專利名稱：半導體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有包括薄膜晶體管(下文稱作TFT)的電路的半導體裝置及其制造 方法。例如，本發(fā)明涉及具有電光裝置作為其組件的電子裝置，所述電光裝置典型地是液晶 顯示器面板或者具有有機發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置。本說明書中的半導體裝置是指可以使用半導體特性工作并且包括所有類型的裝 置，例如電光裝置、半導體電路和電子裝置的一般裝置。
背景技術(shù)：
最近幾年，使用在具有絕緣表面的襯底上面形成的半導體薄膜(大約幾納米至幾 百納米厚度)形成薄膜晶體管(TFT)的技術(shù)已經(jīng)引起關(guān)注。薄膜晶體管廣泛地應(yīng)用于例如 IC或電光裝置的電子裝置，并且特別是作為快速圖像顯示裝置的開關(guān)元件而被發(fā)展。首先，使用多晶半導體膜形成的薄膜晶體管(TFT)的遷移率比使用無定形半導體 膜形成的TFT的遷移率兩個數(shù)量級或更高，并且具有可以將半導體顯示裝置中的像素部分 和外圍驅(qū)動電路集成在同一襯底上的優(yōu)點。通過使用激光退火方法可以在廉價的玻璃襯底 上形成多晶半導體膜。作為激光退火方法中所用的激光振蕩器，根據(jù)振蕩方法有兩種類型脈沖激光振 蕩器和連續(xù)波激光振蕩器。以受激準分子激光器為代表的脈沖激光器每單位時間的輸出功 率大約比連續(xù)波激光器高三到六倍。因此，通過使用光學系統(tǒng)將束斑(激光束實際上照射 到要照射的物體表面上的區(qū)域)定形成邊長為幾厘米的矩形斑或者長度為IOOmm或更長的 線形斑，可以增加激光照射的通量，來有效地向半導體膜進行激光照射。為此，脈沖激光器 已經(jīng)主要用于使半導體膜結(jié)晶化。注意此處使用的術(shù)語“線形”不是指嚴格意義上的線，而是指具有大長寬比的矩形 (或者拉長的橢圓形)。例如，將長寬比為2或更大(優(yōu)選10 10000)的矩形束斑稱作線 性束斑。應(yīng)當注意線性包括在矩形中。參考文獻1(日本專利第3276900號)描述了一種使用脈沖激光器的技術(shù)，其中， 關(guān)于每個均具有成為工作設(shè)計值的溝道寬度W的兩個溝道形成區(qū)(CH)，使W和兩個溝道形 成區(qū)之間的間距WA的總值大于脈沖激光器的間距P。

發(fā)明內(nèi)容
受激準分子激光器廣泛地用作脈沖激光器。但是，受激準分子激光器難以極大地 增加與其輸出功率有關(guān)的激光束的橫截面積。因此，激光束(以下也稱作激光)被變形成 帶狀或者線狀，并且彼此重疊地掃描，以照射襯底的整個表面。晶體的晶粒大小因受掃描時 激光束能量分布的影響而變得不均勻。
如此由脈沖激光束結(jié)晶化了的半導體膜包括大量位置和大小隨機的晶粒。與晶粒 內(nèi)部不同，晶粒間的界面(晶粒晶界)包括無限數(shù)量的由于晶體缺陷或無定形結(jié)構(gòu)所引起 的俘獲中心或復合中心。當載流子在俘獲中心被俘獲時，晶粒晶界的電勢增加并且變成對 載流子的勢壘，因而引起載流子傳輸性質(zhì)降低的問題。在向半導體膜上發(fā)射脈沖激光的情況下，脈沖激光一照射半導體膜，其表面就熔 化。此后，因向襯底的熱傳導而熔化的半導體膜從襯底一側(cè)被冷卻并凝結(jié)。盡管在這種凝結(jié) 過程中半導體膜再結(jié)晶成為具有大晶粒尺 寸的晶體結(jié)構(gòu)的半導體膜，但是因半導體膜已經(jīng) 被熔化過并且它們的體積已經(jīng)變大而在半導體膜的表面上引起稱作脊(ridge)的不平坦。 特別是在頂柵(top-gate)型TFT的情況下，具有脊的表面變成與柵絕緣膜接觸的界面，因 此元件特性因脊而改變。由于上述原因，有引起集成在顯示裝置等中的驅(qū)動薄膜晶體管的工作特性的變 化，從而產(chǎn)生顯示不勻(mura)的問題。具體地說，在多個彼此并聯(lián)電連接的薄膜晶體管間 的變化是個問題。另外，在形成其中集成了具有薄膜晶體管的電路的CPU等的情況下，也有 引起薄膜晶體管的工作特性的變化并且難以進行均勻工作的問題。涉及使用連續(xù)波激光器結(jié)晶半導體膜的技術(shù)最近已經(jīng)引起關(guān)注。在連續(xù)波激光器 的情況下，與常規(guī)脈沖激光器不同，當激光束在一個方向上掃描來照射半導體膜時，可能在 掃描方向上連續(xù)生長晶體并且形成包括在掃描方向上延長的單晶晶粒的聚集。因此，不會 產(chǎn)生不平坦、即脊。通過上述方法，可以形成幾乎不存在至少與TFT的溝道方向相交叉的晶 界的半導體膜。本發(fā)明的一個方面是在制造包括多個薄膜晶體管的電路時，增加了通過用連續(xù)波 激光照射半導體膜而被熔化了的區(qū)域(不包括微晶區(qū)域)的寬度LP，并且在一個區(qū)域中設(shè) 置了多個薄膜晶體管(彼此并聯(lián)電連接)的有源層。作為包括多個薄膜晶體管的電路，典型地給出CMOS電路、NMOS電路、PMOS電路等。 可以使用CMOS電路、NMOS電路或PMOS電路來制造反相電路、NAND (與非)電路、AND (與 門)電路、NOR(或非)電路、OR(或)電路、移位寄存器電路、取樣電路、D/A變換器電路、 A/D變換器電路、鎖存電路、緩沖電路等。另外，通過組合這些電路可以構(gòu)建存儲元件，例如 SRAM或DRAM、或者其它元件。當用連續(xù)波激光照射半導體膜時，在照射區(qū)和非照射區(qū)之間形成具有小晶粒尺寸 的微晶區(qū)。在相對置的兩側(cè)形成微晶區(qū)，以夾著具有較大晶體的晶體區(qū)。另外，當用激光照 射半導體膜的整個表面時，優(yōu)選掃描激光，使得這些微晶區(qū)彼此重疊。本說明書中的間距是指包括在一側(cè)的一個微晶區(qū)的照射區(qū)的寬度。此外，激光束 寬度LP是指不包括微晶區(qū)的照射區(qū)的寬度，換句話說，是相鄰的微晶區(qū)之間的距離(具有 較大晶體的晶體區(qū)的寬度)。另外，激光束的總寬度是指包括相對著的兩側(cè)的兩個微晶區(qū)的 照射區(qū)域的寬度，換句話說，是被照射表面上的激光束形狀的總寬度。在本說明書中公開的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是一種半導體裝置，其中在具有絕緣表面的襯 底上形成半導體薄膜，并且用連續(xù)波激光束照射以熔化并冷卻半導體薄膜使之再結(jié)晶，并 且所述裝置包括每個都使用半導體薄膜作為有源層的多個薄膜晶體管；其中所述多個薄膜 晶體管彼此并聯(lián)電連接，并且其中WC和WS的總和小于連續(xù)波激光束的寬度LP，其中WC是 多個薄膜晶體管中溝道形成區(qū)寬度的和而WS是溝道形成區(qū)之間的間隔。
在并列設(shè)置至少兩個薄膜晶體管的情況下，本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)是一種半導體 裝置，其中在具有絕緣表面的襯底上形成半導體薄膜，并且用連續(xù)波激光束照射以熔化并 冷卻半導體膜使之再結(jié)晶，并且所述裝置包括每個都使用半導體薄膜作為有源層的多個 薄膜晶體管；其中所述多個薄膜晶體管中至少兩個薄膜晶體管彼此并聯(lián)電連接，并且其中 W1+W2+W3的和，即在第一薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)的寬度W1、第一薄膜晶體管中的溝道 形成區(qū)和在與第一薄膜晶體管的溝道相鄰位置處形成的第二薄膜晶體管中的溝道形成區(qū) 之間的間隔W2、以及第二薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)的寬度W3之和，小于連續(xù)波激光束的 寬度LP。在本發(fā)明中，可以使用重復率為IOMHz或更高的脈沖激光器(也稱作準CW激光 器)來代替連續(xù)波(CW)激光器。所述重復率遠高于常規(guī)脈沖激光器的幾十至幾百Hz的重 復率。據(jù)說在用脈沖激光照射半導體膜后使半導體膜完全固化需要幾十至幾百ns。當脈沖 激光具有IOMHz或更高的重復率時，在半導體膜已經(jīng)由前面的激光熔化后，可以在半導體 膜固化前用脈沖激光照射半導體膜。因此，與使用常規(guī)脈沖激光的情況不同，固相和液相間的界面可以在半導體膜中 連續(xù)移動，并且形成具有在掃描方向上連續(xù)生長的晶粒的半導體膜。具體地說，可以形成晶 粒的聚集，每個晶粒在掃描方向上具有10 30 μ m、優(yōu)選10 60 μ m的寬度并且在與掃描 方向垂直的方向上具有約1 5μπι的寬度。與連續(xù)波激光器相比，準CW激光器可以顯著地增大束斑的面積、抑制對玻璃襯底 的熱損傷、使晶體在掃描方向上連續(xù)生長，并且形成在掃描方向上延長的單晶的聚集。本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)是一種半導體裝置，其中在具有絕緣表面的襯底上形成半導 體薄膜，并且用重復率為大于等于IOMHz且小于等于IOOGHz的脈沖激光束照射以熔化并冷 卻半導體膜使之再結(jié)晶，并且所述裝置包括每個都使用半導體薄膜作為有源層的多個薄膜 晶體管；其中所述多個薄膜晶體管彼此并聯(lián)電連接，并且其中WC和WS的總和小于脈沖激光 束的寬度LP，其中WC是多個薄膜晶體管中溝道形成區(qū)寬度的和而WS是溝道形成區(qū)之間的 間隔。本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)是一種半導體裝置，其中在具有絕緣表面的襯底上面形成半 導體薄膜，并且用重復率大于等于IOMHz且小于等于IOOGHz的脈沖激光束照射以熔化并 冷卻半導體膜使之再結(jié)晶，并且所述裝置包括每個都使用半導體薄膜作為有源層的多個薄 膜晶體管；其中所述多個薄膜晶體管中的至少兩個薄膜晶體管彼此并聯(lián)電連接，并且其中 W1+W2+W3的和，即第一薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)的寬度W1、第一薄膜晶體管中的溝道形 成區(qū)和在與第一薄膜晶體管的溝道相鄰位置處形成的第二薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)之 間的間隔W2、以及第二薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)的寬度W3之和，小于脈沖激光束的寬度 LP。本發(fā)明的一個特征是在上述結(jié)構(gòu)中，以相等的間隔設(shè)置所述多個薄膜晶體管。本發(fā)明中使用的CW激光器沒有具體限制，并且可以使用YAG激光器、YVO4激光器、 GdVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。可以使用任意激光器作為準CW激光器，只要它可以發(fā)射20ps或更小脈沖寬度的 極短脈沖激光束即可。例如，可以使用受激準分子激光器、Ar激光器、Kr激光器、CO2激光 器、YAG激光器、Y2O3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、變石激光器、Ti:藍寶石激光器、銅蒸氣激光器或金蒸氣激光器等。當使用本發(fā)明的制造結(jié)晶半導體膜的方法制造結(jié)晶半導體膜時，可以獲得高產(chǎn)量 的、具有優(yōu)良特性的結(jié)晶半導體膜。另外，當使用通過本發(fā)明的制造結(jié)晶半導體膜的方法結(jié) 晶的結(jié)晶半導體膜制造半導體元件時，可以降低半導體膜元件之間的特性變化。


