JP3910524B2 - レーザ照射方法および半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光を用いた半導体膜のアニール（以下、レーザアニールという）の方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、前記レーザアニールを工程に含んで作製される半導体装置の作製方法に関する。なお、本明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上記半導体膜には珪素がよく用いられる。本明細書中では、半導体膜をレーザ光で結晶化し、結晶性半導体膜を得る手段をレーザ結晶化という。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた合成石英ガラス基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。これが上記研究の行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザは基板の温度を余り上昇させずに、半導体膜のみ高いエネルギーを与えることが出来る。また、電熱炉を用いた加熱手段に比べて格段にスループットが高い。
【０００４】
レーザ光の照射により形成された結晶性半導体膜は、高い移動度を有するため、この結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用、または画素部用と駆動回路用のＴＦＴを作製するアクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。
【０００５】
前記レーザ光として、Ａｒレーザやエキシマレーザ等から発振されたレーザ光が用いられることが多い（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。また、エキシマレーザは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有する。これらのレーザから発振されるレーザ光は半導体膜としてよく用いられる珪素膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
【０００６】
そして、レーザ光の照射には、レーザ光を照射面またはその近傍における形状が楕円状、矩形状や線状となるように光学系にて成形し、レーザ光を移動させて(あるいはレーザ光の照射位置を照射面に対し相対的に移動させて)、照射する方法が生産性が高く、工業的に優れている。また、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００〜１００００）のもの指す。また、本明細書中において、照射面におけるレーザ光の形状（レーザ光のスポット）が楕円状であるものを楕円状ビーム、矩形状であるものを矩形状ビーム、線状であるものを線状ビームとする。またレーザ光のスポットは特に定義しない場合はレーザ光の照射面におけるエネルギー分布とする。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１６３４０１号公報
【特許文献２】
特開平７−３２６７６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、光学系により照射面またはその近傍において形成される楕円状、矩形状や線状のレーザ光の端部は、レンズの収差などにより、中央部分をピークとし、端部においてはエネルギー密度が徐々に減衰している。（図９）このようなレーザ光において、被照射体のアニールを行うために十分なエネルギー密度を有する領域は、前記レーザ光の中央部分を含む１／５〜１／３程度と非常に狭い。本明細書中では、レーザ光の端部において、被照射体のアニールを行うためのエネルギー密度が不足している領域を減衰領域と呼ぶ。
【０００９】
また、基板の大面積化、レーザの大出力化に伴って、より長い楕円状ビーム、線状ビームや矩形状ビームが形成されつつある。このようなレーザ光によりアニールを行う方が効率が良いためである。しかしながら、レーザから発振されるレーザ光の端部のエネルギー密度は中心付近と比較して小さいため、光学系によってこれまで以上に拡大すると、減衰領域がますます顕著化する傾向にある。
【００１０】
減衰領域はレーザ光の中央部分に比べてエネルギー密度が十分でなく、前記減衰領域を有するレーザ光を用いてアニールを行っても、被照射体に対して十分なアニールを行うことはできない。
【００１１】
例えば、被照射体が半導体膜である場合には、減衰領域によりアニールされた領域と中央部分を含むエネルギー密度の高い領域によってアニールされた領域とでは結晶性が異なる。そのため、このような半導体膜によりＴＦＴを作製しても、減衰領域によりアニールされた領域で作製されるＴＦＴの電気的特性が低下し、同一基板内におけるばらつきの要因となる。
【００１２】
そこで本発明は、減衰領域を有するレーザ光を用いて効率良く、均一なアニールを行うことのできるレーザ照射装置を提供することを課題とする。また、このようなレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法を提供し、前記レーザ照射方法を工程に含む半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、照射面またはその近傍において、複数のレーザ光をそれぞれのレーザ光の減衰領域を互いに合成する（重ね合わす）ものである。しかしながら、このようにして形成されるレーザ光の端部には減衰領域が存在する。そのため、前記複数のレーザ光のうちの１つを、各々減衰領域を有する分割ビーム１および分割ビーム２に分割する。そして、分割ビーム１および分割ビーム２のそれぞれの切断部分を両端部とし、分割ビーム１および分割ビーム２のそれぞれの減衰領域と、他のレーザ光の減衰領域とを互いに合成する（重ね合わす）。（図１（Ａ））また、分割ビーム同士は照射面において重ね合わさらない。このようにすることで、減衰領域を有する複数のレーザ光から、どの部分においても被照射体に対して十分にアニールを行うことのできるエネルギー密度を有するレーザ光を形成することができる。（図１（Ｂ））
【００１４】
もちろん、それぞれのレーザ光の照射面における形状は、中央をピークとし、端部においてはエネルギー密度が徐々に減衰しているとは限らず、レーザのモードによってはエネルギーのピークが複数形成されるものもある。いずれのモードであっても、レーザ光のエネルギー密度が被照射体のアニールに十分でない領域を有するのであれば、本発明を適用することができる。
【００１５】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、複数のレーザと、前記複数のレーザから射出される複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光を該レーザ光の進行方向に対して垂直な平面で分割して、分割によりできた切断部分と減衰領域を各々両端部とする２つのレーザ光を形成する手段と、被照射体上またはその近傍において、前記２つのレーザ光の前記切断部分を各々両端部とし、前記２つのレーザ光の減衰領域および他のレーザ光の減衰領域を互いに合成する光学系と、を有することを特徴としている。
【００１６】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザなどを用いることができる。なお、前記固体レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしてはエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。前記ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザのドーパントにはＮｄ3+、Ｙｂ3+、Ｃｒ4+などが用いられる。
【００１７】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。例えば、ＹＡＧレーザは、基本波として、波長１０６５ｎｍのレーザ光を出すことで知られている。このレーザ光の珪素膜に対する吸収係数は非常に低く、このままでは半導体膜の１つである非晶質珪素膜の結晶化を行うことは技術的に困難である。ところが、このレーザ光は非線形光学素子を用いることにより、より短波長に変換することができ、高調波として、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）、第５高調波（２１３ｎｍ）が挙げられる。これらの高調波は非晶質珪素膜に対し吸収係数が高いので、非晶質珪素膜の結晶化に用いる事ができる。
【００１８】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光を該レーザ光の進行方向に対して垂直な平面で分割して、分割によりできた切断部分と減衰領域を各々両端部とする２つのレーザ光を形成し、被照射体上またはその近傍において、前記２つのレーザ光の前記切断部分を各々両端部とし、前記２つのレーザ光の減衰領域および他のレーザ光の減衰領域を互いに合成して、レーザ光を形成し、形成された前記レーザ光を前記被照射体に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００１９】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザなどを用いることができる。なお、前記固体レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしてはエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。前記ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザのドーパントにはＮｄ3+、Ｙｂ3+、Ｃｒ4+などが用いられる。
【００２０】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００２１】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光を該レーザ光の進行方向に対して垂直な平面で分割して、分割によりできた切断部分と減衰領域を各々両端部とする２つのレーザ光を形成し、半導体膜上またはその近傍において、前記２つのレーザ光の前記切断部分を各々両端部とし、前記２つのレーザ光の減衰領域および他のレーザ光の減衰領域を互いに合成して、レーザ光を形成し、形成された前記レーザ光を半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することで、前記半導体膜の結晶化または結晶性の向上を行うことを特徴としている。
【００２２】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する他の発明の構成は、複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光を該レーザ光の進行方向に対して垂直な平面で分割して、分割によりできた切断部分と減衰領域を各々両端部とする２つのレーザ光を形成し、半導体膜上またはその近傍において、前記２つのレーザ光の前記切断部分を各々両端部とし、前記２つのレーザ光の減衰領域および他のレーザ光の減衰領域を互いに合成して、レーザ光を形成し、形成された前記レーザ光を不純物元素が導入された半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することで、前記不純物元素の活性化を行うことを特徴としている。
【００２３】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザなどを用いることができる。なお、前記固体レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしてはエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。前記ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザのドーパントにはＮｄ3+、Ｙｂ3+、Ｃｒ4+などが用いられる。
【００２４】
また、上記各構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００２５】
また、上記各構成において、前記半導体膜は、珪素を含む膜を用いるのが望ましい。そして、前記半導体膜を形成する基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。また、可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。
【００２６】
本発明は、減衰領域を有する複数のレーザ光を用いて、照射面またはその近傍においてエネルギー密度の分布が非常に優れたレーザ光を形成することを可能とする。このようなレーザ光を用いることにより、被照射体に対して均一にアニールすることを可能とする。さらに、本発明は、これまでアニールを行うにはエネルギー密度が不足していた減衰領域を有効に利用しているため、スループットを向上させることを可能とする。また、基板上に形成されている半導体膜に対して、効率良く、均一に照射することができるので、半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化などを良好に行うことができる。そして、このような半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減し、良好なものとすることを可能とする。さらに、このようなＴＦＴから作製された半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図２を用いて説明する。
【００２８】
レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるそれぞれのレーザ光は凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃにより長尺方向に広げ、拡張される。図示しないが、レーザ１０１ｂ、１０１ｃと凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃの間に、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。そして、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１０６によりレーザ光を短尺方向に絞り集光し、基板１０７に到達する。
【００２９】
一方、レーザ１０１ａから射出されたレーザ光はプリズム１０２ａにより２つに分割されて進行方向が変えられ、プリズム１０２ｂから射出するレーザ光は元のレーザ光の長尺方向においてエネルギー密度が十分である部分を境界として左半分と右半分が入れ替えられる(反転する)。これは、基板１０７上に形成されるレーザ光１０９の両端部において、レーザ１０１ａから射出されたレーザ光の中央部分、つまりエネルギー密度が十分である部分をそれぞれ到達させ、かつ、ミラー１０４ａまたはミラー１０４ｂを経て基板１０７上に到達するレーザ光の減衰領域と、他のレーザ光の減衰領域とをそれぞれ合成させて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であるレーザ光１０９を形成するためである。なお、図示しないが、レーザ１０１ａとプリズム１０２ａの間に、レーザ１０１ａから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。
【００３０】
続いて、ミラー１０３により２方向に分割し、それぞれミラー１０４ａ、１０４ｄを経て、凹シリンドリカルレンズ１０５ａ、１０５ｄに入射して、レーザ光を長尺方向に広げる。そして、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１０６によりレーザ光を短尺方向に集光し、基板１０７に到達する。
【００３１】
