专利名称：激光装置、激光辐射方法及半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种利用激光使半导体基片、半导体薄膜等结晶或在离子注入后进行激活的激光处理装置和激光辐射方法；还涉及一种采用该激光装置形成的半导体器件及其制造方法、一种使用该半导体器件的电子设备和一种使用该激光装置的半导体器件的生产系统。
背景技术：
近年来，在基片上形成TFT的技术取得了很大的进步，也促进了其在有源阵列半导体显示器方面的应用和发展。特别是，由于采用多晶硅薄膜的TFT具有高于用传统非晶态硅薄膜制作的TFT的场效应迁移率，它能高速运行。因此，尽管象素通常由基片外的驱动电路控制，但也可能形成在同一基片上的驱动电路控制象素。
顺便提一下，对于半导体器件中使用的基片，从成本的角度认为玻璃基片比单晶硅基片重要。由于玻璃基片在抗热性上是低劣的且容易发生热变形，在多晶硅TFT形成到玻璃基片上的情况下，为了避免玻璃基片的热变形，对半导体薄膜的结晶采用激光退火处理。
激光退火处理的特点如下与采用辐射加热或传导加热的退火处理方法相比，它能极大地缩短处理时间；而且，通过选择性地和局部地加热半导体或半导体薄膜，几乎不会对基片产生热损伤。
注意，此处的激光退火处理方法指的是一种使形成在半导体基片或半导体薄膜上的损害层再结晶的技术，和一种使形成在基片上的非晶态半导体薄膜结晶的技术。而且，此处所讲的激光退火处理方法包括了用于使半导体基片或半导体薄膜平整或表面重整的技术。所使用的激光振荡装置是一种采用准分子激光器的气体激光振荡装置或是一种采用YAG激光器的固体激光振荡装置。众所周知，这类装置通过激光束辐射、在大约几十纳秒到几百微秒的相当短的时间内、加热半导体表面层以完成结晶处理。
按照振荡方法激光器粗略地分为两类脉冲振荡型和连续振荡型。在脉冲振荡激光器中，输出能量相当高，使得假定在束斑为几cm2或更大时的批量生产率增加。特别是，当束斑的形状被用光学系统处理并被处理成长度为10cm或更大的线形形状时，它能对基片进行高效激光辐射且进一步地提高了批量生产率。因此，为了使半导体薄膜结晶，使用脉冲振荡激光器变成了主流。
但是，近年来，在使半导体薄膜结晶方面，发现使用连续振荡激光器比使用脉冲振荡激光器的半导体薄膜中形成的晶体的粒度变大了。当半导体薄膜中晶体的粒度变大时，使用半导体薄膜所形成的TFT的迁移率变高，且因晶粒边界引起的TFT特性的变化受到了抑制。因此，连续振荡激光器近来受到了世人的瞩目。
但是，由于连续振荡激光器的最大输出能量一般都比脉冲振荡激光器的小，因此，束斑的尺寸也小，大约为10-3mm2。这样，为了处理一个大的基片，必须向上和向下、向左和向右地移动基片上的光束辐射的位置，使得每个基片的处理时间增加。因此，处理效率低下且提高基片的处理速度是一项重要的课题。
发明内容
本发明是针对上述问题而实施的，因此，本发明的目的在于提供一种连续振荡激光装置、一种激光辐射方法、和一种利用该连续振荡激光装置制造半导体器件的方法，它与传统示例相比能提高处理效率。
本发明的激光装置包括用于控制要处理物体上的每束激光的辐射位置的第一装置；用于振荡激光的多个第二装置(激光振荡装置)；第三装置(光学系统)，用于使来自该多个激光振荡装置振荡的激光的束斑在要被处理的物体上部分地相互重叠；第四装置，用于控制多个第二装置中每一个的振荡，同时也控制第一装置以使激光的束斑覆盖根据与掩模形状有关的数据(图案信息)所确定的位置。
应当注意的是，按照掩模数据所确定的位置是指在晶化后通过进行图形化所得到的半导体薄膜的一部分。对于本发明，第四装置根据掩模控制图形化之后应留在基片上的形成在绝缘表面上的半导体薄膜的一部分的。另外，要用激光扫描的部分被确定，使得至少通过完成图形化所得到的那部分被晶化，且第一装置被控制，使得束斑照射到要扫描的那部分上。采用这种方式，半导体薄膜被局部地晶化。也就是，采用本发明，激光不扫描和辐射到半导体薄膜的整个表面上而是扫描以使至少必需的部分被结晶。采用上述结构，可节省将激光辐射到在半导体薄膜晶化后通过图形化所要被去除的那一部分所用的时间。
根据本发明，为了实现上述结构，在形成半导体薄膜后，在利用激光进行晶化之前，用激光给该半导体薄膜作一标记。之后，根据对应于该标记位置的掩模确定激光应扫描的位置。
采用上述结构，可缩短辐射激光的时间且可提高基片处理速度。
在附图中图1示出了本发明的激光装置的结构；图2A和图2B分别示出了本发明的激光束的形状和其能量密度分布；图3A和图3B分别示出了本发明的激光束的形状和其能量密度分布；图4A到图4C示出了激光在要处理的物体上移动的方向；图5A和图5B也示出了激光在要处理的物体上移动的方向；图6A和图6B示出了激光在TFT的有源层上移动的方向；图7A和图7B示出了标记的位置；图8是本发明的生产系统操作流程的流程图；图9是传统的生产系统操作流程的流程图；图10示出了本发明的生产系统操作流程的另一流程图；图11A和图11B示出了本发明的激光装置的光学系统；图12也示出了本发明的激光装置的光学系统；图13示出了激光在要处理的物体上移动的方向；图14示出了激光在要处理的物体上移动的方向；图15示出了激光在要处理的物体上移动的方向；图16A和图16B示出了标记的结构；图17示出了本发明的激光装置的光学系统；图18同样示出了本发明的激光装置的光学系统；图19同样示出了本发明的激光装置的光学系统；图20是一结晶半导体薄膜的一个SEM照片；图21是这一结晶半导体薄膜的一个SEM照片；图22A和图22B示出了一个TFT的特性；
图23A和图23B示出了这个TFT的特性；图24A到图24H每一个都示出了利用本发明的半导体器件的电子设备；图25A到图25C示出了一种利用本发明的激光装置制造半导体器件的方法；图26A到图26C示出了一种利用本发明的激光装置制造半导体器件的方法；图27A到图27C示出了一种利用本发明的激光装置制造半导体器件的方法；图28示出了一种利用本发明的激光装置制造半导体器件的方法；图29示出了一种利用本发明的激光装置制造的液晶显示装置；图30A和图30B示出了一种利用本发明的激光装置制造光发射装置的方法；图31A到图31D每一个都是半导体薄膜的反极象图(inverse pole figure)；图32A到图32D每一个都是半导体薄膜的反极象图；图33A和图33B示出了激光在要处理的物体上移动的方向；图34A到图34C示出了位置控制机构的结构；图35A和图35B示出了一个活性振动(active vibration)去除座的结构；图36示出了在激光束的中心轴线方向彼此重叠的能量密度分布；图37示出了(i)激光束中心间距离与(ii)能量差别之间的关系；和图38示出了激光束在中心轴线方向的输出能量的分布。
具体实施例方式
以下，描述本发明的激光装置的一种结构。图1是本发明的激光装置的框图。
本发明的激光装置100包括一平台(stage)控制器101，它对应于用于控制每一激光在要处理物体上的辐射位置的第一装置。
同样，本发明的激光装置100包括多个激光振荡装置102(102a到102d)，其对应于用于振荡激光的第二装置。需要说明的是尽管图1配置了102a到102d四个激光振荡装置，但本发明的激光装置100具有的激光振荡装置102的数量并不限于此。只要本发明的激光装置100具有的激光振荡装置102的数量在两个到八个之间就不会有任何问题。同样，所有的激光振荡装置使用相同的激光器且与其波长是否彼此相同或是否彼此不同没有关系。
可以根据处理的目的适当地改变激光器。在本发明中，可以利用公知的激光器。可以利用连续振荡的气体激光器或固态激光器作为激光器。气体激光器可以是准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器等等。另一方面，固态激光器可以是YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器、Ti蓝宝石激光器、Y2O3激光器等等。固态激光器使用了例如YAG、YVO4、YLF、YAlO3晶体，或者是掺有Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、Yb、或者Tm的晶体的激光器。激光器的基波根据掺入的材料而不同且得到具有1μm附近基波的激光。也可以利用非线性的光学元件得到对应于基波的谐波。
同样，还可以利用通过使用一非线性的光学元件将从固态激光器发出的红外激光转换成绿激光且进一步地通过使用另一非线性光学元件处理该绿激光而得到的紫外线激光。
这里需要说明的是，即使本发明的激光装置安装有除了上述的四个装置以外的用于调节要处理物体的温度的装置，也不会有任何问题。
同样，本发明的激光装置100包括一个光学系统103，它对应于第三装置，该第三装置能够使从相应的激光振荡装置102a到102d所振荡的激光的束斑在要处理物体上彼此重叠。
本发明的激光装置100还包括一个对应于第四装置的CPU 104，该CPU 104能够控制激光振荡装置102的振荡还可以控制对应于第一装置的平台控制器101，使得激光的束斑可以覆盖根据掩模的相关数据所决定的位置。
图2A示出了一个从每一个激光振荡装置102a到102d振荡得到的激光在要处理的物体107上的束斑的形状的例子。图2A所示的束斑的形状为椭圆形。需要注意的是在本发明的激光装置中，从振荡装置振荡得到的激光束斑的形状并不限于椭圆形。束斑的形状根据激光器的种类不同而不同且可以通过光学系统来构形束斑。例如从由Lambda K.K公司生产的XeCl准分子激光器(其波长为308nm、脉冲宽度为30ns)L3308所发出的激光为尺寸是10mm×3mm的矩形(两个都是光束轮廓的半值宽度)。同样，由YAG激光器发射的激光在激光棒为圆柱形时为圆形，而在激光棒为条状时为矩形。而且，通过进一步地由光学系统改变激光的形状，可以形成需要尺寸的激光。
图2B示出了图2A所示的束斑在主轴y方向上的激光能量密度分布。对于束斑形状为椭圆的激光的能量密度分布，能量密度随距椭圆中心“O”的距离的减小而增加。由“α”确定的区域对应于主轴y方向的宽度，该区域的能量密度值超出得到理想的晶体所必须的值。
其次，图3A示出了在合成具有图2A所示束斑的每一激光的情况下的束斑形状。如图3A所示，各激光的束斑通过对准各椭圆的主轴且使束斑相互重叠而组合，从而形成一个束斑。注意通过连接各椭圆的中心“O”得到的直线在下文中称作“中心轴线”。
图3B示出了图3A所示的其束斑已经组合的激光的能量密度在中心轴线方向上的分布。在合成以前各束斑相互重叠的每一部分的能量密度有所增加，所以在各椭圆的中心“O”间的每一部分中的能量密度变平。
如从图3B中可以看出，和多个激光没有彼此重叠且为单独使用的情况相比，通过使多个激光相互重叠且使激光在具有低能量密度的每一部分中相互补充，可以有效地提高半导体薄膜的结晶度。例如，假设只有在图3B所示的斜线所指定的区域内具有超过一个得到理想的晶体所必须的能量密度的一个值且在其它区域的能量是低的。在这种情况下，如果四个束斑不相互重叠，则理想的晶体只有在斜线区域才能得到，其在中心轴线方向的宽度由“α”标定。但是，如图3B所示通过使束斑彼此重叠，可以在中心轴线方向的宽度由β(β＞4α)表示的区域上得到理想的晶体。结果，可以更有效地使半导体薄膜结晶。
