JP4397571B2 - レーザ照射方法およびレーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光の照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、レーザ光の照射を工程に含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行う技術が広く研究されている。なお、本明細書中において、結晶性半導体膜とは、結晶化領域が存在する半導体膜のことを言い、全面が結晶化している半導体膜も含む。
【０００３】
エキシマレーザ等のパルスレーザ光を、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、レーザ光を移動させて(あるいはレーザ光の照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)アニールを行う方法が生産性が高く工業的に優れている。また、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）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。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る。
【０００４】
図７に、照射面においてレーザ光の形状を線状にするための光学系の構成の例を示す。この構成は極めて一般的なものであり、あらゆる前記光学系は図７の構成に準じている。この構成は、レーザ光の断面形状を線状に変換するだけでなく、同時に、照射面におけるレーザ光のエネルギー均一化を果たすものである。一般にビームのエネルギーの均一化を行う光学系をビームホモジナイザと呼ぶ。
【０００５】
レーザ７１から出たレーザ光は、シリンドリカルアレイレンズ７３により、レーザ光の進行方向に対して直角方向に分割される。該方向を本明細書中では、第１の方向と呼ぶことにする。前記第１の方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、７分割となっている。その後、シリンドリカルレンズ７４にて、レーザ光は照射面７９にて１つに合成される。これにより、線状ビームの長尺方向のエネルギーの均一化と長さが決定される。
【０００６】
次に、図７の側面図について説明する。レーザ７１から出たレーザ光は、シリンドリカルアレイレンズ７２ａと７２ｂにより、レーザ光の進行方向および前記第１の方向に直角方向に分割される。前記方向を本明細書中では、第２の方向と呼ぶことにする。前記第２の方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、４分割となっている。これらの分割されたレーザ光は、シリンドリカルアレイレンズ７４により、いったん１つのレーザ光にまとめられる。ミラー７７で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ７８により、照射面７９にて再び１つのレーザ光に集光される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことを言う。これにより、線状ビームの短尺方向のエネルギー均一化と短尺方向の長さが決定される。
【０００７】
例えば、レーザ７１として、レーザの出口で１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）であるエキシマレーザを用い、図７に示した構成を持つ光学系により成形すると、照射面７９においてエネルギー分布の一様な１２５ｍｍ×０．４ｍｍの線状ビームとすることができる。
【０００８】
このとき、上記光学系の母材は例えば全て石英とすれば高い透過率が得られる。また、コーティングは、使用するエキシマレーザの波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用すると良い。
【０００９】
そして、上記の構成で形成された線状ビームをそのレーザ光の短尺方向に徐々にずらしながら重ねて照射することにより、非晶質半導体の全面に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７で示したように、線状ビームを形成するための光学系は複雑なものになっている。このような光学系に対して光学調整を行うのは非常に困難である上、フットプリントが大きくなるため、装置が大型化するという問題がある。
【００１１】
さらに、被照射体に対する反射率が高いレーザ光を用いると、前記レーザ光が被照射体に垂直に入射した場合には、被照射体に入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光が発生する。戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす要因となる。
【００１２】
そこで本発明は、従来より簡易な光学系を用いて線状ビームを形成し、このような線状ビームを用いて効率良くアニールを行うことのできるレーザ照射装置およびこのようなレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法を提供することを課題とする。また、前記レーザ照射方法を工程に含む半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光を凸レンズに対して斜めに入射することで、非点収差などの収差を生じさせ、照射面またはその近傍におけるレーザ光の形状を線状とすることを特徴とする。
【００１４】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、レーザと、前記レーザから射出されたレーザ光の進行方向に対して斜めに設置され、前記レーザ光の形状を照射面またはその近傍において線状にする凸レンズと、を有することを特徴としている。
【００１５】
また、レーザ照射装置に関する発明の他の構成は、レーザと、前記レーザから射出されたレーザ光の進行方向に対して斜めに設置され、照射面またはその近傍において前記レーザ光の形状を線状にする凸レンズとを有するレーザ照射装置であって、
前記レーザから射出され、前記凸レンズを経由したレーザ光が基板上に形成された被照射体に入射するときのビーム幅をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記レーザ光は前記被照射体に対して、
θ≧ａｒｃtan（ｗ／（２×ｄ））
を満たす入射角θで入射することを特徴としている。
【００１６】
上記各構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気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。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。
【００１７】
また、上記各構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。例えば、ＹＡＧレーザは、基本波として、波長１０６５ｎｍのレーザ光を出すことで知られている。このレーザ光の珪素膜に対する吸収係数は非常に低く、このままでは半導体膜の１つである非晶質珪素膜の結晶化を行うことは技術的に困難である。ところが、このレーザ光は非線形光学素子を用いることにより、より短波長に変換することができ、高調波として、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）、第５高調波（２１３ｎｍ）が挙げられる。これらの高調波は非晶質珪素膜に対し吸収係数が高いので、非晶質珪素膜の結晶化に用いる事ができる。
【００１８】
また、上記各構成において、前記凸レンズは、非球面レンズであることを特徴としている。さらに、凸レンズとしてメニスカス、両凸レンズ、平凸レンズなどが挙げられるが、本発明における凸レンズはこれらのうちいずれのレンズでもよいし、レーザ光の入射面を凸レンズの２面のうちどちらの面としてもよい。
【００１９】
また、上記構成において、前記基板は、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。また、可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。
【００２０】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、レーザ光の進行方向に対して斜めに設置された凸レンズにより、照射面またはその近傍において線状ビームを形成し、前記線状ビームを被照射体に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２１】
また、レーザ照射方法に関する発明の他の構成は、レーザ光の進行方向に対して斜めに設置された凸レンズにより、照射面またはその近傍において線状ビームを形成し、前記線状ビームが基板上に形成された被照射体に入射するときのビーム幅をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記線状ビームは前記被照射体に対して、
θ≧ａｒｃtan（ｗ／（２×ｄ））
を満たす入射角θで入射し、
前記線状ビームを前記被照射体に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２２】
上記各構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気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。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。
【００２３】
また、上記各構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００２４】
また、上記各構成において、前記凸レンズは、非球面レンズであることを特徴としている。さらに、凸レンズとしてメニスカス、両凸レンズ、平凸レンズなどが挙げられるが、本発明における凸レンズはこれらのうちいずれのレンズでもよいし、レーザ光の入射面を凸レンズの２面のうちどちらの面としてもよい。
【００２５】
また、上記構成において、前記基板は、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。
【００２６】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、レーザ光の進行方向に対して斜めに設置された凸レンズにより、照射面またはその近傍において線状ビームを形成し、前記線状ビームを半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２７】
また、半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、レーザ光の進行方向に対して斜めに設置された凸レンズにより、照射面またはその近傍において線状ビームを形成し、前記線状ビームが基板上に形成された半導体膜に入射するときのビーム幅をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記線状ビームは前記半導体膜に対して、
θ≧ａｒｃtan（ｗ／（２×ｄ））
を満たす入射角θで入射し、
前記線状ビームを前記半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２８】
上記各構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気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。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。
【００２９】
また、上記各構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００３０】
また、上記各構成において、前記凸レンズは、非球面レンズであることを特徴としている。さらに、凸レンズとしてメニスカス、両凸レンズ、平凸レンズなどが挙げられるが、本発明における凸レンズはこれらのうちいずれのレンズでもよいし、レーザ光の入射面を凸レンズの２面のうちどちらの面としてもよい。
【００３１】
また、上記構成において、前記基板は、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。
【００３２】
また、上記各構成において、前記半導体膜は、珪素を含む膜であることが望ましい。
【００３３】
本発明は、非常に簡易な構成であるため、光学調整が容易であり、コンパクトな装置となる。また、複数のレーザ光を用いて照射する場合においても、光学系が簡易であるため、容易に全てのレーザ光の形状を同一のものとすることを可能とする。一様なアニールを行うために、複数のレーザ光の形状を同一なものとすることは大変重要なことである。このような複数のレーザ光を用いて大面積基板に照射すれば、スループットを向上させることを可能とする。また、このような複数のレーザ光を合成して用いることもできる。さらに、本発明は被照射体に対して斜めに入射するため、戻り光を防止することができ、アイソレータを設置する必要性がないため、より簡易な構成となっている。そのため、コストの低減を実現できる。また、基板上に形成されている半導体膜に対して、効率良く照射することができ、このような半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することを可能とする。そして、このようなＴＦＴから作製された半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、線状ビームを形成する方法について図１および図２を用いて説明する。
【００３５】
レーザ１０１から射出されたレーザ光は、ミラー１０２を経由して、凸レンズ１０３に入射する。ここで、レーザ１０１として、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。そして、レーザ１０１から発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。また、レーザ１０１とミラー１０２との間、またはミラー１０２と凸レンズ１０３との間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効である。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【００３６】
レーザ光は凸レンズ１０３に対して斜めに入射させる。このようにすることで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状ビーム１０６を形成することができる。なお、凸レンズ１０３は合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、凸レンズ１０３の表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。また、凸レンズは球面収差を補正した非球面レンズとするのが望ましい。非球面レンズを用いれば、集光性がよくなり、アスペクト比の向上やエネルギー密度の分布が向上する。
【００３７】
そして、このようにして形成される線状ビーム１０６を照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。相対的に移動するとは、例を挙げると、ステージに配置されている非照射体を操作することをいう。
【００３８】
しかしながら、レーザ光の波長によっては、被照射体１０４の表面での反射光と、被照射体１０４が形成されている基板１０５の裏面での反射光とで干渉してしまう場合がある。図２に被照射体１０４として、基板１０上に半導体膜１１を形成する例を示す。半導体膜１１での反射光１４と基板１０の裏面での反射光１３とが重ならなければ、これらの光による干渉は起こらない。
【００３９】
この場合、照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。ここでWは被照射体に入射するときのビーム長１５がｗ1、基板１０の裏面での反射光のビーム長がｗ2であるとき、W＝（ｗ1＋ｗ2）／２である。なお、レーザー光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことができる。また、被照射体に対する入射角θをブリュースタ―角とすれば反射率が最も低くなるので、レーザ光を効率的に用いることができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、線状ビームの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。
【００４０】
また、被照射体の表面に、反射防止膜が形成されていてもよい。
【００４１】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００４２】
なお、レーザから射出されたレーザ光の種類によってレーザ光の形状は異なり、光学系によって成形しても元の形状の影響を受けやすい。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザから射出されたレーザ光の形状は、矩形状であり、固体レーザから射出されたレーザ光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状である。いずれの形状においても、本発明を適用することは可能である。
