專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，其中該方法包括利用激光光束退火半導(dǎo)體膜的步驟。順便提及，這里半導(dǎo)體器件表示能利用半導(dǎo)體特性運(yùn)行的任何器件，并且還包括電光器件，如液晶顯示器件或發(fā)光器件，和包括電光器件作為其一部分的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，廣泛地研究了在形成在玻璃等材料絕緣襯底上的半導(dǎo)體膜上進(jìn)行激光退火以使該膜結(jié)晶或改進(jìn)其結(jié)晶性的技術(shù)。該半導(dǎo)體膜經(jīng)常使用硅。
與常規(guī)使用的合成石英玻璃襯底相比，玻璃襯底具有價格便宜和可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，并且容易制造大面積襯底。這就是進(jìn)行研究的原因。優(yōu)選使用激光用于結(jié)晶的原因是玻璃襯底的熔點(diǎn)低。激光可以只對半導(dǎo)體膜提供高能而不會使襯底溫度升高很多。除此之外，與利用電熱爐的加熱裝置相比，其產(chǎn)量顯著提高。
由于結(jié)晶半導(dǎo)體是由大量晶粒構(gòu)成，因此它還稱為多晶半導(dǎo)體膜。由于通過激光退火形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜具有高遷移率，因此利用該結(jié)晶半導(dǎo)體膜形成薄膜晶體管(TFT)，并且廣泛地用于例如單片型液晶電光器件，其中用于象素部分和驅(qū)動電路的TFT形成在一個玻璃襯底上。
除此之外，優(yōu)選使用如下方法其中通過將從帶有高輸出的脈沖振蕩器如準(zhǔn)分子激光器振蕩的激光光束利用光學(xué)系統(tǒng)在照射表面上形成幾平方厘米的方形斑點(diǎn)或長度為10cm或以上的線和通過掃描激光光束(或通過相對于要照射的表面移動激光光束的照射位置)，進(jìn)行激光退火，使用該方法是因為該方法具有高生產(chǎn)率和優(yōu)異的工業(yè)性。
特別是，當(dāng)使用線形光束時，與使用要求水平和垂直掃描的點(diǎn)狀激光光束不同。由于可以只通過在垂直于線形光束的縱向的方向掃描而進(jìn)行在要照射的整個表面上的激光照射，因此生產(chǎn)率高。掃描是在垂直于縱向的方向進(jìn)行的，這是因為該方向是最有效的掃描方向。利用該高的生產(chǎn)率，在目前的激光退火方法中，使用由通過合適的光學(xué)系統(tǒng)形成脈沖振蕩準(zhǔn)分子激光光束獲得的線形光束已經(jīng)成為采用TFT的液晶顯示器件的制造技術(shù)的主流。
這里，將介紹將激光光束照射到半導(dǎo)體膜上之后的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶。當(dāng)激光光束照射到半導(dǎo)體膜上時，該半導(dǎo)體熔化。然而，隨著時間的消逝，半導(dǎo)體膜的溫度下降，并且產(chǎn)生晶核。在半導(dǎo)體膜中，產(chǎn)生和生長無數(shù)的均勻(或不規(guī)則)晶核，因而結(jié)晶結(jié)束。在這種情況下得到的晶粒的位置和尺寸是隨機(jī)的。與晶粒內(nèi)部相比，在晶粒的界面處(晶粒邊界)，有無數(shù)個由于非晶結(jié)構(gòu)、晶體缺陷等產(chǎn)生的復(fù)合中心和捕獲中心。如果載流子被捕獲中心捕獲，晶粒邊界的電位升高并且變成阻擋載流子的勢壘，因而載流子的電流轉(zhuǎn)移特性降低，這是公知的。特別是，雖然溝道形成區(qū)的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性對TFT的電特性有很大影響，但是已經(jīng)幾乎不可能減少晶粒邊界的影響和利用單晶半導(dǎo)體膜形成溝道形成區(qū)。
除此之外，還公知晶粒的生長距離與結(jié)晶時間和生長速度的乘積成正比。這里，結(jié)晶時間是從(B)在半導(dǎo)體膜中產(chǎn)生晶核到(C)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶結(jié)束的時間，如圖28所示。當(dāng)從(A)半導(dǎo)體膜開始熔化到(C)結(jié)晶結(jié)束的時間稱為熔化時間時，如果熔化時間延長和半導(dǎo)體膜的冷卻速度變低，則結(jié)晶時間變長，并且可能形成大粒徑的晶粒。
雖然有各種激光光束，但是一般采用利用來自作為光源的脈沖振蕩型準(zhǔn)分子激光器的激光光束(以下稱為準(zhǔn)分子激光光束)的結(jié)晶。準(zhǔn)分子激光器具有其輸出高并且可在高頻重復(fù)照射的優(yōu)點(diǎn)，而且準(zhǔn)分子激光光束具有對硅膜的吸收系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)。
為了形成準(zhǔn)分子激光光束，使用KrF(248nm的波長)或XeCl(308nm的波長)作為受激氣體。然而，出現(xiàn)的問題是如Kr(氪)或Xe(氙)的氣體是非常昂貴的，并且當(dāng)氣體交換頻率變高時，制造成本增加。
此外，需要兩年或三年換一次附加儀器，如用于激光振蕩的激光器管和用于去除在振蕩工藝中產(chǎn)生的不需要的化合物的氣體清洗裝置。這些附加儀器的大多數(shù)是昂貴的，而且有制造成本增加的問題。
如上所述，雖然使用準(zhǔn)分子激光光束的激光照射裝置毫無疑問具有高性能，但是它維修需要太長的時間和太多勞動力，而且該裝置還有生產(chǎn)激光照射裝置的運(yùn)行成本(這里指工作產(chǎn)生的成本)高的缺陷。
然后，為了實(shí)現(xiàn)與準(zhǔn)分子激光器相比具有低運(yùn)行成本的激光照射裝置和實(shí)現(xiàn)采用這種裝置的激光退火方法，有使用固體激光器(采用晶體棒作為振蕩腔和用于輸出激光光束的激光器)的激光器的方法。
可以想象，原因是雖然固體激光器目前具有大的輸出，但是輸出時間非常短。固體激光器的激發(fā)方法包括LD(激光二極管)激發(fā)、閃光燈激發(fā)等。為了利用LD激發(fā)獲得大的輸出，需要使大電流流入LD。這樣，LD的壽命變短。而且，最后，與閃光燈激發(fā)相比，成本變高。由于這個原因，幾乎所有利用LD激發(fā)的固體激光器都是小輸出裝置，并且目前正在作為工業(yè)上的高輸出激光器而發(fā)展。另一方面，由于閃光燈可輸出很強(qiáng)的光，因此被閃光燈激發(fā)的激光具有高輸出，然而，在利用閃光燈激發(fā)的振蕩中，一次發(fā)射通過瞬時施加能量激發(fā)的電子，并且激光器的輸出時間很短。與此相同，雖然固體激光器目前具有高輸出，但是輸出時間非常短。這樣，由采用固體激光器的激光器結(jié)晶很難實(shí)現(xiàn)具有等于或大于由采用準(zhǔn)分子激光器的激光器結(jié)晶形成的晶粒尺寸的粒徑。順便提及，在本說明書中，輸出時間是一個脈沖中的半值寬度。
這里，采用作為典型固體激光器之一的YAG激光器進(jìn)行半導(dǎo)體膜的結(jié)晶。采用利用閃光燈激發(fā)的YAG激光器，并在利用非線性光學(xué)元件調(diào)制到二次諧波之后，照射硅膜。與采用準(zhǔn)分子激光器形成的晶粒相比，通過采用YAG激光器的激光退火形成的晶粒的粒徑非常小。當(dāng)利用具有這種晶粒的結(jié)晶半導(dǎo)體膜制造TFT時，在具有對TFT的電特性有重要影響的溝道形成區(qū)中存在大量晶粒邊界，這將引起電特性的降低?？梢韵嘈磐ㄟ^采用固體激光器的激光退火只形成小晶粒的原因已經(jīng)在前面說明了，雖然目前固體激光器具有高輸出，但輸出時間很短。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在與常規(guī)裝置相比具有低運(yùn)行成本的激光照射裝置中和在使用該裝置的激光退火方法中，本發(fā)明的目的是提供利用形成具有粒徑等于或大于常規(guī)粒徑的晶粒的激光退火方法制造半導(dǎo)體器件的方法。
本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將激光光束分離成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿過所述第一薄膜偏振元件；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；用上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束照射一個半導(dǎo)體膜，其中疊加比設(shè)定為50-98％；和使用所述半導(dǎo)體膜形成一個半導(dǎo)體器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間上述第一激光光束的光學(xué)路徑長度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間所述第二激光光束的光學(xué)路徑長度。
本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將激光光束分離成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿過所述第一薄膜偏振元件；在第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射后，由至少一個反射鏡反射所述第一激光光束至少一次；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；用上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束照射一個半導(dǎo)體膜，其中疊加比設(shè)定為50-98％；和使用所述半導(dǎo)體膜形成一個半導(dǎo)體器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間上述第一激光光束的光學(xué)路徑長度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間所述第二激光光束的光學(xué)路徑長度。
本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將激光光束分離成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿過所述第一薄膜偏振元件；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；將上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束形成為具有10或以上的長寬比的形狀；用上述具有10或以上的長寬比的合成激光光束照射一個半導(dǎo)體膜，其中疊加比設(shè)定為50-98％；和使用所述半導(dǎo)體膜形成一個半導(dǎo)體器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間上述第一激光光束的光學(xué)路徑長度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間所述第二激光光束的光學(xué)路徑長度。