本実施の形態では、レーザ１０１ａ〜１０１ｃとして連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、第２高調波に変換したレーザ光を射出させる。このとき、レーザ光のビーム径はレーザの出口で２．５ｍｍである。また、凹シリンドリカルレンズ１０５ａ〜１０５ｄは焦点距離１００ｍｍのものを、凸シリンドリカルレンズ１０６は焦点距離２０ｍｍの球面レンズを用いる。非球面レンズを用いてもよい。これを使用するとより細い線状ビームが作製できる。そして、凹シリンドリカルレンズ１０５ａ〜１０５ｄから基板１０７までの距離を１００ｍｍ、凸シリンドリカルレンズ１０６から基板１０７までの距離を２０ｍｍとする。レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるレーザ光は、基板１０７上において長尺方向の長さ５ｍｍ、短尺方向の長さ５μｍのレーザ光に成形される。このレーザ光は中央部分を含む２ｍｍの領域はアニールに十分なエネルギー密度を有しているが、両端部分はエネルギー密度が低く、アニールに適さない減衰領域になっている。また、レーザ１０１ａから射出されるレーザ光は、基板１０７上において長尺方向の長さ２．５ｍｍ、短尺方向の長さ５μｍのレーザ光に成形される。そして、それぞれのレーザ光は、基板１０７上において減衰領域を含む領域で互いに重ね合わされ、長さ１２ｍｍ、幅５μｍの矩形状ビームが形成される。なお、凹シリンドリカルレンズ１０５ａ〜１０５ｄを基板１０７から遠ざけることにより、基板１０７上に形成されるレーザ光の長尺方向の長さを長くすることができる。
【００３２】
もちろん、レーザ１０１ａ〜１０１ｃとしてパルス発振のレーザを用いることもできる。例えば、レーザの出口でレーザ光のビーム径が４ｍｍのＹＬＦレーザを用い、第２の高調波に変換する。そして、焦点距離１００ｍｍの凹シリンドリカルレンズ１０５ａ〜１０５ｄ、焦点距離２０ｍｍの凸シリンドリカルレンズ１０６を用いると、基板１０７上に形成されるそれぞれのレーザ光は０．１ｍｍ×１０ｍｍとなり、減衰領域を重ね合わせて形成されるレーザ光の大きさは、０．１ｍｍ×２４ｍｍとなる。
【００３３】
以上より、基板１０７上において、プリズム１０２、ミラー１０３により分割されてできた切断面を端部とし、長尺方向における減衰領域は互いに合成されて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であり、長尺方向に長い矩形状のレーザ光１０９を形成することができる。
【００３４】
そして、このようにして形成されるレーザ光１０９を基板１０７に対して相対的に１１０、１１１で示す方向や、１１２で示す方向に移動しながら照射すれば、基板１０７の全面または所望の領域を効率良くアニールすることができる。例えば、このような照射方法を用いて、半導体膜の結晶化や活性化を行えば、均一なアニールを効率良く行うことができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００３５】
なお、光学系の母材は高い透過率を得るために、例えばＢＫ７や石英とするのが好ましい。また、光学系のコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが好ましい。
【００３６】
本実施形態において、レーザ１０１ａから照射面までの光路長と、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから照射面までの光路長は異なっている。レーザ光はコヒーレント性の優れた光ではあるが拡がり角を有するため、それぞれのレーザから照射面までの光路長は等しいことが望ましい。そのため、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃの間にミラーを入れるなどをして光路長を追加して、それぞれのレーザから照射面までの光路長を等しくする方が好ましい。
【００３７】
また、本実施形態において、照射面におけるレーザ光の形状を矩形状としているが、本発明はこれに限らない。レーザ光の形状は、レーザの種類によって異なり、例えば、固体レーザは、ロッド形状が円筒形であればレーザ光の形状は円状や楕円状となり、スラブ型であればレーザ光の形状は矩形状となり、このようなレーザ光においても本発明を適用することは可能である。また、本実施形態では、レーザ光の長尺方向における減衰領域を互いに合成しているが、短尺方向における減衰領域を合成することもできるし、長尺方向および短尺方向における減衰領域を合成することもできる。ただし、最も簡易な構成で、効率良くレーザアニールを行うためには、レーザ光の長尺方向における減衰領域を合成することが望ましい。また、合成には減衰領域を含んでいればよい。
【００３８】
また、本実施形態において、レーザを３台用いているが、本発明は複数であるなら台数の限定はない。
【００３９】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例によりさらに詳細な説明を行うこととする。
【００４０】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、本発明におけるアニールに適したエネルギー密度について図１９及び図２０を用いて説明する。
【００４１】
図１９は、図１で示す様に、３台のレーザから発振されたレーザ光の１つを分割ビームとし、他のレーザ光の減衰領域とを互いに合成したエネルギー密度の分布のシミュレーション結果である。このとき、レーザとしてYAGレーザを用い、それぞれのレーザから発振されるレーザ光はＬＢＯ結晶により第２高調波に変換してあり、レーザ光のビーム径は２．２５ｍｍ（１／ｅ2幅）、ＴＥＭ00モードとしている。図１９において、点線は長尺方向のエネルギー密度を示し、実線は短尺方向のエネルギー密度を示している。
【００４２】
また、図２０はレーザの出力を変化させ、膜厚１５０ｎｍの非晶質珪素膜に照射したときの結晶化する領域を求めたものである。図２０から結晶化に適したレーザの出力は３．５〜６．０Ｗであり、この範囲は全出力の約±１０％であることが分かる。つまり、この範囲内での変動であれば、均一な照射が行うことができることがわかる。
【００４３】
図１９より長尺方向のエネルギー密度の分布は減衰領域を除いた範囲（図１９中Ａ−Ａ‘）では、該エネルギー密度の平均値から±１０％以内に収まっている。この±１０％以内のエネルギー密度の分布であれば、結晶化に適した均一なレーザ照射ができるので、大粒径結晶形成領域が得られる。
また図１９より合成されたレーザ光の減衰領域は１／ｅ2幅において２００μｍ以下となっていることが分かる。
【００４４】
［実施例２］
本実施例では、本発明を実現するためのレーザ照射装置の例として図３を用いて説明する。
【００４５】
レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるそれぞれのレーザ光は凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃにより長尺方向に広げられる。図示しないが、レーザ１０１ｂ、１０１ｃと凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃの間に、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。そして、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１０６によりレーザ光を短尺方向に集光し、基板１０７に到達する。
【００４６】
一方、レーザ１０１ａから射出されたレーザ光はミラー１０３により２方向に分割される。なお、図示しないが、レーザ１０１ａとミラー１０３の間に、レーザ１０１ａから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。そして、凸シリンドリカルレンズ１１５ａ、１１５ｄに入射して、レーザ光を長尺方向に集光させた後、広げる。これは、基板１０７上に形成されるレーザ光１１９の両端部において、レーザ１０１ａから射出されたレーザ光の中央部分、つまりエネルギー密度が十分である部分をそれぞれ到達させ、かつ、ミラー１０４ａまたはミラー１０４ｂを経て基板１０７上に到達するレーザ光の減衰領域と、他のレーザ光の減衰領域とをそれぞれ合成させて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であるレーザ光１１９を形成するためである。続いて、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１０６によりレーザ光を短尺方向に集光し、基板１０７に到達する。
【００４７】
以上より、基板１０７上において、ミラー１０３により分割されてできた切断面を端部とし、長尺方向における減衰領域が互いに合成されて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であり、長尺方向に長い矩形状のレーザ光１１９を形成することができる。
【００４８】
そして、このようにして形成されるレーザ光１１９を基板１０７に対して相対的に１１０、１１１で示す方向や、１１２で示す方向に移動しながら照射すれば、基板１０７の全面または所望の領域を効率良くアニールすることができる。例えば、このような照射方法を用いて、半導体膜の結晶化や活性化を行えば、均一なアニールを効率良く行うことができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００４９】
なお、光学系の母材は高い透過率を得るために、例えばＢＫ７や石英とするのが好ましい。また、光学系のコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが好ましい。
【００５０】
本実施例において、レーザ１０１ａから照射面までの光路長と、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから照射面までの光路長は異なっている。レーザ光はコヒーレント性の優れた光ではあるが拡がり角を有するため、それぞれのレーザから照射面までの光路長は等しいことが望ましい。そのため、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃの間にミラーを入れるなどをして光路長を追加して、それぞれのレーザから照射面までの光路長を等しくする方が好ましい。
【００５１】
また、本実施例において、レーザを３台用いているが、本発明は複数であるなら台数の限定はない。
【００５２】
［実施例３］
本実施例では、基板の両側にレーザを設置して、前記基板にレーザ光を照射するための装置および方法について図４を用いて説明する。
【００５３】
レーザ１０１ａ〜１０１ｃは基板１０７に対して互い違いに設置されている。レーザ１０１ａ〜１０１ｃから射出されたレーザ光は、凸シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃにより短尺方向へ集光され、基板１０７に到達する。図示しないが、レーザ１０１ａ〜１０１ｃと凸シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃの間に、レーザ１０１ａ〜１０１ｃから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。
【００５４】
一方、レーザ１０１ｄから射出されたレーザ光はミラー１２３ａ、１２３ｂにより２方向に分割される。これは、基板１０７上に形成されるレーザ光１２９の両端部において、レーザ１０１ｄから射出されたレーザ光の中央部分、つまりエネルギー密度が十分である部分をそれぞれ到達させ、かつ、ミラー１２４ｄまたはミラー１２４ｅを経て基板１０７上に到達するレーザ光の減衰領域と、他のレーザ光の減衰領域とをそれぞれ合成させて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であるレーザ光１２９を形成するためである。なお、図示しないが、レーザ１０１ｄとミラー１２３ａの間に、レーザ１０１ｄから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。続いて、ミラー１２４ｄ、１２４ｅを経て、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１２２ｄ、１２２ｅによりレーザ光を短尺方向に集光し、基板１０７に到達する。
【００５５】
以上より、基板１０７上において、ミラー１２３により分割されてできた切断面を端部とし、長尺方向における減衰領域が互いに合成されて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であり、長尺方向に長い矩形状のレーザ光１２９を形成することができる。
【００５６】
そして、このようにして形成されるレーザ光１２９を基板１０７に対して相対的に１１０、１１１で示す方向や、１１２で示す方向に移動しながら照射すれば、基板１０７の全面または所望の領域を効率良くアニールすることができる。例えば、このような照射方法を用いて、半導体膜の結晶化や活性化を行えば、均一なアニールを効率良く行うことができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００５７】
なお、本実施例では基板の両側にレーザを設置しているため、被照射体が形成されている基板およびステージを透過するレーザ光を用いる必要がある。図５は１７３７基板の波長に対する透過率であり、図６は石英基板の波長に対する透過率である。図５、図６より用いる基板によって透過率は異なり、被照射体に対して十分なアニールを行うには、波長が４００ｎｍ以上であるレーザ光を用いるのが好ましい。
【００５８】
また、本実施例において、レーザ１０１ａ〜１０１ｃから照射面までの光路長と、レーザ１０１ｄから照射面までの光路長は異なっている。レーザ光はコヒーレント性の優れた光ではあるが拡がり角を有するため、それぞれのレーザから照射面までの光路長は等しいことが望ましい。そのため、レーザレーザ１０１ａ〜１０１ｃから凸シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃの間にミラーを入れるなどをして光路長を追加して、それぞれのレーザから照射面までの光路長を等しくする方が好ましい。また、本実施例において、レーザを４台用いているが、本発明は複数であるなら台数の限定はない。
【００５９】
また、本実施例において半導体膜として非晶質珪素膜を用いているが、本発明は半導体膜をこれに限定するものではなく、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。
【００６０】
本実施例は、実施形態または実施例１または実施例２と自由に組み合わせることが可能である。
【００６１】
［実施例４］
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて半導体膜の結晶化を行う方法について図７を用いて説明する。
【００６２】
まず、基板２０として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものなどを用いることができる。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。本実施例では、ガラス基板を用いる。
【００６３】
次いで、基板２０上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜２１を形成する。本実施例では下地膜２１として単層構造を用いるが、前記絶縁膜を２層以上積層させた構造を用いても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）４００ｎｍを形成する。
【００６４】
次いで、下地膜２１上に半導体膜２２を形成する。半導体膜２２は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１００ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、公知の結晶化法（レーザ結晶化法、ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）により結晶化させる。なお、前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜する。
【００６５】
そして、前記半導体膜の結晶化を行う。本実施例では、レーザ結晶化により行い、前記非晶質珪素膜に脱水素化（５００℃、３時間）を行った後、レーザアニール法を行って結晶性珪素膜２３を形成する。（図７（Ｂ））
【００６６】
レーザアニール法で結晶性半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発振型のＫｒＦエキシマレーザやＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等を用いることができる。これらのレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、パルス発振型のレーザを用いる場合は発振周波数３００Ｈｚとし、レーザエネルギー密度を１００〜１５００mJ/cm2(代表的には２００〜１２００mJ/cm2)とする。この時の短尺（走査）方向のレーザ光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９８％として行ってもよい。また、連続発振型のレーザを用いる場合にはエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。
【００６７】