【００４３】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例によりさらに詳細な説明を行うこととする。
【００４４】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、本発明により形成される線状ビームについてシミュレーションを行った例について図１および図３を用いて説明する。
【００４５】
レーザ１０１として、ＹＡＧレーザを用いる。レーザ１０１から発振されるレーザ光は、レーザ１０１の中に含まれる非線形光学素子により第２高調波に変換されているとする。このときレーザ光は、TEM00モード、ビーム径２．２５ｍｍ、拡がり角０．３５ｍｒａｄであるとする。
【００４６】
次いで、焦点距離２０ｍｍの凸レンズ１０３に対して入射角φを２０度として入射させる。そして、本実施例1においては凸レンズに対して平行に配置した照射面において、形成されるレーザ光の形状についてシミュレーションを行った。その結果を図３に示す。図３より、照射面において、長さ４２０μｍ、幅４０μｍの線状ビームが形成されることがわかる。またその線状ビームのエネルギー密度の分布は、ガウシアン分布である。
【００４７】
このシミュレーションの結果により、本発明により照射面またはその近傍において線状ビームが形成されることが確認できた。そして、このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００４８】
［実施例２］
本実施例では、複数のレーザを用いてレーザ光の照射を行う例について図４を用いて説明する。
【００４９】
レーザ１１１ａ〜１１１ｃとして、ＹＡＧレーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換する。そして、レーザ１１１ａ〜１１１ｃから射出されたそれぞれのレーザ光はミラー１１２ａ〜１１２ｃを経由した後、凸レンズ１１３ａ〜１１３ｃに対して斜めに入射する。斜めに入射することで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状ビームを形成することができる。また、凸レンズは非球面レンズを用いるのが望ましい。
【００５０】
なお、レーザ１１１ａ〜１１１ｃとミラー１１２ａ〜１１２ｃとの間、またはミラー１１２ａ〜１１２ｃと凸レンズ１１３ａ〜１１３ｃとの間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【００５１】
そして、このようにして形成される線状ビームを照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。
【００５２】
本発明は線状ビームを形成するための光学系が非常に簡易な構成であるため、複数のレーザ光を照射面において同一の形状の線状ビームとすることも容易である。そのため、どの線状ビームが照射した領域においても同一のアニールが行われるため被照射体の全面が一様の物性となり、スループットが向上する。
【００５３】
なお、本実施例では、レーザを３つ用いる例を挙げているが、レーザの数はこれに限定しないし、同じレーザを用いなくても良い。例えば、複数の異なるレーザを用い、所望の領域を所望のレーザによって照射して、異なる物性を有する半導体膜を形成し、異なる特性を有するＴＦＴを同一基板上に作製することも可能である。
【００５４】
［実施例３］
本実施例では、複数のレーザを用いて被照射体の両側からレーザ光の照射を行う例について図５を用いて説明する。
【００５５】
レーザ１２１ａ、１２１ｂとして、連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換する。そして、レーザ１２１ａ、１２１ｂから射出されたそれぞれのレーザ光はミラー１２２ａ、１２２ｂを経由した後、凸レンズ１２３ａ、１２３ｂに対して斜めに入射する。斜めに入射することで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状ビームを形成することができる。また、凸レンズは非球面レンズを用いるのが望ましい。
【００５６】
なお、レーザ１２１ａ、１２１ｂとミラー１２２ａ、１２２ｂとの間、またはミラー１２２ａ、１２２ｂと凸レンズ１２３ａ、１２３ｂとの間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【００５７】
そして、このようにして形成される線状ビームを照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。
【００５８】
本発明は線状ビームを形成するための光学系が非常に簡易な構成であるため、複数のレーザ光を照射面において同一の形状の線状ビームとすることも容易である。そのため、複数の線状ビームを重ね合わせることも容易に行うことができる。これは、被照射体によっては出力の低いレーザを用いる場合であっても、本実施例にしたがえば十分適用することが可能である。
【００５９】
なお、本実施例では、レーザを２つ用いる例を挙げているが、レーザの数はこれに限定しないし、異なるレーザを用いて照射しても良い。
【００６０】
また、本実施例は実施例２と組み合わせることが可能である。
【００６１】
［実施例４］
本実施例では、複数のレーザを用いて被照射体の表面において重ね合わせてレーザ光の照射を行う例について図６を用いて説明する。
【００６２】
レーザ１３１ａ、１３１ｂとして、連続発振のＹＬＦレーザを用い、非線形光学素子により第３高調波に変換する。そして、レーザ１３１ａ、１３１ｂから射出されたそれぞれのレーザ光は凸レンズ１３３ａ、１３３ｂに対して斜めに入射する。斜めに入射することで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状ビームを形成することができる。また、凸レンズは非球面レンズを用いるのが望ましい。
【００６３】
なお、レーザ１３１ａ、１３１ｂと凸レンズ１３３ａ、１３３ｂとの間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【００６４】
そして、このようにして形成される線状ビームを照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。
【００６５】
本発明は線状ビームを形成するための光学系が非常に簡易な構成であるため、複数のレーザ光を照射面において同一の形状の線状ビームとすることも容易である。そのため、複数の線状ビームを重ね合わせることも容易に行うことができる。これは、被照射体によっては出力の低いレーザを用いる場合であっても、本実施例にしたがえば十分適用することが可能である。
【００６６】
なお、本実施例では、レーザを２つ用いる例を挙げているが、レーザの数はこれに限定しないし、異なる複数のレーザを用いてもよい。また、レーザを照射面上にて合成しているが、合成した後、光学系により線状ビームを形成してもよい。
【００６７】
なお、本実施例は、実施例２または実施例３と自由に組み合わせることが可能である。
【００６８】
［実施例５］
本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図８〜図１１を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【００６９】
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。
【００７０】
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、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。
【００７１】
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、実施例１乃至４のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス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、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。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。前記半導体膜としては、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。
【００７２】
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、実施例１乃至４のいずれか一に示す光学系、またはこれらの実施例を組み合わせた光学系により線状ビームを形成して照射して第２の結晶性珪素幕を得る。前記第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、結晶性珪素膜を形成する。また、パルス発振のエキシマレーザを用いる場合には、周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜１０００mJ/cm2(代表的には２００〜８００mJ/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。
【００７３】
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。例えば、第１の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は３００ｃｍ2／Ｖｓ程度であるが、第２の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は５００〜６００ｃｍ2／Ｖｓ程度と著しく向上する。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cｍ2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【００７８】
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。
【００７９】
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、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした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。
【００８０】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図８（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【００８１】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【００８２】
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。
【００８３】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。（図８（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。
【００８４】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層４２８〜４３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域４２３〜４２７が形成される。不純物領域４２３〜４２７には１×１０18〜１×１０20／cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００８５】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４３４ａ〜４３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図９（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０15〜１×１０17/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域４３６、４４２、４４８には１×１０18〜５×１０19/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域４３５、４３８、４４１、４４４、４４７には１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【００８６】
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。
【００８７】
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記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域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９（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域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。
【００８８】
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。
【００８９】
次いで、レジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００９０】
次いで、図９（Ｃ）に示すように、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、実施例１乃至４のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス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、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を０．５〜２０００ｃｍ／ｓの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、周波数３００Ｈｚ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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行っても良い。
【００９３】
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。
【００９４】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【００９５】
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。
【００９６】
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１０）
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【０１０２】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１１に示す。なお、図８〜図１１に対応する部分には同じ符号を用いている。図１０中の鎖線Ａ−Ａ’は図１１中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１０中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１１中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【０１０３】
［実施例６］
本実施例では、実施例５で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図１２を用いる。
【０１０４】
まず、実施例５に従い、図１０の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１０のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜５６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜５６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ５７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１０５】
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。
【０１０６】
本実施例では、実施例５に示す基板を用いている。従って、実施例５の画素部の上面図を示す図１１では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１２に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１１０】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー分布の均一化が非常に容易であるレーザ光が照射されているため一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記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。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。