圖IA IC是根據(jù)本發(fā)明一個方面(實施方式1)的俯視圖和剖視圖；圖2A和2B分別是根據(jù)本發(fā)明一個方面(實施方式2)的俯視圖；圖3是激光照射設(shè)備；圖4是激光束在半導體膜表面上的掃描路徑；圖5A 5C是激光照射方法和半導體裝置的制造方法；圖6A 6D是激光照射方法和半導體裝置的制造方法；圖7A 7D是激光照射方法和半導體裝置的制造方法；圖8是發(fā)光裝置中的驅(qū)動電路和像素的結(jié)構(gòu)，該發(fā)光裝置是使用激光照射設(shè)備形 成的一個半導體顯示裝置；圖9A和9B分別是發(fā)光元件的剖視圖；圖10是發(fā)光組件的俯視圖；圖IlA和IlB分別顯示了電子裝置的一個實例；以及圖12A 12E分別顯示了電子裝置的一個實例。(附圖標記說明)11 激光束，12 掃描方向，13 非照射區(qū)(無定形)，14a 照射區(qū)(晶體)，14b 照射區(qū)(微晶體)；15a:要成為溝道的區(qū)域，15b:要成為有源層的區(qū)域，16a:第一半導體 層，16b 第二半導體層，17 柵布線，18 源布線，19 漏布線，20 襯底，21a 氧化氮化硅膜， 21b 氮氧化硅，22 源區(qū)，23 漏區(qū)，24a 第一絕緣膜，24b 第二絕緣膜，25 層間絕緣膜， 31:激光束，32:掃描方向，33:非照射區(qū)(無定形)，34a:照射區(qū)(晶體)，34b:照射區(qū)(微 晶體)；35a 要成為溝道的區(qū)域，35b 要成為有源層的區(qū)域，36a 第一半導體層，36b 第二 半導體層，36c 第三半導體層，37 柵布線，38 源布線，39 漏布線，101 激光振蕩器，102 非線性光學元件，103 反射鏡，104 透鏡，105 襯底，106 半導體膜，107 樣品臺，108 用 于X軸的單軸向機器人，109 用于Y軸的單軸向機器人，110 束斑，401 第一襯底，403 第二襯底，404 TFT,405 透明的保護層，410 平坦化膜，411 層間絕緣膜，412 反射電極， 413 透明電極，414 包含有機化合物的層，415 透明電極，416 透明保護層，417 填充物， 419 絕緣體，500 襯底，501 基膜，502 半導體膜，503 半導體膜，505 透明保護層，506 光學膜，507 島形半導體膜，508 島形半導體膜，509 島形半導體膜，510 平坦化膜，511 層間絕緣膜，513 透明電極，514 包含有機化合物的層，515 透明電極，516 透明保護層， 517 填充物，519 絕緣體，520 半導體膜，521 半導體膜，522 氧化膜，523 半導體膜， 524 島形半導體膜，525 島形半導體膜，526 島形半導體膜，530 半導體膜，531 半導體 膜，532 氧化硅膜，533 摻雜磷的區(qū)域，534 島形半導體膜，535 島形半導體膜，536 島形 半導體膜，538 激光，540 掩模，1201 源極側(cè)驅(qū)動電路，1202 像素部分，1203 柵極側(cè)驅(qū) 動電路，1204 密封襯底，1205 密封材料，1207 連接區(qū)，1208 端子部分，1209 =FPC, 1210 襯底，2001 外殼，2002 支架2002,2003 顯示部分，2004 揚聲器部分，2005 成像部分， 2006 視頻輸入終端，2101 主體，2102 顯示部分，2103 圖像部分，2104 操作鍵，2106 快 門，2201 主體，2202 外殼，2203 顯示部分，2204 鍵盤，2205 外部連接端口，2206 鼠標， 2401 主體，2402 外殼，2403 顯示部分A，2404 顯示部分B，2405 記錄介質(zhì)裝載部分， 2406 操作鍵，2407 揚聲器部分，2701 主體，2702 外殼，2703a 顯示部分，2703b 顯示部 分，2704 音頻輸入部分，2705 音頻輸出部分，2706a 操作鍵，2706b 操作鍵，2706c 操作 鍵，2708 天線，6000 襯底，6001 基膜，6002 薄膜晶體管，6003 島形半導體膜，6004 柵 絕緣膜，6005 柵電極，6006 第一層間絕緣膜，6007 第二層間絕緣膜，6008 第三層間絕緣 11,6009 第四層間絕緣膜，6010 第一電極，6011 電致發(fā)光層，6012 第三電極，6013 發(fā)光 元件，6014:有機樹脂膜，6015 開口部分，6016 保護膜，6017 連接電極，6018 島形半導 體膜，6019 島形半導體膜，6020 薄膜晶體管，6021 柵電極，6022 源電極，6023 漏電極， 6024 第二電極
具體實施例方式下文將參考

根據(jù)本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明可以以許多不同的方式實施，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解可以在許多方面修改本文所公開的方式和細節(jié)而不會背 離本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)當注意本發(fā)明不應(yīng)解釋為局限于下面給出的實施方式的說明。實施方式1參考圖IA IC說明在襯底上形成的半導體膜表面上掃描CW激光束的狀態(tài)和所 制造的TFT。圖IA是顯示激光束11在無定形半導體膜表面上的掃描狀態(tài)的俯視圖。激光束11 具有伸長的橢圓形束斑并且在由圖中箭頭所示的掃描方向12上掃描，以部分地形成晶體 區(qū)。盡管圖IA中未顯示，但是因為圖中顯示了形成頂柵型TFT的實例，在具有絕緣表 面的襯底上方形成了基礎(chǔ)絕緣膜并且在其上形成了無定形半導體膜。在無定形半導體膜的結(jié)晶化過程中，在本實施方式中使用連續(xù)波固態(tài)激光器并且 將具有基波的二次、三次或四次諧波的激光束發(fā)射到半導體膜上，以獲得具有大晶粒尺寸 的晶體。典型地，例如優(yōu)選使用NchYVO4激光器(基波為1064nm)的二次諧波(532nm)或 三次諧波(355nm)。具體地說，通過非線性光學元件將從連續(xù)波YVO4激光器發(fā)射的激光束 轉(zhuǎn)換成諧波，從而獲得輸出功率為IOW的激光束。作為諧振器的一個實例，在諧振器中包括 YVO4晶體和非線性光學元件來發(fā)出諧波。然后，優(yōu)選通過光學系統(tǒng)將激光束在被照射的表 面上定形(shaping)成矩形或者橢圓形束斑，從而用激光束照射物體。在此情況下，需要大 約0. 01 100MW/cm2 (優(yōu)選為0. 1 10MW/cm2)的功率密度。作為掃描激光的方法，有如下方法固定作為加工對象的襯底而移動激光照射位 置的照射系統(tǒng)移動方法；固定激光照射位置而移動襯底的加工對象移動方法；以及組合這 兩種方法的方法。在任何情況下，需要控制每個激光束斑相對于半導體膜的移動方向。在 本實施方式中，相對于激光以大約10 2000cm/sec的速率移動要被激光照射的無定形半 導體膜。當襯底膨脹時，優(yōu)選根據(jù)該膨脹通過操作自動聚焦機構(gòu)來進行激光照射。形成了由激光照射在掃描方向上生長的晶粒的區(qū)域14a具有非常優(yōu)良的結(jié)晶度。因此，當該區(qū)域用于TFT的溝道形成區(qū)時，可以期望非常高的遷移率或者導通電流。如圖IA中所示，優(yōu)選按照使成為后面要形成的TFT溝道的區(qū)域15a位于照射區(qū) 域14a內(nèi)部的方式來設(shè)計。具體地說，如圖IB的俯視圖中所示，當將兩個TFT并行設(shè)置成 彼此電連接時，要成為兩個TFT的溝道的區(qū)域位于照射區(qū)域14a的內(nèi)部。在圖IB中，兩個 TFT設(shè)置在與掃描方向垂直的方向上。換句話說，本發(fā)明的一個特征是照射區(qū)域14a的寬度 LP大于第一 TFT的溝道寬度W1、第二 TFT的溝道寬度W3以及兩個溝道之間的間隔W2之和 (W1+W2+W3)。在照射區(qū)域14a和非照射區(qū)域13之間的區(qū)域中，形成要成為微晶14b的照射區(qū)域。以使其不與要成為有源層15b的區(qū)域重疊的方式形成照射區(qū)域14b，這是因為不希望將 要成為微晶14b的照射區(qū)域用作TFT的有源層的一部分。另外，進行掃描，使得在重復照射 的情況下要成為微晶14b的區(qū)域彼此重疊。換句話說，要成為微晶14b的部分區(qū)域是重疊 的。在激光照射后，進行圖案化以形成兩個島形半導體層，并且通過已知的方法形成 柵絕緣膜、柵電極、層間絕緣膜、源布線、漏布線等，完成薄膜晶體管。圖IB顯示了兩個完成的TFT的連接方式。與圖IA相應(yīng)地顯示圖IB ；但是事實上， 由于在TFT的制造過程中襯底等因熱處理等而收縮，因此降低了有源層的尺寸。在圖IB中，并列設(shè)置第一半導體層16a和第二半導體層16b。另外，在兩個TFT中 共用柵布線17、源布線18和漏布線19，并且兩個TFT彼此并聯(lián)電連接。圖IC中顯示了沿著圖IB中的實線A-A’截取的剖視圖。下文簡要表示根據(jù)本發(fā) 明典型的TFT制造過程。在圖IC中，襯底20可以是玻璃襯底、石英襯底等。另外，可以使用耐熱性足以抵 抗加工溫度的塑料襯底。如圖IC所示，在襯底20上形成由例如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜(SiOxNy) 的絕緣膜形成的基礎(chǔ)絕緣膜。