结合图4A描述图3A所示的要处理的物体107是一基片上形成的半导体薄膜的情况。注意，图4A示出了为了制造一有源矩阵型半导体器件而形成的半导体薄膜500。由虚线501所围成的部分对应于形成一个象素的部分，由虚线502所围或的部分对应于形成一个信号线驱动电路的部分，由虚线503所围成的部分对应于形成一个扫描线驱动电路的部分。
同样，在本发明中，通过使其束斑彼此重叠合成多个激光，从而形成了一个束斑。当这样做的时候，各束斑彼此重叠使得在合成以前各束斑的中心形成一条直线。
这里应该注意的是，无论合成后的束斑是否被设定成使通过连接合成前束斑的中心所形成的直线(这里指的是“中心轴线”)垂直于扫描方向地延伸都无关紧要。在合成以后的束斑的中心轴线垂直于扫描方向延伸的情况下，基片的处理效率增加到最高的水平。另一方面，可以得到如下通过执行扫描给出的优点以使合成以后的束斑的中心轴线和扫描方向呈45°±35°的角度，优选地接近45°的角度。
图31A和图31B的每一个都是在通过将束斑的中心轴线同扫描方向的角度设定成27。、波长设定为532nm、输出能量设定为2W和将移动速度设定为20cm/sec的经Nd:YVO4辐射在氮化硅薄膜上所形成的1000非晶硅薄膜上完成结晶时的关于晶体取向的反极象图。当平行于基片平面内的垂直于扫描方向的方向称为“x”方向，扫描方向为“y”方向，而垂直于基片的方向称为“z”方向时，图31A示出了在垂直于半导体薄膜的z方向的平面上的晶体取向分布，而图31B示出了在垂直于y方向的平面上的晶体取向分布。同样，图31C是一在垂直于y方向的平面上的反极象图且示出了各自晶体取向间的分布率。而且，图31D是极象图，其中TD对应于扫描方向y，标号001表示在垂直于z方向的一个平面上的极象图，标号011表示在垂直于y方向和z方向合成方向的平面上的极象图，标号111表示在垂直于x方向、y方向和z方向合成方向的平面上的极象图。
图32A和图32B的每一个都是在通过将束斑的中心轴线同扫描方向的角度设定成45°、波长设定为532nm、输出能量设定为1.6W和将移动速度设定为20cm/sec的经Nd:YVO4辐射在氮化硅薄膜上所形成的1000非晶硅薄膜上完成结晶时的关于晶体取向的反极象图。当平行于基片平面内的垂直于扫描方向的方向称为“x”方向，扫描方向为“y”方向，垂直于基片的方向称为“z”方向时，图32A示出了在垂直于半导体薄膜的z方向的平面上的晶体取向分布，而图32B示出了在垂直于y方向的平面上的晶体取向分布。同样，图32C是一在垂直于y方向的平面上的反极象图且示出了各自晶体取向间的分布率。而且，图32D是极象图，其中TD对应于扫描方向y，标号001表示在垂直于z方向的一个平面上的极象图，标号011表示在垂直于y方向和z方向合成方向的平面上的极象图，标号111表示在垂直于x方向、y方向和z方向合成方向的平面上的极象图。
从图31A到图31D和图32A到图32D可以看出晶粒在垂直于束斑中心轴线的方向上生长。采用以上描述的结构，存在于有源层中的晶粒的数量增加，且和执行扫描以使扫描方向和束斑的中心轴线彼此垂直的情况相比、可以减小由于晶体取向和晶粒而导致的特性的改变。
图4B是一在其中形成一个象素部分的部分501内的束斑507的放大图。同样。图4C是束斑507的放大图，在其中形成了信号线驱动电路502。本发明可以避免束斑507的中心轴线垂直于扫描方向地延伸的情况。更详细地是，束斑的中心轴线和扫描方向之间形成的锐角θA设定为45°±35°，优选为45°。
另外，如图3B所示，在束斑边缘部分的激光的能量密度小于其它部分的，且存在不能均匀地进行要处理物体的处理的情况。因此，优选辐射激光以便避免出现对应于一个结晶后通过图形化半导体薄膜所得到的岛状半导体薄膜的每一部分506与激光路径边缘重叠的情况。
这里必须注意的是，激光沿图4A的箭头方向扫描，尽管没有必要要求在该箭头方向执行扫描。图33A示出了激光的扫描方向关于图4A所示的情况转动了90°的一个例子。同样，图33B示出了在象素部分501和扫描线驱动电路503中的激光的扫描方向同图33A所示的情况相同的情形，且扫描方向同图33A所示的情况相同的激光和扫描方向同图4A所示的情况相同的激光都在信号线驱动电路502内辐射。在这种情况下，半导体薄膜的表面以粗糙的状态放置在激光彼此重叠的每一部分中，因此，可以优选地避免激光在要形成有源层的每一部分中彼此重叠的情况。同样，具有不同扫描方向的激光辐射到图33B所示的信号线驱动电路中，尽管这种具有不同扫描方向的激光也可以辐射在扫描线驱动电路503和象素部分501中。
同样，本发明的要用激光扫描的每一部分是根据输入到CPU 104中的用于图形化半导体薄膜的掩模决定的。注意，设定要用激光扫描的部分以便覆盖一部分在结晶后经图形化得到的半导体薄膜。CPU 104决定要用激光扫描的部分以使至少每一通过图形化而得到的半导体薄膜的部分能结晶，且控制对应于第一装置的平台控制器101以使束斑即辐射位置照射到要扫描的部分上。按照这种方式，半导体薄膜可以部分地结晶。
图5A示出了要用激光扫描的每一部分和掩模的关系。注意在图5A中束斑的中心轴线沿几乎垂直于扫描方向的方向延伸。图5B示出了在束斑的中心轴线与扫描方向成45°的情况下的要用激光扫描部分和掩模的关系。标号510指明通过图形化而得到的半导体薄膜的岛状半导体薄膜，且决定要用激光扫描的每一部分以便覆盖这些岛状半导体薄膜510。标号511指明用激光扫描覆盖岛状半导体薄膜510的部分如图5A和图5B所示，本发明的激光不辐射到半导体薄膜的整个表面上而是扫描以使至少每一个必要的部分结晶。
应该注意的是，在结晶后的半导体薄膜用作TFT有源层的情况下，优选地确定激光的扫描方向以便平行于在沟道形成区域内的载流子移动的方向。
图6A和图6B分别示出了TFT有源层的例子。图6A示出了具有一个沟道形成区域的有源层，且配备有将变成源极区和漏极区的杂质区域521和522以使沟道形成区520夹在其中。当半导体薄膜用本发明的激光装置结晶时，确定激光的扫描方向以使扫描方向平行于沟道形成区内的载流子移动的方向，如箭头所示。标号523指明束斑的形状。在斜线规定的束斑523的一个区域524中，能量密度超过要得到有利的晶体所必须的值。通过使由斜线规定的区域524的激光辐射到有源层的整个表面上，可以进一步提高有源层的结晶度。
图6B同样地示出了提供有三个沟道形成区域的有源层。在该图中，配备有杂质区域533和534以使沟道形成区域530夹在其中。同样，配备有杂质区域534和535以使沟道形成区域531夹在其中。而且，配备有杂质区域535和536以使沟道形成区域532夹在其中。另外，当用本发明中的激光装置结晶半导体薄膜时，确定激光的扫描方向以使扫描方向平行于在沟道形成区内的载流子移动的方向，如箭头所示。
这里要注意的是，为了确定要用激光扫描的每一部分，必须在半导体薄膜中形成用于确定相对于半导体薄膜的掩模位置的标记。图7A和图7B示出了为了产生有源矩阵型半导体器件而在所形成的半导体薄膜中形成有标记的位置。注意图7A示出了从一个基片上制造一个半导体器件的例子，同时图7B示出了从一个基片上制造四个半导体器件的例子。
在图7A中，标号540表示形成在基片上的半导体薄膜，由虚线541所围成的部分对应于在其中形成有象素的部分，且由虚线542所围成的部分对应于在其中形成有信号线驱动电路的部分，由虚线543所围成的部分对应于在其中形成有扫描线驱动电路的部分。标号544表示一个在其中形成一标记的部分(标记形成部分)，标记被设置在该部分并被定位在半导体薄膜的四角处。
需要说明的是，四个标记形成部分544分别设置在图7A的四个角上，尽管本发明并不限于这种结构。标记形成部分的位置和其数量并不限于以上所述的形式，只要半导体薄膜的由激光扫描的每一部分可以同制作半导体薄膜图形化的掩模对准。
在图7B中，标号550表示形成在基片上的半导体薄膜，且虚线551表示刻划线，基片被沿其在后续的步骤划分。在图7B中，通过沿刻划线551分割基片可以制造四个半导体器件。注意，通过这样分割得到的半导体器件的数量并不限于此。
标号552表示一在其中形成一标记的部分(标记形成部分)，标记被设置在该部分并被定位在半导体薄膜的四角处。需要说明的是，四个标记形成部分552分别设置在图7B的四个角上，尽管本发明并不限于这种结构。标记形成部分的位置和其数量并不限于以上所述的形式，只要半导体薄膜的由激光扫描的每一部分可以同图形化半导体薄膜的掩模对准。
可以引用YAG激光器、CO2激光器等等作为用于形成标记的激光器的例子。但是，无需说明的是，也可以利用其它激光器来形成标记。
接下来，将描述利用本发明的激光装置的半导体器件的生产系统。
图8为本发明的生产系统的流程图。首先，用CAD进行半导体器件的设计。然后，与用于使半导体薄膜图形化的每一个设计的掩模有关的信息被输入到激光装置所拥有的CPU中。
另一方面，在基片上形成一个非晶态的半导体薄膜以后，已在其上形成了非晶态的半导体薄膜的基片被放置在激光装置中。然后，用激光器在半导体薄膜的表面上形成标记。
根据输入的有关掩模的信息，CPU决定要按照标记的位置用激光扫描的每一部分。之后，根据所形成的标记，把激光辐射到要用激光扫描的部分上，因此，对半导体薄膜进行局部的结晶。
然后，在激光辐射以后，通过激光辐射得到的一多晶半导体薄膜被图形化并被蚀刻，因此形成一岛状的半导体薄膜。接下来，实施一从这些岛状的半导体薄膜制造一TFT的步骤。制造TFT的具体步骤根据TFT的形状而变化。而典型的是，栅绝缘膜被形成且在岛状的半导体薄膜中形成了杂质区域。然后，形成一层间绝缘薄膜以覆盖栅绝缘膜和栅电极，且在层间绝缘薄膜内建立一接触孔。按照这种方式，可以得到杂质区域的暴露部分。然后，在层间绝缘薄膜上形成布线以便通过接触孔接触杂质区域。
需要说明的是，为了比较和对照的目的，图9示出了传统的半导体器件的制造流程的流程图。如图9所示，半导体器件的掩模的设计是由CAD完成的。另一方面，非晶态半导体薄膜在基片上形成，在其上已形成有非晶半导体薄膜的基片，被放置在激光装置中。然后，激光扫描并辐射到非晶态半导体薄膜的整个表面上，因此使非晶态半导体薄膜的整个表面结晶。然后，在通过结晶所得到的多晶半导体薄膜中形成标记且参照标记通过图形化多晶半导体薄膜来形成岛状半导体薄膜。然后，用岛状半导体薄膜制造一个TFT。
如上所述，和如图9所示的传统的情况相反，在本发明的生产系统中，在非晶态半导体薄膜结晶前用激光形成标记。之后，根据与图形化半导体薄膜的掩模有关的信息进行激光扫描。
采用以上的结构，可以节省将激光辐射到在半导体薄膜结晶以后通过图形化要被去除的每一部分上的时间，可以缩短激光辐射的时间且也提高了基片的处理速度。
需要注意的是，图10示出了在包括有利用催化剂使半导体薄膜结晶的步骤的情况下本发明的生产系统的流程图。在使用了催化元素的情况下，优选地采用JP07-130652A或JP08-78329A中所公开的技术。
图10和图8不同，图10中包括有在薄膜形成以后利用Ni结晶非晶态半导体薄膜的步骤(NiSPC)。在这种情况中采用了JP07-130652A中公开的技术，例如，通过在非晶态半导体薄膜上涂敷按重量为含10ppm镍的醋酸镍溶液来形成含镍层。然后在500℃执行一个小时的脱氢步骤以后，通过在500-650℃进行4-12小时(例如，在550℃进行八小时)的热处理来进行结晶。注意，对于可用的催化元素，例如除了镍(Ni)以外还可以利用锗(Ge)、铁(Fe)、钯(Pd)、锡(Sn)、铅(Pd)、钴(Co)、铂(Pt)、铜(Cu)或金(Au)。
