JP4364674B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

本発明はレーザ光の照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、前記レーザ処理の工程を含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置とは、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。

近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非晶質半導体膜を用いた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試みられている。

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アニールが用いられる。

レーザアニールの特徴は、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、半導体基板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。

なお、ここでいうレーザアニール法とは、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。

レーザアニールに用いられるレーザ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。近年では、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザよりも連続発振のレーザを用いるほうが、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ている。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チャネル領域に入る粒界の数が減るので移動度が高くなり、より高性能のデバイスの開発に利用できる。そのため、連続発振のレーザはにわかに脚光を浴び始めている。（例えば特許文献１参照）

また、連続発振のレーザによる半導体または半導体膜のレーザアニール工程においては、生産性を上げるためにレーザ発振器から射出されたレーザビームを照射面上において長い楕円状に加工し、楕円状のレーザビーム（以下楕円ビームと称する。）を半導体膜に照射する方法がよく用いられる。加工後のレーザビームの形状が楕円状になるのは、元のレーザビームの形状が円形もしくはそれに近い形状であるからである。

米国特許出願公開第２００２／００３１８７６ Ａ１ 号公報

連続発振のレーザを半導体膜のアニールに用いる場合、極めて高特性のデバイスの作製が期待できる一方で、半導体膜に十分に吸収される波長域のレーザで形成できるビームスポットのサイズは極めて小さい。例えばＹＡＧレーザを使用する場合、高調波に変換しなければならないため最大出力が１０W程度のレーザしか適用できず、照射面でのビームスポットのサイズは最大でも５００μｍ×２０μｍ程度である。従って、このようなサイズのビームスポットを照射面上で、前後左右に動かすことで前記照射面上の必要な部分に対しレーザアニールを行う。

ここで、図１（ａ）に楕円状のビームスポット１０１の半導体膜における照射跡を示す。また、ビームスポット１０１の断面Ａにおけるエネルギー密度分布を１０５に示す。半導体膜における前記ビームスポットの照射跡には大きく分類して、2つの結晶状態が形成される。領域１０２及び１０４には、パルス発振のエキシマレーザでレーザ結晶化を行った場合に形成される結晶に似た状態の結晶粒が形成され、領域１０３には結晶粒径が前記パルスレーザで結晶化した場合と比較して非常に大きい結晶状態（以下この状態を、長結晶粒と呼ぶ）が形成される。

より具体的には、領域１０３に形成される長結晶粒は、短辺が数μｍ、長辺が数十〜数百μｍのレーザの走査方向に長い結晶粒であり、領域１０３の中に長結晶粒が無数に敷き詰められた状態で形成される。それに対し、領域１０２及び１０４に形成される結晶は、長辺が数μｍ以下の結晶粒や直径１μｍ程度の結晶粒であり、長結晶粒に比べ非常に小さな結晶粒である。領域１０２及び１０４は、そのような小さな結晶粒の集合体として形成される。領域１０２及び１０４に形成された小さな結晶粒はパルス発振のエキシマレーザでレーザ結晶化を行った場合に形成される結晶に似た状態の結晶粒と言える。以下、パルス発振のエキシマレーザでレーザ結晶化を行った場合に形成される結晶に似た状態の結晶粒が形成される領域を結晶性不良領域と呼ぶ。

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のチャネル領域における粒界の数が減るので移動度が高くなる。また、結晶性不良領域のＴＦＴの移動度は、長結晶粒領域に形成されるＴＦＴの移動度よりも大きく劣る。つまり、長結晶粒領域に形成されるＴＦＴと、結晶性不良領域のＴＦＴの電気特性には大きな差異が生じるため、たとえば、ＣＰＵなどの高特性が要求される半導体装置を作製する場合、該結晶性不良領域には、半導体素子を形成することができない。

エネルギー密度分布がガウシアン形状の楕円ビームを半導体膜に照射した場合、照射跡の中で結晶性不良領域が占める割合は通常２割程度である。従ってＴＦＴを配置できない領域も２割程度存在するため、半導体素子の高集積化の点で問題がある。本発明は、半導体膜上に形成される結晶性不良領域をできる限り小さくすることを課題とする。

本発明は、照射面である半導体膜に、連続発振レーザから射出された高調波と同時に波長１μｍ程度の基本波を補助的に照射する。上記の方法によって、パルス発振のエキシマレーザでレーザ結晶化を行った場合に形成される結晶に似た状態の結晶粒領域の形成を防止しながら、半導体膜上に長結晶粒領域を形成することを可能としたレーザ照射方法および照射装置、並びに半導体装置の作製方法を提供する。

図１（ｂ）は本発明の要旨を説明する図面である。半導体膜に楕円状のビームスポット１０６を照射する。ビームスポット１０６の波長域は半導体膜によく吸収される領域にあり、断面Ｂにおけるビームスポット１０６のエネルギー密度分布は１１１で示される。図中で、エネルギー密度Ａは半導体膜の溶融の閾値、エネルギー密度Ｂは長結晶粒領域形成の閾値を表す。

本発明は基本波によるビームスポット１０７をビームスポット１０６に重ね合わせて補助的に照射する。波長が１μｍ程度の基本波は通常の半導体膜には吸収されないが、高調波により溶融した半導体膜にはよく吸収される。そのため、ビームスポット１０６が照射された領域であって、かつエネルギー密度が半導体膜の溶融の閾値Ａを超える領域だけが基本波を吸収する。すなわち、半導体膜に吸収されるエネルギー分布を図１（ｂ）の実線で示したように不連続とすることができる。よって、結晶性不良領域のできるエネルギーを全く半導体膜に与えず、長結晶粒領域のできるエネルギーのみを半導体膜に与えることも可能となる。基本波のレーザビームを楕円ビームまたは長方形状のビームスポットに加工して照射することで、半導体膜の溶融した領域にエネルギーを補助的に与えることができ、長結晶粒が形成できる。本明細書中では楕円ビームと長方形状のビームを総称して、長いビームと呼ぶ。ビームスポット１０６および１０７を照射した時に半導体膜が吸収するエネルギー密度は１１２で示される。

ビームスポット１０６および１０７により形成された半導体膜の照射跡には大きく分類して、2つの結晶状態が形成される。領域１０８及び１１０は、結晶性不良領域であり、領域１０９は長結晶粒領域である。図１（ｂ）に示した照射跡は、図１（ａ）に示した、楕円状のビームスポットのみを照射して出来た照射跡よりも、結晶性不良領域の割合が小さく、長結晶粒領域の割合が大きいことがわかる。なお、条件を適切に選ぶと結晶性不良領域をほとんど０とすることができるが、熱伝導の影響があるため完全に０とすることはできない。