作為基礎(chǔ)絕緣膜的典型實例，可以使用兩層結(jié)構(gòu)，其中連續(xù)堆 疊了使用SiH4、NH3和N2O作為反應(yīng)氣體形成的50 IOOnm厚的氧化氮化硅膜21a以及使 用SiHJP N2O作為反應(yīng)氣體形成的100 150nm厚的氮氧化硅膜21b。另外，優(yōu)選使用IOnm 或更小厚度的氮化硅膜(SiN膜)或者氮氧化硅膜(SiNxOy膜，χ > y)作為基礎(chǔ)絕緣膜的一 層。可選地，可以使用三層結(jié)構(gòu)，其中連續(xù)堆疊了氧化氮化硅膜、氮氧化硅膜和氮化硅膜。然后，在所述基礎(chǔ)絕緣膜上方形成具有無定形結(jié)構(gòu)的半導體膜。可以使用主要包 含硅的半導體材料作為半導體膜。典型地，通過已知方法(例如濺射、LPCVD或等離子體 CVD)形成無定形硅膜或無定形硅鍺膜。然后，通過上述CW激光器，獲得具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半 導體膜。然后，通過光刻方法進行圖案化，獲得第一和第二半導體層。使用含臭氧的水溶液 或者通過在氧氣氣氛中的紫外光照射來產(chǎn)生臭氧，在形成圖案化中的抗蝕劑掩模前形成保 護每個半導體層的氧化物膜。該氧化物膜還具有增加抗蝕劑可濕性的功能。應(yīng)當指出如果需要的話，在圖案化前穿過氧化物膜來摻雜少量的雜質(zhì)元素(硼或 磷)來控制TFT的閾值。當摻雜是穿過氧化膜進行的時，將氧化膜除去然后使用含臭氧的 水溶液再次形成氧化膜。此后，形成要成為柵絕緣膜的主要包含硅的絕緣膜來覆蓋每個半導體層。通過PCVD形成具有10 lOOnm、優(yōu)選為10 30nm的較薄厚度的氧化硅膜或者氮氧化硅膜作為 柵絕緣膜。通過使柵絕緣膜變薄可以在更高速率下驅(qū)動包括TFT的電路。此處，形成的柵 絕緣膜具有包括氧化硅膜的第一絕緣膜24a和包括氧化硅氧化膜的第二絕緣膜24b的疊層 結(jié)構(gòu)。應(yīng)當注意在形成柵絕緣膜之前可以使用含氫氟酸的刻蝕劑除去氧化膜。另外，不一 定完全除去半導體層中的氧化膜，而可以留下薄薄的氧化膜。如果刻蝕過度而暴露出半導 體層，就有表面被雜質(zhì)污染的危險。
然后，清洗柵絕緣膜的表面。此后，通過濺射法形成金屬膜(選自Mo、Ta、W、Ti、Al 和Cu中的元素、或者主要含有所述元素的合金材料或化合物材料的單層或疊層)。通過光刻法圖案化金屬膜來形成柵布線17。適當?shù)叵蛎總€半導體層中摻雜賦予η型導電性(例如P或As)的雜質(zhì)元素或者賦 予P型導電性(例如B)的雜質(zhì)元素，形成源區(qū)22和漏區(qū)23。通過離子摻雜方法或者離子 注入方法穿過柵絕緣膜向半導體層中添加這種雜質(zhì)元素。如果要形成η溝道TFT，可以添加 賦予η型導電性的雜質(zhì)元素形成雜質(zhì)區(qū)。如果要形成ρ溝道TFT，可以添加賦予ρ型導電性 的雜質(zhì)元素形成雜質(zhì)區(qū)。在下面的步驟中，形成層間絕緣膜25，進行氫化，形成達到源區(qū)22和漏區(qū)23的接 觸孔，形成導電膜并且圖案化來形成源電極18和漏電極19，從而完成TFT。本發(fā)明不局限于圖IC中所示的TFT結(jié)構(gòu)。如果需要，可以使用在溝道形成區(qū)和漏 區(qū)(或者源區(qū))之間具有LDD區(qū)的LDD(輕摻雜漏區(qū))結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，在通過用高濃 度雜質(zhì)元素進行摻雜而形成的溝道形成區(qū)和漏區(qū)或者源區(qū)之間設(shè)置其中被添加了低濃度 雜質(zhì)元素的區(qū)域，該區(qū)域被稱為LDD區(qū)。另外，還可以使用GOLD(柵-漏重疊LDD)結(jié)構(gòu)，其 中LDD區(qū)與柵電極夾著柵絕緣膜而重疊。此處作為一個實例描述了頂柵型TFT，但是可以運用本發(fā)明而不管TFT結(jié)構(gòu)，并且 本發(fā)明可以運用于例如交錯型TFT。根據(jù)本發(fā)明，使用CW激光器代替常規(guī)的脈沖激光器，因此可以獲得具有平面表面 而無脊的半導體層16a。另外，可以使柵絕緣膜24a和24b更薄。實施方式2參考圖2A和2B說明在襯底上方形成的半導體膜表面上掃描準CW激光束的狀態(tài) 和所制造的TFT。圖2A是顯示激光束31在無定形半導體膜表面上的掃描狀態(tài)的俯視圖。激光束31 具有伸長的橢圓形束斑并且在由圖中箭頭所示的掃描方向32上掃描，以部分地形成晶體 區(qū)。盡管圖2A中未顯示，但是因為圖中顯示了形成頂柵型TFT的實例，在具有絕緣表 面的襯底上形成了基礎(chǔ)絕緣膜并且在其上面形成了無定形半導體膜。在將無定形半導體膜結(jié)晶化過程中，使用輸出功率為1. 8W的YVO4激光器并且重 復率為80MHz且脈沖寬度大約為12ps。脈沖重復率在本發(fā)明中不局限于80MHz，而可以是 IOMHz或更高。另外，在本發(fā)明中，重復率的上限可以是100GHz，從而獲得在不妨礙聚焦性 質(zhì)的程度上具有相同波前并且具有高圓形度的激光。另外，本發(fā)明不局限于可以獲得大約 1. 8W輸出功率的固態(tài)激光器，而可以使用例如可獲得大至300W的輸出功率的大功率激光
ο
在本實施方式中，激光振蕩器包括穩(wěn)態(tài)諧振器并且優(yōu)選具有TEMtltl模式的空間分 布。在TEMtltl模式的情況下，激光具有高斯強度分布并且具有優(yōu)良的聚焦性質(zhì)，并因此束斑 可以容易地被變形。通過光學系統(tǒng)在照射表面上形成尺寸大約為10 μ mX 100 μ m的激光束31。激光束 在照射表面上的總寬度為ΙΟΟμπι。在激光束31的短軸方向上掃描樣品臺。注意束斑的掃 描速度優(yōu)選為幾十至幾百mm/sec，此處采用400mm/sec。通過掃描樣品臺，在圖2A中所示 的掃描方向32上相對于半導體膜的表面掃描激光束31。在已被激光束束斑照射的照射區(qū) 34a中半導體膜熔化，并且 固相和液相間的界面在掃描方向上連續(xù)移動。因此，形成了在掃 描方向上生長的多個單晶晶粒，其中每個單晶晶粒的寬度為幾μ m而大度約為10 30 μ m， 以鋪設(shè)(填充)出LP寬度為70 μ m的區(qū)域。如圖2A中所示，優(yōu)選在照射區(qū)34a內(nèi)部形成要成為后來要形成的TFT溝道的區(qū)域 35a。具體地說，在如圖2B的俯視圖所示的并聯(lián)電連接了三個TFT的情況下，要成為三個 TFT的溝道的區(qū)域優(yōu)選存在于照射區(qū)34a內(nèi)部。在圖2B中，設(shè)計成使得三個TFT靠一起排 列在與掃描方向垂直的方向上。換句話說，本發(fā)明的一個特征是照射區(qū)34a的寬度LP大于 第一 TFT的溝道寬度Wl、第二 TFT的溝道寬度W3、第三TFT的溝道寬度W5、以及溝道之間的 間隔 W2 禾口 W4 的禾口(W1+W2+W3+W4+W5)。此外，在圖2B中，設(shè)計成使得在掃描方向上也排列三個TFT，并因此排列總共9個 TFT0溝道形成區(qū)以相等的間隔排列。在照射區(qū)域34a和非照射區(qū)域33之間形成要成為微晶34b的照射區(qū)域。此處， 以照射區(qū)的總寬度100 μ m(激光束的總寬度)，在對著LP寬度為70 μ m的區(qū)域的一側(cè)形成 15 μ m寬的微晶區(qū)，在其中生長晶體。因為不希望使要成為微晶34b的照射區(qū)域成為TFT有 源層的一部分，所以以使其不與要成為有源層15b的區(qū)域重疊的方式形成要成為微晶34b 的照射區(qū)域。在向半導體膜整個表面上進行激光照射時，重復掃描的間距為85 μ m，以使15 μ m 寬的微晶區(qū)彼此重疊。在完成激光照射后，進行圖案化以形成兩個島形半導體層，并且通過已知的方法 形成柵絕緣膜、柵電極、層間絕緣膜、源布線、漏布線等，從而完成TFT。圖2B顯示了三個完成了的TFT的連接方式。與圖2A相應(yīng)地顯示圖2B ；但是事實 上，由于在TFT的制造過程中襯底等因熱處理等而收縮，降低了有源層的尺寸。在圖2B中，并列設(shè)置了第一半導體層36a、第二半導體層36b和第三半導體層 36c。另外，在三個TFT中共用柵布線37、源布線38和漏布線39，并且三個TFT彼此并聯(lián)電 連接。在實施方式1中使用的CW激光器的情況下，用激光照射半導體膜中某些點的時間 是10 μ S的量級。但是在本實施方式中，因為脈沖重復率高達IOMHz或更高，所以脈沖寬度 小于等于Ins。因此，用激光照射一個點的時間可以是CW激光器的10_4倍，并且可以使峰 值功率遠遠高于CW激光器。為此，當將在襯底上形成的半導體膜進行結(jié)晶化時，與CW激光 器相比，根據(jù)本發(fā)明可以顯著地抑制對襯底提供的熱量。因此，可以防止襯底收縮并且阻止 雜質(zhì)從其他膜擴散到半導體膜中。其結(jié)果是，可以提高半導體元件的特性并且可以增加成 品率。
使用準CW激光器代替常規(guī)的脈沖激光器，因此可以獲得具有平坦表面而無脊的 半導體層36a、第二半導體層36b和第三半導體層36c。另外，可以使柵絕緣膜更薄。因為使用這種遠遠高于傳統(tǒng)脈沖激光器的重復率，所以還可以獲得其他優(yōu)點，即 甚至當激光垂直發(fā)射到襯底上時也能抑制由于從襯底背表面反射的光所引起的干涉。因為 可以垂直地將激光發(fā)送到襯底上，所以容易進行光學設(shè)計并且可以使所得束斑的能量分布 更加均勻。本實施方式可以與實施方式1結(jié)合。