在图10中，通过NiSPC所结晶的半导体薄膜的结晶度利用激光辐射被进一步提高。由激光辐射得到的多晶半导体薄膜中含有催化元素且在图10的激光辐射以后实施从结晶的半导体薄膜去除该催化元素的步骤。可以利用JP10-135468A或JP10-135469A中所公开的技术来执行吸杂(gettering)步骤。
更加详细地说，将磷加到在激光辐射之后所得到的一部分多晶半导体薄膜中并在氮气氛中在550-800℃进行5-24小时(例如600℃时进行12小时)的热处理。这样操作的结果是已添加了磷的多晶半导体薄膜的区域起着吸杂位(getteringsite)的作用，可以离析存在于添加了磷的区域内的多晶半导体薄膜内的磷。接着，通过图形化去除已添加了磷的多晶半导体薄膜的区域，可以得到催化元素的密度减少到1×1017atms/cm3或更低、优选为约1×1016atms/cm3的岛状半导体薄膜。
如上所述，根据本发明，激光虽然进行了扫描但没有扫描且辐射到半导体薄膜的整个表面上，以便可以至少在每一必要的部分结晶。采用以上的结构，可以节省激光辐射到在半导体薄膜结晶之后的每一个经图形化所去除的部分上的时间且明显地缩短了处理一个基片的时间。
同样，有可能改变激光光路的宽度，以便能避免出现激光光路的边缘和通过图形化而得到的半导体重叠的情况。也可以减少激光辐射到每一不必要的部分上而使衬底遭受的损伤。
实施例以下，描述本发明的实施例。
〖实施例1〗在本实施例中，将描述本发明的激光装置所使用的光学系统。
图11A和图11B示出了本发明的激光装置所用的光学系统的具体结构。图11A是本发明的激光装置所用的光学系统的侧视图，而图11B是沿图11A的箭头B所指的方向的侧视图。注意，沿图11B的箭头所指的方向的侧视图相当于图11A。
图11A和图11B分别示出了将四个束斑合成为一个束斑的情况的光学系统。注意在本发明中，要合成的束斑的数目不限于此，只要是要合成的束斑的数目在两个到八个的范围内这里不出现问题。
标号401、402、403、404和405的每一个都表示一个圆柱透镜，且本实施例的光学系统使用了六个圆柱透镜，虽然没在图11A和图11B中示出。图12是图11A和图11B所示的光学系统的透视图。来自不同的激光振荡装置的激光分别入射到圆柱透镜403、404、405和406上。
然后，其束斑形状已由圆柱透镜403、405处理的激光入射到圆柱透镜401上。该入射激光的束斑的形状由圆柱透镜处理且被辐射到要处理的物体400上。同样，其束斑形状已由圆柱透镜404、406处理的激光入射到圆柱透镜402上。该入射激光的束斑的形状由圆柱透镜处理且被辐射到要处理的物体400上。
在要处理的物体400上，激光的束斑造成彼此重叠并合成为一个束斑。
本实施例需要注意的是，离要处理的物体400最近的圆柱透镜401和402的焦距被设定为20mm，圆柱透镜403到406的焦距被设定为150mm。另外，在本实施例中，每个透镜设计成从透镜401和402入射到要处理的物体400的激光的入射角θ1为25°，而从圆柱透镜403到406入射到圆柱透镜401和402的激光的入射角θ2为10°。
需要注意的是对于设计者可以设定每个透镜合适的焦距和入射角。另外，圆柱透镜的数量不限于此且所用的光学系统也并不限于使用圆柱透镜。在本发明中，使用能够处理由每一个激光振荡装置振荡产生的激光束斑以得到适于半导体薄膜结晶的形状和能量密度及能够通过使束斑彼此重叠地将所有的激光束斑合成为一个束斑的光学系统就足够了。
这里需要注意的是在本实施例中，已经描述了四个束斑被合成的例子。在这种情况下，安装有四个分别对应于四个激光振荡装置的圆柱透镜，和两个对应于四个圆柱透镜的圆柱透镜。在其数量为n(n＝2、4、6或8)的束斑被合成的情况下，需要设置n个分别对应于n个激光振荡装置的圆柱透镜，和n/2个对应于n个圆柱透镜的圆柱透镜。在其数量为n(n＝3、5或7)的束斑被合成的情况下，需要设置n个分别对应于n个激光振荡装置的圆柱透镜，和(n+1)/2个对应于n个圆柱透镜的圆柱透镜。
这里需要注意的是为了防止出现返回光沿光线原先的光路返回的情况，优选相对于基片的入射角保持在大于0°且小于90°的范围内。
同样，为了实现激光的均匀辐射，在每一光束的形状为一矩形的情况下，它是一垂直于辐射表面的平面且还未被合成，如果无论是包括该矩形短边的平面或者是包括该矩形长边的平面都被定义为一个入射表面，则在包括在该入射表面内的短边或者长边的长度为“W”且放置在辐射表面上并相对于激光具有透射性的基片的厚度为“d”时，优选激光的入射角θ满足θ反正切(W/2d)的条件。要求在合成以前每一激光都满足这一条件。注意当激光的光路不在入射表面上时，光路投射到入射表面的入射角被称为θ。如果激光以角度θ入射，则不会发生基片表面上的反射光和基片下面的反射光之间的干涉，这样就可以进行激光的均匀辐射。以上的描述是在假设基片的折射率为1时进行的。在实际情况中，许多基片具有1.5左右的折射率且得到大于上述描述中所计算角度的计算值，如考虑的话就给出该数值。但是，由于在径向方向的束斑两侧的能量变弱，所以在这些部分中的干涉的影响就小且足以在上述计算值处获得干涉减弱的效果。
〖实施例2〗在本实施例中，将描述在激光辐射时改变激光束斑尺寸的例子。
本发明的激光装置用CPU根据所输入的有关掩模的信息控制每一个用激光扫描的部分。另外，在本实施例中，束斑的长度根据掩模的形状而改变。
图13示出了图形化半导体薄膜的掩模的形状同束斑的长度的关系。标号560示出的是图形化半导体薄膜的掩模的形状，且在由激光辐射结晶以后，根据掩模使半导体薄膜图形化。
标号561和562指的是由激光辐射的部分。注意标号561表示每一个通过叠加和组合从四个激光振荡装置输出的激光的束斑而得到的束斑进行扫描的部分。另一方面，标号562指的是每一个通过叠加和组合从两个激光振荡装置输出的激光的束斑而得到的束斑进行扫描的部分。
通过合成从两个激光振荡装置输出的激光而得到的束斑是通过从四个振荡装置中终止两个振荡装置的振荡而得到的。但是，在这种情况下重要的是使从保留的两个激光振荡装置所输出的两个束斑彼此重叠。
这里必须注意的是，在束斑的长度如在本实施例中一样在激光扫描中途改变的情况下，由于来自激光振荡装置具有稳定的输出，所以从长的一侧转变到短的一侧的束斑长度的变化更优于从短的一侧转变到长的一侧的束斑长度的变化。因此，优选CPU考虑激光的扫描顺序以便根据相对于掩模形状的信息从长的一侧转变到短的一侧而改变束斑长度。另外，可以在设计掩模时考虑给出激光扫描的顺序。
采用上述的结构，可以改变激光光路的宽度，以便可以防止激光光路的边缘在图形化所得到的半导体上被叠加的情况发生。还可以进一步地减小激光在每一不必要的部分上的辐射对基片的损伤。
可以结合第一实施例实施本实施例。
〖实施例3〗在本实施例中，将描述由光学系统在激光辐射的中途放置快门(shutter)以阻挡激光的例子，因此只将激光辐射到预定的区域。
本发明的激光装置用CPU根据所输入的关于掩模的信息抓取每一个由激光扫描的部分。另外，在本实施例中，用快门阻挡激光以使激光只辐射到每一个需要扫描的部分。理想的是在这一操作中，快门可以阻挡激光同时也使用一种可以防止激光使快门变形或损伤的材料来形成该快门。
图14示出了用于半导体薄膜图形化的掩模的形状同要用激光辐射的部分之间的关系。标号570示出的是用于半导体薄膜图形化的掩模的形状，且在用激光辐射进行结晶以后，根据掩模对半导体薄膜图形化。
标号571示出的是要由激光辐射的部分。虚线指定每一个激光被快门阻挡的部分。在本实施例中，可以阻止激光辐射到不需要结晶的每一部分上或是即使激光辐射到这一部分也可以减小激光的能量密度。因此可进一步地减小激光在每一不必要的部分上的辐射对基片的损伤。
可以结合第一实施例或第二实施例实现本实施例。
〖实施例4〗在本实施例中，将描述激光扫描方向的变化被改变的例子。
通过设定辐射方向为平行于沟道形成区域内的载流子移动的方向，可以得到半导体薄膜内的晶粒的生长方向与载流子的移动方向重叠的情况，它可以提高迁移率。但是，由于关于电路设计的制约(constraints)，存在一种难于布置所有的有源层以使沟道形成区域平行于载流子移动方向的情况。在这种情况下，优选激光的扫描方向根据掩模的信息而改变。
图15示出了用于图形化半导体薄膜的掩模的形状同要由激光辐射的部分之间的关系。标号580和583示出的是制作半导体薄膜上图形化的掩模的形状，且在由激光辐射结晶以后，根据掩模在半导体薄膜上制作图形。给出标号580和583的掩模被设计成使沟道形成区域内的载流子移动的方向相互垂直。
本发明的激光装置用CPU根据相对于掩模的输入信息控制每一个由激光扫描的部分。另一方面，在每一个经图形化所得到的岛状半导体薄膜的沟道形成区域内的载流子移动方向被作为信息输入CPU中。特别是，相对于每一个有源层的形状的激光扫描方向被预先确定。然后，CPU参照该预定的相对于每一个有源层的形状的激光扫描方向，并将其与从掩模形状中得到的每一个有源层的形状相比较，且决定半导体薄膜的要扫描的每一部分的扫描方向。
标号581示出了当激光在水平方向扫描时已经被激光辐射的部分，扫描方向平行于将成为在制作布线图案以后得到的岛状半导体薄膜580的沟道形成区域的部分的载流子的移动方向。标号582指的是激光在垂直方向扫描时的被激光辐射的部分，其扫描方向平行于将成为在图形化以后得到的岛状半导体薄膜583的沟道形成区域的部分的载流子的移动方向。
这里需要注意的是图15中的标号为584到587所指的，具有不同的扫描方向的激光被叠加和辐射的每一部分中的半导体薄膜的表面以弄乱粗糙的状态设置，这样可以对以后成形的栅绝缘膜的特性施加反向作用且不优先选用这样的半导体薄膜作为TFT的有源层。因此，优选在设计掩模的阶段决定激光的扫描方向和扫描部分并决定掩模的布置以使岛状半导体薄膜不被设置在激光彼此重叠的部分。
同样，即使如在第二实施例中同样地通过沿中心轴线方向改变激光束斑的长度阻止了激光光路的边缘部分叠加岛状半导体薄膜的情况的出现也不会发生什么问题。同样，即使阻止了激光光路的边缘部分叠加岛状半导体薄膜的情况的出现或用如第三实施例一样的快门阻止了激光彼此重叠的情况发生也不会有什么问题。
可以结合第一到第三实施例实现本实施例。
〖实施例5〗在本实施例中，将描述设置在标记成形部分423上的标记的例子。
图16A示出了本实施例标记的顶视图。标号421和422标明用作为形成在半导体薄膜上的参考点的标记(以下称为“参考标记”)，每一个参考标记具有矩形形状。所有的参考标记421被设置成使矩形的长边沿水平方向延伸，同时参考标记421在垂直方向以一定的间隔放置。所有的参考标记422被设置成使矩形的长边侧在垂直方向延伸，且参考标记422沿水平方向以一定的间隔放置。
参考标记421变为决定关于掩模在垂直方向位置的参考点，同时参考标记422成为决定关于掩模在水平方向位置的参考点。标号424和425指明了图形化半导体薄膜的掩模的标记，其中每一个标记具有矩形的形状。决定半导体图形化的掩模的位置使矩形标记424的长边沿水平方向设置而矩形标记425的长边沿垂直方向设置。另外，决定半导体图形化的掩模的位置使掩模精确定位在决定标记424的两个相邻之间的参考标记421处，同样精确定位在决定标记425的两个相邻的之间的参考标记422处。
图16B是形成在半导体薄膜内的参考标记的透视图。形成在基片431上的半导体薄膜430的部分由激光分割成矩形且分割部分作为参考标记421和422。