本実施例では、連続発振のＹＬＦレーザの第２高調波を用い、実施形態、実施例２または実施例３で示す光学系によりレーザ光を成形し、該レーザ光に対して基板を相対的に移動させながら照射して全面を結晶化させる。本発明を用いることにより、非晶質半導体膜に対して均一なアニールを効率良く行って結晶性半導体膜を得ることができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００６８】
本実施例は、実施形態または実施例１乃至実施例３と自由に組み合わせることが可能である。
【００６９】
［実施例５］
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて実施例３とは異なる方法により、半導体膜の結晶化を行う方法について図８を用いて説明する。
【００７０】
まず、実施例４にしたがって、半導体膜として非晶質珪素膜まで形成する。
【００７１】
そして、特開平７−１８３５４０号公報に記載された方法を利用して金属含有層３１を形成して、熱処理を行ったのち、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行う。本実施例では、半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度５ｐｐｍ、体積１０ｍｌ）を塗布し、５００℃の窒素雰囲気で１時間、５５０℃の窒素雰囲気で１２時間の熱処理を行って第１の結晶性半導体膜３２を得る。続いて、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行って第２の結晶性半導体膜３３を得る。（図８）
【００７２】
レーザアニール法は、連続発振のＹＶＯ4レーザの第２高調波を用い、実施形態、実施例２または実施例３で示す光学系によりレーザ光を成形し、該レーザ光に対して基板を相対的に移動させながら照射して全面を結晶化させる。本発明を用いることにより、非晶質半導体膜に対して均一なアニールを効率良く行って、第２の結晶性半導体膜を得ることができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は著しく向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも大きく向上し得る。
【００７３】
［実施例６］
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１０〜図１３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。
【００７４】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板４００を用いる。なお、基板４００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である線状ビームを容易に形成できるので、複数の線状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。
【００７５】
次いで、基板４００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜４０１を公知の手段により形成する。本実施例では下地膜４０１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。
【００７６】
次いで、下地膜上に半導体膜を形成する。半導体膜は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、レーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、実施形態および実施例１乃至実施例３のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。 なお、前記固体レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしてはＫｒＦエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。前記ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザのドーパントにはＮｄ3+、Ｙｂ3+、Ｃｒ4+などが用いられる。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
【００７７】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜し、この非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法およびレーザ結晶化法を行う。金属元素としてニッケルを用い、溶液塗布法により非晶質珪素膜上に導入した後、５５０℃で５時間の熱処理を行って第１の結晶性珪素膜を得る。そして、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により第２高調波に変換したのち、実施例２にしたがって第２の結晶性珪素膜を得る。前記第１の結晶性珪素膜にレーザ光を照射して第２の結晶性珪素膜とすることで、結晶性が向上する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザ光に対して相対的にステージを動かして照射し、結晶性珪素膜を形成する。また、パルス発振のエキシマレーザを用いる場合には、周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜１５００mJ/cm2(代表的には２００〜１３００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、短尺尺方向にレーザ光を５０〜９８％オーバーラップさせても良い。
【００７８】
もちろん、第１の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製することもできるが、第２の結晶性珪素膜は結晶性が向上しているため、ＴＦＴの電気的特性が向上するので望ましい。第２の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は５００〜６００ｃｍ2／Ｖｓ程度と著しく向上する。
【００７９】
このようにして得られた結晶性半導体膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、半導体層４０２〜４０６を形成する。
【００８０】
また、半導体層４０２〜４０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【００８１】
次いで、半導体層４０２〜４０６を覆うゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜４０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００８２】
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。
【００８３】
次いで、ゲート絶縁膜４０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜４０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜４０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜４０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜４０９を積層形成する。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。
【００８４】
なお、本実施例では、第１の導電膜４０８をＴａＮ、第２の導電膜４０９をＷとしているが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【００８５】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図１０（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。
【００８６】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【００８７】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層４１７〜４２２（第１の導電層４１７ａ〜４２２ａと第２の導電層４１７ｂ〜４２２ｂ）を形成する。４１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層４１７〜４２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【００８８】
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１０（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の第１の導電層４２８ａ〜４３３ａを形成する。
【００８９】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層４２８〜４３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域４２３〜４２７が形成される。不純物領域４２３〜４２７には１×１０18〜１×１０20／cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００９０】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４３４ａ〜４３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図１１（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０15〜１×１０17/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域４３６、４４２、４４８には１×１０18〜５×１０19/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域４３５、４４１、４４４、４４７には１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【００９１】
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。
【００９２】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０を形成する。第２の導電層４２９ｂと４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１１（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４５３,４５４,４５９,４６０にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19〜５×１０21atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【００９３】
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。
【００９４】
次いで、レジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００９５】
次いで、レーザ光を照射して、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。レーザ活性化は、実施形態および実施例１乃至実施例３のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＫｒＦエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を０．５〜２０００ｃｍ／ｓの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を５０〜１０００mJ/cm2(代表的には５０〜５００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を走査方向に５０〜９８％オーバーラップさせても良い。なお、レーザアニール法の他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）などを適用することができる。
【００９６】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【００９７】
そして、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。この工程は第１の層間絶縁膜４６１に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行っても良い。
【００９８】
次いで、第１の層間絶縁膜４６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜４６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。
【００９９】
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。
【０１００】
また、第２の層間絶縁膜４６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【０１０１】
そして、駆動回路５０６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線４６３〜４６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図１２）
【０１０２】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。この接続電極４６８によりソース配線（４３３ａと４３３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層４５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【０１０３】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ５０３を有する駆動回路５０６と、画素ＴＦＴ５０４、保持容量５０５とを有する画素部５０７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【０１０４】
駆動回路５０６のｎチャネル型ＴＦＴ５０１はチャネル形成領域４３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４２８ａと重なる低濃度不純物領域４３６（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５２を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ５０１と電極４６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ５０２にはチャネル形成領域４４０、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５３と、低濃度不純物領域４５４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３にはチャネル形成領域４４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４３０ａと重なる低濃度不純物領域４４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５６を有している。
【０１０５】
画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域４４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５８を有している。また、保持容量５０５の一方の電極として機能する半導体層には、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量５０５は、絶縁膜４１６を誘電体として、電極（４３２ａと４３２ｂの積層）と、半導体層とで形成している。
【０１０６】
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。