下面通過實施例詳細地說明具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明。實施例實施例1在實施方式1中，參考圖3說明激光照射設(shè)備的結(jié)構(gòu)。附圖標記101代表脈沖激光振蕩器，在本實施例中它是具有1. 8W輸出功率的脈沖 YVO4激光器。附圖標記102代表非線性光學元件。激光振蕩器101包括穩(wěn)態(tài)諧振器并且優(yōu) 選具有TEMtltl模式的空間分布。在TEMtltl模式的情況下，激光具有高斯強度分布并且在聚焦 性質(zhì)方面是優(yōu)越的，因此束斑容易被變形。通過非線性光學元件102將從激光振蕩器101發(fā) 射出的激光轉(zhuǎn)換成二次諧波(波長532nm)。盡管諧波不特別地局限于二次諧波，但是因為 二次諧波在能量效率方面優(yōu)于其它更高次諧波，所以它是優(yōu)選的。脈沖重復率設(shè)置為80MHz 并且脈沖寬度設(shè)置為大約12ps。脈沖重復率不局限于80MHz，它可以大于等于IOMHz。另外，在本發(fā)明中，重復率的 上限可以是100GHz，從而獲得在不妨礙聚焦性質(zhì)的程度上具有相同波前并且具有高圓形度 的激光。在圖3中的激光照射設(shè)備中，可以在包括在激光振蕩器101中的諧振器內(nèi)部提供 非線性光學元件102，或者可以在基波的激光振蕩器外面單獨提供配備有非線性光學元件 的諧振器。前者結(jié)構(gòu)具有設(shè)備的尺寸變得緊湊并且不需要精確控制諧振器長度的優(yōu)點。后 者結(jié)構(gòu)具有可以忽略基波和諧波相互作用的優(yōu)點。作為非線性光學元件102，使用非線性光學常數(shù)較大的晶體，例如KTP(KTiOPO4)、 BBO ( β -BaB2O4)、 LBO (LiB3O5) 、 CLBO (CsLiB6O10) 、GdYCOB (YCa4O (BO3) 3、 KDP (KD2PO4) 、ΚΒ5、 LiNbO3或者Ba2NaNb5O1515特別是例如LBO、BBO、KDP、KTP、KB5、CLBO等的晶體可以增加從基
波向諧波的轉(zhuǎn)換效率。因為激光一般以水平方向發(fā)射，所以通過反射鏡103反射從激光振蕩器101發(fā)射 的激光并且改變其傳播方向，使得與垂直方向具有角度(入射角)θ。在本實施例中，角度 θ是18°。由透鏡104將已經(jīng)改變了傳播方向的激光的束斑變形并且發(fā)送到固定在樣品 臺107上的加工對象。在圖3中，在襯底105上形成的半導體膜106是加工對象。另外，在 圖3中，反射鏡103和透鏡104對應(yīng)于將激光匯聚到半導體膜106上的光學系統(tǒng)。圖3顯示了使用平凸球面透鏡作為透鏡104的實例，平凸球面透鏡具有20mm的焦 距。設(shè)置平凸球面透鏡，使得激光進入曲面的中心并且其平面部分與襯底105平行。平凸 球面透鏡的平面部分和半導體膜106間的距離是20mm。這就在半導體膜106的表面上形成 具有大約IOymX IOOym尺寸的束斑110。因為透鏡104的散光作用而使束斑110可能被 伸長。
在如圖3所示使用在其上面形成了半導體膜106的襯底105作為加工對象的情況 下，當半導體膜106是無定形半導體時，優(yōu)選在激光照射前對半導體膜106進行熱退火，以 增加半導體膜106對激光的耐性。具體地說，可以在500°C的氮氣氣氛中進行大約1小時 的熱退火。代替熱退火，可以進行使用催化劑金屬的結(jié)晶化來使半導體膜結(jié)晶。對于通過 熱退火或者使用催化劑元素的結(jié)晶化而結(jié)晶的半導體膜，激光照射的最佳條件幾乎是相同 的。利用用于在X軸方向上掃描的機器人108 (用于X軸的單軸機器人)和用于在Y軸方向上掃描的機器人109 (對于Y軸的單軸機器人)，樣品臺107可以在與襯底105平行 的平面上的XY方向上移動。使用用于Y軸的單軸機器人109在束斑110的短軸方向上掃描樣品臺107。樣品臺 107的掃描速度在大約幾十至幾千mm/s的范圍內(nèi)是適當?shù)模⑶以诒緦嵤├袑⑵湓O(shè)置為 400mm/s。樣品臺107的掃描相對于半導體膜106的表面移動束斑110。因此，被束斑110照 射的半導體膜中的區(qū)域熔化，并且固相和液相間的界面在掃描方向上連續(xù)移動。這樣，形成 了在掃描方向上生長的多個單晶晶粒，每個單晶晶粒的寬度為幾μ m而長度約10 30 μ m， 以鋪設(shè)(填充)出LP寬度為70 μ m的區(qū)域。接著，圖4顯示了束斑110在半導體膜106上的掃描路徑。在用激光照射相當于 加工對象的半導體膜106的整個表面的情況下，在使用用于Y軸的單軸機器人109在一個 方向上掃描了束斑110后，使用用于X軸的單軸機器人108在與用于Y軸的單軸機器人109 所掃描的方向垂直的方向上滑動束斑110?；瑒拥木嚯x相應(yīng)于間距。舉例來說，通過用于Y軸的單軸機器人109在一個方向上掃描束斑110。在圖4 中，用Al表示掃描路徑。然后，使用用于X軸的單軸機器人108在與掃描路徑Al垂直的方 向上滑動束斑110。用Bl表示滑動的掃描路徑。接著，使用用于Y軸的單軸機器人109在 與掃描路徑Al相反的一個方向上掃描束斑110。用A2表示該掃描路徑。然后，使用用于X 軸的單軸機器人108在與掃描路徑A2垂直的方向上滑動束斑110。用B2表示此時滑動的 掃描路徑。通過用于Y軸的單軸機器人109和用于X軸的單軸機器人108依次重復掃描， 可以用激光照射半導體膜106的整個表面。由激光照射形成的在掃描方向上生長了晶粒的區(qū)域具有非常優(yōu)越的結(jié)晶度。因 此，當該區(qū)域被用作TFT的溝道形成區(qū)時，可以期望非常高的遷移率和導通電流。但是，當 在半導體膜中有不需要這么高結(jié)晶度的區(qū)域時，不需要用激光照射該區(qū)域?？蛇x地，可以在 不獲得高結(jié)晶度的條件下，例如在增大了掃描速度下發(fā)射激光。作為掃描激光的方法，有如下方法固定作為加工對象的襯底而移動激光照射位 置的照射系統(tǒng)移動方法；如圖3和4中所示，固定激光照射位置而移動襯底的加工對象移動 方法；以及組合這兩種方法的方法。在任何情況下，都需要控制每個束斑相對于半導體膜的 移動方向。下面說明TFT的制造步驟。在0. 7mm厚的玻璃襯底的一個表面上形成200nm厚的氧化硅，然后通過等離子體 CVD法在其上面形成66nm厚的無定形硅(a_Si)膜作為半導體膜。此后，為了增加半導體膜 對激光的耐性，在500°C的氮氣氣氛中進行1小時的熱退火。然后，使用圖3所示的激光照射設(shè)備使所述無定形硅膜結(jié)晶化，條件為=YVO4激光器具有功率為1. 8W的二次諧波(532nm)、TEM00模式的空間分布、80MHz的脈沖重復率和 12ps的脈沖寬度；掃描速度為400mm/sec ；并且束斑尺寸為約10 μ mX 100 μ m。情況是寬度 為幾μ m且長度為10 30 μ m并且在掃描方向上生長的單晶晶粒鋪設(shè)(填充)出LP寬度 為70 μ m的區(qū)域。在所得到的LP寬度為70 μ m的區(qū)域內(nèi)，圖案化出多個島形的半導體層。舉例來說，在LP寬度為70 μ m的區(qū)域中并列排列溝道寬度為Wl (Wl是20 μ m)的第一溝道形成區(qū) 和溝道寬度為W2(W2是20μπι)的第二溝道形成區(qū)，并且將其間的間隔為設(shè)置ΙΟμπι。其 結(jié)果是，可以使晶體區(qū)的LP寬度大于溝道寬度和間隔的總和(晶體區(qū)的寬度70μπι> 20 μ m+20 μ m+10 μ m)。應(yīng)當指出第一溝道形成區(qū)的溝道長度Ll和第二溝道形成區(qū)的溝道 長度L2的每個都是8 μ m。在下面的步驟中，使用已知的技術(shù)形成了至少兩個具有上述溝道形成區(qū)的TFT 并且這些TFT是并聯(lián)電連接的。如此，可以獲得第一 TFT(L1/W1 = 8 μ m/20 μ m)和第二 TFT (L2/W2 = 8μ m/20 μ m)。在所得到的兩個TFT中，在至少兩個溝道形成區(qū)中均勻地進行 結(jié)晶化并且TFT表現(xiàn)出幾乎相同的電學特性。當將并聯(lián)電連接的兩個TFT用于集成在顯示裝置等中的驅(qū)動電路時，可以使工作 特性一致，并且可以消除由于驅(qū)動電路引起的顯示不勻性(mura)。相似地，當使用上述兩個TFT制造例如其中集成了 NMOS電路、PMOS電路或CMOS電 路的CPU時，可以降低薄膜晶體管工作特性的變化并且可以獲得一致的操作。本實施例可以與實施方式1或2自由結(jié)合。實施例2參考圖5A 5C說明實施例2所述的半導體裝置的制造方法。如圖5A中所示，首先在襯底500上形成基膜501。舉例來說，可以使用玻璃襯底， 例如硼硅酸鋇玻璃或者硼硅酸鋁玻璃、石英襯底、不銹鋼襯底等作為襯底500。另外，盡管包 括諸如以PET、PES或PEN為代表的丙烯酸或塑料之類的柔性合成樹脂的襯底趨向于在耐熱 方面比上述襯底差，但是當它可以耐受制造過程中的處理溫度時也可以使用包括柔性合成 樹脂的襯底。設(shè)置了基膜501以防止襯底500中所包括的堿土金屬或者堿金屬(例如Na)擴散 入半導體膜中而不利地影響半導體元件的特性。因此，使用絕緣材料形成基膜，例如氧化 硅、氮化硅、或者氧化氮化硅，它們可以抑制堿土金屬和堿金屬擴散到半導體膜中。在本實 施例中，通過等離子體CVD法形成10 400nm(優(yōu)選為50 300nm)厚的氧化氮化硅膜。注意基膜501可以由單層絕緣膜形成，或者可以通過堆疊多層絕緣膜形成。在使 用甚至包括少量堿金屬或堿土金屬的襯底，例如玻璃襯底、不銹鋼襯底或者塑料襯底的情 況下，在防止雜質(zhì)擴散方面提供基膜是有效的。當使用雜質(zhì)難以擴散進去的襯底，例如石英 襯底時，并不總是需要提供基膜。接下來，在基膜501上形成25 100nm(優(yōu)選30 60nm)厚的半導體膜502。半 導體膜502可以是無定形半導體或者多晶半導體。另外，不僅可以使用硅而且可以使用硅 鍺作為半導體。接下來，使用圖3中的激光照射設(shè)備用激光照射半導體膜502，從而使半導體膜 502結(jié)晶化，如圖5B中所示。