以上のように、高調波に対して基本波を補助的に照射することで結晶性不良領域の形成を抑制しながら半導体膜に長結晶粒領域を形成することが可能となる。なお、本発明では半導体膜の照射に用いるビームスポット形状は図１（ｂ）の構成に限定されない。高調波のビームを複数用い、それらをつなげて長いビームを作り、基本波のビームスポットを重ね合わせても良い。また、エネルギー密度が低いため結晶性不良領域が形成されてしまう部分だけに基本波を補助的に照射する構成としても良い。あるいは基本波の方を複数用いてもよいし、高調波、基本波共に複数用いても構わない。

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、可視光線以下の波長を出力する第１のレーザ発振器と、前記第１のレーザ発振器から射出される第１のレーザビームを照射面において長いビームに加工する手段と、基本波を出力する第２のレーザ発振器と、前記長いビームが照射される領域においてエネルギー密度の低い部分に、前記第２のレーザ発振器から射出される第２のレーザビームを照射する手段と、前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームに対して前記照射面を相対的に第１方向に移動させる手段と、前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームに対して前記照射面を相対的に第２方向に移動させる手段と、を有するレーザ照射装置であることを特徴としている。

また、前記第１方向と前記第２方向は互いに直交することを特徴とする。

なお、上記発明の構成において、好ましくは前記長いビームが照射される領域においてエネルギー密度の低い部分に、前記第２のレーザ発振器から射出される第２のレーザビームのエネルギー密度の高い部分を照射することを特徴とする。

上記発明の構成において、前記第１のレーザ発振器及び前記第２のレーザ発振器は、連続発振の気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ等があり、前記固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザが挙げられる。

また、上記発明の構成において、前記第１のレーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とする。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。

また、上記発明の構成において、前記第１のレーザビームはTEM₀₀で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。

レーザビームに対して透光性を持つ基板上に成膜された半導体膜をアニールする場合、均一なレーザビームの照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度φは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、φ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。複数のレーザビームを使用する場合、この議論は個々のレーザビームについて成り立つ必要がある。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。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。

また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。また、可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。上記のφに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。なぜならば、この場合、基板の厚さｄが全く意味のない数値となるからである。

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、可視光線以下の波長である第１のレーザビームを照射面において長いビームに加工し、前記照射面において、前記長いビームが照射される領域においてエネルギー密度の低い部分に、前記第２のレーザ発振器から射出される基本波である第２のレーザビームを第１のレーザビームと同時に照射し、前記長いビームに対して前記照射面を相対的に第１方向に移動しながら照射するレーザ照射方法である。

なお、上記発明の構成において、前記長いビームが照射される領域においてエネルギー密度の低い部分に、前記第２のレーザ発振器から射出される基本波である第２のレーザビームのエネルギー密度の高い部分を照射することが好ましい。

上記発明の構成において、前記第１のレーザビームまたは前記第２のレーザビームは、連続発振の気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから射出されたものであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ等があり、前記固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザが挙げられる。

また、上記発明の構成において、前記第１のレーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とする。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。

また、上記発明の構成において、前記レーザビームはTEM₀₀で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。

レーザビームに対して透光性を持つ基板上に成膜された半導体膜をアニールする場合、均一なレーザビームの照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度φは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、φ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。複数のレーザビームを使用する場合、この議論は個々のレーザビームについて成り立つ必要がある。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。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。

また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。上記のφに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。なぜならば、この場合、基板の厚さｄが全く意味のない数値となるからである。

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、基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、可視光線以下の波長である第１のレーザビームを照射面において長いビームに加工し、前記長いビームが照射される領域においてエネルギー密度の低い部分に、前記第２のレーザ発振器から射出される基本波である第２のレーザビームを第１のレーザビームと同時に照射する工程を有し、前記長いビームに対して前記照射面を相対的に第１方向に移動しながら照射する工程を有し、前記非単結晶半導体膜のレーザアニールを行うことを特徴とする半導体装置の作製方法である。

なお、上記発明の構成において、前記長いビームが照射される領域においてエネルギー密度の低い部分に、前記第２のレーザ発振器から射出される基本波である第２のレーザビームのエネルギー密度の高い部分を照射することが好ましい。

上記発明の構成において、前記結晶性不良領域の幅は１５μｍ以下である。なお、結晶性不良領域において結晶粒の大きさは通常直径１μｍ程度である。

また、上記発明の構成において、前記第１のレーザビームまたは前記第２のレーザビームは、連続発振の気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから射出されたものであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ等があり、前記固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザが挙げられる。

また、上記発明の構成において、前記第１のレーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とする。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。

また、上記発明の構成において、前記レーザビームはTEM₀₀で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。

レーザビームに対して透光性を持つ基板上に成膜された半導体膜をアニールする場合、均一なレーザビームの照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度φは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、φ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。複数のレーザビームを使用する場合、この議論は個々のレーザビームについて成り立つ必要がある。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。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。

また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。上記のφに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。なぜならば、この場合、基板の厚さｄが全く意味のない数値となるからである。

本発明の構成で半導体膜のレーザアニールを行うことにより、半導体膜上に形成される結晶性不良領域をできる限り小さくすることができ、長結晶粒領域の割合を高くすることが可能になる。従ってＴＦＴを配置できない領域を低減させ、半導体素子の高集積化を行うことが可能になる。また、本発明では、波長が１μｍ程度の基本波を高調波と同時に半導体膜に照射するため、該半導体膜の急激な温度変化の抑制や、出力の小さい高調波のエネルギーの補助などを効率良く行うことができる。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。

(実施の形態１)

本発明の実施形態について図２を用いて説明する。本実施形態では、長いビーム２０５及び長いビーム２０６を形成し半導体膜表面２０４に照射する例を示す。

まず、LD励起式の１０Wのレーザ発振器２０１（Nd:YVO₄レーザ、CW、第２高調波（532nm））を用意する。前記レーザ発振器は、TEM₀₀の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。特に第2高調波に限定する必要はないがエネルギー効率の点で、第２高調波の方が、さらに高次の高調波と比較して優れている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。４５°反射ミラー２０２にて、鉛直方向から角度φずれた方向にレーザビームの進行方向を変換する。次に、焦点距離２０mm、平面の部分が水平面と一致する平凸レンズ２０３にレーザビームを角度φで入射させる。前記角度φは適宜変更してよいが、本実施の形態では２０°とした。照射面には半導体膜２０４を設置し、水平面と平行とする。半導体膜２０４はガラス基板の表面に成膜する。半導体膜２０４と平凸レンズ２０３との距離は、２０ｍｍ程度とし、できるだけ入射面に平行な方向に伸びた長いビーム２０５が半導体膜２０４上に形成されるよう、距離を微調整する。微調整の精度は５０μｍ程度とする。これにより、長径５００μｍ、短径２０μｍ程度の楕円形状に近い長いビーム２０５が形成される。

半導体膜２０４が成膜された基板は、厚さｄのガラス基板であり、レーザ照射の際に基板が落ちないように、吸着ステージ２０７に固定されている。吸着ステージ２０７は、Ｘ軸用の一軸ロボット２０８とＹ軸用の一軸ロボット２０９により、半導体膜表面２０４に平行な面上をXY方向に動作できる。前述の干渉が出ない条件式は、
φ≧arctan(Ｗ/2ｄ)
であるから、例えば基板に厚さ0.７mmのものを使うと
φ≧１９.7°
となる。

