TWI479660B - 薄膜電晶體，其製造方法，及半導體裝置 - Google Patents

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Description

薄膜電晶體，其製造方法，及半導體裝置
本發明涉及半導體裝置及其製造方法。本發明特別涉及具有晶體薄膜電晶體的半導體裝置及其製造方法。本發明還涉及安裝有該薄膜電晶體的半導體裝置及電子設備。
近年來，對於具有薄膜電晶體(Thin Film Transistor，以下稱為TFT)的半導體裝置的技術開發正積極地進行。特別是對於使用玻璃基板的有源矩陣型顯示裝置等的應用正在進展。
用於TFT的半導體膜大致可劃為具有晶體結構(多晶)的半導體膜和具有非晶體結構的半導體膜。使用多晶結構的半導體膜的TFT電場效應遷移率高且能夠高速工作。因此，例如有如下優點：可以使液晶顯示裝置的TFT小型化，而提高開口率。注意，開口率指的是對於(黑矩陣層的)一個像素區域的面積的開口部面積的比率。此外，因為在多晶結構中可以在一個基板上形成驅動IC(積體電路)和像素電路以使它們成為一體，所以零部件個數減少，而可以使整個液晶顯示裝置小型化。此外，不局限於顯示裝置，通過在玻璃基板上形成TFT，可以以比使用矽基板時更廉價的方式製造半導體裝置。
一般地說，首先利用半導體原料氣體如矽烷等形成非晶體半導體膜，然後利用熱使其結晶化，來形成多晶半導體膜。作為主要結晶化方法，有雷射結晶化法、熱結晶化法、或使用鎳(Ni)等促進結晶化的元素的熱結晶化法等。當使用熱結晶化法進行結晶化時，使用HTPS(高溫多晶矽)工藝。因為當使用HTPS工藝時可以使TFT元件微小化，所以可以製造更高精度的液晶顯示裝置。然而，通過加熱基板而進行結晶化，因此基板成為異常高溫(一般地說，1000度以上)。另一方面，玻璃基板的應變點大約是600至700度。因此，在HTPS工藝中不能使用玻璃基板。在使用促進結晶化的元素的熱結晶化法中，可以以比上述熱結晶化法低500至600度左右的溫度使半導體膜結晶化，並且可以獲得其晶界連續的結晶。然而，跟上述其他兩個結晶化法相比，其步驟更複雜。因此，需要如下方法，即不損傷玻璃基板地供給為了使非晶體半導體膜結晶化而需要的熱量。
參酌上述情況，當使玻璃基板上的半導體膜結晶化時，使用雷射結晶化法。因為在雷射結晶化法中使用由雷射的局部加熱來進行半導體膜的結晶化，所以其工藝溫度比較低(一般地說，600度以下)。因此，可以使用玻璃基板，並且其步驟不複雜。通過使用雷射結晶化法，可以不損傷玻璃基板，而利用雷射的照射供給為了使半導體膜結晶化而需要的熱量。
在此，雷射結晶化法指的是如下結晶化法：對非晶體半導體膜照射雷射而供給非晶體半導體膜的熔點以上的熱量，並且以極短時間局部地加熱其表面，來進行結晶化。
通過雷射結晶化法形成的多晶半導體膜跟單晶半導體相比其遷移度劣。可以考慮到這是起因於伴隨結晶化發生的晶粒介面的。於是，為了減少在半導體膜中的晶粒介面來獲得近似於單晶的結晶體，進行為了通過控制結晶化中的核生成地方來控制晶界的位置且使結晶本身大粒徑化的技術開發。作為這種技術之一，有如下方法：通過使用條形圖案的相移掩模周期性地調變照射到樣品面的線狀脈衝雷射的強度，利用SLG(Super Lateral Growth：超極橫向生長)使半導體材料結晶化，來形成多晶半導體膜(例如，專利文件1)。
相移掩模指的是用於相移法的在石英基板上形成有凹凸的掩模。相移法指的是如下方法：通過將相鄰的圖案的相位移動180度，來提高解析度。
[專利文件1]日本專利申請公開2004－119919號公報
雷射器根據其振盪方法大致劃為脈衝振盪雷射器和連續振盪雷射器這兩種。因為脈衝振盪雷射器輸出能量比較高，所以可以以雷射(被處理物的表面的實際被雷射照射的區域)的尺寸為幾cm2 以上提高批量生產性。特別當利用光學系統加工雷射的照射區域的形狀並使其成為長度是10cm以上的線狀時，可以有效地對基板照射雷射，並且進一步提高批量生產性。因此，當使半導體膜結晶化時，脈衝振盪雷射器在成為主流了。
然而，發現了如下事實：跟使用脈衝振盪雷射器使半導體膜結晶化時相比，使用連續振盪雷射器(以下，稱為CW雷射器)使半導體膜結晶化時可以獲得更大的形成在半導體膜中的晶粒。當半導體膜中的晶粒的尺寸變大時，由於晶粒的介面(晶界)使用該半導體膜來形成的TFT的遷移度變高。因此，連續振盪雷射器引人注目。
此外，在利用SLG的結晶生長中，在與線狀雷射的掃描方向大致垂直的方向上發生結晶生長，因此被形成的多晶半導體膜中的晶界的出現周期短。因此，不能戲劇性地改善半導體膜中的電場效應遷移率。
本發明的課題在於提供一種載流子遷移率高且具有良好電氣特性的半導體裝置以及其製造方法。
本發明的半導體裝置包括多晶半導體膜，其中具有晶粒在一個方向上延伸的結晶帶，並且在晶粒延伸的方向上晶界的出現頻率小或者在晶粒延伸的方向上沒有晶界。當形成晶粒在一個方向上延伸的結晶帶時，使用線狀雷射執行結晶化。可以通過經由光強度調變器照射雷射，使非晶體半導體膜在從要結晶化的半導體膜的一端到其他端之間具有熔化狀態地完全熔化，來形成在雷射的掃描方向上晶粒生長的結晶帶。其中，該光強度調變器將線狀雷射的光強度在該雷射的長軸方向上周期性地調變。或者，也可以通過經由周期性地調變雷射的光強度的光強度調變器對雷射給予周期性的輪廓，並且將該雷射形成為線狀，來照射。再者，也可以同時進行給予周期性的輪廓且線狀地形成。
在本發明中，通過經由具有條形圖案的相移掩模使半導體膜在從要結晶化的半導體膜的一端到其他端之間具有熔化狀態地完全熔化，來形成結晶的生長方向在一個方向上大概整齊，理想的是晶界只在一個方向上存在的多晶半導體膜。
本發明的一個形式是一種具有結晶半導體膜的薄膜電晶體，其中所述結晶半導體膜具有一個或多個其晶粒在一個方向上延伸的結晶帶，所述結晶帶中的至少一個在該結晶帶中具有源區、溝道形成區、以及汲區。
本發明的另一個形式是一種具有結晶半導體膜的薄膜電晶體，其中所述結晶半導體膜具有多個其晶粒在一個方向上延伸的結晶帶，所述多個結晶帶在鄰接的結晶帶之間具有邊界線，所述邊界線從薄膜電晶體的源區到汲區與溝道長度方向大概平行。
本發明的另一個形式是一種包括形成在具有絕緣表面的基板上的結晶半導體膜的薄膜電晶體，其中所述結晶半導體膜具有多個其晶粒在一個方向上延伸的結晶帶，所述多個結晶帶在鄰接的結晶帶之間具有邊界線，所述邊界線從所述結晶半導體膜的一個邊至相對的其他的一個邊與所述薄膜電晶體的溝道長度方向大概平行。
本發明的另一個形式是一種包括形成在具有絕緣表面的基板上的結晶半導體膜的薄膜電晶體，其中所述結晶半導體膜具有多個其晶粒在一個方向上延伸的結晶帶，所述結晶帶中的晶界的平均出現間隔大於所述結晶帶的短軸方向的間隔。
在上述結構的本發明中，優選的是，所述結晶帶的長軸方向與溝道長度方向大概一致。
在上述結構的本發明中，優選的是，所述結晶帶的短軸方向的長度大概一定。
在上述結構的本發明中，優選的是，所述結晶帶的短軸方向的長度大概是3μm以下，並且所述結晶帶的長軸方向的長度大概是3μm以上且20μm以下。
本發明的另一個形式是一種包括形成在具有絕緣表面的基板上的結晶半導體膜的薄膜電晶體，其中所述結晶半導體膜包括一個其晶粒在一個方向上延伸的結晶帶，所述結晶帶具有大概3μm以下的一個邊和相鄰於所述一個邊的大概3μm以上且20μm以下的其他的一個邊，所述結晶半導體膜的溝道形成區被形成在所述結晶帶中，在所述結晶半導體膜的溝道形成區中沒有橫穿溝道長度方向的晶界。
在上述結構的本發明中，優選的是，在所述基板和所述結晶半導體膜之間具有底部膜。
在上述結構的本發明中，優選的是，所述結晶半導體膜是以矽為主要成分的膜。
在上述結構的本發明中，優選的是，所述基板是玻璃基板。
本發明的另一個形式是一種對形成在具有絕緣表面的基板上的非晶體半導體膜照射連續振盪的雷射或準連續振盪的雷射而使該非晶體半導體膜結晶化的薄膜電晶體的製造方法，其中，通過如下步驟形成具有在與雷射的掃描方向大概一致的方向上生長的結晶帶的多晶半導體膜：形成非晶體半導體膜，並利用在該雷射的長軸方向上周期性地調變的光強度調變器而空間性地調變形成為線狀的雷射的光強度，且對所述非晶體半導體膜照射雷射來在整個所述雷射的照射區域中使所述非晶體半導體膜完全熔化。
本發明的另一個形式是一種對形成在具有絕緣表面的基板上的非晶體半導體膜照射連續振盪的雷射或準連續振盪的雷射而使該非晶體半導體膜結晶化的薄膜電晶體的製造方法，其中，通過如下步驟形成薄膜電晶體：形成非晶體半導體膜；利用在雷射的長軸方向上周期性地調變的光強度調變器而空間性地調變形成為線狀的雷射的光強度，並對非晶體半導體膜照射雷射來在整個所述雷射的照射區域中使所述非晶體半導體膜完全熔化，以形成具有在與雷射的掃描方向大概一致的方向上生長的結晶帶的多晶半導體膜；將雜質引入在多晶半導體膜的一部分來形成源區及汲區。包含在多晶半導體膜中的結晶帶中的至少一個在該結晶帶中具有源區、溝道形成區以及汲區，並且所述溝道形成區的溝道長度方向與所述結晶帶的長軸方向大概平行，且可以不與結晶帶的邊界交叉地畫從源區到汲區延伸的線。
在上述結構的本發明中，所述光強度調變器優選是在與所述雷射的長軸方向大致一致的方向上具有凹凸的相移掩模。
在上述結構的本發明中，優選的是，所述光強度調變器是在對於平行於所述雷射的掃描方向的方向傾斜一定角度的方向上具有凹凸的相移掩模，並且所述被調變的雷射的光強度的數值在長軸方向上具有極大值和極小值，且使所述極小值成為所述極大值的80%以上地調整所述角度。
在上述結構的本發明中，所述相移掩模優選是具有以一定間隔形成有槽的條形圖案的透光基板。
在上述結構的本發明中，所述透光基板優選是石英基板。
在上述結構的本發明中，所述槽的間隔優選與所述槽的寬度相同。
在上述結構的本發明中，所述半導體膜由矽構成。
在上述結構的本發明中，所述結晶化優選通過使用促進所述結晶化的元素來實施。
本發明的另一個形式是一種具有根據上述結構的本發明而製造的薄膜電晶體的半導體裝置。
作為上述結構的本發明的半導體裝置，可以使用液晶顯示裝置或EL顯示裝置。特別優選將本發明適用於它們的週邊電路(驅動電路等)。
注意，在本發明中，結晶帶指的是延伸為帶狀的晶粒。理想的是，在該晶粒的長軸方向上沒有晶粒介面。
注意，在本發明中，從要結晶化的半導體膜的一端到其他端之間具有熔化狀態地進行結晶化表示如下事實：本發明的半導體膜的結晶化不是SLG。在SLG中，熔化的半導體膜立即凝固(熔化時間短)，所以半導體膜反復熔化和凝固。在本發明中，例如當使用脈衝振盪的雷射器(包括準CW雷射器)時，從一個脈衝的雷射被照射而使半導體膜熔化的狀態到下一個脈衝的雷射被照射到半導體膜維持該熔化狀態地進行結晶化。
注意，在本發明中，半導體裝置指的是具有包括半導體元件(電晶體、二極體等)的電路的裝置。注意，半導體裝置也可以是通過利用半導體特性而能夠發揮作用的所有裝置。
注意，電晶體指的是至少具有三個端子的元件，其包括閘極、汲極及源極，並在汲區和源區之間具有溝道形成區，且可以通過汲區、溝道形成區、源區提供電流。在此，因為源極和汲極根據電晶體的結構、工作條件等變化，所以不容易確定哪個是源極或汲極。於是，在本發明中，有時不將用作源極和汲極的區域稱為源極或汲極。在此情況下，作為一個例子，有時將各區域寫為第一端子、第二端子。注意，電晶體也可以是至少具有三個端子的元件，其包括基極、發射極及集電極。此時，也同樣地有時將發射極和集電極寫為第一端子、第二端子。
此外，顯示裝置指的是具有顯示元件(液晶元件、發光元件等)的裝置。注意，特別優選的是，在週邊驅動電路被形成在同一個基板上的顯示裝置中，將本發明適用於週邊驅動電路。
此外，發光裝置指的是特別具有EL元件或用於FED的元件等自發光型顯示元件的顯示裝置。液晶顯示裝置指的是具有液晶元件的顯示裝置。
注意，在本說明書中，大概具有與實質上相同的意思。例如，大概平行容許從平行偏離±45度左右(優選為±30度左右)的偏差。此外，方向大概一致容許一個方向與另一個方向實質上相同的範圍內的偏差，即對於一個方向，另一個方向處於±45度的範圍內(優選為±30度的範圍內)。此外，間隔大致一定指的是如下情況：當將平均間隔設定為a時，間隔是a/2以上3a/2以下。此外，大概3μm指的是2.5μm以上3.5μm以下，並且大概20μm指的是15μm以上25μm以下。
根據本發明，可以獲得晶界的位置以及方向被控制的結晶半導體膜。
根據本發明，可以控制結晶生長的方向。因此，可以減少晶粒介面。由此，可以飛躍性地提高多晶半導體層的遷移率。
因為根據本發明，TFT的半導體層中的載流子的遷移率提高，所以可以製造具有良好電氣特性的TFT。
因為根據本發明，可以製造具有良好電氣特性的TFT，所以可以形成具有比現有的電路元件更高功能的電路元件。因此，可以在玻璃基板上製造比現有的半導體裝置附加價值更高的半導體裝置。
下面，關於本發明的實施方式參照附圖而說明。但是，本發明可以以多個不同方式來實施，所屬領域的普通人員可以容易地理解一個事實，就是其方式和詳細內容可以被變換為各種各樣的形式而不脫離本發明的宗旨及其範圍。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在本實施方式所記載的內容中。
實施方式1
在本實施方式中，參照圖1A至圖6說明適用本發明的半導體裝置所具有的半導體層的形成步驟。圖1A至1B－2表示本實施方式所說明的直到將多晶半導體膜形成在基板上的步驟。