本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將激光光束分離成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿過所述第一薄膜偏振元件；在第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射后，由至少一個反射鏡反射所述第一激光光束至少一次；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；將上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束形成為具有10或以上的長寬比的形狀；用上述具有10或以上的長寬比的合成激光光束照射一個半導(dǎo)體膜，其中疊加比設(shè)定為50-98％；和使用所述半導(dǎo)體膜形成一個半導(dǎo)體器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間上述第一激光光束的光學(xué)路徑長度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間所述第二激光光束的光學(xué)路徑長度。
由于本發(fā)明的目的是要形成與由采用準(zhǔn)分子激光器的激光退火形成的粒徑相比具有相等或更大的粒徑的晶粒，首先計算當(dāng)準(zhǔn)分子激光光束照射到半導(dǎo)體膜上時的溫度變化。準(zhǔn)分子激光光束照射到具有圖3所示結(jié)構(gòu)的硅膜上，并在圖3的A-C點(diǎn)相對于時間計算溫度。這里，激光光束的輸出時間為27ns，能量密度為0.1-0.5J。結(jié)果示于圖7A-7G中。從圖7A-7G應(yīng)該理解，隨著能量密度變高，結(jié)晶時間和熔化時間變長，并且冷卻速度變得平緩。此外，應(yīng)該明白點(diǎn)C的溫度隨著點(diǎn)A的溫度變化。
可以指出，為了形成大粒徑的晶粒，使半導(dǎo)體膜的冷卻速度緩慢是有效措施之一。具體而言，有一種方法是，使激光光束的輸出時間長和使半導(dǎo)體膜的熔化時間長。
然后，延長YAG激光器的輸出時間，并在照射半導(dǎo)體膜時計算溫度變化。如圖3所示，YAG激光器的激光光束照射到形成在氧化硅膜上且厚度為50nm的硅膜上，在硅膜表面(點(diǎn)A)、硅膜和氧化硅膜之間的界面(點(diǎn)B)和界面以下的氧化硅膜100nm處(點(diǎn)C)相對于時間計算溫度。這里，硅膜熔化的溫度為1200K。結(jié)果示于圖4A-6F中。在圖4A-4D中，輸出時間為6.7ns，能量密度為0.15-0.4J。在圖4E-4H中，輸出時間為20ns，能量密度為0.2-0.5J。在圖5A-5D中，輸出時間為27ns，在圖5E-5H中，輸出時間為50ns，能量密度為0.2-0.5J。在圖6A-6C中，輸出時間為100ns，能量密度為0.3-0.5J。在圖6D-6F中，輸出時間為200ns，能量密度為0.4-0.6J。
通過激光光束的照射，點(diǎn)A-C的每個點(diǎn)的溫度升高，并在保持第一恒定溫度之后，進(jìn)一步升高到最高溫度。然后，降低各點(diǎn)A-C的溫度，并保持第二恒定溫度，可看到溫度進(jìn)一步降低的趨勢。由于在假設(shè)硅膜的熔化溫度為1200K的基礎(chǔ)上計算，因此硅膜在第一恒定溫度熔化，并在第二恒定溫度時硅膜產(chǎn)生固化(結(jié)晶)。這里，第二恒定溫度開始時到其結(jié)束時的時間對應(yīng)結(jié)晶時間。這表明結(jié)晶時間越長，冷卻速度越緩慢。當(dāng)使從第一恒定溫度開始時到第二恒定溫度結(jié)束時的時間是硅膜的熔化時間時，在相同的能量密度，輸出時間越長，在各點(diǎn)A-C達(dá)到的最高溫度的時間越慢，并且熔化時間變長。就是說，輸出時間越長，半導(dǎo)體膜的冷卻速度越慢。
圖12表示相對于激光光束的輸出時間在開始結(jié)晶時氧化硅膜的溫度。從圖12看出，隨著輸出時間變長，結(jié)晶開始時氧化硅膜的溫度升高。當(dāng)激光光束的輸出時間為50ns或更小時，氧化硅膜的溫度急劇下降。即，應(yīng)當(dāng)理解，為了延長半導(dǎo)體膜的熔化時間而保持下層膜的溫度高也是有效的。
從上面看出，隨著輸出時間變長，結(jié)晶時間和熔化時間變長，并且半導(dǎo)體膜的冷卻速度變慢。這樣，由于晶核的產(chǎn)生密度變低和結(jié)晶時間變長，可形成大粒徑的晶粒。就是說，延長輸出時間是增加晶粒粒徑的有效措施。
然而，已經(jīng)說明，雖然目前固體激光器具有大輸出，但輸出時間很短。例如，當(dāng)由Lambda Physic Inc.制造的L4308型XeCl準(zhǔn)分子激光器(308nm的波長)的輸出時間為27ns時，由Spectra-Physics Inc.制造的DCR-3D型NdYAG激光器(532nm的波長)的輸出時間為5-7ns。
然后，本發(fā)明提供制造半導(dǎo)體器件的方法，作為一個步驟包括激光退火方法，其中在來自固體激光器(使用晶棒作為振蕩腔的激光器以輸出激光光束)的具有短輸出時間的激光光束照射到半導(dǎo)體膜上，另一個激光光束與一個激光光束延遲并照射到半導(dǎo)體膜上，因而半導(dǎo)體膜的冷卻速度變慢，并形成與在具有長輸出時間的激光光束照射到半導(dǎo)體膜上的情況下的粒徑相比具有相等或更大的粒徑的晶粒。
此時，希望利用光學(xué)系統(tǒng)將激光光束形成為線形形狀。順便提及，將激光光束形成為線形形狀意思是激光光束形成在照射表面上的形狀變?yōu)榫€形。即，這意味著將激光光束的截面形狀形成為線形形狀。此外，這里“線形形狀”不是指精確意義上的“直線”，而是具有大長寬比的矩形(或長橢圓形)。例如，它表示具有10或以上(優(yōu)選100-10000)的長寬比的矩形。
作為固體激光器，可使用一般公知的，并且可使用YAG激光器(一般表示NdYAG激光器)、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、紫翠玉激光器、Ti藍(lán)寶石激光器等。特別是，優(yōu)選粘附性和脈沖能量優(yōu)異的YVO4激光器或YAG激光器。
然而，由于YAG激光器的基波(一次諧波)具有1064nm的長波長，因此優(yōu)選使用二次諧波(波長為532nm)、三次諧波(波長為355nm)或四次諧波(波長為266nm)。這些諧波可利用非線形晶體得到。
通過包括非線形元件的波長調(diào)制器將一次諧波調(diào)制成二次諧波、三次諧波或四次諧波?？筛鶕?jù)公知技術(shù)形成各個諧波。此外，在本說明書中，“使用固體激光器作為光源的激光光束”不僅包括一次諧波，而且包括二次諧波、三次諧波和四次諧波，其波長被中間解調(diào)。
除此之外，可使用經(jīng)常用在YAG激光器中的Q開關(guān)方法(Q調(diào)制開關(guān)系統(tǒng))。該方法為Q值從激光振蕩器的Q值足夠低以便輸出具有非常高的能量值的陡峭脈沖激光的狀態(tài)急劇升高。這是公知技術(shù)。
在用在本發(fā)明中的固體激光器中，由于如果存在固體晶體、共振反射鏡和用于激發(fā)固體晶體的光源，則可以基本上輸出激光光束，這不象準(zhǔn)分子激光器那樣需要花費(fèi)太長的維修時間和勞力。就是說，由于與準(zhǔn)分子激光器相比運(yùn)行成本很低，因此可以大大減少半導(dǎo)體器件的制造成本。此外，如果維修行為的數(shù)量減少，則生產(chǎn)線的工作率也上升，因而提高制造工藝的整個生產(chǎn)率，并且這大大有助于降低半導(dǎo)體器件的制造成本。而且，由于與準(zhǔn)分子激光器相比，固體激光器的占據(jù)面積很小，因此有利于生產(chǎn)線的設(shè)計。
根據(jù)本發(fā)明，在使用具有短輸出時間的激光光束的激光退火中，照射多個激光光束，同時在它們之間提供時間差，以便使半導(dǎo)體膜的冷卻速度緩慢，并延長結(jié)晶工藝中晶體生長容許的時間，最后，實(shí)現(xiàn)了晶粒粒徑的放大。
通過獲得具有大晶粒粒徑的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，可以大大提高半導(dǎo)體器件的性能。例如，關(guān)于作為例子的TFT，當(dāng)晶粒尺寸變大時，可減少包含在溝道形成區(qū)中的晶粒邊界的數(shù)量。就是說，也可以制造這種TFT，以便溝道形成區(qū)包括一個晶粒邊界，優(yōu)選沒有晶粒邊界。此外，由于每個晶粒具有基本上相當(dāng)于單晶的結(jié)晶度，因此可以得到等于或高于使用單晶半導(dǎo)體的晶體管的高遷移率(場效應(yīng)遷移率)。
另外，可以大大降低載流子穿過晶粒邊界的次數(shù)，還可以減少導(dǎo)通電流值(當(dāng)TFT處于導(dǎo)通狀態(tài)時流過的漏電流的值)、截止電流值(當(dāng)TFT處于截止?fàn)顟B(tài)時流過的漏電流的值)、閾值電壓、S值和場效應(yīng)遷移率的波動。


圖1是表示激光照射裝置的結(jié)構(gòu)的例子的示意圖。
圖2是表示激光照射裝置的結(jié)構(gòu)的例子的示意圖。
圖3是表示用于模擬的半導(dǎo)體膜的結(jié)構(gòu)示意圖和溫度觀察點(diǎn)。
圖4A-4D是表示在YAG激光器的輸出時間為6.7ns和能量密度為0.15-0.4J的條件下激光光束照射半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖4E-4H是表示在YAG激光器的輸出時間為20ns和能量密度為0.2-0.5J的條件下激光光束照射半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖5A-5D是表示在YAG激光器的輸出時間為27ns和能量密度為0.2-0.5J的條件下激光光束照射半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖5E-5H是表示在YAG激光器的輸出時間為50ns和能量密度為0.2-0.5J的條件下激光光束照射到半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖6A-6C是表示在YAG激光器的輸出時間為100ns和能量密度為0.3-0.5J的條件下激光光束照射到半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖6D-6F是表示在YAG激光器的輸出時間為200ns和能量密度為0.4-0.6J的條件下激光光束照射到半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖7A-7G是表示在準(zhǔn)分子激光器的輸出時間為27ns和能量密度為0.1-0.5J的條件下激光光束照射到半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖8A-8D是表示用于模擬的YAG激光器的脈沖形狀的示意圖。
圖9A-9F是表示在能量密度為0.05-0.4J的條件下具有圖8A所示脈沖形狀的YAG激光照射具有圖3所示結(jié)構(gòu)的硅膜時的溫度變化示意圖。
圖10A-10C是表示在YAG激光光束分成一個脈沖延遲于另一個脈沖10ns的兩個脈沖和能量密度為0.2-0.4J的條件下用激光光束照射半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖10D-10F是表示在YAG激光光束分成一個脈沖延遲于另一個脈沖20ns的兩個脈沖和能量密度為0.2-0.4J的條件下用激光光束照射半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖11A-11C是表示在YAG激光光束分成一個脈沖延遲于另一個脈沖30ns的兩個脈沖和能量密度為0.2-0.4J的條件下用激光光束照射半導(dǎo)體膜時的溫度變化示意圖。
