実施例９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１６を用いる。
【０１６４】
まず、実施例９に従い、図１５の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１５のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極６７０上に配向膜８６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜８６７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８７２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。
【０１６５】
次いで、対向基板８６９を用意する。次いで、対向基板８６９上に着色層８７０、８７１、平坦化膜８７３を形成する。赤色の着色層８７０と青色の着色層８７１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。
【０１６６】
本実施例では、実施例９に示す基板を用いている。従って、少なくともゲート配線６６９と画素電極６７０の間隙と、ゲート配線６６９と接続電極６６８の間隙と、接続電極６６８と画素電極６７０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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
次いで、平坦化膜８７３上に透明導電膜からなる対向電極８７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜８７４を形成し、ラビング処理を施した。
【０１６９】
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８６８で貼り合わせる。シール材８６８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８７５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８７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１６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。
【０１７０】
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分布が周期的または一様なレーザー光が照射され、大粒径の結晶粒が形成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。
【０１７１】
なお、本実施例は実施例１〜実施例９と組み合わせて実施することが可能である。
【０１７２】
（実施例１１）
本実施例では、実施例９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、発光装置を作製する例を以下に説明する。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等を実装し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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
図１７は本実施例の発光装置の断面図である。図１７において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ７３３は実施例９の作製方法を用いて形成される。
【０１７５】
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。
【０１７６】
基板７００上に設けられた駆動回路は実施例９の作製方法を用いて形成される。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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
なお、電流制御ＴＦＴ７３４は実施例９の作製方法を用いて形成される。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。
【０１７９】
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のドレイン領域と画素電極７１１とを電気的に接続する電極である。
【０１８０】
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。
【０１８１】
配線７０１〜７０７を形成後、図１７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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１７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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
こうして図１７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。
【０１９１】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ７３１、７３２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）７０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）７３４が形成される。
【０１９２】
さらに、図１７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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布が周期的または一様なレーザー光が照射され、大粒径の結晶粒が形成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。