對基板使用玻璃基板11作為絕緣基板。玻璃基板11的材料不局限於特定的，可以是石英玻璃基板、無減玻璃基板如硼矽酸玻璃基板、或者鋁矽酸玻璃基板。只要具有以後的薄膜形成步驟所需要的耐熱性及耐化學性等，即可。注意，不僅是玻璃基板，也只要其基板表面是絕緣性並且具有所需要的耐熱性，基板的材料不局限於特定的。換言之，也可以使用具有可耐薄膜形成步驟中的溫度的耐熱性的塑膠基板、形成有絕緣膜的不銹鋼基板等。
此外，硼矽酸玻璃等與石英玻璃不同，含有若干雜質諸如鈉(Na)、鉀(K)等。當這些雜質擴散在啟動層的周邊時，在啟動層和底部膜的介面，或在啟動層和閘極絕緣膜的介面形成寄生溝道形成區。這些寄生溝道形成區成為增加當TFT工作時發生的漏電流的原因。此外，這些擴散了的雜質也影響到TFT的閾值電壓。
因此，當在玻璃基板11上製造TFT時，優選採用如下結構：在玻璃基板和TFT之間夾有稱為底部膜的絕緣膜。該底部膜被要求兩種功能：防止雜質從玻璃基板擴散的功能；提高與堆積在該絕緣膜上的薄膜的緊密性的功能。用於底部膜的材料不局限於特定的，既可以是氧化矽類材料，又可以是氮化矽類材料。注意，氧化矽類材料指的是以氧和矽為主要成分的氧化矽、氧化矽含有氮且氧的含量多於氮的含量的氧氮化矽。氮化矽類材料指的是以氮和矽為主要成分的氮化矽、氮化矽含有氧且氮的含量多於氧的含量的氮氧化矽。另外，也可以是堆疊由這些材料構成的膜來獲得的結構。當堆疊來形成底部膜時，優選的是，將用作阻擋層並且主要防止雜質從玻璃基板擴散的材料使用於貼在玻璃基板11的下層部分，並且將提高與堆積在該底部膜上的薄膜的緊密性的材料使用於上層部分。注意，因為當與氮化矽類材料接觸地形成結晶半導體膜時在該介面產生陷阱能級，所以優選使用氧化矽類材料作為接觸於結晶半導體膜的絕緣膜。
考慮上述，在本實施方式中，在玻璃基板11上形成底部膜12。在此，通過在氮氧化矽上堆疊氧氮化矽來形成底部膜12。當將廉價康寧玻璃等使用於基板並且在其上貼緊地形成用作薄膜電晶體的半導體膜時，可動離子諸如鈉等從基板侵入到半導體膜中。因此，氣化矽膜作為阻擋層被形成。可以通過CVD法、等離子體CVD法、濺射法或旋塗法等來形成底部膜12。當沒有特別需要時，也可以不形成底部膜。
下面，形成非晶體半導體膜13(圖1A)。在此，通過使用矽來形成非晶體半導體膜13。通過使用半導體材料氣體諸如矽烷(SiH4 )等且利用LPCVD(低壓CVD)法、等離子體CVD法、氣相生長法或濺射法來形成非晶體半導體膜13。
下面，在使非晶體半導體膜13結晶化之前，根據需要，執行脫氫步驟。例如，當通過使用矽烷(SiH4 )且利用通常CVD法來形成非晶體半導體膜13時，在薄膜中留下氫。當如在薄膜中留下氫的情況下對非晶體半導體膜照射雷射時，由於具有最合適結晶化的能量值的一半程度的能量值的雷射，薄膜的一部分消失。因此，例如通過在N2 氣氛中加熱，可以去掉留在薄膜中的氫。當通過利用LPCVD法、濺射法來形成非晶體半導體膜13時，不一定要脫氫步驟。
此外，根據需要，也可以執行溝道摻雜。溝道摻雜是如下工藝，即通過將規定濃度的雜質添加到半導體層來意圖性地移動TFT的閾值電壓，以將TFT的閾值控制為所希望的值。例如，當閾值電壓轉移到負側時添加p型雜質元素作為摻雜劑，並且當閾值電壓轉移到正側時添加n型雜質元素作為摻雜劑。在此，作為p型雜質元素可以舉出磷(P)或砷(As)，並且作為n型雜質元素可以舉出硼(B)或鋁(Al)等。
注意，在此根據需要去掉形成在非晶體半導體膜13的表面上的氧化膜。通過去掉形成在表面上的氧化膜，可以防止在氧化膜中或氧化膜上的雜質由於結晶化侵入且擴散在半導體膜中。
下面，執行非晶體半導體膜13的結晶化。在本發明中，當使非晶體半導體膜13結晶化時，使用雷射。通過照射雷射，將結晶化時必需的熱量供給於非晶體半導體膜。通過使用雷射，可以局部性地加熱非晶體半導體膜，並且使基板的溫度成為玻璃的應變點以下地結晶化非晶體半導體膜。
雷射器由雷射媒質、激勵源和共振器構成。當根據媒質對於雷射器進行分類時，有氣體雷射器、液體雷射器和固體雷射器，並且當根據振盪的特徵對於雷射器進行分類時，有自由電子雷射器、半導體雷射器和x射線雷射器，在本發明中可以使用任一種上述雷射器。注意，優選使用氣體雷射器或固體雷射器，更優選使用固體雷射器。
作為氣體雷射器有氦氣雷射器、二氧化碳雷射器、受激準分子雷射器和氬離子雷射器。作為受激準分子雷射器有稀有氣體受激準分子雷射器和稀有氣體鹵化物準分子雷射器。稀有氣體受激準分子雷射器通過三種受激分子振盪：氬、氪、氙。作為氬離子雷射器有稀有氣體離子雷射器和金屬蒸汽離子雷射器。
作為液體雷射器，有無機液體雷射器、有機螯合物雷射器和染料雷射器。關於無機液體雷射器和有機螯合物雷射器，被用於固體雷射器的諸如釹等稀土離子用作雷射媒質。
固體雷射器所用的雷射媒質是摻雜有引起雷射作用的活性物質的固體的母體。固體的母體是晶體或玻璃。晶體指的是YAG(釔鋁石榴石晶體)、YLF、YVO4 、YAlO3 、藍寶石、紅寶石、變石。此外，引起雷射作用的活性物質指的是例如三價離子(Cr3＋ 、Nd3＋ 、Yb3＋ 、Tm3＋ 、Ho3＋ 、Er3＋ 和Ti3＋ )。
作為本發明所使用的雷射器，還可以使用光纖雷射器。在此，參照圖30詳細說明在本發明中可以使用的光纖雷射器。
光纖雷射器使用光波導(光導纖維)作為振盪器。圖30表示光纖雷射器的振盪器的一個結構。光纖雷射器包括：用於激發的雷射二極體5101(LD)；激發光合併器5102；光纖布喇格光柵5103、5105(Fiber Bragg Grating)；將雷射媒質摻雜到其核心的光導纖維即有源增益光纖5104；以及輸出埠5106。此外，這些儀器通過光纜5107分別連接。注意，光纖雷射器既可以以連續振盪的方式振盪，又可以以脈衝振盪的方式振盪。在本發明中，使用連續振盪或準連續振盪。
激發光合併器5102將從多個雷射二極體5101輸出的激發光結合並將該結合光輸入到光纖布喇格光柵5103。注意，圖30所示的振盪器的結構是包括激發光合併器5102的結構，然而也可以是不包括激發光合併器5102的結構。也就是說，可以是通過光纜5107將單一雷射二極體5101和光纖布喇格光柵5103直接連接的結構，以將從單一雷射二極體5101輸出的激發光直接輸入到光纖布喇格光柵5103。
光纖布喇格光柵5103起到雷射振盪器的全反射鏡的作用，而且光纖布喇格光柵5105起到輸出鏡的作用。光纖布喇格光柵5103、5105不需要定期清潔處理或對準調整，這一點不同於如YAG雷射器的固體雷射器的諧振器反射鏡(resonator mirror)。因此，與使用固體雷射器的情況相比，其耐熱變化和機械衝擊，並且維護性和可動性高。從光纖布喇格光柵5105輸出的雷射通過輸出埠5106輸出(發射)到光導纖維的外面。在此，從光纖布喇格光柵5105輸出的雷射的射束點是圓形，其口徑是幾十μm(典型地是10至30μm)。注意，雷射的射束點可以是橢圓或方形，而不局限於圓形。
有源增益光纖5104由摻雜有諸如鉺(Er)、鐿(Yb)等稀土元素的圓筒形中心部分5201和管形包覆層5202構成(圖31)。中心部分5201的口徑是幾十μm(典型地是10至30μm)。當從光纖布喇格光柵5103輸入激發光時，在有源增益光纖5104內進行雷射振盪。在此，有源增益光纖5104起到光轉換器那樣的作用，以轉換從雷射二極體5101輸入的光的波長、光束品質等。包覆層5202可以是單層結構，也可以是兩層結構。當採用兩層結構時，例如可以是由包括二氧化矽的裏面的包覆層和包括聚合物的外面的包覆層構成的兩層結構。此外，包覆層5202的截面形狀可以是圓形、長方形以及多角形中的任何一種。
光纜5107是由折射率高的圓筒形的中心部分和折射率低並覆蓋中心部分的外周的管形包覆層構成的兩層結構。包覆層具有將入射到光導纖維的光關在裏面的作用。包覆層的外徑是100至150μm。因為中心部分的折射率高於覆蓋中心部分的包覆層的折射率，所以入射到光導纖維的光經過中心部分而傳送到外部。
光信號在光導纖維內傳送的形式(方法)根據用途不同，大致分為如下三種：多模階躍型、多模分級型、單模型。在本發明中，可以使用任一種方法，然而優選使用單模型。
此外，優選是在光纖布喇格光柵5105和輸出埠5106之間設置非線性光學元件的結構。通過設置非線性光學元件，可以將從雷射二極體5101輸出的基波的雷射轉換為高次諧波(二次諧波、三次諧波等)。
當在本發明中使用從光纖雷射器發射出的雷射時，與使用固體雷射器進行結晶化時相比，可以實現半導體裝置的生產率的提高及低成本化。
此外，在本發明中使用的雷射可以是具有被非晶體半導體膜13吸收的波長的從CW雷射器振盪的雷射。也可以使用從準CW雷射器振盪的雷射。在本實施方式中將矽使用於非晶體半導體膜13。因此，將使用的雷射的波長設定為被矽吸收的800nm以下，優選為200至500nm左右，更優選為350至550nm左右。
在此，準CW雷射器指的是脈衝振盪的雷射器並且由於振盪頻率高因此實質上可以與CW雷射器同樣地使用的雷射器。在本發明中，以如下事實為前提：被照射面在從要結晶化的半導體膜的一端到其他端之間具有熔化狀態地被完全熔化。因此使用如下脈衝振盪的雷射器，該脈衝振盪的雷射器通過在因一個脈衝雷射被振盪而熔化的被照射面凝固且結晶化之前，下一個脈衝雷射被振盪來使被照射面熔化，可以伴隨雷射器的掃描連續地轉移被照射面的固液介面。
再者，在本發明中具有使雷射的光強度在雷射的長軸方向上空間性且周期性地調變的單元。作為這種單元，使用相移掩模。換言之，通過具有條形圖案的相移掩模，進行照射雷射。圖2A和2B是在本發明中使用的相移掩模的示意圖。圖2A是相移掩模的側面圖，圖2B是相移掩模的俯視圖。在本發明所使用的相移掩模中設置有由凸部分15及凹部分16構成的周期性的條形圖案。通過利用雷射加工平滑性高且具有透光性的基板，來製造這種相移掩模。作為具有透光性的基板，例如使用石英基板。當雷射經過這種形成有凹凸的相移掩模時，經過凸部分的雷射不轉相，只經過凹部分的雷射使相位倒置180度。由此，可以獲得具有反映該相移掩模的凹部分和凸部分之間的間隔的強度分佈的雷射。
在凹部分的面和凸部分的面之間設置有臺階△t。可以根據使用的雷射的波長λ以及為相移掩模的材料的石英中的光折射率n1和空氣中的光折射率n0以以下算式，來求出△t。
在此，當設定折射率n1＝1.486、折射率n0＝1.000、波長λ＝532nm時，臺階△t＝547nm。從而，成為△t＝547nm地加工石英基板。
圖3A和3B表示本發明中的當照射雷射時的光學系統裝置的位置關係的示意圖。從雷射振盪器30振盪的雷射首先被阻尼器(attenuator)31調整。阻尼器31調整被振盪的雷射的光強度。通過阻尼器31的雷射從狹縫32被照射且經過柱面透鏡33。通過柱面透鏡33以及柱面透鏡36的雷射在長軸方向以及短軸方向的各後面焦點處被聚焦而形成為要照射的光束的形狀。在本發明中，形成線狀光束。以下，對於長軸方向(圖3A)和短軸方向(圖3B)分別說明。
對長軸方向來說，雷射通過柱面透鏡33在後面焦點34處被聚焦。通過利用柱面透鏡33的折射率來決定後面焦點34。通過利用從柱面透鏡面33a到後面焦點的距離即後面焦點距離35，來確定照射到被照射面38的線狀雷射的長軸方向的長度39。因此，使線狀雷射的長軸方向的長度39成為所希望的長度地確定柱面透鏡33和被照射面38的距離。注意，在本實施方式中，被照射面38是圖1A至1B－2所示的非晶體半導體膜13的表面。該雷射以後通過柱面透鏡36，然而即使通過柱面透鏡36，也在雷射的長軸方向上不受到影響。
對雷射的短軸方向來說，該雷射不被柱面透鏡33改變而通過，並且被設置在柱面透鏡33和被照射面38之間的柱面透鏡36在柱面透鏡36的後面焦點40聚焦。通過利用柱面透鏡36的折射率來確定後面焦點40。通過利用從柱面透鏡面36a到後面焦點40的距離即後面焦點距離42，來確定照射到被照射面38的線狀雷射的短軸方向的長度41。因此，使線狀雷射的短軸方向的長度41成為所希望的長度地確定柱面透鏡36和被照射面38的距離。注意，在本實施方式中，被照射面38是非晶體半導體膜13的表面。在此，在圖3B中，後面焦點40在被照射面的後方存在，然而後面焦點也可以在被照射面的前方存在。注意，雷射也被相移掩模折射，因此考慮到這一點。
在本實施方式中，雷射通過具有條形圖案的相移掩模37被照射到非晶體半導體膜的表面。通過相移掩模37，該雷射在長軸方向上具有反映相移掩模37的條形圖案的強度分佈。
在此，根據使用的雷射來確定形成在相移掩模37上的條形圖案的凹凸周期，即可。根據當不使用相移掩模而利用該雷射進行雷射結晶化時能夠獲得的晶粒的尺寸來確定條形圖案的凹凸周期，即可。例如，如果當不使用相移掩模37而進行結晶化時平均晶粒的尺寸是3μm左右，則進行調整以當受到強度調變的雷射被照射到被照射面時強度調變的周期的一半成為3μm以下。由此，可以控制結晶的核生成的位置。在此，使凹凸周期成為6μm地確定。因此，構成被結晶化的半導體膜的結晶帶具有3μm的間隔(寬度)。
圖4A至4C表示關於如下情況的計算結果：如上所述地通過利用相移掩模進行干擾來形成以6μm的周期反復的雷射的光束輪廓。橫軸表示相對距離，縱軸表示被標準化的亮度。通過對菲涅爾－基爾霍夫衍射積分進行數值積分，來算出計算結果。注意，利用Mathematica進行計算。