需要注意的是本实施例中描述的标记只是一个示例且本发明的标记并不限于这些标记。只要可以在半导体薄膜由激光结晶以前形成本发明的标记且即使在激光辐射结晶以后也可使用标记就不会有问题。
可以结合第一到第四实施例实现本实施例。
〖实施例6〗
在本实施例中，将描述用于本发明的八个激光振荡装置的光学系统。
图17和图18示出了用于本发明的激光装置的光学系统的具体结构。图17是本发明的激光装置的光学系统的侧视图，而图18是从图17的箭头B方向看的侧视图。注意，从图18的箭头A的方向看的侧视图对应于图17。
本实施例分别示出了将八个束斑组合成一个束斑情况的光学系统。注意在本发明中，要合成的束斑的数量并不限于此，且只要所要合成的束斑的数目是在2到8的范围内就不会有问题。
参考标号441到450每一个都表示一个圆柱透镜，且本实施例的光学系统用到了十二个圆柱透镜，尽管没有在图17和图18中显示出来。图19是图17和图18所示的光学系统的透视图。从不同的激光振荡装置产生的激光分别入射到圆柱透镜441到444上。
然后，其束斑形状已经过圆柱透镜450和445处理的激光入射到圆柱透镜441上。入射激光的束斑形状由圆柱透镜441处理，且辐射到要处理的物体440上。同样，其束斑形状已经过圆柱透镜451和446处理的激光入射到圆柱透镜442上。入射激光的束斑形状由圆柱透镜442处理，且辐射到要处理的物体440上。同样，其束斑形状已经过圆柱透镜449和447处理的激光入射到圆柱透镜443上。入射激光的束斑形状由圆柱透镜443处理且辐射到要处理的物体440上。同样，其束斑形状已经过圆柱透镜452和448处理的激光入射到圆柱透镜444上。入射激光的束斑形状由圆柱透镜444处理，且辐射到要处理的物体440上。
在要处理的物体440上，激光的束斑彼此重叠且组合成一个束斑。
这里需要注意的是在本实施例中，最靠近要处理物体440的圆柱透镜441和442的焦距定为20mm，而圆柱透镜445到452的焦距设定为150mm。另外，在本实施例中，把每一透镜设定为使从圆柱透镜441和452入射到要处理的物体440的入射角θ1为25°，而把从圆柱透镜445到452到圆柱透镜441和442的激光的入射角θ2为10°。
这里必须注意的是对于设计者可以设定合适的每一透镜的焦距和入射角。另外，圆柱透镜的数是不限于此且光学系统不限于使用圆柱透镜。使用能够处理从每个激光振荡装置中振荡产生的激光的束斑，以得到适于半导体薄膜结晶的形状和能量密度、且能够通过使束斑彼此重叠来组合所有激光的束斑的光学系统对于本实施例就足够了。
这里需要说明的是在本实施例中，已描述了八个束斑合成的例子。在这种情况下，设置有分别对应于八个激光振荡装置的八个圆柱透镜，和分别对应于八个圆柱透镜的四个圆柱透镜。
可以结合第一到第五实施例实现本实施例。
〖实施例7〗在本实施例中，将参照附图25到28描述制作有源矩阵基片的方法。为了方便起见，将在其上一起形成有CMOS电路、一驱动电路、和具有象素TFT和保持(retention)能力的象素部分的基片称为有源矩阵基片。
首先，本实施例中使用了由例如硼硅酸钡玻璃和硼硅酸铝玻璃的玻璃形成的基片600。基片600可以是在其表面上具有绝缘膜的一石英基片、一硅基片、一金属基片或者是一不锈钢基片。基片600可以是能忍受本实施例中处理温度的具有耐热性的塑料基片。
接下来，通过公知的方法(例如溅射的方法、LPCVD方法和等离子体CVD方法)(图25A)在基片601上形成非晶态半导体薄膜692。在本实施例中，形成非晶态半导体薄膜。但是，也可以形成微晶体半导体薄膜和晶体的半导体薄膜。另外，可以采用如非晶态硅锗薄膜的具有非晶态结构的化合物半导体薄膜。
非晶态半导体薄膜692通过采用激光结晶的方式结晶。激光结晶是通过使用本发明的激光装置进行的。在本发明中，非晶态半导体薄膜的一部分是根据输入到激光装置的CPU中的掩模信息进行结晶的。当然，结晶不仅可用激光进行，而且也可以组合其它已知的结晶方法进行(利用RTA和退火炉或利用金属元素加速结晶的热结晶方法)。
当进行非晶态半导体薄膜的结晶时，优选地利用能够连续振荡的固态激光器施加基波的二次谐波到四次谐波以得到一大颗粒尺寸的晶体。一般地优选施加Nd:YVO4激光器(1064nm的基波)的二次谐波(波长为532nm)或者三次谐波(波长为355nm)。特别地，从具有10W输出的连续振荡型YVO4激光器发出的激光束通过使用非线性光学元件转换成谐波。然后，更加优选地，由光学系统将激光束形成为矩形的或者椭圆形，从而辐射到要处理的基片上。此时，大约需要有0.01到100MW/cm2(优选为0.1到10MW/cm2)的能量密度。半导体薄膜以大约10到2000cm/s的速度相对于激光束移动以辐射半导体薄膜。
注意，可以利用连续振荡型或脉冲振荡型的气体激光器或固态激光器。如准分子激光器、氩(Ar)激光器、氪(Kr激光器)的气体激光器和如YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器、Ti蓝宝石激光器、Y2O3激光器的固态激光器都可以被用作激光光束。同样，其中掺杂Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、Yb或Tm的如YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器YALO3激光器的晶体可被用作固态激光器。激光器的基波因掺杂的材料不同而不同，因此得到了具有基波为大约1μm的激光束。通过使用非线性光学元件可以得到对应于基波的谐波。
通过上述的激光结晶，在非晶态半导体薄膜的一部分结晶形成结晶区域693、694和695(图25B)。
通过把结晶的半导体薄膜图形化处理成增加结晶度的理想形状从结晶区域693、694和695形成岛状半导体薄膜602到606(图25C)。
在岛状半导体薄膜602到606形成以后，添加进少量的杂质元素(硼或磷)以控制TFT的阈值。
接下来，形成覆盖岛状半导体薄膜602到606的栅绝缘膜607。该栅绝缘膜607是利用通过利用等离子体CVD方法或溅射的方法而得到含有硅的厚度为40到150nm的绝缘薄膜形成的。在本实施例中，用等离子体CVD的方法形成厚度为110nm的氧氮化硅薄膜(组合比率Si＝32％、O＝59％、N＝7％和H＝2％)。值得注意的是，栅绝缘膜不限于氧氮化硅薄膜，而含其它硅的绝缘薄膜也可以用作单个涂层或叠层衬垫。
当利用氧化硅薄膜时，其可以通过等离子体CVD的方法混合四乙基正硅酸盐(TEOS)和O2而得到，该方法为在40Pa的反应压力、300到400℃的基片温度和0.5到0.8W/cm2的高频(13.56MHz)功率密度的条件下放电。此后在400到500℃下的热退火可以给按这种方法生产的作为栅绝缘膜的二氧化硅薄膜提供好的特性。
接下来，厚度为20到100nm的第一导电薄膜608和厚度为100到400nm的第二导电薄膜609被堆积到栅绝缘膜607上。在本实施例中，堆积由30nm厚的TaN薄膜形成的第一导电薄膜608和由370nm厚的W薄膜形成的第二导电薄膜609。TaN薄膜用Ta靶在含氮的环境中进行溅射形成。W薄膜用W靶进行溅射形成。或者，也可以利用六氟化钨(WF6)通过热CVD方法来形成。在这两种情况下，栅电极需要使用低的电阻。因此，W薄膜的电阻率理想的是20μΩcm或更少。可以通过增加晶粒的尺寸来得到W薄膜的低电阻。但是，当W薄膜含有大量的杂质元素例如氧时，结晶被终止，增加了电阻。因此地，在本实施例中，W薄膜是通过利用高纯度(99.9999％的纯度)的W靶溅射的方法并考虑在薄膜成形期间阻止杂质从气相侵入。从而，可得到9到20μΩcm的电阻率。
同时，在本实施例中，第一导电薄膜608是TaN而第二导电薄膜609是W，其并不限于此。两项都可以是从Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr和Nd中选的一个元素或是主要包含该元素的一合金材料或化合物材料。同时，半导体薄膜例如可以利用在其中掺杂有如磷的杂质元素的多晶硅薄膜。也可以利用AgPdCu合金。可以是由钽(Ta)薄膜形成的第一导电薄膜和由W薄膜形成的第二导电薄膜的组合、由氮化钛(TiN)薄膜形成的第一导电薄膜和由W薄膜形成的第二导电薄膜的组合、由氮化钽(TaN)薄膜形成的第一导电薄膜和由W薄膜形成的第二导电薄膜的组合、由氮化钽(TaN)薄膜形成的第一导电薄膜和由Al薄膜形成的第二导电薄膜的组合、或由氮化钽(TaN)薄膜形成的第一导电薄膜和由铜(Cu)薄膜形成的第二导电薄膜的组合。
另外，本发明并不限于两层结构。例如，可以利用钨薄膜、铝和硅(Al-Si)的合金薄膜和氮化钛薄膜顺序叠层的三层薄膜。在该三层结构中，可用氮化钨薄膜取代钨薄膜，可用铝和钛(Al-Ti)的合金薄膜取代铝和硅(Al-Si)的合金薄膜，并可以用钛薄膜取代氮化钛薄膜。
注意，根据导电薄膜的材料适当地选择合适的蚀刻方法或多种蚀刻剂是很重要的。
接下来，用光刻法形成由抗蚀剂制成的掩模610到615，且在其上进行第一蚀刻处理，以形成电极和布线。在第一和第二蚀刻条件下(图26B)执行第一蚀刻处理。在本实施例中的第一蚀刻条件是利用感应耦合等离子体(ICP)蚀刻且利用CF4和Cl2和O2作为蚀刻气体，其气体的量分别为25/25/10(sccm)。以1Pa的压力给线圈状电极提供RF(13.56MHz)的500W功率以产生等离子体并进行蚀刻。给基片侧(测试样品台)也提供RF(13.56MHz)的150W功率且基本上施加负自偏置电压。W薄膜在第一蚀刻条件下蚀刻以得到锥形的第一导电层的末端。
之后，不必去除抗蚀剂制成的掩模610到615，将第一蚀刻条件转换到第二蚀刻条件。然后用CF4和Cl2作为蚀刻气体。气体流量的比率为30/30(sccm)。以1Pa的压力给线圈状电极提供RF(13.56MHz)的500W功率以产生等离子体并进行蚀刻30秒。给基片侧(测试样本台)提供RF(13.56MHz)的20W功率且基本上施加负自偏置电压。在第二蚀刻条件下混合CF4和Cl2气体，W薄膜和TaN薄膜都蚀刻到相同的程度。为了蚀刻不在栅绝缘膜上留下残渣，可以将蚀刻时间增加10％到20％多。
在第一蚀刻处理中，当抗蚀剂制成的掩模的形状合适时，第一和第二导电层的末端的形状为锥形，这是因为加在基片侧的偏压造成的。锥形部分的角度为15°到45°。因此，通过第一蚀刻处理以第一种形式形成包括第一导电层和第二导电层的导电层617到622(第一导电层617a到622a和第二导电层617b到622b)。在栅绝缘膜616中，没有被第一形式的导电层617到622覆盖的区域被蚀刻约20到50nm以形成较薄的区域。
接下来，不必去除由抗蚀剂制成的掩模(图26C)地进行第二蚀刻处理。这里将CF4，Cl2和O2作为蚀刻气体有选择地蚀刻W薄膜。然后，通过第二蚀刻处理形成第二导电层628b到633b。另一方面，第一导电层617a到622a很难蚀刻，以第二种形式形成导电层628到633。
不必去除由抗蚀剂制成的掩模地进行第一掺杂处理，并添加使半导体层为n型的低浓度杂质元素。掺杂处理可以通过离子掺杂法或离子注入法实施。在剂量为1×1013到5×1014atoms/cm2和加速电压为40到80kV的条件下执行离子掺杂法。在这一实施例中，在剂量为1.5×1013atoms/cm2和加速电压为60kV的条件下执行离子掺杂法。n型掺杂杂质元素可以是15族元素，典型的为磷(P)或砷(As)。这里使用磷(P)。在这种情况下，导电层628到633作为n型掺杂杂质元素的掩模。因此，以自对准的方式形成杂质区域623到627。密度范围为1×1018到1×1020atoms/cm3的n型掺杂杂质元素被掺杂到杂质区域623到627。
