JP4397582B2 - 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（レーザ発振装置と出力されるレーザ光を被照射体まで導く光学系を含む装置）に関する。また、レーザ光の照射により半導体膜の結晶化、活性化、または加熱等を工程に含む半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させ、結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶性半導体膜という）を形成する技術が広く研究されている。結晶化法としては、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法（ＲＴＡ法）、又はレーザアニール法などが検討されている。結晶化に際してはこれらの方法のうち、いずれか一つまたは複数を組み合わせて行うことも可能である。
【０００３】
結晶性半導体膜は、非晶質半導体膜と比較して非常に高い移動度を有する。このため、この結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）を形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用、または、画素部用と駆動回路用のＴＦＴを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。
【０００４】
通常、ファーネスアニール炉で非晶質半導体膜を結晶化させるには、６００℃以上で１０時間以上の熱処理を必要としている。この結晶化に適用できる基板材料は石英であるが、石英基板は高価で、特に大面積に加工するのは非常に困難である。生産効率を上げる手段の１つとして基板を大面積化することが挙げられるが、安価で大面積基板に加工が容易なガラス基板上に半導体膜を形成する研究がなされる理由はこの点にある。近年においては一辺が１ｍを越えるサイズのガラス基板の使用も考慮されるようになっている。
【０００５】
その一例として、金属元素を用いる熱結晶化法は、従来問題とされていた結晶化温度を低温化することを可能としている（例えば、特許文献１参照。）。その方法は、非晶質半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加し、その後５５０℃にて４時間の熱処理で結晶性半導体膜の形成を可能にしている。５５０℃であれば、ガラス基板の歪み点温度以下であるため、変形等の心配のない温度である。
【０００６】
一方、レーザアニール法は、基板の温度をあまり上昇させずに、半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪み点温度の低いガラス基板には勿論、プラスチック基板等にも用いることが出来る点で注目されている技術である。
【０００７】
レーザアニール法の一例は、エキシマレーザに代表されるパルスレーザ光を、照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１００ｍｍ以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザ光の照射位置を被照射体に対し相対的に移動させて、アニールを行う方法である。なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形もしくはそれに近似できる形状）を意味する。例えば、アスペクト比が２以上（好ましくは１０〜１００００）のもの指すが、照射面における形状が矩形状であるレーザ光（矩形状ビーム）に含まれることに変わりはない。なお、線状とするのは被照射体に対して十分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためであり、矩形状や面状であっても被照射体に対して十分なアニールを行えるのであれば構わない。
【０００８】
このようにして作製される結晶性半導体膜は、複数の結晶粒が集合して形成されており、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものである。ガラス基板上に作製されるＴＦＴは素子分離のために、結晶性半導体を島状のパターニングに分離して形成している。その場合において、結晶粒の位置や大きさを指定して形成する事はできなかった。結晶粒内と比較して、結晶粒の界面（結晶粒界）は非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性を低下することが知られている。チャネル形成領域の半導体膜の結晶性は、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすが、結晶粒界の影響を排除して単結晶の半導体膜でチャネル形成領域を形成することはほとんど不可能であった。
【０００９】
最近、連続発振（ＣＷ）レーザを一方向に走査させながら半導体膜に照射することで、走査方向に繋がって結晶成長し、その方向に長く延びた単結晶の粒を無数に形成する技術が報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１０】
この方法を用いれば、少なくともＴＦＴのチャネル方向には結晶粒界のほとんどないものが形成できると考えられている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７-１８３５４０号公報
【非特許文献１】
ハラ、外５名，“Ultra-high Performance Poly-Si TFTs on a Glass by a Stable Scanning CW Laser Lateral Crystallization”，エーエムエルシーディー‘01（AMLCD '01）,2001,p.227-230.
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本方法においては、半導体膜に十分に吸収される波長域のＣＷレーザを使う都合上、出力が１０Ｗ程度と非常に小さいレーザしか適用できないため、生産性の面でエキシマレーザを使う技術と比較し劣っている。なお、本方法に適当なＣＷレーザは、出力が高く、波長が可視光線のもの以下で、出力の安定性の著しく高いものであり、例えば、ＹＶＯ4レーザの第２高調波や、ＹＡＧレーザの第２高調波、ＹＬＦレーザの第２高調波、ＹＡｌＯ3レーザの第２高調波、Ａｒレーザなどが当てはまる。しかしながら、先に列挙した諸レーザを、半導体膜の結晶化に適用すると、出力不足を補うためにビームのスポットサイズを著しく小さくする必要があるなど、生産性やレーザアニールの均一性などの点に問題がある。本発明は、このような欠点を克服することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
ＣＷレーザによる半導体膜の結晶化工程においては、少しでも生産性を上げるためにレーザビームを照射面において細長い形状に加工し、細長い形状のレーザビーム（以下線状ビームと称する。）の長手方向に垂直な方向に走査させ、半導体膜を結晶化させることが盛んに行われている。
【００１４】
細長い形状のレーザビームの形状は、レーザ発振器から射出されるレーザビームの形状に大きく影響される。例えば、固体レーザにおいて使用されるロッドの形状が丸い場合は、射出されるレーザビームの形状も丸状であり、それを引き伸ばすと楕円状のレーザビームとなる、あるいは、固体レーザにおいて使用されるロッドがスラブ状のものであれば、射出されるレーザビームの形状は矩形状であり、それを引き伸ばすと矩形状のレーザビームとなる。但し、スラブレーザの場合、ビームの長径方向と短径方向とで拡がり角が異なるため、レーザ発振器からの距離によりビームの形状が大きく異なることに注意する必要がある。本発明は、それらのビームを総称して線状ビームと呼ぶ。また、本発明において線状ビームとは、短手方向の長さに対して、長手方向の長さが１０倍以上のものを指していう。また、本発明において、線状ビームの最大エネルギー密度を１としたとき、e-2以上のエネルギーを持つ範囲を線状ビームと定義する。また、本明細書中においては、該線状ビームの長さを長径、幅を短径と表現することとする。
【００１５】
本発明では、出力の小さいレーザを複数用いそれぞれのレーザビームを線状ビームに成形したのち、それらのレーザビームを合成することでより長い線状ビームを成形することで、生産性やレーザアニールの均一性を向上させる。また本発明は合成の程度を数値化し、よりレーザアニールの均一性の高いレーザ照射装置および照射方法、並びに半導体装置の作製方法を提供する。以下に本発明を列挙する。
【００１６】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が丸状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００１７】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ、かつ、｜ｘ−ｘ'｜＜ａ
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式は、短径方向にはガウシアン状のエネルギー分布を示し、長径方向にはエネルギー分布の均一な線状ビームに適用できる。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００１８】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜＜ｂ
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式は、長径方向にはガウシアン状のエネルギー分布を示し、短径方向にはエネルギー分布の均一な線状ビームに適用できる。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００１９】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のｅ-2幅がａ、短径のｅ-2幅がｂの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式は、短径方向にはガウシアン状のエネルギー分布を示し、長径方向にもガウシアン状のエネルギー分布を示す線状ビームに適用できる。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２０】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が丸状と矩形状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のｅ-2幅がａ、短径のe-2幅がｂの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ'）／ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２１】
上記発明において、
０．５２＜｜ｘ−ｘ'｜/ａ
を満たすと線状ビームをより長くできるので生産性が上がり好ましい。
【００２２】
上記発明において、
ｂ＜[５０μｍ]
を満たすと線状ビームをより長くできるので生産性が上がり好ましい。
【００２３】
上記発明の構成において、レーザは、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。気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、固体レーザとして、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、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、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、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。もしそのようなものが出来れば、本発明に連続発振のエキシマレーザを適用できる。
【００２４】
また、上記発明の構成において、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。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。
【００２５】
また、上記発明の構成において、レーザビームはＴＥＭ00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
【００２６】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、スポットの形状が丸状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、を有するレーザ照射装置であって、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜Ｒ2
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２７】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、スポットの形状が矩形状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、を有するレーザ照射装置であって、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ、かつ、｜ｘ−ｘ'｜＜ａ
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２８】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、スポットの形状が矩形状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、を有するレーザ照射装置であって、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜＜ｂ