圖4A表示當雷射的掃描方向與相移掩模的條形圖案平行時的雷射的亮度分佈。注意，雷射的掃描方向是平行於設置在相移掩模上的形成凹凸的槽的方向。如圖4A所示，每隔3μm(雷射的光束輪廓的周期的一半)要照射的雷射的亮度大體上成為0。如此，在要照射的雷射的亮度大體上成為0的位置，有時不能供給使非晶體半導體膜完全熔化的足夠熱量，所以不進行結晶化。因此，不使線狀光束的掃描方向平行於設置在相移掩模上的形成凹凸的槽的方向，而使該線狀光束的掃描方向以角度θ(參照圖5A－1)傾斜。注意，圖5A－1表示相移掩模44的俯視圖，圖5A－2表示相移掩模44的側面圖，圖5B表示線狀雷射43通過相移掩模44被照射到被照射面45的情況。由此，可以對於周期性地存在的雷射的亮度的極小值確保使該非晶體半導體膜完全熔化的足夠雷射強度。圖4B表示角度θ是11.5度的情況，圖4C表示角度θ是30.9度的情況。在圖4C的雷射強度的一個周期內，使光強度的極大值和極小值的亮度值容納在一定條件內地進行調整。
在此，對於光強度的極大值和極小值中的一定條件進行說明。圖6A至6D表示要照射的雷射的亮度和通過照射雷射來形成的半導體膜的形式的關係。
當要照射的雷射的亮度小於圖6A至6D中的p值時，該非晶體半導體膜不被結晶化，仍舊是非晶體。
當要照射的雷射的亮度的極小值大於圖6A至6D中的p值並且亮度的極大值小於q值時(參照圖6A)，該非晶體半導體膜的整個面被結晶化。
當要照射的雷射的亮度的極大值大於圖6A至6D中的q值且小於r值時，並且要照射的雷射的亮度的極小值大於圖6A至6D中的p值且小於q值時(參照圖6B)，該非晶體半導體膜被結晶化，並且在結晶半導體層中混雜有晶粒的尺寸大的結晶和晶界小的結晶。
當要照射的雷射的亮度的極大值以及極小值大於圖6A至6D中的q值且小於r值時(參照圖6C)，該非晶體半導體膜被結晶化，並且在該半導體膜中形成晶粒的尺寸大的結晶。
當要照射的雷射的亮度的極大值大於圖6A至6D中的r值並且要照射的雷射的亮度的極小值大於圖6A至6D中的q值且小於r值時(參照圖6D)，只在要照射的雷射的亮度弱的區域中留下該半導體膜，並且在亮度強的區域中的半導體膜消失而成為條紋狀的半導體膜。
如上所述，根據要照射的雷射的亮度，要形成的晶粒的尺寸等變化。因為在本發明中形成尺寸大的結晶，所以如圖6C所示地調整雷射的亮度。在經驗上被知道圖6A至6D中的q值成為r值的80%左右。
根據上述理由，需要使角度θ、以及相移掩模和非晶體半導體膜之間的距離d成為最適合值地調整。圖28A至28D表示當使角度成為固定的30.9度，並且使距離d變化時的亮度變化。圖28A至28D分別表示當d是300μm、400μm、500μm、800μm時照射的雷射的亮度。在圖28D中，亮度周期性地變化，並且噪音很少。所以，在此使角度θ成為30.9度且距離d成為800μm地進行調整，即可。圖5A－1至5B表示這種線狀雷射43、相移掩模44以及被照射面45的關係。圖5A－1是線狀雷射43和相移掩模44的俯視圖，圖5A－2是圖5A－1的側面圖。圖5B是關於圖5A－1以及圖5A－2所示的當照射線狀雷射時的被照射面、相移掩模以及線狀雷射的側面圖。注意，因為當照射雷射時掃描基板，所以在附圖中示出基板的掃描方向。
此外，除了在本實施方式中上述的以外，還可以使用投影透鏡(projection lens)。圖32表示當使用投影透鏡時的光學系統的模式圖。雷射照射裝置700具備雷射振盪裝置702、整形雷射的第一光學系統704、使雷射均勻化的第二光學系統706、掩模支架720、第三光學系統710、截物台712。在掩模支架720中配置掩模708。在截物台712上配置基板714。基板714例如相當於形成有非晶體半導體膜的玻璃基板11。
在雷射振盪裝置702的振盪器中振盪而獲得的雷射被第一光學系統704成形。被成形的雷射經過第二光學系統706被均勻化。然後，被成形且均勻化的雷射經過掩模708，並在第三光學系統710內被縮小為所希望的放大率，且在保持在截物台712上的基板714上成像圖案。
雷射振盪裝置702具備能夠得到大輸出的雷射振盪器。例如，該雷射振盪裝置702具備受激準分子雷射振盪器、氣體雷射振盪器、固體雷射振盪器、半導體雷射振盪器等。可以適當地使用能夠獲得連續振盪的雷射或脈衝振盪的雷射的雷射振盪器。具體地說，可以使用上述實施方式1所舉出的雷射振盪器等。
第一光學系統704是為了將從雷射振盪裝置702獲得的雷射成形為所希望的形狀的光學系統。具體地說，可以將雷射的截面形狀成形為圓形、橢圓形、矩形等的面狀或者線狀(嚴格說來，細長的長方形狀)等。例如，將擴展器等使用於第一光學系統704來調整雷射的光束徑，即可。此外，也可以設置使雷射的偏振方向一致的偏振器(polarizer)、調整雷射能量的阻尼器、分光儀(spectrometer)等。阻尼器也稱為衰減器，調整振盪了的雷射的光強度。當雷射振盪裝置702具有調整雷射的輸出的功能時，也可以不設置阻尼器。
第二光學系統706是為了使由第一光學系統704成形的雷射的能量分佈均勻化的光學系統。具體來說，該第二光學系統706使照射到掩模708的雷射的能量分佈均勻化。例如，通過使用均化器(homogenizer)等使雷射的能量分佈均勻化，即可。此外，有效率地將雷射照射到掩模708地在均化器和掩模708之間設置場透鏡(field lens)等來進行聚焦。
注意，相移掩模、遮光掩模、或者具有遮光區域的相移掩模等相當於掩模708。對於遮光區域使用遮光性優越且可耐照射的雷射的能量的材料。
第三光學系統710是為了縮小通過掩模708而圖案化的雷射的光學系統。通過掩模708的雷射成為對應於由掩模708形成的圖案的雷射。第三光學系統710是在維持由掩模708形成的雷射的圖案形狀和強度分佈的同時，縮小該雷射來在基板714上成像的光學系統。例如使用被縮小為五分之一、十分之一等的縮小透鏡。
基板714被截物台712保持，並且可以在XYZ θ方向上移動。
也可以在圖32所示的雷射照射裝置中設置為了監視是否雷射均勻地被照射到掩模708且進行控制的光接收元件(light receiving element)716。此外，也可以設置光接收元件718作為為了使雷射的焦點與基板714一致的自動聚焦機構。作為光接收元件716、718，使用CCD攝像機等，即可。
此外，也可以在圖32所示的雷射照射裝置中適當地設置反射鏡等來控制雷射的前進方向。
如上所述，通過使用投影透鏡，本發明中的要照射的雷射的在長軸方向上的強度分佈不被掩模708的圖案周期限制。因此，可以形成具有與掩模708不同周期的結晶帶的結晶半導體膜。
如上所述，可以通過適用本發明，來獲得圖1B－1以及1B－2所示的多晶半導體層14。該多晶半導體層14由其尺寸大的晶粒形成，其中結晶的核生成地方被控制且晶界在一個方向上延伸。注意，圖1B－1所示的多晶半導體層14如圖1B－2所示地具有只在一個方向上延伸的結晶帶的邊界14b，並且被結晶帶的邊界14b隔開的區域成為一個結晶帶14a。注意，結晶帶14a由一個或多個晶粒構成，然而優選由一個晶粒構成。可以通過利用一個晶粒構成結晶帶，形成與單晶同樣地沒有晶界的多晶半導體。
在結晶帶14a中選擇任意一點(在圖1B－2中，點P)，並且從該任意一點與結晶帶的邊界14b平行地畫的線不與結晶帶的邊界14b交叉。此外，根據本實施方式，不形成與結晶帶的邊界14b交叉的晶粒介面，因此，通過使TFT的溝道長度的方向成為大體上與結晶帶的邊界14b平行的方向地設置TFT，可以製造遷移率高且電氣特性良好的TFT。
此外，在本實施方式中，當利用雷射使非晶體半導體膜結晶化時，將雷射成形為線狀。作為使線狀雷射在長軸方向上周期性地強度調變的單元，使用以一定間隔形成有槽的相移掩模。因此，一定寬度的結晶帶被形成。可以通過形成一定寬度的結晶帶，來製造電氣特性良好的TFT。
注意，當進行結晶化時，也可以使用促進結晶化的金屬元素。當使用促進結晶化的金屬元素來使非晶體半導體膜結晶化時，有如下優點：可以實現以低溫且短時間的結晶化，並且，結晶方向一致。但是，還有如下缺點：由於金屬元素留在結晶半導體層中所以截止電流上升，導致特性不穩定。因此，優選在結晶半導體層上形成用作吸雜位置的非晶體半導體層。用作吸雜位置的非晶體半導體層必須含有雜質元素如磷(P)或氬(Ar)等，因此，優選地使用能夠以高濃度包含氬的濺射法形成非晶體半導體層。然後，進行加熱處理(RTA法、使用退火爐的熱退火等)使金屬元素擴散到非晶體半導體層中，接著，除去包含該金屬元素的非晶體半導體層和表面上的氧化膜。結果，可以降低結晶半導體層中的金屬元素的含量或除去金屬元素。
此外，也可以在進行結晶化後，利用氮化矽膜或氧氮化矽膜形成鈍化膜，在氮氣氛中以450至800度進行一至二十四個小時的熱處理。例如，可以通過以550度進行十四個小時的熱處理，雜質區成為吸雜位置，因此從溝道形成區將金屬元素集中且析出在雜質區中。在雜質區中一起存在施主或受主以及金屬元素。如此，可以從溝道形成區除去促進結晶化的金屬元素。
此外，作為促進結晶化的金屬元素，可以使用Ni、Fe、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au等。
如上所述，根據本發明，可以控制結晶的核生成地方。因此，可以控制晶粒介面的生成地方、生成方向以及單位面積條數。
根據本發明，可以控制結晶生長的方向以使其成為一個方向。因此，可以降低晶粒介面。由此，可以在具有多晶半導體層的TFT中，飛躍性地提高半導體層的遷移率。
此外，根據本發明，TFT的半導體層中的遷移率提高，因此，可以製造具有良好電氣特性的TFT。
因為根據本發明，可以製造具有良好電氣特性的TFT，所以可以形成比現有的電路元件功能更高的電路元件。由此，可以在玻璃基板上製造比現有的半導體裝置附加價值更高的半導體裝置。
實施方式2
在本實施方式中，參照圖7A至圖10B來說明適用本發明的液晶顯示裝置中的TFT的製造步驟的一個例子。圖7A至圖10B表示液晶顯示裝置的像素部所具有的TFT(像素TFT)。圖7A、圖8A、圖9A以及圖10A表示俯視圖，並且圖7B、圖8B、圖9B以及圖10B分別表示圖7A、圖8A、圖9A以及圖10A中的X1 －X3 的截面圖。
在本實施方式中，使用玻璃基板70作為基板。在玻璃基板70上形成底部層71。在底部層71上形成非晶體矽膜。底部層71由氧化矽類材料或氣化矽類材料形成，即可。或者，底部層71也可以具有堆疊由這些材料構成的膜的結構。優選地，可以採用在氮化矽膜上形成有氧化矽膜的兩層結構。優選利用氧化矽形成接觸於半導體層的層。特別地，當使用通過熱氧化來形成的氧化矽時，可以降低介面態的不均勻性，所以是更優選的。在此，採用在氮化矽膜72上形成有氧化矽膜73的堆疊結構。注意，本發明不局限於此，與實施方式1同樣，當沒有需要時也可以不設置底部層71。
接著，執行脫氫處理。通過加熱玻璃基板70執行脫氫處理，即可。例如，以500度進行一個小時的加熱。注意，本發明不局限於此，當沒有需要時也可以不執行脫氫處理。
接著，根據需要，執行溝道摻雜。注意，溝道摻雜是如下技術，即將預定濃度的雜質添加到半導體層中，來有意地移動TFT的閾值電壓，以將TFT的閾值控制為所希望的值。例如，當閾值電壓轉移到負側時使用p型雜質元素作為摻雜劑，並且當閾值電壓轉移到正測時使用n型雜質元素作為摻雜劑。在此，作為p型雜質元素可以舉出磷(P)或砷(As)，並且作為n型雜質元素可以舉出硼(B)或鋁(Al)等。
注意，在此根據需要，除去形成在非晶體矽膜的表面上的氧化膜。
下面，通過適用本發明來使非晶體矽膜結晶化。當使非晶體矽膜結晶化時，可以使用實施方式1所述的方法。由此，該非晶體矽膜被結晶化而成為多晶矽層75。
接著，通過蝕刻形成多晶矽層75的圖案(參照圖7A和7B)。作為蝕刻，可以使用幹蝕刻或濕蝕刻，但是在成為底部的層(在此，氧化矽膜73)的蝕刻比率低且多晶矽層75的蝕刻比率高的條件下，就是說，在對於成為底部的層的多晶矽層75的蝕刻選擇比高的條件下，進行蝕刻。作為蝕刻氣體，可以使用SF6 等氟類氣體、CCl4 或Cl2 等氯類氣體、CBrF3 等氣體。注意，在本說明書中，蝕刻比率指的是單位時間被蝕刻的深度。此外，蝕刻選擇比指的是當蝕刻堆疊形成的膜時的對於成為底部的層的蝕刻比率的被蝕刻膜的蝕刻比率。
接著，形成氧化矽膜作為覆蓋薄膜，並且在所希望的區域中形成有抗蝕劑的狀態下，以高濃度添加雜質。在此，當形成的TFT是N型TFT時，可以使用磷(P)或砷(As)等。反之，當形成的TFT是P型TFT時，可以使用硼(B)或鋁(Al)等。在此，通過使用磷(P)作為雜質元素來形成N型TFT。然後，除去抗蝕劑以及作為覆蓋薄膜形成的氧化矽膜。注意，本發明不局限於此，也可以通過利用其他材料來形成覆蓋薄膜。
下面，形成第一絕緣層77。與底部層71同樣地利用氧化矽類材料或氮化矽類材料來形成第一絕緣層77，即可。在此，採用在氧化矽膜78上形成有氮化矽膜79的堆疊結構。
接著，形成第一電極層80(參照圖8A和8B)。可以通過利用CVD法、濺射法或者液滴噴射法等來形成第一電極層80。第一電極層80可以由選自鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)中的元素、或以上述元素為主要成分的合金材料或化合物材料形成。當使用鋁(Al)作為第一電極層時，如果使用添加鉭(Ta)而被合金化了的Al－Ta合金，則可以抑制產生小丘(hillock)。另外，當使用添加釹(Nd)而被合金化了的Al－Nd合金時，不僅可以抑制產生小丘，而且還可以形成低電阻的佈線。因此，優選使用Al－Ta合金或Al－Nd合金。另外，還可以使用以摻雜有磷(P)等雜質元素的多晶矽為典型的半導體膜或AgPdCu合金。另外，也可以採用單層結構或堆疊結構。例如，可以採用由氣化鈦膜和鉬膜構成的兩層結構或堆疊有50nm厚的鎢膜、500nm厚的鋁和矽的合金膜、以及30nm厚的氮化鈦膜的三層結構。另外，當採用三層結構時，也可以使用氮化鎢代替作為第一導電膜的鎢，使用鋁和鈦的合金膜代替作為第二導電膜的鋁和矽的合金膜，並使用鈦膜代替作為第三導電膜的氮化鈦膜。第一電極層80既可以由單層形成，又可以由多層形成。例如，利用以鉬(Mo)為主要成分的膜來形成第一電極層80，即可。