次に、出力３００Wのレーザ発振器２１０（Nd:YAGレーザ、CW、基本波（1.064μｍ）、TEM₀₀）を用意する。レーザ発振器により発振された基本波は光ファイバ２１２を透過し、射出される。光ファイバは伝送形式がＳＩ型、コア径が直径０．６ｍｍであり、光ファイバからの出射光のＮＡは０．２である。光ファイバからの出射光は平凸レンズ２１１で集束させる。平凸レンズ２１１は、光ファイバ径に対し等倍の集光倍率を有し、平凸レンズから１７０ｍｍの位置にある焦点位置でのビームスポット径は直径０．６ｍｍとなる。基本波は半導体膜２０４に対して角度θで入射させる。角度θは５５°程度とし、照射面に１ｍｍ×０．６ｍｍの楕円形状に近いビーム２０６を形成する。ビーム２０６は長いビーム２０５を覆うように配置する。

波長が１μｍ程度の基本波は通常の半導体薄膜にはあまり吸収されず効率が悪いが、第２高調波を同時に用いると、第２高調波により溶かされた半導体薄膜に基本波がよく吸収されて、より半導体膜のアニール効率が良くなる。すなわち、半導体膜の液化による吸収係数の上昇を利用することで、基本波を本工程に採用できるようにする。その効果は、半導体膜２０４の急激な温度変化を抑えることや、出力の小さい第２高調波のレーザビームのエネルギーの補助などである。特に基本波の広がりを第２高調波の長いビーム２０５の短径方向に大きくとると温度変化をゆるやかにすることができる。基本波は、高調波とは異なり波長変換のための非線形光学素子を用いる必要がなく、非常に大出力なレーザビーム、例えば高調波の１００倍以上のエネルギーをもつもの、を得ることが可能である。非線形光学素子の対レーザの耐力が非常に弱いために、このようなエネルギー差が生じる。また、高調波を発生させる非線形光学素子は変質しやすく、固体レーザの利点であるメンテフリーの状態を長く保てないなどの欠点がある。よって、本発明により基本波で高調波を補助することは、非常に意義のあることと言える。

次に、半導体膜の作製方法の例を示す。前記半導体膜は、可視光線に対して透明なガラス基板上に形成する。具体的には、厚さ０.７mmのガラス基板の片面に厚さ200nmの酸化窒化シリコンを成膜しその上に厚さ６６nmの非晶質シリコン膜をプラズマCVD法にて成膜する。さらに半導体膜のレーザに対する耐性を高めるために、５００℃１時間の熱アニールを該半導体膜に対して行った。前記熱アニールの他に、従来技術の項目で述べた金属元素による半導体膜の結晶化を行ってもよい。どちらの膜を使っても、最適なレーザビームの照射条件はほぼ同様である。

ついで、前記半導体膜２０４に対するレーザの照射の例を示す。レーザ発振器２０１の出力は最大１０Ｗ程度であるが、長いビーム２０５のサイズが比較的小さいためエネルギー密度が十分あり、９Ｗ程度に出力を落として照射を行う。また、レーザ発振器２１０の出力は３００Wとし、長いビーム２０５を覆うようにビーム２０６を形成する。ビーム２０６の短径は、長いビーム２０５の短径と比較し、長さが３０倍異なる。Y軸ロボット２０９を使って長いビーム２０５の短径方向に半導体膜２０４が成膜された基板を走査させることにより、レーザアニールを行うことができる。上記の方法によって実際にレーザアニールされた半導体膜の様子を図３に示す。図３（a）は透過型明視野顕微鏡写真、図３（ｂ）は反射型暗視野顕微鏡写真である。長いビーム２０５の長径方向、幅２３５μｍの領域に、走査方向に長く延びた長結晶粒領域（領域Ａ）が形成でき、長結晶粒領域（領域Ａ）の両端に結晶性不良領域（領域Ｂ）が幅１５μｍ形成される。前記走査のとき、先に基本波が半導体膜２０４に照射され、その後、第２高調波が照射され、最後に基本波が再び照射される。基本波は溶融状態のシリコンには吸収されるため、半導体膜２０４の急激な温度変化を抑えることが可能となる。

また、図３（ｃ）および図３（ｄ）にはレーザ発振器２０１の出力を１０Ｗとし、レーザ発振器２１０からの基本波を照射しないでレーザアニールした場合の半導体膜の様子を示す。図３（ｃ）は透過型明視野顕微鏡写真、図３（ｄ）は反射型暗視野顕微鏡写真である。長いビーム２０５の長径方向、幅２２０μｍの領域に、走査方向に長く延びた長結晶粒領域（領域Ａ）が形成され、長結晶粒領域（領域Ａ）の両端に結晶性不良領域（領域Ｂ）が幅２５μｍ形成される。図３（ａ）および（ｂ）と比べ、長結晶粒領域（領域Ａ）が狭くなり、結晶性不良領域（領域Ｂ）が広くなっていることがわかる。これらの結果から、本発明の方法によって長結晶粒領域の両端にできる結晶性不良領域の割合を低減できることがわかる。なお、図３（ｂ）および図３（ｄ）の照射跡の両端には表面ラフネスの強い部分(図中、黒い部分)があることが示されているが、本発明の方法を採用することによって表面ラフネスの強い部分も低減しながらレーザアニールできることがわかる。

なお、本実施の形態において、高調波のレーザビームの入射角度は２０°以上とする。これにより干渉が抑制されるので、より均一なレーザの照射が可能となる。走査速度は数十ｃｍ/ｓ〜数百ｃｍ/ｓ程度が適当であり、ここでは５０ｃｍ/ｓとする。

図８に半導体膜全面を長結晶粒領域とする照射方法を示す。識別を容易にするため図中の符号は図２と同じものを使った。半導体膜が成膜された基板を吸着ステージ２０７に固定し、レーザ発振器２０１及びレーザ発振器２１０を発振させる。出力は９Ｗ及び３００Wとし、まずＹ軸ロボット２０９により走査速度５０ｃｍ/ｓにて、半導体膜表面を１筋走査する。前記１筋は図８中において、A1の部分に相当する。図８中、Ｙ軸ロボットにて、往路Am（mは正の整数）の部分をレーザ照射した後、X軸ロボット２０８により、長結晶粒領域と結晶性不良領域の幅分だけ長いビームをその長径方向にスライドさせ、復路Bmの部分をレーザ照射する。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面において長結晶粒領域の割合を高く保つことができる。なお、長結晶粒領域の半導体膜の特性は非常に高く特にTFTなどの半導体素子を作製した場合には極めて高い電気移動度を示すことが期待できるが、そのような高い特性が必要でない半導体膜の部分には長結晶粒領域を形成する必要がない。よって、そのような部分にはレーザビームを照射しない、もしくは長結晶粒領域を形成しないようにレーザ照射を行ってもよい。長結晶粒領域を形成しないで効率よく半導体膜をアニールするには、例えば、走査の速度を増加させればよい。本発明人の実施によれば、２ｍ/ｓ程度の速度で長いビーム２０５のみを走査させると、非晶質シリコン膜を結晶化させることができるが、このとき長結晶粒領域は形成されず、いわゆる一般に言われるポリシリコン膜が形成された。なお、上記の条件は照射対象の半導体膜やレーザビームのエネルギー分布などに影響されることは言うまでもない。
(実施の形態２)