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２９】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、スポットの形状が矩形状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、を有するレーザ照射装置であって、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３０】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、進行方向に対する垂直な断面における形状が丸状および矩形状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜Ｒ2
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３１】
また、本発明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、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が丸状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３２】
本発明で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ、かつ、｜ｘ−ｘ'｜＜ａ
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３３】
本発明で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜＜ｂ
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３４】
本発明で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のｅ-2幅がａ、短径のｅ-2幅がｂの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３５】
本発明で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が丸状と矩形状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のｅ-2幅がａ、短径のｅ-2幅がｂの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３６】
上記発明において、
０．５２＜｜ｘ−ｘ'｜/ａ
を満たすとより線状ビームを長くできるので生産性が上がり好ましい。
【００３７】
上記発明の構成において、レーザは、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。気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、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、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。もしそのようなものが出来れば、本発明に連続発振のエキシマレーザを適用できる。
【００３８】
また、上記発明の構成において、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。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。
【００３９】
また、上記発明の構成において、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。
【００４０】
また、本明細書中において、エネルギー分布がガウシアン状であるとは、照射面上におけるレーザビームのエネルギープロファイルがガウシアン分布、またはそれに準ずる形状であることを意味する。
【００４１】
上記本発明が示す式を満たす複数のレーザビームを半導体膜に照射するとより均一なレーザアニールを行うことができる。また、本発明は、特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。また、線状ビームを複数個互いに合成させるので、スループットを向上させることを可能とする。本発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本実施形態について図１〜図４、図６、図７を用いて説明する。本実施形態では、複数の線状ビームを互いに重ね合わせて、より長い線状ビームにしたときに、均一に半導体膜をレーザアニールできる条件を導出する。
【００４３】
まず、半導体膜を均一に照射するレーザ出力の条件を算出した。図４において、ＬＤ励起式の１０Ｗのレーザ発振器１００（Nd:ＹＶＯ4レーザ、ＣＷ、第２高調波）を用意する。レーザ発振器は、ＴＥＭ00の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。ビーム径は２．２５ｍｍである。広がり角は０．３ｍｒａｄ程度である。４５°反射ミラーにて、鉛直方向から２０°傾いた下方にレーザビームの進行方向を変換する。次に、線状ビーム１０３の長径を、水平面上に配置された半導体膜表面１０４において２５０μｍ程度、短径を４０μｍ程度とするために、焦点距離が２０ｍｍの平凸レンズ１０２にレーザビームを角度２０°で入射させる。このとき平凸レンズ１０２の平面の方を水平面と一致させる。このようにすると、非点収差により長く延びたビームが半導体膜１０４上に形成される。平凸レンズ１０２から半導体膜１０４との距離は、１００μｍピッチで調整した。この調整により入射面と半導体膜１０４との交線方向に長い線状ビーム１０３を形成した。上述のレンズや半導体膜などの位置関係は、わかりやすくするため水平面や鉛直方向などを基準に取ったが、相対位置が同じであれば、問題なく本発明を実施できることは言うまでも無い。
【００４４】
半導体膜１０４は、基板上に形成した。具体的にはガラス基板上に厚さ２００nm程度の酸化珪素膜を成膜し、さらにその上に厚さ１５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜を形成した。その後、半導体膜の耐レーザ性を上げるため５００℃の窒素雰囲気にて１時間の加熱処理を行った。
【００４５】
図３に、線状ビーム１０３を半導体膜１０４上で、その短径方向に走査させ、半導体膜をアニールしたときの半導体膜の変化とレーザ出力との関係を示す。図の横軸は、ビームの長径方向を示し、縦軸は、レーザ発振器の出力を示す。図中のガウス分布を示す曲線は、線状ビームの長径方向におけるエネルギー分布を示す。走査の速度は５０ｃｍ/ｓで固定し、レーザ出力を３．２Ｗ〜６．２Ｗまで変化させ、半導体膜の変化の様子を見た。レーザ出力が３．２Ｗ以下では、前述の長い単結晶粒は全く形成されなかった。レーザ出力が３．７Ｗになると幅４０μｍ程度にわたり、長い単結晶粒がいくつも形成された。長い単結晶粒で敷き詰められる領域を大粒径結晶形成領域と呼ぶことにする。同様にレーザ出力が５．２Ｗ、６．２Ｗと上げていくと、幅が増えてゆき、１００μｍ、１２０μｍとなった。レーザ出力を６．２Ｗにあげるとレーザ出力がもっとも高いレーザビームの中央で半導体膜が飛んでしまった。半導体膜が飛んでしまった領域の幅は２０μｍ程度であった。以上の結果から、図３において、大粒径結晶形成領域ができるレーザ出力の範囲を特定できる。すなわち、図３中央の横に長い線Ａは、大粒径結晶形成領域ができるレーザ出力の閾値を表し、その上の横に長い線Ｂが、半導体膜が飛んで使い物にならなくなるレーザ出力の閾値を示す。
【００４６】
この実験結果からわかることは、線状ビームの短径方向における断面のエネルギー分布においてのエネルギーの最大値が、線Ａと線Ｂとの間にある線状ビームを形成すれば、線状ビームの長径方向に一様に広がる大粒径結晶形成領域が得られることである。もしも線状ビームの長径方向において、線Ｂを越えるエネルギー分布があれば、半導体膜の飛びが発生するので均一なレーザアニールができない。また、線状ビームの長径方向において、線Ａを下回るエネルギー分布が線状ビームの長径方向を分断する位置にあれば、２つの大粒径結晶形成領域の間に微結晶領域もしくは、結晶化していない非結晶化領域ができあがるため、これもまた均一なレーザアニールができない。
【００４７】
複数の線状ビームを合成して、より長い線状ビームを形成し均一なレーザアニールを行うためには、合成された線状ビームのエネルギー分布が線Aと線Bとの間に入っている必要がある。数値で表現すると、±２５％以内のエネルギー分布であれば均一なレーザアニールができるレーザ出力が存在することになる。このことを図１、図２に沿って説明する。
【００４８】
図１に２つの線状ビームを互いに隣接させ重ね合わせた状態を示す。線状ビーム１の中央における断面A−A’のエネルギー分布を図２の１）に示す。また、線状ビーム１と２の中間における断面B−B’のエネルギー分布を図２の２）に示す。各断面において最大のエネルギーをE1、E2とすると
｜E1-E2｜/｜E１+E2｜≦０．２５・・・１）
であれば均一なレーザアニールができるということになる。しかしながら、このような条件では、エネルギーのマージンが非常に小さいので安全を見ると、
｜E1-E2｜/｜E１+E2｜≦０．１０・・・２）
であればより確実に均一なレーザアニールを行うことが可能となる。
【００４９】
図６に２つの互いに隣接する線状ビームの中心間距離をどの程度とすれば、式１）または式２）の満たす条件が得られるかを計算した結果を示す。図６に示すグラフは、図１においてオフセット量を０とした場合の、エネルギーE1とE2の差を表したものである。すなわち縦軸は｜E1-E2｜/｜E１+E2｜×１００（％）となる。図６のグラフから、式１）が満たされる２つの線状ビームの中心間距離は、０．７２以内と言うことになり、式２）が満たさせるものは、０．６３以内と言うこととなる。
【００５０】
図７に、オフセット量と２つのビーム中心間距離の関係を示す。図中の円内の範囲に２つのビームの関係が収まっていれば、エネルギーE1とE2の差は±１０％以内に収まる。同様に、図７に半径０.７２の円を描けば、その円内の範囲に２つのビームの関係が収まっていれば、エネルギーE1とE2の差は±２５％以内に収まる。前記範囲を示す不等式は、それぞれ［課題を解決するための手段］に記載した。再度不等式を記載すると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
となる。但し、Ｒは０.６３または０.７２である。
【００５１】
ここで、距離は線状ビームの長径のe-2幅で規格化している。また、中心間距離は、０．５２以下となるとE1とE2のエネルギー差が０となるためこれ以上２つのビームを近づけることは線状ビームの長さを短くするだけなので不合理である。よって、中心間距離は０．５２以上であることが好ましい。
【００５２】
上記本発明が示す式を満たす複数の線状ビームを半導体膜に照射するとより均一なレーザアニールを行うことができる。また、本発明は、特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【００５３】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、４台のレーザを合成しより長い線状ビームを形成する例を示す。また、その装置を使って半導体膜をレーザアニールする例を示す。
【００５４】
まず、４台のレーザ発振器を用い長い線状ビームを形成する方法を図５に沿って説明する。シリンドリカルレンズ２０１、２０２は焦点距離２０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズで、互いに母線を平行に配置され、線状ビームが形成される面２００における線状ビームの長径を含み面２００に垂直な平面に対称に配置する。シリンドリカルレンズの曲率を持った面は上向きとする。このとき母線は長径と平行である。シリンドリカルレンズ２０１、２０２は面２００に対し、２５°傾けて配置される。このようにシリンドリカルレンズを傾けるのは、光学素子と比較して非常に小さい４つの線状ビームを照射面２００に重ねて形成するためである。
【００５５】
シリンドリカルレンズ２０１の平面部分に垂直で線状ビームの長径を含む平面上に、光軸Aと光軸Bとが含まれるように焦点距離１５０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズ２０３、２０５を配置する。光軸Aと長径とのなす角度は８０°、光軸Bと長径とのなす角度も８０°とし、シリンドリカルレンズ２０３の平面部と光軸Aを垂直にし、シリンドリカルレンズ２０５の平面部と光軸Bを垂直にする。また、シリンドリカルレンズ２０３、２０５から射出するレーザビームの照射面２００までの光路長を１２０ｍｍ程度とすればよい。また、このときシリンドリカルレンズ２０３、２０５の母線と線状ビームの長径方向は垂直となるように配置する。
【００５６】
シリンドリカルレンズ２０６、２０４はシリンドリカルレンズ２０５、２０３に対して面対称な位置に配置され、焦点距離はそれぞれ１５０ｍｍである。前記面は線状ビームの長径を含み面２００に垂直な面である。このような光学系に光軸A、B、C、Dを通るレーザビームを４本入射させると、図５中の拡大図に示す線状ビーム２０７が形成できる。これらの線状ビームの重なりの程度を実施形態１に示した数式に従って合成する。
【００５７】
