JP4515088B2 - 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（レーザ発振器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。

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。

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。

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。

その一例として、特開平７-１８３５４０号公報に開示されている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。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。

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。

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。

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。

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。例えばその技術は、「"Ultra-high Performance Poly-Si TFTs on a Glass by a Stable Scanning CW Laser Lateral Crystallization",A. Hara, F. Takeuchi, M. Takei, K. Yoshino, K. Suga and N. Sasaki, AMLCD '01 Tech. Dig.,2001,pp.227-230.」に報告されている。

この方法を用いれば、少なくともＴＦＴのチャネル方向には結晶粒界のほとんどないものが形成できると考えられている。

しかしながら、本方法においては、半導体膜に十分に吸収される波長域のＣＷレーザを使う都合上、出力が１０Ｗ程度と非常に小さいレーザしか適用できないため、生産性の面でエキシマレーザを使う技術と比較し劣っている。なお、本方法に適当なＣＷレーザは、出力が高く、波長が可視光線のもの以下で、出力の安定性の著しく高いものであり、例えば、ＹＶＯ₄レーザの第２高調波や、ＹＡＧレーザの第２高調波、ＹＬＦレーザの第２高調波、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。また、著しく小さいビームのスポットの両端には粒界の多く存在する従来よく見られた多結晶の半導体膜が形成されるため、このような領域にデバイスを作製することは好ましくなかった。本発明は、このような欠点を克服することを課題とする。

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。

線状ビームの形状は、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。スラブレーザの場合、矩形状のビームの長辺方向の拡がり角と、短辺方向の拡がり角とで、互いの異なるため、そのことに注意して光学系を設計する必要がある。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。

本発明では、線状ビームの長さや幅を可変にする光学系と、線状ビームのエネルギー分布を長径方向において均一にする光学系と、を用いることで、デバイスの大きさや配置に合わせて線状ビームの長さを変化させ、必要な領域に効率よく線状ビームを照射することができる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。線状ビームの長さを可変にすることで、複雑な回路構成のデバイスのアニールにも本発明を容易に適用できる。すなわち、アニールすべき領域の幅に合わせて、線状ビームの長さを変え、アニールすることで必要以外の領域のアニールを最小限に止めることが可能となる。前述の通り、線状ビームの長さ方向における両端部分には、いわゆる多結晶の半導体膜が形成される。このような領域は、高特性が要求されるデバイスの形成には適当でないので、線状ビームの長さが可変であることはデザインルールの制限を低減させることができるため大変有用である。また、本発明においては、線状ビームのエネルギー分布を長径方向において均一にする光学系を用いることで、半導体膜の特性を一様にし、半導体装置の性能を上げることができる。なおデザインルールが複雑でない半導体装置に関しては、ズーム機能を使う必要はないが、やはりその特性を揃えるため、エネルギー分布の均一な線状ビームが必要となる。そのエネルギー分布は好ましくは線状ビームの長径方向に±５％以内であるとよい。以下に本発明を列挙する。

本発明で開示するレーザ照射方法に関する構成は、レーザビームを、光学系１を用いて矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、前記ビームを、ズーム機能を有する光学系２に入射させることで照射面に前記均一なビームを結像し、エネルギー分布の均一な線状ビームを形成し、前記ズーム機能を適宜作用させ、照射面における線状ビームの大きさを変化させるレーザ照射方法であることを特徴とする。

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、レーザビームを、ディフラクティブオプティクスを用いて矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、前記ビームを、ズーム機能を有する光学系に入射させることで照射面に前記均一なビームを結像し、エネルギー分布の均一な線状ビームを形成し、前記ズーム機能を適宜作用させ、照射面における線状ビームの大きさを変化させるレーザ照射方法であることを特徴とする。

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、レーザビームを、光学系１を用いて矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、前記ビームを、単位共役比デザインを有する光学系２に入射させることで照射面に前記均一なビームを結像し、エネルギー分布の均一な線状ビームを形成するレーザ照射方法であることを特徴とする。

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、レーザビームを、ディフラクティブオプティクスを用いて矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、前記ビームを、単位共役比デザインを有する光学系に入射させることで照射面に前記均一なビームを結像し、エネルギー分布の均一な線状ビームを形成するレーザ照射方法であることを特徴とする。

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、レーザビームを、光学系１を用いて矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、前記ビームを、単位共役比デザインを有する光学系２に入射させることで照射面に前記均一なビームを結像し、エネルギー分布の均一な線状ビームを形成し、前記単位共役比デザインの比を変化させることで、照射面における線状ビームの大きさを変化させるレーザ照射方法であることを特徴とする。

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、レーザビームを、ディフラクティブオプティクスを用いて矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、前記ビームを、単位共役比デザインを有する光学系に入射させることで照射面に前記均一なビームを結像し、エネルギー分布の均一な線状ビームを形成し、前記単位共役比デザインの比を変化させることで、照射面における線状ビームの大きさを変化させるレーザ照射方法であることを特徴とする。