本実施形態では、基本波を使うことで、実施の形態１で示した第2高調波を成形して得られる長いビームのエネルギー分布をより均一化する例を図４に沿って示す。

まず、LD励起式の１０Wのレーザ発振器３０１（Nd:YVO₄レーザ、CW、第２高調波（532nm））を用意する。前記レーザ発振器は、TEM₀₀の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。４５°反射ミラー３０２にて、鉛直方向から角度φずれた方向にレーザビームの進行方向を変換する。次に、焦点距離２０mm、平面の部分が水平面と一致する平凸レンズ３０３にレーザビームを角度φで入射させる。前記角度φは適宜変更してよいが、本実施例では２０°とした。照射面には半導体膜３０４を設置し、水平面と平行とする。半導体膜３０４はガラス基板の表面に成膜する。半導体膜３０４と平凸レンズ３０３との距離は、３０ｍｍ程度とし、できるだけ入射面に平行な方向に伸びた長いビーム３０５が半導体膜３０４上に形成されるよう、距離を微調整する。微調整の精度は５０μｍ程度とする。これにより、長径５００μｍ、短径２０μｍ程度の楕円形状に近い長いビーム３０５が形成される。

半導体膜３０４が成膜された基板は、厚さｄのガラス基板であり、レーザ照射の際に基板が落ちないように、吸着ステージ３０７に固定されている。吸着ステージ３０７は、Ｘ軸用の一軸ロボット３０８とＹ軸用の一軸ロボット３０９により、半導体膜表面３０４に平行な面上をXY方向に動作できる。前述の干渉が出ない条件式は、
φ≧arctan(Ｗ/2ｄ)
であるから、例えば基板に厚さ0.７mmのものを使うと
φ≧１９.7°
となる。

次に、出力３００Wのレーザ発振器３１０及び３１４（Nd:YAGレーザ、CW、基本波（１.０６４μｍ）、TEM₀₀）を用意する。レーザ発振器により発振された基本波は光ファイバ３１５および３１６を透過し、射出される。光ファイバは伝送形式がＳＩ型、コア径が直径０．６ｍｍであり、光ファイバからの出射光のＮＡは０．２である。光ファイバからの出射光は平凸レンズ３１１および３１３で集束させる。平凸レンズ３１１および３１３は、光ファイバ径に対し等倍の集光倍率を有し、平凸レンズから１７０ｍｍの位置にある焦点位置でのビームスポット径は直径０．６ｍｍとなる。基本波は半導体膜３０４に対して角度θで入射させる。角度θは５５°程度とし、照射面に１ｍｍ×０．６ｍｍの楕円形状に近いビーム３０６および３１２を形成する。ビーム３０６および３１２は長いビーム３０５を覆うように配置する。

前記配置は、例えば図４ｂ）に記載したようにし、第２高調波により出来る長いビーム３０５の長径の方向の両側に、基本波による長いビーム３０６、３１２を配置し、それぞれの長いビームの長径を同一直線上に乗せるようにする。このようにすると、第２高調波により出来る長いビーム３０５のビームの両端におけるエネルギーの減衰部分に直接、基本波が作用し、エネルギーの減衰分のエネルギーを補助するので好ましい。通常レーザビームは、スポットの中央のエネルギーが最も強く、その周辺部にいくに従いエネルギーが減衰する、ガウシアンライクのエネルギー分布を持つ。よって、第２高調波により形成された長いビーム３０５も、その両端のエネルギーはその中央のエネルギーと比較して弱く、レーザアニールの均一性に影響する。それを、半導体膜に対してより透光性の高い基本波を、第２高調波により形成された長いビーム３０５によって溶かされた領域に向かって照射することで、前記溶かされた領域における前記基本波の照射された部分を選択的に加熱することが可能となる。

図４b)の構成を、図５a)、b)を使ってより詳細に説明する。図４b)の側面図において、第２高調波による長いビーム３０５のみでレーザアニールを行う場合、図５a)に図示したような温度分布で半導体膜が加熱される。通常溶融部分は固体部分よりも熱伝導がよいため、長いビーム中央部分においてはエネルギー分布は一様となるが、やはり長いビーム３０５の両端部分はエネルギーの減衰が激しく温度低下が起こっている。基本波は半導体膜を高い透過率で透過するので、この領域に直接、基本波を照射することが可能であることから、これにより半導体膜における温度分布の一様な部分をより増加させることができる。すなわち、図４b)の側面図のように長いビーム３０５の両端から長いビーム３０６、３１２を照射することで、半導体膜の温度分布は、図５ｂ）のように変化させることが出来る。すなわち、半導体膜の温度分布の一様な部分を増やし、アニールの温度ムラを抑えることが可能となる。また、長いビームの両端におけるエネルギーの減衰領域の幅を減らすことも可能となる。

ついで、半導体膜３０４に対するレーザの照射の例を示す。レーザ発振器３０１の出力は最大１０Ｗ程度であるが、長いビーム３０５のサイズが比較的小さいためエネルギー密度が十分あり、９Ｗ程度に出力を落として照射を行う。また、レーザ発振器３１０、３１４の出力は３００Wとし、長いビーム３０５を両端から覆うように長いビーム３０６、３１２を配置する。本実施形態においては、長いビーム３０６及び３１２の短径は、長いビーム３０５の短径と比較し、長さが１０倍異なるが、図４では図を見やすくするため同程度の大きさに記載した。同程度の大きさとしても本発明の主旨は変わらないので、実施者が使用する膜などの条件に合わせたレーザビームの大きさを適宜選べばよい。