次に半導体膜の作製方法の例を示す。半導体膜はガラス基板上に形成する。例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に厚さ２００ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜しその上に厚さ１５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。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。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。
【００５８】
次いで、半導体膜に対するレーザの照射の例を示す。図示しない４台のレーザ発振器の出力はそれぞれ最大１０Ｗ程度である。これらをレーザアニールに適当な出力に調整する。好ましくは３Ｗ〜１０Ｗ程度であり、それは半導体膜を走査させる速度によって最適な出力は変化する。半導体膜の表面を面２００の位置に設置し、適当なステージの上に乗せて線状ビーム２０７の長径と垂直な方向に走査させる。ここでは、出力５W、走査の速度を５０ｃｍ/ｓ程度とすると、幅１〜２ｍｍ程度の大粒径結晶形成領域が形成できる。半導体膜の表面の面積が大きい場合は、幅１〜２ｍｍの大粒径結晶形成領域を並列に形成することで、半導体膜の表面全体を大粒径結晶形成領域とすることができる。
【００５９】
このように、複数のレーザビームを実施の形態１で示す数式にしたがって合成し、合成して形成されたレーザビームを半導体膜に照射するとより均一なレーザアニールを行うことができる。また、本発明は、特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用して作製される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。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【００６０】
【実施例】
［実施例１］
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８〜図１１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。
【００６１】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板４００を用いる。なお、基板４００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である線状ビームを容易に形成できるので、複数の線状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。
【００６２】
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、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。
【００６３】
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１または実施形態２、またはこれらの実施形態を組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、固体レーザとしては連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、気体レーザとしてはＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、金属レーザとしては連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。もし実用化できれば連続発振のエキシマレーザも本発明に適用できる。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。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。
【００６４】
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、実施形態１にしたがってレーザアニールを行い、第２の結晶性珪素膜を得る。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、第２の結晶性珪素膜を形成する。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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８（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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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８（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。
【００７５】
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。
【００７６】
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、４３０ｂ、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９（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。
【００７７】
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。
【００７８】
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一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０を形成する。第２の導電層４２９ａ、４３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する（図９（Ｂ））。この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４３９、４４７、４４８にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19〜５×１０21atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
次いで、たとえば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、例えば、実施形態１または実施形態２、またはこれらの実施形態を組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、固体レーザとしては連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、気体レーザとしてはＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、金属レーザとしては連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。もし実用化できるのであれば、連続発振のエキシマレーザも本発明に適用できる。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、活性化の場合、パルス発振のレーザを用いてもよいが、このときは周波数３００Ｈｚ以上とし、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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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１０）。
【００８８】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。この接続電極４６８によりソース配線（４４３ａと４４３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域４４２と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層４５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７１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。
【００８９】
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。
【００９０】
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４５４と、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域４５３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。
【００９１】
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。
【００９２】
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１１に示す。なお、図８〜図１１に対応する部分には同じ符号を用いている。図１０中の鎖線Ａ−Ａ’は図１１中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１０中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１１中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【００９３】
以上のようにして作製されるアクティブマトリクス基板は特性が単結晶に近い半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、また半導体膜の物性の一様性が非常に高いため、動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【００９４】
［実施例２］
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１２を用いる。
【００９５】
まず、実施例１に従い、図１０の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１０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。
【００９６】
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。
【００９７】
本実施形態では、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１１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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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１２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。
【０１０１】
以上のようにして作製される液晶表示装置は特性が単結晶に近い半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、また半導体膜の物性の一様性が非常に高いため、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。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用して作製される液晶表示装置における動作特性および信頼性の向上を実現することができる。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため液晶表示装置の製造コストの低減を実現することができる。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。
【０１０２】
なお、本実施例は実施形態１乃至２と自由に組み合わせることが可能である。
【０１０３】
［実施例３］
本実施例では、実施例１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。
【０１０４】
なお、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。
【０１０５】
図１３は本実施例の発光装置の断面図である。図１３において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１０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。
【０１０６】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１０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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１０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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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、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。