上記発明の構成において、レーザは、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、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等が挙げられる。本発明に適用できるレーザは通常、連続発振レーザであるが、パルスレーザでも非常にパルス間の時間が短ければ、擬似的に連続発振とみなせ、本発明が示す効果が期待できる。この場合、数MHz以上の非常に高い周波数で発振するか、他の連続発振レーザをパルスレーザと同時に半導体膜に照射するという方法が考えられる。

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。

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。

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、レーザ発振器と、該レーザ発振器から射出されるビームを矩形状で、エネルギー分布の均一なビームに変換する光学系１と、前記均一なビームを照射面に結像させ、前記ビームの大きさを前記照射面において変化させるズーム機能を有する光学系２を有するレーザ照射装置であることを特徴とする。

本発明で開示するレーザ照射装置に関する他の発明の構成は、レーザ発振器と、該レーザ発振器から射出されるビームを矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換するディフラクティブオプティクスと、前記均一なビームを照射面に結像させ、前記ビームの大きさを前記照射面において変化させるズーム機能を有する光学系を有するレーザ照射装置であることを特徴とする。

本発明で開示するレーザ照射装置に関する他の発明の構成は、レーザ発振器と、該レーザ発振器から射出されるビームを矩形状で、エネルギー分布の均一なビームに変換する光学系１と、前記均一なビームを照射面に結像させる単位共役比デザインの光学系２を有するレーザ照射装置であることを特徴とする。

本発明で開示するレーザ照射装置に関する他の発明の構成は、 レーザ発振器と、該レーザ発振器から射出されるビームを矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換するディフラクティブオプティクスと、前記均一なビームを照射面に結像させる単位共役比デザインの光学系を有するレーザ照射装置であることを特徴とする。

本発明で開示するレーザ照射装置に関する他の発明の構成は、レーザ発振器と、該レーザ発振器から射出されるビームを矩形状で、エネルギー分布の均一なビームに変換する光学系１と、前記均一なビームを照射面に結像させ、前記ビームの大きさを前記照射面において変化させる単位共役比デザインの光学系２を有するレーザ照射装置であることを特徴とする。

本発明で開示するレーザ照射装置に関する他の発明の構成は、レーザ発振器と、該レーザ発振器から射出されるビームを矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換するディフラクティブオプティクスと、前記均一なビームを照射面に結像させ、前記ビームの大きさを前記照射面において変化させる単位共役比デザインの光学系を有するレーザ照射装置であることを特徴とする。

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、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等が挙げられる。本発明に適用できるレーザは通常、連続発振レーザであるが、パルスレーザでも非常にパルス間の時間が短ければ、擬似的に連続発振とみなせ、本発明が示す効果が期待できる。この場合、数MHz以上の非常に高い周波数で発振するか、他の連続発振レーザをパルスレーザと同時に半導体膜に照射するという方法が考えられる。

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、レーザ発振器から射出されるレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて線状ビームに変換する場合において、光学系１にて、まず前記レーザビームを矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、次にズーム機能を有する光学系２により照射面において前記均一なビームを結像させることで線状ビームとし、前記ズーム機能を適宜作用させ、照射面における前記線状ビームの大きさを半導体素子の配置に合わせて変化させ、半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であることを特徴とする。

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、レーザ発振器から射出されるレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて線状ビームに変換する場合において、ディフラクティブオプティクスにて、まず前記レーザビームを矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、次にズーム機能を有する光学系により照射面において前記均一なビームを結像させることで線状ビームとし、前記ズーム機能を適宜作用させ、照射面における前記線状ビームの大きさを半導体素子の配置に合わせて変化させ、半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であることを特徴とする。

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、レーザ発振器から射出されるレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて線状ビームに変換する場合において、光学系１にて、まず前記レーザビームを矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、次に単位共役比デザインの光学系２により照射面において前記均一なビームを結像させることで線状ビームとし、前記線状ビームを前記半導体膜に照射し、半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であることを特徴とする。

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、レーザ発振器から射出されるレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて線状ビームに変換する場合において、ディフラクティブオプティクスにて、まず前記レーザビームを矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、次に単位共役比デザインの光学系により照射面において前記均一なビームを結像させることで線状ビームとし、前記線状ビームを前記半導体膜に照射し、半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であることを特徴とする。

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、レーザ発振器から射出されるレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて線状ビームに変換する場合において、光学系１にて、まず前記レーザビームを矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、次に単位共役比デザインの光学系２により照射面において前記均一なビームを結像させることで線状ビームとし、前記単位共役比デザインの比を変え、照射面における前記線状ビームの大きさを半導体素子の配置に合わせて変化させ、半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であることを特徴とする。

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、レーザ発振器から射出されるレーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて線状ビームに変換する場合において、ディフラクティブオプティクスにて、まず前記レーザビームを矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換し、次に単位共役比デザインの光学系により照射面において前記均一なビームを結像させることで線状ビームとし、前記単位共役比デザインの比を変え、照射面における前記線状ビームの大きさを半導体素子の配置に合わせて変化させ、半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であることを特徴とする。