【０１０７】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１３に示す。なお、図１０〜図１３に対応する部分には同じ符号を用いている。図１２中の鎖線Ａ−Ａ’は図１３中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１２中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１３中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【０１０８】
［実施例７］
本実施例では、実施例６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１４を用いる。
【０１０９】
まず、実施例６に従い、図１２の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１２のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜５６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜５６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ５７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１１０】
次いで、対向基板５６９を用意する。次いで、対向基板５６９上に着色層５７０、５７１、平坦化膜５７３を形成する。赤色の着色層５７０と青色の着色層５７１とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【０１１１】
本実施例では、実施例６に示す基板を用いている。従って、実施例６の画素部の上面図を示す図１３では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１１２】
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。
【０１１３】
次いで、平坦化膜５７３上に透明導電膜からなる対向電極５７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜５７４を形成し、ラビング処理を施した。
【０１１４】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１４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。
【０１１５】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー密度が十分であるレーザ光により均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記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。
【０１１６】
なお、本実施例は実施例１乃至６と自由に組み合わせることが可能である。
【０１１７】
［実施例８］
本実施例では、実施例６で示したアクティブマトリクス基板を作製するときのＴＦＴの作製方法を用いて、発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴを備えた表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０１１８】
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。
【０１１９】
図１５は本実施例の発光装置の断面図である。図１５において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１２のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。
【０１２０】
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。
【０１２１】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１２のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１２２】
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。
【０１２３】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１２のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１２４】
また、配線７０６は電流制御ＴＦＴのソース配線（電流供給線に相当する）であり、７０７は電流制御ＴＦＴの画素電極７１１上に重ねることで画素電極７１１と電気的に接続する電極である。
【０１２５】
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。
【０１２６】
配線７０１〜７０７を形成後、図１５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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１５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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層７１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層７１３の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層７１３が酸化するといった問題を防止できる。
【０１３４】
さらに、パッシベーション膜７１６上に封止材７１７を設け、カバー材７１８を貼り合わせる。封止材７１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材７１８はガラス基板や石英基板やプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）や可撓性基板の両面に炭素膜（好ましくはＤＬＣ膜）を形成したものを用いる。炭素膜以外にもアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、ＳｉＮなどを用いることができる。
【０１３５】
こうして図１５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。
【０１３６】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、ｐチャネル型ＴＦＴ６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｐチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１３７】
さらに、図１５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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー密度が十分であるレーザ光により均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１４０】
なお、本実施例は実施例１乃至６と自由に組み合わせることが可能である。
【０１４１】
［実施例９］
本発明を適用して、様々な半導体装置（アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型ＥＣ表示装置）を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【０１４２】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図１６、図１７及び図１８に示す。
【０１４３】
図１６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【０１４４】
図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０１４５】
図１６（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０１４６】
図１６（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。表示部３３０２は基板として可撓性基板を用いており、表示部３３０２を湾曲させてゴーグル型ディスプレイを作製している。また軽量で薄いゴーグル型ディスプレイを実現している。本発明により作製される半導体装置を表示部３３０２に適用することで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【０１４７】
図１６（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇiｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明により作製される半導体装置を表示部３４０２に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。
【０１４８】
図１６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【０１４９】
図１７（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製される半導体装置を投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【０１５０】
図１７（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製される半導体装置を投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【０１５１】
なお、図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１７（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１５２】
また、図１７（Ｄ）は、図１７（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１７（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１５３】
ただし、図１７に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
【０１５４】
図１８（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【０１５５】
図１８（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製される半導体装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。
【０１５６】
図１８（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。表示部４１０３は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイを実現できる。また、表示部４１０３を湾曲させることも可能である。本発明により作製される半導体装置を表示部４１０３に適用することで、本発明のディスプレイが完成する。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０１５７】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざまな分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜７または８の組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０１５８】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）照射面またはその近傍の平面においてエネルギー密度の分布が非常に優れたレーザ光を形成することを可能とする。
（ｂ）被照射体に対して均一にアニールすることを可能とする。特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。
（ｃ）スループットを向上させることを可能とする。
（ｄ）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が開示する照射面に形成されるレーザ光の例を示す図。
【図２】 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図３】 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図４】 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図５】 １７３７ガラス基板における波長に対する透過率を示す図。
【図６】 石英基板における波長に対する透過率を示す図。
【図７】 本発明を用いて半導体膜を結晶化する方法の例を示す図。
【図８】 本発明を用いて半導体膜を結晶化する方法の例を示す図。
【図９】 照射面に形成される従来のレーザ光の例を示す図。
【図１０】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１２】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１３】 画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１４】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図１５】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１６】 半導体装置の例を示す図。
【図１７】 半導体装置の例を示す図。
【図１８】 半導体装置の例を示す図。
【図１９】 本発明が開示する照射面に形成されるレーザ光のエネルギー密度の分布の例を示す図。
【図２０】 レーザの出力と結晶化領域の関係の例を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光を用いた半導体膜のアニール（以下、レーザアニールという）の方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、前記レーザアニールを工程に含んで作製される半導体装置の作製方法に関する。なお、本明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上記半導体膜には珪素がよく用いられる。本明細書中では、半導体膜をレーザ光で結晶化し、結晶性半導体膜を得る手段をレーザ結晶化という。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた合成石英ガラス基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。これが上記研究の行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザは基板の温度を余り上昇させずに、半導体膜のみ高いエネルギーを与えることが出来る。また、電熱炉を用いた加熱手段に比べて格段にスループットが高い。
【０００４】
レーザ光の照射により形成された結晶性半導体膜は、高い移動度を有するため、この結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用、または画素部用と駆動回路用のＴＦＴを作製するアクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。
【０００５】
前記レーザ光として、Ａｒレーザやエキシマレーザ等から発振されたレーザ光が用いられることが多い（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。また、エキシマレーザは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有する。これらのレーザから発振されるレーザ光は半導体膜としてよく用いられる珪素膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