在此，通過蝕刻來除去在前步驟中形成的第一絕緣層77的一部分。在此，除去第一絕緣層中的上部的氮化矽膜79的一部分。
當形成一種導電型半導體層時，以高濃度添加雜質元素。根據本步驟，形成LDD(輕摻雜汲)區。注意，LDD區指的是如下區域：在半導體層由多晶矽膜形成的TFT中，以可靠性的提高為目的而形成。在半導體層是多晶矽的TFT中，抑制截止電流是很重要的，特別當將TFT使用於像素電路等的類比開關時需要十分低的截止電流。然而，由於汲結部分的反偏壓強電場，即使關掉時也存在通過缺陷的漏電流。因為通過利用LDD區來緩和汲端附近的電場，所以可以降低截止電流。此外，因為可以通過將汲結部分的反偏壓電場分散為溝道形成區和LDD區的接合部分、以及LDD區和汲區的接合部分，來緩和電場，所以降低漏電流。然後通過執行退火，進行雜質的活化。
接著，形成第二絕緣層81。與第一絕緣層77或底部層71同樣地利用氧化矽類材料或氮化矽類材料來形成第二絕緣層81，即可。或者，第二絕緣層81也可以具有堆疊由這些材料構成的薄膜的結構。優選的是，採用在氮化矽膜82上形成有氧化矽膜83的兩層結構，即可。在形成第二絕緣層81之後，執行氫化處理。
接著，通過蝕刻第二絕緣層81的所希望的位置，來形成開口部84A以及開口部84B。在形成有開口部84A以及開口部84B的情況下，形成第二電極層85的圖案(參照圖9A和9B)。可以與第一電極層80同樣地形成第二電極層85。例如，可以採用由其主要成分為鉬(Mo)的層夾著其主要成分為鋁(Al)的層的三層結構。注意，本發明不局限於此。當通過液滴噴射法形成第二絕緣層81時等沒需要形成開口部時，可以不執行為了形成開口部的蝕刻。
接著，形成第三絕緣層86的圖案。可以通過利用旋塗法等形成由以聚醯亞胺或丙烯等為典型的有機材料構成的薄膜，來獲得第三絕緣層86。具有開口部87的形成圖案。注意，開口部87被形成以使第二電極層85在所希望的位置露出。此外，當使用液滴噴射法時，沒有需要通過光刻法形成圖案，因此步驟簡化。在此，液滴噴射法指的是通過選擇性地噴射為了特定目的而調劑的組成物的液滴等，來形成預定圖案的方法(根據其方式，也稱為噴墨法)。此外，還可以使用其他能夠轉寫或描寫圖案的方法如各種印刷法(絲網印刷、膠印刷、凸版印刷、凹版印刷等形成圖案的方法)等。注意，也可以使第三絕緣層86具有堆疊結構地形成第三絕緣層86。例如，也可以在如氧化矽類材料或氮化矽類材料的無機材料構成的薄膜上形成由有機材料構成的薄膜。
下面，形成第三電極層88的圖案(參照圖10A和10B)。第三電極層88用作像素電極，因此利用透明導電膜來形成第三電極層88。例如，通過濺射法且使用ITO(氧化銦錫)、或氧化鋅等來形成第三電極層88，即可。也可以使用ITSO，該ITSO通過使用在ITO中包含2至10%的氧化矽的靶子且利用濺射法來形成。除此以外，也可以使用將鎵(Ga)摻雜到氧化鋅中的導電材料、作為將2至20%的氧化鋅混合到氧化銦中的氧化物導電材料的IZO。在形成第三電極層88之後，通過蝕刻形成所希望的圖案，即可。注意，本發明不局限於此。也可以通過利用用作透明導電膜的其他材料，來形成第三電極層88。
再者，也可以根據需要，形成第四電極層。作为第四电极层，例如可以生出半穿透．半反射型显示装置或反射型显示装置所需要的反射电极。可以通過使用反射電極，有效地利用外部光來進行顯示。因此，可以降低顯示裝置的耗電量。當形成第四電極層時，使用以鋁(Al)或銀(Ag)等為主要成分的材料。使用光反射率高的材料，即可。優選的是，在其主要成分為鉬的層上形成其主要成分為鋁的層，來獲得堆疊結構。此外，也可以在反射型顯示裝置中，通過使用第四電極層的材料(光反射率高的材料)，來形成第三電極層88。
如上所述，可以通過適用本發明來形成使用於顯示裝置的TFT基板。然而，本發明不局限於此。圖11表示可以適用本發明的TFT的另外的例子。
圖11是可以與實施方式2同樣地使用於液晶顯示裝置的像素部的TFT的側面圖，其稱為底閘型TFT。TFT的形成方法的詳細內容與實施方式2大體相同。在基板188上形成底部層189，在底部層189上形成第一電極層190的圖案。在第一電極層190上形成第一絕緣層191，在第一絕緣層191上形成多晶半導體層192。再者，在多晶半導體層192上具有開口部197地形成第二絕緣層193，在其上形成第二電極層194的圖案。多晶半導體層192和第二電極層194在開口部197中電連接。在第二電極層194上具有開口部198地形成第三絕緣層195。還在第三絕緣層195上形成第三電極層196的圖案。第二電極層194和第三電極層196在開口部198中電連接。
也可以分別堆疊形成以上所說明的TFT的各層。此外，形成TFT的各層的材料不局限於特定的材料。此外，優選將雜質引入到多晶半導體層192中以形成LDD區。
下面，參照圖25A至25F所示的等效電路圖來說明各種形式的顯示面板的像素結構。
圖25A所示像素的結構如下：其中在縱向(column direction)上配置信號線510、電源線511、電源線512以及電源線513，在橫向(row direction)上配置掃描線514。此外，該像素包括開關TFT501、驅動TFT503、電流控制TFT504、電容元件502、以及發光元件505。
圖25C所示的像素和圖25A所示的像素在如下點上不同：TFT503的閘電極連接於配置在橫向上的電源線515上，但是除此以外具有相同結構。換句話說，圖25A和25C是等效電路圖。然而，當在縱向上配置電源線512時(圖25A)和當在橫向上配置電源線515時(圖25C)，各電源線由不同層的導電體層形成。在此，分別在圖25A和25C中顯示像素，以表明連接驅動TFT503的閘電極的佈線分別由不同層構成。
圖25A和25C所示的像素的特徵在於：在像素中串聯地配置有TFT503、TFT504，並且設定TFT503的溝道長度L3 、溝道寬度W3 以及TFT504的溝道長度L4 、溝道寬度W4 ，以滿足L3 /W3 ：L4 /W4 ＝5~6000：1。作為滿足這種關係的一個例子，考慮L3 是500μm、W3 是3μm、L4 是3μm、W4 是100μm的情況。此外，當使用本發明時，可以與溝道長度方向大體上平行地形成多個晶界，因此可以形成遷移率高的TFT並且製造顯示能力優越的顯示面板。
注意，TFT503在飽和區中工作，並且具有控制流向發光元件505的電流值的功能。TFT504在線性區中工作，並且具有控制將電流供給於發光元件505的功能。TFT503和TFT504優選具有相同的導電型。TFT503可以是耗盡型(depletion type)TFT以及增強型(enhancement type)TFT。在具有上述結構的本發明中，TFT504在線性區中工作，因此TFT504的VGS (源電極或汲電極－閘電極之間的電位差)的輕微變動不影響發光元件505的電流值。換句話說，通過利用在飽和區中工作的TFT503來確定發光元件505的電流值。
在圖25A至25D所示的像素中，TFT501是控制將視頻信號輸入到像素的TFT。當TFT501打開並且視頻信號被輸入到像素內時，該視頻信號被保持在電容元件502中。注意，雖然圖25A至25D示出了設置有電容元件502的結構，但是本發明不局限於此。當可以利用閘電容等保持視頻信號時，不必提供電容元件502。
發光元件505具有如下結構：在一對電極之間夾著場致發光層，並且在像素電極和相對電極之間(陽極和陰極之間)設置電位差，以施加正向偏壓方向的電壓。通過使用選自有機材料和無機材料等中的材料來構成該場致發光層。場致發光層產生的發光包含：從單重激發態返回到基態時產生的發光(熒光)以及從三重激發態返回到基態時產生的發光(磷光)。注意，本發明不局限於此，也可以使用液晶元件而代替發光元件。
圖25B所示的像素結構與圖25A所示的像素結構唯一不同之處是，追加了TFT 506和掃描線516。同樣地，圖25D所示的像素結構與圖25C所示的像素結構唯一不同之處是，追加了TFT 506和掃描線516。
通過利用新配置的掃描線516控制TFT 506的導通或截止。當TFT 506導通時，保持在電容元件502中的電荷被釋放，TFT 504成為截止狀態。也就是說，通過配置TFT 506，可以強制阻止向發光元件505提供電流。因此，通過採用圖25B和25D所示的結構，可以在寫入周期開始時同時或稍後開始點亮周期而無需等待將信號寫入所有像素，因此可以提高占空比。
在圖25E所示的像素中，在縱向上配置信號線550、電源線551、電源線552，並且在橫向上配置掃描線553。此外，該像素還具有開關TFT 541、驅動TFT 543、電容元件542、以及發光元件544。圖25F所示的像素結構與圖25E所示的像素結構唯一不同之處是，追加了TFT 545和掃描線554。注意，也在圖25F的結構中，通過配置TFT 545，可以提高占空比。
如上所述，通過適用本發明，可以使半導體層的晶粒尺寸成為大並且控制晶界被形成的位置，因此可以獲得在溝道長度方向上存在的晶界的條數少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半導體層。由此，可以形成在半導體層中的遷移率高的TFT。
此外，根據本發明，TFT的半導體層中的遷移率提高，因此，可以製造具有良好電氣特性的TFT。
因為可以製造具有良好電氣特性的TFT，所以可以形成比現有的電路元件功能更高的電路元件。由此，可以在玻璃基板上製造比現有的顯示裝置附加價值更高的顯示裝置。
實施方式3
在本實施方式中，將說明實施方式2的發光元件。
下面，參照圖12A至12C將說明適用本發明來製造的EL顯示裝置。在使用N型電晶體作為驅動發光元件的電晶體的情況下，作為從該發光元件發射光的方法，使用底部發射(參照圖12A)、頂部發射(參照圖12B)、雙面發射(參照圖12C)中的任何一種。通過使用TFT451、TFT461、TFT471，來控制對於連接於各TFT的各發光層的電場。發光層452、發光層462以及發光層472是場致發光層，因此使用EL，即可。根據其發光材料是有機化合物或無機化合物對利用EL的發光元件進行分類。通常，將前者稱為有機EL元件，將後者稱為無機EL元件。以下說明形成無機EL元件的情況。
無機EL元件被分類為分散型無機EL元件和薄膜型無機EL元件，取決於其元件結構。前者和後者的不同之處在於前者具有發光材料的粒子分散在粘合劑中的場致發光層，而且後者具有由發光材料的薄膜構成的場致發光層。然而，前者和後者的相同之處在於需要通過高電場加速的電子。注意，作為獲得的發光的機制，有利用施主能級和受主能級的施主－受主重新組合型發光以及利用金屬離子的內層電子躍遷的局部發光。一般地，在很多情況下，將施主－受主重新組合型發光使用於分散型無機EL元件，而且將局部發光使用於薄膜型無機EL元件。
可用於本發明的發光材料包括主體材料和成為發光中心的雜質元素。通過改變包含的雜質元素，可以獲得各種顏色的發光。作為發光材料的製造方法，可以使用各種方法如固相法和液相法(共沈澱法)等。此外，也可以使用噴霧熱解法、複分解法、利用前體的熱解反應的方法、反向膠束法、組合這些方法和高溫焙燒的方法、冷凍乾燥法等液相法等。
固相法是如下方法：通過稱量主體材料、雜質元素或含有雜質元素的化合物，並在研缽中混合，且在電爐中加熱並且焙燒來使它們反應，以使主體材料含有雜質元素。焙燒溫度優選是700至1500度。這是因為當溫度太低時固相反應不會進展，而且當溫度太高時主體材料會分解。注意，也可以在粉末狀態下進行焙燒，然而優選在糰粒狀態下進行焙燒。固相法雖然需要在較高溫度下進行焙燒，但是它是簡單方法，所以生產率好且適於大批生產。
液相法(共沈澱法)是如下方法：通過在溶液中使主體材料或含有主體材料的化合物和雜質元素或含有雜質元素的化合物反應，並使它們乾燥，然後進行焙燒。發光材料的粒子均勻地分佈，並且可以在晶粒尺寸小且焙燒溫度低的情況下使反應進展。
作為用於發光材料的主體材料，可以使用硫化物、氧化物或氮化物。作為硫化物，例如可以使用硫化鋅(ZnS)、硫化鎘(CdS)、硫化鈣(CaS)、硫化釔(Y2 S3 )、硫化鎵(Ga2 S3 )、硫化鍶(SrS)、硫化鋇(BaS)等。作為氧化物，例如可以使用氧化鋅(ZnO)、氧化釔(Y2 O3 )等。作為氮化物，例如可以使用氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)等。此外，也可以使用硒化鋅(ZnSe)、碲化鋅(ZnTe)等，並且還可以使用三元混晶諸如硫化鈣－鎵(CaGa2 S4 )、硫化鍶－鎵(SrGa2 S4 )、硫化鋇－鎵(BaGa2 S4 )。
作為局部發光的發光中心，可以使用錳(Mn)、銅(Cu)、釤(Sm)、鋱(Tb)、鉺(Er)、銩(Tm)、銪(Eu)、鈰(Ce)、鐠(Pr)等。注意，可以添加鹵族元素如氟(F)、氯(Cl)等作為電荷補償。
另一方面，作為施主－受主重新組合型發光的發光中心，可以使用包含形成施主能級的第一雜質元素以及形成受主能級的第二雜質元素的發光材料。作為第一雜質元素，例如可以使用氟(F)、氯(Cl)、鋁(Al)等。作為第二雜質元素，例如可以使用銅(Cu)、銀(Ag)等。