【０１１１】
なお、本実施例は実施例１乃至５と自由に組み合わせることが可能である。
【０１１２】
［実施例７］
本実施例では、実施例５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。
【０１１３】
なお、本明細書中では、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。
【０１１４】
図１３は本実施例の発光装置の断面図である。図１３において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１０のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。
【０１１５】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【０１１６】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１０のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１１７】
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。
【０１１８】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１０のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極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。
【０１２１】
配線７０１〜７０７を形成後、図１３に示すようにバンク７１２を形成する。バンク７１２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【０１２２】
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。
【０１２３】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１３では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ3）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ3にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
こうして図１３に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク７１２を形成した後、パッシベーション膜７１６を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【０１３１】
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。
【０１３２】
さらに、図１３を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０１３３】
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。
【０１３４】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布の均一化が非常に容易であるレーザ光が照射されているため一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。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。
【０１３５】
なお、本実施例は実施例１乃至５と自由に組み合わせることが可能である。
【０１３６】
［実施例８］
本実施例では、本発明の光学系を用いて半導体膜の結晶化を行った例について図１および図１７を用いて説明する。
【０１３７】
ガラス基板上に下地膜として、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）４００ｎｍを形成した。続いて、前記下地膜上に半導体膜として、プラズマＣＶＤ法により非晶質珪素膜１５０ｎｍを形成した。そして、５００℃で３時間の熱処理を行って、半導体膜が含有する水素を放出させた後、レーザアニール法により半導体膜の結晶化を行った。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてＹＶＯ4レーザの第２高調波を用い、図１で示した光学系における凸レンズ１０３に対するレーザ光の入射角φを１８°として矩形状ビームを形成し、基板を５０ｃｍ／ｓの速度で移動させながら照射して、半導体膜の結晶化を行った。
【０１３８】
このようにして得られた結晶性半導体膜にセコエッチングを行って、ＳＥＭにより１万倍にて表面を観察した結果を図１７に示す。なお、セコエッチングにおけるセコ液はＨＦ：Ｈ2Ｏ＝２：１に添加剤としてＫ2Ｃｒ2Ｏ7を用いて作製されるものである。図１７は、図中の矢印で示す方向にレーザ光を相対的に走査させて得られたものであり、走査方向に対して直角方向に大粒径の結晶粒が形成されている様子がわかる。
【０１３９】
このように、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等もしくはそれ以上の高いモビリティ（電界効果移動度）を得ることも可能である。
【０１４０】
さらに、形成された結晶粒が一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値（ＴＦＴがオン状態にある時に流れるドレイン電流値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフ状態にある時に流れるドレイン電流値）、しきい値電圧、Ｓ値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は著しく向上する。
【０１４１】
［実施例９］
本実施例では、実施例８とは異なる方法で半導体膜の結晶化を行った例について図１および図１８を用いて説明する。
【０１４２】
実施例８にしたがって、半導体膜として非晶質珪素膜まで形成した。そして、特開平７−１８３５４０号公報に記載された方法を利用し、前記半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度５ｐｐｍ、体積１０ｍｌ）を塗布し、５００℃の窒素雰囲気で１時間、５５０℃の窒素雰囲気で１２時間の熱処理を行った。続いて、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行う。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてＹＶＯ4レーザの第２高調波を用い、図１で示した光学系における凸レンズ１０３に対するレーザ光の入射角φを１８°として矩形状ビームを形成し、基板を５０ｃｍ／ｓの速度で移動させながら照射して、半導体膜の結晶性の向上を行った。
【０１４３】
このようにして得られた結晶性半導体膜にセコエッチングを行って、ＳＥＭにより１万倍にて表面を観察した。その結果を図１８に示す。図１８は、図中の矢印で示す方向にレーザ光を相対的に走査させて得られたものであり、走査方向に対して直角方向に大粒径の結晶粒が形成されている様子がわかる。また、図１７で示す結晶粒よりも図１８で示す結晶粒の方が、レーザ光の相対的な走査方向に対して交差する方向に形成される粒界が少ないことが特徴的である。
【０１４４】
このように、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等もしくはそれ以上の高いモビリティ（電界効果移動度）を得ることも可能である。
【０１４５】
さらに、形成された結晶粒が一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値、オフ電流値、しきい値電圧、Ｓ値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は著しく向上する。
【０１４６】
［実施例１０］
本実施例では、本発明の光学系を用いて半導体膜の結晶化を行い、その半導体膜を用いてＴＦＴを作製した例について、図１、図１９および図２０を用いて説明する。
【０１４７】
本実施例では基板２０として、ガラス基板を用い、ガラス基板上に下地膜２１として、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）５０ｎｍ、酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）１００ｎｍを積層した。次いで、下地膜２１上に半導体膜２２として、プラズマＣＶＤ法により非晶質珪素膜１５０ｎｍを形成した。そして、５００℃で３時間の熱処理を行って、半導体膜が含有する水素を放出させ、ＹＶＯ4レーザの第２高調波を図１で示した光学系における凸レンズ１０３に対するレーザ光の入射角φを１８°として矩形状ビームを形成し、５０ｃｍ／ｓの速度で走査した。（図１９（Ｂ））
【０１４８】
そして、第１のドーピング処理を行う。これはしきい値を制御するためのチャネルドープである。材料ガスとしてＢ2Ｈ6を用い、ガス流量３０ｓｃｃｍ、電流密度０．０５μＡ、加速電圧６０ｋＶ、ドーズ量１×１０14／ｃｍ2として行った。（図１９（Ｃ））
【０１４９】
続いて、パターニングを行って、半導体膜２４を所望の形状にエッチングした後、エッチングされた半導体膜を覆うゲート絶縁膜２７としてプラズマＣＶＤ法により膜厚１１５ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成する。次いで、ゲート絶縁膜２７上に導電膜として膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜２８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜２９を積層形成する。（図１９（Ｄ））
【０１５０】
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（図示せず）を形成して、Ｗ膜、ＴａＮ膜、ゲート絶縁膜をエッチングする。
【０１５１】
そして、レジストからなるマスクを除去し、新たにマスク３３を形成して第２のドーピング処理を行い、半導体膜にｎ型を付与する不純物元素を導入する。この場合、導電層３０、３１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３４が形成される。本実施例では第２のド−ピング処理は、半導体膜の膜厚が１５０ｎｍと厚いため２条件に分けて行った。本実施例では、材料ガスとしてフォスフィン（ＰＨ3）を用い、ドーズ量を２×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を９０ｋＶとして行った後、ドーズ量を５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を１０ｋＶとして行った。（図１９（Ｅ））
【０１５２】
次いで、レジストからなるマスク３３を除去した後、新たにレジストからなるマスク３５を形成して第３のドーピング処理を行う。この第３のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体膜に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域３６を形成する。導電層３０、３１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３６を形成する。本実施例では第３のド−ピング処理においても、半導体膜の膜厚が１５０ｎｍと厚いため２条件に分けて行った。本実施例では、材料ガスとしてジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用い、ドーズ量を２×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を９０ｋＶとして行った後、ドーズ量を１×１０15／ｃｍ2とし、加速電圧を１０ｋＶとして行った。（図１９（Ｆ））
【０１５３】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域３４、３６が形成される。
【０１５４】
次いで、レジストからなるマスク３５を除去して、プラズマＣＶＤ法により第１の層間絶縁膜３７として膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２．８％、Ｏ＝６３．７％、Ｈ＝３．５％）を形成した。
【０１５５】
次いで、熱処理により、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。本実施例ではファーネスアニール炉を用いた熱アニール法により、窒素雰囲気中にて５５０度４時間の熱処理を行った。（図１９（Ｇ））
【０１５６】
次いで、第１の層間絶縁膜３７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３８を形成する。本実施例では、ＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの窒化珪素膜を形成した後、膜厚４００ｎｍの酸化珪素膜を形成した。
【０１５７】
そして、熱処理を行うと水素化処理を行うことができる。本実施例では、ファーネスアニール炉を用い、４１０度で１時間、窒素雰囲気中にて熱処理を行った。
【０１５８】
続いて、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線３９を形成する。本実施例では、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍのＡｌ―Ｓｉ膜と、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜との積層膜をパターニングして形成した。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１９（Ｈ））
【０１５９】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５１とｐチャネル型ＴＦＴ５２が形成された。
これらの電気的特性を測定し、ｎチャネル型ＴＦＴ５１の電気的特性を図２０（Ａ）に、ｐチャネル型ＴＦＴ５２の電気的特性を図２０（Ｂ）に示す。電気的特性の測定条件は、測定点をそれぞれ２点とし、ゲート電圧Ｖｇ＝―１６〜１６Ｖの範囲で、ドレイン電圧Ｖｄ＝１、５Ｖとした。また、図２０において、ドレイン電流（ＩＤ）、ゲート電流（ＩＤ）は実線で、移動度（μＦＥ）は点線で示している。
【０１６０】
図２０より、本発明を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は著しく向上していることがわかる。これは、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができるためである。さらに、形成された結晶粒は一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、特に移動度が、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて５２４ｃｍ2／Ｖｓ、ｐチャネル型ＴＦＴにおいて２０５ｃｍ2／Ｖｓとなることがわかる。このようなＴＦＴを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【０１６１】
［実施例１１］
本実施例では、実施例１０とは異なる方法で半導体膜の結晶化を行い、その半導体膜を用いてＴＦＴを作製した例について、図１、図２１〜図２３を用いて説明する。
【０１６２】
実施例１０にしたがって、半導体膜として非晶質珪素膜まで形成する。そして、特開平７−１８３５４０号公報に記載された方法を利用し、前記半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度５ｐｐｍ、体積１０ｍｌ）を塗布して金属含有層４１を形成する。そして、５００℃の窒素雰囲気で１時間、５５０℃の窒素雰囲気で１２時間の熱処理を行った。（図２１（Ｂ））続いて、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行う。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてＹＶＯ4レーザの第２高調波を用い、図１で示した光学系における凸レンズ１０３に対するレーザ光の入射角φを１８°として矩形状ビームを形成して、基板を２０ｃｍ／ｓまたは５０ｃｍ／ｓの速度で移動させながら照射して、半導体膜の結晶性の向上を行った。（図２１（Ｃ））
【０１６３】
これ以降の工程は実施例１０にしたがって行い、ｎチャネル型ＴＦＴ５１とｐチャネル型ＴＦＴ５２が形成された。これらの電気的特性を測定し、レーザアニールにおいて、基板の速度を２０ｃｍ／ｓで移動させて作製したｎチャネル型ＴＦＴ５１の電気的特性を図２２（Ａ）に、ｐチャネル型ＴＦＴ５２の電気的特性を図２２（Ｂ）に示し、基板の速度を５０ｃｍ／ｓで移動させて作製したｎチャネル型ＴＦＴ５１の電気的特性を図２３（Ａ）に、ｐチャネル型ＴＦＴ５２の電気的特性を図２３（Ｂ）に示す。電気的特性の測定条件は、測定点をそれぞれ２点とし、ゲート電圧Ｖｇ＝―１６〜１６Ｖの範囲で、ドレイン電圧Ｖｄ＝１、５Ｖとした。また、図２２、図２３において、ドレイン電流（ＩＤ）、ゲート電流（ＩＤ）は実線で、移動度（μＦＥ）は点線で示している。
【０１６４】