【０１１１】
配線７０１〜７０７を形成後、図１３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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１３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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
こうして図１３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。
【０１２１】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１２２】
さらに、図１３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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
以上のようにして作製される発光装置は特性が単結晶に近い半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、また半導体膜の物性の一様性が非常に高いため、発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用して作製される発光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。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため発光装置の製造コストの低減を実現することができる。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。
【０１２５】
なお、本実施例は実施形態１乃至２と自由に組み合わせることが可能である。
【０１２６】
［実施例４］
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。
【０１２７】
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１４、図１５及び図１６に示す。
【０１２８】
図１４（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【０１２９】
図１４（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０１３０】
図１４（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０１３１】
図１４（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。
【０１３２】
図１４（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た半導体装置を表示部３４０２に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。
【０１３３】
図１４（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【０１３４】
図１５（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【０１３５】
図１５（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【０１３６】
なお、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）及び図１５（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１５（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。
【０１３７】
また、図１５（Ｄ）は、図１５（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１５（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。
【０１３８】
ただし、図１５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。
【０１３９】
図１６（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【０１４０】
図１６（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製された半導体装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。携帯書籍を文庫本と同程度の大きさにすることもでき、持ち運びを容易にしている。
【０１４１】
図１６（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。
【０１４２】
以上のようにして作製される電子機器は特性が単結晶に近い半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、また半導体膜の物性の一様性が非常に高いため、電子機器の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【０１４３】
また、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。なお、本実施例の電子機器は実施形態１〜２および実施例１、２または１、３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。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）本発明が示す式を満たす複数のレーザビームを被照射体に照射するとより均一なレーザアニールが行える。
（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）複数の線状ビームの一部を互いに合成させるので、スループットを向上させることを可能とする。
（ｄ）従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
（e）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。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】 実施の形態１を説明する図。
【図２】 実施の形態１を説明する図。
【図３】 実施の形態１を説明する図。
【図４】 実施の形態１を説明する図。
【図５】 実施の形態２を説明する図。
【図６】 実施の形態１を説明する図。
【図７】 実施の形態１を説明する図。
【図８】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図９】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１０】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】 画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１２】 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１３】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１４】 半導体装置の例を示す図。
【図１５】 半導体装置の例を示す図。
【図１６】 半導体装置の例を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光の照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザ発振装置と出力されるレーザ光を被照射体まで導く光学系を含む装置）に関する。また、レーザ光の照射により半導体膜の結晶化、活性化、または加熱等を工程に含む半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させ、結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶性半導体膜という）を形成する技術が広く研究されている。結晶化法としては、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法（ＲＴＡ法）、又はレーザアニール法などが検討されている。結晶化に際してはこれらの方法のうち、いずれか一つまたは複数を組み合わせて行うことも可能である。
【０００３】
結晶性半導体膜は、非晶質半導体膜と比較して非常に高い移動度を有する。このため、この結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）を形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用、または、画素部用と駆動回路用のＴＦＴを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。
【０００４】
通常、ファーネスアニール炉で非晶質半導体膜を結晶化させるには、６００℃以上で１０時間以上の熱処理を必要としている。この結晶化に適用できる基板材料は石英であるが、石英基板は高価で、特に大面積に加工するのは非常に困難である。生産効率を上げる手段の１つとして基板を大面積化することが挙げられるが、安価で大面積基板に加工が容易なガラス基板上に半導体膜を形成する研究がなされる理由はこの点にある。近年においては一辺が１ｍを越えるサイズのガラス基板の使用も考慮されるようになっている。
【０００５】
その一例として、金属元素を用いる熱結晶化法は、従来問題とされていた結晶化温度を低温化することを可能としている（例えば、特許文献１参照。）。その方法は、非晶質半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加し、その後５５０℃にて４時間の熱処理で結晶性半導体膜の形成を可能にしている。５５０℃であれば、ガラス基板の歪み点温度以下であるため、変形等の心配のない温度である。
【０００６】
一方、レーザアニール法は、基板の温度をあまり上昇させずに、半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪み点温度の低いガラス基板には勿論、プラスチック基板等にも用いることが出来る点で注目されている技術である。
【０００７】
レーザアニール法の一例は、エキシマレーザに代表されるパルスレーザ光を、照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１００ｍｍ以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザ光の照射位置を被照射体に対し相対的に移動させて、アニールを行う方法である。なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形もしくはそれに近似できる形状）を意味する。例えば、アスペクト比が２以上（好ましくは１０〜１００００）のもの指すが、照射面における形状が矩形状であるレーザ光（矩形状ビーム）に含まれることに変わりはない。なお、線状とするのは被照射体に対して十分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためであり、矩形状や面状であっても被照射体に対して十分なアニールを行えるのであれば構わない。
【０００８】
このようにして作製される結晶性半導体膜は、複数の結晶粒が集合して形成されており、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものである。ガラス基板上に作製されるＴＦＴは素子分離のために、結晶性半導体を島状のパターニングに分離して形成している。その場合において、結晶粒の位置や大きさを指定して形成する事はできなかった。結晶粒内と比較して、結晶粒の界面（結晶粒界）は非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性を低下することが知られている。チャネル形成領域の半導体膜の結晶性は、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすが、結晶粒界の影響を排除して単結晶の半導体膜でチャネル形成領域を形成することはほとんど不可能であった。
【０００９】
最近、連続発振（ＣＷ）レーザを一方向に走査させながら半導体膜に照射することで、走査方向に繋がって結晶成長し、その方向に長く延びた単結晶の粒を無数に形成する技術が報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１０】
この方法を用いれば、少なくともＴＦＴのチャネル方向には結晶粒界のほとんどないものが形成できると考えられている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７-１８３５４０号公報
【非特許文献１】
ハラ、外５名，“Ultra-high Performance Poly-Si TFTs on a Glass by a Stable Scanning CW Laser Lateral Crystallization”，エーエムエルシーディー‘01（AMLCD '01）,2001,p.227-230.