當通過固相法合成施主－受主重新組合型發光的發光材料時，分別秤量主體材料、第一雜質元素或包含第一雜質元素的化合物和第二雜質元素或包含第二雜質元素的化合物，並在研缽中混合它們，然後在電爐中加熱並焙燒它們。作為主體材料，可以使用上述主體材料。作為第一雜質元素或包含第一雜質元素的化合物，例如可以使用氟(F)、氯(Cl)、硫化鋁(Al2 S3 )等。作為第二雜質元素或包含第二雜質元素的化合物，例如可以使用銅(Cu)、銀(Ag)、硫化銅(Cu2 S)、硫化銀(Ag2 S)等。焙燒溫度優選是700至1500度。這是因為當溫度太低時固相反應不會進展，而且當溫度太高時主體材料會分解的緣故。注意，也可以在粉末狀態下進行焙燒，然而優選在糰粒狀態下進行焙燒。
此外，作為當利用固相反應時的雜質元素，也可以通過組合包括第一雜質元素和第二雜質元素的化合物來使用。在這種情況下，由於雜質元素易於擴散並且固相反應易於進展，所以可以獲得均勻的發光材料。而且，由於過剩的雜質元素不進入，所以可以獲得具有高純度的發光材料。作為包含第一雜質元素和第二雜質元素的化合物，例如可以使用氯化銅(CuCl)、氯化銀(AgCl)等。
注意，這些雜質元素的濃度相對於主體材料可以是0.01至10原子%，優選是0.05至5原子%的範圍。
在薄膜型無機EL的情況下，場致發光層是包含上述發光材料的層，並且可以通過真空蒸鍍法諸如電阻加熱蒸鍍法、電子束蒸鍍(EB蒸鍍)法等，物理氣相澱積法(PVD)諸如濺射法等，化學氣相澱積法(CVD)諸如有機金屬CVD法、氫化物輸送減壓CVD法等，或者原子層外延法(ALE)等來形成。
圖13A至13C示出可用作發光元件的薄膜型無機EL元件的一個例子。在圖13A至13C中，發光元件包括第一電極層150、場致發光層152、第二電極層153。
圖13B和13C所示的發光元件具有在圖13A的發光元件中的電極層和場致發光層之間設置絕緣層的結構。圖13B所示的發光元件具有在第一電極層150和場致發光層152之間的絕緣層154。圖13C所示的發光元件具有在第一電極層150和場致發光層152之間的絕緣層154a、在第二電極層153和場致發光層152之間的絕緣層154b。如此，絕緣層可以提供在場致發光層和夾持場致發光層的一對電極層中的一個電極層之間。或者，絕緣層可以提供在場致發光層和夾持場致發光層的一對電極層中的一個電極層之間，並且另一個絕緣層可以提供在場致發光層和夾持場致發光層的一對電極層中的另一個電極層之間。此外，絕緣層可以是單層或包括多個層的堆疊層。
另外，儘管在圖13B中接觸於第一電極層150地設置絕緣層154，但是也可以通過顛倒絕緣層和場致發光層的順序而接觸於第二電極層153地設置絕緣層154。
在分散型無機EL的情況下，通過使粒子狀的發光材料分散在粘合劑中來形成薄膜狀場致發光層。當根據發光材料的製造方法不能充分獲得所希望的尺寸的粒子時，通過在研缽等中使發光材料粉碎等，以將發光材料加工為粒子狀，即可。粘合劑指的是用於以分散狀態固定粒子狀的發光材料以保持作為場致發光層的形狀的物質。發光材料通過粘合劑均勻分散並固定在場致發光層中。
在分散型無機EL的情況下，作為形成場致發光層的方法，可以使用可選擇性地形成場致發光層的液滴噴射法、印刷法(如絲網印刷或膠印刷)、塗布法如旋塗法等、浸漬法、分配器方法等。場致發光層的膜厚度沒有特別限制，然而優選為10nm至1000nm。另外，在包含發光材料和粘合劑的場致發光層中，發光材料的比例優選為50wt%以上80wt%以下。
圖14A至14C表示可用作發光元件的分散型無機EL元件的一個例子。在圖14A中，發光元件具有由第一電極層160、場致發光層162、第二電極層163構成的堆疊結構，並且在場致發光層162中含有由粘合劑保持的發光材料161。
作為可用於本實施方式的粘合劑，可以使用絕緣材料、有機材料或無機材料，並且也可以使用由有機材料和無機材料構成的混合材料。作為有機絕緣材料，可以使用其介電常數比較高的聚合物諸如氰乙基纖維素類樹脂，或者聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯類樹脂、酮樹脂、環氧樹脂、偏二氟乙烯(vinylidene fluoride)等樹脂。此外，還可以使用耐熱性高分子諸如芳香族聚醯胺、聚苯並咪唑(polybenzoimidazole)等，或者矽氧烷樹脂。注意，矽氧烷樹脂相當於包括Si－O－Si鍵的樹脂。矽氧烷的骨架結構由矽(Si)和氧(O)鍵構成。作為取代基，使用至少含有氫的有機基(如烷基或芳香烴)。另外，也可以使用氟基作為取代基。此外，也可以使用至少含有氫的有機基和氟基作為取代基。此外，也可以使用樹脂材料諸如聚乙烯醇或聚乙烯醇縮丁醛等乙烯樹脂、酚醛樹酯、酚醛清漆樹脂、丙烯酸樹脂、三聚氰胺樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、惡唑樹脂(聚苯並惡唑)等。也可以通過適當地將具有高介電常數的微粒子諸如鈦酸鋇(BaTiO3 )或鈦酸鍶(SrTiO3 )等混合在這些樹脂中來調節介電常數。
可以通過使用選自氧化矽(SiOx )、氮化矽(SiNx )、含氧和氮的矽、氮化鋁(AlN)、含氧和氮的鋁或氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鈦(TiO2 )、BaTiO3 、SrTiO3 、鈦酸鉛(PbTiO3 )、鈮酸鉀(KNbO3 )、鈮酸鉛(PbNbO3 )、氧化鉭(Ta2 O5 )、鉭酸鋇(BaTa2 O6 )、鉭酸鋰(LiTaO3 )、氧化釔(Y2 O3 )、氧化鋯(ZrO2 )、ZnS、其他含有無機絕緣材料的物質中的材料來形成含有在粘合劑中的無機絕緣材料。通過將具有高介電常數的無機材料包含在有機材料中(通過添加等)，可以進一步控制包括發光材料和粘合劑的場致發光層的介電常數並且進一步提高介電常數。
在製造步驟中，發光材料被分散在含粘合劑的溶液中。然而，作為可用於本實施方式的含粘合劑溶液的溶劑，優選適當地選擇這樣一種溶劑，其溶解粘合劑材料並且能夠製造具有適合於形成場致發光層的方法(各種濕法)及所希望的膜厚度的粘度的溶液。可以使用有機溶劑等，並且例如在使用矽氧烷樹脂作為粘合劑的情況下，可以使用丙二醇單甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯(也稱為PGMEA)、3－甲氧基－3－甲基－1－丁醇(也稱為MMB)等。
圖14B和14C所示的發光元件具有在圖14A的發光元件中的電極層和場致發光層之間設置絕緣層的結構。圖14B所示的發光元件具有在第一電極層160和場致發光層162之間的絕緣層164。圖14C所示的發光元件具有在第一電極層160和場致發光層162之間的絕緣層164a、在第二電極層163和場致發光層162之間的絕緣層164b。如此，絕緣層可以提供在場致發光層和夾持場致發光層的一對電極層中的一個電極層之間。或者，絕緣層可以提供在場致發光層和夾持場致發光層的一對電極層中的一個電極層之間，並且另一個絕緣層可以提供在場致發光層和夾持場致發光層的一對電極層中的另一個電極層之間。此外，絕緣層可以是單層或包括多個層的堆疊層。
另外，儘管在圖14B中接觸於第一電極層160地設置有絕緣層164，但是也可以通過顛倒絕緣層和場致發光層的順序來接觸於第二電極層163地設置絕緣層164。
儘管如圖13B和13C的絕緣層154、圖14B和14C的絕緣層164那樣的絕緣層沒有特別限制，但是這樣的絕緣層優選具有高絕緣耐壓和緻密膜質，更優選的是，其介電常數高。例如，可以使用氧化矽(SiO2 )、氧化釔(Y2 O3 )、氧化鈦(TiO2 )、氧化鋁(A12 O3 )、氧化鉿(HfO2 )、氧化鉭(Ta2 O5 )、鈦酸鋇(BaTiO3 )、鈦酸鍶(SrTiO3 )、鈦酸鉛(PbTiO3 )、氮化矽(Si3 N4 )、氧化鋯(ZrO2 )等，這些的混合膜或者兩種以上的堆疊膜。這些絕緣膜可以通過利用濺射法、蒸鍍法、CVD法等形成。另外，絕緣層也可以通過在粘合劑中分散這些絕緣材料的粒子來形成。粘合劑材料也可以通過使用與包含在場致發光層中的粘合劑相同的材料和方法來形成。這樣的絕緣層的膜厚度沒有特別限制，但是優選為10nm至1000nm的範圍。
本實施方式所示的發光元件可以通過在夾持場致發光層的一對電極層之間施加電壓來獲得發光，但是該發光元件也可以通過利用直流驅動或交流驅動的任一種來工作。
如上所述，可以形成發光元件。可以通過適用本發明而形成用於顯示裝置的TFT基板，來使半導體層的晶粒尺寸成為大並且控制晶界被形成的位置。因此，可以獲得在溝道長度方向上存在的晶界的條數少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半導體層。由此，可以形成在半導體層中的遷移率高的TFT，所以可以提高發光裝置的顯示功能。特別優選將本發明使用於發光裝置的驅動電路。
此外，根據本發明，TFT的半導體層中的遷移率提高，因此，可以製造具有良好電氣特性的TFT。
此外，因為可以製造具有良好電氣特性的TFT，所以可以形成比現有的電路元件功能更高的電路元件。由此，可以在玻璃基板上製造比現有的顯示裝置附加價值更高的顯示裝置。
實施方式4
下面，對於將驅動用驅動器電路安裝到實施方式2及實施方式3中製造的顯示面板的情況進行說明。
以下說明安裝有驅動器電路的顯示裝置的一般形式。
首先，參照圖16A說明採用COG方式的顯示裝置。在基板2700上設置有用於顯示文字或圖像等資訊的像素部分2701。像素部分2701由多個配置為矩陣狀的像素2702構成。通過將設置有多個驅動器電路的基板分割為矩形狀來製造驅動IC，並且在基板2700上安裝被製造的驅動IC。圖15A表示安裝多個驅動IC 2751和裝在該驅動IC 2751的尖端的FPC 2750的形式。另外，也可以通過使以分割獲得的尺寸與像素部分在信號線側的邊長幾乎相同，並且在一個驅動IC的尖端上安裝膠帶。
或者，也可以採用TAB方式。在那種情況下，可以如圖15B所示地附著多個膠帶並且在該膠帶上安裝驅動IC。也可以與在COG方式的情況同樣地在一個膠帶上安裝一個驅動IC。在這種情況下，根據強度的問題，將用於固定驅動IC的金屬片等附著在一起，即可。
從提高生產率的觀點來看，優選在一邊是300mm至1000mm以上的矩形狀的基板上形成多個這些安裝在顯示面板中的驅動IC。
換句話說，在基板上形成多個以驅動器電路部分和輸入輸出端子為一個單元的電路圖案，最後進行分割來取出，即可。考慮到像素部分的一邊長度或像素間距(pitch)，可以將驅動IC形成為具有15mm至80mm的長邊和1mm至6mm的短邊的矩形狀。或者，還可以將驅動IC形成以具有與像素區的一邊相同的長度或者等於像素部分的一邊加上各驅動電路的一邊的長度。
與IC晶片相比，驅動IC的外形尺寸的優點是長邊的長度。當使用具有15mm至80mm長邊長度的驅動IC時，根據像素部分必需安裝的驅動IC的數量少於使用IC晶片的情況。因此，可以提高製造上的成品率。此外，雖然在本發明中可以在玻璃基板上形成驅動IC，但是在此情況下，用作主體的基板的形狀沒有限制，所以不損害生產率。與從圓形矽片中取出IC晶片的情況相比，這是很大的優點。
此外，當如圖16B所示在基板3700上一體形成掃描線側驅動器電路3702時，在像素部分3701的外面區域安裝形成有信號線側驅動器電路的驅動IC。這些驅動IC是信號線側驅動器電路。為了形成對應於RGB全彩色的像素區，XGA等級需要3072條信號線，而且UXGA等級需要4800條信號線。以這樣條數形成的信號線在像素部分3701的端部被分割成幾組而形成引出線，並且對應於驅動IC的輸出端子的間距聚集引出線。
在本發明中，驅動IC由形成在基板上的結晶半導體膜形成。通過適用本發明，照射CW雷射或準CW雷射來形成該結晶半導體膜，即可。通過適用本發明，可以利用結晶缺陷少且晶粒尺寸大的多晶半導體層來形成TFT。此外，由於遷移率、回應速度良好，所以可以高速驅動，並且可以跟以前相比進一步提高元件的工作頻率。這是因為通過適用本發明，晶粒在溝道長度方向上延伸，而在電晶體的溝道長度方向上存在的晶粒介面的條數少的緣故。注意，溝道長度方向與在溝道形成區中電流流過的方向、換言之電荷移動的方向一致。
此外，當進行雷射結晶化時，優選大幅度地縮小雷射。因為在本發明中雷射的形狀是線狀，所以可以對被照射體確保足夠且有效率的能量密度。但是，在此所示的線狀不意味著嚴格意思的線，而意味著縱橫比大的長方形或長橢圓形，並且也可以在短軸方向上確保某種程度的寬度。在本發明中，如圖16C所示，在基板4700上設置像素部分4701，並且信號線驅動電路4702以及掃描線驅動電路4704以一體方式被形成在基板4700上。
在像素區中，信號線和掃描線交叉而形成矩陣，並且對應於各交叉部配置電晶體。本發明的特徵在於：使用結晶半導體膜是溝道形成區的TFT作為配置在像素區中的電晶體。在本發明中，TFT的半導體層中的遷移率高，因此可以製造實現系統型面板(system on panel)的顯示面板。
通過使驅動IC的厚度與相對基板的厚度相同，驅動IC和相對基板之間的高度成為幾乎相同，而有助於整個顯示裝置的薄型化。此外，通過利用相同材料製造各基板，即使在該顯示裝置中發生溫度變化也不會產生熱應力並且不會損壞由TFT製造的電路特性。此外，可以通過如本實施方式所示地安裝具有比IC晶片更長邊的驅動IC作為驅動器電路，減少給一個像素區安裝的驅動IC的數量。
如上所述，可以將驅動器電路編入在顯示面板中。根據本發明，可以形成遷移率高的半導體膜，因此可以提供具有更高功能的顯示裝置。