【０１９５】
なお、本実施例は実施例１〜実施例９のいずれか一と組み合わせて実施することが可能である。
【０１９６】
（実施例１２）
本実施例では、本発明の半導体装置の１つである発光装置の画素の、実施例１１とは異なる構成について説明する。図１８に本実施例の発光装置の画素の断面図を示す。
【０１９７】
７５１はｎチャネル型ＴＦＴであり、７５２はｐチャネル型ＴＦＴである。ｎチャネル型ＴＦＴ７５１は、半導体膜７５３と、第１の絶縁膜７７０と、第１の電極７５４、７５５と、第２の絶縁膜７７１と、第２の電極７５６、７５７とを有している。そして、半導体膜７５３は、第１濃度の一導電型不純物領域７５８と、第２濃度の一導電型不純物領域７５９と、チャネル形成領域７６０、７６１を有している。
【０１９８】
第１の電極７５４、７５５とチャネル形成領域７６０、７６１とは、それぞれ第１の絶縁膜７７０を間に挟んで重なっている。また、第２の電極７５６、７５７と、チャネル形成領域７６０、７６１とは、それぞれ第２の絶縁膜７７１を間に挟んで重なっている。
【０１９９】
ｐチャネル型ＴＦＴ７５２は、半導体膜７８０と、第１の絶縁膜７７０と、第１の電極７８２と、第２の絶縁膜７７１と、第２の電極７８１とを有している。そして、半導体膜７８０は、第３濃度の一導電型不純物領域７８３と、チャネル形成領域７８４を有している。
【０２００】
第１の電極７８２とチャネル形成領域７８４とは、それぞれ第１の絶縁膜７７０を間に挟んで重なっている。第２の電極７８１とチャネル形成とは、それぞれ第２の絶縁膜７７１を間に挟んで重なっている。
【０２０１】
そして、第１の電極７８２と第２の電極７８１とは、配線７９０を介して電気的に接続されている。
【０２０２】
本発明のレーザー装置は、半導体膜７５３、７８０の結晶化、活性化またはその他レーザーアニールを用いる工程において使用することができる。
【０２０３】
本実施例では、スイッチング素子として用いるＴＦＴ（本実施例の場合ｎチャネル型ＴＦＴ７５１）は、第１の電極に一定の電圧を印加している。第１の電極に一定の電圧を印加することで、電極が１つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【０２０４】
また、スイッチング素子として用いるＴＦＴよりも大きな電流を流すＴＦＴ（本実施例の場合ｐチャネル型ＴＦＴ７５２）は、第１の電極と第２の電極とを電気的に接続している。第１の電極と第２の電極に同じ電圧を印加することで、実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サブスレッショルド係数を小さくすることができ、オン電流を大きくすることができる。よって、この構造のＴＦＴを駆動回路に使用することにより、駆動電圧を低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、ＴＦＴのサイズ（特にチャネル幅）を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。
【０２０５】
なお、本実施例は実施例１〜実施例１１のいずれか一と組み合わせて実施することが可能である。
【０２０６】
（実施例１３）
本実施例では、本発明の半導体装置の１つである発光装置の画素の、実施例１１、実施例１２とは異なる構成について説明する。図１９に本実施例の発光装置の画素の断面図を示す。
【０２０７】
図１９において、９１１は基板、９１２は下地となる絶縁膜（以下、下地膜という）である。基板９１１としては透光性基板、代表的にはガラス基板、石英基板、ガラスセラミックス基板、又は結晶化ガラス基板を用いることができる。但し、作製プロセス中の最高処理温度に耐えるものでなくてはならない。
【０２０８】
８２０１はスイッチングＴＦＴ、８２０２は電流制御ＴＦＴであり、それぞれｎチャネル型ＴＦＴ、ｐチャネル型ＴＦＴで形成されている。有機発光層の発光方向が基板の下面（ＴＦＴ及び有機発光層が設けられていない面）の場合、上記構成であることが好ましい。しかしスイッチングＴＦＴと電流制御ＴＦＴは、ｎチャネル型ＴＦＴでもｐチャネル型ＴＦＴでも、どちらでも構わない。
【０２０９】
スイッチングＴＦＴ８２０１は、ソース領域９１３、ドレイン領域９１４、ＬＤＤ領域９１５a〜９１５d、分離領域９１６及びチャネル形成領域９１７a、９１７bを含む活性層と、ゲート絶縁膜９１８と、ゲート電極９１９a、９１９bと、第１層間絶縁膜９２０と、ソース信号線９２１と、ドレイン配線９２２とを有している。なお、ゲート絶縁膜９１８又は第１層間絶縁膜９２０は基板上の全ＴＦＴに共通であっても良いし、回路又は素子に応じて異ならせても良い。
【０２１０】
また、図１９に示すスイッチングＴＦＴ８２０１はゲート電極９１７a、９１７bが電気的に接続されており、いわゆるダブルゲート構造となっている。勿論、ダブルゲート構造だけでなく、トリプルゲート構造などいわゆるマルチゲート構造（直列に接続された二つ以上のチャネル形成領域を有する活性層を含む構造）であっても良い。
【０２１１】
マルチゲート構造はオフ電流を低減する上で極めて有効であり、スイッチングＴＦＴのオフ電流を十分に低くすれば、それだけ電流制御ＴＦＴ８２０２のゲート電極に接続された保持容量が必要とする最低限の容量を抑えることができる。即ち、保持容量の面積を小さくすることができるので、マルチゲート構造とすることは発光素子の有効発光面積を広げる上で有効である。
【０２１２】
さらに、スイッチングＴＦＴ８２０１においては、ＬＤＤ領域９１５a〜９１５dは、ゲート絶縁膜９１８を介してゲート電極９１９a、９１９bと重ならないように設ける。このような構造はオフ電流を低減する上で非常に効果的である。また、ＬＤＤ領域９１５a〜９１５dの長さ（幅）は０．５〜３．５μｍ、代表的には２．０〜２．５μｍとすれば良い。なお、二つ以上のゲート電極を有するマルチゲート構造の場合、チャネル形成領域の間に設けられた分離領域９１６（ソース領域又はドレイン領域と同一の濃度で同一の不純物元素が添加された領域）がオフ電流の低減に効果的である。
【０２１３】
次に、電流制御ＴＦＴ８２０２は、ソース領域９２６、ドレイン領域９２７及びチャネル形成領域９６５を含む活性層と、ゲート絶縁膜９１８と、ゲート電極９３０と、第１層間絶縁膜９２０と、ソース信号線９３１並びにドレイン配線９３２を有して形成される。本実施例において電流制御ＴＦＴ８２０２はｐチャネル型ＴＦＴである。