在本實施例中，使用以80MHz的重復率提供了在532nm( 二次諧波)下2W、脈沖寬度為12ps和空間分布為TEMotl模式的YVO4激光器進行激光照射。另外，由光學系統(tǒng)將激光 定形而在半導體膜502表面上形成的束斑具有短邊為10 μ m且長邊為100 μ m的矩形形狀。然后，在由圖5B中所示的輪廓箭頭表示的方向上在半導體膜502的表面上掃描束 斑。通過將脈沖重復率設(shè)置為80MHz，固相和液相間的界面可以在由該輪廓箭頭表示的方向 上連續(xù)移動。因此，形成在掃描方向上連續(xù)生長的晶粒。通過形成在掃描方向上延長的單 晶晶粒，可以形成至少在TFT的溝道方向上幾乎沒有晶粒晶界的半導體膜。可以在惰性氣體氣氛，例如稀有氣體或氮氣中進行激光照射。這樣，通過激光照射 可以抑制半導體表面的粗糙度，并且可以抑制由界面態(tài)密度變化而產(chǎn)生的閾值變化。通過用如上所述的激光照射半導體膜502，形成了結(jié)晶度更高的半導體膜503。接下來，圖案化半導體膜503，形成如圖5C中所示的島形半導體膜507 509。使 用島形半導體膜507 509形成以TFT為代表的各種半導體元件。在制造TFT的情況下，盡管未顯示，但形成了柵絕緣膜來覆蓋島形半導體膜507 509。可以通過等離子體CVD法、濺射法等用例如氧化硅、氮化硅、或氧化氮化硅等形成柵絕 緣膜。接下來，通過在柵絕緣膜上形成導電膜并且將其圖案化來形成柵電極。然后，利用 該柵電極或者圖案化的抗蝕劑作為掩模，向島形半導體膜507 509中添加賦予η型導電 性或P型導電性的雜質(zhì)，形成源區(qū)、漏區(qū)和/或LDD區(qū)。通過上述步驟，可以形成TFT。制造本發(fā)明的半導體裝置的方法不局限于如本實施 例中所示的在形成島形半導體膜后的TFT制造過程。當使用通過上述激光照射方法結(jié)晶的 半導體膜作為TFT的有源層時，可以抑制元件之間的遷移率、閾值和導通電流的變化。在激光結(jié)晶化工序之前，可以進行使用催化劑元素的結(jié)晶化工序。作為催化劑元 素，可以使用鎳(Ni)、鍺(Ge)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈷(Co)、鉬(Pt)、銅(Cu)、 金(Au)等。當在使用催化劑元素的結(jié)晶化后進行激光結(jié)晶化時，激光照射不會熔化更接近 襯底一側(cè)的半導體膜的下部。因此，在更接近襯底一側(cè)的半導體膜的下部中晶體保留而不 會被熔化并且變成晶核，并且促進了均勻地從更接近襯底一側(cè)的下部向半導體膜的上部結(jié) 晶化。與僅用激光結(jié)晶化半導體膜的情況相比，可以進一步提高半導體膜的結(jié)晶度，并且抑 制激光結(jié)晶化后半導體膜表面的粗糙度。因此，可以更加抑制隨后要形成的以TFT為代表 的半導體元件的特性變化，并且還可以抑制截止電流。注意可以以在為了促進結(jié)晶化而在添加了催化劑元素后進行熱處理，然后進行激 光照射以進一步提高結(jié)晶度的方式進行結(jié)晶化?？蛇x地，可以省略熱處理。具體地說，在添 加催化劑元素后，代替熱處理，可以將激光發(fā)射到半導體膜上來提高結(jié)晶度。本實施例可以與實施方式1或2、或者實施例1自由結(jié)合。實施例3與實施例2不同，實施例3解釋了使用圖3中的激光照射設(shè)備的結(jié)晶化方法與使 用催化劑元素的結(jié)晶化方法結(jié)合的實施例。參考實施例2中的圖5Α進行直至形成半導體膜502的過程。接下來，如圖6Α中 所示，通過旋涂方法向半導體膜502的表面上施加含有1 IOOppm重量范圍Ni的醋酸鎳 溶液。注意不僅可以通過上面的方法，而且可以通過其它方法，例如濺射法、蒸氣沉積法或者等離子體處理來添加催化劑元素。接著，在500 650°C范圍的溫度下進行4 24小時 的熱處理，例如在570°C的溫度下處理14小時。該熱處理形成半導體膜520，其中在從其上 面施加了醋酸鎳溶液的表面到襯底500的垂直方向上促進了結(jié)晶(圖6A)。通過使用燈作為熱源的RTA(快速熱退火)或者使用熱氣體的RTA(氣體RTA)，例 如在740°C的溫度下進行180秒的熱處理。設(shè)定溫度是由高溫計測量的襯底溫度，并且此處 將測定的溫度定義為熱處理中的設(shè)定溫度?？梢允褂迷?50°C溫度的退火爐進行4小時的 熱處理作為另一種方法。它是具有在結(jié)晶中降低溫度并縮短時間的催化活性的金屬元素的 行為。盡管本實施例使用鎳(Ni)作為催化劑元素，但是也可以使用其它元素，例如鍺 (Ge)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈷(Co)、鉬(Pt)、銅(Cu)或金(Au)。隨后，如圖6B中所示，使用圖3中的激光照射設(shè)備使半導體膜520結(jié)晶化。在本 實施例中，使用重復率為80MHz且脈沖寬度為約12ps的脈沖YVO4激光器的二次諧波作為 激光。通過激光照射上述的半導體膜520，形成結(jié)晶度更高的半導體膜521。認為使用催 化劑元素結(jié)晶化了的半導體膜521包含濃度約為IX IO19原子/cm3的催化劑元素(此處為 Ni)。接著，進行半導體膜521中存在的催化劑元素的吸氣(gettering)。如圖6C中所示，在半導體膜521的表面上形成了氧化膜522。通過形成厚度約1 IOnm的氧化膜522，可以防止半導體膜521的表面在后續(xù)的刻蝕過程中變得粗糙?？梢酝?過已知的方法形成氧化膜522。例如，可以通過使用臭氧水或者使用過氧化氫溶液與硫酸、 鹽酸、或硝酸等混合的溶液來氧化半導體膜521的表面以形成氧化膜522。可選地，可以在 含氧氣氛中通過等離子體處理、熱處理、紫外射線照射等形成氧化膜522。另外，還可以通過 其它方法，例如等離子體CVD法、濺射法、氣相沉積法等形成氧化膜522。通過濺射方法在氧化膜522上方形成25 250nm厚的吸氣用半導體膜523，其含 有濃度為IXlO2tl原子/cm3的稀有氣體元素。為了增加半導體膜523和半導體膜521的刻 蝕選擇性，吸氣用半導體膜523的質(zhì)量密度優(yōu)選低于半導體膜521。作為稀有氣體元素，使 用選自氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)中的一種或多種元素。接下來，通過根據(jù)爐退火方法或RTA方法的熱處理進行吸氣。當使用爐退火方法 時，在氮氣氣氛中在450 600°C的溫度下進行0. 5 12小時的熱處理。當使用RTA方法 時，打開加熱用的燈光源1 60秒、優(yōu)選30 60秒，重復1 10次、優(yōu)選2 6次?？?以任意設(shè)置燈光源的發(fā)光密度，但是設(shè)置它使得半導體膜在600 1000°C、優(yōu)選約700 750°C的溫度下被立即加熱。通過熱處理，如箭頭所示，半導體膜521內(nèi)部的催化劑元素因擴散而移向吸氣用 半導體膜523，催化劑元素因此被吸氣。接著，通過刻蝕選擇性地除去吸氣用半導體膜523。通過使用ClF3而不施加等離 子體的干法刻蝕或者使用例如含有胼或四乙基氫氧化銨(化學式(CH3)4NOH)的溶液的堿性 溶液的濕法刻蝕來實施刻蝕過程。在此情況下，氧化膜522可以防止半導體膜521被刻蝕。接著，在由氫氟酸除去氧化膜522后，圖案化半導體膜521來形成島形半導體層膜 524 526 (圖6D)。使用這些島形半導體層膜524 526可以形成各種半導體元件，典型 地是TFT。注意吸氣方法不局限于本實施例中所示的方法。也可以使用其它方法減少半導體膜中的催化劑元素。在本實施例中，激光照射熔化半導體膜的上部分，但是不熔化更接近襯底一側(cè)的 半導體膜的下部分。因此，在更接近襯底一側(cè)的半導體膜的下部分中通過使用催化劑元素 的結(jié)晶化而形成的晶體留下來而不被熔化而成為晶核，并且從襯底一側(cè)的下部到半導體膜 的上部均勻地促進了結(jié)晶。另外，晶體的取向容易排列整齊。因此，與實施例2中的情況相 比，防止了半導體膜的表面變得粗糙。另外，可以進一步抑制隨后要形成的以TFT為代表的 半導體元件的特性的變化。注意本實施例已經(jīng)解釋了通過在添加了催化劑元素后進行熱處理來促進結(jié)晶化， 并且通過激光照射進一步提高了結(jié)晶度。但是，本發(fā)明不局限于此，也可以省略熱處理。具 體地說，在添加了催化劑元素后，為了提高結(jié)晶度，可以發(fā)射激光來代替熱處理。本實施例可以與實施方式1或2、或者實施例1或2自由結(jié)合。實施例4實施例4也解釋了使用圖3的激光照射設(shè)備的結(jié)晶方法與使用催化劑元素的結(jié)晶 方法結(jié)合的實施例。但是，此處的實施例與實施例3中不同。參考實施例2中的圖5A進行直至形成半導體膜502的過程。接下來，在半導體膜 502上方形成具有開口的掩模540。然后，通過旋涂方法向半導體膜502的表面上施加含有 1 IOOppm重量范圍的Ni的醋酸鎳溶液。不僅可以通過上面的方法，而且可以通過濺射 法、氣相沉積法或者等離子體處理等添加催化劑元素。施加的醋酸鎳溶液通過掩模540的 開口與半導體膜502接觸(圖7A)。接著，在500 650°C范圍的溫度下進行4 24小時的熱處理，例如在570°C的溫 度下處理14小時。該熱處理形成半導體膜530，其中如實心箭頭(圖7A)所示，從其上面被 施加了醋酸鎳溶液的表面促進了結(jié)晶。不僅可以通過上面的方法，而且可以通過例如在實 施例3中所示方法的其它方法進行熱處理。另外，可以使用實施例3中引用的元素作為催 化劑元素。隨后，在除去掩模540后，如圖7B中所示，用圖3中的激光照射設(shè)備使半導體膜 530結(jié)晶化。在本實施例中，使用在532nm(二次諧波)下提供了 2W、重復率為80MHz且脈 沖寬度為約12ps的YVO4激光器。如此，通過用激光538照射半導體膜530，形成了結(jié)晶度 更加提高的半導體膜531。如圖7B中所示，認為使用催化劑元素結(jié)晶化的半導體膜531包含濃度大約為 IX IO19原子/cm3的催化劑元素(此處為Ni)。然后，進行半導體膜531中存在的催化劑元 素的吸氣。如圖7C中所示，形成了 150nm厚的氧化硅膜532用作掩模，從而覆蓋半導體膜 531。然后，圖案化氧化硅膜532，形成開口，使得半導體膜531的一部分被暴露出來。然后， 向半導體膜531中添加磷，以形成添加了磷的區(qū)域533。當在這種狀態(tài)下、在氮氣氣氛中在 550 800°C的溫度下進行5 24小時的熱處理、例如在600°C的溫度下處理12小時時，添 加了磷的區(qū)域533用作吸氣部位，而留在半導體膜531中的催化劑元素移向添加了磷的吸 氣區(qū)533。通過刻蝕除去添加了磷的區(qū)域533，在剩余的半導體膜531中催化劑元素的濃度 可以降低至1 X IO17原子/cm3或更低。接著，在除去了用作掩模的氧化硅膜532后，圖案化半導體膜531，形成島形半導體層膜534 536 (圖7D)。使用這些島形半導體層膜534 536可以形成各種半導體元件，典型地是TFT。吸氣方法不局限于本實施例中所示的方法。 也可以使用其它方法降低半導體膜中的催化劑元素。在本實施例中，激光照射熔化了半導體膜的上部，但是不熔化更接近襯底一側(cè)的 半導體膜的下部。因此，在更接近襯底一側(cè)的半導體膜的下部中通過使用催化劑元素結(jié)晶 化而形成的晶體留下來而不被熔化，成為晶核，并且從襯底一側(cè)的下部到半導體膜的上部 均勻地促進了結(jié)晶。另外，晶體的取向容易排列整齊。因此，與實施例2中的情況相比，防 止了半導體膜的表面變得粗糙。另外，可以進一步抑制隨后要形成的以TFT為代表的半導 體元件的特性的變化。注意本實施例已經(jīng)解釋了通過在添加了催化劑元素后進行熱處理而促進了結(jié)晶 化，并且進一步通過激光照射提高了結(jié)晶度。但是，本發(fā)明不局限于此，也可以省略熱處理。 具體地說，在添加了催化劑元素后，為了提高結(jié)晶度，可以發(fā)射激光來代替熱處理。本實施例可以與實施方式1或2、或者實施例1、2或3自由結(jié)合。