【０００６】
そして、レーザ光の照射には、レーザ光を照射面またはその近傍における形状が楕円状、矩形状や線状となるように光学系にて成形し、レーザ光を移動させて(あるいはレーザ光の照射位置を照射面に対し相対的に移動させて)、照射する方法が生産性が高く、工業的に優れている。また、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００〜１００００）のもの指す。また、本明細書中において、照射面におけるレーザ光の形状（レーザ光のスポット）が楕円状であるものを楕円状ビーム、矩形状であるものを矩形状ビーム、線状であるものを線状ビームとする。またレーザ光のスポットは特に定義しない場合はレーザ光の照射面におけるエネルギー分布とする。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１６３４０１号公報
【特許文献２】
特開平７−３２６７６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、光学系により照射面またはその近傍において形成される楕円状、矩形状や線状のレーザ光の端部は、レンズの収差などにより、中央部分をピークとし、端部においてはエネルギー密度が徐々に減衰している。（図９）このようなレーザ光において、被照射体のアニールを行うために十分なエネルギー密度を有する領域は、前記レーザ光の中央部分を含む１／５〜１／３程度と非常に狭い。本明細書中では、レーザ光の端部において、被照射体のアニールを行うためのエネルギー密度が不足している領域を減衰領域と呼ぶ。
【０００９】
また、基板の大面積化、レーザの大出力化に伴って、より長い楕円状ビーム、線状ビームや矩形状ビームが形成されつつある。このようなレーザ光によりアニールを行う方が効率が良いためである。しかしながら、レーザから発振されるレーザ光の端部のエネルギー密度は中心付近と比較して小さいため、光学系によってこれまで以上に拡大すると、減衰領域がますます顕著化する傾向にある。
【００１０】
減衰領域はレーザ光の中央部分に比べてエネルギー密度が十分でなく、前記減衰領域を有するレーザ光を用いてアニールを行っても、被照射体に対して十分なアニールを行うことはできない。
【００１１】
例えば、被照射体が半導体膜である場合には、減衰領域によりアニールされた領域と中央部分を含むエネルギー密度の高い領域によってアニールされた領域とでは結晶性が異なる。そのため、このような半導体膜によりＴＦＴを作製しても、減衰領域によりアニールされた領域で作製されるＴＦＴの電気的特性が低下し、同一基板内におけるばらつきの要因となる。
【００１２】
そこで本発明は、減衰領域を有するレーザ光を用いて効率良く、均一なアニールを行うことのできるレーザ照射装置を提供することを課題とする。また、このようなレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法を提供し、前記レーザ照射方法を工程に含む半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、照射面またはその近傍において、複数のレーザ光をそれぞれのレーザ光の減衰領域を互いに合成する（重ね合わす）ものである。しかしながら、このようにして形成されるレーザ光の端部には減衰領域が存在する。そのため、前記複数のレーザ光のうちの１つを、各々減衰領域を有する分割ビーム１および分割ビーム２に分割する。そして、分割ビーム１および分割ビーム２のそれぞれの切断部分を両端部とし、分割ビーム１および分割ビーム２のそれぞれの減衰領域と、他のレーザ光の減衰領域とを互いに合成する（重ね合わす）。（図１（Ａ））また、分割ビーム同士は照射面において重ね合わさらない。このようにすることで、減衰領域を有する複数のレーザ光から、どの部分においても被照射体に対して十分にアニールを行うことのできるエネルギー密度を有するレーザ光を形成することができる。（図１（Ｂ））
【００１４】
もちろん、それぞれのレーザ光の照射面における形状は、中央をピークとし、端部においてはエネルギー密度が徐々に減衰しているとは限らず、レーザのモードによってはエネルギーのピークが複数形成されるものもある。いずれのモードであっても、レーザ光のエネルギー密度が被照射体のアニールに十分でない領域を有するのであれば、本発明を適用することができる。
【００１５】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、複数のレーザと、前記複数のレーザから射出される複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光を該レーザ光の進行方向に対して垂直な平面で分割して、分割によりできた切断部分と減衰領域を各々両端部とする２つのレーザ光を形成する手段と、被照射体上またはその近傍において、前記２つのレーザ光の前記切断部分を各々両端部とし、前記２つのレーザ光の減衰領域および他のレーザ光の減衰領域を互いに合成する光学系と、を有することを特徴としている。
【００１６】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザなどを用いることができる。なお、前記固体レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしてはエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。前記ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザのドーパントにはＮｄ3+、Ｙｂ3+、Ｃｒ4+などが用いられる。
【００１７】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。例えば、ＹＡＧレーザは、基本波として、波長１０６５ｎｍのレーザ光を出すことで知られている。このレーザ光の珪素膜に対する吸収係数は非常に低く、このままでは半導体膜の１つである非晶質珪素膜の結晶化を行うことは技術的に困難である。ところが、このレーザ光は非線形光学素子を用いることにより、より短波長に変換することができ、高調波として、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）、第５高調波（２１３ｎｍ）が挙げられる。これらの高調波は非晶質珪素膜に対し吸収係数が高いので、非晶質珪素膜の結晶化に用いる事ができる。
【００１８】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光を該レーザ光の進行方向に対して垂直な平面で分割して、分割によりできた切断部分と減衰領域を各々両端部とする２つのレーザ光を形成し、被照射体上またはその近傍において、前記２つのレーザ光の前記切断部分を各々両端部とし、前記２つのレーザ光の減衰領域および他のレーザ光の減衰領域を互いに合成して、レーザ光を形成し、形成された前記レーザ光を前記被照射体に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００１９】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザなどを用いることができる。なお、前記固体レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしてはエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。前記ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザのドーパントにはＮｄ3+、Ｙｂ3+、Ｃｒ4+などが用いられる。
【００２０】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００２１】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光を該レーザ光の進行方向に対して垂直な平面で分割して、分割によりできた切断部分と減衰領域を各々両端部とする２つのレーザ光を形成し、半導体膜上またはその近傍において、前記２つのレーザ光の前記切断部分を各々両端部とし、前記２つのレーザ光の減衰領域および他のレーザ光の減衰領域を互いに合成して、レーザ光を形成し、形成された前記レーザ光を半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することで、前記半導体膜の結晶化または結晶性の向上を行うことを特徴としている。
【００２２】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する他の発明の構成は、複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光を該レーザ光の進行方向に対して垂直な平面で分割して、分割によりできた切断部分と減衰領域を各々両端部とする２つのレーザ光を形成し、半導体膜上またはその近傍において、前記２つのレーザ光の前記切断部分を各々両端部とし、前記２つのレーザ光の減衰領域および他のレーザ光の減衰領域を互いに合成して、レーザ光を形成し、形成された前記レーザ光を不純物元素が導入された半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することで、前記不純物元素の活性化を行うことを特徴としている。
【００２３】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザなどを用いることができる。なお、前記固体レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしてはエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。前記ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザのドーパントにはＮｄ3+、Ｙｂ3+、Ｃｒ4+などが用いられる。
【００２４】
また、上記各構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００２５】
また、上記各構成において、前記半導体膜は、珪素を含む膜を用いるのが望ましい。そして、前記半導体膜を形成する基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。また、可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。
【００２６】
本発明は、減衰領域を有する複数のレーザ光を用いて、照射面またはその近傍においてエネルギー密度の分布が非常に優れたレーザ光を形成することを可能とする。このようなレーザ光を用いることにより、被照射体に対して均一にアニールすることを可能とする。さらに、本発明は、これまでアニールを行うにはエネルギー密度が不足していた減衰領域を有効に利用しているため、スループットを向上させることを可能とする。また、基板上に形成されている半導体膜に対して、効率良く、均一に照射することができるので、半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化などを良好に行うことができる。そして、このような半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減し、良好なものとすることを可能とする。さらに、このようなＴＦＴから作製された半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図２を用いて説明する。
【００２８】
レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるそれぞれのレーザ光は凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃにより長尺方向に広げ、拡張される。図示しないが、レーザ１０１ｂ、１０１ｃと凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃの間に、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。そして、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１０６によりレーザ光を短尺方向に絞り集光し、基板１０７に到達する。
【００２９】
一方、レーザ１０１ａから射出されたレーザ光はプリズム１０２ａにより２つに分割されて進行方向が変えられ、プリズム１０２ｂから射出するレーザ光は元のレーザ光の長尺方向においてエネルギー密度が十分である部分を境界として左半分と右半分が入れ替えられる(反転する)。これは、基板１０７上に形成されるレーザ光１０９の両端部において、レーザ１０１ａから射出されたレーザ光の中央部分、つまりエネルギー密度が十分である部分をそれぞれ到達させ、かつ、ミラー１０４ａまたはミラー１０４ｂを経て基板１０７上に到達するレーザ光の減衰領域と、他のレーザ光の減衰領域とをそれぞれ合成させて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であるレーザ光１０９を形成するためである。なお、図示しないが、レーザ１０１ａとプリズム１０２ａの間に、レーザ１０１ａから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。
【００３０】
続いて、ミラー１０３により２方向に分割し、それぞれミラー１０４ａ、１０４ｄを経て、凹シリンドリカルレンズ１０５ａ、１０５ｄに入射して、レーザ光を長尺方向に広げる。そして、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１０６によりレーザ光を短尺方向に集光し、基板１０７に到達する。
【００３１】
本実施の形態では、レーザ１０１ａ〜１０１ｃとして連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、第２高調波に変換したレーザ光を射出させる。このとき、レーザ光のビーム径はレーザの出口で２．５ｍｍである。また、凹シリンドリカルレンズ１０５ａ〜１０５ｄは焦点距離１００ｍｍのものを、凸シリンドリカルレンズ１０６は焦点距離２０ｍｍの球面レンズを用いる。非球面レンズを用いてもよい。これを使用するとより細い線状ビームが作製できる。そして、凹シリンドリカルレンズ１０５ａ〜１０５ｄから基板１０７までの距離を１００ｍｍ、凸シリンドリカルレンズ１０６から基板１０７までの距離を２０ｍｍとする。レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるレーザ光は、基板１０７上において長尺方向の長さ５ｍｍ、短尺方向の長さ５μｍのレーザ光に成形される。このレーザ光は中央部分を含む２ｍｍの領域はアニールに十分なエネルギー密度を有しているが、両端部分はエネルギー密度が低く、アニールに適さない減衰領域になっている。また、レーザ１０１ａから射出されるレーザ光は、基板１０７上において長尺方向の長さ２．５ｍｍ、短尺方向の長さ５μｍのレーザ光に成形される。そして、それぞれのレーザ光は、基板１０７上において減衰領域を含む領域で互いに重ね合わされ、長さ１２ｍｍ、幅５μｍの矩形状ビームが形成される。なお、凹シリンドリカルレンズ１０５ａ〜１０５ｄを基板１０７から遠ざけることにより、基板１０７上に形成されるレーザ光の長尺方向の長さを長くすることができる。
【００３２】
もちろん、レーザ１０１ａ〜１０１ｃとしてパルス発振のレーザを用いることもできる。例えば、レーザの出口でレーザ光のビーム径が４ｍｍのＹＬＦレーザを用い、第２の高調波に変換する。そして、焦点距離１００ｍｍの凹シリンドリカルレンズ１０５ａ〜１０５ｄ、焦点距離２０ｍｍの凸シリンドリカルレンズ１０６を用いると、基板１０７上に形成されるそれぞれのレーザ光は０．１ｍｍ×１０ｍｍとなり、減衰領域を重ね合わせて形成されるレーザ光の大きさは、０．１ｍｍ×２４ｍｍとなる。
【００３３】
以上より、基板１０７上において、プリズム１０２、ミラー１０３により分割されてできた切断面を端部とし、長尺方向における減衰領域は互いに合成されて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であり、長尺方向に長い矩形状のレーザ光１０９を形成することができる。
【００３４】
そして、このようにして形成されるレーザ光１０９を基板１０７に対して相対的に１１０、１１１で示す方向や、１１２で示す方向に移動しながら照射すれば、基板１０７の全面または所望の領域を効率良くアニールすることができる。例えば、このような照射方法を用いて、半導体膜の結晶化や活性化を行えば、均一なアニールを効率良く行うことができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００３５】