【０２１４】
また、スイッチングＴＦＴ８２０１のドレイン領域９１４は電流制御ＴＦＴ８２０２のゲート９３０に接続されている。図示してはいないが、具体的には電流制御ＴＦＴ８２０２のゲート電極９３０はスイッチングＴＦＴ８２０１のドレイン領域９１４とドレイン配線（接続配線とも言える）９２２を介して電気的に接続されている。なお、ゲート電極９３０はシングルゲート構造となっているが、マルチゲート構造であっても良い。また、電流制御ＴＦＴ８２０２のソース信号線９３１は電源供給線（図示せず）に接続される。
【０２１５】
以上は画素内に設けられたＴＦＴの構造について説明したが、このとき同時に駆動回路も形成される。図１９には駆動回路を形成する基本単位となるＣＭＯＳ回路が図示されている。
【０２１６】
図１９においては極力動作速度を落とさないようにしつつホットキャリア注入を低減させる構造を有するＴＦＴをＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ８２０４として用いる。なお、ここでいう駆動回路としては、ソース信号側駆動回路、ゲート信号側駆動回路を指す。勿論、他の論理回路（レベルシフタ、Ａ／Ｄコンバータ、信号分割回路等）を形成することも可能である。
【０２１７】
ＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ８２０４の活性層は、ソース領域９３５、ドレイン領域９３６、ＬＤＤ領域９３７及びチャネル形成領域９３８を含み、ＬＤＤ領域９３７はゲート絶縁膜９１８を介してゲート電極９３９と重なっている。
【０２１８】
ドレイン領域９３６側のみにＬＤＤ領域９３７を形成しているのは、動作速度を落とさないための配慮である。また、このｎチャネル型ＴＦＴ８２０４はオフ電流値をあまり気にする必要はなく、それよりも動作速度を重視した方が良い。従って、ＬＤＤ領域９３７は完全にゲート電極に重ねてしまい、極力抵抗成分を少なくすることが望ましい。即ち、いわゆるオフセットはなくした方がよい。
【０２１９】
また、ＣＭＯＳ回路のｐチャネル型ＴＦＴ８２０５は、ホットキャリア注入による劣化が殆ど気にならないので、特にＬＤＤ領域を設けなくても良い。従って活性層はソース領域９４０、ドレイン領域９４１及びチャネル形成領域９６１を含み、その上にはゲート絶縁膜９１８とゲート電極９４３が設けられる。勿論、ｎチャネル型ＴＦＴ８２０４と同様にＬＤＤ領域を設け、ホットキャリア対策を講じることも可能である。
【０２２０】
なお９４２、９３８、９１７ａ、９１７ｂ、９２９はチャネル形成領域９６１〜９６５を形成するためのマスクである。
【０２２１】
また、ｎチャネル型ＴＦＴ８２０４及びｐチャネル型ＴＦＴ８２０５はそれぞれソース領域上に第１層間絶縁膜９２０を間に介して、ソース信号線９４４、９４５を有している。また、ドレイン配線９４６によってｎチャネル型ＴＦＴ８２０４とｐチャネル型ＴＦＴ８２０５とのドレイン領域は互いに電気的に接続される。
【０２２２】
本発明のレーザー装置は、活性層の結晶化、活性化またはその他レーザーアニールを用いる工程において使用することができる。
【０２２３】
なお本実施例の構成は、実施例１〜１１と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２２４】
（実施例１４）
本実施例では、半導体膜をレーザー光照射により結晶化したときに溶融した半導体膜中に混入した不純物を、除去する例について説明する。以下に代表的な作製手順を簡略に図２１を用いて示す。
【０２２５】
図２１（Ａ）中、１１００は、絶縁表面を有する基板、１１０１は下地絶縁膜、１１０２は非晶質構造を有する半導体膜である。
【０２２６】
まず、基板１１００上にブロッキング層として酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜からなる下地絶縁膜１１０１を形成する。ここでは下地絶縁膜１１０１として２層構造（膜厚５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜、膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜）を用いるが、単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。ただし、ブロッキング層を設ける必要がない場合には下地絶縁膜を形成しなくともよい。（図２１（Ａ））
【０２２７】
次いで、下地絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜１１０２を公知の手段により結晶化して結晶構造を有する半導体膜１１０４を形成する。（図２１（Ｂ））
【０２２８】
本実施例において、結晶構造を有する半導体膜は、プラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、またはスパッタ法で得られる非晶質構造を有する半導体膜１１０２を、本発明のレーザー装置を用いたレーザーアニールにより結晶化を行う。
【０２２９】
なおレーザー発振装置は、連続発振またはパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ２Ｏ３レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。レーザー光の照射における詳しい条件については、実施例９の記載を参照することができる。
【０２３０】
なお、結晶構造を有する半導体膜１１０４中の酸素濃度（ＳＩＭＳ分析）は、５×１０18atoms/cm3以下となるように形成することが望ましい。
【０２３１】
次いで、結晶構造を有する半導体膜１１０４上に珪素を主成分とするバリア層１１０５を形成する。なお、このバリア層１１０５は極薄いものでよく、自然酸化膜であってもよいし、酸素を含む雰囲気下において紫外線の照射によりオゾンを発生させて酸化させる酸化膜であってもよい。また、このバリア層１１０５として、炭素、即ち有機物の除去のために行われるヒドロ洗浄と呼ばれる表面処理に使用するオゾンを含む溶液で酸化させた酸化膜であってもよい。このバリア層１１０５は、主にエッチングストッパーとして用いるものである。また、このバリア層１１０５を形成した後、チャネルドープを行い、その後、強光を照射して活性化させてもよい。