實施例5實施例5參考圖8解釋了發(fā)光裝置的驅(qū)動電路和像素結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光裝置是可以 使用圖3中的激光照射設(shè)備制造的半導體顯示裝置。在圖8中，在襯底6000上形成基膜6001，并且在基膜6001上形成薄膜晶體管6002 和6020。設(shè)置在像素部分中的薄膜晶體管6002包括島形半導體膜6003、柵電極6005和插 在島形半導體膜6003與柵電極6005之間的柵絕緣膜6004。設(shè)置在驅(qū)動電路中的薄膜晶體 管6020包括島形半導體膜6018和6019、柵電極6021和插在島形半導體膜與柵電極6021 之間的柵絕緣膜6004。島形半導體膜6003、6018和6019每個都是使用圖3中的激光照射設(shè)備在溝道寬 度的方向上掃描激光而被結(jié)晶化了的多晶半導體膜。此處，只顯示了兩個TFT，但是在驅(qū)動 電路中提供了至少兩行X兩列的TFT并且被并聯(lián)電連接。驅(qū)動電路的一部分用實施方式1 或2中所述的方法形成，因而降低了電路工作時的變化。注意與溝道寬度方向垂直的溝道 長度對應(yīng)于與柵電極6021重疊的溝道形成區(qū)的長度?？梢允褂醚趸?、氮化硅、或者氮氧化硅作為柵絕緣膜6004。另外，可以通過堆疊 這些材料來形成柵絕緣膜6004。舉例來說，可以使用在SiO2上形成了 SiN的膜作為柵絕緣 膜。柵電極6005由選自Ta、W、Ti、Mo、Al和Cu中的元素、或者由包括這些元素作為其主要 組分的合金材料或者化合物材料形成。此外，也可以使用以摻雜了例如磷的雜質(zhì)元素的多 晶硅膜為代表的半導體膜作為柵電極6005。不僅可以使用單層導電膜，而且可以使用多個 導電膜的疊層作為柵電極6005。第一層間絕緣膜6006覆蓋著晶體管6002和6020。依次在第一層間絕緣膜6006 上方形成第二層間絕緣膜6007和第四層間絕緣膜6009。第一層間絕緣膜6006可以是通過 等離子體CVD法或者濺射法形成的由氧化硅、氮化硅、或者氮氧化硅組成的單層或疊層。第二層間絕緣膜6007和第四層間絕緣膜6009可以由有機樹脂膜、無機絕緣膜、例 如硅氧烷基材料等包含Si-CHx鍵和Si-O鍵的絕緣膜形成。在本實施例中，使用了非光敏 的丙烯酸樹脂膜。在形成了第一電極6010、源電極6022和漏電極6023后，使用第一電極6010、源電極6022和漏電極6023作為掩模來刻蝕在第二層間絕緣膜6007的一部分上形成的第三層 間絕緣膜6008。第三層間絕緣膜6008使用與其它絕緣膜相比難以使例如水或氮氣等促進 發(fā)光元件劣化的物質(zhì)滲透的膜。典型地，優(yōu)選使用例如DLC膜、氮化碳膜、由RF濺射形成的
氮化硅膜等。
在圖8中，附圖標記6017是連接電極；6024是第二電極；6011是電致發(fā)光層；6012 是第三電極；而堆疊了第二電極6024、電致發(fā)光層6011和第三電極6011的部分對應(yīng)于發(fā) 光元件6013。晶體管6002是控制施加給發(fā)光元件6013的電流的驅(qū)動晶體管，并且與發(fā)光 元件6013直接連接或者經(jīng)其它電路元件與發(fā)光元件6013串聯(lián)連接。電致發(fā)光層6011包 括單層發(fā)光層或者包括發(fā)光層的多層的疊層結(jié)構(gòu)。在第四層間絕緣膜6009的上方形成了第二電極6024。在第四層間絕緣膜6009的 上方形成有機樹脂膜6014作為提壩(bank)。盡管本實施例使用有機樹脂膜作為提壩，但是 也可以使用無機絕緣膜、例如硅氧烷基材料的包含Si-CHx鍵和Si-O鍵的絕緣膜等作為提 壩。有機樹脂膜6014具有開口部分6015，并且通過在開口部分6015中堆疊第二電極6024、 電致發(fā)光層6011和第三電極6012來形成發(fā)光元件6013。在有機樹脂膜6014和第三電極6012的上方形成了保護膜6016。與第三層間絕 緣膜6008 —樣，還使用與其它絕緣膜相比，難以使促進發(fā)光元件劣化的物質(zhì)(例如水或氮 氣)滲透的膜形成保護膜6016。例如，使用DLC膜、氮化碳膜、由RF濺射形成的氮化硅膜等 作為保護膜6016。優(yōu)選使有機樹脂膜6014的開口部分6015的邊緣部分為圓形，從而防止與有機樹 脂膜6014部分重疊的電致發(fā)光層6011穿孔。具體地說，有機樹脂膜在該開口部分中的剖 面優(yōu)選具有約0. 2 2 μ m的曲率半徑。在該結(jié)構(gòu)下，可以改善然后要形成的電致發(fā)光層和 第三電極的覆蓋度，并且可以在電致發(fā)光層6011中形成的孔內(nèi)防止第二電極6024和第三 電極6012間的短路。另外，當電致發(fā)光層6011的應(yīng)力被緩和時，可以降低發(fā)光區(qū)減小的所 謂收縮的缺陷并且提高可靠性。圖8顯示了使用正光敏的丙烯酸樹脂作為有機樹脂膜6014的實施例。至于光敏有 機樹脂，有暴露于例如光、電或離子的能量下的區(qū)域被去除的正型和暴露于能量下的區(qū)域 不被去除的負型。在本發(fā)明中可以使用負型有機樹脂膜。另外，可以使用光敏聚酰亞胺來 形成有機樹脂膜6014。在使用負型丙烯酸形成有機樹脂膜6014的情況下，開口部分6015 的邊緣部分橫截面形狀像字母S。在此情況下，開口部分的上邊緣部分和下邊緣中的曲率半 徑優(yōu)選為0. 2 2μπι的范圍。第二電極6024和第三電極6012中的一個是陽極而另一個是陰極。可以使用透光的導電氧化物材料形成陽極，例如氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、 氧化銦鋅(IZO)、或者摻雜了鎵的氧化鋅(GZ0)。另外，可以使用包括氧化硅的氧化銦錫 (ITO)(下文稱作ITS0)、或者包含向其中添加了 2 20%的氧化鋅(ZnO)的氧化硅的氧化 銦。此外，陽極可以是包含選自TiN、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr、Ag、Al等中的一種或多種元素 的單層；通過堆疊氮化鈦膜和主要包含鋁的膜而形成的雙層；通過堆疊氮化鈦膜、主要包 含鋁的膜和氮化鈦膜形成的三層等。當使用與透光的導電氧化物材料不同的材料形成陽極 并且從陽極一側(cè)發(fā)光時，陽極被形成為使其具有足以透過光的厚度(優(yōu)選約5 30nm)。陰極可以使用均具有低功函數(shù)的金屬、合金、導電化合物、或者這些材料的混合物來形成。具體地說，陰極可以由堿金屬，例如Li或Cs ；堿土金屬，例如Ca、Sr或Mg ；包括這 些元素的合金，例如Mg Ag、Al Li或Mg: In ；這些元素的化合物，例如CaF2或CaN ；或者稀土 金屬，例如Yb或Er。當在電致發(fā)光層6011中提供電子注入層時，可以使用例如Al的導電 層。當從陰極一側(cè)發(fā)射光時，陰極可以由透光的導電氧化物材料形成，例如氧化銦錫(ITO)、 氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)、或者摻雜了鎵的氧化鋅(GZO)。另外，可以使用包括氧化硅 的氧化銦錫(下文稱作ITS0)、或者包含向其中進一步混合了 2 20%的氧化鋅(ZnO)的氧 化硅的氧化銦來形成陰極。在使用這種透光的導電氧化物材料的情況下，優(yōu)選對于后續(xù)要 形成的電致發(fā)光層6011提供電子注入層。通過形成厚度足以傳播光的(優(yōu)選約5 30nm) 的陰極而不使用透光的導電氧化物材料，可以從陰極一側(cè)獲取光。在此情況下，可以通過使用透光的導電氧化物材料形成透光的導電膜與陰極的上部或下部接觸，以抑制陰極的方塊 電阻。盡管圖8顯示了從發(fā)光元件發(fā)射的光穿過襯底6000的結(jié)構(gòu)，但是發(fā)光裝置可以具 有光線從與襯底相反一側(cè)發(fā)光的結(jié)構(gòu)。在獲得了圖8中所示的發(fā)光裝置后，優(yōu)選使用高度氣密的并且?guī)缀醪幻摎獾耐腹?覆蓋材料或保護膜(層壓膜、紫外線可固化膜等)來封裝(包裝)發(fā)光裝置以使其不暴露 于空氣中。如果用覆蓋材料在內(nèi)部封裝惰性氣氛或者在內(nèi)部設(shè)置吸濕材料(例如氧化鋇)， 就會提高發(fā)光元件的可靠性。盡管本實施例顯示了發(fā)光裝置作為半導體顯示裝置的一個實例，但是使用本發(fā)明 的制造方法形成的半導體顯示裝置不局限于此。本實施例可以與實施方式1或2、或者實施例1、2、3或4自由結(jié)合。實施例6盡管在實施例5中說明了底部發(fā)光裝置的一個實例，但是在實施例6中說明制造 頂部發(fā)光裝置的一個實例。首先，在第一襯底401上方形成基礎(chǔ)絕緣膜。對第一襯底401沒有特別限制，只要 它是平坦的并且耐熱的即可。形成由例如氧化硅膜、氮化硅膜或者氮氧化硅膜的絕緣膜形 成的基膜作為基礎(chǔ)絕緣膜。然后，在基礎(chǔ)絕緣膜上方形成了半導體層。使用已知的方法(濺射法、LPCVD法、等 離子體CVD法等)形成具有無定形結(jié)構(gòu)的半導體膜。然后，使用第一光掩模將使用圖3中 的激光照射設(shè)備并且實施了根據(jù)實施方式1或2的已知結(jié)晶化過程而獲得的結(jié)晶半導體膜 圖案化成具有所需的形狀。在本實施例中，使用固態(tài)CW激光器基波的二次諧波至四次諧波。典型地，可以使 用Nd = YVO4激光器(基波是1064nm)的二次諧波(532nm)或三次諧波(355nm)。形成25 SOnm厚(優(yōu)選30 70nm厚)的半導體層。對結(jié)晶半導體膜的材料沒 有限制，可以使用硅、硅鍺(SiGe)合金等。在除去抗蝕劑掩模后，形成覆蓋半導體層的柵絕緣膜。通過等離子體CVD法、濺射 法或者熱氧化法形成1 200nm厚的柵絕緣膜。然后，在該柵絕緣膜上方形成厚度100 600nm的導電膜。此處，通過濺射法形成 具有TaN膜和W膜的疊層的導電膜。盡管此處的導電膜是TaN膜和W膜的疊層，但是對導 電膜沒有特別限制?？梢允褂眠x自Ta、W、Ti、Mo、Al和Cu中元素、包含所述元素作為為主要組分的合金材料或者化合物材料的單層、或者它們的疊層來形成導電膜?？蛇x地，也可以 使用以向其中摻雜了例如磷的雜質(zhì)元素的多晶硅膜為代表的半導體膜。然后，使用第二光掩模形成抗蝕劑掩模并且通過干法刻蝕或濕法刻蝕進行刻蝕。 通過在刻蝕過程中刻蝕導電膜來形成TFT 404的柵電極。在除去抗蝕劑掩模后，使用第三光掩模形成新的抗蝕劑掩模，并且為了形成圖中未顯示的η溝道TFT，實施加于向半導體中摻雜賦予η型導電性的雜質(zhì)元素(典型地是磷或 砷)的第一摻雜步驟，以形成低濃度區(qū)域?？刮g劑掩模覆蓋要成為P溝道TFT的區(qū)域和導 電層的附近。