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、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等が挙げられる。本発明に適用できるレーザは通常、連続発振レーザであるが、パルスレーザでも非常にパルス間の時間が短ければ、擬似的に連続発振とみなせ、本発明が示す効果が期待できる。この場合、数MHz以上の非常に高い周波数で発振するか、他の連続発振レーザをパルスレーザと同時に半導体膜に照射するという方法が考えられる。

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。

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、得られる線状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。

上記本発明が示す線状ビームを半導体膜に照射するとより特性の揃った半導体素子を形成することが可能となる。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、線状ビームの長さを調節することができるため無駄が少なく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。

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）本発明が示す光学系により形成される線状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。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。
（ｂ）線状ビームの長さが可変であるため、半導体素子のデザインルールに合わせてレーザアニールができるので、デザインルールが緩和できる。
（ｃ）線状ビームの長さが可変であるため、半導体素子のデザインルールに合わせてレーザアニールができるので、スループットを向上させることを可能とする。
（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）
本実施形態について図１〜図３、図９を用いて説明する。本実施形態では、照射面において、その大きさが連続的に変化する線状ビームの例を示す。

図１において、レーザ発振器１０１を射出するレーザビームを光学系１０２にて矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換する。その変換される像１０３は非常に均一なエネルギー分布とすることができ、例えば、光学系１０２にディフラクティブオプティクスを用いれば、±５％以内のエネルギー分布をもつビームの形成も可能である。さらに均一なビームを得るためには、レーザ発振器１０１のビーム品質が高いことが重要であり、例えばTEM₀₀のビームを用いれば、その均一性は更に上がることが期待できる。また、ＬＤ励起式のレーザ発振器を用いると非常に出力が安定するので、レーザアニールの均一性向上には有用である。

光学系１０２により、形状が矩形状に変換されエネルギー分布が均一化された像１０３は、ズーム機能を有する光学系１０４により照射面１０５に結像される。ズーム機能を有する光学系１０４には、通常のズームレンズを用いればよく、例えばカメラのレンズをそのまま用いることも可能である。しかしながら、コーティングなどはレーザの強度を配慮したものにする必要がある。本発明で用いるレーザは通常Ｗ〜１００Ｗオーダーのものを用いるため、その強度に耐えるコーティングを施す必要がある。ズーム機能を使うと光路長などが変わる可能性もあるため、そのときは、照射面１０５のレーザ発振器に対する相対的な位置を変化させるか、光路長を補うためにミラーなどを挿入して、照射面１０５に像１０３が結像されるようにする。図１のa)は像１０３を１３倍縮小する系の例であり、図１のb)は、像１０３を約７倍に縮小する系であり、図１のc)は像１０３を約４倍に縮小する例である。

図２にズーム機能を有する光学系１０４の詳細を示す。光学系１０４は光学設計ソフトZEMAXのサンプルとして入力されているものであり、これを応用してビーム形状を変化させる例を以下に示す。

まず、光学系１０２により矩形状に変形され、エネルギー分布も均一化された像１０３の大きさを４×０.２ｍｍとする。レーザ発振器１０１には、例えば１０W程度の連続発振式固体レーザの第２高調波（好ましくは緑色以下の波長のもの）を用い、光学系１０２には例えばディフラクティブオプティクスを用いるとよい。レーザ発振器に波長が緑色以下のものを用いる理由は、半導体膜に対するレーザの吸収がそれ以上の波長においてはほとんどないからである。

次に、光学系１０４を構成するレンズ２０１の第1面が、像１０３の後方４００ｍｍのところにくるように、光学系１０４を配置する。光学系１０４の構成の詳細を以下に示す。レンズ２０１は、母材LAH66を用い、第一面の曲率半径が-16.202203mm、第二面の曲率半径が-48.875855mm、厚さ5.18mmである。符号は、曲率半径の中心がその曲面に対し光源側にあるときに負となり、その逆は正となる。レンズ２０２は、母材LLF6を用い、第一面の曲率半径が15.666614mm、第二面の曲率半径が-42.955326mm、厚さ4.4mmである。レンズ２０３は、母材TIH6を用い、第一面の曲率半径が108.695652mm、第二面の曲率半径が23.623907mm、厚さ1.0mmである。レンズ２０４は、母材FSL5を用い、第一面の曲率半径が23.623907mm、第二面の曲率半径が-16.059097mm、厚さ4.96mmである。レンズ２０３とレンズ２０４とは一体化しており、これらはズーム機能を作用させる場合でも分離しない。レンズ２０５は、母材FSL5を用い、第一面の曲率半径が-425.531915mm、第二面の曲率半径が-35.435861mm、厚さ4.04mmである。レンズ２０６は、母材LAL8を用い、第一面の曲率半径が-14.146272mm、第二面の曲率半径が-251.256281mm、厚さ1.0mmである。レンズ２０７は、母材PBH25を用い、第一面の曲率半径が-251.256281mm、第二面の曲率半径が-22.502250mm、厚さ2.8mmである。レンズ２０８は、母材LAH66を用い、第一面の曲率半径が-10.583130mm、第二面の曲率半径が-44.444444mm、厚さ1.22mmである。