實施方式5
參照圖20A至22B將說明適用本發明的半導體裝置的顯示裝置以外的形式。具體地，將說明能夠進行無線通訊的半導體裝置。在本實施方式中，將說明在基板211上製造六個半導體裝置的情況。注意，在圖20A、圖21A以及圖22A中，一個半導體裝置被設置的區域相當於虛線所圍繞的區域210。圖20B、圖21B以及圖22B分別相當於圖20A、圖21A以及圖22A中的從點A到點B的截面圖。
首先，在基板221上形成絕緣層219(參照圖20B)。接著，在絕緣層219上形成包括多個電晶體220的層。然後，在包括多個電晶體220的層上形成絕緣層222以及絕緣層223。接著，通過設置在絕緣層222以及絕緣層223中的開口部，形成連接到多個電晶體220的各源區或汲區的導電層224。接著，覆蓋導電層224地形成絕緣層225。
作為基板221，使用玻璃基板、塑膠基板或石英基板等，即可。優選的是，使用玻璃基板或塑膠基板。基板具有絕緣性和所需要的耐熱性等，即可。當使用玻璃基板或塑膠基板作為基板時，可以容易製造一邊是一米以上的半導體裝置或具有所希望的形狀的半導體裝置。
絕緣層219對於來自外面的污染物(包含在基板中的雜質等)用作屏障(barrier)。通過利用濺射法、等離子體CVD法等且使用氧化矽類材料或氮化矽類材料以單層或多層形成絕緣層219。注意，當沒有需要時，也可以不設置絕緣層219。
多個電晶體220各具有多晶半導體層226、絕緣層221以及導電層227。當使多晶半導體層226結晶化時，使用實施方式1所述的方法，即可。多晶半導體層226具有用作源區或汲區的雜質區228和溝道形成區229。在雜質區228中添加有賦予N型或P型的雜質元素。具體來說，賦予N型的雜質元素(屬於周期表中第15族的元素，例如磷(P)、砷(As))和賦予P型的雜質元素(例如，硼(B))被添加。此外，雖然未圖示，但是優選形成LDD(輕摻雜汲)區。
注意，在圖上所示的結構中，只形成有多個電晶體220，然而，本發明不局限於該結構。可以根據半導體裝置的用途，適當地調節設置在基板211上的元件。例如，當形成具有發射和接收電磁波的功能的半導體裝置時，可以在基板211上只形成多個電晶體，或者可以在基板211上形成多個電晶體和用作天線的導電層。注意，用作天線的導電層可以是單層或多層。此外，當形成具有記憶資料的功能的半導體裝置時，還可以在基板211上形成記憶元件(例如，電晶體、記憶電晶體等)。此外，也可以形成具有控制電路的功能和生成信號的功能等的半導體裝置(例如，CPU、信號生成電路等)。此外，除了上述以外，根據需要，可以形成電阻元件和電容元件等。
通過利用SOG(旋塗玻璃)法、液滴噴射法或絲網印刷法等且使用無機材料或有機材料以單層或多層形成絕緣層222以及絕緣層223。例如，利用氮化矽類材料來形成絕緣層222，並且利用氧化矽類材料來形成絕緣層223，即可。
當有剝離層時，也可以從基板221剝離包括多個電晶體220的疊合體231。可以形成具有由疊合體231構成的TFT的半導體裝置。此外，通過將剝離了的疊合體231轉置到柔性基板上，可以形成能夠彎曲的半導體裝置。
在此，參照圖17而說明本發明的半導體裝置的結構的一個例子。本發明的半導體裝置100具有運算處理電路101、記憶電路103、天線104、電源電路108、解調電路110、以及調變電路111。在半導體裝置100中，天線104和電源電路108是不可缺少的結構單元，並且根據半導體裝置100的用途適當地設置其他單元。
運算處理電路101根據從解調電路110輸入的信號來分析指令，控制記憶電路103，並且向調變電路111輸出要發射到外面的資料等。
記憶電路103具有包括記憶元件的電路及執行資料的寫入和讀出的控制電路。在記憶電路103中，至少記憶有半導體裝置本身的識別號碼。為了與其他半導體裝置區別，使用該識別號碼。此外，記憶電路103具有選自有機記憶體、DRAM(動態隨機存取記憶體)、SRAM(靜態隨機存取記憶體)、FeRAM(鐵電隨機存取記憶體)、掩膜ROM(唯讀記憶體)、PROM(可編程唯讀記憶體)、EPROM(電可編程唯讀記憶體)、EEPROM(電可擦可編程唯讀記憶體)以及快閃記憶體中的一種或多種。有機記憶器具有在一對導電層之間夾有含有有機化合物的層的結構。有機記憶器具有簡單的結構，由此可以使製造步驟簡單化，以減少費用。此外，由於具有簡單的結構，可以很容易使疊合體的面積小型化並且很容易實現大容量化。此外，因為有機記憶體是非易失性記憶體，所以可以內置電池或不內置電池。因此，作為記憶電路103，優選使用有機記憶體。
天線104將從讀取/寫入器112供給的載波轉換成交流電信號。此外，通過利用調變電路111對從半導體裝置100發射的信號施加負載調變。電源電路108使用來自天線104的交流電信號來生成電源電壓，並且將該電源電壓供給於每個電路。
解調電路110解調來自天線104的交流電信號，並且將解調了的信號供給於運算處理電路101。調變電路111根據從運算處理電路101供給的信號，對天線104施加負載調變。
讀取/寫入器112作為載波接收對天線104施加的負載調變。此外，讀取/寫入器112將載波發射到半導體裝置100。注意，載波指的是讀取/寫入器112所接收/發射的電磁波，並且讀取/寫入器112接受由調變電路111調變的載波。
如上所述，具有以無線發射/接收電磁波的功能的本發明的半導體裝置稱為RFID(射頻識別技術)標簽、RF晶片、RF標簽、IC晶片、IC標簽、IC標記(label)、無線晶片、無線標簽、電子晶片、電子標簽、無線處理器、或者無線記憶體等。本實施方式可以與其他實施方式自由組合。
如上所述，可以通過適用本發明而形成用於半導體裝置如RFID標簽的TFT基板。可以通過適用本發明，來使半導體層的晶粒尺寸成為大並且控制晶界被形成的位置。因此，可以獲得在溝道長度方向上存在的晶界的條數少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半導體層。由此，可以形成在半導體層中的遷移率高的TFT。
此外，根據本發明，TFT的半導體層中的遷移率提高，因此，可以製造具有良好電氣特性的TFT。
因為根據本發明可以製造具有良好電氣特性的TFT，所以可以形成比現有的電路元件功能更高的電路元件。由此，可以在玻璃基板上製造比現有的半導體裝置附加價值更高的半導體裝置。
實施方式6
本發明也可以適用於具有晶體半導體層的記憶元件。作為其一個例子，參照圖22A至圖23將說明適用本發明而製造的NOR型快閃記憶體。NOR型快閃記憶體例如被安裝在母板(也稱為主板)上，並且被用於BIOS(基本輸入輸出系統)的記錄。注意，母板是電腦的零部件之一，它是安裝有CPU(中央處理單元)等各種模組的基板。
也當製造快閃記憶體時，TFT的製造方法中的多個步驟與實施方式5所說明的RFID標簽同樣。以下，將說明記憶元件350的結構。首先，在基板330的一個表面上形成絕緣層332。接著，在絕緣層332上通過利用半導體層346形成包括多個電晶體的層。半導體層346具有雜質區347以及溝道形成區348。接著，在包括多個電晶體的層上形成絕緣層333、浮閘層339以及絕緣層334。接著，形成導電層349，並形成絕緣層335以及絕緣層336。接著，通過設置在多個電晶體中的絕緣層333、絕緣層334、絕緣層335以及絕緣層336中的開口部，形成連接到多個電晶體的各源區或汲區的導電層337。然後，覆蓋導電層337地形成絕緣層345。
作為基板330，使用玻璃基板、塑膠基板或石英基板等，即可。優選的是，使用玻璃基板或塑膠基板。當使用玻璃基板或塑膠基板作為基板時，可以容易製造一邊是一米以上的半導體裝置或具有所希望的形狀的半導體裝置。
絕緣層332具有防止雜質從基板330侵入的作用。通過利用濺射法、等離子體CVD法等且使用氧化矽類薄膜或氮化矽類薄膜以單層或多層形成絕緣層332。注意，當沒有需要時，也可以不設置絕緣層332。將矽使用於半導體層346。形成半導體層346的方法與實施方式5同樣。
將使非晶體半導體膜結晶化的結晶半導體膜使用於半導體層346。當進行結晶化時，使用實施方式1所記載的方法，即可。半導體層346具有用作源區或汲區的雜質區347和溝道形成區348。在雜質區347中添加有賦予N型的雜質元素(屬於周期表中第15族的元素，例如磷、砷)或賦予P型的雜質元素(例如，硼、鋁)。當引入雜質時，使用利用擴散源的方法、離子注入法等，即可。雖然未圖示，但是優選在雜質區347和溝道形成區348之間形成LDD區。可以通過利用與絕緣層332同樣的方法，來形成絕緣層333以及絕緣層334。
通過利用SOG(旋塗玻璃)法、液滴噴射法、絲網印刷法等且使用無機材料或有機材料以單層或多層形成絕緣層335以及絕緣層336。例如，利用氧氮化矽來形成絕緣層335，並且利用氮氧化矽來形成絕緣層336，即可。此外，也可以與絕緣層332、絕緣層333、絕緣層334同樣地利用濺射法、等離子體CVD法等，來形成絕緣層335以及絕緣層336。
通過利用具有導電性的物質來形成浮閘層339、導電層337以及導電層349。當形成浮閘層339、導電層337以及導電層349時，使用CVD法、濺射法、液滴噴射法等，即可。此外，既可以以單層形成浮閘層339、導電層337以及導電層349，又可以以多層形成浮閘層339、導電層337以及導電層349。
通過與絕緣層335以及絕緣層336同樣地利用SOG(旋塗玻璃)法、液滴噴射法、或絲網印刷法等且使用無機材料或有機材料以單層或多層形成絕緣層345。也可以與絕緣層332、絕緣層333、絕緣層334同樣地利用濺射法、或等離子體CVD法等，來形成絕緣層345。
與實施方式2同樣地，通過利用絲網印刷法在導電層337露出的區域中形成電極層353以及電極層354。在形成電極層後，切斷為各元件。
注意，在圖上所示的結構中，只形成有電晶體，然而，本發明不局限於該結構。可以根據半導體裝置的用途，適當地調節設置在基板330上的元件。例如，可以安裝擦除電壓控制電路。也可以根據需要，形成其他元件諸如電阻元件、電容元件等。
圖23表示上述快閃記憶體的電路圖的一個例子。通過使用字線W1 至W7 和位線B1 至B4 來進行寫入和讀出工作。字線及位元線連接到控制各工作的電路。或者，也可以在以後的步驟中使字線及位線連接到延伸到控制各工作的電路的佈線。此外，字線連接到記憶元件中的閘電極，並且位線連接到記憶元件中的源電極或汲電極。此外，虛線所圍繞的區域351相當於單位記憶元件。
雖然未圖示，但是通過採用多層佈線結構，可以以小型的方式實現具有更複雜的電路結構的裝置。
注意，在此只說明了NOR型快閃記憶體，但是當然也可以將本發明適用於NAND型快閃記憶體。
如上所述，可以通過適用本發明而形成用於半導體裝置如快閃記憶體的TFT基板。可以通過適用本發明，來使半導體層的晶粒尺寸成為大並且控制晶界被形成的位置。因此，可以獲得在溝道長度方向上存在的晶界的條數少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半導體層。由此，可以形成在半導體層中的遷移率高的TFT。
此外，根據本發明，TFT的半導體層中的遷移率提高，因此，可以製造具有良好電氣特性的TFT。
因為通過適用本發明可以製造具有良好電氣特性的TFT，所以可以形成比現有的電路元件功能更高的電路元件。由此，可以在玻璃基板上製造比現有的半導體裝置附加價值更高的半導體裝置。
實施方式7
本發明可以適用於具有晶體半導體層的光電轉換裝置。參照圖24將說明其一個例子。
注意，光電轉換元件指的是由具有獨立的一個光電轉換層的薄膜構成的疊合體，並且光電轉換裝置指的是與一個或多個光電轉換元件的集合體或其他元件組合來構成的半導體裝置。例如，具有從紫外線到紅外線的靈敏度的光電轉換裝置總括稱為光感測器。光電轉換元件例如被安裝到顯示裝置，並且被使用以檢測周圍的亮度來調整顯示亮度。此外，除了周圍的亮度以外，也可以通過利用光感測器檢測出顯示裝置的亮度，來調整顯示部的亮度。具體來說，通過利用光感測器檢測出液晶顯示裝置的背光燈的亮度，來調整顯示幕的亮度。
光電轉換裝置也稱為光電二極體。光電二極體大致可劃分為四種：pn型、pin型、肖特基型、雪崩型。pn型光電二極體由接合p型半導體和n型半導體的光電轉換元件構成，並且pin型光電二極體具有在pn型的p型半導體和n型半導體之間夾有本征半導體的結構。pn型光電二極體暗電流小，然而回應速度慢。pin型光電二極體回應速度快，然而暗電流大。注意，在此p型半導體指的是由於缺乏電子而主要使用空穴作為用來傳輸電荷的載流子的半導體，並且n型半導體指的是由於存在過剩的電子而主要使用電子作為用來傳輸電荷的載流子的半導體，且本征半導體指的是由高純度的半導體材料構成的半導體。肖特基型光電二極體指的是通過形成金的薄膜層代替p型半導體層來與n層接合的光電轉換元件，並且雪崩型光電二極體指的是通過施加反偏壓的電壓來倍增光電流的高速且高靈敏度的光電轉換元件。在本實施方式中，將說明pin型光電二極體。