根據(jù)第一摻雜步驟，穿過絕緣膜實施摻雜，以形成η型低濃度雜質(zhì)區(qū)。盡管使 用多個TFT驅(qū)動一個發(fā)光元件，但當只使用一個ρ型TFT來驅(qū)動發(fā)光元件時不是特別需要 摻雜步驟。在除去抗蝕劑掩模后，使用第四光掩模形成新的抗蝕劑掩模，并且實施加于向半 導體中摻雜賦予P型導電性的雜質(zhì)元素(典型地是硼)的第二摻雜步驟，以形成高濃度區(qū) 域。根據(jù)第二摻雜步驟，穿過柵絕緣膜實施摻雜，以形成P型高濃度雜質(zhì)區(qū)。然后，使用第五光掩模形成新的抗蝕劑掩模，并且為了形成圖中未顯示的η溝道 TFT，實施加于向半導體中摻雜賦予η型導電性的雜質(zhì)元素(典型地是P(磷)或As (砷)) 的第三摻雜步驟，以形成高濃度區(qū)域?？刮g劑掩模覆蓋要成為P溝道TFT的區(qū)域和導電層 的附近。根據(jù)第三摻雜步驟，穿過絕緣膜實施摻雜，以形成η型高濃度雜質(zhì)區(qū)。此后，在除去了抗蝕劑掩模并且形成含氫的絕緣膜后，將加入半導體層中的雜質(zhì) 元素活化并氫化。使用通過PCVD法獲得的氧化氮化硅膜(SiNO膜)作為含氫的絕緣膜。然后，形成要成為第二層間絕緣膜的平坦化膜410。使用無機材料(氧化硅、氮化 硅、氮氧化硅等)、光敏或非光敏有機材料(聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亞胺酰胺、抗蝕 齊U、或者苯并環(huán)丁烯)、它們的疊層等形成平坦化膜410。另外，可以使用通過涂覆法獲得 的由含有烷基的SiOx膜形成的絕緣膜，例如使用二氧化硅玻璃、烷基硅氧烷聚合物、烷基 倍半硅氧烷聚合物、氫化倍半硅氧烷聚合物、氫化烷基倍半硅氧烷聚合物等作為用作平坦 化膜的另一種膜。作為硅氧烷基聚合物的例子，有例如由Toray Industries, Inc.制造的 #PSB-K1 和PSB-K31 以及由 Catalysts & Chemicals Industries Co. ,Ltd.制造的ZRS-5PH 等用于絕緣膜的涂布材料。接著，通過使用第六掩模在層間絕緣膜中形成接觸孔。在除去第六掩模并且形成 導電膜(TiN膜、Al(C+Ni)合金膜和TiN膜的疊層)后，使用第七掩模進行刻蝕，以形成導 線(TFT的源極和漏布線，供電導線等)。然后，除去第七掩模并且形成第三層間絕緣膜411。第三層間絕緣膜411是使用其 中分散了黑色著色劑的光敏或非光敏有機材料，通過涂覆法獲得的。在本實施例中，使用蔽 光的層間絕緣膜來改善對比度并且吸收雜散光。為了保護第三層間絕緣膜411，可以在其上 面堆疊由PCVD法獲得的氧化氮化硅膜(SiNO膜)作為第四層間絕緣膜。當形成了第四層 間絕緣膜后，優(yōu)選通過在后續(xù)的步驟中將第一電極圖案化后，使用第一電極作為掩模來選 擇性地除去第四層間絕緣膜。然后，使用第八掩模在第三層間絕緣膜411中形成接觸孔。在形成了反射導電膜和透明導電膜后，使用第九掩模進行圖案化，以獲得反射電 極412和透明電極413的疊層。使用Ag、Al或Al (C+Ni)合金膜形成反射電極412。舉例來說，可以使用透明導電材料形成透明電極413，除了氧化銦錫(ITO)外，例如還有包含Si元素的氧化銦錫(ITSO)或者其中在氧化銦中混合了 2% 20%的氧化鋅(ZnO)的IZO(氧 化銦鋅)。接著，使用第十掩模形成通過覆蓋反射電極412和透明電極413的邊緣部分而成 為提壩的絕緣體419。使用光敏或非光敏有機材料(聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亞胺酰 胺、抗蝕劑、或者苯并環(huán)丁烯)或者SOG膜(例如包括烷基的SiOx膜)形成膜厚為0. 8 Ιμπι的絕緣體419。然后，使用氣相沉積法或者涂覆法形成含有有機化合物的層414。為了獲得全色顯 示器，選擇性地形成含有有機化合物的層414，形成R、G和B三種像素。然后，在含有有機化合物的層414的上方形成10 800nm厚的透明電極415，也就 是有機發(fā)光元件的陰極。除了氧化銦錫(ITO)外，例如還可以使用含有Si元素的氧化銦錫 (ITSO)或者包含在氧化銦中混合了 2% 20%的氧化鋅(ZnO)的IZO(氧化銦鋅)來形成 透明電極415。如此形成了發(fā)光元件。接著，形成用來防止水滲透的透明保護層405和416來覆蓋發(fā)光元件?？梢允褂?氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜(SiNO膜(組成比N >0)或者SiON膜(組成比0>N))、 包含碳作為主要組分的薄膜(例如DLC膜或者CN膜)等來形成透明保護層405和416，可 以通過濺射法或CVD法獲得所述層。然后，使用包含間隙材料(填充物(纖維棒)、細顆粒(例如二氧化硅間隔物)等) 的密封材料使第二襯底403和第一襯底401彼此粘接，從而在襯底之間維持間隙。在一對 襯底之間填充填充物417，該填充物417典型地是紫外線固化的環(huán)氧樹脂或者熱固性環(huán)氧 樹脂。另外，每個均都具有透光性質(zhì)的玻璃襯底、石英襯底、或者塑料襯底可以用于第二襯 底403。與在襯底對之間存在空間(惰性氣體)的情況相比，通過在襯底對之間填充透明填 充物(反射率約為1. 50)可以改善整體透射率。如圖9A中所示，根據(jù)本實施例的發(fā)光元件中的透明電極415、透明保護層416和 405、以及填充物417均由透光材料形成，從而如輪廓箭頭所示向上發(fā)光。下文中，參考圖9B說明制造雙發(fā)光裝置的實例。首先在第一透光襯底501上方形成基礎(chǔ)絕緣膜。對第一襯底501沒有特別限制， 只要是透光襯底即可。然后，在基礎(chǔ)絕緣膜上方形成半導體層。形成覆蓋半導體層的柵絕緣膜并且在該 柵絕緣膜上方形成柵電極。然后，通過摻雜適當?shù)匦纬搔切偷蜐舛入s質(zhì)區(qū)、ρ型高濃度雜質(zhì)區(qū)、和η型高濃度 雜質(zhì)區(qū)等。在除去了抗蝕劑掩模并且形成了含氫絕緣膜(透光層間絕緣膜)后，將加入半 導體層中的雜質(zhì)元素活化并氫化。然后，形成要成為第二層間絕緣膜的透光平坦化膜510。使用無機材料(氧化硅、 氮化硅、氮氧化硅等)、光敏或非光敏有機材料(聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亞胺酰胺、 抗蝕劑、或者苯并環(huán)丁烯)、它們的疊層等形成透光平坦化膜510。在層間絕緣膜中形成了接觸孔后，形成導電膜(TiN膜、Al(C+Ni)合金膜和TiN膜 的疊層)，然后選擇性地實施刻蝕，形成布線(TFT的源和漏布線，供電布線等)。
然后，形成第三層間絕緣膜511。使用由含有烷基的SiOx膜形成的絕緣膜形成第三層間絕緣膜511，它可通過涂覆法獲得。為了保護第三層間絕緣膜511，可以堆疊由PCVD 法獲得的氧化氮化硅膜(SiNO膜)作為第四層間絕緣膜。當形成了第四層間絕緣膜后，優(yōu) 選通過在后續(xù)的步驟中將第一電極圖案化后，使用第一電極作為掩模來選擇性地除去第四 層間絕緣膜。在第三層間絕緣膜4511中形成接觸孔。在形成了透明導電膜后，通過圖案化獲得透明電極513。舉例來說，使用具有高功 函數(shù)(4. OeV或更高)的透明導電材料來形成透明電極513，除了氧化銦錫(ITO)外，還有例 如包含Si元素的氧化銦錫(ITSO)或者其中在氧化銦中混合了 2% 20%的氧化鋅(ZnO) 的IZO (氧化銦鋅)。然后，使用掩模形成覆蓋透明電極513的邊緣部分的絕緣體519。使用氣相沉積法或者涂覆法形成含有有機化合物的層514。然后，在含有有機化合物的層514上形成10 800nm厚的透明電極515，也就是 有機發(fā)光元件的陰極。除了氧化銦錫(ITO)外，例如還可以使用含有Si元素的氧化銦錫 (ITSO)或者其中在氧化銦中混合了 2% 20%的氧化鋅(ZnO)的IZO(氧化銦鋅)來形成 透明電極515。接著，形成用來防止水滲透的透明保護層505和516來覆蓋發(fā)光元件。然后，使用 包含間隙材料的密封材料使第二襯底503和第一襯底501彼此粘接，從而在襯底之間維持 間隙。另外，每個都具有透光性質(zhì)的玻璃襯底、石英襯底、或者塑料襯底可以用于第二襯底 503。如圖9B中所示，在如此獲得的發(fā)光元件中的透明電極515和填充物517均由發(fā)光 材料形成，從而如輪廓箭頭所示向上并且向下發(fā)光。然后，提供光學膜(偏振板或者圓偏振板)506來改善對比度。舉例來說，襯底501具備光學膜507 (從襯底一側(cè)依次設(shè)置四分之一波長板和偏振 板)并且第二襯底503具備光學膜506 (從襯底一側(cè)依次設(shè)置四分之一波長板和偏振板)。另外，作為另一個例子，襯底501具備光學膜507 (從襯底一側(cè)依次設(shè)置四分之一 波長板、半波長板和偏振板)并且第二襯底503具備光學膜506 (從襯底一側(cè)依次設(shè)置四分 之一波長板、半波長板和偏振板)。因此，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)雙發(fā)光裝置可以提供偏振板、圓偏振板、或者它們的組合。 因此，可以實現(xiàn)清晰的黑色顯示并且改善了對比度。此外，圓偏振板可以防止反射光。本實施例可以與實施方式1或2、或者實施例1、2、3、4或5自由結(jié)合。實施例7在實施例7中說明在根據(jù)上述實施例制造EL顯示板中的安裝FPC或驅(qū)動IC的實 例。圖10是作為示例的發(fā)光裝置的俯視圖，其中將FPC 1209附加到四個端子部分 1208上。在襯底1210上方形成包括發(fā)光元件和TFT的像素部分1202、包括TFT的柵極側(cè) 驅(qū)動電路1203和包括TFT的源極側(cè)驅(qū)動電路1201。當TFT的有源層每個均由具有結(jié)晶結(jié) 構(gòu)的半導體膜形成時，可以在一個襯底上形成這些電路。因此，可以制造出實現(xiàn)面板上系統(tǒng) (system-on-panel)的 EL 顯示面板。