図２２および図２３より、本発明を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は著しく向上していることがわかる。これは、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができるためである。さらに、形成された結晶粒は一方向に揃っているおり、かつ、レーザ光の相対的な走査方向に対して交差する方向に形成される粒界が少ないため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、特に移動度が、図２２ではｎチャネル型ＴＦＴにおいて５１０ｃｍ2／Ｖｓ、ｐチャネル型ＴＦＴにおいて２００ｃｍ2／Ｖｓと、図２３ではｎチャネル型ＴＦＴにおいて５９５ｃｍ2／Ｖｓ、ｐチャネル型ＴＦＴにおいて１９９ｃｍ2／Ｖｓと非常に優れていることがわかる。そして、このようなＴＦＴを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【０１６５】
［実施例１２］
実施例１０と実施例１１において、それぞれ異なる結晶化方法でＴＦＴを作製する一例について示したが、本実施例ではその結晶性の差異をＴＦＴの特性から検討した。
【０１６６】
図２５は実施例１１に従い、結晶化において触媒作用のあるニッケルを用いた熱結晶化とレーザ光の照射を組み合わせて作製した（以下ＰＧ６と称する）ＴＦＴのドレイン電流対ゲート電圧（ＩＤ−ＶＧ）特性におけるチャネル長依存性を示す。一方、図２６は実施例１０に従い、レーザ光の照射のみで作製した（以下ＬＧ６と称する）ＴＦＴのＩＤ−ＶＧ特性におけるチャネル長依存性を示す。チャネル長は（Ａ）１．５μm、（Ｂ）２．０μm、（Ｃ）３．０μmについて示している。なお、本実施例では、いずれもｎチャネル型ＴＦＴを用いて比較評価した。
【０１６７】
図２５と図２６は半導体膜の厚さを６６nmとした試料であり、この厚さであれば完全空乏型として動作する。両者の図を対比して明らかなように、チャネル長が２μm以下と短くなった場合に、オフ領域で顕著な差が見られた。すなわち、ＬＧ６で作製したＴＦＴにおいてドレイン電流が異常に跳ね上がる現象が観測された。この現象はチャネルドーズ量の依存性も確認されたが、いずれにしてもチャネル長が短くなるにつれてソース・ドレイン間の耐圧に関してＰＧ６の方がＬＧ６よりも優れていることが判明した。
【０１６８】
半導体膜の厚さが薄い完全空乏型においてソース・ドレイン耐圧に有意差が見られたが、半導体膜の厚さを１５０nmとした部分空乏型において同様な傾向が観察されるかを測定した。図２７と図２８にＩＤ−ＶＧ特性を示す。オフ領域におけるドレイン電流の異常な跳ね上がりは、ドレイン電圧にも影響され、ドレイン電圧が増加するとドレイン電流の異常な跳ね上がりが顕著となる。しかし、その影響を含めて考慮してもＰＧ６の方がソース・ドレイン間の耐圧に関して優れていることが判明し、部分空乏型においても、ＰＧ６の方がソース・ドレイン間耐圧は高いと判断された。
【０１６９】
以上の結果は、ＴＦＴの素子寸法をサブミクロンレベルに微細化する場合、ＰＧ６の方が適していることを示唆している。
【０１７０】
［実施例１３］
本発明を適用して、様々な半導体装置（アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型ＥＣ表示装置）を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【０１７１】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図１４、図１５及び図１６に示す。
【０１７２】
図１４（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【０１７３】
図１４（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０１７４】
図１４（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０１７５】
図１４（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明により作製された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。
【０１７６】
図１４（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（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。
【０１７７】
図１４（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【０１７８】
図１５（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【０１７９】
図１５（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【０１８０】
なお、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１５（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１８１】
また、図１５（Ｄ）は、図１５（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１５（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１８２】
ただし、図１５に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
【０１８３】
図１６（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【０１８４】
図１６（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製された半導体装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。
【０１８５】
図１６（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明により作製された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。
【０１８６】
以上の様に、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。また、本実施例の電子機器は実施例１〜６、８〜１２または１〜５、７〜１２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。
【０１８７】
［実施例１４］
本実施例では実施例1において凸レンズの代わりに、ディフラクティブオプティクス（回折格子）を用いて線状ビームを形成する例を図２４を用いて説明する。
【０１８８】
図２４にはレーザ４０１、ミラー４０２、ディフラクティブオプティクス４０３、線状ビーム４０６、非照射体１０４、ガラス基板１０５が記載されている。また１０７、１０８、１０９は基板が移動する方向が示されている。
【０１８９】
レーザ４０１から射出されたレーザ光を、ミラー４０２を経由して、ディフラクティブオプティクス４０３に入射すると、照射面またはその近傍において線状ビーム４０６を形成することができる。線状ビームの形状は、ディフラクティブオプティクスを適宜設計し、形成すれば良い。また線状ビームを、照射面に斜めに入射すると干渉を防ぐことができる。
【０１９０】
なお、レーザ４０１とミラー４０２との間、またはミラー４０２とディフラクティブオプティクス４０３との間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【０１９１】
そして、このようにして形成される線状ビームを照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。
【０１９２】
本発明は線状ビームを形成するための光学系が非常に簡易な構成であるため、複数のレーザ光を照射面において同一の形状の線状ビームとすることも容易である。そのため、どの線状ビームが照射した領域においても同一のアニールが行われるため被照射体の全面が一様の物性となり、スループットが向上する。
【０１９３】
なお、本実施例同様、実施例２乃至４においても、凸レンズをディフラクティブオプティクスに代えて用いることが出来る。
【０１９４】
なお、本実施例の光学系は実施例５乃至７と自由に組み合わせることができる。
【０１９５】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）非常に簡易な構成であるため、光学調整が容易であり、コンパクトな装置となる。これは複数の同じ種類のレーザまたは複数の異なる種類のレーザを用いた場合においても同様に、光学調整が容易であり、コンパクトな装置となる。
（ｂ）被照射体に対して斜めに入射するため、戻り光を防止することができ、より簡易な構成となる。
（ｃ）複数のレーザ光を用いてレーザ照射する場合においても、光学系が簡易であるため、容易に全てのレーザ光の形状を同一のものとすることを可能とする。そのため、被照射体に対して一様にアニールすることを可能とする。これは、大面積基板の場合に特に有効である。
（ｄ）複数のレーザ光を合成することを非常に容易なものとしている。そのため、出力の低いレーザであっても複数用いることで十分適用し得る。
（ｅ）スループットを向上させることを可能とする。
（ｆ）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２】 被照射体に対するレーザ光の入射角度θを求めるための図。
【図３】 本発明により照射面において形成されるレーザ光の形状の例を示す図。
【図４】 複数のレーザを用いる場合の本発明の光学系の例を示す図。
【図５】 複数のレーザを用いる場合の本発明の光学系の例を示す図。
【図６】 複数のレーザを用いる場合の本発明の光学系の例を示す図。
【図７】 従来の光学系の例を示す図。
【図８】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図９】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１０】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】 画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１２】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図。
【図１３】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１４】 半導体装置の例を示す図。
【図１５】 半導体装置の例を示す図。
【図１６】 半導体装置の例を示す図。
【図１７】 本発明を用いて半導体膜の結晶化を行って、ＳＥＭにより観察した例を示す図。
【図１８】 本発明を用いて半導体膜の結晶化を行って、ＳＥＭにより観察した例を示す図。
【図１９】 本発明を用いてＴＦＴを作製した例を示す図。
【図２０】 本発明を用いてＴＦＴを作製し、電気的特性を測定した例を示す図。
【図２１】 本発明を用いてＴＦＴを作製した例を示す図。
【図２２】 本発明を用いてＴＦＴを作製し、電気的特性を測定した例を示す図。
【図２３】 本発明を用いてＴＦＴを作製し、電気的特性を測定した例を示す図。
【図２４】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２５】 結晶化において触媒作用のあるニッケルを用いた熱結晶化とレーザ光の照射を組み合わせて作製したＴＦＴのＩＤ−ＶＧ特性を示すグラフでありチャネル長依存性を示す。
【図２６】 結晶化においてレーザ光の照射して作製したＩＤ−ＶＧ特性を示すグラフでありチャネル長依存性を示す。
【図２７】 完全空乏型（膜厚６６nm）におけるＴＦＴのＩＤ−ＶＧ特性を示すグラフ。
【図２８】 部分空乏型（膜厚１５０nm）におけるＴＦＴのＩＤ−ＶＧ特性を示すグラフ。
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光の照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、レーザ光の照射を工程に含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行う技術が広く研究されている。なお、本明細書中において、結晶性半導体膜とは、結晶化領域が存在する半導体膜のことを言い、全面が結晶化している半導体膜も含む。
【０００３】
エキシマレーザ等のパルスレーザ光を、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、レーザ光を移動させて(あるいはレーザ光の照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)アニールを行う方法が生産性が高く工業的に優れている。また、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）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。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る。
【０００４】
図７に、照射面においてレーザ光の形状を線状にするための光学系の構成の例を示す。この構成は極めて一般的なものであり、あらゆる前記光学系は図７の構成に準じている。この構成は、レーザ光の断面形状を線状に変換するだけでなく、同時に、照射面におけるレーザ光のエネルギー均一化を果たすものである。一般にビームのエネルギーの均一化を行う光学系をビームホモジナイザと呼ぶ。
【０００５】
レーザ７１から出たレーザ光は、シリンドリカルアレイレンズ７３により、レーザ光の進行方向に対して直角方向に分割される。該方向を本明細書中では、第１の方向と呼ぶことにする。前記第１の方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、７分割となっている。その後、シリンドリカルレンズ７４にて、レーザ光は照射面７９にて１つに合成される。これにより、線状ビームの長尺方向のエネルギーの均一化と長さが決定される。
【０００６】
次に、図７の側面図について説明する。レーザ７１から出たレーザ光は、シリンドリカルアレイレンズ７２ａと７２ｂにより、レーザ光の進行方向および前記第１の方向に直角方向に分割される。前記方向を本明細書中では、第２の方向と呼ぶことにする。前記第２の方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、４分割となっている。これらの分割されたレーザ光は、シリンドリカルアレイレンズ７４により、いったん１つのレーザ光にまとめられる。ミラー７７で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ７８により、照射面７９にて再び１つのレーザ光に集光される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことを言う。これにより、線状ビームの短尺方向のエネルギー均一化と短尺方向の長さが決定される。
【０００７】
例えば、レーザ７１として、レーザの出口で１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）であるエキシマレーザを用い、図７に示した構成を持つ光学系により成形すると、照射面７９においてエネルギー分布の一様な１２５ｍｍ×０．４ｍｍの線状ビームとすることができる。
【０００８】
このとき、上記光学系の母材は例えば全て石英とすれば高い透過率が得られる。また、コーティングは、使用するエキシマレーザの波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用すると良い。
【０００９】
そして、上記の構成で形成された線状ビームをそのレーザ光の短尺方向に徐々にずらしながら重ねて照射することにより、非晶質半導体の全面に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７で示したように、線状ビームを形成するための光学系は複雑なものになっている。このような光学系に対して光学調整を行うのは非常に困難である上、フットプリントが大きくなるため、装置が大型化するという問題がある。
【００１１】
さらに、被照射体に対する反射率が高いレーザ光を用いると、前記レーザ光が被照射体に垂直に入射した場合には、被照射体に入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光が発生する。戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす要因となる。
【００１２】
そこで本発明は、従来より簡易な光学系を用いて線状ビームを形成し、このような線状ビームを用いて効率良くアニールを行うことのできるレーザ照射装置およびこのようなレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法を提供することを課題とする。また、前記レーザ照射方法を工程に含む半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光を凸レンズに対して斜めに入射することで、非点収差などの収差を生じさせ、照射面またはその近傍におけるレーザ光の形状を線状とすることを特徴とする。