図２に示したズームレンズは、一部非球面レンズを用いているので、その非球面係数を表記する。レンズ２０２の第二面は非球面であり、４次オーダーのタームが0.000104、６次オーダーのタームが1.4209E-7、８次オーダーのタームが-8.8495E-9、10次オーダーのタームが1.2477E-10、12次オーダーのタームが-1.0367E-12、14次オーダーのタームが3.6556E-15、である。なお、２次オーダーのタームは0.0である。レンズ２０４の第二面は非球面であり、４次オーダーのタームが0.000043、６次オーダーのタームが1.2484E-7、８次オーダーのタームが9.7079E-9、10次オーダーのタームが-1.8444E-10、12次オーダーのタームが1.8644E-12、14次オーダーのタームが-7.7975E-15、である。なお、２次オーダーのタームは0.0である。レンズ２０５の第一面は非球面であり、４次オーダーのタームが0.000113、６次オーダーのタームが4.8165E-7、８次オーダーのタームが1.8778E-8、10次オーダーのタームが-5.7571E-10、12次オーダーのタームが8.9994E-12、14次オーダーのタームが-4.6768E-14、である。なお、２次オーダーのタームは0.0である。

次に、光学系１０４を用いて、照射面１０５における線状ビームの大きさを変化させる方法を述べる。具体的には、通常のズームレンズの方式に従えばよく、レンズ配置やレンズからの物体の距離、あるいはレンズからの像の距離などを変えて、ズーム機能を作用させる。

図１a)、もしくは光学系１０４の詳細図面である図２a)に記載のレンズ配置では、照射面１０５における線状ビームの大きさは、０.３×０.０２ｍｍとなる。この場合の各レンズ間距離は、レンズ２０１とレンズ２０２の間が中心間の距離で、０.１ｍｍである。レンズ２０２とレンズ２０３の距離は０.１６ｍｍ、レンズ２０３とレンズ２０４は接しておりレンズ間距離は０である。レンズ２０４とレンズ２０５の距離は９.４８ｍｍであり、レンズ２０５とレンズ２０６との距離は、１.３５ｍｍである。またレンズ２０６とレンズ２０７とは接しておりレンズ間距離は０である。また、レンズ２０７とレンズ２０８との距離は、３ｍｍである。また、レンズ２０８と照射面１０５までの距離は、６.７７７２９２ｍｍである。

図１b)、もしくは光学系１０４の詳細図面である図２b)に記載のレンズ配置では、照射面１０５における線状ビームの大きさは、０.６×０.０３ｍｍとなる。この場合の各レンズ間距離は、図１a)のものとほとんど同じであるが、レンズ２０４とレンズ２０５の距離を４.４８ｍｍに、レンズ２０８と照射面１０５までの距離は、28.548739ｍｍに変更すれば、図１b)のものとなる。

図１c)、もしくは光学系１０４の詳細図面である図２c)に記載のレンズ配置では、照射面１０５における線状ビームの大きさは、１.０×０.０５ｍｍとなる。この場合の各レンズ間距離は、図１a)のものとほとんど同じであるが、レンズ２０４とレンズ２０５の距離を２.０ｍｍに、レンズ２０８と照射面１０５までの距離は、63.550823ｍｍに変更すれば、図１ｃ)のものとなる。

以上、光学系のレンズデータの一例を示したが、有効数字に関しては、実施者が必要とする桁数にて適宜設定すればよい。

図３に図１、図２の光学系を持ちいて得られた照射面１０５における線状ビームのシミュレーション結果を示す。縦軸が線状ビームの長手方向、横軸が線状ビームの短手方向であり、スケールの縦横比は図を見やすくするため変更されている。上記の説明の通り、ビームの大きさが変更されている様子が見て取れる。ズームレンズの収差のため線状ビームのエネルギー分布の均一性が落ちているが、更に均一性の高いビームを得ることもズームレンズの最適化により可能である。

次に、照射の対象となる半導体膜の作製方法の例を示す。まず、ガラス基板を用意する。厚さは例えば１ｍｍ程度で、大きさは実施者が適宜決定する。前記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６６ｎｍのａ−Ｓｉ膜を形成する。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う。これにより、照射の対象となる半導体膜が形成できる。前記過熱処理のほかに、前記半導体膜にニッケル元素などを添加し、金属核を元に固相生長させる処理を行ってよい。これにより、半導体素子の信頼性などの向上が期待できる。前記処理の詳細は、従来技術で述べた。

次にレーザ発振器１０１の例を示す。レーザ発振器１０１に最適なレーザの１つに、例えば、LD励起の連続発振のレーザ発振器がある。このようなものの内、半導体膜に比較的吸収の高いものは、例えばYVO4レーザの第2高調波で、波長532nmである。市販されているものの範囲では、出力は１０W程度、TEM₀₀の発振モードのものを使用することが好ましい。出力がそれ以上になるとレーザビームの発振モードが悪化し、ビームの均一性に影響する可能性がある。しかしながら、ビームの大きさが非常に小さいため少しでも出力の大きなレーザ発振器を用いることが好ましいことは言うまでもない。但し、出力を大きいものでも発振モードが悪いと、所望のビームが照射面にて形成できない可能性もあるため注意が必要である。