除接觸部分以外的襯底1210部分被保護膜覆蓋并且在保護膜上設(shè)置了包含具有 光催化功能的材料的基層。設(shè)置了夾著像素部分的兩個連接區(qū)1207以使發(fā)光元件的第二電極接觸下導線。 使發(fā)光元件的第一電極與像素部分中提供的TFT電連接。通過圍繞著像素部分和驅(qū)動電路的密封材料1205和用密封材料圍繞著的填充物 將密封襯底1204固定到襯底1210上。另外，還可以使用填充了包括透明干燥劑的填充物 的結(jié)構(gòu)?？梢栽诓慌c像素部分重疊的區(qū)域中設(shè)置干燥劑。圖10中顯示的結(jié)構(gòu)適用于XGA級別的較大尺寸的發(fā)光裝置(例如對角 尺寸為4. 3 英寸)；但是本發(fā)明沒有特別限制。可以通過COG模式安裝驅(qū)動IC作為驅(qū)動電路的一部分。因為它具有更長的邊，驅(qū)動IC在外部尺寸方面優(yōu)于IC芯片。當使用長邊形成為 15 80mm的驅(qū)動IC時，與使用IC芯片的情況相比，安裝對應(yīng)于像素部分所需要的驅(qū)動IC 的數(shù)量較少，從而改善了制造成品率。當在玻璃襯底上形成了驅(qū)動IC時，因為對母襯底的 形狀沒有限制，生產(chǎn)率不會受到損失。與從圓形晶片上取出IC芯片的情況相比，這是很大 的優(yōu)點。另外，可以使用TAB模式，并且在此情況下，可以粘接多個載帶并且可以在載帶上 安裝驅(qū)動IC。同在COG模式的情況下一樣，可以在一個載帶上安裝一個驅(qū)動IC。在此情況 下，優(yōu)選一起粘接將用于固定驅(qū)動IC的金屬片等來提高強度。本實施例可以與實施方式1或2、或者實施例1、2、3、4、5或6自由結(jié)合。實施例8可以給出下面的裝置作為根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置和電子裝置的實例照相機，例 如攝像機或者數(shù)字照相機、護目鏡型顯示器(頭戴式顯示器)、導航系統(tǒng)、音頻再現(xiàn)裝置(例 如汽車音響或音響組件)、膝上型計算機、游戲機、便攜式信息終端(例如移動計算機、蜂 窩電話、便攜式游戲機或者電子書籍)、具備記錄介質(zhì)的圖像再現(xiàn)裝置(具體地說能夠播放 記錄介質(zhì)的裝置，例如數(shù)字多用光盤(DVD)以及具有可以顯示圖像的顯示裝置的裝置)、視 頻_音頻雙向通訊裝置、通用遠程控制裝置等。圖IlA和IlB以及圖12A 12E每個都顯 示了電子裝置的具體實例。圖IlA和IlB顯示了數(shù)字照相機，其包括主體2101、顯示部分2102、成像部分 2103、操作鍵2104、快門2106等。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)具有沒有顯示不勻(mura)的顯示 部分2102的數(shù)字照相機。圖12A顯示了具有22 50英寸大屏幕的大尺寸顯示裝置，其包括外殼2001、支架 2002、顯示部分2003、揚聲器部分2004、圖像部分2005、視頻輸入終端2006等。注意顯示裝 置包括用于信息顯示的全部類型顯示裝置，例如用于個人計算機、用于TV廣播接收等。根 據(jù)本發(fā)明，甚至在具有22 50英寸大屏幕的情況下，也可以實現(xiàn)抑制了顯示不勻(mura) 或者降低了驅(qū)動電路工作變化的大尺寸顯示裝置。圖12B顯示了膝上型計算機，其包括主體2201、外殼2202、顯示部分2203、鍵盤 2204、外部連接端口 2205、鼠標2206等。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)抑制了顯示不勻(mura)或 者降低了驅(qū)動電路工作變化的膝上型計算機。圖12C顯示了具備記錄介質(zhì)便攜式圖像再現(xiàn)裝置(具體地說，DVD播放器)，其包 括主體2401、外殼2402、顯示部分A 2403、顯示部分B 2404、記錄介質(zhì)(例如DVD)裝載部分2405、操作鍵2406、揚聲器部分2407等。顯示部分A 2403主要顯示圖像信息，顯示部分 B2404主要顯示字符信息。注意具備記錄介質(zhì)的便攜式圖像再現(xiàn)裝置包括家用游戲機等。 根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)抑制了顯示不勻(mura)或者降低了驅(qū)動電路工作變化的圖像再現(xiàn)
直ο
圖12D是便攜式信息終端的透視圖，而圖12E顯示了表示將其用于蜂窩電話折疊 狀態(tài)的透視圖。在圖12D中，像操作鍵盤一樣，用戶通過用他/她的右手指點擊操作鍵2706a 并且用他/她的左手指點擊操作鍵2706b操作蜂窩電話。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)抑制了顯 示不勻(mura)或者降低了驅(qū)動電路工作變化的便攜式信息終端。如圖12E中所示，在蜂窩電話折疊時，用戶一手把持主體2701和外殼2702并且使 用音頻輸入部分2704、音頻輸出部分2705、操作鍵2706c、天線2708等。圖12D和12E中所示的便攜式信息終端每個包括主要水平地顯示圖像和字符的高 清晰顯示部分2703a并且和垂直地顯示它們的高清晰顯示部分2703b。如上所述，通過使用在實施方式1和2以及實施例1 7任一個中的制造方法或 結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)各種電子裝置。
權(quán)利要求
一種半導體裝置，其中在具有絕緣表面的襯底上形成有半導體薄膜，并且用連續(xù)波激光束照射以熔化該半導體薄膜并冷卻該半導體薄膜使之再結(jié)晶，并且所述裝置包括每個都使用所述半導體薄膜作為有源層的多個薄膜晶體管；其中所述多個薄膜晶體管并聯(lián)電連接，并且其中WC和WS的總和小于所述連續(xù)波激光束的寬度LP，其中WC是所述多個薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)寬度之和，而WS是所述溝道形成區(qū)之間的間隔之和。
2.一種半導體裝置，其中在具有絕緣表面的襯底上形成有半導體薄膜，并且用重復率 大于等于IOMHz且小于等于IOOGHz的脈沖激光束照射以熔化該半導體薄膜并冷卻該半導 體薄膜使之再結(jié)晶，并且所述裝置包括每個都使用所述半導體薄膜作為有源層的多個薄膜 晶體管；其中所述多個薄膜晶體管并聯(lián)電連接，并且其中WC和WS的總和小于所述脈沖激光束的寬度LP，其中WC是所述多個薄膜晶體管中 的溝道形成區(qū)寬度之和，而WS是所述溝道形成區(qū)之間的間隔之和。
3.一種半導體裝置，其中在具有絕緣表面的襯底上形成有半導體薄膜，并且用連續(xù)波 激光束照射以熔化該半導體薄膜并冷卻該半導體薄膜使之再結(jié)晶，并且所述裝置包括每個 都使用所述半導體薄膜作為有源層的多個薄膜晶體管；其中所述多個薄膜晶體管中的至少兩個薄膜晶體管并聯(lián)電連接，并且 其中W1+W2+W3的和，即第一薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)的寬度W1、所述第一薄膜晶體 管中的溝道形成區(qū)和在與所述第一薄膜晶體管的溝道相鄰位置處形成的第二薄膜晶體管 中的溝道形成區(qū)之間的間隔W2、以及所述第二薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)的寬度W3之和， 小于所述連續(xù)波激光束的寬度LP。
4.一種半導體裝置，其中在具有絕緣表面的襯底上形成有半導體薄膜，并且用重復率 大于等于IOMHz且小于等于IOOGHz的脈沖激光束照射以熔化該半導體薄膜并冷卻該半導 體薄膜使之再結(jié)晶，并且所述裝置包括每個都使用所述半導體薄膜作為有源層的多個薄膜 晶體管；其中所述多個薄膜晶體管中的至少兩個薄膜晶體管并聯(lián)電連接，并且 其中W1+W2+W3的和，即第一薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)的寬度W1、所述第一薄膜晶體 管中的溝道形成區(qū)和在與所述第一薄膜晶體管的溝道相鄰位置處形成的第二薄膜晶體管 中的溝道形成區(qū)之間的間隔W2、以及所述第二薄膜晶體管中的溝道形成區(qū)的寬度W3之和， 小于所述脈沖激光束的寬度LP。
5.如權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其中所述多個薄膜晶體管是以相等的間隔被設(shè) 置的。
6.如權(quán)利要求2所述的半導體裝置，其中所述多個薄膜晶體管是以相等的間隔被設(shè)置的。
7.如權(quán)利要求3所述的半導體裝置，其中所述多個薄膜晶體管是以相等的間隔被設(shè)置的。
8.如權(quán)利要求4所述的半導體裝置，其中所述多個薄膜晶體管是以相等的間隔被設(shè)置的。
9.如權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其中所述半導體裝置是便攜式信息終端、從攝像機和數(shù)字照相機的組中選擇的照相機、和個人計算機之一。
10.如權(quán)利要求2所述的半導體裝置，其中所述半導體裝置是便攜式信息終端、從攝像 機和數(shù)字照相機的組中選擇的照相機、和個人計算機之一。
11.如權(quán)利要求3所述的半導體裝置，其中所述半導體裝置是便攜式信息終端、從攝像 機和數(shù)字照相機的組中選擇的照相機、和個人計算機之一。
12.如權(quán)利要求4所述的半導體裝置，其中所述半導體裝置是便攜式信息終端、從攝像 機和數(shù)字照相機的組中選擇的照相機、和個人計算機之一。
13.如權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其中所述半導體裝置是視頻-音頻雙向通訊裝置 和通用遠程控制裝置之一。
14.如權(quán)利要求2所述的半導體裝置，其中所述半導體裝置是視頻-音頻雙向通訊裝置 和通用遠程控制裝置之一。
15.如權(quán)利要求3所述的半導體裝置，其中所述半導體裝置是視頻-音頻雙向通訊裝置 和通用遠程控制裝置之一。
16.如權(quán)利要求4所述的半導體裝置，其中所述半導體裝置是視頻-音頻雙向通訊裝置 和通用遠程控制裝置之一。
全文摘要
當用常規(guī)的脈沖激光照射半導體膜時，在半導體膜的表面上引起稱作脊的不平坦。在頂柵型TFT的情況下，元件的特性根據(jù)脊而改變，具體地說，有在彼此電學并聯(lián)的多個薄膜晶體管中存在變化的問題。根據(jù)本發(fā)明，在制造包括多個薄膜晶體管的電路時，增大通過用連續(xù)波激光照射半導體膜熔化的區(qū)域(不包括微晶區(qū)域)的寬度LP，并且在一個區(qū)域中設(shè)置多個薄膜晶體管(彼此并聯(lián)電連接)的有源層。
文檔編號H01L29/10GK101807588SQ20091014581
公開日2010年8月18日 申請日期2005年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者山崎舜平, 田中幸一郎 申請人:株式會社半導體能源研究所