【０２３２】
次いで、バリア層１１０５上に第２の半導体膜１１０６を形成する。（図２１（Ｃ））この第２の半導体膜１１０６は非晶質構造を有する半導体膜であってもよいし、結晶構造を有する半導体膜であってもよい。この第２の半導体膜１１０６の膜厚は、５〜５０ｎｍ、好ましくは１０〜２０ｎｍとする。第２の半導体膜１１０６には、酸素（ＳＩＭＳ分析での濃度が５×１０18atoms/cm3以上、好ましくは１×１０19atoms/cm3以上）を含有させてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。
【０２３３】
次いで、第２の半導体膜１１０６上に希ガス元素を含む第３の半導体膜（ゲッタリングサイト）１１０７を形成する。この第３の半導体膜１１０７はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、またはスパッタ法を用いた非晶質構造を有する半導体膜であってもよいし、結晶構造を有する半導体膜であってもよい。第３の半導体膜は、成膜段階で希ガス元素を含む半導体膜であってもよいし、希ガス元素を含んでいない半導体膜の成膜後に希ガス元素を添加してもよい。本実施例では成膜段階で希ガス元素を含む第３の半導体膜１１０７を形成した後、さらに希ガス元素を選択的に添加して第３の半導体膜１１０８を形成した例を示した。（図２１（Ｄ））また、第２の半導体膜と第３の半導体膜とを大気に触れることなく連続的に成膜してもよい。また、第２の半導体膜の膜厚と第３の半導体膜の膜厚との和は３０〜２００ｎｍ、例えば５０ｎｍとすればよい。
【０２３４】
本実施例は、第２の半導体膜１１０６によって、第１の半導体膜１１０４と第３の半導体膜（ゲッタリングサイト）１１０８との間隔を空けている。ゲッタリングの際、半導体膜１１０４中に存在する金属等の不純物元素は、ゲッタリングサイトの境界付近に集まりやすい傾向があるため、本実施例のように第２の半導体膜１１０６によって、ゲッタリングサイトの境界を第１の半導体膜１１０４から遠ざけてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。加えて、第２の半導体膜１１０６は、ゲッタリングの際、ゲッタリングサイトに含まれる不純物元素が拡散して第１の半導体膜の界面に達することがないようにブロッキングする効果も有している。また、第２の半導体膜１１０６は、希ガス元素を添加する場合、第１の半導体膜にダメージを与えないように保護する効果も有している。
【０２３５】
次いで、ゲッタリングを行う。ゲッタリングを行う工程としては、窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に代えて強光を照射してもよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。また、加熱したガスを噴射して基板を加熱するようにしても良い。この場合、６００℃〜８００℃、より望ましくは６５０℃〜７５０℃で１〜６０分加熱を行えば良く。時間を短縮化することができる。このゲッタリングにより、図２１（Ｅ）中の矢印の方向に不純物元素が移動し、バリア層１１０５で覆われた半導体膜１１０４に含まれる不純物元素の除去、または不純物元素の濃度の低減が行われる。ここでは、不純物元素が第１の半導体膜１１０４に偏析しないよう全て第３の半導体膜１１０８に移動させ、第１の半導体膜１１０４に含まれる不純物元素がほとんど存在しない、即ち膜中の不純物元素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、望ましくは１×１０17atoms/cm3以下になるように十分ゲッタリングする。
【０２３６】
次いで、バリア層１１０５をエッチングストッパーとして、１１０６、１１０８で示した半導体膜のみを選択的に除去した後、半導体膜１１０４を公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体層１１０９を形成する。（図２１（Ｆ））
【０２３７】
次いで、半導体層の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜１１１０となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。この表面洗浄とゲート絶縁膜の形成は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい。
【０２３８】
次いで、ゲート絶縁膜表面を洗浄した後、ゲート電極１１１１を形成し、半導体にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）、ここではリンを適宜添加して、ソース領域１１１２及びドレイン領域１１１３を形成する。添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、または本発明のレーザー装置を用いたレーザー光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜３００℃の雰囲気中において、表面または裏面からＹＡＧレーザーの第２高調波を照射して不純物元素を活性化させることは非常に有効である。ＹＡＧレーザーはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。
【０２３９】
以降の工程は、層間絶縁膜１１１５を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極１１１６、ドレイン電極１１１７を形成してＴＦＴを完成させる。（図２１（Ｇ））
【０２４０】
こうして得られたＴＦＴは、少なくともチャネル形成領域１１１４に含まれていた不純物元素は除去され、且つ、希ガス元素も含有していない。
【０２４１】
また、本実施例は図２１の構造に限定されず、必要があればチャネル形成領域とドレイン領域（またはソース領域）との間にＬＤＤ領域を有する低濃度ドレイン（ＬＤＤ：Lightly Doped Drain）構造としてもよい。この構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をＬＤＤ領域と呼んでいる。さらにゲート絶縁膜を介してＬＤＤ領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるＧＯＬＤ（Gate Overlapped LDD）構造としてもよい。