圖12是表示相對于YAG激光器的輸出時間在半導(dǎo)體膜結(jié)晶開始時下層膜的溫度變化示意圖。
圖13是表示照射單脈沖之后的硅膜的示意圖。
圖14是表示照射雙脈沖之后的硅膜的示意圖。
圖15是表示通過向硅膜照射單脈沖和雙脈沖形成的晶粒的最大粒徑的示意圖。
圖16是表示激光照射裝置的結(jié)構(gòu)例子的示意圖。
圖17A-17C是表示象素TFT和驅(qū)動電路的TFT的制造步驟的截面圖。
圖18A-18C是表示象素TFT和驅(qū)動電路的TFT的制造步驟的截面圖。
圖19A-19C是表示象素TFT和驅(qū)動電路的TFT的制造步驟的截面圖。
圖20是表示象素TFT和驅(qū)動電路的TFT的制造步驟的截面圖。
圖21是表示象素TFT的結(jié)構(gòu)的頂視圖。
圖22是表示有源矩陣型液晶顯示器件的制造步驟的截面圖。
圖23是表示發(fā)光器件的驅(qū)動電路和象素部分的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖24A是發(fā)光器件的頂視圖。
圖24B是表示發(fā)光器件的驅(qū)動電路和象素部分的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖25A-25F是表示半導(dǎo)體器件的例子的示意圖。
圖26A-26D是表示半導(dǎo)體器件的例子的示意圖。
圖27A-27C是表示半導(dǎo)體器件的例子的示意圖。
圖28是解釋熔化時間和結(jié)晶時間的示意圖。
圖29是表示激光照射裝置的結(jié)構(gòu)的例子的示意圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施方式1)下面介紹實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是表示本發(fā)明的激光照射裝置的結(jié)構(gòu)例子示意圖。這個激光照射裝置包括固體激光振蕩器101、反射鏡102、103108、109、111-114、λ/2板105、薄膜偏振元件(TFP薄膜偏振器)106和107、和用于將激光光束形成線形形狀的光學(xué)系統(tǒng)110。參考標(biāo)記104表示能量監(jiān)測系統(tǒng)；115表示快門系統(tǒng)(shutter system)。
來自激光振蕩器101的激光光束全部被反射鏡102和103反射，并到達(dá)λ/2板105?？赏ㄟ^在光學(xué)路徑上設(shè)置λ/2板105而任意改變被TFP分開的光束的強(qiáng)度分布比。
如果TFP106設(shè)置成使激光光束的入射角為布魯斯特角，由于激光光束的P分量(在入射平面(由入射光束和入射法線確定的平面)上振動的電場矢量的分量)的反射光為0，則激光光束的P分量通過TFP傳輸，并且只有激光光束的S分量(在垂直于入射平面的平面上振動的分量)被全部反射。激光光束被傳輸?shù)腜分量經(jīng)過反射鏡108和109以及光學(xué)系統(tǒng)110照射到襯底上。
另一方面，激光光束的全部被反射的S分量穿過反射鏡111-114，然后被設(shè)置成入射角為布魯斯特角的TFP107全部反射，并經(jīng)過反射鏡108和109及光學(xué)系統(tǒng)110照射到襯底上。激光光束的S分量經(jīng)過反射鏡111-114，以便只對激光光束的S分量增加光學(xué)路徑長度，并且增加了已經(jīng)經(jīng)過TFP106的激光光束的S分量和P分量之間的光學(xué)路徑差。通過由光速而分離光學(xué)路徑長度得到的值成為它們都照射到襯底上時P分量和S分量之間的時間差。即，一個脈沖激光光束被分成兩個脈沖，給脈沖之一提供光學(xué)路徑差，以便可用一個脈沖延遲于另一個脈沖的脈沖照射襯底，并且半導(dǎo)體膜的冷卻速度緩慢。這樣，晶核的產(chǎn)生密度變低，結(jié)晶時間變長，因而可形成大粒徑的晶粒。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中，激光光束被分成作為激光光束的偏振分量的S分量和P分量。由于S分量和P分量是彼此無關(guān)的分量，因此當(dāng)它們合成時不會發(fā)生干涉。這樣，在使用具有高干涉性能的激光振蕩器的情況下，這是非常有效的分離方法之一。此外，在從不同激光振蕩器振蕩的激光光束的S分量和P分量合成的情況下，合成方法很容易。例如，如果代替圖1的反射鏡114而安裝另一個激光振蕩器，可合成各個激光光束。
順便提及，在本發(fā)明的這個實(shí)施方式中，雖然一個激光光束的分離數(shù)量為兩個，但是分離數(shù)量不限于兩個，只要是多個即可，并且每個分離脈沖的能量密度可以互相不等。在該實(shí)施方式中，利用λ/2板105改變能量密度。例如，在第一脈沖的激光光束的能量密度高于第二或后來脈沖的激光光束的能量密度的情況下，由于熔化時間變長，所以冷卻速度變慢。在第二或后來脈沖的激光光束的能量密度高于第一脈沖的激光光束的能量密度的情況下，由于半導(dǎo)體膜被第一脈沖的激光光束加熱，因此可實(shí)現(xiàn)粒徑的增大。增加的光學(xué)路徑長度和激光光束的分離數(shù)量的最佳值根據(jù)半導(dǎo)體膜的狀態(tài)、激光振蕩器的種類等而不同。
(實(shí)施方式2)在實(shí)施本發(fā)明的該實(shí)施方式中，將介紹不同于實(shí)施方式1的實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，將介紹使用多個激光振蕩器的激光照射裝置的例子。
圖2是表示本發(fā)明的激光照射裝置結(jié)構(gòu)的例子的示意圖。該激光照射裝置包括激光振蕩器121a和121b、反射鏡122、124和125、TFP123和將激光光束形成線形形狀的光學(xué)系統(tǒng)126。
同時從激光振蕩器121a和121b振蕩激光光束。雖然未示出，假設(shè)使用TFP，使從激光振蕩器121a發(fā)射的激光光束1只有S分量。從激光振蕩器121b發(fā)射的激光光束只有P分量。被反射鏡122全部反射之后，激光光束1到達(dá)TFP123。另一方面，激光光束2到達(dá)TFP123而沒有經(jīng)過反射鏡等。這樣，在激光光束1和激光光束2之間，由反射鏡122和TFP123之間的距離產(chǎn)生光學(xué)路徑差，并在光束到達(dá)襯底時產(chǎn)生時間差，因而半導(dǎo)體膜的冷卻速度變慢。這樣，晶核的產(chǎn)生密度變低，結(jié)晶時間變長，因此能形成大粒徑的晶粒。此外，通過改變反射鏡122和TFP123之間的距離，可任意改變從激光振蕩器121a和121b發(fā)射的激光光束之間的光學(xué)路徑差。
另外，還有一種方法是，當(dāng)從激光振蕩器121a和121b振蕩激光光束時，例如在激光振蕩器121b振蕩之后，激光振蕩器121a振蕩。與激光振蕩器121a和121b同時振蕩的情況相比，由于不需要形成反射鏡122和TFP123的光學(xué)路徑差，因此可形成小型激光照射裝置。
如在本發(fā)明的本實(shí)施方式中，在從不同激光振蕩器振蕩的激光光束的S分量和P分量合成的情況下，合成方法很容易。這樣，光學(xué)系統(tǒng)不會變得復(fù)雜，這對光學(xué)調(diào)整、裝置的最小化等是很有效的。
順便提及，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，雖然使用兩個激光振蕩器，但數(shù)量不限于兩個，只要是多個即可，并且多個脈沖的每個的能量密度彼此不相等。此外，增加的光學(xué)路徑長度的最佳值、激光振蕩器的數(shù)量等因半導(dǎo)體膜、激光振蕩器的種類等而不同。
(實(shí)施方式3)在實(shí)施本發(fā)明的該實(shí)施方式中，將介紹不同于實(shí)施方式1和實(shí)施方式2的實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，將介紹使用多個激光振蕩器的激光照射裝置的例子。
圖29是表示本發(fā)明的激光照射裝置結(jié)構(gòu)的例子的示意圖。該激光照射裝置包括激光振蕩器221a和221b及將激光光束形成線形形狀的光學(xué)系統(tǒng)226。
從激光振蕩器221a和221b振蕩激光光束，同時利用控制激光振蕩的裝置(未示出)產(chǎn)生時間差。雖然從激光振蕩器221a和221b到光學(xué)系統(tǒng)226的光學(xué)路徑長度彼此相等，由于振蕩的激光光束的時間彼此不同，因此在光束到達(dá)襯底時產(chǎn)生時間差，并且半導(dǎo)體膜的冷卻速度變慢。這樣，晶核的產(chǎn)生密度變低，結(jié)晶時間變長，因此可形成大粒徑的晶粒。此外，通過改變來自激光振蕩器221a和221b的激光光束的振蕩的時間差，可任意改變各個激光光束到達(dá)襯底的時間差。
在本發(fā)明的本實(shí)施方式中，由于通過增加從多個激光振蕩器的至少一個激光振蕩器到襯底的光學(xué)路徑長度而不形成光學(xué)路徑差，可得到小型激光照射裝置。
順便提及，在本發(fā)明的本實(shí)施方式中，雖然使用兩個激光振蕩器，但數(shù)量不限于兩個，只要為多個即可，并且多個激光光束的每個的能量密度彼此不等。
下面將在下述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步詳細(xì)介紹具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明。
下面解釋本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明的激光照射裝置的結(jié)構(gòu)例子的示意圖。該激光照射裝置具有固態(tài)激光振蕩器101、反射鏡102、103、108、109和111-115、λ/2板105、薄膜偏振器(TFPs)106和107、及將激光處理成線形形狀的光學(xué)系統(tǒng)110。另外，參考標(biāo)記104表示能量監(jiān)測系統(tǒng)，參考標(biāo)記115表示快門系統(tǒng)。YAG激光器用做實(shí)施例1中的固態(tài)激光振蕩器，并且具有YAG激光器作為振蕩源的激光的輸出時間為6.7ns。
來自激光振蕩器101的激光被反射鏡102-104反射，并到達(dá)λ/2板105。通過在光學(xué)路徑上設(shè)置λ/2板105，可任意改變被TFP106分離的光束的強(qiáng)度分布比。在實(shí)施例1中，利用TFP106分離形成的兩束激光的強(qiáng)度是相同的。
如果TFP106設(shè)置成使激光的入射角變?yōu)椴剪斔固亟?，則來自具有P分量的激光的反射光的量為零(電場矢量在入射平面內(nèi)振蕩的分量)。因此激光的P分量經(jīng)過TFP，并且只反射激光的S分量(電場矢量在垂直于入射平面的平面內(nèi)振蕩的分量)。被傳輸?shù)募す獾腜分量經(jīng)過發(fā)射鏡108和109及光學(xué)系統(tǒng)110照射到襯底上。