圖24表示光電轉換裝置的截面圖，該光電轉換裝置包括形成在基板400上的TFT401A及TFT401B、形成在層間絕緣層403上的光電轉換元件部分402A及光電轉換元件部分402B中的顏色濾光層404A及顏色濾光層404B、由與在光電轉換元件部分402A及光電轉換元件部分402B中的第一導電層405A及第一導電層405B相同的材料構成的遮光層405C及遮光層405D。通過利用第一導電層405A和遮光層405C、以及第一導電層405B和遮光層405D遮光，可以遮斷從光電轉換元件部分402A及光電轉換元件部分402B的端部入射到各光電轉換層的光，並且只通過顏色濾光層404A及顏色濾光層404B的光入射到各光電轉換層。由此，光電轉換元件部分402A及光電轉換元件部分402B用作顏色感測器。此外，顏色濾光層404A和顏色濾光層404B、以及外敷層406A和外敷層406B也用作保護層。外敷層406A及外敷層406B具有保護以防止包含在顏色濾光層404A和顏色濾光層404B中的各種雜質元素擴散到各光電轉換層中的功能。此外，在絕緣層409上的第二導電層410與電連接到外部電路的接觸電極(contact electrode)連接。
通過將本發明適用於這種光電轉換裝置，可以製造轉換效率高的光電轉換裝置。
如上所述，可以通過適用本發明而形成光電轉換裝置。可以通過適用本發明，來使半導體層的晶粒尺寸成為大並且控制晶界被形成的位置。因此，可以獲得在溝道長度方向上存在的晶界的條數少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半導體層。由此，可以形成載流子的遷移率高的TFT。
此外，根據本發明，TFT的半導體層中的遷移率提高，因此，可以製造具有良好電氣特性的TFT。
因為可以製造具有良好電氣特性的TFT，所以可以形成比現有的電路元件功能更高的電路元件。由此，可以在玻璃基板上製造比現有的半導體裝置附加價值更高的半導體裝置。
實施方式8
也可以通過適用本發明，在絕緣基板上形成CPU(中央處理單元)。
圖29表示涉及本實施方式的CPU的方塊圖。該CPU是具有運算裝置601(ALU：算術邏輯單元)、通用暫存器602、以及指令解碼器603等的標準結構的CISC(複雜指令集電腦)。
特別是，通過在柔性基板如塑膠基板上形成高積體電路如CPU，可以製造耐衝撞性或柔軟性優越且重量輕的半導體裝置。
如上所述，可以通過適用本發明而形成CPU。可以通過適用本發明，來使半導體層的晶粒尺寸成為大並且控制晶界被形成的位置。因此，可以獲得在溝道長度方向上存在的晶界的條數少且由尺寸大的晶粒形成的多晶半導體層。由此，可以形成半導體層中的遷移率高的TFT。
此外，根據本發明，TFT的載流子遷移率提高，因此，可以製造具有良好電氣特性的TFT。
因為可以通過適用本發明來製造具有良好電氣特性的TFT，所以可以形成比現有的電路元件功能更高的電路元件。由此，可以在玻璃基板上製造比現有的半導體裝置附加價值更高的半導體裝置。
實施方式9
可以通過適用本發明來製造各種顯示裝置。也就是說，本發明可以適用於將這些顯示裝置編入在顯示部中的各種電子設備。
作為這樣的電子設備，可以舉出攝像機或數碼相機等影像拍攝裝置、投影儀、頭盔顯示器(護目鏡型顯示器)、汽車導航系統、汽車身歷聲、個人電腦、遊戲機、攜帶型資訊終端(移動電腦、手機、或者電子書等)、具有記錄介質的圖像再生裝置(具體地說，再生數位通用光碟(DVD)等記錄介質並且具有能夠顯示其圖像的顯示器的裝置)等。圖18A至18D表示這些電子設備的例子。
圖18A是電腦，它包括主體2101、框體2102、顯示部分2103、鍵盤2104、外部連接埠2105、定位滑鼠2106等。根據本發明，可以形成遷移率高的半導體膜，因此可以完成具有更高功能且顯示更高圖像質量的圖像的電腦。
圖18B是具有記錄介質的圖像再生裝置(具體地說，DVD再生裝置)，它包括主體2201、框體2202、第一顯示部分2203、第二顯示部分2204、記錄介質(DVD等)讀出部分2205、操作鍵2206、揚聲器部分2207等。第一顯示部分2203主要顯示圖像資料，並且第二顯示部分2204主要顯示文本資料。根據本發明，可以形成遷移率高的半導體膜，因此可以完成具有更高功能且顯示更高圖像質量的圖像的圖像再生裝置。
圖18C是手機，它包括主體2301、音頻輸出部分2302、音頻輸入部分2303、顯示部分2304、操作開關2305、天線2306等。根據本發明，可以形成遷移率高的半導體膜，因此可以完成具有更高功能且顯示更高圖像質量的圖像的手機。
圖18D是攝像機，它包括主體2401、顯示部分2402、框體2403、外部連接埠2404、遙控器接收部分2405、圖像接收部分2406、電池2407、音頻輸入部分2408、操作鍵2409、目鏡部2410等。根據本發明，可以形成遷移率高的半導體膜，因此可以完成具有更高功能且顯示更高圖像質量的圖像的攝像機。本實施方式可以與上述實施方式自由組合。
實施方式10
適用本發明的半導體裝置100通過利用其能夠發送及接收電磁波的功能，而可以使用於各種物品和各種系統。所述物品例如是鑰匙(參照圖19A)、紙幣、硬幣、有價證券類、無記名債券類、證書類(駕駛執照、居民證等，參照圖19B)、書籍類、容器類(培養皿等，參照圖19C)、包裝容器類(包裝紙、瓶子等，參照圖19E和19F)、記錄介質(唱片、錄像磁帶等)、交通工具類(自行車等)、裝飾品(包、眼鏡等，參照圖19D)、食品類、衣服、生活用品類、以及電子設備(液晶顯示裝置、EL顯示裝置、電視機、攜帶型終端等)等。本發明的半導體裝置通過貼附或嵌入在如上所述的各種形狀的物品的表面上而被固定或安裝。此外，系統是物品管理系統、識別功能系統、流通系統等，並且通過使用本發明的半導體裝置，可以謀求實現系統的高功能化、多功能化、高附加價值化。本實施方式可以與其他實施方式自由組合。
實施例1
以下將說明通過適用本發明且利用實施方式1所述的方法來形成的多晶半導體膜。
使用玻璃基板作為基板。首先，在玻璃基板上形成底部膜。該底部膜具有堆疊結構，它是通過在以100nm的膜厚度形成的氧氮化矽膜上堆疊以50nm的膜厚度形成的氮氧化矽膜且利用CVD法來形成的。
接著，形成非晶體矽膜。通過使用矽烷(SiH4 )且利用CVD法來形成非晶體矽膜。非晶體矽膜的膜厚度是66nm。
接著，在使非晶體矽膜結晶化之前，執行脫氫步驟：在氮氣氛中以500度加熱一個小時後，以550度加熱四個小時。另外，此後通過利用稀氫氟酸(diluted hydrofluoric acid)來去掉表面上的氧化膜。
接著，執行非晶體矽膜的結晶化。在本實施例中，當使非晶體矽膜結晶化時，使用雷射。
在本實施例中使用的雷射的振盪頻率被設定為80MHz(誤差範圍是±1MHz)，其波長被設定為532nm，其雷射裝置的輸出功率被設定為18.41W。此外，雷射的掃描速度被設定為每秒210mm。此外，通過使用阻尼器使功率為可變。使照射的雷射成為線狀雷射，並且將短軸方向設定為10μm至15μm，將長軸方向設定為500μm。
再者，在本實施例中，通過圖2A和2B所示的具有條形圖案的相移掩模，來執行雷射的照射。圖2A和2B表示在本實施例中使用的相移掩模。使用如下石英基板：通過具有寬度k1的凹部區域和具有寬度k2的凸部區域交替出現，來形成條形圖案。當雷射通過該相移掩模時，通過了凸部15的雷射的相位不反轉，通過了凹部16的雷射的相位反轉180度。由此，可以獲得具有反映了該相移掩模的圖案的強度分佈的雷射。
在本實施例中，通過使用圖3A和3B的示意圖所示的位置關係的光學系統裝置，來照射雷射。通過使用圖3A和3B所示的光學系統裝置，可以將光束的形狀形成為線狀。
這樣獲得的線狀雷射通過上述相移掩模到達被照射面。因此，該雷射的強度分佈具有對應於相移掩模的條形圖案的圖案。在本實施例中，k1和k2被設定為3μm。
對雷射的掃描方向來說，如實施方式1所說明，不使線狀光束的掃描方向(短軸方向)與相移掩模的條形圖案成為平行，而使它們以角度θ傾斜。這是因為在照射的雷射的亮度成為極小的位置確保使非晶體半導體膜完全熔化的足夠能量的緣故。因為在本實施例中不能嚴密地調整θ，所以使θ容納在適當的角度範圍內地進行調整。注意，將相移掩模和非晶體半導體膜之間的距離d設定為800μm。
關於如此結晶化了的半導體膜，使用掃描型電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope，電子掃描顯微鏡)法及EBSP(Electron Back Scatter Diffraction Pattern，電子背散射花樣)法，執行該樣品面的觀察及結晶方位的測定。圖26A至27B表示其結果。圖26A是對於通過使用相移掩模且適用本發明來結晶化的半導體膜的SEM像。圖26B是在利用預定的藥液蝕刻該半導體膜後獲得的SEM像(蝕刻SEM像)。圖27A是對於通過適用本發明且使用相移掩模來結晶化的半導體膜利用EBSP法進行測定的結果。圖27B是對於不使用相移掩模而結晶化的半導體膜利用EBSP法進行測定的結果。將圖27A和圖27B比較，在適用結晶化法的圖27B中，在無規律的方向上存在無數尺寸小的晶粒。另一方面，可以確認如下事實：在適用本發明而進行結晶化的圖27A中，多個細長的晶粒的區域佔有大部分。此外，該晶粒的長軸方向大體上在一個方向上一致。在半導體膜上存在的大粒徑的結晶在長軸方向上大體上為20μm至50μm。如此結晶成為大粒徑化，來形成結晶帶。此外，也可以確認如下事實：向結晶的長軸方向走向的晶粒介面(結晶帶的邊界)在一個方向上一致，並且，在晶粒的短軸方向上具有大約3μm的一定周期。顯然，這種晶粒至少佔有該半導體膜的面積中的90%。
如上所述，通過適用本發明，可以獲得多晶半導體膜。該多晶半導體膜由包括粒徑大的晶粒的結晶帶形成，其中結晶的核生成地方被控制，並且在一個方向上存在的晶界的條數少。通過這樣製造結晶半導體膜，可以獲得在溝道長度方向上晶界少並且具有高遷移率的半導體裝置。
此外，通過將圖27A所示的只在一個方向上具有晶界的區域200或沒有晶界的區域201用作薄膜電晶體的半導體層，可以製造具有良好電氣特性的薄膜電晶體。注意，區域200是長軸方向為10μm、短軸方向為5μm的長方形的區域。
通過使用區域200來製造薄膜電晶體，可以使該薄膜電晶體具有多個結晶帶，並且其中從任意一點(點Q)向Y方向畫的線可以從區域200的一端一次也不與晶界或結晶帶的邊界交叉地達到區域200的其他端。通過將這樣的區域200用作薄膜電晶體的半導體層，可以製造具有良好電氣特性的薄膜電晶體。
此外，區域201由一個結晶帶構成，並且在該區域中沒有晶界或結晶帶的邊界。通過將這樣的區域201用作薄膜電晶體的半導體層，可以與使用單晶半導體時同樣地製造具有非常良好電氣特性的薄膜電晶體。
在適用本發明而製造的結晶尺寸大的晶體半導體層中，特別通過製造使用一個晶粒的薄膜電晶體，可以製造比現有的薄膜電晶體電氣特性飛躍地提高的薄膜電晶體。根據圖27A和27B，結晶帶的寬度是3μm左右，並且結晶帶中的晶粒的長度大於晶粒的寬度，且對其晶粒的尺寸來說，寬度是大約3μm，長度是大約20μm。因此，可以製造這樣尺寸的薄膜電晶體。
從而，通過適用本發明，可以在玻璃基板上製造具有高功能和高附加價值的半導體裝置。
注意，本實施例所說明的樣品的形式以及結晶化的條件是為了實施本發明的一個例子，所以本發明不僅局限於本實施例的條件。
本說明書根據2006年8月31日在日本專利局受理的日本專利申請編號2006－236105而製作，所述申請內容包括在本說明書中。
11．．．玻璃基板
12．．．底部膜
13．．．非晶體半導體膜
14．．．多晶半導體層
14a．．．結晶帶
14b．．．邊界
15．．．凸部分
16．．．凹部分
30．．．雷射振盪器
31．．．阻尼器
32．．．狹縫
33．．．柱面透鏡
33a．．．柱面透鏡面
34．．．後面焦點
35．．．後面焦點距離
36．．．柱面透鏡
36a．．．柱面透鏡面
37．．．相移掩模
38．．．被照射面
39．．．長度
40．．．後面焦點
41．．．長度
42．．．後面焦點距離
43．．．線狀雷射
44．．．相移掩模
45．．．被照射面
70．．．玻璃基板
71．．．底部層
72．．．氧化矽膜
73．．．氧化矽膜
75．．．多晶矽層
77．．．第一絕緣層
78．．．氧化矽膜
79．．．氮化矽膜
80．．．第一電極層
81．．．第二絕緣層
82．．．氮化矽膜
83．．．氧化矽膜
84A．．．開口部
84B．．．開口部
85．．．第二電極層
86．．．第三絕緣層
87．．．開口部
88．．．第三電極層
100．．．半導體裝置
101．．．運算處理電路
103．．．記憶電路
104．．．天線
108．．．電源電路
110．．．解調電路
111．．．調變電路
112．．．讀取/寫入器
150．．．第一電極層
152．．．場致發光層
153．．．第二電極層
154．．．絕緣層
154a．．．絕緣層
154b．．．絕緣層
160．．．第一電極層
161．．．發光材料
162．．．場致發光層
163．．．第二電極層
164．．．絕緣層
164a．．．絕緣層
164b．．．絕緣層
188．．．基板
189．．．底部層
190．．．第一電極層
191．．．第一絕緣層
192．．．多晶半導體層
193．．．第二絕緣層
194．．．第二電極層
195．．．第三絕緣層
196．．．第三電極層
197．．．開口部
198．．．開口部
210．．．區域
211．．．基板
219．．．絕緣層
220．．．電晶體
221．．．基板
222．．．絕緣層
223．．．絕緣層
224．．．導電層
225．．．絕緣層
226．．．多晶半導體層
227．．．導電層
228．．．雜質區
229．．．溝道形成區
231．．．疊合體
330．．．基板
332．．．絕緣層
333．．．絕緣層
334．．．絕緣層
335．．．絕緣層
336．．．絕緣層
337．．．導電層
339．．．浮閘層
345．．．絕緣層
346．．．半導體層
347．．．雜質區
348．．．溝道形成區
349．．．導電層