Y軸ロボット３０９を使って長いビーム３０５の短径方向に半導体膜３０４が成膜された基板を走査させることにより、長いビーム３０５の長径方向、幅２５０μｍの領域に、走査方向に長く延びた単結晶の粒が敷き詰められた状態で形成できるが、前記走査のとき、先に基本波が半導体膜３０４に照射され、その後、第２高調波が照射され、最後に基本波が再び照射される。これにより、半導体膜３０４の急激な温度変化を抑えることが可能となる。このとき、高調波のレーザビームの入射角度は２０°以上とする。これにより干渉が抑制されるので、より均一なレーザの照射が可能となる。基本波の長いビーム３０６、３１２の補助がないと、形成される長結晶粒領域の幅は、１９０μｍくらいであるが、前記補助のため、前記長結晶粒領域の幅は、２５０μｍ程度と広がる。温度分布の一様な領域は広がるがやはり前記長結晶粒領域の幅方向における両端部分においては、温度の低い部分でのアニールが施されており、この部分に作製される半導体素子の特性低下が懸念される。よって、この部分には半導体素子を作製しないか、あるいは、長いビームをその長径方向にオーバーラップさせて走査させることで、半導体素子の特性が低下するような領域を消失させることを行ってもよい。例えば、前記長結晶粒領域の幅２５０μｍのうち、特性の低下が懸念される領域が、その両端の５μｍずつあると仮定すると、有効に使用できる前記長結晶粒領域の幅は２４０μｍとなる。よって、Y軸ロボット２０９により１方向の走査で、半導体膜３０４を結晶化した後、X軸ロボットを２４５μｍ動かして、再びY軸ロボット３０９の走査により長結晶粒領域を形成することを繰り返せば、前記特性の低下が懸念される領域が基板内で占める割合を最小にすることが可能である。
(実施の形態３)

本実施形態では、第2高調波を成形して得られる長いビームを幾つか組み合わせ、より長いビームを形成し、さらに、基本波によりエネルギーの補助を施す例を図６に沿って示す。

まず、図示しないLD励起式の１０Wのレーザ発振器（Nd:YVO₄レーザ、CW、第２高調波（532nm））を４台用意する。前記レーザ発振器は、TEM₀₀の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。反射ミラーを幾つか使用することで、鉛直方向から角度βずれた方向にレーザビームの進行方向をそれぞれ変換し、照射面にてほぼ１つに合成されるように４方向から入射させる。前記４方向は、それぞれ光軸A、光軸B、光軸C、光軸Dと一致させる。光軸Aと光軸B、及び、光軸Cと光軸Dは、照射面に対し垂直な平面Aに対し面対称に位置させ、光軸Aと光軸Bとのなす角度、及び、光軸Cと光軸Dの成す角度、をそれぞれ２０°とする。また、平面Aと照射面に垂直な平面Bに対して、光軸Aと光軸C、及び、光軸Bと光軸をD面対称に位置させ、光軸Aと光軸Bを含む平面Cと、光軸Cと光軸Dを含む平面Dとの成す角度を５０°とする。

次に、焦点距離１５０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズ４０１a、４０１b、４０１c、及び４０１dを、前記光軸A、光軸B、光軸C、及び光軸Dにそれぞれ０°入射させるよう配置する。このとき前記平凸シリンドリカルレンズの集光方向は平面Cまたは平面Dに含まれる方向とする。前記平凸シリンドリカルレンズ４０１と照射面との距離はそれぞれの光軸上で測って１１０〜１２０ｍｍの間で調整する。

さらに、焦点距離２０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズ４０２a及び４０２bの母線が、前記平面C及び平面Dにそれぞれ含まれるように配置する。前記母線は、シリンドリカルレンズの曲面部における、シリンドリカルレンズの平面部から最も離れた場所に位置する母線とする。また、前記、平凸シリンドリカルレンズ４０２a及び４０２bの平面部と、前記平面C及び平面Dとは、互いにそれぞれ直交するように配置する。前記平凸シリンドリカルレンズ４０２と照射面との距離はそれぞれの光軸上で測って約１８ｍｍの辺りで調整する。

以上の配置により、長径４００μｍ、短径２０μｍ程度のサイズの長いビームが４つ、照射面４０３において形成される。このままでは、前記照射面４０３において、４つのビームは完全に１つに合成されるので、より長いビームを形成することは出来ないが、各レンズの位置を微調整することで、図６b)に記載したような配置に変換することができる。すなわち、４つ長いビーム４０５a、４０５b、４０５c及び４０５dの長径を一直線上に配置し、それらを前記直線の方向に互いにずらし合わせることで、長いビームをより長いビームとすることができる。これにより、幅１.５ｍｍの長結晶粒領域が得られる。

次に、出力２０００WのCWのLD励起YAGレーザ（基本波）を用い、光学系４０４により１×２ｍｍの楕円ビーム４０５eを照射面に形成する。このとき前記４つの長いビームを覆うように前記楕円ビーム４０５eを形成する。用いる光学系４０４は例えば、図２で示した平凸レンズ２１１のようにレーザビームを平凸レンズに斜め入射させて形成してもよい。あるいは、２枚のシリンドリカルレンズを直交させて用い、丸のビームを楕円に変換してもよい。ここで重要なのは、決して基本波をレーザ発振器に戻してはならないということである。半導体膜の表面は、多少なりとも反射があることから、レーザビームを照射面に対して垂直に入射させることだけはやってはならない。

以上のようにして形成した長いビームを用い、例えば実施形態１で示したＸ軸用の一軸ロボット２０８とＹ軸用の一軸ロボット２０９などを用いて半導体膜を全面結晶化すればよい。半導体膜は例えば、実施形態１で示した方法にて作製すればよい。本実施形態を用いる利点は、より長いビームが出来ているので処理時間が短く済み、また、ガウシアンライクのエネルギー分布を持つ長いビームを互いにオーバーラップさせて隣接させることでエネルギー分布を長径方向に均一化できるため、比較的温度のムラが抑えられるので好ましい。
(実施の形態４)

本実施形態では、第2高調波を成形して得られる長いビームをガルバノミラーなどの偏向手段を用いて、さらに、基本波によるビームをガルバノミラーなどの偏向手段を用いて照射しエネルギーの補助を施す例を図７に沿って示す。

まず、LD励起式の１０Wのレーザ発振器６０１（Nd:YVO₄レーザ、CW、第２高調波（532nm））を用意する。前記レーザ発振器は、TEM₀₀の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。このビームは丸型なので、これを長楕円形に変換する光学系６０２に入射させる。変換手段は、例えば、シリンドリカルレンズ２枚構成のビームエキスパンダーとし、１方向だけビームを伸ばし楕円形としてもよい。また、通常のビームエキスパンダーを前記ビームエキスパンダーに組み合わせて用い、広がり角を制御してもよい。次いで、ガルバノミラー６０３にて、楕円形状に変換されたレーザビームを偏向する。偏向されたレーザビームはｆθレンズ６０４を介し、半導体膜６０６が形成する平面上に到達する。ｆθレンズにより、楕円形状に変換された前記レーザビームを前記平面上で集光する。これにより、例えば短径２０μｍ、長径４００μｍの長いビーム６０５が前記平面上に形成される。ガルバノミラー６０３の角度を変化させることで、前記平面上において、前記長いビーム６０５が走査される。ガルバノミラーの角度による長いビーム６０５の形状の変化はｆθレンズ６０４により抑えられる。レーザビームの半導体膜６０６に対する入射角度は２０°とする。これにより半導体膜６０６上における、半導体膜６０６表面からのレーザビームの反射光と半導体膜６０６が成膜された基板の裏面からのレーザビームの反射光との干渉の発生を防ぐことができる。