当去除由抗蚀剂制成的掩模时，形成新的由抗蚀剂制成的掩模634a到634c。然后，通过利用比用在第一掺杂处理中更高的加速电压来执行第二掺杂处理。在剂量为1×1013到1×1015atoms/cm2和加速电压为60到120kV的条件下执行离子掺杂法。在掺杂处理中，使第二导电层628b到632b作为掩模阻挡杂质元素。执行掺杂处理使杂质元素可以被掺杂到在第一导电层的锥形部分的底面处的半导体薄膜。然后，通过利用具有比在第二掺杂处理中低的加速电压执行第三掺杂处理以得到图27A所示的条件。在剂量为1×1015到1×1017atoms/cm2和加速电压为50到100kV的条件下执行离子掺杂法。经过第二掺杂处理和第三掺杂处理，密度范围为1×1018到5×1019atoms/cm3的n型掺杂杂质元素被掺杂到与第一导电层相重叠的低密度杂质区域636、642和648中。密度范围为1×1019到5×1021atoms/cm3的n型掺杂杂质元素被掺杂到高密度杂质区域635、641、644和647中。
用适当的加速电压，通过执行第二掺杂处理和第三掺杂处理可以形成低密度杂质区域和高密度杂质区域。
接下来，在去除由抗蚀剂制成的掩模后，形成了新的由抗蚀剂制成的掩模650a到650c以便进行第四掺杂处理。通过第四掺杂处理，杂质区域653、654、659和660，其中掺杂一与一种导电类型相反的导电类型的杂质元素，所述杂质区域加在一个为p沟道型TFT的有源层的半导体层中。第二导电层628a到632a作为掩模阻挡杂质元素，且掺杂p型杂质元素以自对准的方式形成杂质区域。在本实施例中，通过等离子掺杂法用乙硼烷(B2H6)形成杂质区域653、654、659和660(图27B)。在第四掺杂处理过程中，形成的n沟道TFT的半导体层被由抗蚀剂制成的掩模650a到650c覆盖。通过第一到第三掺杂处理，不同密度的磷被添加到每一个杂质区域653、654、659和660中。掺杂处理的实施使得两个区域中的p型掺杂杂质元素的密度为1×1019到5×1021atoms/cm3。因此，当其作为p沟道TFT的源极区和漏极区时都不会发生问题。
分别经过以上的处理，在岛状半导体层中形成杂质区。
接下来，去除由抗蚀剂制成的掩模650a到650c并在其上形成第一层间绝缘薄膜661。第一层间绝缘薄膜661可以是一厚度为100到200nm的含有硅的绝缘薄膜，它是通过等离子体CVD方法或溅射方法形成的。在这一实施例中，通过等离子体CVD方法形成了厚度为150nm的氮氧化硅薄膜。第一层间绝缘薄膜661并不限于氮氧化硅薄膜而可以是在单层或叠层垫中含有硅的其它绝缘薄膜。
接下来，如图27C所示，利用激光辐射方法进行激活处理。当利用激光退火方法时，可以利用结晶化中使用的激光器。当执行激活处理时，移动速度与结晶化速度相同，需要的能量密度约为0.01到100MW/cm2(优选0.01到10MW/cm2)。同样，在执行结晶化的情况下可以利用连续振荡激光器，而在执行激活的情况下可以利用脉冲振荡激光器。
同样，可以在形成第一层间绝缘薄膜以前执行激活处理。
在热处理之后(在300到550℃进行1到12小时的热处理)，可以执行加氢处理。这一处理用包含在第一层间绝缘薄膜661中的氢终止了半导体层中的悬挂键。同时，加氢可以是等离子体加氢(利用由等离子体激励的氢)或者在含有3到100％氢的气氛中在300到650℃进行1到12小时的热处理。
接下来，在第一层间绝缘薄膜661上通过无机绝缘材料或有机绝缘材料形成了第二层间绝缘薄膜662。在本实施例中，形成厚度为1.6μm的丙烯酸树脂薄膜。但是，可以利用粘度为10到1000cp的优选为40到200cp且在表面上具有凹陷和凸起的丙烯酸树脂薄膜。
在本实施例中，为了阻止镜面反射，形成了在表面上具有凸起和凹陷的第二层间绝缘薄膜。因此，在象素电极的表面形成凸起和凹陷。为了通过在象素电极的表面形成凸起和凹陷而得到光散射的效果，凸起部分可以形成在象素电极下。在这种情况下，可以利用同形成TFT相同的光掩模来形成凸起部分。因此，可以不用增加任何步骤地形成凸起部分。根据需要如果可在基片上的除导线和TFT部分外的象素区域设置凸起部分。因此，可以在象素电极表面上、沿覆盖凸起部分的绝缘薄膜的表面上所形成的凸起和凹陷形成凸起或凹陷。
或者，第二层间绝缘薄膜662可以是具有展平表面的薄膜。在这种情况下，在形成象素电极以后，通过进行例如公知的喷砂法和蚀刻法的附加处理，在表面形成凸起和凹陷。优选地，通过阻止镜面反射和散射反射的光，提高了白度。
接下来，在形成第二层间绝缘薄膜662以后、形成第三层间绝缘薄膜672以接触第二层间绝缘薄膜662。
在驱动电路686中形成分别电连接到杂质区域的导线663到667。这些导线是通过将厚度为50nm的Ti薄膜和厚度为500nm的合金薄膜(Al和Ti的合金薄膜)进行层叠所得到的薄膜制作布线图案而得到的。它不限于两层结构也可以是一层结构或含三层或更多层的叠层结构。导线的材料也不限于Al和Ti。例如，导线可以通过在TaN膜上形成Al或Cu、然后通过图形化其中形成有Ti薄膜的叠层薄膜而形成(图28)。
在象素部分687内，形成一个象素电极670，一个栅极线669和一个连接电极668。通过连接电极668将源极线(层633a和633b的叠层)和象素TFT 684电连接。栅极线669同象素TFT 684的栅电极电连接。象素电极670同象素TFT 684的漏极区电连接。另外，象素电极670同作为形成电极的半导体层606电连接一存储电容器。理想的是，将如主要含Al或Ag的薄膜或叠层薄膜的具有极好的反射性的材料用于象素电极670。
在这种方式下，可以在同一基片上形成具有一个CMOS电路和一个象素部分687的驱动电路686，该CMOS电路包括一个n沟道TFT 681、一个p沟道TFT682、一个n沟道TFT 683，该象素部分687具有象素TFT 684和保持电容器685。因此完成一个有源矩阵基片。
驱动电路686的n沟道TFT 681具有一个沟道形成区域637，一个同第一导电层628a重叠的低密度杂质区域636，其形成为栅电极(GOLD区域)的一部分，和一个用作源极区域或漏极区域的高密度杂质区域652被注入。通过电极666连接的、同n沟道TFT 681一起形成CMOS电路的p沟道TFT 682具有一沟道形成区域640，一用作源极区域或漏极区域的高密度杂质区域653和一个掺杂p型杂质元素的杂质区域654被注入。n沟道TFT 683具有一个沟道形成区域643、一个同第一导电层630a重叠的低密度杂质区域642，其形成为栅电极(GOLD区域)的一部分、和一个用作源极区域或漏极区域的高密度杂质区域656。
象素部分的象素TFT 684具有一个沟道形成区域646、一个形成在栅极(LDD区域)的外面的低密度杂质区域645和一用作源极区域或漏极区域的高密度杂质区域658。n型掺杂杂质元素和p型掺杂杂质元素被添加到用作存储电容器685的一个电极的半导体薄膜中。该存储电容器685是利用绝缘薄膜616作为电介质由一电极(层632a和632b的叠层)和半导体层而形成的。
在本实施例中的象素结构排列成使光可以在象素电极之间的空间被阻挡且象素电极的末端可以不必使用黑色基质地同源极导线重叠。
可以结合实施例1到8来实施本实施例。
〖实施例8〗下面用图29解释本实施例，由实施例7制成的有源矩阵基片的反射型液晶显示装置的制造过程。
首先，根据实施例7在图28的状态得到一个有源矩阵基片以后，至少在图28所示的有源矩阵基片上的象素电极670上形成定向薄膜867并进行研磨处理(rubbing)。顺便提一句，在本实施例中，在形成定向薄膜867之前，丙烯酸树脂薄膜的有机树脂被图形化以在理想的位置形成柱状垫片以有间隙地支撑基片。同时，代替柱状垫片的球形垫片可以分布在基片的整个表面上。
然后，准备好了反基片869。接着，在反基片869上形成彩色层870、871和平面薄膜873。通过将一红色层870和一兰色层871重叠在一起形成一遮光部分。同时，遮光部分也可以通过部分重叠一红色层和一绿色层而形成。
在本实施例中用到如实施例7所示的基片。需要至少遮挡栅极导线669和象素电极670间的间隙、栅极导线669和连接电极668间的间隙以及连接电极668和象素电极670间的间隙。在这一实施例中，通过设置彩色层将基片粘合在一起，以使具有彩色层叠层的遮光部分同将要被遮光的部分重叠。
按照这种方式，通过遮光部分遮挡象素之间的间隙，从而减少处理的次数，该遮光部分具有不必形成如黑色基质的遮光层的彩色层叠层。
然后，在至少象素部分中的平面薄膜873上形成透明的导电薄膜的反电极876。在反基片的整个表面上形成一取向薄膜874并进行研磨处理。
然后，同象素部分和驱动电路一同形成的有源矩阵基片及反基片由密封元件868粘合在一起。密封元件868中掺有填充料，以使填充料和柱形垫片同两个基片通过一平坦的空间粘合在一起。然后，液晶材料875浇注在基片之间并由密封剂(未示出)完全密封。该液晶材料875可以是公知的液晶材料。在这种方式下，完成的是一如图29所示的反射型液晶显示装置。如果需要的话，有源矩阵基片或反基片可以分割成理想的形状。另外，一偏振板(未示出)只粘合在反基片上。然后，用已知的技术粘合FPC。
如上制造的液晶显示装置包括由半导体薄膜制造的TFT，其中被具有周期或均匀能量分布的激光束照射，且形成具有大晶粒尺寸的晶粒。因此，该液晶显示装置保证了好的操作特性和高的可靠性。该液晶显示装置可以用作各种电子仪器中的显示部分。
顺便说一下，可以结合实施例1到7来实施本实施例。
〖实施例9〗本实施例解释当在实施例7中制造有源矩阵基片时通过采用制造TFT的方法制造光发射器件的例子。在本说明书中，光发射器件通常指的是具有形成在被密封在基片和密封元件中间的基片上具有光发射元件的显示面板，和具有安装在显示面板上的TFTs等的显示组件。顺便说一下，光发射元件具有包括通过施加电场得到电发光的有机化合物的层(光发射层)、阳极层和阴极层。同时，在化合物中的电发光包括有依据从单受激态返回到基态(荧光)的光发射和依据从三重受激状态返回到基态(磷光)的光发射，包括光发射中的任何一个或两个都包括。
注意，在本说明书中，配置在光发射元件中的阳极和阴极间的所有层被定义为有机光发射层。特别地，有机光发射层包括有一光发射层、一空穴注入层、一电子注入层、一空穴输运层、一电子输运层等等。光发射元件的基本结构是按如下顺序排列的一阳极层、一光发射层、一阴极层重叠的叠层。该基本结构可以改变为以此顺序排列的一阳极层、一空穴注入层、一光发射层和一阴极层重叠的叠层，或是以此顺序排列的一阳极层、一空穴注入层、一光发射层、一电子输运层和一阴极层重叠的叠层。
包括空穴注入层、电子注入层、空穴输运层和电子输运层的该光发射元件可以是仅由无机化合物形成，也可以由有机化合物和无机化合物混合的材料形成。该光发射元件可以通过这些层的混合而形成。
图30A是通过第三层间绝缘薄膜750制造的本实施例的光发射器件的剖视图。在图30A中，在基片700上的开关TFT 733和电流控制TFT 734是通过采用实施例7的制造方法制造的。顺便说一下，尽管本实施例是一由两个沟道形成区域形成的双栅极结构，但也可以使用由一个沟道形成区域形成的单栅极结构或使用由三个沟道形成区域形成的三重栅极结构。