なお、光学系の母材は高い透過率を得るために、例えばＢＫ７や石英とするのが好ましい。また、光学系のコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが好ましい。
【００３６】
本実施形態において、レーザ１０１ａから照射面までの光路長と、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから照射面までの光路長は異なっている。レーザ光はコヒーレント性の優れた光ではあるが拡がり角を有するため、それぞれのレーザから照射面までの光路長は等しいことが望ましい。そのため、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃの間にミラーを入れるなどをして光路長を追加して、それぞれのレーザから照射面までの光路長を等しくする方が好ましい。
【００３７】
また、本実施形態において、照射面におけるレーザ光の形状を矩形状としているが、本発明はこれに限らない。レーザ光の形状は、レーザの種類によって異なり、例えば、固体レーザは、ロッド形状が円筒形であればレーザ光の形状は円状や楕円状となり、スラブ型であればレーザ光の形状は矩形状となり、このようなレーザ光においても本発明を適用することは可能である。また、本実施形態では、レーザ光の長尺方向における減衰領域を互いに合成しているが、短尺方向における減衰領域を合成することもできるし、長尺方向および短尺方向における減衰領域を合成することもできる。ただし、最も簡易な構成で、効率良くレーザアニールを行うためには、レーザ光の長尺方向における減衰領域を合成することが望ましい。また、合成には減衰領域を含んでいればよい。
【００３８】
また、本実施形態において、レーザを３台用いているが、本発明は複数であるなら台数の限定はない。
【００３９】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例によりさらに詳細な説明を行うこととする。
【００４０】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、本発明におけるアニールに適したエネルギー密度について図１９及び図２０を用いて説明する。
【００４１】
図１９は、図１で示す様に、３台のレーザから発振されたレーザ光の１つを分割ビームとし、他のレーザ光の減衰領域とを互いに合成したエネルギー密度の分布のシミュレーション結果である。このとき、レーザとしてYAGレーザを用い、それぞれのレーザから発振されるレーザ光はＬＢＯ結晶により第２高調波に変換してあり、レーザ光のビーム径は２．２５ｍｍ（１／ｅ2幅）、ＴＥＭ00モードとしている。図１９において、点線は長尺方向のエネルギー密度を示し、実線は短尺方向のエネルギー密度を示している。
【００４２】
また、図２０はレーザの出力を変化させ、膜厚１５０ｎｍの非晶質珪素膜に照射したときの結晶化する領域を求めたものである。図２０から結晶化に適したレーザの出力は３．５〜６．０Ｗであり、この範囲は全出力の約±１０％であることが分かる。つまり、この範囲内での変動であれば、均一な照射が行うことができることがわかる。
【００４３】
図１９より長尺方向のエネルギー密度の分布は減衰領域を除いた範囲（図１９中Ａ−Ａ‘）では、該エネルギー密度の平均値から±１０％以内に収まっている。この±１０％以内のエネルギー密度の分布であれば、結晶化に適した均一なレーザ照射ができるので、大粒径結晶形成領域が得られる。
また図１９より合成されたレーザ光の減衰領域は１／ｅ2幅において２００μｍ以下となっていることが分かる。
【００４４】
［実施例２］
本実施例では、本発明を実現するためのレーザ照射装置の例として図３を用いて説明する。
【００４５】
レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるそれぞれのレーザ光は凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃにより長尺方向に広げられる。図示しないが、レーザ１０１ｂ、１０１ｃと凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃの間に、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。そして、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１０６によりレーザ光を短尺方向に集光し、基板１０７に到達する。
【００４６】
一方、レーザ１０１ａから射出されたレーザ光はミラー１０３により２方向に分割される。なお、図示しないが、レーザ１０１ａとミラー１０３の間に、レーザ１０１ａから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。そして、凸シリンドリカルレンズ１１５ａ、１１５ｄに入射して、レーザ光を長尺方向に集光させた後、広げる。これは、基板１０７上に形成されるレーザ光１１９の両端部において、レーザ１０１ａから射出されたレーザ光の中央部分、つまりエネルギー密度が十分である部分をそれぞれ到達させ、かつ、ミラー１０４ａまたはミラー１０４ｂを経て基板１０７上に到達するレーザ光の減衰領域と、他のレーザ光の減衰領域とをそれぞれ合成させて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であるレーザ光１１９を形成するためである。続いて、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１０６によりレーザ光を短尺方向に集光し、基板１０７に到達する。
【００４７】
以上より、基板１０７上において、ミラー１０３により分割されてできた切断面を端部とし、長尺方向における減衰領域が互いに合成されて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であり、長尺方向に長い矩形状のレーザ光１１９を形成することができる。
【００４８】
そして、このようにして形成されるレーザ光１１９を基板１０７に対して相対的に１１０、１１１で示す方向や、１１２で示す方向に移動しながら照射すれば、基板１０７の全面または所望の領域を効率良くアニールすることができる。例えば、このような照射方法を用いて、半導体膜の結晶化や活性化を行えば、均一なアニールを効率良く行うことができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００４９】
なお、光学系の母材は高い透過率を得るために、例えばＢＫ７や石英とするのが好ましい。また、光学系のコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが好ましい。
【００５０】
本実施例において、レーザ１０１ａから照射面までの光路長と、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから照射面までの光路長は異なっている。レーザ光はコヒーレント性の優れた光ではあるが拡がり角を有するため、それぞれのレーザから照射面までの光路長は等しいことが望ましい。そのため、レーザ１０１ｂ、１０１ｃから凹シリンドリカルレンズ１０５ｂ、１０５ｃの間にミラーを入れるなどをして光路長を追加して、それぞれのレーザから照射面までの光路長を等しくする方が好ましい。
【００５１】
また、本実施例において、レーザを３台用いているが、本発明は複数であるなら台数の限定はない。
【００５２】
［実施例３］
本実施例では、基板の両側にレーザを設置して、前記基板にレーザ光を照射するための装置および方法について図４を用いて説明する。
【００５３】
レーザ１０１ａ〜１０１ｃは基板１０７に対して互い違いに設置されている。レーザ１０１ａ〜１０１ｃから射出されたレーザ光は、凸シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃにより短尺方向へ集光され、基板１０７に到達する。図示しないが、レーザ１０１ａ〜１０１ｃと凸シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃの間に、レーザ１０１ａ〜１０１ｃから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。
【００５４】
一方、レーザ１０１ｄから射出されたレーザ光はミラー１２３ａ、１２３ｂにより２方向に分割される。これは、基板１０７上に形成されるレーザ光１２９の両端部において、レーザ１０１ｄから射出されたレーザ光の中央部分、つまりエネルギー密度が十分である部分をそれぞれ到達させ、かつ、ミラー１２４ｄまたはミラー１２４ｅを経て基板１０７上に到達するレーザ光の減衰領域と、他のレーザ光の減衰領域とをそれぞれ合成させて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であるレーザ光１２９を形成するためである。なお、図示しないが、レーザ１０１ｄとミラー１２３ａの間に、レーザ１０１ｄから射出されるレーザ光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザ光を広げるためのビームエキスパンダーを入れてもよい。続いて、ミラー１２４ｄ、１２４ｅを経て、短尺方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１２２ｄ、１２２ｅによりレーザ光を短尺方向に集光し、基板１０７に到達する。
【００５５】
以上より、基板１０７上において、ミラー１２３により分割されてできた切断面を端部とし、長尺方向における減衰領域が互いに合成されて、どの部分においてもエネルギー密度が十分であり、長尺方向に長い矩形状のレーザ光１２９を形成することができる。
【００５６】
そして、このようにして形成されるレーザ光１２９を基板１０７に対して相対的に１１０、１１１で示す方向や、１１２で示す方向に移動しながら照射すれば、基板１０７の全面または所望の領域を効率良くアニールすることができる。例えば、このような照射方法を用いて、半導体膜の結晶化や活性化を行えば、均一なアニールを効率良く行うことができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００５７】
なお、本実施例では基板の両側にレーザを設置しているため、被照射体が形成されている基板およびステージを透過するレーザ光を用いる必要がある。図５は１７３７基板の波長に対する透過率であり、図６は石英基板の波長に対する透過率である。図５、図６より用いる基板によって透過率は異なり、被照射体に対して十分なアニールを行うには、波長が４００ｎｍ以上であるレーザ光を用いるのが好ましい。
【００５８】
また、本実施例において、レーザ１０１ａ〜１０１ｃから照射面までの光路長と、レーザ１０１ｄから照射面までの光路長は異なっている。レーザ光はコヒーレント性の優れた光ではあるが拡がり角を有するため、それぞれのレーザから照射面までの光路長は等しいことが望ましい。そのため、レーザレーザ１０１ａ〜１０１ｃから凸シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃの間にミラーを入れるなどをして光路長を追加して、それぞれのレーザから照射面までの光路長を等しくする方が好ましい。また、本実施例において、レーザを４台用いているが、本発明は複数であるなら台数の限定はない。
【００５９】
また、本実施例において半導体膜として非晶質珪素膜を用いているが、本発明は半導体膜をこれに限定するものではなく、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。
【００６０】
本実施例は、実施形態または実施例１または実施例２と自由に組み合わせることが可能である。
【００６１】
［実施例４］
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて半導体膜の結晶化を行う方法について図７を用いて説明する。
【００６２】
まず、基板２０として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものなどを用いることができる。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。本実施例では、ガラス基板を用いる。
【００６３】
次いで、基板２０上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜２１を形成する。本実施例では下地膜２１として単層構造を用いるが、前記絶縁膜を２層以上積層させた構造を用いても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）４００ｎｍを形成する。
【００６４】
次いで、下地膜２１上に半導体膜２２を形成する。半導体膜２２は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１００ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、公知の結晶化法（レーザ結晶化法、ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）により結晶化させる。なお、前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜する。
【００６５】
そして、前記半導体膜の結晶化を行う。本実施例では、レーザ結晶化により行い、前記非晶質珪素膜に脱水素化（５００℃、３時間）を行った後、レーザアニール法を行って結晶性珪素膜２３を形成する。（図７（Ｂ））
【００６６】
レーザアニール法で結晶性半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発振型のＫｒＦエキシマレーザやＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等を用いることができる。これらのレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、パルス発振型のレーザを用いる場合は発振周波数３００Ｈｚとし、レーザエネルギー密度を１００〜１５００mJ/cm2(代表的には２００〜１２００mJ/cm2)とする。この時の短尺（走査）方向のレーザ光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９８％として行ってもよい。また、連続発振型のレーザを用いる場合にはエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。
【００６７】
本実施例では、連続発振のＹＬＦレーザの第２高調波を用い、実施形態、実施例２または実施例３で示す光学系によりレーザ光を成形し、該レーザ光に対して基板を相対的に移動させながら照射して全面を結晶化させる。本発明を用いることにより、非晶質半導体膜に対して均一なアニールを効率良く行って結晶性半導体膜を得ることができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００６８】
本実施例は、実施形態または実施例１乃至実施例３と自由に組み合わせることが可能である。
【００６９】
［実施例５］
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて実施例３とは異なる方法により、半導体膜の結晶化を行う方法について図８を用いて説明する。
【００７０】
まず、実施例４にしたがって、半導体膜として非晶質珪素膜まで形成する。
【００７１】
そして、特開平７−１８３５４０号公報に記載された方法を利用して金属含有層３１を形成して、熱処理を行ったのち、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行う。本実施例では、半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度５ｐｐｍ、体積１０ｍｌ）を塗布し、５００℃の窒素雰囲気で１時間、５５０℃の窒素雰囲気で１２時間の熱処理を行って第１の結晶性半導体膜３２を得る。続いて、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行って第２の結晶性半導体膜３３を得る。（図８）
【００７２】
レーザアニール法は、連続発振のＹＶＯ4レーザの第２高調波を用い、実施形態、実施例２または実施例３で示す光学系によりレーザ光を成形し、該レーザ光に対して基板を相対的に移動させながら照射して全面を結晶化させる。本発明を用いることにより、非晶質半導体膜に対して均一なアニールを効率良く行って、第２の結晶性半導体膜を得ることができる。そして、本発明を用いて形成される半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は著しく向上し、さらには半導体装置の動作特性および信頼性をも大きく向上し得る。
【００７３】
［実施例６］