次に、線状ビームを前記半導体膜に照射する例を、図９を使って示す。前記半導体膜は図１において、照射面１０５に配置する。照射面１０５は、照射面１０５を含む２次元平面上を動作できるステージに乗っており、例えば、５ｃｍ/ｓ〜２００ｃｍ/ｓのスピードで走査させることができる。作製しようとしているデバイスが例えば、ドライバー一体型の液晶表示装置である場合、ドライバー回路の領域１９０１、１９０２には比較的高いエネルギー密度の線状ビームが要求されるため、例えば図３a)、もしくは図３b)に図示した大きさの線状ビームを使って、アニールを行う。すなわち、図９において、線状ビーム１９０４もしくは線状ビーム１９０５を用いる。このとき、比較的狭い範囲にデバイスが配列されている領域１９０１には、線状ビームの長さの短いもの（例えば図３a）のもの）を用い、比較的広い範囲にデバイスが配列されている領域１９０２には、線状ビームの長さを比較的長いものを用いるとよい。しかしながら、あまりにも線状ビームの長さを長くすると、エネルギー密度が小さくなりすぎて、高性能を要求されるドライバー回路には適当でないエネルギーとなってしまう。よって、線状ビームの長さの変更はエネルギー密度の変化を考えて行う必要がある。高性能デバイスに適当なレーザのエネルギー密度は、０.０１MW/cm²〜１MW/cm²程度であるが、これは半導体膜の状態により変化するため、実施者が適宜最適値を求める必要がある。図９において、半導体素子の画素領域には、あまり高速動作をするデバイスが要求されないため、最もエネルギー密度の低い線状ビーム（図３ｃ）を用い、処理時間を短縮する。すなわち、図９においては、線状ビーム１９０６を用いる。以上のように、ズーム機能を備えた光学系を用いると、非常に効率よく半導体膜をアニールできる。ズーム機能において、線状ビームの幅の長さを変えることはあまり意味がないので、ズームレンズには、シリンドリカルレンズを用い、一方向しか作用しないものを使用してもよい。しかしながら、シリンドリカルレンズよりは、球面レンズを用いたほうが作製精度が出るため、どちらを用いるかは実施者に委ねる。なお、半導体膜上における線状ビームの位置制御には、CCDカメラや画像処理システムを併用することで、容易に実現できる。この位置決め制御は、予め半導体膜にマーカーなどをパターニングしておく方法や、レーザビームの照射跡をみて、パターニングの場所を調整する方法などがある。

上記本発明が示す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、線状ビームの長さをデバイスの大きさに合わせ、最適化させることにより、デザインルールの制限を緩和し、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。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、２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。

まず、共に直線偏光の２台のレーザ発振器１４０１、１４０９を用い長い線状ビームを形成する方法を図４に沿って説明する。レーザ発振器１４０１から射出するレーザビームはミラー１４０２により偏向され、1/2λ板１４０３により偏光方向を９０°回転させる。前記偏光方向の回転されたレーザビームは、TFP１４０４（Thin Film Plate Polarizer）を透過するように配置し、ディフラクティブオプティクス１４０５に入射させる。本実施形態ではTFPを使うが、その他類似の機能を持つものを使用しても構わない。そして、像１４０６にエネルギー分布の均一で、矩形状の形のビームを形成する。さらにズーム機能を備えた光学系１４０７にビームを入射させ、像１４０６を照射面１４０８に投影する。一方、レーザ発振器１４０９から射出されるレーザビームは、ミラー１４１０により偏向され、TFP１４０４にブリュースター角で入射させる。これによりTFP１４０４表面にてビームの反射が起こり、２台のレーザビームから射出したビームはこのTFPを射出したところで合成される。合成されたレーザビームは、ディフラクティブオプティクス１４０５により、像１４０６にエネルギー分布の均一で、矩形状の形のビームを形成する。さらにズーム機能を備えた光学系１４０７にビームを入射させ、像１４０６を照射面１４０８に投影する。これにより、２台のレーザ発振器から射出したレーザビームが照射面１４０８に合成されて投影される。レーザ発振器が２台合成されたことにより、線状ビームの長さは、実施の形態１で示したものの倍程度が得られる。例えば、高いエネルギー密度が要求される領域にも、長さ１ｍｍ程度の線状ビームを適用することが可能となり、より高密度に集積された高速動作の期待できるデバイスの形成が可能となる。