【００１４】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、レーザと、前記レーザから射出されたレーザ光の進行方向に対して斜めに設置され、前記レーザ光の形状を照射面またはその近傍において線状にする凸レンズと、を有することを特徴としている。
【００１５】
また、レーザ照射装置に関する発明の他の構成は、レーザと、前記レーザから射出されたレーザ光の進行方向に対して斜めに設置され、照射面またはその近傍において前記レーザ光の形状を線状にする凸レンズとを有するレーザ照射装置であって、
前記レーザから射出され、前記凸レンズを経由したレーザ光が基板上に形成された被照射体に入射するときのビーム幅をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記レーザ光は前記被照射体に対して、
θ≧ａｒｃtan（ｗ／（２×ｄ））
を満たす入射角θで入射することを特徴としている。
【００１６】
上記各構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気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。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。
【００１７】
また、上記各構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。例えば、ＹＡＧレーザは、基本波として、波長１０６５ｎｍのレーザ光を出すことで知られている。このレーザ光の珪素膜に対する吸収係数は非常に低く、このままでは半導体膜の１つである非晶質珪素膜の結晶化を行うことは技術的に困難である。ところが、このレーザ光は非線形光学素子を用いることにより、より短波長に変換することができ、高調波として、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）、第５高調波（２１３ｎｍ）が挙げられる。これらの高調波は非晶質珪素膜に対し吸収係数が高いので、非晶質珪素膜の結晶化に用いる事ができる。
【００１８】
また、上記各構成において、前記凸レンズは、非球面レンズであることを特徴としている。さらに、凸レンズとしてメニスカス、両凸レンズ、平凸レンズなどが挙げられるが、本発明における凸レンズはこれらのうちいずれのレンズでもよいし、レーザ光の入射面を凸レンズの２面のうちどちらの面としてもよい。
【００１９】
また、上記構成において、前記基板は、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。また、可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。
【００２０】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、レーザ光の進行方向に対して斜めに設置された凸レンズにより、照射面またはその近傍において線状ビームを形成し、前記線状ビームを被照射体に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２１】
また、レーザ照射方法に関する発明の他の構成は、レーザ光の進行方向に対して斜めに設置された凸レンズにより、照射面またはその近傍において線状ビームを形成し、前記線状ビームが基板上に形成された被照射体に入射するときのビーム幅をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記線状ビームは前記被照射体に対して、
θ≧ａｒｃtan（ｗ／（２×ｄ））
を満たす入射角θで入射し、
前記線状ビームを前記被照射体に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２２】
上記各構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気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。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。
【００２３】
また、上記各構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００２４】
また、上記各構成において、前記凸レンズは、非球面レンズであることを特徴としている。さらに、凸レンズとしてメニスカス、両凸レンズ、平凸レンズなどが挙げられるが、本発明における凸レンズはこれらのうちいずれのレンズでもよいし、レーザ光の入射面を凸レンズの２面のうちどちらの面としてもよい。
【００２５】
また、上記構成において、前記基板は、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。
【００２６】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、レーザ光の進行方向に対して斜めに設置された凸レンズにより、照射面またはその近傍において線状ビームを形成し、前記線状ビームを半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２７】
また、半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、レーザ光の進行方向に対して斜めに設置された凸レンズにより、照射面またはその近傍において線状ビームを形成し、前記線状ビームが基板上に形成された半導体膜に入射するときのビーム幅をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記線状ビームは前記半導体膜に対して、
θ≧ａｒｃtan（ｗ／（２×ｄ））
を満たす入射角θで入射し、
前記線状ビームを前記半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２８】
上記各構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気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。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。
【００２９】
また、上記各構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００３０】
また、上記各構成において、前記凸レンズは、非球面レンズであることを特徴としている。さらに、凸レンズとしてメニスカス、両凸レンズ、平凸レンズなどが挙げられるが、本発明における凸レンズはこれらのうちいずれのレンズでもよいし、レーザ光の入射面を凸レンズの２面のうちどちらの面としてもよい。
【００３１】
また、上記構成において、前記基板は、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。
【００３２】
また、上記各構成において、前記半導体膜は、珪素を含む膜であることが望ましい。
【００３３】
本発明は、非常に簡易な構成であるため、光学調整が容易であり、コンパクトな装置となる。また、複数のレーザ光を用いて照射する場合においても、光学系が簡易であるため、容易に全てのレーザ光の形状を同一のものとすることを可能とする。一様なアニールを行うために、複数のレーザ光の形状を同一なものとすることは大変重要なことである。このような複数のレーザ光を用いて大面積基板に照射すれば、スループットを向上させることを可能とする。また、このような複数のレーザ光を合成して用いることもできる。さらに、本発明は被照射体に対して斜めに入射するため、戻り光を防止することができ、アイソレータを設置する必要性がないため、より簡易な構成となっている。そのため、コストの低減を実現できる。また、基板上に形成されている半導体膜に対して、効率良く照射することができ、このような半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することを可能とする。そして、このようなＴＦＴから作製された半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、線状ビームを形成する方法について図１および図２を用いて説明する。
【００３５】
レーザ１０１から射出されたレーザ光は、ミラー１０２を経由して、凸レンズ１０３に入射する。ここで、レーザ１０１として、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。そして、レーザ１０１から発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。また、レーザ１０１とミラー１０２との間、またはミラー１０２と凸レンズ１０３との間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効である。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【００３６】
レーザ光は凸レンズ１０３に対して斜めに入射させる。このようにすることで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状ビーム１０６を形成することができる。なお、凸レンズ１０３は合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、凸レンズ１０３の表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。また、凸レンズは球面収差を補正した非球面レンズとするのが望ましい。非球面レンズを用いれば、集光性がよくなり、アスペクト比の向上やエネルギー密度の分布が向上する。
【００３７】
そして、このようにして形成される線状ビーム１０６を照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。相対的に移動するとは、例を挙げると、ステージに配置されている非照射体を操作することをいう。
【００３８】
しかしながら、レーザ光の波長によっては、被照射体１０４の表面での反射光と、被照射体１０４が形成されている基板１０５の裏面での反射光とで干渉してしまう場合がある。図２に被照射体１０４として、基板１０上に半導体膜１１を形成する例を示す。半導体膜１１での反射光１４と基板１０の裏面での反射光１３とが重ならなければ、これらの光による干渉は起こらない。
【００３９】
この場合、照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。ここでWは被照射体に入射するときのビーム長１５がｗ1、基板１０の裏面での反射光のビーム長がｗ2であるとき、W＝（ｗ1＋ｗ2）／２である。なお、レーザー光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことができる。また、被照射体に対する入射角θをブリュースタ―角とすれば反射率が最も低くなるので、レーザ光を効率的に用いることができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、線状ビームの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。
【００４０】
また、被照射体の表面に、反射防止膜が形成されていてもよい。
【００４１】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００４２】
なお、レーザから射出されたレーザ光の種類によってレーザ光の形状は異なり、光学系によって成形しても元の形状の影響を受けやすい。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザから射出されたレーザ光の形状は、矩形状であり、固体レーザから射出されたレーザ光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状である。いずれの形状においても、本発明を適用することは可能である。
【００４３】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例によりさらに詳細な説明を行うこととする。
【００４４】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、本発明により形成される線状ビームについてシミュレーションを行った例について図１および図３を用いて説明する。
【００４５】
レーザ１０１として、ＹＡＧレーザを用いる。レーザ１０１から発振されるレーザ光は、レーザ１０１の中に含まれる非線形光学素子により第２高調波に変換されているとする。このときレーザ光は、TEM00モード、ビーム径２．２５ｍｍ、拡がり角０．３５ｍｒａｄであるとする。
【００４６】
次いで、焦点距離２０ｍｍの凸レンズ１０３に対して入射角φを２０度として入射させる。そして、本実施例1においては凸レンズに対して平行に配置した照射面において、形成されるレーザ光の形状についてシミュレーションを行った。その結果を図３に示す。図３より、照射面において、長さ４２０μｍ、幅４０μｍの線状ビームが形成されることがわかる。またその線状ビームのエネルギー密度の分布は、ガウシアン分布である。
【００４７】
このシミュレーションの結果により、本発明により照射面またはその近傍において線状ビームが形成されることが確認できた。そして、このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００４８】
［実施例２］
本実施例では、複数のレーザを用いてレーザ光の照射を行う例について図４を用いて説明する。
【００４９】
レーザ１１１ａ〜１１１ｃとして、ＹＡＧレーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換する。そして、レーザ１１１ａ〜１１１ｃから射出されたそれぞれのレーザ光はミラー１１２ａ〜１１２ｃを経由した後、凸レンズ１１３ａ〜１１３ｃに対して斜めに入射する。斜めに入射することで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状ビームを形成することができる。また、凸レンズは非球面レンズを用いるのが望ましい。
【００５０】
なお、レーザ１１１ａ〜１１１ｃとミラー１１２ａ〜１１２ｃとの間、またはミラー１１２ａ〜１１２ｃと凸レンズ１１３ａ〜１１３ｃとの間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【００５１】
そして、このようにして形成される線状ビームを照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。
【００５２】
本発明は線状ビームを形成するための光学系が非常に簡易な構成であるため、複数のレーザ光を照射面において同一の形状の線状ビームとすることも容易である。そのため、どの線状ビームが照射した領域においても同一のアニールが行われるため被照射体の全面が一様の物性となり、スループットが向上する。
【００５３】
なお、本実施例では、レーザを３つ用いる例を挙げているが、レーザの数はこれに限定しないし、同じレーザを用いなくても良い。例えば、複数の異なるレーザを用い、所望の領域を所望のレーザによって照射して、異なる物性を有する半導体膜を形成し、異なる特性を有するＴＦＴを同一基板上に作製することも可能である。
【００５４】
［実施例３］
本実施例では、複数のレーザを用いて被照射体の両側からレーザ光の照射を行う例について図５を用いて説明する。
【００５５】
レーザ１２１ａ、１２１ｂとして、連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換する。そして、レーザ１２１ａ、１２１ｂから射出されたそれぞれのレーザ光はミラー１２２ａ、１２２ｂを経由した後、凸レンズ１２３ａ、１２３ｂに対して斜めに入射する。斜めに入射することで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状ビームを形成することができる。また、凸レンズは非球面レンズを用いるのが望ましい。
【００５６】
なお、レーザ１２１ａ、１２１ｂとミラー１２２ａ、１２２ｂとの間、またはミラー１２２ａ、１２２ｂと凸レンズ１２３ａ、１２３ｂとの間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【００５７】
そして、このようにして形成される線状ビームを照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。
【００５８】
本発明は線状ビームを形成するための光学系が非常に簡易な構成であるため、複数のレーザ光を照射面において同一の形状の線状ビームとすることも容易である。そのため、複数の線状ビームを重ね合わせることも容易に行うことができる。これは、被照射体によっては出力の低いレーザを用いる場合であっても、本実施例にしたがえば十分適用することが可能である。
【００５９】
なお、本実施例では、レーザを２つ用いる例を挙げているが、レーザの数はこれに限定しないし、異なるレーザを用いて照射しても良い。
【００６０】
また、本実施例は実施例２と組み合わせることが可能である。
【００６１】
［実施例４］
本実施例では、複数のレーザを用いて被照射体の表面において重ね合わせてレーザ光の照射を行う例について図６を用いて説明する。
【００６２】
レーザ１３１ａ、１３１ｂとして、連続発振のＹＬＦレーザを用い、非線形光学素子により第３高調波に変換する。そして、レーザ１３１ａ、１３１ｂから射出されたそれぞれのレーザ光は凸レンズ１３３ａ、１３３ｂに対して斜めに入射する。斜めに入射することで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状ビームを形成することができる。また、凸レンズは非球面レンズを用いるのが望ましい。