第２高調波により形成される長いビーム６０５に合わせて半導体膜６０６に基本波を照射するため、出力３００WのLD励起のYAGレーザ６０８（Nd:YAGレーザ、CW、基本波（1.064μｍ）、TEM₀₀、広がり角は３ｍrad程度）を用意する。レーザ発振器により発振された基本波は光ファイバ６１２を透過し、射出される。光ファイバは伝送形式がＳＩ型、コア径が直径０．６ｍｍであり、光ファイバからの出射光のＮＡは０．２である。光ファイバからの出射光は、コリメートレンズなどを用いた光学系６１３でコリメートさせる。コリメートしたレーザビームをガルバノミラー６０９にて、半導体膜６０６方向に偏向する。偏向されたレーザビームはｆθレンズ６１０を介し、半導体膜６０６が形成する平面上に到達する。ｆθレンズにより、前記レーザビームを前記平面上で集光する。これにより、例えば短径６００μｍ、長径１ｍｍのビーム６１１が前記平面上に形成される。ガルバノミラー６０９の角度を変化させることで、前記平面上において、前記ビーム６１１を走査させる。ガルバノミラー６０９の動作はガルバノミラー６０３の動作に同期させて行うように制御し、前記平面上において、ビーム６１１を前記第2高調波の長いビーム６０５の位置に合わせて走査させる。ガルバノミラーの角度によるビーム６１１の形状の変化はｆθレンズ６１０により抑えられる。レーザビームの半導体膜６０６に対する入射角度は５５°程度とする。これにより半導体膜６０６上における、半導体膜６０６表面からのレーザビームの反射光と半導体膜６０６が成膜された基板の裏面からのレーザビームの反射光との干渉の発生を防ぐことができる。

本実施形態では、ガルバノミラー６０３および６０９はそれぞれ１枚構成で用い、１軸のみの走査とする。これでは、２次元平面の全面走査ができないので、前記基板を一軸ステージ６０７に載せ、図７紙面の左右方向に動作させ、基板全面をアニールできるようにする。長いビーム６０５の走査の速度は、１００〜２０００ｍｍ/ｓとし、好ましくは５００ｍｍ/ｓ程度とする。

半導体膜６０６の全面をレーザアニールするために、例えば、ガルバノミラー６０３および６０９を半周期動作させた後、１軸ステージ６０７を長結晶粒領域の幅の分だけ移動させ、再びガルバノミラー６０３を半周期動作させることを繰り返し行えばよい。本実施形態では、前記長結晶粒領域の幅は２３５μｍ程度であり、その分だけ１軸ステージ６０７を順次送っていけばよい。

なお、本実施例では基本波のレーザビームをガルバノミラーによって走査する構成について説明したが、ガルバノミラーを使わずに、ファイバーおよび光学系を基板に対して相対的に動作させることによって、第2高調波のレーザビームの照射位置と同位置に基本波のレーザビームを走査させる構成としてもよい。

本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図９〜１０を用いて説明する。

まず、本実施例ではコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表される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７００を用いる。なお、基板７００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。

次いで、基板７００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などの絶縁膜から成る下地膜７０１を形成する。本実施例では下地膜７０１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜７０１の一層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、及びＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜７０１ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）形成する。本実施例では、膜厚５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜７０１ａ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成する。次いで、下地膜７０１のニ層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ₄、及びＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜７０１ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜７０１ｂ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を形成する。

次いで、下地膜上に半導体膜７０２を形成する。半導体膜７０２は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により、２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで形成する。半導体膜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。続いて、レーザ結晶化法を行なって得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして、半導体層８０２〜８０６を形成する。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化処理（ＲＴＡやファーネスアニール炉等を利用した熱結晶化法、ニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行なってもよい。

レーザ結晶化法で結晶質半導体膜を作製するには、連続発振型のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ₃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、レーザから放射されたレーザビームを光学系で矩形状または楕円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。

本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質シリコン膜を成膜する。そして、
連続発振のＹＡＧレーザの基本波と連続発振のＹＶＯ₄レーザの第２高調波を用いたレーザ結晶化法により結晶質シリコン膜を形成する。そして、この結晶質シリコン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って、半導体層８０２〜８０６を形成する。

半導体層８０２〜８０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行なってもよい。

次いで、半導体層８０２〜８０６を覆うゲート絶縁膜８０７を形成する。ゲート絶縁膜８０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとしてシリコン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の厚さで酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。もちろん、ゲート絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコン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。

また、酸化シリコン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シリコン膜は、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。

次いで、図９（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜８０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜８０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜８０９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８０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜８０９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する。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９９．９９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができた。

なお、本実施例では、第１の導電膜８０８をＴａＮ、第２の導電膜８０９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結晶質シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、第１の導電膜をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＡｌ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよい。

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８１０〜８１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行なう。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行なう。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。ここでは、松下電器産業（株）製のＩＣＰを用いたドライエッチング装置（Model Ｅ６４５−□ＩＣＰ）を用いる。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。

この後、レジストからなるマスク８１０〜８１５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。

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８１７〜８２２（第１の導電層８１７ａ〜８２２ａと第２の導電層８１７ｂ〜８２２ｂ）を形成する。８１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層８１７〜８２２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。

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添加する。（図１０（Ａ））ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行なえば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹³〜５×１０¹⁵ions／ｃｍ²とし、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとして行なう。本実施例ではドーズ量を１．５×１０¹⁵ions／ｃｍ²とし、加速電圧を８０ｋｅＶとして行った。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）を用いた。この場合、導電層８１７〜８２１がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第１の高濃度不純物領域７０６〜７１０が形成される。第１の高濃度不純物領域７０６〜７１０には１×１０²⁰〜１×１０²¹atoms／ｃｍ³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。

次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行なう。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８２８ｂ〜８３３ｂを形成する。一方、第１の導電層８１７ａ〜８２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層８２８〜８３３（第１の導電層８２８ａ〜８３３ａと第２の導電層８２８ｂ〜８３３ｂ）を形成する。

次いで、レジストからなるマスクを除去せずに、図１０（Ｂ）に示すように、第２のドーピング処理を行なう。この場合、第１のドーピング処理よりもドーズ量を下げて、７０〜１２０ｋｅＶの高い加速電圧で、ｎ型を付与する不純物元素を導入する。本実施例ではドーズ量を１．５×１０¹⁴ions／ｃｍ²とし、加速電圧を９０ｋｅＶとして行なった。第２のドーピング処理は第２の形状の導電層８２８〜８３３をマスクとして用い、第２の導電層８２８ｂ〜８３３ｂの下方における半導体層にも不純物元素が導入され、新たに第２の高濃度不純物領域８２３ａ〜８２７ａおよび低濃度不純物領域８２３ｂ〜８２７ｂが形成される。