【０２４２】
また、ここではｎチャネル型ＴＦＴを用いて説明したが、半導体にｎ型を付与する不純物元素に代えて、半導体にｐ型を付与する不純物元素を用いることによってｐチャネル型ＴＦＴを形成することができることは言うまでもない。
【０２４３】
また、本実施例では、ゲッタリングが終了してから半導体膜をパターニングしているが、本実施例はこの構成に限定されない。半導体膜のパターニングは結晶化する前に行っても良いし、結晶化した後バリア層を形成する前に行っても良い。また、半導体膜を、結晶化する前、または結晶化した後でなおかつバリア層を形成する前に、大まかにパターニングし、そして、ゲッタリングした後に再びパターニングを行って、ＴＦＴの活性層を形成するようにしても良い。
【０２４４】
また、ここではトップゲート型ＴＦＴを例として説明したが、ＴＦＴ構造に関係なく本実施例を適用することが可能であり、例えばボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴや順スタガ型ＴＦＴに適用することが可能である。
【０２４５】
なお本実施例の構成は、実施例１〜１３と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２４６】
（実施例１５）
本発明のレーザー装置によって形成された半導体装置を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図２２に示す。
【０２４７】
図２２（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の半導体装置は表示部２００３に用いることができる。半導体装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２４８】
図２２（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明の半導体装置は表示部２１０２及びその他回路に用いることができる。
【０２４９】
図２２（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の半導体装置は表示部２２０３及びその他回路に用いることができる。
【０２５０】
図２２（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明の半導体装置は表示部２３０２に用いることができる。
【０２５１】
図２２（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明の半導体装置はこれら表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４及びその他回路に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【０２５２】
図２２（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の半導体装置は表示部２５０２及びその他回路に用いることができる。
【０２５３】
図２２（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の半導体装置は表示部２６０２及びその他回路に用いることができる。
【０２５４】
ここで図２２（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明の半導体装置は表示部２７０３及びその他回路に用いることができる。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【０２５５】
なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
【０２５６】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜１４に示したいずれの構成の半導体装置を用いても良い。
【０２５７】
（実施例１６）
本実施例では、本発明のレーザー装置を用いて半導体膜を結晶化例について説明する。
【０２５８】
図２３（Ａ）中、３０００は、絶縁表面を有する基板、３００１は基板中の不純物が半導体膜中に入り込むのを防ぐ絶縁膜である下地膜、３００２は非晶質構造を有する半導体膜である。
【０２５９】
図２３（Ａ）において、基板３０００はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、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、本工程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。
【０２６０】
まず、図２３（Ａ）に示すように基板３０００上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯxＮy）等の絶縁膜から成る下地絶縁膜３００１を形成する。代表的な一例は下地絶縁膜３００１として２層構造から成り、ＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第１酸化窒化シリコン膜を３０〜１００ｎｍ、ＳｉＨ4、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第２酸化窒化シリコン膜を３０〜１５０ｎｍの厚さに積層形成する構造を用いることができる。また、第１酸化窒化シリコン膜、第２酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した３層構造を用いてもよい。
【０２６１】