図８にシステム化したレーザ照射装置を示す。レーザ発振器は２台用いられ、レーザ発振機１８０１a、１８０２bから射出したレーザビームは、図示しない光学系により合成され、レーザを通すためにプレート１８０２に設けられたレーザ射出口１８０３を通り、半導体膜１８０９に導入される。２台のレーザ発振器１８０１は、プレート１８０２上に配置され、該プレートには、半導体膜の位置制御用CCDカメラ１８０４a、１８０４bが据え付けられる。カメラが２台あるのは、より位置決め精度を高くするためで、その精度は、用途にもよるが通常数μｍ程度必要である。ディスプレイ１８０５は、CCDカメラにより取り込まれた映像を見るディスプレイであり、この画像処理システムから得られた位置情報から、半導体膜１８０９を回転ステージ１８０８により回転させ、半導体デバイスの配列方向と線状ビームの走査方向とを一致させる。このとき、CCDカメラの位置に自由度がないため、X軸ステージ１８０６とY軸ステージ１８０７も同時に動かし、位置決めを行うとよい。

半導体膜１８０９の位置情報を画像処理システムにより把握できれば、後はX軸ステージとY軸ステージを動作させ、半導体膜１８０９の所望の位置に線状ビームを照射すればよい。このとき、線状ビームの長さ（すなわちエネルギー密度）や、必要なエネルギーにより、走査の速度を調整する。例えば、高速動作の必要なドライバー部分であれば、５ｃｍ/ｓ〜１００ｃｍ/ｓ程度の走査速度が適当であり、画素の部分であれば比較的高速動作を要求されないため、５０ｃｍ/ｓから数ｍ/ｓ程度の走査速度でステージを動作させればよい。このようにステージの動作速度が比較的高速であるため、このシステムは防振台１８１０の上に構築するのが好ましい。場合によっては、アクティブ徐振台などを用いて、さらなる振動の低減も必要である。あるいは、X軸ステージ１８０６やY軸ステージ１８０７にエア浮上式の完全非接触のリニアモーターを用いることで、ベアリングによる摩擦起因の振動などを抑えることもできる。

上記本発明が示す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、線状ビームの長さをデバイスの大きさに合わせ、最適化させることにより、デザインルールの制限を緩和し、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。

（実施の形態３）
本実施形態では、実施形態１で記載の光学系とは異なるズーム機能を備えた光学系の例を図６に沿って示す。本実施形態に示すズーム機能は、不連続であるが非常に収差の抑えられた系となっており、より均一なレーザアニールが可能となる。

図６において、レーザ発振器１６０１を射出するレーザビームを光学系１６０２にて矩形状でエネルギー分布の均一なビームに変換する。その変換される像１６０３は非常に均一なエネルギー分布とすることができ、例えば、光学系１６０２にディフラクティブオプティクスを用いれば、±５％以内のエネルギー分布をもつビームの形成も可能である。さらに均一なビームを得るためには、レーザ発振器１６０１のビーム品質が高いことが重要であり、例えばTEM₀₀のビームを用いれば、その均一性は更に上がることが期待できる。また、ＬＤ励起式のレーザ発振器を用いると非常に出力が安定するので、レーザアニールの均一性向上には有用である。

光学系１６０２により、形状が矩形状に変換されエネルギー分布が均一化された像１６０３は、単位共役比デザインと呼ばれるリレーシステム１６０４aにより、大きさを変換されて照射面１６０５に結像される。例えば、図６a)の場合、その共役比は２：１であるから、像１６０３の拡大率は、１/２となる。よって、例えば、像１６０３の大きさを１×0.02ｍｍとすると、照射面１６０５における像の大きさは０.５×0.01ｍｍとなる。線状ビームの長さ方向だけに拡大縮小率を掛けたいのであれば、リレーシステムをシリンドリカルレンズにて構成するとよい。図７a)にリレーシステムをシリンドリカルレンズとした場合の光学設計ソフトによるシミュレーション結果を示す。該結果は、像１６０３を１×0.02ｍｍとし、線状ビームの長さが１/２となるようにシリンドリカルレンズを配置したものである。照射面１６０５において非常に均一なレーザビームが形成されることが判る。レンズの具体的な構成は、以下のとおりである。まず、焦点距離４００ｍｍの平凸シリンドリカルレンズを、像１６０３の後方４００ｍｍの位置に配置し、前記平凸シリンドリカルレンズの平面部を像１６０３に向ける。凸部の後方１０ｍｍのところに、焦点距離２００ｍｍの平凸シリンドリカルレンズを配置する。このとき平面部は照射面１６０５に向け、平面部と照射面の距離を２００ｍｍとする。これにより像１６０３から照射面１６０５まで、光路長約６００ｍｍのリレーシステムが構築できる。

照射面１６０５において、線状ビームの大きさを変更するときは、リレーシステム１６０４aを、リレーシステム１６０４bに交換することで行う。リレーシステム１６０４ｂは、その共役比が３：１であり、像１６０３の拡大率は、１/３となる。リレーシステムの交換方法は、適宜実施者が決定すればよいが、たとえば、レボルバーのようなもので回転させて自動で行うのが好ましい。このとき光路長を一定に保つため、リレーシステム１６０４ｂの光学系の光路長を、リレーシステム１６０４aの光学系のものと同じとする。例えば、焦点距離４５０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズを、像１６０３の後方４５０ｍｍの位置に配置し、前記平凸シリンドリカルレンズの平面部を像１６０３に向ける。凸部の後方１０ｍｍのところに、焦点距離１５０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズを配置する。このとき平面部は照射面１６０５に向け、平面部と照射面の距離を１５０ｍｍとする。これにより像１６０３から照射面１６０５まで、光路長約６００ｍｍのリレーシステムが構築できる。