【００６３】
なお、レーザ１３１ａ、１３１ｂと凸レンズ１３３ａ、１３３ｂとの間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【００６４】
そして、このようにして形成される線状ビームを照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。
【００６５】
本発明は線状ビームを形成するための光学系が非常に簡易な構成であるため、複数のレーザ光を照射面において同一の形状の線状ビームとすることも容易である。そのため、複数の線状ビームを重ね合わせることも容易に行うことができる。これは、被照射体によっては出力の低いレーザを用いる場合であっても、本実施例にしたがえば十分適用することが可能である。
【００６６】
なお、本実施例では、レーザを２つ用いる例を挙げているが、レーザの数はこれに限定しないし、異なる複数のレーザを用いてもよい。また、レーザを照射面上にて合成しているが、合成した後、光学系により線状ビームを形成してもよい。
【００６７】
なお、本実施例は、実施例２または実施例３と自由に組み合わせることが可能である。
【００６８】
［実施例５］
本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図８〜図１１を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【００６９】
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。
【００７０】
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、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。
【００７１】
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、実施例１乃至４のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス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、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。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。前記半導体膜としては、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。
【００７２】
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、実施例１乃至４のいずれか一に示す光学系、またはこれらの実施例を組み合わせた光学系により線状ビームを形成して照射して第２の結晶性珪素幕を得る。前記第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、結晶性珪素膜を形成する。また、パルス発振のエキシマレーザを用いる場合には、周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜１０００mJ/cm2(代表的には２００〜８００mJ/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。
【００７３】
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。例えば、第１の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は３００ｃｍ2／Ｖｓ程度であるが、第２の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は５００〜６００ｃｍ2／Ｖｓ程度と著しく向上する。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cｍ2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【００７８】
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。
【００７９】
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、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした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。
【００８０】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図８（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【００８１】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【００８２】
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。
【００８３】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。（図８（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。
【００８４】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層４２８〜４３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域４２３〜４２７が形成される。不純物領域４２３〜４２７には１×１０18〜１×１０20／cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００８５】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４３４ａ〜４３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図９（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０15〜１×１０17/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域４３６、４４２、４４８には１×１０18〜５×１０19/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域４３５、４３８、４４１、４４４、４４７には１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【００８６】
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。
【００８７】
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記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域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９（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域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。
【００８８】
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。
【００８９】
次いで、レジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００９０】
次いで、図９（Ｃ）に示すように、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、実施例１乃至４のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス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、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を０．５〜２０００ｃｍ／ｓの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、周波数３００Ｈｚ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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行っても良い。
【００９３】
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。
【００９４】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【００９５】
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。
【００９６】
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１０）
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【０１０２】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１１に示す。なお、図８〜図１１に対応する部分には同じ符号を用いている。図１０中の鎖線Ａ−Ａ’は図１１中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１０中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１１中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【０１０３】
［実施例６］
本実施例では、実施例５で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図１２を用いる。
【０１０４】
まず、実施例５に従い、図１０の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１０のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜５６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜５６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ５７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１０５】
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。
【０１０６】
本実施例では、実施例５に示す基板を用いている。従って、実施例５の画素部の上面図を示す図１１では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１２に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１１０】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー分布の均一化が非常に容易であるレーザ光が照射されているため一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記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。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。
【０１１１】
なお、本実施例は実施例１乃至５と自由に組み合わせることが可能である。
【０１１２】
［実施例７］
本実施例では、実施例５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。
【０１１３】
なお、本明細書中では、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。
【０１１４】
図１３は本実施例の発光装置の断面図である。図１３において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１０のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。
【０１１５】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【０１１６】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１０のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１１７】
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。
【０１１８】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１０のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極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。
【０１２１】
配線７０１〜７０７を形成後、図１３に示すようにバンク７１２を形成する。バンク７１２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【０１２２】
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。
【０１２３】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１３では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ3）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ3にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
こうして図１３に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク７１２を形成した後、パッシベーション膜７１６を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【０１３１】
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。
【０１３２】
さらに、図１３を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０１３３】
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。
【０１３４】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布の均一化が非常に容易であるレーザ光が照射されているため一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。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。
【０１３５】
なお、本実施例は実施例１乃至５と自由に組み合わせることが可能である。
【０１３６】
［実施例８］
本実施例では、本発明の光学系を用いて半導体膜の結晶化を行った例について図１および図１７を用いて説明する。
【０１３７】
ガラス基板上に下地膜として、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）４００ｎｍを形成した。続いて、前記下地膜上に半導体膜として、プラズマＣＶＤ法により非晶質珪素膜１５０ｎｍを形成した。そして、５００℃で３時間の熱処理を行って、半導体膜が含有する水素を放出させた後、レーザアニール法により半導体膜の結晶化を行った。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてＹＶＯ4レーザの第２高調波を用い、図１で示した光学系における凸レンズ１０３に対するレーザ光の入射角φを１８°として矩形状ビームを形成し、基板を５０ｃｍ／ｓの速度で移動させながら照射して、半導体膜の結晶化を行った。
【０１３８】
このようにして得られた結晶性半導体膜にセコエッチングを行って、ＳＥＭにより１万倍にて表面を観察した結果を図１７に示す。なお、セコエッチングにおけるセコ液はＨＦ：Ｈ2Ｏ＝２：１に添加剤としてＫ2Ｃｒ2Ｏ7を用いて作製されるものである。図１７は、図中の矢印で示す方向にレーザ光を相対的に走査させて得られたものであり、走査方向に対して直角方向に大粒径の結晶粒が形成されている様子がわかる。
【０１３９】
このように、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等もしくはそれ以上の高いモビリティ（電界効果移動度）を得ることも可能である。
【０１４０】