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１０〜図１３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。
【００７４】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板４００を用いる。なお、基板４００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である線状ビームを容易に形成できるので、複数の線状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。
【００７５】
次いで、基板４００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜４０１を公知の手段により形成する。本実施例では下地膜４０１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。
【００７６】
次いで、下地膜上に半導体膜を形成する。半導体膜は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、レーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、実施形態および実施例１乃至実施例３のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。 なお、前記固体レーザとしてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしてはＫｒＦエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。前記ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザのドーパントにはＮｄ3+、Ｙｂ3+、Ｃｒ4+などが用いられる。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
【００７７】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜し、この非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法およびレーザ結晶化法を行う。金属元素としてニッケルを用い、溶液塗布法により非晶質珪素膜上に導入した後、５５０℃で５時間の熱処理を行って第１の結晶性珪素膜を得る。そして、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により第２高調波に変換したのち、実施例２にしたがって第２の結晶性珪素膜を得る。前記第１の結晶性珪素膜にレーザ光を照射して第２の結晶性珪素膜とすることで、結晶性が向上する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザ光に対して相対的にステージを動かして照射し、結晶性珪素膜を形成する。また、パルス発振のエキシマレーザを用いる場合には、周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜１５００mJ/cm2(代表的には２００〜１３００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、短尺尺方向にレーザ光を５０〜９８％オーバーラップさせても良い。
【００７８】
もちろん、第１の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製することもできるが、第２の結晶性珪素膜は結晶性が向上しているため、ＴＦＴの電気的特性が向上するので望ましい。第２の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は５００〜６００ｃｍ2／Ｖｓ程度と著しく向上する。
【００７９】
このようにして得られた結晶性半導体膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、半導体層４０２〜４０６を形成する。
【００８０】
また、半導体層４０２〜４０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【００８１】
次いで、半導体層４０２〜４０６を覆うゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜４０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００８２】
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。
【００８３】
次いで、ゲート絶縁膜４０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜４０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜４０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜４０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜４０９を積層形成する。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。
【００８４】
なお、本実施例では、第１の導電膜４０８をＴａＮ、第２の導電膜４０９をＷとしているが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【００８５】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図１０（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。
【００８６】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【００８７】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層４１７〜４２２（第１の導電層４１７ａ〜４２２ａと第２の導電層４１７ｂ〜４２２ｂ）を形成する。４１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層４１７〜４２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【００８８】
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１０（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の第１の導電層４２８ａ〜４３３ａを形成する。
【００８９】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層４２８〜４３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域４２３〜４２７が形成される。不純物領域４２３〜４２７には１×１０18〜１×１０20／cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００９０】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４３４ａ〜４３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図１１（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０15〜１×１０17/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域４３６、４４２、４４８には１×１０18〜５×１０19/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域４３５、４４１、４４４、４４７には１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【００９１】
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。
【００９２】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０を形成する。第２の導電層４２９ｂと４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１１（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４５３,４５４,４５９,４６０にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19〜５×１０21atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【００９３】
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。
【００９４】
次いで、レジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００９５】
次いで、レーザ光を照射して、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。レーザ活性化は、実施形態および実施例１乃至実施例３のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＫｒＦエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を０．５〜２０００ｃｍ／ｓの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を５０〜１０００mJ/cm2(代表的には５０〜５００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を走査方向に５０〜９８％オーバーラップさせても良い。なお、レーザアニール法の他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）などを適用することができる。
【００９６】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【００９７】
そして、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。この工程は第１の層間絶縁膜４６１に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行っても良い。
【００９８】
次いで、第１の層間絶縁膜４６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜４６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。
【００９９】
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。
【０１００】
また、第２の層間絶縁膜４６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【０１０１】
そして、駆動回路５０６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線４６３〜４６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図１２）
【０１０２】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。この接続電極４６８によりソース配線（４３３ａと４３３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層４５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【０１０３】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ５０３を有する駆動回路５０６と、画素ＴＦＴ５０４、保持容量５０５とを有する画素部５０７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【０１０４】
駆動回路５０６のｎチャネル型ＴＦＴ５０１はチャネル形成領域４３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４２８ａと重なる低濃度不純物領域４３６（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５２を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ５０１と電極４６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ５０２にはチャネル形成領域４４０、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５３と、低濃度不純物領域４５４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３にはチャネル形成領域４４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４３０ａと重なる低濃度不純物領域４４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５６を有している。
【０１０５】
画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域４４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５８を有している。また、保持容量５０５の一方の電極として機能する半導体層には、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量５０５は、絶縁膜４１６を誘電体として、電極（４３２ａと４３２ｂの積層）と、半導体層とで形成している。
【０１０６】
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。
【０１０７】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１３に示す。なお、図１０〜図１３に対応する部分には同じ符号を用いている。図１２中の鎖線Ａ−Ａ’は図１３中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１２中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１３中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【０１０８】
［実施例７］
本実施例では、実施例６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１４を用いる。
【０１０９】
まず、実施例６に従い、図１２の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１２のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜５６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜５６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ５７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１１０】
次いで、対向基板５６９を用意する。次いで、対向基板５６９上に着色層５７０、５７１、平坦化膜５７３を形成する。赤色の着色層５７０と青色の着色層５７１とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【０１１１】
本実施例では、実施例６に示す基板を用いている。従って、実施例６の画素部の上面図を示す図１３では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１１２】
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。
【０１１３】
次いで、平坦化膜５７３上に透明導電膜からなる対向電極５７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜５７４を形成し、ラビング処理を施した。