另一方面，被反射的激光的S分量在經(jīng)過反射鏡111-114之后被設(shè)置成使入射角為布魯斯特角的TFP107反射，并經(jīng)過反射鏡108和109及光學(xué)系統(tǒng)110照射到襯底上。通過使激光的S分量經(jīng)過反射鏡111-114，只有激光的S分量的光學(xué)路徑長度變長，并得到與經(jīng)過TFP106的激光的P分量的光學(xué)路徑差。因此當(dāng)激光照射到襯底上時，在S分量和P分量之間形成等于由光速分離的加長光學(xué)路徑長度的值的時間差。即，當(dāng)一個激光脈沖被分成兩個脈沖和在一個脈沖中光學(xué)路徑長度變長上時，在照射襯底期間該脈沖可以延遲得比另一個脈沖更長，并且半導(dǎo)體膜的冷卻速度變慢。因此產(chǎn)生的晶核的密度變低，結(jié)晶時間變長，因而可獲得大尺寸晶粒。
另外，對具有實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的激光照射裝置進(jìn)行模擬，其中在將被分離的脈沖之一照射到硅膜上之后，另一個脈沖被給定的延遲為10.20和30ns，并照射到硅膜上。這是公知的延遲時間＝光學(xué)路徑差/光速因此為了形成10ns的延遲，光學(xué)路徑長度為10×10-9[s]×3×108[m/s]＝3[m]換言之，如果在圖1中從TFP106經(jīng)過反射鏡111-114到TFP107的光學(xué)路徑長度(在實(shí)施例1中由激光的S分量采用的光學(xué)路徑長度)和從TFP106到TFP107(在實(shí)施例1中由激光的P分量采用的光學(xué)路徑長度)的光學(xué)路徑長度之間的差設(shè)定為3m，則激光的S分量以10nm的延遲在激光的P分量之后照射到待照射表面上。
從激光振蕩器發(fā)射的激光的脈沖形狀示于圖8A中。圖8A所示的脈沖被分成兩個，并且具有10、20和30ns延遲的脈沖形狀分別示于圖8B-8D中。用照射到具有圖3中所示結(jié)構(gòu)的硅膜上的具有圖8B-8D所示脈沖形狀的YAG激光的二次諧波進(jìn)行計算，在圖3的點(diǎn)A-C發(fā)現(xiàn)溫度與時間的關(guān)系。結(jié)果示于圖10A-10C、圖10D-10F和圖11A-11C中。指出，相比之下，對于照射到具有圖3所示結(jié)構(gòu)的硅膜上并具有圖8A所示脈沖形狀的YAG激光的二次諧波，關(guān)于在圖3的點(diǎn)A-C的時間-溫度的模擬結(jié)果示于圖9中。這里能量密度從0.2-0.4J變化。結(jié)晶時間和熔化時間變短，特別是，在具有低能量密度的條件下，點(diǎn)C的溫度不隨著圖9A-9F中的點(diǎn)A的溫度而變化。然而，發(fā)現(xiàn)有結(jié)晶時間和熔化時間隨著延遲時間變長而變長的趨勢。換言之，通過延遲、然后在另一個脈沖照射之后照射一個脈沖而使冷卻速度變慢。因此產(chǎn)生的晶核的密度變低，結(jié)晶時間變長，并形成具有大尺寸的晶粒。如果利用由此形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜形成TFT，則上述TFT的電特性變得優(yōu)異。
應(yīng)該指出，雖然在實(shí)施例1中形成具有相同強(qiáng)度的兩束激光，當(dāng)然它們的強(qiáng)度也可以不同。實(shí)施例1中，在激光的P分量照射到半導(dǎo)體膜上之后，由于反射鏡111-114而具有更長的光學(xué)路徑長度的激光S分量照射到半導(dǎo)體膜上。如果激光的P分量、比S分量強(qiáng)，則優(yōu)選在被激光的P分量熔化的半導(dǎo)體膜開始結(jié)晶之前照射激光的S分量。另外，如果激光的P分量的強(qiáng)度比激光的S分量弱，則優(yōu)選半導(dǎo)體膜在照射激光的S分量之后熔化。
在本例中，將介紹當(dāng)利用實(shí)施例1的激光照射裝置將激光光束照射到半導(dǎo)體膜上時得到的晶粒。
首先，在襯底上形成半導(dǎo)體膜。在本例中，制備康寧公司的1737玻璃襯底作為襯底，并利用等離子體CVD法形成厚度為54nm的非晶硅膜。接著，利用激光光束的激光退火進(jìn)行半導(dǎo)體膜的結(jié)晶。當(dāng)通過激光退火進(jìn)行結(jié)晶時，希望預(yù)先釋放包含在半導(dǎo)體膜中的氫，合適的是該膜暴露于在400-500℃下的氮?dú)夥罩屑s一小時，以便預(yù)先使氫含量為5atom％或以下。借此，顯著提高了防激光性能。在本例中，襯底暴露于500℃的氮?dú)夥罩幸恍r。
然后，利用具有圖1所示結(jié)構(gòu)的激光照射裝置進(jìn)行半導(dǎo)體膜的結(jié)晶。在本例中，激光光束被λ/2板105和薄膜偏振元件106分成具有相同能量的兩個部分，以便形成雙脈沖，在分離脈沖之一照射到半導(dǎo)體膜上之后，在延遲10ns之后照射另一脈沖。與此相對比，激光光束沒有被分離而作為單脈沖照射到半導(dǎo)體膜上。此外，還可以在相同照射位置重復(fù)進(jìn)行照射，同時改變斑點(diǎn)的數(shù)量。
實(shí)驗結(jié)果示于圖13和14中。圖13和14表示在激光照射之后進(jìn)行對半導(dǎo)體膜的seco-刻蝕之后，用5萬倍的SEM觀察的結(jié)果的例子。圖13表示在單脈沖的20個斑點(diǎn)照射之后的半導(dǎo)體膜，圖14表示雙脈沖的12個斑點(diǎn)照射之后的半導(dǎo)體膜。從圖13和14應(yīng)該理解到，當(dāng)在激光光束被分成兩部分之后進(jìn)行照射時可得到大粒徑的晶粒。圖15表示當(dāng)改變斑點(diǎn)數(shù)量時形成的晶粒的最大粒徑的測量的結(jié)果。從圖15也可理解到，當(dāng)在激光光束被分成兩部分之后進(jìn)行照射時可得到更大粒徑的晶粒。
如上所述，實(shí)驗證實(shí)了在激光光束被分離并照射到半導(dǎo)體膜上時，形成大粒徑的晶粒。如果利用該方式形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜制造TFT，則TFT的電特性優(yōu)異。
在實(shí)施例3中將介紹不同于實(shí)施例1的實(shí)施例。在實(shí)施例3中將示出使用多個激光振蕩器的激光照射裝置的例子。
圖2是表示本發(fā)明的激光照射裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。激光照射裝置具有激光振蕩器121a和121b、反射鏡122、124和125、TFP123、和將激光處理成線形形狀的光學(xué)系統(tǒng)126。兩個YAG激光器用做實(shí)施例3中的激光振蕩器。
同時從激光振蕩器121a和121b發(fā)射激光。雖然圖中未示出，利用TFP，使從激光振蕩器121a發(fā)射的第一激光1只有S分量，從激光振蕩器121b發(fā)射的第二激光2只有P分量。激光1被反射鏡122反射，之后到達(dá)TFP123。另一方面，激光2沒有經(jīng)過反射鏡等而到達(dá)TFP123。由此根據(jù)反射鏡122和TFP123之間的距離，在激光1和激光2之間形成光學(xué)路徑差。形成了到達(dá)襯底需要的時間差，并且半導(dǎo)體膜的冷卻速度變慢。因此發(fā)展的晶核的密度變低，結(jié)晶時間變長，可以形成大尺寸晶粒。而且，通過改變反射鏡122和TFP123之間的距離，可以任意改變從激光振蕩器121a和121b發(fā)射的激光之間的光學(xué)路徑差。
此外，還有一種用于振蕩激光振蕩器121a的方法，例如當(dāng)從激光振蕩器121a和121b發(fā)射激光時，在振蕩激光振蕩器121b之后，振蕩激光振蕩器121a。與從激光振蕩器121a和121b同時發(fā)射激光相比，用該方法不必形成反射鏡122和TFP123之間的光學(xué)路徑差，結(jié)果是形成小型激光照射裝置。
在實(shí)施例4中示出了包含實(shí)施例1和實(shí)施例2的激光照射裝置的例子。
圖13是表示本發(fā)明的激光照射裝置的結(jié)構(gòu)例子的示意圖。該激光照射裝置具有固態(tài)激光振蕩器131a和131b、反射鏡132、138、139和141-145、λ/2板135、薄膜偏振器(TFPs)133、136、137、和將激光處理成線形形狀的光學(xué)系統(tǒng)140。另外，參考標(biāo)記104表示能量監(jiān)測系統(tǒng)，參考標(biāo)記145表示快門系統(tǒng)。兩個YAG激光器用做實(shí)施例4中的固態(tài)激光振蕩器。
從激光振蕩器131a和131b同時發(fā)射激光。雖然圖中未示出，利用TFP，使從激光振蕩器131a發(fā)射的第一激光1只有S分量，從激光振蕩器131b發(fā)射的第二激光2只有P分量。激光1被反射鏡132反射，之后到達(dá)TFP133。另一方面，激光2沒有經(jīng)過反射鏡等而到達(dá)TFP133。由此根據(jù)反射鏡132和TFP133之間的距離，在激光1和激光2之間形成光學(xué)路徑差，并形成了到達(dá)襯底需要的時間差。
如果TFP136設(shè)置成使激光的入射角為布魯斯特角，則來自有P分量的激光的反射光的量為零(電場矢量在入射平面內(nèi)振蕩的分量)。因此激光的P分量經(jīng)過TFP，并且只反射激光的S分量(電場矢量在垂直于入射平面的平面內(nèi)振蕩的分量)。被傳輸?shù)募す獾腜分量經(jīng)過反射鏡138和139以及光學(xué)系統(tǒng)140照射到襯底上。
另一方面，被反射激光的S分量在經(jīng)過反射鏡141-144之后被設(shè)置成使入射角為布魯斯特角的TFP137反射，并經(jīng)過反射鏡138和139及光學(xué)系統(tǒng)140照射到襯底上。經(jīng)過反射鏡141-144，只有激光的S分量具有變長的光學(xué)路徑長度，并形成與經(jīng)過TFP136的激光P分量的光學(xué)路徑差。
因此在實(shí)施例3中，由于反射鏡132和TFP133之間的距離引起的光學(xué)路徑差和由于反射鏡141-144產(chǎn)生的光學(xué)路徑差而形成激光到達(dá)襯底的時間差，并且半導(dǎo)體膜的冷卻速度變慢。必然形成的晶核的密度變少，結(jié)晶時間變長，因此可形成具有大粒徑的晶粒。通過利用該方式制造的結(jié)晶半導(dǎo)體膜形成TFT，可以提高上述TFT的電特性。
在本例中，利用圖17-21解釋有源矩陣襯底的制造方法。
首先，在本例中，使用由玻璃如硼硅酸鋇玻璃或硼硅酸鋁玻璃制成的襯底300，前述玻璃的代表例子為康寧#7059玻璃和#1737玻璃。注意，作為襯底300，可使用石英襯底、硅襯底、其上形成絕緣膜的金屬襯底或不銹鋼襯底。也可使用對本例的處理溫度具有耐熱性的塑料襯底。
然后，在襯底300上形成由絕緣膜如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜形成的基底膜301。在本例中，兩層結(jié)構(gòu)用做基底膜301。但是，可以使用單層膜或由兩層或多層絕緣膜構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。作為基底膜301的第一層，用等離子體CVD法并用SiH4、NH3、N2O作為反應(yīng)氣體形成厚度為10-200nm(優(yōu)選為50-100nm)的氮氧化硅膜301a。在本例中，形成膜厚為50nm的氮氧化硅膜301a(成分比Si＝32％，O＝27％，N＝24％和H＝17％)。然后作為基底膜301的第二層，用等離子體CVD法并用SiH4和N2O作為反應(yīng)氣體形成氮氧化硅膜301b并層疊成厚度為50-200nm(優(yōu)選100-150nm)。在本例中，形成膜厚為100nm的氮氧化硅膜301b(成分比Si＝32％，O＝59％，N＝7％和H＝2％)。