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８３４ａおよび８３４ｂを形成して、図１０（Ｃ）に示すように、第３のエッチング処理を行なう。エッチング用ガスにＳＦ₆およびＣｌ₂とを用い、それぞれのガス流量を５０／１０（ｓｃｃｍ）とし、１．３Ｐａ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、約３０秒のエッチング処理を行なう。基板側（資料ステージ）には１０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的には不の自己バイアス電圧を印加する。こうして、前記第３のエッチング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴおよび画素部のＴＦＴ（画素ＴＦＴ）のＴａＮ膜をエッチングして、第３の形状の導電層８３５〜８３８（第１の導電層８３５ａ〜８３８ａと第２の導電層８３５ｂ〜８３８ｂ）を形成する。

次いで、レジストからなるマスクを除去した後、第２の形状の導電層８２８、８３０および第３の形状の導電層８３５〜８３８をマスクとして用い、ゲート絶縁膜８１６を選択的に除去して絶縁層８３９〜８４４を形成する。（図１１（Ａ））

次いで、新たにレジストからなるマスク８４５ａ〜８４５ｃを形成して第３のドーピング処理を行なう。この第３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８４６ａ〜８４６ｃ、８４７ａ〜８４７ｃを形成する。第２の導電層８３５ａ、８３８ａ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８４６、８４７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３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８４５ａ〜８４５ｃで覆われている。第１のドーピング処理及び第２のドーピング処理によって、不純物領域８４６ａ〜８４６ｃ、８４７ａ〜８４７ｃ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２×１０²⁰〜２×１０²¹ atoms／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。本実施例では、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層の一部が露呈しているため、不純物元素（ボロン）を添加しやすい利点を有している。

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。

次いで、レジストからなるマスク８４５ａ〜８４５ｃを除去して第１の層間絶縁膜８６１を形成する。この第１の層間絶縁膜８６１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としてシリコン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の酸化窒化シリコン膜を形成する。もちろん、第１の層間絶縁膜８６１は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコン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。

次いで、図１１（Ｃ）に示すように、加熱処理を行なって、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行なう。この加熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行なう。熱アニール法としては、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜５５０℃で行えばよく、本実施例では５５０℃、４時間の熱処理で活性化処理を行う。なお、熱アニール法の他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。レーザアニール法については発明実施の形態で示した方法を採用してもよい。

また、第１の層間絶縁膜を形成する前に加熱処理を行なっても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（シリコンを主成分とする絶縁膜、例えば窒化シリコン膜）を形成した後で活性化処理を行なうことが好ましい。

さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理を行ない、半導体層を水素化する工程を行なう。本実施例では水素を約３％の含む窒素雰囲気中で４１０℃、１時間の熱処理を行う。この工程は層間絶縁膜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）を行なっても良い。

次いで、第１の層間絶縁膜８６１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８６２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するが、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。

本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行なうことができるため、工程数の増加なく形成することができる。

なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。

また、第２の層間絶縁膜８６２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。

そして、駆動回路９０６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８６３〜８６７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。

また、画素部９０７においては、画素電極８７０、ゲート配線８６９、接続電極８６８を形成する（図１２）。この接続電極８６８によりソース配線（８４３ｂと８４９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８６９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８７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域８４２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８５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極８７０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。

以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ９０１とｐチャネル型ＴＦＴ９０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ９０３を有する駆動回路９０６と、画素ＴＦＴ９０４、保持容量９０５とを有する画素部９０７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。

駆動回路９０６のｎチャネル型ＴＦＴ９０１はチャネル形成領域８２３ｃ、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層８２８ａと重なる低濃度不純物領域８２３ｂ（ＧＯＬＤ領域）、と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８２３ａを有している。このｎチャネル型ＴＦＴ９０１と電極８６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ９０２にはチャネル形成領域８４６ｄ、ゲート電極の外側に形成される不純物領域８４６ｂ、８４６ｃ、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８４６ａを有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ９０３にはチャネル形成領域８２５ｃ、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層８３０ａと重なる低濃度不純物領域８２５ｂ（ＧＯＬＤ領域）、と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８２５ａを有している。

画素部の画素ＴＦＴ９０４にはチャネル形成領域８２６ｃ、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域８２６ｂ（ＬＤＤ領域）と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８２６ａを有している。また、保持容量９０５の一方の電極として機能する半導体層８４７ａ〜８４７ｃには、それぞれｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量９０５は、絶縁膜８４４を誘電体として、電極（８３８ａと８３８ｂの積層）と、半導体層８４７ａ〜８４７ｃとで形成している。

また、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。

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９〜図１２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。

本実施例では、実施例１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。

まず、実施例１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８７０上に配向膜９６７を形成しラビング処理を行なう。なお、本実施例では配向膜９６７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９７２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。

次いで、対向基板９６９を用意する。次いで、対向基板９６９上に着色層９７０、９７１、平坦化膜９７３を形成する。赤色の着色層９７０と青色の着色層９７１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。

本実施例では、実施例１に示す基板を用いている。従って、実施例１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８６９と画素電極８７０の間隙と、ゲート配線８６９と接続電極８６８の間隙と、接続電極８６８と画素電極８７０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。

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。

次いで、平坦化膜９７３上に透明導電膜からなる対向電極９７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜９７４を形成し、ラビング処理を施した。

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９６８で貼り合わせる。シール材９６８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９７５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９７５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。

以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電子機器の表示部として用いることができる。

なお、本実施例は実施例１と自由に組み合わせることが可能である。

本実施例では、本発明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ＩＣ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。

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１１００上に設けられたスイッチングＴＦＴ１００３は図１２のｎチャネル型ＴＦＴ９０３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ＴＦＴ９０３の説明を参照すれば良い。

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。

基板１１００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ＴＦＴ９０１とｐチャネル型ＴＦＴ９０２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。

また、配線１１０１、１１０３はＣＭＯＳ回路のソース配線、配線１１０２はドレイン配線として機能する。また、配線１１０４はソース配線１１０８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１１０５はドレイン配線１１０９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。

なお、電流制御ＴＦＴ１００４は図１２のｐチャネル型ＴＦＴ１３０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ１３０２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。

また、配線１１０６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、１１０７は電流制御ＴＦＴの画素電極１１１０上に重ねることで画素電極１１１０と電気的に接続する電極である。

なお、１１１０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１１１０は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜１１１１上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦な層間絶縁膜１１１１を用いてＴＦＴによる段差を平坦化する。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。

配線１１０１〜１１０７を形成後、図１５に示すようにバンク１１１２を形成する。バンク１１１２は１００〜４００ｎｍのシリコン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。

なお、バンク１１１２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１１１２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。

画素電極１１１０の上には発光層１１１３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。

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、高分子系有機発光材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化シリコン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。

次に、発光層１１１３の上には導電膜からなる陰極１１１４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。

この陰極１１１４まで形成された時点で発光素子１１１５が完成する。なお、ここでいう発光素子１１１５は、画素電極（陽極）１１１０、発光層１１１３及び陰極１１１４で形成されたダイオードを指す。