次いで、下地絶縁膜３００１上に非晶質構造を有する半導体膜３００２を形成する。半導体膜３００２は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法で１０〜１００nmの厚さに形成する。後の結晶化で良質な結晶性を有する半導体膜を得るためには、非晶質構造を有する半導体膜３００２の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を５×１０18 atoms/cm3（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）にて測定した原子濃度）以下に低減させておくと良い。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理（電界研磨処理）やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のＣＶＤ装置を用いることが望ましい。
【０２６２】
次いで、大気中または酸素雰囲気化において非晶質構造を有する半導体膜３００２を、本発明のレーザー装置を用いて第１のレーザー光を照射し、結晶化させる。本実施例では第１のレーザーとして連続発振のＹＶＯ4レーザーを用いる。本実施例では、レーザー光の出力エネルギーを２７Ｗとし、レーザーのビームスポットを、長軸×短軸が５００μｍ×５０μｍの楕円形状とし、楕円の短軸方向にレーザー光が移動するようにする。なお、レーザー光の出力エネルギーや、ビームスポットの形状は、設計者が適宜設定することが可能である。
【０２６３】
なお本実施例では連続発振型のＹＶＯ4レーザーを用いるが、本実施例はこの構成に限定されない。例えば、レーザー発振装置は、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーを用いることができる。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数３００Hzとし、レーザーエネルギー密度を１００〜４００mJ/cm2(代表的には２００〜３００mJ/cm2)とする。また、ＹＡＧレーザーを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数３０〜３００kHzとし、レーザーエネルギー密度を３００〜６００mJ/cm2(代表的には３５０〜５００mJ/cm2)とすると良い。そして幅１００〜１０００μm、例えば４００μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９０％として行う。
【０２６４】
なおレーザーは、連続発振またはパルス発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ２Ｏ３レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【０２６５】
非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を適用するのが望ましい。具体的には、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。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、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【０２６６】
レーザー光の照射により、非晶質構造を有する半導体膜３００２が結晶化され、結晶性を有する半導体膜３００３と、半導体膜３００３に接する酸化膜３００４が形成される。なお、レーザー光の照射の際に、半導体膜３００３の結晶粒界に沿って突起した部分（リッジ）３００５が形成される。（図２３（Ｂ））
【０２６７】
次いで、酸化膜３００４を除去する。本実施例ではフッ酸系のエッチング液を用いて酸化膜３００４を除去し、結晶性を有する半導体膜３００３の表面を露出する。なお酸化膜３００４の除去の仕方は上述した方法に限定されない。例えば、フッ素系ガスを用いて酸化膜３００４を除去するようにいても良い。
【０２６８】
次いで、結晶性を有する半導体膜３００３に対してレーザー光（第２のレーザー光）を、窒素または真空雰囲気下で照射する（図２３（Ｃ））。なお、不活性雰囲気下で第２のレーザー光を照射する場合、例えば図２４に示すように、半導体膜３００３のレーザー光が照射される部分にのみ不活性ガスを照射するようにしても良い。例えば図２４（Ａ）に示すように、レーザー発振装置及び光学系４００１から出力されたレーザー光が、ガス吹きつけ部４００２のスリットを通過して半導体膜３００３に照射されるようにしても良い。図２４（Ｂ）はガス吹きつけ部４００２の拡大図であり、ガス吹きつけ部４００２は、レーザー光が通過できるスリット４００６が設けられている。また、ガス吹きつけ部４００２は、導管４００７を通して供給される不活性ガスが、半導体膜３００３のレーザー光が照射される周辺に噴射できるような開口部４００８が設けられている。開口部４００８から噴射された不活性ガスは半導体膜３００３に吹き付けられる。
【０２６９】
第２のレーザー光照射により、レーザー光（第２のレーザー光）を照射した場合、第１のレーザー光の照射により形成された凹凸の高低差（Ｐ―Ｖ値:Peak to Valley、高さの最大値と最小値の差分）が低減、即ち、平坦化された半導体膜３００６が形成される。（図２３（Ｄ））ここで、凹凸のＰ―Ｖ値は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により観察すればよい。具体的には、第１のレーザー光の照射により形成された表面の凹凸のＰ―Ｖ値が例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度であった場合、第２のレーザー光の照射により表面における凸凹のＰ―Ｖ値を５ｎｍ以下とすることができる。
【０２７０】
このレーザー光（第２のレーザー光）には波長４００nm以下のエキシマレーザー光や、ＹＡＧレーザーの第２高調波、第３高調波を用いる。また、上述した第１のレーザー光と同じレーザーを用いても良い。
【０２７１】
なお、第２のレーザー光の照射は、第１のレーザー光のエネルギー密度よりも高いが、照射前後で結晶性はほとんど変化しない。また、粒径などの結晶状態もほとんど変化しない。即ち、この第２のレーザー光の照射では平坦化のみが行われていると思われる。
【０２７２】
結晶性を有する半導体膜３００６が第２のレーザー光の照射により平坦化されたメリットは非常に大きい。具体的には、平坦性が向上したことによって、後に形成されるゲート絶縁膜を薄くすることが可能となり、ＴＦＴのオン電流値を向上させることができる。また、平坦性が向上したことによって、ＴＦＴを作製した場合、リーク電流を低減することができる。