接著，在基底膜上形成半導(dǎo)體層302。該半導(dǎo)體層302是用具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜形成的，該半導(dǎo)體膜利用公知方法(如濺射法、LPCVD法或等離子體CVD法)形成為25-80nm厚(優(yōu)選30-60nm)。不特別限制結(jié)晶半導(dǎo)體膜的材料，但是優(yōu)選是由硅、硅鍺(SiGe)合金等形成。在本例中，利用等離子體CVD法形成厚度為55nm的非晶硅膜。
然后結(jié)晶半導(dǎo)體膜。對半導(dǎo)體膜的結(jié)晶進(jìn)行激光退火。此外，除了激光退火以外，熱結(jié)晶或使用鎳作為催化劑的熱結(jié)晶可適用于半導(dǎo)體膜的結(jié)晶。利用激光退火和上述這些結(jié)晶方法之一的組合的方法進(jìn)行半導(dǎo)體膜的結(jié)晶。通過施加本發(fā)明而實(shí)現(xiàn)激光退火。例如，通過固體激光器(YAG激光器、YVO4激光器等)設(shè)定為光源的激光被分成多個激光。到達(dá)照射表面的一個或多個激光的光學(xué)路徑長度比到上述照射表面的另一激光的光學(xué)路徑長度更長，并且該激光照射到半導(dǎo)體膜上。在本例中，在襯底暴露在500℃溫度的氮?dú)夥罩幸恍r之后，利用圖1所示的激光照射裝置進(jìn)行半導(dǎo)體膜的結(jié)晶，由此形成具有大粒徑晶粒的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。這里，YAG激光器用于激光振蕩器。利用非線形光學(xué)元件被調(diào)制成二次諧波的激光被光學(xué)系統(tǒng)處理成線形光束并照射到半導(dǎo)體膜上。當(dāng)線形光束照射到半導(dǎo)體膜上時，雖然疊加比設(shè)定為50-98％，但是由于最佳條件根據(jù)半導(dǎo)體膜的狀態(tài)和激光的延遲時間而不同，因此可以由操作者適當(dāng)?shù)卦O(shè)定該比值。
由此形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜被構(gòu)圖成所希望的形狀，以便形成半導(dǎo)體層402-406。在本例中，利用光刻對結(jié)晶硅膜構(gòu)圖處理，以便形成半導(dǎo)體層402-406。
另外，在形成半導(dǎo)體層402-406之后，可摻雜微量雜質(zhì)元素(硼或磷)以控制TFT的閾值電壓。
然后形成柵絕緣膜407，用于覆蓋半導(dǎo)體層402-406。柵絕緣膜407是利用等離子體CVD法或濺射法由含有硅的絕緣膜形成的，且厚度為40-150nm。在本例中，柵絕緣膜407是利用等離子體CVD法由氮氧化硅膜形成的且厚度為110nm(成分比Si＝32％，O＝59％，N＝7％和H＝2％)。當(dāng)然，柵絕緣膜不限于氮氧化硅膜，含有硅的其它絕緣膜可以用做單層或疊層結(jié)構(gòu)。
除此之外，當(dāng)使用氧化硅膜時，可利用TEOS(四乙基原硅酸鹽)和O2混合并在0.5-0.8Wcm2的高頻(13.56MHz)功率密度、以40Pa的反應(yīng)壓力和300-400℃的襯底溫度放電的等離子體CVD法形成。利用后來在400-500℃的熱退火，在制造的氧化硅膜中可得到作為柵絕緣膜的好特性。
然后，如圖17B所示，在柵絕緣膜407上形成厚度為20-100nm的第一導(dǎo)電膜408和厚度為100-400nm的第二導(dǎo)電膜409并層疊。在本例中，膜厚為30nm的TaN膜的第一導(dǎo)電膜408和厚度為370nm的W膜的第二導(dǎo)電膜409形成為層疊結(jié)構(gòu)。TaN膜是在含氮?dú)夥障吕脼R射形成的。此外，W膜是利用W靶通過濺射法形成的?？墒褂昧u(WF6)通過熱CVD法形成W膜。無論使用哪種方法，都需要使材料具有用做柵極的低電阻，并且最好是W膜的電阻率設(shè)定為小于或等于20μΩcm。通過使晶粒大，可以使W膜具有低電阻率。但是，W膜中含有多種雜質(zhì)元素如氧的情況下，阻止結(jié)晶并且電阻變高。因此，在本例中，通過用99.9999％高純度的W靶的濺射法形成W膜，此外，充分考慮在膜形成期間防止氣相中的雜質(zhì)混合在其中，可實(shí)現(xiàn)9-20μΩcm的電阻率。
注意，在本例中，第一導(dǎo)電膜408是由TaN制成的，第二導(dǎo)電膜409是由W制成的，但是對它們的材料不特別限制，每種膜可由選自由Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr和Nd構(gòu)成的組中的元素或含有上述元素作為其主要成分的合金材料或化合物材料形成。此外，可使用半導(dǎo)體膜，典型的為用雜質(zhì)元素如磷摻雜的多晶硅膜。另外，還可以使用AgpdCu合金。此外，可采用任何組合，如第一導(dǎo)電膜由鉭(Ta)形成和第二導(dǎo)電膜由W形成的組合、第一導(dǎo)電膜由氮化鈦(TiN)形成和第二導(dǎo)電膜由W形成的組合、第一導(dǎo)電膜由氮化鉭(TaN)形成和第二導(dǎo)電膜由Al形成的組合、或第一導(dǎo)電膜由氮化鉭(TaN)形成和第二導(dǎo)電膜由Cu形成的組合。
接下來，利用光刻法形成由抗蝕劑構(gòu)成的掩模410-415，并進(jìn)行第一刻蝕工藝以便形成電極和布線。該第一刻蝕工藝是用第一和第二刻蝕條件進(jìn)行的。在本例中，作為第一刻蝕條件，使用ICP(感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕法，CF4、Cl2和O2的氣體混合物用做刻蝕氣體，氣體流速設(shè)定為25/25/10sccm，通過在1Pa下給線圈形電極施加500W RF(13.56MHz)功率產(chǎn)生等離子體。這里使用利用由Matsushita Electric IndustrialCo.Ltd.制造的ICP(Model E645-□ICP)的干刻蝕器件。還給襯底一側(cè)(測試片階段)施加150W RF(13.56MHz)功率以便有效地施加負(fù)自偏置電壓。用第一刻蝕條件刻蝕W膜，第一導(dǎo)電層的端部形成為錐形。
然后，在不去除由抗蝕劑制成的掩模410-415的情況下，將第一刻蝕條件改變?yōu)榈诙涛g條件，CF4和Cl2的混合氣體用做刻蝕氣體，氣體流速設(shè)定為30/30sccm，并通過在1Pa下給線圈形電極施加500W RF(13.56MHz)功率產(chǎn)生等離子體。還給襯底一側(cè)(測試片階段)施加20WRF(13.56MHz)功率以便有效地施加負(fù)自偏置電壓。用混合CF4和Cl2的第二刻蝕條件以相同順序刻蝕W膜和TaN膜。注意，為了進(jìn)行刻蝕而不在柵絕緣膜上留下任何殘余物，刻蝕時間可以增加約10-20％。
在第一刻蝕工藝中，由于通過利用合適形狀的抗蝕劑掩模而給襯底一側(cè)施加偏置電壓的效果，第一和第二導(dǎo)電層的端部形成得具有錐形形狀。錐部的角度可以設(shè)定為15°-45°。這樣，利用第一刻蝕工藝形成由第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層構(gòu)成的第一形狀導(dǎo)電層417-422(第一導(dǎo)電層417a-422a和第二導(dǎo)電層417b-422b)。參考標(biāo)記416表示柵絕緣膜，沒有被第一形狀導(dǎo)電層417-422覆蓋的柵絕緣膜的區(qū)域通過刻蝕而變薄了約20-50nm。
然后，在不去掉由抗蝕劑構(gòu)成的掩模的情況下，進(jìn)行第一摻雜工藝以添加給半導(dǎo)體層賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素(圖18A)。可用離子摻雜法或離子注入法進(jìn)行摻雜。離子摻雜法的條件是劑量為1×1013-5×1015原子/cm2，加速電壓為60-100keV。在本例中，劑量為1.5×1015原子/cm2，加速電壓為80keV。作為賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素，使用屬于元素周期表的15族的元素，典型為磷(P)或砷(As)，這里使用磷。在這種情況下，導(dǎo)電層417-422成為賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素的掩模，并以自對準(zhǔn)方式形成高濃度雜質(zhì)區(qū)306-310。給高濃度雜質(zhì)區(qū)添加在1×1020-1×1021原子/cm2濃度范圍內(nèi)的賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素。
此后，不用去掉由抗蝕劑構(gòu)成的掩模而進(jìn)行第二刻蝕工藝。CF4、Cl2和O2的混合氣體用做刻蝕氣體，并選擇刻蝕W膜。用第二刻蝕工藝形成第二導(dǎo)電層428b-433b。另一方面，第一導(dǎo)電層417a-422a幾乎不被刻蝕，形成第二導(dǎo)電層428-433。
接著，如圖18B所示，在不去掉抗蝕劑掩模的情況下，進(jìn)行第二摻雜工藝。在劑量低于第一摻雜工藝的劑量和加速電壓為70-120keV的條件下?lián)诫s賦予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素。在本例中，劑量為1.5×1014原子/cm2，加速電壓為90keV。第二摻雜工藝用第二形狀導(dǎo)電層428-433作為掩模，用第二導(dǎo)電層428b-433b下面的半導(dǎo)體層摻雜雜質(zhì)元素。重新形成高濃度雜質(zhì)區(qū)423a-427a和低濃度雜質(zhì)區(qū)423a-427b。
接著，在去掉掩模之后，重新形成抗蝕劑掩模434a和434b，如圖18C所示進(jìn)行第三刻蝕工藝。SF6和Cl2的混合氣體用做刻蝕氣體，氣體流速設(shè)定為50/10sccm，并通過在1Pa下給線圈形電極施加500WRF(13.56MHz)功率產(chǎn)生等離子體，由此進(jìn)行刻蝕約30秒。還給襯底一側(cè)(測試片階段)施加10WRF(13.56MHz)功率以便有效地施加負(fù)自偏置電壓。這樣，通過上述第三刻蝕工藝形成刻蝕p溝道型TFT和象素部分的TFT(象素TFT)的TaN膜的第三形狀導(dǎo)電層435-438。
接下來，去掉抗蝕劑掩模之后，通過選擇去除柵絕緣膜416并利用第二形狀導(dǎo)電層428、430和第二形狀導(dǎo)電層435-438做掩模，形成絕緣層439-444(圖19A)。
接著，通過重新形成包括抗蝕劑的掩模445a-445c，進(jìn)行第三摻雜工藝。通過第三摻雜工藝，在構(gòu)成p溝道型TFT的有源層的半導(dǎo)體層中形成用提供與上述一種導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素?fù)诫s的雜質(zhì)區(qū)446、447。利用第二導(dǎo)電層435a、438a作雜質(zhì)元素的掩模，通過添加提供p型的雜質(zhì)元素自調(diào)節(jié)形成雜質(zhì)區(qū)。在本例中，通過使用乙硼烷(B2H6)的離子摻雜工藝形成雜質(zhì)區(qū)446、447。(圖19B)在第三摻雜工藝中，用包括抗蝕劑的掩模445a-445c覆蓋形成n溝道型TFT的半導(dǎo)體層。雖然通過第一摻雜工藝和第二摻雜工藝用磷以彼此不同的濃度摻雜了雜質(zhì)區(qū)446、447，但是在任何區(qū)域中通過進(jìn)行摻雜工藝以便使提供p型的雜質(zhì)元素的濃度落入在2×1020-2×1021原子/cm2范圍內(nèi)，該雜質(zhì)區(qū)用做p溝道型TFT的源區(qū)和漏區(qū)，因而，不會出現(xiàn)問題。在本例中，露出了構(gòu)成p溝道型TFT的有源層的半導(dǎo)體層的部分，因此實(shí)現(xiàn)了容易給它添加雜質(zhì)元素的優(yōu)點(diǎn)。