発光素子１１１５を完全に覆うようにしてパッシベーション膜１１１６を設けることは有効である。パッシベーション膜１１１６としては、炭素膜、窒化シリコン膜もしくは窒化酸化シリコン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。

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１１１３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１１１３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１１１３が酸化するといった問題を防止できる。

さらに、パッシベーション膜１１１６上に封止材１１１７を設け、カバー材１１１８を貼り合わせる。封止材１１１７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１１１８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。

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１１１２を形成した後、パッシベーション膜１１１６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１１１８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。

こうして、プラスチック基板を母体とする絶縁体上にｎチャネル型ＴＦＴ１００１、１００２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）１００３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）１００４が形成される。ここまでの製造工程で必要としたマスク数は、一般的なアクティブマトリクス型発光装置よりも少ない。

即ち、ＴＦＴの製造工程が大幅に簡略化されており、歩留まりの向上および製造コストの低減が実現できる。

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。

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。

さらに、発光素子を保護するための封止（または封入）工程まで行った後の本実施例の発光装置について図１６を用いて説明する。なお、必要に応じて図１５で用いた符号を引用する。

図１６（Ａ）は、発光素子の封止までを行った状態を示す上面図、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）をＣ−Ｃ'で切断した断面図である。点線で示された１２０５はソース側駆動回路、１２０６は画素部、１２０７はゲート側駆動回路である。また、１３０１はカバー材、１３０２は第１シール材、１３０３は第２シール材であり、第１シール材１３０２で囲まれた内側には封止材１３０７が設けられる。

なお、１３０４はソース側駆動回路１２０５及びゲート側駆動回路１２０７に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１３０５からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。

次に、断面構造について図１６（Ｂ）を用いて説明する。基板１１００の上方には画素部１２０６、ゲート側駆動回路１２０７が形成されており、画素部１２０６は電流制御ＴＦＴ１００４とそのドレインに電気的に接続された画素電極１１１０を含む複数の画素により形成される。また、ゲート側駆動回路１２０７はｎチャネル型ＴＦＴ１００１とｐチャネル型ＴＦＴ１００２とを組み合わせたＣＭＯＳ回路（図１５参照）を用いて形成される。

画素電極１１１０は発光素子の陽極として機能する。また、画素電極１１１０の両端にはバンク１１１２が形成され、画素電極１１１０上には発光層１１１３および発光素子の陰極１１１４が形成される。

陰極１１１４は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線１３０４を経由してＦＰＣ１３０５に電気的に接続されている。さらに、画素部１２０６及びゲート側駆動回路１２０７に含まれる素子は全て陰極１１１４およびパッシベーション膜１１１６で覆われている。

また、第１シール材１３０２によりカバー材１３０１が貼り合わされている。なお、カバー材１３０１と発光素子との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、第１シール材１３０２の内側には封止材１３０７が充填されている。なお、第１シール材１３０２、封止材１３０７としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第１シール材１３０２はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さらに、封止材１３０７の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化防止効果をもつ物質を含有させても良い。

発光素子を覆うようにして設けられた封止材１３０７はカバー材１３０１を接着するための接着剤としても機能する。また、本実施例ではカバー材１３０１を構成するプラスチック基板の材料としてＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリルを用いることができる。

また、封止材１３０７を用いてカバー材１３０１を接着した後、封止材１３０７の側面（露呈面）を覆うように第２シール材１３０３を設ける。第２シール材１３０３は第１シール材１３０２と同じ材料を用いることができる。

以上のような構造で発光素子を封止材１３０７に封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等の発光層の酸化による劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置が得られる。

なお、本実施例は実施例１または２と自由に組み合わせることが可能である。

本実施例では、本発明のＴＦＴ回路によるアクティブマトリクス型液晶表示装置を組み込んだ半導体装置について図１７、図１８、図１９で説明する。

このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図１７と図１８に示す。

図１７（Ａ）は携帯電話であり、本体９００１、音声出力部９００２、音声入力部９００３、表示装置９００４、操作スイッチ９００５、アンテナ９００６から構成されている。本願発明は音声出力部９００２、音声入力部９００３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９００４に適用することができる。

図１７（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。本願発明は音声入力部９１０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９１０２、受像部９１０６に適用することができる。

図１７（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カメラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成されている。本願発明は受像部９２０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９２０５に適用することができる。

図１７（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体９３０１、表示装置９３０２、アーム部９３０３で構成される。本願発明は表示装置９３０２に適用することができる。また、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。

図１７（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０２、９５０３、記憶媒体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディスク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。表示装置９５０２、９５０３は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用することができる。

図１８（Ａ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレイヤーであり、本体９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ 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。

図１８（Ｂ）はテレビであり本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３で構成される。

図１８（Ｃ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。

図１９（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で構成される。本発明は投射装置やその他の信号制御回路に適用することができる。

図１９（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で構成される。本発明は投射装置やその他の信号制御回路に適用することができる。

なお、図１９（Ｃ）は、図１９（Ａ）及び図１９（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１９（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。

また、図１９（Ｄ）は、図１９（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１９（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。

また、本発明はその他にも、発光型表示素子に適用することも可能である。このように、本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる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乃至３と自由に組み合わせることが可能である。

ビームスポットの照射跡の様子を示す図。 発明の実施の形態１を説明する図。 半導体膜のレーザアニールの様子を示す図。 発明の実施の形態２を説明する図。 発明の実施の形態２を説明する図。 発明の実施の形態３を説明する図。 発明の実施の形態４を説明する図。 レーザアニールの様子を示す図。 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。 画素ＴＦＴの構成を示す断面図。 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。 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。 （A）発光装置の上面図。（B）発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。 半導体装置の一例を示す図。 半導体装置の一例を示す図。 半導体装置の一例を示す図。

Claims (6)

1. ガラス基板の上方に非晶質シリコン膜を形成し、
   高調波であり波長５３２ｎｍである連続発振の第１のレーザビームを前記非晶質シリコン膜において楕円状ビームとなるように加工し、基本波であり波長１．０６４μｍである連続発振の第２のレーザビームを前記第１のレーザビームと重ねて同時に前記非晶質シリコン膜に照射し、
   前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームと、前記非晶質シリコン膜とを相対的に移動しながら照射することにより、前記非晶質シリコン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。
2. 請求項１において、
   前記第２のレーザビームを射出する第２のレーザ発振器の出力は、前記第１のレーザビームを射出する第１のレーザ発振器の出力より大きいことを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 請求項１又は請求項２おいて、
   前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームを、前記シリコン膜に吸収されるエネルギー密度の分布が不連続となるように照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   複数の前記第１のレーザビームを互いにつなげて長いビームを形成し、前記第２のレーザビームと重ねて同時に前記非晶質シリコン膜に照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   複数の前記第２のレーザビームを前記第１のレーザビームの両側にそれぞれ重ねて同時に前記非晶質シリコン膜に照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
   前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームは、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ又はＹＡｌＯ_３レーザから射出されることを特徴とする半導体装置の作製方法。