【０１１４】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１４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。
【０１１５】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー密度が十分であるレーザ光により均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記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。
【０１１６】
なお、本実施例は実施例１乃至６と自由に組み合わせることが可能である。
【０１１７】
［実施例８］
本実施例では、実施例６で示したアクティブマトリクス基板を作製するときのＴＦＴの作製方法を用いて、発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴを備えた表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０１１８】
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。
【０１１９】
図１５は本実施例の発光装置の断面図である。図１５において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１２のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。
【０１２０】
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。
【０１２１】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１２のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１２２】
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。
【０１２３】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１２のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１２４】
また、配線７０６は電流制御ＴＦＴのソース配線（電流供給線に相当する）であり、７０７は電流制御ＴＦＴの画素電極７１１上に重ねることで画素電極７１１と電気的に接続する電極である。
【０１２５】
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。
【０１２６】
配線７０１〜７０７を形成後、図１５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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１５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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層７１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層７１３の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層７１３が酸化するといった問題を防止できる。
【０１３４】
さらに、パッシベーション膜７１６上に封止材７１７を設け、カバー材７１８を貼り合わせる。封止材７１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材７１８はガラス基板や石英基板やプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）や可撓性基板の両面に炭素膜（好ましくはＤＬＣ膜）を形成したものを用いる。炭素膜以外にもアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、ＳｉＮなどを用いることができる。
【０１３５】
こうして図１５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。
【０１３６】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、ｐチャネル型ＴＦＴ６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｐチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１３７】
さらに、図１５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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー密度が十分であるレーザ光により均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１４０】
なお、本実施例は実施例１乃至６と自由に組み合わせることが可能である。
【０１４１】
［実施例９］
本発明を適用して、様々な半導体装置（アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型ＥＣ表示装置）を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【０１４２】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図１６、図１７及び図１８に示す。
【０１４３】
図１６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【０１４４】
図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０１４５】
図１６（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０１４６】
図１６（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。表示部３３０２は基板として可撓性基板を用いており、表示部３３０２を湾曲させてゴーグル型ディスプレイを作製している。また軽量で薄いゴーグル型ディスプレイを実現している。本発明により作製される半導体装置を表示部３３０２に適用することで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【０１４７】
図１６（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇiｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明により作製される半導体装置を表示部３４０２に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。
【０１４８】
図１６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【０１４９】
図１７（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製される半導体装置を投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【０１５０】
図１７（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製される半導体装置を投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【０１５１】
なお、図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１７（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１５２】
また、図１７（Ｄ）は、図１７（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１７（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１５３】
ただし、図１７に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
【０１５４】
図１８（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【０１５５】
図１８（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製される半導体装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。
【０１５６】
図１８（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。表示部４１０３は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイを実現できる。また、表示部４１０３を湾曲させることも可能である。本発明により作製される半導体装置を表示部４１０３に適用することで、本発明のディスプレイが完成する。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０１５７】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざまな分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜７または８の組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０１５８】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）照射面またはその近傍の平面においてエネルギー密度の分布が非常に優れたレーザ光を形成することを可能とする。
（ｂ）被照射体に対して均一にアニールすることを可能とする。特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。
（ｃ）スループットを向上させることを可能とする。
（ｄ）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が開示する照射面に形成されるレーザ光の例を示す図。
【図２】 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図３】 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図４】 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図５】 １７３７ガラス基板における波長に対する透過率を示す図。
【図６】 石英基板における波長に対する透過率を示す図。
【図７】 本発明を用いて半導体膜を結晶化する方法の例を示す図。
【図８】 本発明を用いて半導体膜を結晶化する方法の例を示す図。
【図９】 照射面に形成される従来のレーザ光の例を示す図。
【図１０】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１２】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１３】 画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１４】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図１５】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１６】 半導体装置の例を示す図。
【図１７】 半導体装置の例を示す図。
【図１８】 半導体装置の例を示す図。
【図１９】 本発明が開示する照射面に形成されるレーザ光のエネルギー密度の分布の例を示す図。
【図２０】 レーザの出力と結晶化領域の関係の例を示す図。
Claims (14)
- 複数のレーザから複数のレーザ光が射出され、
被照射体上において、前記複数のレーザ光を１つに重ね合わせ線状に形成するレーザ照射方法であって、
前記複数のレーザから射出される複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光のスポットを切断して２つに分割し、２つに分割されたレーザ光のそれぞれの切断面が外側となるように入れ替え、
前記被照射体上において前記分割されたレーザ光の切断面を、前記重ね合わされ線状に形成されたレーザ光の線状方向の両端部とし、かつ前記被照射体上において前記分割されたレーザ光同士は重なり合わないことを特徴とするレーザ照射方法。 - 複数のレーザから複数のレーザ光が射出され、
被照射体上において、前記複数のレーザ光の形状を線状に形成し、
前記被照射体上において、前記線状に形成された複数のレーザ光を、長尺方向に、一つに重ね合わせ線状に形成するレーザ照射方法であって、
前記複数のレーザ光のうちの１つのレーザ光のスポットを切断して２つに分割し、２つに分割されたレーザ光のそれぞれの切断面が外側となるように入れ替え、
前記被照射体上において前記分割されたレーザ光のスポットの切断面の垂直方向に、前記分割されたレーザ光のスポットを広げ、
前記被照射体上において前記分割されたレーザ光の切断面を、前記重ね合わされ線状に形成されたレーザ光の線状方向の両端部とし、かつ前記被照射体上において前記分割されたレーザ光同士は重なり合わないことを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１または請求項２において、
前記重ね合わされ線状に形成されたレーザ光の長尺方向における減衰領域は２００μｍ以下であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記レーザ光のスポットの分割は、等分割であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記重ね合わされた線状のレーザ光と被照射体を相対的に移動しながら照射することを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記複数のレーザは、連続発振またはパルス発振のレーザであって、固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記複数のレーザは、連続発振またはパルス発振のレーザであって、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサントライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザから選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記複数のレーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザから選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記複数のレーザは、連続発振またはパルス発振のレーザであって、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザから選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１乃至９のいずれか一項において、
前記複数のレーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１乃至１０に記載のレーザ照射方法を用いて半導体膜を加熱することを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至１０に記載のレーザ照射方法を用いて半導体膜を結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至１０に記載のレーザ照射方法を用いて半導体膜を活性化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至１０に記載のレーザ照射方法を用いて半導体膜を結晶化し、
前記結晶化された半導体膜を活性化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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