以上のような考え方で、共役比が４：１のリレーシステム１６０４ｃを作製する。例えば、焦点距離４８０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズを、像１６０３の後方４８０ｍｍの位置に配置し、前記平凸シリンドリカルレンズの平面部を像１６０３に向ける。凸部の後方１０ｍｍのところに、焦点距離１２０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズを配置する。このとき平面部は照射面１６０５に向け、平面部と照射面の距離を１２０ｍｍとする。これにより像１６０３から照射面１６０５まで、光路長約６００ｍｍのリレーシステムが構築できる。

以上のような構成は、線状ビームの長さが連続的に変化する構成と比較し、自由度が少なく不便であるように思われるが、実際の工程においては、線状ビームの長さをそれほど変化させる必要はなく、数種類の長さがカバーできれば十分である場合がほとんどである。よって、顕微鏡のように倍率が数種類ある光学系とする構成でも、本工程には問題なく適用できる。本実施形態では、３種類の線状ビームの長さを示したが、これを例えば図９に示した半導体膜のアニールに適用すると、連続的に長さが変化するズーム機能を備えた光学系と同様の処理が可能となる。なお、半導体素子のデザインルールが単純であれば、線状ビームの長さは１種類ですむことはいうまでもない。この場合も、このような光学系を用いて半導体膜をアニールすれば非常に均一なアニールが可能となるため、本発明は有用である。

上記本発明が示す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、線状ビームの長さをデバイスの大きさに合わせ、最適化させることにより、デザインルールの制限を緩和し、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。

（実施の形態４）
これまでは、レーザ発振器を１台もしくは２台使った例を示した。本実施形態では、レーザ発振器を３台以上使用する例を示す。

図５にレーザ発振器を５台使用する例を示す。レーザ発振器１５０１a〜eから射出されたレーザビームは、光学系１５０２a〜eにそれぞれ入射し、平面１５０３において、エネルギー分布が均一な矩形状のビームに変換される。レーザ発振器の配置によるが、それぞれ異なる方向からレーザビームが平面１５０３に向かうため、各光学系１５０２a〜eから射出されるレーザビームの方向を互いに異なるようにしないと、平面１５０３において１つに合成できない。このようなことを可能とする光学系には例えばディフラクティブオプティクスがある。光学系１５０２a〜eにより、５台のレーザ発振器から射出されたレーザビームは平面１５０３において、大きくエネルギー分布の均一なビームに変換される。平面１５０３に出来るレーザビームの像は、ズーム機能を有する光学系１５０４に入射し、照射面１５０５に結像される。これにより、レーザ発振器５台分の長さを持つ線状ビームが形成できる。その長さは、例えば、個々のレーザ発振器の出力を１０Wとする場合、２〜５ｍｍ程度になると予想される。半導体膜の５ｍｍ幅が一度に結晶化できると、その領域には液晶表示装置を駆動させるドライバー回路がすべて入ってしまうため、大変有用な装置となる。

上記本発明が示す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、線状ビームの長さをデバイスの大きさに合わせ、最適化させることにより、デザインルールの制限を緩和し、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。

本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図１０〜図１３を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。

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。

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。

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、Ｙ₂Ｏ₃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。また、連続発振のレーザだけでなく、パルス発振のレーザも本実施例に用いることができる。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。

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１〜４に示した方法のいずれか１つ、もしくはそれらを組み合わせた方法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。このとき、図８に示した画像処理システムにより、半導体膜上に形成するTFTのデザインルールに沿って、半導体膜をアニールすることができる。デザインルールによって、線状ビームの長さを変え、より効率よく半導体膜をアニールすることができる。また、特に特性の高いTFTが形成される領域には、大粒径の結晶ができるように高いエネルギー密度（すなわち線状ビームの長さを比較的短くする。）でレーザを照射し、比較的特性が求められないTFTが形成される領域には、低いエネルギー密度（すなわち線状ビームを比較的長くする。）でレーザを照射するとよい。具体的なレーザ照射の条件は下記を参考にするとよい。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う（図１０（Ｂ））。本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、それぞれのガス流量を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。

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。

次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。（図１０（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。

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１×１０¹³〜５×１０¹⁴ions／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１．５×１０¹³ions／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１×１０¹⁸〜１×１０²⁰atoms／cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。

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１×１０¹³〜１×１０¹⁵ions/cm²とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図１１（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷ions/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１×１０¹⁸〜５×１０¹⁹atoms/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、４３８、４４１、４４４、４４７には１×１０¹⁹〜５×１０²¹atoms/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。

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。

次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前の導電型（つまりｎ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４５３〜４５６、４５９、４６０を形成する。第２の導電層４２８ａ〜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４５３〜４５６、４５９、４６０はジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で形成する（図１１（Ｂ））。この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４３８、４３９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。