350．．．記憶元件
353．．．電極層
354．．．電極層
400．．．基板
401A．．．薄膜電晶體
401B．．．薄膜電晶體
402A．．．光電轉換元件部分
402B．．．光電轉換元件部分
403．．．層間絕緣層
404A．．．顏色濾光層
404B．．．顏色濾光層
405A．．．第一導電層
405B．．．第一導電層
405C．．．遮光層
405D．．．遮光層
406A．．．外敷層
406B．．．外敷層
409．．．絕緣層
410．．．第二導電層
451．．．薄膜電晶體
452．．．發光層
461．．．薄膜電晶體
462．．．發光層
471．．．薄膜電晶體
472．．．發光層
501．．．開關TFT
502．．．電容元件
503．．．驅動TFT
504．．．電流控制TFT
505．．．發光元件
506．．．薄膜電晶體
510．．．信號線
511．．．電源線
512．．．電源線
513．．．電源線
514．．．掃描線
515．．．電源線
516．．．掃描線
541．．．開關TFT
542．．．電容元件
543．．．驅動TFT
544．．．發光元件
545．．．薄膜電晶體
550．．．信號線
551．．．電源線
552．．．電源線
553．．．掃描線
554．．．掃描線
601．．．算術邏輯單元
602．．．通用暫存器
603．．．指令解碼器
700．．．雷射照射裝置
702．．．雷射振盪裝置
704．．．第一光學系統
706．．．第二光學系統
708．．．掩模
710．．．第三光學系統
712．．．截物台
714．．．基板
716．．．光接收元件
718．．．光接收元件
720．．．掩模支架
2101．．．主體
2102．．．框體
2103．．．顯示部分
2104．．．鍵盤
2105．．．外部連接埠
2106．．．定位滑鼠
2201．．．主體
2202．．．框體
2203．．．第一顯示部分
2204．．．第二顯示部分
2205．．．記錄介質讀出部分
2206．．．操作鍵
2207．．．揚聲器部分
2301．．．主體
2302．．．音頻輸出部分
2303．．．音頻輸入部分
2304．．．顯示部分
2305．．．操作開關
2306．．．天線
2401．．．主體
2402．．．顯示部分
2403．．．框體
2404．．．外部連接埠
2405．．．遙控器接收部分
2406．．．圖像接收部分
2407．．．電池
2408．．．音頻輸入部分
2409．．．操作鍵
2410．．．目鏡部
2700．．．基板
2701．．．像素部分
2702．．．像素
2750．．．柔性印刷電路
2751．．．驅動IC
3700．．．基板
3701．．．像素部分
3702．．．掃描線側驅動器電路
4700．．．基板
4701．．．像素部分
4702．．．信號線驅動電路
4704．．．掃描線驅動電路
5101．．．激發的雷射二極體
5102．．．激發光合併器
5103．．．光纖布喇格光柵
5104．．．有源增益光纖
5105．．．光纖布喇格光柵
5106．．．輸出埠
5107．．．光纜
5201．．．圓筒形中心部分
5202．．．管形包覆層
圖1A至1B－2是說明本發明的半導體裝置的製造方法的圖；圖2A和2B是說明用於本發明的半導體裝置的製造的相移掩模的圖；圖3A和3B是說明可以適用於本發明的半導體裝置的製造的光學系統的圖；圖4A至4C是通過圖2A和2B所示的相移掩模的雷射的輪廓；圖5A－1至5B是說明本發明的半導體裝置的製造方法的圖；圖6A至6D是說明在本發明的半導體裝置的製造方法中的雷射的照射方法的圖；圖7A和7B是說明適用本發明的TFT的製造方法的圖；圖8A和8B是說明適用本發明的TFT的製造方法的圖；圖9A和9B是說明適用本發明的TFT的製造方法的圖；圖10A和10B是說明適用本發明的TFT的製造方法的圖；圖11是說明適用本發明而製造的TFT的圖；圖12A至12C是說明將適用本發明而製造的TFT適用於EL元件的狀態的圖；圖13A至13C是說明適用本發明的EL元件的圖；圖14A至14C是說明適用本發明的EL元件的圖；圖15A和15B是說明適用本發明的液晶面板的圖；圖16A至16C是說明適用本發明的液晶面板的圖；圖17是說明適用本發明的半導體裝置的電路的圖；圖18A至18D是說明適用本發明的半導體裝置的圖；圖19A至19F是說明適用本發明的半導體裝置的圖；圖20A和20B是說明本發明的半導體裝置的製造方法的圖；圖21A和21B是說明本發明的半導體裝置的製造方法的圖；圖22A和22B是說明適用本發明的半導體裝置的圖；圖23是說明適用本發明的半導體裝置的圖；圖24是說明適用本發明的半導體裝置的圖；圖25A至25F是說明適用本發明的顯示裝置的像素電路的圖；圖26A和26B是適用本發明而形成的半導體膜的觀察結果；圖27A和27B是適用本發明而形成的半導體膜的分析結果；圖28A至28D是表示雷射的亮度變化的輪廓；圖29是說明適用本發明的半導體裝置的圖；圖30是說明用於本發明的半導體裝置的製造的光纖雷射器的圖；圖31是說明用於本發明的半導體裝置的製造的有源增益光纖的圖；圖32是說明可以適用於本發明的半導體裝置的製造的光學系統的圖。
43．．．線狀雷射
44．．．相移掩模
45．．．被照射面

Claims (27)

  1. 一種薄膜電晶體，包括：結晶半導體膜，其中，所述結晶半導體膜包括一個或多個結晶帶，所述多個結晶帶分別包括在一個方向上延伸的晶粒，其中，所述多個結晶帶在短軸方向上的長度是3μm以下，其中，所述多個結晶帶在長軸方向上的長度是3μm以上且20μm以下，其中，所述多個結晶帶中的至少一個在其中包括源區、溝道形成區以及汲區，且其中，在所述結晶半導體膜的所述溝道形成區中沒有橫穿溝道長度方向的晶界。
  2. 一種薄膜電晶體，包括：結晶半導體膜，其中，所述結晶半導體膜包括多個結晶帶，所述多個結晶帶分別包括在一個方向上延伸的晶粒，其中，所述多個結晶帶在短軸方向上的長度是3μm以下，其中，所述多個結晶帶在長軸方向上的長度是3μm以上且20μm以下，其中，所述多個結晶帶分別在相鄰的結晶帶之間包括邊界線，其中，所述邊界線從所述薄膜電晶體的源區到汲區與 溝道長度方向大體上平行，且其中，在所述薄膜電晶體的溝道形成區中沒有橫穿溝道長度方向的晶界。
  3. 一種薄膜電晶體，包括：形成在具有絕緣表面的基板上的結晶半導體膜，其中，所述結晶半導體膜包括多個結晶帶，所述多個結晶帶分別包括在一個方向上延伸的晶粒，其中，所述多個結晶帶在短軸方向上的長度是3μm以下，其中，所述多個結晶帶在長軸方向上的長度是3μm以上且20μm以下，其中，所述多個結晶帶分別在相鄰的結晶帶之間包括邊界線，其中，所述邊界線從所述結晶半導體膜的一邊到相對於所述一邊的另一個邊與所述薄膜電晶體的溝道長度方向大體上平行，且其中，在所述結晶半導體膜的溝道形成區中沒有橫穿溝道長度方向的晶界。
  4. 一種薄膜電晶體，包括：形成在具有絕緣表面的基板上的結晶半導體膜，其中，所述結晶半導體膜包括多個結晶帶，所述多個結晶帶分別包括在一個方向上延伸的晶粒，其中，所述多個結晶帶的每一個中的晶界的平均出現間隔大於所述多個結晶帶的在短軸方向上的間隔 其中，所述多個結晶帶在短軸方向上的長度是3μm以下，其中，所述多個結晶帶在長軸方向上的長度是3μm以上且20μm以下，且其中，在所述結晶半導體膜的溝道形成區中沒有橫穿溝道長度方向的晶界。
  5. 如申請專利範圍第1至4項的任意一項之薄膜電晶體，其中所述多個結晶帶在所述長軸方向與所述溝道長度方向大體上一致。
  6. 如申請專利範圍第1至4項的任意一項之薄膜電晶體，其中所述多個結晶帶在所述短軸方向上的長度是大體上一定的。
  7. 一種薄膜電晶體，包括：形成在具有絕緣表面的基板上的結晶半導體膜，其中，所述結晶半導體膜包括結晶帶，所述結晶帶包括在一個方向上延伸的晶粒，其中，所述結晶帶具有大約3μm以下的第一邊和與所述第一邊相鄰的大約3μm以上且20μm以下的第二邊，其中，所述結晶半導體膜的溝道形成區在所述結晶帶中形成，且其中，在所述結晶半導體膜的溝道形成區中沒有橫穿溝道長度方向的晶界。
  8. 如申請專利範圍第3、4或7項之薄膜電晶體，其中在所述基板和所述結晶半導體膜之間形成有底部膜。
  9. 如申請專利範圍第1、2、3、4或7項之薄膜電晶體，其中所述結晶半導體膜是包含矽的膜。
  10. 如申請專利範圍第3、4或7項之薄膜電晶體，其中所述基板是玻璃基板。
  11. 如申請專利範圍第1、2、3、4或7項之薄膜電晶體，其中所述薄膜電晶體被安裝在液晶顯示裝置或EL顯示裝置中。
  12. 如申請專利範圍第1、2、3、4或7項之薄膜電晶體，其中所述薄膜電晶體被安裝在選自包括電腦、圖像再生裝置、手機以及影像拍攝裝置的族群中的其中之一。
  13. 如申請專利範圍第1、2、3、4或7項之薄膜電晶體，其中所述薄膜電晶體被安裝在選自包括RFID標簽、光電轉換裝置以及CPU的族群中的其中之一。
  14. 一種使用連續振盪雷射或準連續振盪雷射的薄膜電晶體的製造方法，包括：在具有絕緣表面的基板上形成非晶體半導體膜；通過利用光強度調變器來空間性地調變線狀雷射的光強度，所述光強度調變器在所述雷射的長軸方向上周期性地進行調變；以及對所述非晶體半導體膜照射所述雷射，以通過使所述非晶體半導體膜完全熔化，來形成具有在與所述雷射的掃描方向大體上一致的方向上生長的結晶帶的多晶半導體膜，其中，所述光強度調變器是在對與所述雷射的所述掃 描方向平行的方向以一定角度傾斜的方向上具有凹凸的相移掩模，其中，在所述雷射的所述長軸方向上被周期性地調變的光強度值具有在所述長軸方向上的極大值和極小值，其中，所述角度被調整使得所述極小值成為所述極大值的80%以上。
  15. 一種使用連續振盪雷射或準連續振盪雷射的薄膜電晶體的製造方法，包括：在具有絕緣表面的基板上形成非晶體半導體膜；通過利用光強度調變器來空間性地調變線狀雷射的光強度，所述光強度調變器在所述雷射的長軸方向上周期性地進行調變；對所述非晶體半導體膜照射所述雷射，以通過使所述非晶體半導體膜完全熔化，來形成具有在與所述雷射的掃描方向大體上一致的方向上生長的結晶帶的多晶半導體膜；以及通過將雜質引入所述多晶半導體膜的一部分來形成源區及汲區，其中，包括在所述多晶半導體膜中的結晶帶中的至少一個在其中具有所述源區、溝道形成區、以及所述汲區，且其中，所述溝道形成區的溝道長度方向與所述結晶帶的長軸方向大體上平行，且可以不與所述結晶帶的邊界線交叉地畫從所述源區延伸到所述汲區的線， 其中，所述光強度調變器是在對與所述雷射的所述掃描方向平行的方向以一定角度傾斜的方向上具有凹凸的相移掩模，其中，在所述雷射的所述長軸方向上被周期性地調變的光強度值具有在所述長軸方向上的極大值和極小值，其中，所述角度被調整使得所述極小值成為所述極大值的80%以上。
  16. 如申請專利範圍第14或15項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述光強度調變器是在與所述雷射的長軸方向大體上一致的方向上具有凹凸的相移掩模。
  17. 如申請專利範圍第16項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述相移掩模是具有以一定間隔形成有槽的條形圖案的透光基板。
  18. 如申請專利範圍第17項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述透光基板是石英基板。
  19. 如申請專利範圍第17項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述槽之間的一定間隔與所述槽的寬度相同。
  20. 如申請專利範圍第14或15項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述相移掩模是具有以一定間隔形成有槽的條形圖案的透光基板。
  21. 如申請專利範圍第14或15項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述透光基板是石英基板。
  22. 如申請專利範圍第20項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述槽之間的一定間隔與所述槽的寬度相同。
  23. 如申請專利範圍第14或15項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述非晶體半導體膜和多晶半導體膜是使用矽而形成的。
  24. 如申請專利範圍第14或15項之薄膜電晶體的製造方法，其中通過使用促進所述結晶化的元素來執行所述結晶化。
  25. 如申請專利範圍第14或15項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述薄膜電晶體被安裝在液晶顯示裝置或EL顯示裝置中。
  26. 如申請專利範圍第14或15項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述薄膜電晶體被安裝在選自包括電腦、圖像再生裝置、手機以及影像拍攝裝置的族群中的其中之一。
  27. 如申請專利範圍第14或15項之薄膜電晶體的製造方法，其中所述薄膜電晶體被安裝在選自包括RFID標籤、光電轉換裝置以及CPU的族群中的其中之一。
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