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本方法においては、半導体膜に十分に吸収される波長域のＣＷレーザを使う都合上、出力が１０Ｗ程度と非常に小さいレーザしか適用できないため、生産性の面でエキシマレーザを使う技術と比較し劣っている。なお、本方法に適当なＣＷレーザは、出力が高く、波長が可視光線のもの以下で、出力の安定性の著しく高いものであり、例えば、ＹＶＯ4レーザの第２高調波や、ＹＡＧレーザの第２高調波、ＹＬＦレーザの第２高調波、ＹＡｌＯ3レーザの第２高調波、Ａｒレーザなどが当てはまる。しかしながら、先に列挙した諸レーザを、半導体膜の結晶化に適用すると、出力不足を補うためにビームのスポットサイズを著しく小さくする必要があるなど、生産性やレーザアニールの均一性などの点に問題がある。本発明は、このような欠点を克服することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
ＣＷレーザによる半導体膜の結晶化工程においては、少しでも生産性を上げるためにレーザビームを照射面において細長い形状に加工し、細長い形状のレーザビーム（以下線状ビームと称する。）の長手方向に垂直な方向に走査させ、半導体膜を結晶化させることが盛んに行われている。
【００１４】
細長い形状のレーザビームの形状は、レーザ発振器から射出されるレーザビームの形状に大きく影響される。例えば、固体レーザにおいて使用されるロッドの形状が丸い場合は、射出されるレーザビームの形状も丸状であり、それを引き伸ばすと楕円状のレーザビームとなる、あるいは、固体レーザにおいて使用されるロッドがスラブ状のものであれば、射出されるレーザビームの形状は矩形状であり、それを引き伸ばすと矩形状のレーザビームとなる。但し、スラブレーザの場合、ビームの長径方向と短径方向とで拡がり角が異なるため、レーザ発振器からの距離によりビームの形状が大きく異なることに注意する必要がある。本発明は、それらのビームを総称して線状ビームと呼ぶ。また、本発明において線状ビームとは、短手方向の長さに対して、長手方向の長さが１０倍以上のものを指していう。また、本発明において、線状ビームの最大エネルギー密度を１としたとき、e-2以上のエネルギーを持つ範囲を線状ビームと定義する。また、本明細書中においては、該線状ビームの長さを長径、幅を短径と表現することとする。
【００１５】
本発明では、出力の小さいレーザを複数用いそれぞれのレーザビームを線状ビームに成形したのち、それらのレーザビームを合成することでより長い線状ビームを成形することで、生産性やレーザアニールの均一性を向上させる。また本発明は合成の程度を数値化し、よりレーザアニールの均一性の高いレーザ照射装置および照射方法、並びに半導体装置の作製方法を提供する。以下に本発明を列挙する。
【００１６】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が丸状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００１７】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ、かつ、｜ｘ−ｘ'｜＜ａ
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式は、短径方向にはガウシアン状のエネルギー分布を示し、長径方向にはエネルギー分布の均一な線状ビームに適用できる。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００１８】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜＜ｂ
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式は、長径方向にはガウシアン状のエネルギー分布を示し、短径方向にはエネルギー分布の均一な線状ビームに適用できる。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００１９】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のｅ-2幅がａ、短径のｅ-2幅がｂの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式は、短径方向にはガウシアン状のエネルギー分布を示し、長径方向にもガウシアン状のエネルギー分布を示す線状ビームに適用できる。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２０】
本発明で開示するレーザ照射方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が丸状と矩形状である場合において、複数のレーザビームを引き伸ばして長径のｅ-2幅がａ、短径のe-2幅がｂの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ'）／ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
を満たすレーザ照射方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２１】
上記発明において、
０．５２＜｜ｘ−ｘ'｜/ａ
を満たすと線状ビームをより長くできるので生産性が上がり好ましい。
【００２２】
上記発明において、
ｂ＜[５０μｍ]
を満たすと線状ビームをより長くできるので生産性が上がり好ましい。
【００２３】
上記発明の構成において、レーザは、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。気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、固体レーザとして、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、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、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、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。もしそのようなものが出来れば、本発明に連続発振のエキシマレーザを適用できる。
【００２４】
また、上記発明の構成において、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。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。
【００２５】
また、上記発明の構成において、レーザビームはＴＥＭ00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
【００２６】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、スポットの形状が丸状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、を有するレーザ照射装置であって、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜Ｒ2
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２７】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、スポットの形状が矩形状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、を有するレーザ照射装置であって、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ、かつ、｜ｘ−ｘ'｜＜ａ
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２８】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、スポットの形状が矩形状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、を有するレーザ照射装置であって、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜＜ｂ
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００２９】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、スポットの形状が矩形状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、を有するレーザ照射装置であって、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３０】
本発明で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器から射出され、かつ、進行方向に対する垂直な断面における形状が丸状および矩形状である複数のレーザビームを引き伸ばす手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームを互いの前記長径方向の端部を重ね、照射面またはその近傍において線状ビームを形成する手段と、引き伸ばされた複数のレーザビームのそれぞれの照射面における長径のｅ-2幅をａ、短径のｅ-2幅をｂとし、長径とｘ軸を平行に座標を取り、前記短径とｙ軸を平行に座標を取ると、引き伸ばされた複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）とすると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜Ｒ2
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３１】
また、本発明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、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が丸状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３２】
本発明で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ、かつ、｜ｘ−ｘ'｜＜ａ
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３３】
本発明で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のe-2幅がa、短径のe-2幅がbの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜＜ｂ
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３４】
本発明で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が矩形状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のｅ-2幅がａ、短径のｅ-2幅がｂの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
｜ｘ−ｘ'｜/ａ＜Ｒ、かつ、｜ｙ−ｙ'｜/ｂ＜Ｒ
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３５】
本発明で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて複数の線状ビームに加工し、複数のレーザ発振器から射出される複数のレーザビームの形状が丸状と矩形状である場合において、複数のレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長径のｅ-2幅がａ、短径のｅ-2幅がｂの線状ビームに加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、より長い線状ビームを成形する際、複数のレーザビームのうち互いに重なるレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ'、ｙ'）としたとき、長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