通過上述步驟在各個半導(dǎo)體層中形成雜質(zhì)區(qū)。
然后，通過去掉包括抗蝕劑的掩模445A-445c，形成第一層間絕緣膜461。第一層間絕緣膜461是利用等離子體CVD工藝或濺射工藝用包括硅和厚度為100-200nm的絕緣膜形成的。在本例中，利用等離子體CVD工藝形成膜厚為150nm的氮氧化硅膜。通常，第一層間絕緣膜461不限于氮氧化硅膜，包括硅的其它絕緣膜也可用做單層或疊層結(jié)構(gòu)。
接著，如圖19C所示，進(jìn)行添加到各個半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)元素的活化步驟。利用爐退火爐的熱退火工藝進(jìn)行該活化步驟。可以在具有等于或小于1ppm、優(yōu)選等于或小于0.1ppm的氮?dú)夥罩性?00-700℃、典型為500-550℃下進(jìn)行熱退火工藝，并且在本例中，利用熱處理在550℃下進(jìn)行活化處理4小時。此外，除了熱退火工藝之外，可使用激光退火工藝或快速熱退火工藝(RTA工藝)。
另外，在本例中，當(dāng)在結(jié)晶步驟中用鎳等作為催化劑進(jìn)行熱結(jié)晶時，金屬元素與活化步驟同時使包括高濃度磷的雜質(zhì)區(qū)423a、425A、426a、446a和447a結(jié)晶。因此，上述金屬元素被上述雜質(zhì)元素去氣，并且主要構(gòu)成溝道形成區(qū)的半導(dǎo)體層中的金屬元素濃度減少。根據(jù)具有用此方法制成的溝道形成區(qū)的TFT，截止電流值減少，結(jié)晶性能優(yōu)異，因此提供高場效應(yīng)遷移率并實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電特性。
另外，可以在形成第一層間絕緣膜之前進(jìn)行熱處理。但是，當(dāng)使用的布線材料耐熱性很弱時，優(yōu)選在形成層間絕緣膜(其主要成分為硅的絕緣膜，例如氮化硅膜)之后進(jìn)行活化工藝，如本例中那樣用于保護(hù)布線。
另外，通過在包含3-100％氫的氣氛中在300-550℃下進(jìn)行熱處理1-12小時，進(jìn)行半導(dǎo)體層的氫化步驟。在本例中，在包含約3％氫的氮?dú)鈿夥罩性?10℃下進(jìn)行熱處理1小時。該步驟是利用包含在層間絕緣膜中的氫端接半導(dǎo)體層的懸掛鍵的步驟。作為氫化的其它方式，可以進(jìn)行等離子體氫化(利用被等離子體激活的氫)。
此外，當(dāng)激光退火工藝用做活化工藝時，優(yōu)選在進(jìn)行氫化之后照射YAG激光器等的激光光束。
接下來，在第一層間絕緣膜461上形成包括無機(jī)絕緣材料或有機(jī)絕緣材料的第二層間絕緣膜462。在本例中，形成膜厚為1.6μm的丙烯酸樹脂膜，并使用粘度為10-1000cp、優(yōu)選40-200cp的膜，并且在其表面形成有突起和凹槽。
在本例中，為了防止鏡面反射，通過在表面上形成帶有突起和凹槽部分的第二層間絕緣膜，在象素電極的表面上形成突起和凹槽部分。而且，為了通過在象素電極表面上形成突起和凹槽部分而實(shí)現(xiàn)光散射特性，突起部分可以形成在象素電極下面的區(qū)域中。在這種情況下，由于在形成TFT時使用相同的光掩模，因此在沒有增加工藝數(shù)量的情況下形成突起部分。注意突起部分可適當(dāng)?shù)靥峁┰诔艘r底上的布線和TFT部分以外的象素部分區(qū)域中。這樣，沿著形成在覆蓋突起部分的絕緣膜的表面上的突起和凹槽部分，在象素電極表面上形成突起和凹槽部分。
而且，具有平整表面的膜可用做第二層間絕緣膜462。在這種情況下，最好如下進(jìn)行。即，在形成象素電極之后，利用公知方法如噴砂法或刻蝕法的工藝在表面上形成突起和凹槽部分。這樣，由于防止了鏡面反射并散射了反射光，因此優(yōu)選增加白色度。
然后，在驅(qū)動電路506中，形成與各個雜質(zhì)區(qū)電連接的布線463-467。注意這些布線是通過構(gòu)圖膜厚為50nm的Ti膜和膜厚為500nm的合金膜(Al和Ti的合金膜)的層疊膜形成的。
而且，在象素部分507中，形成象素電極470、柵布線469和連接電極468(圖20)。通過這個連接電極468，在源布線(雜質(zhì)區(qū)443b和第一導(dǎo)電層449的疊層)和象素TFT之間形成電連接。而且，在柵布線469和象素TFT的柵極之間形成電連接。關(guān)于象素電極470，形成與象素TFT的漏區(qū)442的電連接和與用做形成存儲電容器的電極之一的半導(dǎo)體層458的電連接。希望具有高電阻率的材料如含有Al或Ag作為其主要成分的膜或其層疊膜用于象素電極470。
這樣，可以在同一襯底上形成具有由n溝道TFT501和p溝道TFT502形成的CMOS電路和n溝道型TFT503的驅(qū)動電路506、和具有象素TFT504和保持電容器505的象素部分507。結(jié)果，完成了有源矩陣襯底。
驅(qū)動電路506的n溝道型TFT501具有溝道形成區(qū)423c、與構(gòu)成柵極的一部分的第一導(dǎo)電層428a疊加的低濃度雜質(zhì)區(qū)(GOLD區(qū))423b、和用做源區(qū)或漏區(qū)的高濃度雜質(zhì)區(qū)423a。通過電極466而與n溝道型TFT501連接形成CMOS電路的p溝道型TFT502具有溝道形成區(qū)446d、形成在柵極外部的雜質(zhì)區(qū)446b、446c、和用做源區(qū)或漏區(qū)的高濃度雜質(zhì)區(qū)446a。n溝道型TFT503具有溝道形成區(qū)425c、與包括柵極一部分的第一導(dǎo)電層430a疊加的低濃度雜質(zhì)區(qū)425b(GOLD區(qū))、和用做源區(qū)或漏區(qū)的高濃度雜質(zhì)區(qū)425a。
象素部分的象素TFT504包括溝道形成區(qū)426c、形成在柵極外部的低濃度雜質(zhì)區(qū)426b(GOLD區(qū))、和用做源區(qū)或漏區(qū)的高濃度雜質(zhì)區(qū)426a。此外，給用做存儲電容器505的電極之一的各個半導(dǎo)體層447a、447b添加提供p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素。存儲電容器505是利用絕緣膜444做介質(zhì)部件由電極(438a和438b的疊層)和半導(dǎo)體層447a-447c形成的。
此外，在本例的象素結(jié)構(gòu)中，象素電極的端部是通過將它設(shè)置成與源布線疊加以便使象素電極之間的間隙不暴露于光而沒有使用黑體形成的。
本例中制造的有源矩陣襯底的象素部分的頂視圖示于圖21中。注意到，相同參考標(biāo)記用于表示對應(yīng)圖17-20的部件。圖20中的虛線A-A’對應(yīng)沿著圖21中的線A-A’截取的截面圖。而且，圖20中的虛線B-B’對應(yīng)沿著圖21中的線B-B’截取的截面圖。
可通過與實(shí)施例1-4自由組合而實(shí)施本實(shí)施例。
在本例中，將介紹用實(shí)施例5中制造的有源矩陣襯底制造反射型液晶顯示器件的步驟，圖22用于解釋。
首先，根據(jù)實(shí)施例5，提供處于圖20的狀態(tài)的有源矩陣襯底，然后，在圖20的有源矩陣襯底上，至少在象素電極470上，形成對準(zhǔn)膜567，進(jìn)行研磨處理。此外，在本例中，在形成對準(zhǔn)膜567之前，通過構(gòu)圖有機(jī)樹脂膜如丙烯酸樹脂膜，為了保持襯底之間的間隔，在希望的位置上形成柱狀隔離物572。另外，代替柱狀隔離物，在襯底整個表面上散布球形隔離物。
接著，制備對置襯底569。接下來，形成色層570和571及整平膜573。通過疊加紅色的色層570和蘭色的色層572形成光屏蔽部分。此外，通過疊加紅色色層和蘭色色層的部分可形成光屏蔽部分。
在本例中，使用了實(shí)施例4中所示的襯底。因此，在表示實(shí)施例4的象素部分的頂視圖的圖21中，需要至少屏蔽柵布線469和象素電極470之間的間隙、柵布線469和連接電極468之間的間隙、及連接電極468和象素電極470之間的間隙。在本例中，各個色層設(shè)置成通過疊置色層構(gòu)成的光屏蔽部分疊加要被屏蔽的位置和對其粘貼對置襯底。
用這種方式，通過用由疊置色層構(gòu)成的光屏蔽部分屏蔽各個象素之間的間隙而不用形成光屏蔽層如黑掩模，減少了很多步驟。
接著，至少在象素部分在整平膜573上形成由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的對置電極576，在對置襯底的整個表面上形成對準(zhǔn)膜574，并進(jìn)行研磨處理。
此外，用象素部分和驅(qū)動電路形成的有源矩陣襯底和對置襯底通過密封件568粘貼在一起。密封件568與填充劑混合，并且兩個襯底以均勻間隔被填充劑和柱狀隔離物粘貼在一起。隨后，用液晶材料575注入兩個襯底之間的間隔中，并用密封劑(未示出)完全密封。對于液晶材料575，可使用公知液晶材料。通過這種方式，完成了圖22中所示的反射型液晶顯示裝置。此外，如果需要，可將有源矩陣襯底或?qū)χ靡r底分離成所希望的形狀。另外，只給對置襯底粘貼偏振器(未示出)。而且，利用公知技術(shù)給它粘貼FPC。
如此形成的液晶顯示器件具有利用其上形成了大粒徑晶粒的半導(dǎo)體膜形成的TFT，并實(shí)現(xiàn)了足夠的操作特性和可靠性。用這種方式制造的液晶顯示器件用做各種電子設(shè)備的顯示部分。
可通過自由組合實(shí)施例1-5實(shí)施本例。
在本例中，將介紹通過在制造實(shí)施例5中所述的有源矩陣襯底時制造TFT的方法制造作為發(fā)光器件的EL(電致發(fā)光)顯示器件的例子。EL顯示器件是包括作為光源的含有機(jī)化合物的層(EL元件)的發(fā)光器件，其中通過施加電場實(shí)現(xiàn)發(fā)光。有機(jī)化合物的EL包括在單激發(fā)態(tài)返回到接地狀態(tài)時得到的光發(fā)射(熒光)和當(dāng)三激發(fā)態(tài)返回到接地狀態(tài)時得到的光發(fā)射(磷光)。圖23是本實(shí)施例的發(fā)光器件的截面圖。
順便提及，在本說明書中，形成在發(fā)光元件中的陽極和陰極之間的任何層定義為有機(jī)發(fā)光層。具體而言，有機(jī)發(fā)光層包括發(fā)光層、空穴注入層、電子注入層、空穴轉(zhuǎn)移層、電子轉(zhuǎn)移層等。實(shí)質(zhì)上，發(fā)光元件具有陽極層、發(fā)光層和陰極層順序堆疊的結(jié)構(gòu)，并且除了該結(jié)構(gòu)之外，發(fā)光層可具有陽極層、空穴注入層、發(fā)光層和陰極層，或陽極層、空穴注入層、發(fā)光層、電子轉(zhuǎn)移層和陰極層按順序堆疊的結(jié)構(gòu)。
在圖23中，用圖22的n溝道TFT503形成設(shè)置在襯底700上的開關(guān)TFT603。相應(yīng)地，參考n溝道TFT503的介紹用于介紹其結(jié)構(gòu)。
順便提及，在本例中，雖然采用形成兩個溝道形成區(qū)的雙柵結(jié)構(gòu)，但是也可以采用形成一個溝道形成區(qū)的單柵結(jié)構(gòu)或形成三個溝道形成區(qū)的三柵結(jié)構(gòu)。
用圖22的CMOS電路形成設(shè)置在襯底700上的驅(qū)動電路。相應(yīng)地，參考n溝道TFT501和p溝道TFT502的介紹用于介紹其結(jié)構(gòu)。順便提及，雖然采用單柵結(jié)構(gòu)，但是也可以采用雙柵結(jié)構(gòu)或三柵結(jié)構(gòu)。