【０２７３】
本実施例は、実施例１〜実施例１５と組み合わせて実施することが可能である。
【０２７４】
（実施例１７）
本実施例では、本発明のレーザー装置を用いたレーザーアニールにより半導体膜を結晶化する工程を、駆動回路を画素部と同じ基板上に有するアクティブマトリクス型の半導体表示装置の作製方法に応用した例について説明する。
【０２７５】
図２５（Ａ）に、基板６０００上に画素部６００１と、信号線駆動回路６００２と、走査線駆動回路６００３とが備えられた、液晶パネルの上面図を示す。図２５（Ａ）において、破線で示した矢印の方向に向かって、レーザー光の照射位置が移動する。
【０２７６】
本発明のレーザー装置によって半導体膜にレーザー光を照射すると、レーザー光の軌跡が完全な直線は描かず、ゆるやかな円弧を描く。よって本発明のレーザー装置を用いて半導体膜を結晶化すると、半導体膜にレーザー光の照射跡が円弧状に形成される。なおこの円弧は、円弧どうしで曲率半径がほぼ同じである。しかし該半導体膜をパターニングして形成されるＴＦＴの活性層のサイズは、該円弧の半径に比較して小さいため、活性層１つ１つのレーザー光の照射跡が残っていたとしても、該照射跡はほぼ直線状になっている。
【０２７７】
図２５（Ａ）の画素部６００１の一部６００４の拡大図を図２５（Ｂ）に、信号線駆動回路６００２の一部６００５の拡大図を図２５（Ｃ）に、走査線駆動回路６００３の一部６００６の拡大図を図２５（Ｄ）に示す。
【０２７８】
画素部６００１、信号線駆動回路６００２、走査線駆動回路６００３のそれぞれにおいて、各ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜が複数形成されている。６００７、６００８、６００９はパターニング後にＴＦＴの活性層となる部分である。破線６０２０はレーザー光の照射跡である。
【０２７９】
レーザー光の照射跡６０２０は、キャリアが移動する方向またはその逆の方向にほぼ沿うようにする。
【０２８０】
本実施例は、実施例１〜実施例１６と組み合わせて実施することが可能である。
【０２８１】
【発明の効果】
本発明のレーザー装置は、一定の位置及び一定の方向からレーザー光を照射していても、被処理物の移動方向を転換せずに被処理物におけるレーザー光の照射位置をＸ方向及びＹ方向へ移動させることができ、被処理物全面をレーザー光で照射することができる。よって、被処理物の移動方向の転換に伴う時間のロスが生じることはなく、従来に比べて処理の効率を高めることができる。
【０２８２】
また、レーザー光は、被処理物に対する照射角度が照射位置に関わらず固定されているため、被処理物内で反射して戻ってくるビームの強さや干渉の強さ等が照射位置によって異なることを防ぎ、被処理物に対する処理をほぼ均一に行うことができる。例えばレーザー照射により半導体膜を結晶化させる場合、半導体膜の位置によって結晶性に差が生じるのを防ぐことができる。そして、ビームの照射方向を変えて被処理物全体をレーザー光で照射する場合に比べて、光学系をシンプルにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図２】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図３】 被処理物においてレーザー光の照射位置の移動する方向を示す図。
【図４】 本発明のレーザー装置の構造を示す図と、被処理物においてレーザー光の照射位置の移動する方向を示す図。
【図５】 レーザー光の照射される位置を示す図。
【図６】 レーザー光の照射される位置を示す図。
【図７】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図８】 レーザー光の照射される位置を示す図。
【図９】 液晶パネルにレーザー光を照射する方法を示す図。
【図１０】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図１１】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図１２】 本発明のレーザー装置の構造を示す図。
【図１３】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１４】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１５】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１６】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１７】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１８】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１９】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図２０】 従来の被処理物においてレーザー光の照射位置の移動する方向を示す図。
【図２１】 本発明のレーザー装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図２２】 本発明のレーザー装置で形成された半導体装置を用いた電子機器の図。
【図２３】 本発明のレーザー装置を用いた半導体膜の結晶化の方法を示す図。
【図２４】 本発明のレーザー装置の一実施例を示す図。
【図２５】 液晶パネルにおけるレーザー光の軌跡を示す図。
Claims (25)
- 連続発振型のレーザー発振装置と、
被処理物を設置し、かつ該被処理物を回転させる回転台と、
前記被処理物を前記回転台の回転の中心に向かって、または前記中心から外側へ向かって直線状に移動させる手段と、
前記レーザー発振装置から出力されたレーザー光を加工し、固定された一定の位置から前記加工されたレーザー光を照射する光学系と、を具備し、
前記回転台を回転させながら、前記回転の中心に向かって、または前記中心から外側へ向かって直線状に前記被処理物を移動させることで、前記加工されたレーザー光が前記被処理物に照射されることを特徴とするレーザー装置。 - 請求項１において、前記回転台に前記被処理物を複数設置することを特徴とするレーザー装置。