を満たす半導体装置の作製方法であることを特徴とする。上記、Ｒは、０．７２好ましくは０．６３である。上記不等式の範囲外であると、隣り合う（重なる）線状ビームの間に、細長い単結晶の粒が形成されない領域が出来るので、特性の高い半導体膜の領域が連続的につながらず、ビームを１つにする意味が希薄になる。
【００３６】
上記発明において、
０．５２＜｜ｘ−ｘ'｜/ａ
を満たすとより線状ビームを長くできるので生産性が上がり好ましい。
【００３７】
上記発明の構成において、レーザは、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。気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、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、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。もしそのようなものが出来れば、本発明に連続発振のエキシマレーザを適用できる。
【００３８】
また、上記発明の構成において、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。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。
【００３９】
また、上記発明の構成において、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。
【００４０】
また、本明細書中において、エネルギー分布がガウシアン状であるとは、照射面上におけるレーザビームのエネルギープロファイルがガウシアン分布、またはそれに準ずる形状であることを意味する。
【００４１】
上記本発明が示す式を満たす複数のレーザビームを半導体膜に照射するとより均一なレーザアニールを行うことができる。また、本発明は、特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。また、線状ビームを複数個互いに合成させるので、スループットを向上させることを可能とする。本発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本実施形態について図１〜図４、図６、図７を用いて説明する。本実施形態では、複数の線状ビームを互いに重ね合わせて、より長い線状ビームにしたときに、均一に半導体膜をレーザアニールできる条件を導出する。
【００４３】
まず、半導体膜を均一に照射するレーザ出力の条件を算出した。図４において、ＬＤ励起式の１０Ｗのレーザ発振器１００（Nd:ＹＶＯ4レーザ、ＣＷ、第２高調波）を用意する。レーザ発振器は、ＴＥＭ00の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第２高調波に変換されている。ビーム径は２．２５ｍｍである。広がり角は０．３ｍｒａｄ程度である。４５°反射ミラーにて、鉛直方向から２０°傾いた下方にレーザビームの進行方向を変換する。次に、線状ビーム１０３の長径を、水平面上に配置された半導体膜表面１０４において２５０μｍ程度、短径を４０μｍ程度とするために、焦点距離が２０ｍｍの平凸レンズ１０２にレーザビームを角度２０°で入射させる。このとき平凸レンズ１０２の平面の方を水平面と一致させる。このようにすると、非点収差により長く延びたビームが半導体膜１０４上に形成される。平凸レンズ１０２から半導体膜１０４との距離は、１００μｍピッチで調整した。この調整により入射面と半導体膜１０４との交線方向に長い線状ビーム１０３を形成した。上述のレンズや半導体膜などの位置関係は、わかりやすくするため水平面や鉛直方向などを基準に取ったが、相対位置が同じであれば、問題なく本発明を実施できることは言うまでも無い。
【００４４】
半導体膜１０４は、基板上に形成した。具体的にはガラス基板上に厚さ２００nm程度の酸化珪素膜を成膜し、さらにその上に厚さ１５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜を形成した。その後、半導体膜の耐レーザ性を上げるため５００℃の窒素雰囲気にて１時間の加熱処理を行った。
【００４５】
図３に、線状ビーム１０３を半導体膜１０４上で、その短径方向に走査させ、半導体膜をアニールしたときの半導体膜の変化とレーザ出力との関係を示す。図の横軸は、ビームの長径方向を示し、縦軸は、レーザ発振器の出力を示す。図中のガウス分布を示す曲線は、線状ビームの長径方向におけるエネルギー分布を示す。走査の速度は５０ｃｍ/ｓで固定し、レーザ出力を３．２Ｗ〜６．２Ｗまで変化させ、半導体膜の変化の様子を見た。レーザ出力が３．２Ｗ以下では、前述の長い単結晶粒は全く形成されなかった。レーザ出力が３．７Ｗになると幅４０μｍ程度にわたり、長い単結晶粒がいくつも形成された。長い単結晶粒で敷き詰められる領域を大粒径結晶形成領域と呼ぶことにする。同様にレーザ出力が５．２Ｗ、６．２Ｗと上げていくと、幅が増えてゆき、１００μｍ、１２０μｍとなった。レーザ出力を６．２Ｗにあげるとレーザ出力がもっとも高いレーザビームの中央で半導体膜が飛んでしまった。半導体膜が飛んでしまった領域の幅は２０μｍ程度であった。以上の結果から、図３において、大粒径結晶形成領域ができるレーザ出力の範囲を特定できる。すなわち、図３中央の横に長い線Ａは、大粒径結晶形成領域ができるレーザ出力の閾値を表し、その上の横に長い線Ｂが、半導体膜が飛んで使い物にならなくなるレーザ出力の閾値を示す。
【００４６】
この実験結果からわかることは、線状ビームの短径方向における断面のエネルギー分布においてのエネルギーの最大値が、線Ａと線Ｂとの間にある線状ビームを形成すれば、線状ビームの長径方向に一様に広がる大粒径結晶形成領域が得られることである。もしも線状ビームの長径方向において、線Ｂを越えるエネルギー分布があれば、半導体膜の飛びが発生するので均一なレーザアニールができない。また、線状ビームの長径方向において、線Ａを下回るエネルギー分布が線状ビームの長径方向を分断する位置にあれば、２つの大粒径結晶形成領域の間に微結晶領域もしくは、結晶化していない非結晶化領域ができあがるため、これもまた均一なレーザアニールができない。
【００４７】
複数の線状ビームを合成して、より長い線状ビームを形成し均一なレーザアニールを行うためには、合成された線状ビームのエネルギー分布が線Aと線Bとの間に入っている必要がある。数値で表現すると、±２５％以内のエネルギー分布であれば均一なレーザアニールができるレーザ出力が存在することになる。このことを図１、図２に沿って説明する。
【００４８】
図１に２つの線状ビームを互いに隣接させ重ね合わせた状態を示す。線状ビーム１の中央における断面A−A’のエネルギー分布を図２の１）に示す。また、線状ビーム１と２の中間における断面B−B’のエネルギー分布を図２の２）に示す。各断面において最大のエネルギーをE1、E2とすると
｜E1-E2｜/｜E１+E2｜≦０．２５・・・１）
であれば均一なレーザアニールができるということになる。しかしながら、このような条件では、エネルギーのマージンが非常に小さいので安全を見ると、
｜E1-E2｜/｜E１+E2｜≦０．１０・・・２）
であればより確実に均一なレーザアニールを行うことが可能となる。
【００４９】
図６に２つの互いに隣接する線状ビームの中心間距離をどの程度とすれば、式１）または式２）の満たす条件が得られるかを計算した結果を示す。図６に示すグラフは、図１においてオフセット量を０とした場合の、エネルギーE1とE2の差を表したものである。すなわち縦軸は｜E1-E2｜/｜E１+E2｜×１００（％）となる。図６のグラフから、式１）が満たされる２つの線状ビームの中心間距離は、０．７２以内と言うことになり、式２）が満たさせるものは、０．６３以内と言うこととなる。
【００５０】
図７に、オフセット量と２つのビーム中心間距離の関係を示す。図中の円内の範囲に２つのビームの関係が収まっていれば、エネルギーE1とE2の差は±１０％以内に収まる。同様に、図７に半径０.７２の円を描けば、その円内の範囲に２つのビームの関係が収まっていれば、エネルギーE1とE2の差は±２５％以内に収まる。前記範囲を示す不等式は、それぞれ［課題を解決するための手段］に記載した。再度不等式を記載すると、
（（ｘ−ｘ'）/ａ）2 + （（ｙ−ｙ'）/ｂ）2＜(Ｒ) 2
となる。但し、Ｒは０.６３または０.７２である。
【００５１】
ここで、距離は線状ビームの長径のe-2幅で規格化している。また、中心間距離は、０．５２以下となるとE1とE2のエネルギー差が０となるためこれ以上２つのビームを近づけることは線状ビームの長さを短くするだけなので不合理である。よって、中心間距離は０．５２以上であることが好ましい。
【００５２】
上記本発明が示す式を満たす複数の線状ビームを半導体膜に照射するとより均一なレーザアニールを行うことができる。また、本発明は、特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【００５３】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、４台のレーザを合成しより長い線状ビームを形成する例を示す。また、その装置を使って半導体膜をレーザアニールする例を示す。
【００５４】
まず、４台のレーザ発振器を用い長い線状ビームを形成する方法を図５に沿って説明する。シリンドリカルレンズ２０１、２０２は焦点距離２０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズで、互いに母線を平行に配置され、線状ビームが形成される面２００における線状ビームの長径を含み面２００に垂直な平面に対称に配置する。シリンドリカルレンズの曲率を持った面は上向きとする。このとき母線は長径と平行である。シリンドリカルレンズ２０１、２０２は面２００に対し、２５°傾けて配置される。このようにシリンドリカルレンズを傾けるのは、光学素子と比較して非常に小さい４つの線状ビームを照射面２００に重ねて形成するためである。
【００５５】
シリンドリカルレンズ２０１の平面部分に垂直で線状ビームの長径を含む平面上に、光軸Aと光軸Bとが含まれるように焦点距離１５０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズ２０３、２０５を配置する。光軸Aと長径とのなす角度は８０°、光軸Bと長径とのなす角度も８０°とし、シリンドリカルレンズ２０３の平面部と光軸Aを垂直にし、シリンドリカルレンズ２０５の平面部と光軸Bを垂直にする。また、シリンドリカルレンズ２０３、２０５から射出するレーザビームの照射面２００までの光路長を１２０ｍｍ程度とすればよい。また、このときシリンドリカルレンズ２０３、２０５の母線と線状ビームの長径方向は垂直となるように配置する。
【００５６】
シリンドリカルレンズ２０６、２０４はシリンドリカルレンズ２０５、２０３に対して面対称な位置に配置され、焦点距離はそれぞれ１５０ｍｍである。前記面は線状ビームの長径を含み面２００に垂直な面である。このような光学系に光軸A、B、C、Dを通るレーザビームを４本入射させると、図５中の拡大図に示す線状ビーム２０７が形成できる。これらの線状ビームの重なりの程度を実施形態１に示した数式に従って合成する。
【００５７】
次に半導体膜の作製方法の例を示す。半導体膜はガラス基板上に形成する。例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に厚さ２００ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜しその上に厚さ１５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。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。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。
【００５８】
次いで、半導体膜に対するレーザの照射の例を示す。図示しない４台のレーザ発振器の出力はそれぞれ最大１０Ｗ程度である。これらをレーザアニールに適当な出力に調整する。好ましくは３Ｗ〜１０Ｗ程度であり、それは半導体膜を走査させる速度によって最適な出力は変化する。半導体膜の表面を面２００の位置に設置し、適当なステージの上に乗せて線状ビーム２０７の長径と垂直な方向に走査させる。ここでは、出力５W、走査の速度を５０ｃｍ/ｓ程度とすると、幅１〜２ｍｍ程度の大粒径結晶形成領域が形成できる。半導体膜の表面の面積が大きい場合は、幅１〜２ｍｍの大粒径結晶形成領域を並列に形成することで、半導体膜の表面全体を大粒径結晶形成領域とすることができる。