除此之外，布線701和703用做CMOS電路的源布線，布線702用做漏布線。布線704用做電連接源布線708和開關(guān)TFT的源區(qū)的布線，布線705用做電連接漏布線709和開關(guān)TFT的漏區(qū)的布線。
順便提及，用圖22的p溝道TFT502形成電流控制TFT604。相應(yīng)地，參考p溝道TFT502的介紹用于介紹其結(jié)構(gòu)。雖然采用單柵結(jié)構(gòu)，但是也可以采用雙柵結(jié)構(gòu)或三柵結(jié)構(gòu)。
布線706是電流控制TFT的源布線(等效于電流輸送線)，布線707是與電流控制TFT的象素電極710疊加以便與象素電極710電連接的電極。
順便提及，參考標(biāo)記710表示用透明導(dǎo)電膜制成的象素電極(EL元件的陽極)。作為透明導(dǎo)電膜，可使用氧化銦和氧化錫的化合物、氧化銦和氧化鋅、氧化鋅、氧化錫或氧化銦的化合物。可使用用鎵添加的透明導(dǎo)電膜。在形成布線之前，在平坦層間絕緣膜711上形成象素電極710。在本例中，利用由樹脂制成的整平膜711整平由于TFT形成的階梯部分是很重要的。由于后來形成的EL層很薄，因此有由于階梯部分的存在而產(chǎn)生差的光發(fā)射的情況。因而，希望在形成象素電極之前進(jìn)行整平，以便在可能最平坦的表面上形成EL層。
形成布線701和707之后，如圖23所示，形成堤712?？赏ㄟ^構(gòu)圖厚度為100-400nm并含有硅或有機(jī)樹脂膜的絕緣膜形成堤712。
順便提及，由于堤712是絕緣膜，因此在膜生長時應(yīng)小心元件的靜電損傷。在本例中，在作為堤712的材料的絕緣膜中添加碳顆?；蚪饘兕w粒，以便降低電阻率并抑制靜電的產(chǎn)生。此時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整碳顆?；蚪饘兕w粒的添加量，以便使電阻率為1×106-1×1012Ωm(優(yōu)選1×108-1×1010Ωm)。
在象素電極710上形成EL層713。順便提及，雖然圖23中只示出了一個象素，但是在本例中，分開形成對應(yīng)R(紅)、G(綠)和B(蘭)的EL層。此外，在本例中，利用蒸發(fā)法形成低分子有機(jī)EL材料。具體而言，采用如下層疊結(jié)構(gòu)其中提供厚度為20nm銅酞菁(CuPc)膜作為空穴注入層，在其上提供厚度為70nm的tirs-8-quinolinolato鋁絡(luò)合物(Alq3)膜作為發(fā)光層。通過給Alq3添加熒光顏料如quinacridone、perylene或DCM1可控制光發(fā)射的顏色。
但是，上述例子是可用于EL層的有機(jī)EL材料的例子，本發(fā)明不必限于此。發(fā)光層、電荷轉(zhuǎn)移層和電荷注入層可自由組合形成EL層(用于發(fā)光和為此而移動載流子的層)。例如，雖然本實(shí)施例顯示了低分子有機(jī)EL材料用于EL層的例子，但是可以使用高分子有機(jī)EL材料。此外，也可使用無機(jī)材料如碳化硅用于電荷轉(zhuǎn)移層或電荷注入層。公知材料可用做有機(jī)EL材料或無機(jī)材料。
接著，在EL層713上提供由導(dǎo)電膜制成的陰極714。在本例中，鋁和鋰的合金膜用做導(dǎo)電膜。當(dāng)然，可以使用公知MgAg膜(鎂和銀的合金膜)。作為陰極材料，可使用用元素周期表的1族或2族中的元素制成的導(dǎo)電膜或用這些元素添加的導(dǎo)電膜。
直到形成該陰極714的部分時，完成了EL元件715。順便提及，這里EL元件715表示由象素電極(陽極)710、EL層713和陰極714形成的二極管。
提供鈍化膜716以便完全覆蓋EL元件715是有效的。鈍化膜716由含有碳膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的絕緣膜構(gòu)成，并且可使用絕緣膜的單層或這些膜的組合的層疊膜。
此時，優(yōu)選使用覆蓋率優(yōu)異的膜用做鈍化膜，使用碳膜、特別是DLC(類金剛石碳)膜是有效的。由于可在從室溫到100℃的溫度范圍內(nèi)形成DLC膜，因此很容易在具有低耐熱性的EL層713上形成該膜。此外，DLC對氧具有高的阻擋效應(yīng)，并能抑制EL層713的氧化。這樣，可以防止EL層713在此后進(jìn)行的密封步驟期間被氧化的問題。
此外，在鈍化膜716上提供密封件717，并粘接蓋件718。紫外線固化樹脂可用于密封件717，并且在其內(nèi)部提供有吸濕效應(yīng)的材料或有防氧化效應(yīng)的材料是有效的。此外，在本例中，通過在玻璃襯底、石英襯底或塑料襯底(包含塑料膜)的兩個表面上形成碳膜(優(yōu)選類金剛石碳膜)得到的部件用做蓋件718。
通過這種方式，完成了具有圖23中所示結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件。順便提及，利用多室系統(tǒng)(或線內(nèi)系統(tǒng))膜形成裝置并且不暴露于空氣可連續(xù)進(jìn)行從完成堤712到形成鈍化膜716的步驟。而且，不暴露于空氣，可連續(xù)進(jìn)行直到粘接蓋件718的步驟的步驟。
通過這種方式，利用塑料襯底作為基體在絕緣體700上形成n溝道TFT601和602、開關(guān)TFT(n溝道TFT)603和電流控制TFT(n溝道TFT)604。到此為止的制造工藝中需要的掩模數(shù)量小于一般有源矩陣型發(fā)光器件制造時用的掩模數(shù)量。
就是說，大大簡化了TFT的制造工藝，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量的提高和制造成本的降低。
此外，如參照圖23所述，通過提供由絕緣膜與柵極疊加的雜質(zhì)區(qū)，可形成具有對由于熱載流子造成的退化的高抵抗性的n溝道TFT。這樣，實(shí)現(xiàn)了高度可靠的發(fā)光器件。
此外，在本例中，雖然只示出了象素部分和驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)，根據(jù)本例的制造工藝，除了這些之外，還可以在同一絕緣體上形成信號分離電路、D/A轉(zhuǎn)換器、操作放大器和邏輯電路如γ校正電路，此外，還可以形成存儲器和微處理器。
此外，將參照圖24A和24B介紹進(jìn)行直到用于保護(hù)EL元件的密封(或封裝)步驟的步驟之后的本例的發(fā)光器件。順便提及，為了需要，參考圖23中使用的參考標(biāo)記。
圖24A是表示直到進(jìn)行EL元件的密封的步驟的狀態(tài)的頂視圖，圖24B是沿著圖24A的線C-C’截取的截面圖。由虛線表示的部分的參考標(biāo)記801表示源側(cè)驅(qū)動電路；806表示象素部分；807表示柵側(cè)驅(qū)動電路。此外，參考標(biāo)記901表示蓋件；902表示第一密封件；903表示第二密封件，在被第一密封件902包圍的內(nèi)部提供密封件907。
順便提及，參考標(biāo)記904表示用于傳輸輸入到源側(cè)驅(qū)動電路801和柵側(cè)驅(qū)動電路807的信號的布線，它從作為外部輸入端的FPC(撓性印刷電路)905接收視頻信號和時鐘信號。順便提及，這里雖然只示出了FPC，但是印刷布線板(PWB)可固定到FPC上。本說明書中的發(fā)光器件不僅包括發(fā)光器件主體，而且包括FPC或PWB固定到其上的狀態(tài)。
接著，將參照圖24B介紹截面結(jié)構(gòu)。在襯底700上形成象素部分806和柵側(cè)驅(qū)動電路807，象素部分806是由各包括電流控制TFT604和與其漏電連接的象素電極710的多個象素形成的。柵側(cè)驅(qū)動電路807是用其中組合了n溝道TFT601和p溝道TFT602的CMOS電路形成的。
象素電極710用做EL元件的陽極。在象素電極710的兩端形成堤712，并在象素電極710上形成EL元件的EL層713和陰極714。
陰極714用做公用于所有象素的布線，并通過連接布線904與FPC905電連接。此外，用陰極714和鈍化膜716覆蓋包含在象素部分806和柵側(cè)驅(qū)動電路807的所有元件。
此外，用第一密封件902粘接蓋件901。順便提及，可提供由樹脂膜構(gòu)成的隔離物以便保證蓋件901和EL元件之間的間隔。在第一密封件902內(nèi)部填充密封件907。順便提及，優(yōu)選使用環(huán)氧樹脂用于第一密封件902和密封件907。此外，希望第一密封件902由最大限度阻擋濕氣或氧滲入的材料制成。此外，在密封件907內(nèi)部可含有具有吸濕效應(yīng)或防氧化效應(yīng)的材料。
提供的覆蓋EL元件的密封件907還用做粘接蓋件901的粘合劑。此外，在本例中，F(xiàn)RP(玻璃纖維增強(qiáng)塑料)、PVF(聚氟乙烯)、Marly、聚酯或丙烯?；?acryl)可用于構(gòu)成蓋件901的塑料襯底901a的材料。
此外，用密封件907粘接蓋件901之后，提供第二密封件903，以便覆蓋密封件907的側(cè)表面(暴露表面)。與第一密封件902相同的材料可用于第二密封件903。
通過利用上述結(jié)構(gòu)密封密封件907中的EL元件，可使EL元件完全與外部隔離，并且可以防止材料由于EL層的氧化而加速退化如濕氣或氧從外部進(jìn)入。相應(yīng)地，可得到高度可靠的發(fā)光器件。
用上述這種方式制造的發(fā)光器件包括用其中形成大粒徑晶粒的半導(dǎo)體膜制造的TFT，并且發(fā)光器件的操作特性和可靠性是足夠的。這種發(fā)光器件可用做各種電子設(shè)備的顯示部分。
順便提及，本實(shí)施例可與實(shí)施例1-5自由組合。
通過應(yīng)用本發(fā)明可形成各種半導(dǎo)體器件(有源矩陣型液晶顯示器件，有源矩陣型發(fā)光器件或有源矩陣型EC顯示器件)。具體而言，本發(fā)明可用在顯示部分中包含這種電光器件的任何類型的電子設(shè)備中。
這種電子設(shè)備是視頻攝像機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、投影儀、頭部安裝式顯示器(護(hù)目鏡型顯示器)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車立體音響設(shè)備、個人計算機(jī)或移動信息終端(如便攜式計算機(jī)、移動電話或電子筆記本)。圖25A-25F、26A-26D、27A-27C示出了其例子之一。
圖25A表示個人計算機(jī)，包括主體2001、圖象輸入部分2002、顯示部分2003、鍵盤2004等。本發(fā)明可適用于顯示部分2003。
圖25B表示視頻攝像機(jī)，包括主體2101、顯示部分2102、聲音輸入部分2103、操作開關(guān)2104、電池2105、圖象接收部分2106等。本發(fā)明應(yīng)用于顯示部分2102。
圖25C表示便攜式計算機(jī)，包括主體2201、攝像部分2202、圖象接收部分2203、操作開關(guān)2204、顯示部分2205等。本發(fā)明可應(yīng)用于顯示部分2205。
圖25D表示護(hù)目鏡型顯示器，包括主體2301、顯示部分2302、臂部2303等。本發(fā)明可應(yīng)用于顯示部分2302。
圖25E表示利用其上記錄了程序的記錄介質(zhì)(以下稱為記錄介質(zhì))的播放機(jī)，該播放機(jī)包括主體2401、顯示部分2402、揚(yáng)聲器部分2403、記錄介質(zhì)2404、操作開關(guān)2405等。這個播放機(jī)使用DVD(數(shù)字通用盤)、CD等作為記錄介質(zhì)，并使用戶可欣賞到音樂、電影、游戲和互連網(wǎng)。本發(fā)明可應(yīng)用于顯示部分2402。