さらに、形成された結晶粒が一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値（ＴＦＴがオン状態にある時に流れるドレイン電流値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフ状態にある時に流れるドレイン電流値）、しきい値電圧、Ｓ値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は著しく向上する。
【０１４１】
［実施例９］
本実施例では、実施例８とは異なる方法で半導体膜の結晶化を行った例について図１および図１８を用いて説明する。
【０１４２】
実施例８にしたがって、半導体膜として非晶質珪素膜まで形成した。そして、特開平７−１８３５４０号公報に記載された方法を利用し、前記半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度５ｐｐｍ、体積１０ｍｌ）を塗布し、５００℃の窒素雰囲気で１時間、５５０℃の窒素雰囲気で１２時間の熱処理を行った。続いて、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行う。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてＹＶＯ4レーザの第２高調波を用い、図１で示した光学系における凸レンズ１０３に対するレーザ光の入射角φを１８°として矩形状ビームを形成し、基板を５０ｃｍ／ｓの速度で移動させながら照射して、半導体膜の結晶性の向上を行った。
【０１４３】
このようにして得られた結晶性半導体膜にセコエッチングを行って、ＳＥＭにより１万倍にて表面を観察した。その結果を図１８に示す。図１８は、図中の矢印で示す方向にレーザ光を相対的に走査させて得られたものであり、走査方向に対して直角方向に大粒径の結晶粒が形成されている様子がわかる。また、図１７で示す結晶粒よりも図１８で示す結晶粒の方が、レーザ光の相対的な走査方向に対して交差する方向に形成される粒界が少ないことが特徴的である。
【０１４４】
このように、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等もしくはそれ以上の高いモビリティ（電界効果移動度）を得ることも可能である。
【０１４５】
さらに、形成された結晶粒が一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値、オフ電流値、しきい値電圧、Ｓ値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は著しく向上する。
【０１４６】
［実施例１０］
本実施例では、本発明の光学系を用いて半導体膜の結晶化を行い、その半導体膜を用いてＴＦＴを作製した例について、図１、図１９および図２０を用いて説明する。
【０１４７】
本実施例では基板２０として、ガラス基板を用い、ガラス基板上に下地膜２１として、プラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）５０ｎｍ、酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）１００ｎｍを積層した。次いで、下地膜２１上に半導体膜２２として、プラズマＣＶＤ法により非晶質珪素膜１５０ｎｍを形成した。そして、５００℃で３時間の熱処理を行って、半導体膜が含有する水素を放出させ、ＹＶＯ4レーザの第２高調波を図１で示した光学系における凸レンズ１０３に対するレーザ光の入射角φを１８°として矩形状ビームを形成し、５０ｃｍ／ｓの速度で走査した。（図１９（Ｂ））
【０１４８】
そして、第１のドーピング処理を行う。これはしきい値を制御するためのチャネルドープである。材料ガスとしてＢ2Ｈ6を用い、ガス流量３０ｓｃｃｍ、電流密度０．０５μＡ、加速電圧６０ｋＶ、ドーズ量１×１０14／ｃｍ2として行った。（図１９（Ｃ））
【０１４９】
続いて、パターニングを行って、半導体膜２４を所望の形状にエッチングした後、エッチングされた半導体膜を覆うゲート絶縁膜２７としてプラズマＣＶＤ法により膜厚１１５ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成する。次いで、ゲート絶縁膜２７上に導電膜として膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜２８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜２９を積層形成する。（図１９（Ｄ））
【０１５０】
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（図示せず）を形成して、Ｗ膜、ＴａＮ膜、ゲート絶縁膜をエッチングする。
【０１５１】
そして、レジストからなるマスクを除去し、新たにマスク３３を形成して第２のドーピング処理を行い、半導体膜にｎ型を付与する不純物元素を導入する。この場合、導電層３０、３１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３４が形成される。本実施例では第２のド−ピング処理は、半導体膜の膜厚が１５０ｎｍと厚いため２条件に分けて行った。本実施例では、材料ガスとしてフォスフィン（ＰＨ3）を用い、ドーズ量を２×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を９０ｋＶとして行った後、ドーズ量を５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を１０ｋＶとして行った。（図１９（Ｅ））
【０１５２】
次いで、レジストからなるマスク３３を除去した後、新たにレジストからなるマスク３５を形成して第３のドーピング処理を行う。この第３のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体膜に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域３６を形成する。導電層３０、３１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３６を形成する。本実施例では第３のド−ピング処理においても、半導体膜の膜厚が１５０ｎｍと厚いため２条件に分けて行った。本実施例では、材料ガスとしてジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用い、ドーズ量を２×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を９０ｋＶとして行った後、ドーズ量を１×１０15／ｃｍ2とし、加速電圧を１０ｋＶとして行った。（図１９（Ｆ））
【０１５３】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域３４、３６が形成される。
【０１５４】
次いで、レジストからなるマスク３５を除去して、プラズマＣＶＤ法により第１の層間絶縁膜３７として膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２．８％、Ｏ＝６３．７％、Ｈ＝３．５％）を形成した。
【０１５５】
次いで、熱処理により、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。本実施例ではファーネスアニール炉を用いた熱アニール法により、窒素雰囲気中にて５５０度４時間の熱処理を行った。（図１９（Ｇ））
【０１５６】
次いで、第１の層間絶縁膜３７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３８を形成する。本実施例では、ＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの窒化珪素膜を形成した後、膜厚４００ｎｍの酸化珪素膜を形成した。
【０１５７】
そして、熱処理を行うと水素化処理を行うことができる。本実施例では、ファーネスアニール炉を用い、４１０度で１時間、窒素雰囲気中にて熱処理を行った。
【０１５８】
続いて、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線３９を形成する。本実施例では、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍのＡｌ―Ｓｉ膜と、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜との積層膜をパターニングして形成した。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１９（Ｈ））
【０１５９】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５１とｐチャネル型ＴＦＴ５２が形成された。
これらの電気的特性を測定し、ｎチャネル型ＴＦＴ５１の電気的特性を図２０（Ａ）に、ｐチャネル型ＴＦＴ５２の電気的特性を図２０（Ｂ）に示す。電気的特性の測定条件は、測定点をそれぞれ２点とし、ゲート電圧Ｖｇ＝―１６〜１６Ｖの範囲で、ドレイン電圧Ｖｄ＝１、５Ｖとした。また、図２０において、ドレイン電流（ＩＤ）、ゲート電流（ＩＤ）は実線で、移動度（μＦＥ）は点線で示している。
【０１６０】
図２０より、本発明を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は著しく向上していることがわかる。これは、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができるためである。さらに、形成された結晶粒は一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、特に移動度が、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて５２４ｃｍ2／Ｖｓ、ｐチャネル型ＴＦＴにおいて２０５ｃｍ2／Ｖｓとなることがわかる。このようなＴＦＴを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【０１６１】
［実施例１１］
本実施例では、実施例１０とは異なる方法で半導体膜の結晶化を行い、その半導体膜を用いてＴＦＴを作製した例について、図１、図２１〜図２３を用いて説明する。
【０１６２】
実施例１０にしたがって、半導体膜として非晶質珪素膜まで形成する。そして、特開平７−１８３５４０号公報に記載された方法を利用し、前記半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度５ｐｐｍ、体積１０ｍｌ）を塗布して金属含有層４１を形成する。そして、５００℃の窒素雰囲気で１時間、５５０℃の窒素雰囲気で１２時間の熱処理を行った。（図２１（Ｂ））続いて、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行う。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてＹＶＯ4レーザの第２高調波を用い、図１で示した光学系における凸レンズ１０３に対するレーザ光の入射角φを１８°として矩形状ビームを形成して、基板を２０ｃｍ／ｓまたは５０ｃｍ／ｓの速度で移動させながら照射して、半導体膜の結晶性の向上を行った。（図２１（Ｃ））
【０１６３】
これ以降の工程は実施例１０にしたがって行い、ｎチャネル型ＴＦＴ５１とｐチャネル型ＴＦＴ５２が形成された。これらの電気的特性を測定し、レーザアニールにおいて、基板の速度を２０ｃｍ／ｓで移動させて作製したｎチャネル型ＴＦＴ５１の電気的特性を図２２（Ａ）に、ｐチャネル型ＴＦＴ５２の電気的特性を図２２（Ｂ）に示し、基板の速度を５０ｃｍ／ｓで移動させて作製したｎチャネル型ＴＦＴ５１の電気的特性を図２３（Ａ）に、ｐチャネル型ＴＦＴ５２の電気的特性を図２３（Ｂ）に示す。電気的特性の測定条件は、測定点をそれぞれ２点とし、ゲート電圧Ｖｇ＝―１６〜１６Ｖの範囲で、ドレイン電圧Ｖｄ＝１、５Ｖとした。また、図２２、図２３において、ドレイン電流（ＩＤ）、ゲート電流（ＩＤ）は実線で、移動度（μＦＥ）は点線で示している。
【０１６４】
図２２および図２３より、本発明を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性は著しく向上していることがわかる。これは、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができるためである。さらに、形成された結晶粒は一方向に揃っているおり、かつ、レーザ光の相対的な走査方向に対して交差する方向に形成される粒界が少ないため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、特に移動度が、図２２ではｎチャネル型ＴＦＴにおいて５１０ｃｍ2／Ｖｓ、ｐチャネル型ＴＦＴにおいて２００ｃｍ2／Ｖｓと、図２３ではｎチャネル型ＴＦＴにおいて５９５ｃｍ2／Ｖｓ、ｐチャネル型ＴＦＴにおいて１９９ｃｍ2／Ｖｓと非常に優れていることがわかる。そして、このようなＴＦＴを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【０１６５】
［実施例１２］
実施例１０と実施例１１において、それぞれ異なる結晶化方法でＴＦＴを作製する一例について示したが、本実施例ではその結晶性の差異をＴＦＴの特性から検討した。
【０１６６】
図２５は実施例１１に従い、結晶化において触媒作用のあるニッケルを用いた熱結晶化とレーザ光の照射を組み合わせて作製した（以下ＰＧ６と称する）ＴＦＴのドレイン電流対ゲート電圧（ＩＤ−ＶＧ）特性におけるチャネル長依存性を示す。一方、図２６は実施例１０に従い、レーザ光の照射のみで作製した（以下ＬＧ６と称する）ＴＦＴのＩＤ−ＶＧ特性におけるチャネル長依存性を示す。チャネル長は（Ａ）１．５μm、（Ｂ）２．０μm、（Ｃ）３．０μmについて示している。なお、本実施例では、いずれもｎチャネル型ＴＦＴを用いて比較評価した。
【０１６７】
図２５と図２６は半導体膜の厚さを６６nmとした試料であり、この厚さであれば完全空乏型として動作する。両者の図を対比して明らかなように、チャネル長が２μm以下と短くなった場合に、オフ領域で顕著な差が見られた。すなわち、ＬＧ６で作製したＴＦＴにおいてドレイン電流が異常に跳ね上がる現象が観測された。この現象はチャネルドーズ量の依存性も確認されたが、いずれにしてもチャネル長が短くなるにつれてソース・ドレイン間の耐圧に関してＰＧ６の方がＬＧ６よりも優れていることが判明した。
【０１６８】
半導体膜の厚さが薄い完全空乏型においてソース・ドレイン耐圧に有意差が見られたが、半導体膜の厚さを１５０nmとした部分空乏型において同様な傾向が観察されるかを測定した。図２７と図２８にＩＤ−ＶＧ特性を示す。オフ領域におけるドレイン電流の異常な跳ね上がりは、ドレイン電圧にも影響され、ドレイン電圧が増加するとドレイン電流の異常な跳ね上がりが顕著となる。しかし、その影響を含めて考慮してもＰＧ６の方がソース・ドレイン間の耐圧に関して優れていることが判明し、部分空乏型においても、ＰＧ６の方がソース・ドレイン間耐圧は高いと判断された。
【０１６９】
以上の結果は、ＴＦＴの素子寸法をサブミクロンレベルに微細化する場合、ＰＧ６の方が適していることを示唆している。
【０１７０】
［実施例１３］
本発明を適用して、様々な半導体装置（アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型ＥＣ表示装置）を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【０１７１】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図１４、図１５及び図１６に示す。
【０１７２】
図１４（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【０１７３】
図１４（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０１７４】
図１４（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０１７５】
図１４（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明により作製された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。
【０１７６】
図１４（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（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。
【０１７７】
図１４（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【０１７８】
図１５（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【０１７９】
図１５（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【０１８０】
なお、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１５（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１８１】
また、図１５（Ｄ）は、図１５（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１５（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１８２】
ただし、図１５に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
【０１８３】