设置在基片700上的驱动电路中的n沟道TFT 731和p沟道TFT 732通过采用实施例7中的制造方法来形成。顺便说一下，尽管本实施例是一单栅极结构，但也可以使用双栅极结构或是三重栅极结构。
在光发射器件的情况下，第三层间绝缘薄膜750对于阻止包含在第二层间绝缘薄膜751中的水渗透到有机光发射层中是有效的。如果第二层间绝缘薄膜751具有有机树脂材料，则配置第三层间绝缘薄膜是750有效的，这是因为有机树脂层含有许多水。
完成了直至实施例7中的形成第三层间绝缘薄膜步骤的制造过程，把象素电极711形成在第三层间绝缘薄膜750上。
同时，标号711是一由透明的导电薄膜形成的象素电极(光发射元件的阳极)。可以利用氧化铟和氧化锡的化合物、氧化铟和氧化锌的化合物、氧化锌、氧化锡或氧化铟作为透明的导电薄膜。也可以利用添加了镓的透明导电薄膜。象素电极711是形成导线前在平坦的第三层间绝缘薄膜750上形成的。在本实施例中，因为TFT而通过使用由树脂制成的第二层间绝缘薄膜751来平整化台阶是非常重要的。要形成后者，光发射层，因为极薄，所以可以由于台阶的存在而引起差的光发射。因此，理想的是在形成象素电极前先进行平整化，以使光发射层尽可能平地形成。
在形成象素电极711以后，分别在栅绝缘膜752、第一层间绝缘薄膜753、第二层间绝缘薄膜751、第三层间绝缘薄膜750中形成接触孔。形成导电薄膜用于重叠位于第三层间绝缘薄膜750上的象素电极711，并形成抗蚀剂(resist)760。通过蚀刻导电薄膜利用抗蚀剂760形成电连接到TFT的每一个杂质区域的导线701到707。注意，在50nm厚的Ti薄膜和500nm厚的合金薄膜(Al和Ti的合金薄膜)的叠层薄膜图形化以形成导线。对于两层结构没有限制，当然，也可以利用单层结构或具有三层或更多层的叠层结构。另外，导线材料也不限于Al和Ti。例如叠层薄膜可以图形化以形成导线，其中Al或Au形成在TaN薄膜上，之后形成一Ti薄膜(图30B)。
导线707是电流控制TFT 734的源极导线(对应于电流供给线)。标号706是一个通过与电流控制TFT 734的象素电极711重叠而将象素电极711相连接的电极。
在形成导线701到707以后，如图30B所示不必去除抗蚀剂760而形成钝化薄膜712。形成该钝化薄膜712以便叠盖导线701到707、第三层间绝缘薄膜750和抗蚀剂760。该钝化薄膜712由氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氮化铝薄膜或一包括氮氧化铝的绝缘薄膜构成。该绝缘薄膜被用在单层或组合叠层中。象素电极711的一部分通过蚀刻钝化薄膜712而暴露。
在象素电极711上形成一光发射层713。顺便说一下，尽管图30B仅示出了一个象素，但本实施例单独地形成对应各自的色彩R(红)、G(绿)、B(兰)的光发射层。同时，在本实施例中，通过淀积的方法形成低分子量的有机光发射材料。特别是，这是一具有作为空穴注入层的厚度为20nm的铜酞菁(CuPc)薄膜和一作为光发射层的厚度为70nm的三-8-羟基喹林铝化合物(tris-8-qyuinolinolatoaluminu complex)(Alq3)薄膜的叠层结构。发射光的颜色可以通过向Alq3添加荧光颜料如喹吖啶酮、二萘嵌苯或DCM1来控制。
但是，以上的例子是一个把有机的光发射材料用作光发射层的例子，但不必限于此。令人满意的是通过自由组合光发射层、电荷输运层和电荷注入层形成了光发射层(用于光发射和载流子运动的层)。例如，尽管在这一实施例中示出了把低分子量的有机的光发射材料用于光发射层的示例，但也可以使用中等分子量的有机光发射材料或者高分子量的有机光发射材料。在本说明书中，中等分子量的有机光发射材料可被限定为没有升化性能或溶解性能的有机化合物的集合体(优选具有分子性为10或更少的集合体)，或是分子链长度为5μm或更短(优选50nm或更短)的有机化合物。作为利用高分子量电发光发射材料的例子，叠层板可通过旋转涂制方法由作为空穴注入层的厚度为20nm的聚噻吩(PEDOT)薄膜，和其上由作为光发射层的厚度为100nm的对亚苯基亚乙烯(paraphenylene-vinylene)(PPV)薄膜制成。光发射波长可以通过利用PPV的π共轭系统高分子从红光波到兰光波进行选择。可以利用无机材料例如碳化硅作为电荷输运层和电荷注入层。这些有机光发射材料和无机光发射材料由已知材料形成。
接下来，在光发射层713上提供导电薄膜的阴极714。在本实施例中，用铝和锂的合金作为导电薄膜。可以利用已知的MgAg薄膜(镁和银的合金膜)。可以利用属于元素周期表的1或2族的元素的导电薄膜或添加有这一元素的导电薄膜作为阴极材料。
在已形成阴极714的时候便制成了光发射元件715。顺便说一下，这里的光发射元件715指的是同象素电极(阳极)711、光发射层713和阴极714形成的二极管。
以这种方式提供保护膜754来完全覆盖光发射元件715是有效的。该保护膜754是由包括碳薄膜、氮化硅薄膜或氮氧化硅薄膜的绝缘薄膜形成，且使用的是单层或组合的叠层结构的绝缘薄膜。
在这种情况下，优选使用易于覆盖的薄膜作为保护薄膜754。利用碳薄膜，特别是DLC(类金刚石碳)薄膜是有效的。该DLC薄膜能够在从室温到100℃或更低的温度范围内淀积，可以容易地以低耐热方式淀积在光发射层713上。同时，该DLC薄膜具有高的阻挡氧的作用，可以抑制光发射层713氧化。因此，在随后的密封处理中防止光发射层713的氧化是一个问题。
在本实施例中，光发射层713与具有高阻挡作用的例如碳薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅、氮化铝或氮氧化铝的无机绝缘薄膜完全重叠，使其可以有效地阻止由于水和氧侵入光发射层而造成的光发射层的损坏。
另外，对于第三层间绝缘薄膜750、钝化薄膜712、有效地阻止了杂质渗入到光发射层的保护薄膜754优选地使用通过把硅作为靶的溅射方法而形成的氮硅薄膜。可以适当地选择淀积条件，优选用氮气(N2)或氮和氩气的混合气体作为溅射气体，通过施加高频电来实施溅射。基片温度可以设定为室温，无需使用加热装置。如果已经形成了有机绝缘薄膜和无机化合物层，则优选不用加热基片就能进行淀积。但是，为了完全去除所吸收的水或吸留水，优选地通过在真空下在大约50到100℃加热几分钟到几小时以完成脱水处理。
通过溅射方法在以下条件下形成氮化硅薄膜在室温下利用硅作为靶；施加13.56MHz的高频电；并使用氮气，其特征在于观察不到在红外吸收光谱中的N-H共生体和Si-H共生体的吸收峰及Si-O共生体的吸收峰。氧的密度和氢的密度不超过1原子％。因此，可以更有效地阻止例如氧和水的杂质渗透到光发射层。
另外，密封件717和光发射层715重叠以粘合盖元件718。所使用的密封件717可以是可紫外光固化的树脂。在其间提供一具有吸湿效果和抗氧化效果的基片是有效的。同时，在本实施例中，对于盖元件718用的是在其两侧上形成有碳薄膜(优选类金刚石碳薄膜)的玻璃基片、石英基片或塑料基片(包括塑料薄膜)。
因此，完成了具有如图30B所示结构的光发射器件的制作。顺便说明一下，多工艺室方案(或在线方案)的淀积装置形成钝化膜712后，可以在不暴露于空气下，有效连续地进行处理，以形成保护膜。另外，随着进一步的发展，可以在接合盖元件718，不暴露于空气下，连续进行处理。
以这种方式，在基片700上形成n-沟道TFTs 731、p-沟道TFT 732、开关TFT(n-沟道TFT)733和电流控制TFT(p-沟道TFT)734。
另外，如图30解释的一样，通过提供一经绝缘薄膜的同栅电极重叠的杂质区域，可以形成一阻止由于热载流子效应而产生的损坏的n-沟道TFT。因此可以得到一可靠的光发射器件。
同时，本实施例仅示出了象素部分和驱动电路的构造。但是，根据本实施例的制造处理程序，除了这些，可以在同一绝缘体上形成例如信号分割电路、D/A转换器、运算放大器、γ-校正电路的逻辑电路。另外，可以形成存储器或微处理器。
制造的光发射器件，其中具有周期或均匀能量分布的激光辐射且形成了大颗粒尺寸的晶粒。因此，光发射器件保证了好的操作特性和高的可靠性。光发射器件可以用作各种电子装置的显示部分。
顺便说明一下，可以结合实施例1到7实施本实施例。
〖实施例10〗本实施例将描述由激光辐射结晶的半导体薄膜的SEM。
在本实施例中，玻璃薄膜用等离子体CVD方法和厚度为400nm的氮氧化硅薄膜(成分比为Si＝32％、O＝59％、N＝7％、H＝2％)形成作为基底薄膜。随后，厚度为150nm的一非晶态硅薄膜由等离子体CVD方法作为半导体薄膜叠加在基底薄膜上。通过在500℃进行三个小时热处理而去除半导体薄膜中含有的氢以后，由激光退火方法使半导体薄膜结晶。使半导体薄膜结晶的激光退火条件为将YVO4激光器的二次谐波用作激光束、入射角θ设定为18°以形成矩形光束，当基片以50cm/s的速度移动时，以扫描方向成直角地照射半导体薄膜使其形成中心束斑。
对这样得到的结晶半导体薄膜进行seco蚀刻，图20示出了用1000倍的SEM观察结晶的半导体薄膜表面的结果。注意，seco蚀刻中的seco溶液一种通过对HF∶H2O＝2∶1使用了K2Cr2O7作为添加剂而制取的溶液。图20是通过图中箭头所指的方向相对地扫描束斑而得到的，且图20示出了以相对于扫描方向的垂直方向来形成大晶粒尺寸的晶粒的外貌。
因此，由于大颗粒尺寸的晶粒形成在半导体薄膜中，其中结晶是通过利用本发明进行的，当利用该半导体薄膜生产TFT时，可以减小包含在沟道形成区域内的晶体边界的数量。另外，由于单个晶粒具有结晶性所以基本上认为是单晶体，可以得到等于或大于使用单晶半导体的晶体管的高迁移率(场效应迁移率)。
另外，由于所形成的晶粒沿一个方向变完整，所以可以显著地减少载流子穿过晶粒边缘的次数。因此，可以减小开态电流值(一个在TFT的开状态流过的漏极电流)的改变，关态电流值(在TFT的关闭状态流过的漏极电流值)、阈值电压、S值、和场效应迁移率的改变。并大大提高了电特性。
〖实施例11〗本实施例将描述通过采用记录在日本专利特许公开号为平7-183540中的方法由激光辐射结晶的半导体薄膜的SEM。
根据实施例10，在非晶态硅薄膜形成以后，通过采用记录在日本专利特许公开号为平7-183540中的方法，一种含水的醋酸镍溶液(重量转换浓度5ppm，体积10m1)经旋涂施加到半导体薄膜的表面以在氮气中在500℃进行一个小时热处理，和在氮气中在550℃时进行12小时的热处理。随后，通过激光退火方法进行半导体薄膜的结晶改进。进行半导体薄膜的结晶改进的激光退火方法的条件是把YVO4激光器的二次谐波用作激光束、入射角θ设定为18°以形成矩形光束，当基片以50cm/s的速度移动时，以扫描方向成直角地照射半导体薄膜使其形成中心束斑。
对这样得到的结晶的半导体薄膜进行seco蚀刻，并用1000倍的SEM观察该结晶的半导体薄膜的表面。图21示出了观察结果。图21中的观察结果是通过相对沿图中箭头所指示的方向扫描激光束而得到的，且图21示出了沿相对于扫描方向的平行方向形成的大晶粒尺寸晶粒的外貌。另外，其特征在于图21所示的晶粒具有比图20所示的更少的沿与激光束的相对扫描方向相交的方向形成的晶粒边界。
因此地，由于大晶粒尺寸的晶粒在半导体薄膜中形成，其中结晶是通过使用本发明执行的，当利用该半导体薄膜生产TFT时，可以减小能被包含在沟道形成区域内的晶体边界的数量。另外，由于单个的晶粒具有结晶性所以基本上可以被认为是单晶，可以得到等于或大于使用单晶体半导体的晶体管的高的迁移率(场效应迁移率)。