【００５９】
このように、複数のレーザビームを実施の形態１で示す数式にしたがって合成し、合成して形成されたレーザビームを半導体膜に照射するとより均一なレーザアニールを行うことができる。また、本発明は、特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用して作製される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。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【００６０】
【実施例】
［実施例１］
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８〜図１１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。
【００６１】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板４００を用いる。なお、基板４００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である線状ビームを容易に形成できるので、複数の線状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。
【００６２】
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、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。
【００６３】
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１または実施形態２、またはこれらの実施形態を組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、固体レーザとしては連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、気体レーザとしてはＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、金属レーザとしては連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。もし実用化できれば連続発振のエキシマレーザも本発明に適用できる。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。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。
【００６４】
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、実施形態１にしたがってレーザアニールを行い、第２の結晶性珪素膜を得る。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、第２の結晶性珪素膜を形成する。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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８（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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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８（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。
【００７５】
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。
【００７６】
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、４３０ｂ、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９（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。
【００７７】
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。
【００７８】
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一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０を形成する。第２の導電層４２９ａ、４３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する（図９（Ｂ））。この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４３９、４４７、４４８にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19〜５×１０21atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
次いで、たとえば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、例えば、実施形態１または実施形態２、またはこれらの実施形態を組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、固体レーザとしては連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等があり、気体レーザとしてはＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、金属レーザとしては連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。もし実用化できるのであれば、連続発振のエキシマレーザも本発明に適用できる。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、活性化の場合、パルス発振のレーザを用いてもよいが、このときは周波数３００Ｈｚ以上とし、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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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１０）。
【００８８】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。この接続電極４６８によりソース配線（４４３ａと４４３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域４４２と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層４５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７１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。
【００８９】
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。
【００９０】
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４５４と、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域４５３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。
【００９１】
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。
【００９２】
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１１に示す。なお、図８〜図１１に対応する部分には同じ符号を用いている。図１０中の鎖線Ａ−Ａ’は図１１中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１０中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１１中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【００９３】
以上のようにして作製されるアクティブマトリクス基板は特性が単結晶に近い半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、また半導体膜の物性の一様性が非常に高いため、動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【００９４】
［実施例２］
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１２を用いる。
【００９５】
まず、実施例１に従い、図１０の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１０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。
【００９６】
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。
【００９７】
本実施形態では、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１１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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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１２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。
【０１０１】
以上のようにして作製される液晶表示装置は特性が単結晶に近い半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、また半導体膜の物性の一様性が非常に高いため、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。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用して作製される液晶表示装置における動作特性および信頼性の向上を実現することができる。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため液晶表示装置の製造コストの低減を実現することができる。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。
【０１０２】
なお、本実施例は実施形態１乃至２と自由に組み合わせることが可能である。
【０１０３】
［実施例３］
本実施例では、実施例１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。
【０１０４】
なお、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。
【０１０５】
図１３は本実施例の発光装置の断面図である。図１３において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１０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。
【０１０６】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１０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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１０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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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、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。