図１６（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【０１８４】
図１６（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製された半導体装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。
【０１８５】
図１６（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明により作製された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。
【０１８６】
以上の様に、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。また、本実施例の電子機器は実施例１〜６、８〜１２または１〜５、７〜１２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。
【０１８７】
［実施例１４］
本実施例では実施例1において凸レンズの代わりに、ディフラクティブオプティクス（回折格子）を用いて線状ビームを形成する例を図２４を用いて説明する。
【０１８８】
図２４にはレーザ４０１、ミラー４０２、ディフラクティブオプティクス４０３、線状ビーム４０６、非照射体１０４、ガラス基板１０５が記載されている。また１０７、１０８、１０９は基板が移動する方向が示されている。
【０１８９】
レーザ４０１から射出されたレーザ光を、ミラー４０２を経由して、ディフラクティブオプティクス４０３に入射すると、照射面またはその近傍において線状ビーム４０６を形成することができる。線状ビームの形状は、ディフラクティブオプティクスを適宜設計し、形成すれば良い。また線状ビームを、照射面に斜めに入射すると干渉を防ぐことができる。
【０１９０】
なお、レーザ４０１とミラー４０２との間、またはミラー４０２とディフラクティブオプティクス４０３との間にビームエキスパンダーを設置して長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ所望の大きさに拡大してもよい。また、ミラーは設置しなくても良いし、複数設置してもよい。
【０１９１】
そして、このようにして形成される線状ビームを照射しながら、例えば１０７で示す方向または１０８、１０９で示す方向に被照射体１０４に対して相対的に移動することで、被照射体１０４において所望の領域または全面を照射することができる。
【０１９２】
本発明は線状ビームを形成するための光学系が非常に簡易な構成であるため、複数のレーザ光を照射面において同一の形状の線状ビームとすることも容易である。そのため、どの線状ビームが照射した領域においても同一のアニールが行われるため被照射体の全面が一様の物性となり、スループットが向上する。
【０１９３】
なお、本実施例同様、実施例２乃至４においても、凸レンズをディフラクティブオプティクスに代えて用いることが出来る。
【０１９４】
なお、本実施例の光学系は実施例５乃至７と自由に組み合わせることができる。
【０１９５】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）非常に簡易な構成であるため、光学調整が容易であり、コンパクトな装置となる。これは複数の同じ種類のレーザまたは複数の異なる種類のレーザを用いた場合においても同様に、光学調整が容易であり、コンパクトな装置となる。
（ｂ）被照射体に対して斜めに入射するため、戻り光を防止することができ、より簡易な構成となる。
（ｃ）複数のレーザ光を用いてレーザ照射する場合においても、光学系が簡易であるため、容易に全てのレーザ光の形状を同一のものとすることを可能とする。そのため、被照射体に対して一様にアニールすることを可能とする。これは、大面積基板の場合に特に有効である。
（ｄ）複数のレーザ光を合成することを非常に容易なものとしている。そのため、出力の低いレーザであっても複数用いることで十分適用し得る。
（ｅ）スループットを向上させることを可能とする。
（ｆ）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２】 被照射体に対するレーザ光の入射角度θを求めるための図。
【図３】 本発明により照射面において形成されるレーザ光の形状の例を示す図。
【図４】 複数のレーザを用いる場合の本発明の光学系の例を示す図。
【図５】 複数のレーザを用いる場合の本発明の光学系の例を示す図。
【図６】 複数のレーザを用いる場合の本発明の光学系の例を示す図。
【図７】 従来の光学系の例を示す図。
【図８】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図９】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１０】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】 画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１２】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図。
【図１３】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１４】 半導体装置の例を示す図。
【図１５】 半導体装置の例を示す図。
【図１６】 半導体装置の例を示す図。
【図１７】 本発明を用いて半導体膜の結晶化を行って、ＳＥＭにより観察した例を示す図。
【図１８】 本発明を用いて半導体膜の結晶化を行って、ＳＥＭにより観察した例を示す図。
【図１９】 本発明を用いてＴＦＴを作製した例を示す図。
【図２０】 本発明を用いてＴＦＴを作製し、電気的特性を測定した例を示す図。
【図２１】 本発明を用いてＴＦＴを作製した例を示す図。
【図２２】 本発明を用いてＴＦＴを作製し、電気的特性を測定した例を示す図。
【図２３】 本発明を用いてＴＦＴを作製し、電気的特性を測定した例を示す図。
【図２４】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２５】 結晶化において触媒作用のあるニッケルを用いた熱結晶化とレーザ光の照射を組み合わせて作製したＴＦＴのＩＤ−ＶＧ特性を示すグラフでありチャネル長依存性を示す。
【図２６】 結晶化においてレーザ光の照射して作製したＩＤ−ＶＧ特性を示すグラフでありチャネル長依存性を示す。
【図２７】 完全空乏型（膜厚６６nm）におけるＴＦＴのＩＤ−ＶＧ特性を示すグラフ。
【図２８】 部分空乏型（膜厚１５０nm）におけるＴＦＴのＩＤ−ＶＧ特性を示すグラフ。
Claims (28)
- レーザと、
ディフラクティブオプティクスと、
を有し、
前記ディフラクティブオプティクスは、前記レーザから射出されるレーザ光が被照射面に対して斜めに入射されるように設置され、
前記レーザ光の形状は、前記ディフラクティブオプティクスにより、前記被照射面において線状になるように変形され、
基板上に設置された被照射体に入射する前記被照射面でのレーザ光のビーム長をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記被照射体に対して入射する前記レーザ光の入射角θは、
θ≧ａｒｃｔａｎ（ｗ／（２×ｄ））
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置。 - レーザと、
凸レンズと、
を有し、
前記凸レンズは、前記レーザから射出されるレーザ光が被照射面に対して斜めに入射されるように設置され、
前記レーザ光の形状は、前記凸レンズにより、前記被照射面において線状になるように変形され、
基板上に設置された被照射体に入射する前記被照射面でのレーザ光のビーム長をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記被照射体に対して入射する前記レーザ光の入射角θは、
θ≧ａｒｃｔａｎ（ｗ／（２×ｄ））
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項２において、
前記凸レンズは、非球面レンズであることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、
前記被照射体に対して入射する前記レーザ光の入射角θは、ブリュースター角であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
前記レーザ光は、連続発振またはパルス発振の固体レーザ光または気体レーザ光または金属レーザ光であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、
前記レーザ光は、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ光、ＹＶＯ４レーザ光、ＹＬＦレーザ光、ＹＡｌＯ３レーザ光、ガラスレーザ光、ルビーレーザ光、アレキサンドライドレーザ光、Ｔｉ：サファイアレーザ光から選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、
前記レーザ光は、Ａｒレーザ光、Ｋｒレーザ光、ＣＯ２レーザ光から選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、
前記レーザ光は、連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ光、銅蒸気レーザ光、金蒸気レーザ光から選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至請求項８のいずれか１項において、
前記レーザ光は、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レーザ照射装置。 - レーザからレーザ光を射出させ、
前記レーザ光をディフラクティブオプティクスに入射させ、
前記ディフラクティブオプティクスを経由したレーザ光を、被照射面に対して斜めに入射させ、
前記レーザ光の形状は、前記ディフラクティブオプティクスにより前記被照射面において線状になるように変形され、
前記線状のレーザ光は、被照射体に対して相対的に移動しながら照射され、
基板上に設置された前記被照射体に入射する前記被照射面でのレーザ光のビーム長をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記被照射体に対して入射する前記レーザ光の入射角θは、
θ≧ａｒｃｔａｎ（ｗ／（２×ｄ））
を満たすことを特徴とするレーザ照射方法。 - レーザからレーザ光を射出させ、
前記レーザ光を凸レンズに入射させ、
前記凸レンズを経由したレーザ光を、被照射面に対して斜めに入射させ、
前記レーザ光の形状は、前記凸レンズにより前記被照射面において線状になるように変形され、
前記線状のレーザ光は、被照射体に対して相対的に移動しながら照射され、
基板上に設置された前記被照射体に入射する前記被照射面でのレーザ光のビーム長をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記被照射体に対して入射する前記レーザ光の入射角θは、
θ≧ａｒｃｔａｎ（ｗ／（２×ｄ））
を満たすことを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１１において、
前記凸レンズとして、非球面レンズを用いることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項において、
前記被照射体に対して入射する前記レーザ光の入射角θは、ブリュースター角であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項において、
前記レーザ光は、連続発振またはパルス発振の固体レーザ光または気体レーザ光または金属レーザ光であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１０乃至請求項１４のいずれか１項において、
前記レーザ光は、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ光、ＹＶＯ４レーザ光、ＹＬＦレーザ光、ＹＡｌＯ３レーザ光、ガラスレーザ光、ルビーレーザ光、アレキサンドライドレーザ光、Ｔｉ：サファイアレーザ光から選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１０乃至請求項１４のいずれか１項において、
前記レーザ光は、Ａｒレーザ光、Ｋｒレーザ光、ＣＯ２レーザ光から選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１０乃至請求項１４のいずれか１項において、
前記レーザ光は、連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ光、銅蒸気レーザ光、金蒸気レーザ光から選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射方法。 - 請求項１０乃至請求項１７のいずれか１項において、
前記レーザ光は、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レーザ照射方法。 - 基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜とレーザ光とを相対的に移動させながら、前記レーザ光を照射することにより前記半導体膜を結晶化し、
前記結晶化された半導体膜に不純物元素を添加し、
前記不純物元素が添加された半導体膜と前記レーザ光とを相対的に移動させながら、前記レーザ光を照射することにより、前記半導体膜に添加された不純物元素を活性化し、
前記レーザ光は、ディフラクティブオプティクスを経由して前記半導体膜に照射され、
前記ディフラクティブオプティクスを経由したレーザ光の形状は、前記半導体膜表面において線状になるように変形され、
前記ディフラクティブオプティクスを経由したレーザ光が前記半導体膜に対して斜めに入射され、
前記半導体膜に入射する前記半導体膜表面でのレーザ光のビーム長をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記半導体膜に対して入射する前記レーザ光の入射角θは、
θ≧ａｒｃｔａｎ（ｗ／（２×ｄ））
を満たすことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜とレーザ光とを相対的に移動させながら、前記レーザ光を照射することにより前記半導体膜を結晶化し、
前記結晶化された半導体膜に不純物元素を添加し、
前記不純物元素が添加された半導体膜と前記レーザ光とを相対的に移動させながら、前記レーザ光を照射することにより、前記半導体膜に添加された不純物元素を活性化し、
前記レーザ光は、凸レンズを経由して前記半導体膜に照射され、
前記凸レンズを経由したレーザ光の形状は、前記半導体膜表面において線状になるように変形され、
前記凸レンズを経由したレーザ光が前記半導体膜に対して斜めに入射され、
前記半導体膜に入射する前記半導体膜表面でのレーザ光のビーム長をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記半導体膜に対して入射する前記レーザ光の入射角θは、
θ≧ａｒｃｔａｎ（ｗ／（２×ｄ））
を満たすことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項２０において、
前記凸レンズとして、非球面レンズを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１９乃至請求項２１のいずれか１項において、
前記半導体膜に対して入射する前記レーザ光の入射角θが、ブリュースター角であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１９乃至請求項２２のいずれか１項において、
前記レーザ光は、連続発振またはパルス発振の固体レーザ光または気体レーザ光または金属レーザ光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１９乃至請求項２３のいずれか１項において、
前記レーザ光は、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ光、ＹＶＯ４レーザ光、ＹＬＦレーザ光、ＹＡｌＯ３レーザ光、ガラスレーザ光、ルビーレーザ光、アレキサンドライドレーザ光、Ｔｉ：サファイアレーザ光から選ばれた一種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１９乃至請求項２３のいずれか１項において、
前記レーザ光は、Ａｒレーザ光、Ｋｒレーザ光、ＣＯ２レーザ光から選ばれた一種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１９乃至請求項２３のいずれか１項において、
前記レーザ光は、連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ光、銅蒸気レーザ光、金蒸気レーザ光から選ばれた一種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１９乃至請求項２６のいずれか１項において、
前記レーザ光は、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半導体装置の作製方法。 - 請求項１９乃至請求項２７のいずれか１項において、
前記半導体膜は、珪素を含む膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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