另外，由于形成的晶粒沿一个方向变完整，所以可以显著地减少载流子穿过晶粒边界的次数。因此，可以减小开态电流值、关闭电流值、临界电压、S值、和场效应迁移率的改变。并大大提高了电特性。
〖实施例12〗本实施例将描述根据实施例10的用结晶半导体薄膜形成TFT的例子。
在本实施例中，玻璃薄膜作为基底薄膜，厚度为50nm的氮氧化硅薄膜(成分比率为Si＝32％、O＝27％、N＝24％、H＝17％)和厚度为100nm的氮氧化硅薄膜(成分比率为Si＝32％、O＝59％、N＝7％、H＝2％)由等离子体CVD方法叠层在基底薄膜上。随后，厚度为150nm的一非晶态硅薄膜由等离子体CVD方法作为半导体薄膜形成在基底薄膜上。通过在500℃进行3个小时热处理脱除半导体薄膜中含有的氢。然后，把YVO4激光器的二次谐波用作激光束，根据实施例10所述的条件进行结晶。
随后，进行第一掺杂处理。第一掺杂处理是一种控制阈值的沟道掺杂。第一掺杂处理是利用B2H6作为材料气体、设定气体的流速为30sccm、电流强度为0.05μA、加速电压为60kV、剂量为1×1014atoms/cm2而进行的。之后，完成图形化的制作以便以预定的形状蚀刻半导体薄膜，并通过等离子体CVD方法把厚度为115nm的氮氧化硅薄膜形成为覆盖所蚀刻的半导体薄膜的栅绝缘膜。接着，厚度为30nm的TaN薄膜和厚度为370nm的W薄膜作为导电薄膜叠层在栅绝缘膜上。
通过光刻形成由抗蚀剂(未示出)制成的掩模以蚀刻W薄膜、TaN薄膜和栅绝缘膜。随后，通过第二掺杂处理将给予n型的杂质元素导入到半导体薄膜中。在这种情况下，导电层分别变成关于给予n型杂质元素的掩模，和以自对准的方式形成的沟道形成区域夹在中间的杂质区域。在这一实施例中，由于半导体薄膜的厚度非常厚为150nm，所以把第二掺杂处理分成了两种要被执行的条件。在这一实施例中，首先，第一种条件的第二掺杂处理是通过使用磷化氢(PH3)作为材料气体、将剂量设为2×1013atoms/cm2且加速电压设为90kV来进行的。第二种条件的第二掺杂处理是通过把剂量设为5×1014atoms/cm2且把加速电压设到10kV而进行的。
接下来，去除由抗蚀剂制成的掩模，形成一新的由抗蚀剂制成的掩模以覆盖n-沟道TFT的半导体薄膜，且进行第三掺杂处理。通过第三掺杂处理，给予与一个导电型相反的导电型的杂质元素添加到杂质区域。该杂质区域形成在变成了p-沟道TFT的有源层的半导体薄膜中。该导电层用作杂质元素的掩模和添加了给予p型的杂质元素以便以自对准的方式形成杂质区域。在这一实施例中，由于半导体薄膜的厚度远厚于150nm所以第三掺杂处理被分成两种要被执行的条件。在这一实施例中，首先，第一种条件的第三掺杂处理是通过使用乙硼烷(B2H6)作为材料气体、把剂量设定为2×1013atoms/cm2且把加速电压设到90kV而进行的。之后，第二种条件的第三掺杂处理是通过把剂量设定为1×1015atoms/cm2且把加速电压设到10kV而进行的。
通过到现在为止的步骤，在相应的半导体薄膜中形成有把沟道形成区域夹在中间的杂质区域。
接下来，去除由抗蚀剂制成的掩模，且通过等离子体CVD方法，把厚度为50nm的氮氧化硅薄膜(成分比为Si＝32.8％、O＝63.7％、H＝3.5％)形成为第一层间绝缘薄膜。接着，半导体层结晶的恢复和加到相应的半导体层中的杂质元素的激活是通过热处理进行的。在这一实施例中，热处理是在氮气中在550℃时用退火炉通过热退火的方法经过四个小时而完成的。
接下来，由有机绝缘薄膜材料或无机绝缘薄膜材料所制成的第二层间绝缘薄膜形成在第一层间绝缘薄膜上。在这一实施例中，厚度为50nm的氮化硅薄膜由CVD方法形成，然后形成了厚度为400nm的氧化硅薄膜。接着，在热处理后可以进行加氢处理。在这一实施例中，热处理是用退火炉在氮气中在410℃下经过1个小时而完成的。
接下来，形成电连接各自的杂质区域的导线。在这一实施例中，厚度为50nm的Ti薄膜、厚度为500nm的Al-Si薄膜和厚度为50nm的Ti薄膜的叠层薄膜通过图形化以形成布线。当然，它并不限于两层结构，也可以是单层结构或是三层或更多层的叠层。另外，导线的材料并不限于Al和Ti。例如，导线可以通过在TaN薄膜上形成Al或Cu且通过对在其上形成有Ti薄膜的叠层薄膜的图形化来形成。
如上所述，形成一n-沟道TFT和一p-沟道TFT。通过测量电特性在图22A中示出了n-沟道TFT的电特性且在图22B中示出了p-沟道TFT的电特性。作为电特性的测量条件，假定测量点为两点，分别将栅极电压设定在-16V到16V的范围内，将漏极电压设定在1V和5V的范围内。而且，在图22A和图22B中，漏极电流(ID)和栅极电流(ID)用实线表示而迁移率(μFE)用虚线表示。
图22A和图22B示出的是使用实施例10中形成的结晶半导体薄膜所制成的TFT的电特性有了显著的提高。当TFT是使用半导体薄膜制成时，可以减少可能包含在沟道形成区域内的晶粒边界的数量，由于大颗粒尺寸的晶粒是被形成在通过采用本发明而结晶的半导体薄膜中。另外，由于晶粒是沿同一方向形成的，所以可以显著地减少载流子穿过晶粒边界的次数。因此，在n-沟道TFT处的迁移率为524cm2/Vs而在p-沟道TFT处的迁移率为205cm2/Vs。当通过使用这种TFT制造半导体器件时，可以提高半导体器件的迁移特性和可靠性。
〖实施例13〗本实施例将描述使用根据实施例11所结晶的半导体薄膜形成TFT的例子。
根据实施例11形成了一非晶硅薄膜来作为半导体薄膜。而且，通过采用记录在日本专利特许公开号为平7-183540中的方法，一种含水的乙酸镍溶液(重量转换浓度5ppm，体积10ml)经旋转涂制施加到半导体薄膜的表面，以形成一含有金属的涂层。然后在氮气中在500℃时进行一个小时热处理，和在氮气中在550℃时进行十二小时的热处理。随后，通过激光退火方法进行半导体薄膜结晶的改进。用激光退火方法完成半导体薄膜结晶的改进的条件是根据实施例11中所描述的条件来将YVO4激光器的二次谐波用作激光束。
根据实施例12，之后形成一n-沟道TFT和一p-沟道TFT。测量n-沟道TFT和p-沟道TFT的电特性，然后，在激光退火步骤中，分别在图23A中示出n-沟道TFT的电特性和在图23B中示出p-沟道TFT的电特性。作为电特性的测量条件，假定测量点为两点，分别将栅极电压(Vg)设定在-16V到16V的范围内，和将漏极电压(Vd)设定为1.5V。而且，在图23A和图23B中，漏极电流(ID)和栅极电流(ID)用实线表示，而迁移率(μFE)用虚线表示。
图23A和图23B示出了使用实施例11中所制造的半导体薄膜的TFT的电特性有了显著的提高。当TFT是利用半导体薄膜制成时，可以减少可能包含在沟道形成区域内的晶粒边界的数量，由于大颗粒尺寸的晶粒是被形成在通过利用本发明所结晶的半导体薄膜中。另外，由于晶粒是沿同一方向形成的，所以可以显著地减少载流子穿过晶粒边缘的次数。因此，可以明白在n-沟道TFT处的迁移率为595cm2/Vs且在p-沟道TFT处的迁移率为199cm2/Vs，这些迁移率非常优异。当通过使用这种TFT制造半导体器件时，可以提高半导体器件的迁移特性和可靠性。
〖实施例14〗给出的使用了由本发明的激光装置形成的半导体器件的电子装置的实施例被用于摄像机；数码相机；护目镜型型显示器(头部固定型显示器)；导航系统；声频再现装置(汽车音响、音响部件等)；膝上型计算机；游戏机；便携式信息终端(移动计算机、移动电话、便携式游戏机、电子图书，等)；和具有记录介质的带显示装置的图像再现装置(特别是带有可以再现例如数字化视频光盘(DVD)的记录介质并能显示图像的显示装置的装置)。在图24A到图24H中示出了该电子装置的典型示例。
图24A示出了显示装置，包括壳体2001、支座2002、显示部分2003、扬声器部分2004、视频输入终端2005，等等。应用由本发明所形成的光发射器件可以用在显示部分2003。半导体器件是自发光的且不需要背景光，因此可以制造成比液晶显示更薄的显示部分。显示装置的概念包括显示信息的每一种显示器件，例如个人计算机显示器、接收TV广播显示器、和广告显示器。
图24B示出了数码静态相机，包括主体2101、显示部分2102、图像接收部分2103、操作键2104、外部连接部分2105、快门2106等。应用本发明所形成的光发射器件可以用作显示部分2102，和其它电路。
图24C示出了膝上型计算机，包括主体2201、外壳2202、显示部分2203、键盘2204、外部连接部分2205、鼠标2206，等。应用本发明所形成的光发射器件可以用作显示部分2203，和其它电路。
图24D示出了移动型计算机，包括主体2301、显示部分2302、开关2303，操作键2304、红外线端口2305、等等。应用本发明所形成的光发射器件可以用作显示部分2302，和其它电路。
图24E示出了具有记录介质的便携式图像再现装置(特别是DVD播放器)。该装置包括包括主体2401、壳体2402、显示部分A 2403、显示部分B 2404、记录介质(DVD或其它)读取部分2405、操作键2406、扬声器部分2407，等。显示部分A 2403主要显示图像信息，而显示部分B 2403主要显示文本信息。应用本发明所形成的光发射器件可以用作显示部分A 2403和B 2404，和其它电路。具有记录介质的图像再现装置的概念包括家用游戏机。
图24F示出了护目镜型型显示器(头部固定型显示器)，其包括主体2501、显示部分2502、臂部分2503。应用本发明所形成的光发射器件可以用作显示部分2502，和其它电路。
图24G示出了视频摄像机，其包括主体2601、显示部分2602、外壳2603、外部接口2604、遥控接收部分2605、图像接收部分2606、电池2607、声频输入部分2608、操作键2609、目镜部分2610等。应用本发明所形成的光发射器件可以用作显示部分2202，和其它电路。
图24H示出了移动电话，其包括主体2701、外壳2702、显示部分2703、声频输入部分2704、视频输出部分2705、操作键2706、外部接口2707、天线2708，等。应用本发明所形成的光发射器件可以用作显示部分2703，和其它电路。如果显示部分2703在黑的背景下显示白色字符，则可以减小移动电话的能量消耗。
除了上述的电子装置外，光发射器件也可以用于前投影仪或背投影仪。
如上所述，应用本发明的光发射器件的应用范围很广且每个领域的电子装置都可以应用这一器件。本实施例的电子装置可应用实施例1到13所示的任一结构的半导体器件。
〖实施例15〗通常，在其上安装有要由激光辐射处理的物体的平台沿着设置在X方向和Y方向的导轨移动。同样，在导轨和其上安装有平台的部分(滑座)之间夹有一叫球(轴承)的曲线表面的物体，并安装了一个通过减小摩擦载荷实现平台的平滑移动的机构。
因为平台的往复移动使该球磨损或损坏所以要求通过定期保养来更换该球。为了更平滑地移动平台，还需要减小在平台移动期间所产生的摩擦。
图34A示出了本实施例的移动平台的机构(位置控制机构)。标号7000表示一个导轨，它沿一个方向形成有突起和凹陷以便沿一固定的方向移动平台。同样，标号7001是一称为滑座的安装有平台的能够沿导轨7000移动的部分。杆7002是穿过一设置在滑座7001上的孔并沿导轨方向安装的轴。杆7002由端板7004固定在导轨7000上。