圖25F表示數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，包括主體2501、顯示部分2502、目鏡部分2503、操作開關(guān)2504、圖象接收部分(未示出)等。本發(fā)明可應(yīng)用于顯示部分2502。
圖26A表示正面型投影儀，包括投影器件2601、熒光屏2602等。本發(fā)明可應(yīng)用于構(gòu)成投影器件2601的部分和其它驅(qū)動電路的液晶顯示器件2808。
圖26B表示背面型投影儀，包括主體2701、投影器件2702、鏡子2703、熒光屏2704等。本發(fā)明可應(yīng)用于構(gòu)成投影器件2702的部分和其它驅(qū)動電路的液晶顯示器件2808。
圖26C表示分別示于圖26A和26B中的每個投影器件2601和2702的結(jié)構(gòu)的一個例子。每個投影器件2601和2702是由光源光學(xué)系統(tǒng)2801、反射鏡2802、和2804-2806、分色鏡2803、棱鏡2807、液晶顯示器件2808、相差板2809、和投影光學(xué)系統(tǒng)2810。投影光學(xué)系統(tǒng)2810由包括投影透鏡的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。實(shí)施例8是三板型的例子，但是這不限于該例，可以是單板型的。另外，實(shí)施本發(fā)明的這些例子可在由圖26C中的箭頭所示的路徑中適當(dāng)?shù)卦O(shè)置光學(xué)系統(tǒng)如光學(xué)透鏡、具有偏振功能的膜、用于調(diào)整相差的膜或IR膜。
圖26D是表示在圖26C中所示的光源光學(xué)系統(tǒng)2801的結(jié)構(gòu)的一個例子的示意圖。在實(shí)施例8中，光源光學(xué)系統(tǒng)2801是由反射器2811、光源2812、透鏡陣列2813和2814、偏振轉(zhuǎn)換元件2815和聚光透鏡2816。順便提及，圖26D中所示的光源光學(xué)系統(tǒng)是一個例子，本發(fā)明不被特別限于所示結(jié)構(gòu)。例如，體現(xiàn)本發(fā)明的那些部分可適當(dāng)?shù)卦O(shè)置光學(xué)系統(tǒng)如光學(xué)透鏡、具有偏振功能的膜、用于調(diào)整相差的膜或IR膜。
圖26A-26D中所示的投影儀是使用電光器件的透明型的類型，但是沒有示出本發(fā)明適用于電光器件發(fā)光器件的反射型的例子。
圖27A表示移動電話，包括主體2901、聲音輸出部分2902、聲音輸入部分2903、顯示部分2904、操作開關(guān)2905、天線2906等。本發(fā)明可適用于顯示部分2904。
圖27B表示便攜式筆記本(電子筆記本)，包括主體3001、顯示部分3002和3003、存儲介質(zhì)3004、操作開關(guān)3005、天線3006等。本發(fā)明可適用于顯示部分3002和3003。
圖27C表示包括主體3101、支撐底座3102、顯示部分3103等的顯示器。本發(fā)明可適用于顯示部分3103。
本發(fā)明特別有利于大屏幕顯示器，并有利于具有10英寸或以上(特別是30英寸或以上)的對角尺寸的顯示器。
從前面的描述清楚看出，本發(fā)明的應(yīng)用的范圍非常寬，本發(fā)明適用于電子設(shè)備的任何領(lǐng)域。利用由實(shí)施例1-7的任何的組合構(gòu)成的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，在激光退火時，激光光束形成為線形形狀以提高生產(chǎn)率，并且使用容易維護(hù)的固體激光器，因而與使用準(zhǔn)分子激光器的常規(guī)激光退火相比，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率的提高。這樣，降低了半導(dǎo)體器件如TFT或由TFT形成的液晶顯示器件的制造成本。
而且，通過在其間提供有時間差的激光光束照射半導(dǎo)體膜的程序進(jìn)行激光退火，可得到具有等于或大于常規(guī)尺寸(在照射準(zhǔn)分子激光光束的情況下)的粒徑的晶粒的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。通過得到具有大晶粒尺寸的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，可大大提高半導(dǎo)體器件的性能。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將激光光束分離成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿過所述第一薄膜偏振元件；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；和用上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束照射一個半導(dǎo)體膜，其中疊加比設(shè)定為50-98％；和使用所述半導(dǎo)體膜形成一個半導(dǎo)體器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間上述第一激光光束的光學(xué)路徑長度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間所述第二激光光束的光學(xué)路徑長度。
2.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將激光光束分離成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿過所述第一薄膜偏振元件；在第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射后，由至少一個反射鏡反射所述第一激光光束至少一次；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；和用上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束照射一個半導(dǎo)體膜，其中疊加比設(shè)定為50-98％；和使用所述半導(dǎo)體膜形成一個半導(dǎo)體器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間上述第一激光光束的光學(xué)路徑長度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間所述第二激光光束的光學(xué)路徑長度。
3.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將激光光束分離成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿過所述第一薄膜偏振元件；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；將上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束形成為具有10或以上的長寬比的形狀；用上述具有10或以上的長寬比的合成激光光束照射一個半導(dǎo)體膜，其中疊加比設(shè)定為50-98％；和使用所述半導(dǎo)體膜形成一個半導(dǎo)體器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間上述第一激光光束的光學(xué)路徑長度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間所述第二激光光束的光學(xué)路徑長度。
4.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將激光光束分離成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿過所述第一薄膜偏振元件；在第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射后，由至少一個反射鏡反射所述第一激光光束至少一次；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；將上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束形成為具有10或以上的長寬比的形狀；用上述具有10或以上的長寬比的合成激光光束照射一個半導(dǎo)體膜，其中疊加比設(shè)定為50-98％；和使用所述半導(dǎo)體膜形成一個半導(dǎo)體器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間上述第一激光光束的光學(xué)路徑長度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之間所述第二激光光束的光學(xué)路徑長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于所述激光光束由固體激光器產(chǎn)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于所述半導(dǎo)體膜是硅和鍺硅中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于所述半導(dǎo)體膜形成在一個含有氮氧化硅膜的絕緣膜之上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于所述激光光束是二次諧波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。在與常規(guī)裝置相比具有低運(yùn)行成本的激光照射裝置和使用這種裝置的激光照射方法中，形成具有等于或大于常規(guī)粒徑的粒徑的晶粒的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，并利用結(jié)晶半導(dǎo)體膜制造TFT，因而實(shí)現(xiàn)了能高速操作TFT。在來自作為光源的固體激光器的短輸出時間的激光光束照射到半導(dǎo)體膜上的情況下，另一激光光束延遲于一個激光光束，并且激光光束合成以便照射到半導(dǎo)體膜上，因而半導(dǎo)體膜的冷卻速度緩慢，并且可以形成具有等于或大于具有長輸出時間的激光光束照射到半導(dǎo)體膜上的情況下的粒徑大的粒徑的晶粒的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。通過用結(jié)晶半導(dǎo)體膜制造TFT，可實(shí)現(xiàn)能高速操作的TFT。
文檔編號B23K26/06GK1841662SQ200610073760
公開日2006年10月4日 申請日期2001年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月26日
發(fā)明者田中幸一郎, 中嶋節(jié)男 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所