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する。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。

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１〜４のいずれか１つ、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、Ｙ₂Ｏ₃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等が挙げられる。連続発振だけでなく、パルス発振のレーザも本実施例に用いることができる。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０．１〜１０ＭＷ／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。

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。

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。

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。

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する。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。

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。

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４６４〜４６８を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい（図１２）。

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。

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。

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４５１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４５５を有している。

画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域４４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５８と、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４５７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。

また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１３に示す。なお、図１０〜図１３に対応する部分には同じ符号を用いている。図１２中の鎖線Ａ−Ａ’は図１３中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１２中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１３中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。

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、光学系により、長径方向に均一な線状ビームを形成できるので、その均一性の高い線状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。また、線状ビームの長さをTFTのデザインルールに合わせて変えられることから、スループットの向上、あるいは、デザインルールの緩和につながる。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。

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。

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。

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１３では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。

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。

そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１４に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。

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、光学系により、長径方向に均一な線状ビームを形成できるので、その均一性の高い線状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。また、線状ビームの長さをTFTのデザインルールに合わせて変えられることから、スループットの向上、あるいは、デザインルールの緩和につながる。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。

なお、本実施例は実施形態１乃至４と自由に組み合わせることが可能である。

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。

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。

図１５は本実施例の発光装置の断面図である。図１５において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１２のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。

基板７００上に設けられた駆動回路は図１２のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。

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。

なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１２のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。

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。

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。

配線７０１〜７０７を形成後、図１５に示すようにバンク７１２を形成する。バンク７１２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。

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。

画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１５では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ₃）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ₃にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

こうして図１５に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク７１２を形成した後、パッシベーション膜７１６を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。

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。

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。

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、光学系により、長径方向に均一な線状ビームを形成できるので、その均一性の高い線状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。また、線状ビームの長さをTFTのデザインルールに合わせて変えられることから、スループットの向上、あるいは、デザインルールの緩和につながる。さらに、本発明を利用して作製される発光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。

なお、本実施例は実施形態１乃至４と自由に組み合わせることが可能である。

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発光表示装置）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。

その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図１６、図１７及び図１８に示す。

図１６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製され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。

図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製され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。

図１６（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製され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。

図１６（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。表示部３３０２は基板として可撓性基板を用いており、表示部３３０２を湾曲させてゴーグル型ディスプレイを作製している。また軽量で薄いゴーグル型ディスプレイを実現している。本発明により作製される半導体装置を表示部３３０２に適用することで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。

図１６（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（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。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。

図１６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製され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。

図１７（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製され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。

図１７（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製され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。

なお、図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１７（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。

また、図１７（Ｄ）は、図１７（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１７（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。

ただし、図１７に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。

図１８（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製され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。

図１８（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製され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。

図１８（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。表示部４１０３は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイを実現できる。また、表示部４１０３を湾曲させることも可能である。本発明により作製される半導体装置を表示部４１０３に適用することで、本発明のディスプレイが完成する。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。

以上のようにして作製される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、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、光学系により、長径方向に均一な線状ビームを形成できるので、その均一性の高い線状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。また、線状ビームの長さをTFTのデザインルールに合わせて変えられることから、スループットの向上、あるいは、デザインルールの緩和につながる。さらに、本発明を利用して作製される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。

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１〜４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。

実施の形態１を説明する図。 実施の形態１を説明する図。 実施の形態１を説明する図。 実施の形態２を説明する図。 実施の形態４を説明する図。 実施の形態３を説明する図。 実施の形態３を説明する図。 実施の形態２を説明する図。 線状ビームを半導体膜に照射する様子を示す図。 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の構成を示す上面図。 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。 半導体装置の例を示す図。 半導体装置の例を示す図。 半導体装置の例を示す図。

Claims (4)

1. 基板上に半導体膜を成膜し、
   前記半導体膜に、固体レーザの発振器から射出した第２高調波のレーザビームをディフラクティブオプティクスに入射させた後、
   前記レーザビームを、ズーム機能を有する光学系に入射させることによって、照射面において結像させ、且つエネルギー分布の均一な線状ビームを形成し、
   前記ズーム機能を有する光学系を作用させて前記照射面における線状ビームの大きさを変化させることにより、前記半導体膜のドライバー回路領域と、前記半導体膜の画素領域とに照射する前記線状ビームのエネルギー密度を変化させて照射することで前記半導体膜を結晶化し、
   前記線状ビームのエネルギー密度は、前記画素領域に照射する線状ビームのエネルギー密度よりも前記ドライバー回路領域に照射する線状ビームのエネルギー密度の方が高い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、前記固体レーザは、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹａｌＯ_３レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、アレキサンドライドレーザ、およびＴｉ：サファイヤ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。
3. 請求項１において、前記レーザビームの波長は、緑色以下の波長であ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３のいずれか一項において、前記レーザビームは、ＴＥＭ _００ の発振モードのレーザビームであることを特徴とする半導体装置の作製方法。