通过缆线7003将电源电压和空气送到滑座7001。图34B示出了滑座7001的放大图。滑座7001从电源电压产生一磁场，通过这一磁场使滑座7001和导轨7000彼此吸引在一起。同样，滑座7001从电源电压产生一个沿一个将杆7002与设置在滑座7001上的孔分开方向的磁场，以阻止其彼此接触。同样，另一方面，传送的空气从气孔7005排出到滑座7001和导轨7000之间的空间里。滑座7001和导轨7000之间的距离保持恒定，这是因为受到了因磁场作用而在滑座7001和导轨7000相互吸引方向的力，并受到了因空气排出，而在滑座7001和导轨7000相互分开方向的力。
这里需要注意的是本发明并不限于通过经电缆所施加的电源电压来产生磁场的情况。也就是说，即使通过利用磁性材料形成滑座7001和导轨7000中的一个并通过受磁性材料吸引的材料形成其中的另一个而产生了磁场，也不会有什么问题。同样，即使滑座7001和导轨7000都是采用磁性材料形成的，也不会有什么问题。
同样，代替通过经电缆所施加的电源电压来产生磁场，也可利用磁性材料来形成杆7002和滑座7001中的一个。还可以使杆7002和滑座7001都用磁性材料来形成。
利用本实施例描述的移动平台的装置，可以沿导轨以不接触的方式移动平台，可以节省了由于球的磨损和损坏造成的球的周期性更换的必要性，也可以易于进行保养工作。同样，平台的移动以非接触的方式进行，所以很难发生摩擦且与应用球的情况相比可以更平滑地移动平台。
图34C示出了要由激光辐射进行操作的物体7011安装在固定在滑座7001上的平台7010上。借助本实施例的平台移动装置可以更平滑地移动平台，可以更均匀进行激光辐射。
可以结合第一到第十四实施例实施本实施例。
〖实施例16〗在本实施例中，描述活性振动去除座的例子。
图35A示出了本发明的激光装置安装在一活性振动去除座上的状态。这一活性振动去除座包括一将激光装置实际安装在其上的板7100、多个隔离器7102、一作为脚手架的支架7101、和控制器7103。
板7100安装在支架7101上使得隔离器7102夹在其中间。每一个隔离器7102包括一同万向机构安装在一起的万向活塞(气垫)以便检测振动并除去振动。同样，控制器7103控制每一个万向活塞的操作。
顺便说明一下，在图35A中，安装在板7100上的激光装置包括四个激光振荡装置7104。同时，标号7105表示一种可以通过改变从激光振荡装置7104输出的光路，并通过处理束斑的形状来聚焦激光束的光学系统。另外，关于本发明的光学系统7105的重要一点是可以通过使束斑相互重叠来组合从多个激光振荡装置7104输出的激光束的束斑。
该经过组合的束斑辐射到作为要被处理的物体的基片7106上。基片7106安装在平台7107上。在图35A中，位置控制装置7108和7109对应于控制要被处理物体上的束斑位置的装置，且平台7107的位置由位置控制装置7108和7109控制。位置控制装置7108执行平台7107在X方向的位置的控制，且位置控制装置7109执行平台7107在Y方向的位置的控制。
将参见图35B描述万向活塞的功能。在图35B中，在虚线7200所围成的部分内，示出了万向活塞的结构轮廓。万向活塞7200包括一固定在支架7101上的支撑座7202和一固定在板7100上的载荷盘7201。支撑杆7204被固定在载荷盘7201上，它实现了一种结构，即该结构在载荷盘7201由于板7100的振荡而摇摆时，支撑杆7204会在支撑座7202内以摆动的方式摇摆。
位移传感器7205在所指明的“X”位置处利用支撑杆7204监测载荷盘7201的位移。同样，位移传感器7205在由“X”指示的位置处利用第一加速度传感器7206监测载荷盘7201的位移的加速度，并在由位置“X0”指示的位置处用第二加速度传感器7207监测支架7101的位移的加速度。
三个监视器的结果被发送到控制器7103。控制器7103从位移传感器7205、第一加速度传感器7206、和第二加速度传感器7207监测的结果得到板7100的位移、位移的加速度、和位移的速度，且从这些值得到关于位移、加速度和速度的反馈值以便抑制板7100的振动。然后，按照关于位移、加速度和速度的反馈值，将压缩空气输送到万向活塞7200以给载荷盘7201一个反向的振动。
根据以上描述的结构，可以抵消一来自底部的振动，底部上安装有支架7101，和一从激光装置来的由于采用由压缩空气给出的振动所带来的位置控制装置7108和7109等的振动，并抑制板7100的振动。
这里需要注意的是即使控制器7103包括有给板7100施加一振动和在下次出现同样的振动时迅速去除振动的研究功能也不会有任何的问题。
通过抑制板7100的振动，可以阻止激光装置所拥有的光学系统的对准因振动而偏移的情况发生。特别是，上述结构特别适用于要求其中的束斑被用多个激光振荡装置合成的光学系统更精确地对准的情况。
可以结合第一到第十五实施例实施本实施例。
〖实施例17〗在本实施例中，将描述(i)各自束斑中心间的距离和(ii)在激光束相互重叠的情况下的能量密度间的关系。
图36用实线示出了每一激光束在中心轴线方向的能量密度的分布和用虚线示出了所组合的激光束的能量密度分布。通常，在中心轴线方向激光束的能量密度遵循高斯分布。
对于合成以前的激光束，其在满足能量密度1/e2或者较高的峰值的中心轴线方向上的宽度被设定为“1”且各波峰间的距离为“X”。同样，对于合成以后的激光束，从波谷值的平均值的波峰值和合成以后的波峰值的增加量为“Y”。经模拟得到的“X”和“Y”之间的关系在图37中被示出。注意在图37中，“Y”以百分比的形式表示的。
图37中，能量差值Y由下面的近似的表达式1表示。
表达式1Y＝60-293X+340X2(X是两种结果中较大的一个)从表达式1可以看出，在需要将能量差别设定在5％左右的情况下，例如，进行使“X”几乎等于0.584的设定就足够了。理想的是使“Y”等于零。但是，在这种情况下，激光束的长度缩短，所以优选“X”考虑整体的平衡再决定。
接下来，描述“Y”允许的范围。图38示出了在激光束具有椭圆形状时的YVO4激光器的输出(W)相对于其光束在中心轴线方向的宽度的分布。斜线指明的区域是得到合适结晶度所必须的能量输出范围，且可以看出只要合成的激光的输出能量保持在3.5到6W的范围内，就不会有什么问题。
当在合成以后激光束的能量输出的最大值和最小值接近于必须得到合适的结晶度的输出能量范围的内侧边时，可以得到适合的结晶度的能量差别Y成为最大。结果，在图38所示的情况下，能量差别变为±26.3％，且可以看出如果能量差别“Y”保持在这个范围内，就可以得到合适的结晶度。
这里必须注意的是，得到合适的结晶度所必须的输出能量范围根据判断为合适的结晶度范围而改变。同样，输出能量的分布根据激光束斑的形状而改变，所以，能量差别Y的允许范围不限于上述的值。要求设计者恰当地决定得到合适的结晶度所必须的输出能量的范围，且要求从所使用激光器的输出能量的分布设定能量差别Y的允许范围。
可以结合第一到每十六实施例实施本实施例。
采用本发明，激光不扫描和辐射到半导体薄膜的整个表面上，而是扫描至少每一个必不可少部分结晶。采用上述的结构，可以节省半导体薄膜结晶以后用于将激光辐射到通过图形化去除的每一部分的时间并可以明显地缩短处理一个基片要消耗的时间。
权利要求
1.一种半导体器件的制造方法，包括从多个激光振荡装置输出多个激光；通过用光学系统使多个激光的束斑在半导体薄膜上彼此重叠形成一个束斑；只在由图案信息所决定的半导体薄膜的区域上，通过扫描所述形成的束斑来提高由图案信息所决定的区域的结晶度；通过图形化其结晶度已被提高的所述区域、利用图案信息形成具有结晶度的岛状半导体薄膜。
2.一种半导体器件的制造方法，包括从多个激光振荡装置输出多个激光；通过用光学系统使多个激光的束斑彼此重叠以使所述束斑的中心在半导体薄膜上拉成一条直线形成一个束斑；仅在由图案信息所决定的半导体薄膜的区域上，通过扫描形成的束斑来提高由图案信息所决定的区域的结晶度；以及通过图形化其结晶度已被提高的所述区域、利用图案信息形成具有结晶度的岛状半导体薄膜。
3.根据权利要求1和2中的任一个的半导体器件的制造方法，其中所述激光振荡装置是连续振荡的固体激光器。
4.根据权利要求1和2中的任一个的半导体器件的制造方法，其中所述激光振荡装置是从包含连续振荡的YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器、Y2O3激光器和Ti:蓝宝石激光器的组中所选取的至少一种激光器。
5.根据权利要求1和2中的任一个的半导体器件的制造方法，其中所述激光振荡装置是从包含连续振荡的准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器的组中所选取的至少一种激光器。
6.根据权利要求1和2中的任一个的半导体器件的制造方法，其中所述激光是二次谐波。
7.根据权利要求1和2中的任一个的半导体器件的制造方法，其中所述激光振荡装置的数量的范围是从2到8。
8.一种半导体器件，它使用了根据权利要求1和2中的任一个的半导体器件的制造方法。
9.一种电子设备，使用了根据权利要求1和2中的任一个的半导体器件。
10.一种激光辐射方法包括从多个激光振荡装置输出多个激光；通过利用光学系统使多个激光的束斑在半导体薄膜上彼此重叠形成一个束斑；只在由图案信息所决定的半导体薄膜的区域上扫描形成的束斑。
11.一种激光辐射方法包括从多个激光振荡装置输出多个激光；通过利用光学系统使多个激光的束斑彼此重叠以使束斑中心在半导体薄膜上拉成一条直线形成一个束斑；只在由图案信息所决定的半导体薄膜的区域上扫描形成的束斑。
12.根据权利要求10和11中的任一个激光辐射方法，其中所述激光振荡装置是连续振荡的固体激光器。
13.根据权利要求10和11中的任一个的激光辐射方法，其中所述激光振荡装置是从包括连续振荡的YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器、Y2O3激光器和Ti:蓝宝石激光器的组中选择的至少一种激光器。
14.根据权利要求10和11中的任一个的激光辐射方法，其中所述激光振荡装置是从包括连续振荡的准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器的组中选择的至少一种激光器。
15.根据权利要求10和11中的任一个的激光辐射方法，其中所述激光是二次谐波。
16.根据权利要求10和11中的任一个的激光辐射方法，其中所述激光振荡装置的数量的范围是从2到8。
全文摘要
提供了一种可以提高基片处理的效率的连续振荡激光装置、一种激光辐射方法，和一种用该激光装置制造半导体器件的制造方法。根据掩模来控制在图形化以后应留在基片上的半导体薄膜的部分。然后，决定要由激光扫描的部分以便可以使至少通过图形化所得到的部分晶化。同时，束斑照射到要扫描的部分。因此，将半导体薄膜部分晶化。即，根据本发明，激光不扫描和辐射半导体薄膜的整个表面而是进行扫描使至少必不可少的部分被晶化。根据上述结构，可以节省激光辐射在半导体薄膜晶化以后将要通过图形化而去除的那一部分上所用的时间。
文档编号B23K26/06GK1555082SQ20041006347
公开日2004年12月15日 申请日期2002年10月30日 优先权日2001年10月30日
发明者山崎舜平, 大谷久, 广木正明, 田中幸一郎, 志贺爱子, 秋叶麻衣, 一郎, 子, 明, 衣 申请人:株式会社半导体能源研究所