【０１１１】
配線７０１〜７０７を形成後、図１３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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１３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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
こうして図１３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。
【０１２１】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１２２】
さらに、図１３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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
以上のようにして作製される発光装置は特性が単結晶に近い半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、また半導体膜の物性の一様性が非常に高いため、発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用して作製される発光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。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため発光装置の製造コストの低減を実現することができる。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。
【０１２５】
なお、本実施例は実施形態１乃至２と自由に組み合わせることが可能である。
【０１２６】
［実施例４］
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。
【０１２７】
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１４、図１５及び図１６に示す。
【０１２８】
図１４（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【０１２９】
図１４（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０１３０】
図１４（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０１３１】
図１４（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。
【０１３２】
図１４（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た半導体装置を表示部３４０２に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。
【０１３３】
図１４（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【０１３４】
図１５（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【０１３５】
図１５（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【０１３６】
なお、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）及び図１５（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１５（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。
【０１３７】
また、図１５（Ｄ）は、図１５（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１５（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。
【０１３８】
ただし、図１５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。
【０１３９】
図１６（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【０１４０】
図１６（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製された半導体装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。携帯書籍を文庫本と同程度の大きさにすることもでき、持ち運びを容易にしている。
【０１４１】
図１６（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。
【０１４２】
以上のようにして作製される電子機器は特性が単結晶に近い半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、また半導体膜の物性の一様性が非常に高いため、電子機器の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。また、複数の線状ビームの一部を互いに合成させ、最適化させることにより、長径方向に均一なレーザビームを形成できるので、スループットを向上させることを可能とする。そして、その均一性の高いレーザビームを用いて結晶化させることにより均一性の高い結晶性半導体膜を形成でき、ＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することができる。さらに、本発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。また、従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
【０１４３】
また、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。なお、本実施例の電子機器は実施形態１〜２および実施例１、２または１、３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。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）本発明が示す式を満たす複数のレーザビームを被照射体に照射するとより均一なレーザアニールが行える。
（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）複数の線状ビームの一部を互いに合成させるので、スループットを向上させることを可能とする。
（ｄ）従来のレーザアニール方法のようにガスレーザを使ったものではなく固体レーザを使用することができるため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。
（e）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。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】 実施の形態１を説明する図。
【図２】 実施の形態１を説明する図。
【図３】 実施の形態１を説明する図。
【図４】 実施の形態１を説明する図。
【図５】 実施の形態２を説明する図。
【図６】 実施の形態１を説明する図。
【図７】 実施の形態１を説明する図。
【図８】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図９】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１０】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】 画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１２】 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１３】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１４】 半導体装置の例を示す図。
【図１５】 半導体装置の例を示す図。
【図１６】 半導体装置の例を示す図。
Claims (5)
- 連続発振の第１及び第２のレーザ発振器から射出されるエネルギー分布がガウシアン状の第１及び第２のレーザビームの形状が丸状であって、前記第１及び第２のレーザビームを厚さ２５ｎｍ〜２００ｎｍの非晶質半導体膜上もしくはその近傍にて長径のｅ−２幅がａ、短径のｅ−２幅がｂの線状ビームにそれぞれ加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、前記線状ビームより長い線状ビームを成形し、前記成形した線状ビームを前記非晶質半導体膜に照射し、前記成形した線状ビームの短軸方向に走査させることによって前記非晶質半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記第１及び第２のレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ’、ｙ’）としたとき、前記長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ’）／ａ）２ ＋ （（ｙ−ｙ’）／ｂ）２＜（０．７２）２
または、
（（ｘ−ｘ’）／ａ）２ ＋ （（ｙ−ｙ’）／ｂ）２＜（０．６３）２
を満たし、
かつ、
｜ｘ−ｘ’｜／ａ＞０．５２
を満たすことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 連続発振の第１及び第２のレーザ発振器から射出されるエネルギー分布がガウシアン状の第１及び第２のレーザビームの形状が丸状と矩形状であって、前記第１及び第２のレーザビームを厚さ２５ｎｍ〜２００ｎｍの非晶質半導体膜上もしくはその近傍にて長径のｅ−２幅がａ、短径のｅ−２幅がｂの線状ビームにそれぞれ加工し、互いの前記長径方向の端部を重ね、前記線状ビームより長い線状ビームを成形し、前記成形した線状ビームを前記非晶質半導体膜に照射し、前記成形した線状ビームの短軸方向に走査させることによって前記非晶質半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記第１及び第２のレーザビームの中心座標をそれぞれ（ｘ、ｙ）、（ｘ’、ｙ’）としたとき、前記長径とｘ軸を平行に座標を張り、前記短径とｙ軸を平行に座標を張ると、
（（ｘ−ｘ’）／ａ）２ ＋ （（ｙ−ｙ’）／ｂ）２＜（０．７２）２
または、
（（ｘ−ｘ’）／ａ）２ ＋ （（ｙ−ｙ’）／ｂ）２＜（０．６３）２
を満たし、
かつ、
｜ｘ−ｘ’｜／ａ＞０．５２
を満たすことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１または２において、前記第１及び第２のレーザ発振器は、気体レーザ、固体レーザおよび金属レーザから選ばれたものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記短径のｅ−２幅ｂは、５０μｍ以下であ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４のいずれか一項において、前記第１及び第２のレーザ発振器は、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ、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：サファイヤレーザ、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザおよび金蒸気レーザから選ばれたものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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