- 連続発振型のレーザー発振装置と、
被処理物を設置し、かつ該被処理物を回転させる回転台と、
前記被処理物を前記回転台の回転の中心に向かって、または前記中心から外側へ向かって直線状に移動させる手段と、
前記レーザー発振装置から出力されたレーザー光を加工し、固定された一定の位置から前記加工されたレーザー光を照射する光学系と、を具備し、
前記手段には、それぞれ２つ以上の前記被処理物が設けられ、
前記回転台を回転させながら、前記回転の中心に向かって、または前記中心から外側へ向かって直線状に移動させることで、前記加工されたレーザー光を前記被処理物に照射させることを特徴とするレーザー装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記被処理物の下方に反射体が配置されていることを特徴とするレーザー装置。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、複数の前記レーザー発振装置から出力されたレーザー光を合成させて、前記被処理物に照射させる手段を有することを特徴とするレーザー装置。
- 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記レーザー発振装置から出力されたレーザー光を分割させて、前記被処理物に照射させる手段を有することを特徴とするレーザー装置。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、前記レーザー発振装置は、固体レーザーを用いることを特徴とするレーザー装置。
- 請求項７において、前記固体レーザーは、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーまたはＹ２Ｏ３レーザーであることを特徴とするレーザー装置。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、前記レーザー発振装置はエキシマレーザー、ＡｒレーザーまたはＫｒレーザーを用いることを特徴とするレーザー装置。
- 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、前記レーザー光は第２高調波であることを特徴とするレーザー装置。
- レーザー発振装置から出力された連続発振のレーザー光を、光学系を用いて一定の位置に固定して照射されるように加工し、
被処理物を設置した回転台を回転させながら、前記回転台の回転の中心に向かって、または前記中心から外側へ向かって前記被処理物を直線状に移動させて、前記加工されたレーザー光を前記被処理物に照射することを特徴とするレーザー照射方法。 - 請求項１１において、前記回転台に前記被処理物を複数設置することを特徴とするレーザー照射方法。
- レーザー発振装置から出力された連続発振のレーザー光を、光学系を用いて一定の位置に固定して照射されるように加工し、
被処理物を設置した回転台を回転させながら、前記回転台の回転の中心に向かって、または前記中心から外側へ向かって前記被処理物を直線状に移動させて、前記加工されたレーザー光を前記被処理物に照射し、
前記被処理物を前記回転台の中心に向かって、または前記中心から外側へ向かって直線状に移動させる手段には、２つ以上の前記被処理物がそれぞれ設けられていることを特徴とするレーザー照射方法。 - 請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項において、前記被処理物の下方に反射体を配置し、前記反射体で反射したレーザー光を前記被処理物の裏面から照射することを特徴とするレーザー照射方法。
- 請求項１１乃至請求項１４のいずれか一項において、前記レーザー光を前記被処理物に対して入射角５°〜３０°で照射することを特徴とするレーザー照射方法。
- 請求項１１乃至請求項１５のいずれか一項において、複数の前記レーザー発振装置から出力されたレーザー光を合成して、前記被処理物に照射することを特徴とするレーザー照射方法。
- 請求項１１乃至請求項１５のいずれか一項において、前記レーザー発振装置から出力されたレーザー光を分割して、前記被処理物に照射することを特徴とするレーザー照射方法。
- 請求項１１乃至請求項１７のいずれか一項において、前記被処理物に照射するｎ（ｎは自然数）回目のレーザー光の軌跡と、（ｎ＋１）回目のレーザー光の軌跡は互いに重なり、かつ、前記ｎ回目のレーザー光のエッジと前記（ｎ＋１）回目のレーザー光のエッジは互いに重ならないことを特徴とするレーザー照射方法。
- 請求項１１乃至請求項１８のいずれか一項において、前記レーザー発振装置は、固体レーザーを用いることを特徴とするレーザー照射方法。
- 請求項１９において、前記固体レーザーは、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーまたはＹ２Ｏ３レーザーであることを特徴とするレーザー照射方法。
- 請求項１１乃至請求項１８のいずれか一項において、前記レーザー発振装置はエキシマレーザー、ＡｒレーザーまたはＫｒレーザーを用いることを特徴とするレーザー照射方法。
- 請求項１１乃至請求項２１のいずれか一項において、前記レーザー光は第２高調波であることを特徴とするレーザー照射方法。
- 請求項１１乃至請求項２２のいずれか一項において、
前記回転台を回転させる角速度が一定に保たれていることを特徴とするレーザー照射方法。 - 請求項２３において、
前記被処理物を前記回転台の回転の中心に向かって、または前記中心から外側へ向かって移動させる速度が一定に保たれていることを特徴とするレーザー照射方法。 - 請求項１１乃至請求項２４のいずれか一項において、
前記回転により形成される平面に対する前記レーザー光の入射角θは、前記レーザー光の入射面と前記平面の交線における前記レーザー光の幅をＷ、前記被処理物が形成されている基板の厚さをｄとすると、
θ≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ／２ｄ）
を満たすことを特徴とするレーザー照射方法。
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