CN100479115C - 照射激光的方法、激光照射装置和半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在半导体器件制作工艺中，如用连续振荡激光器进行半导体膜退火，虽可能制作出特性好的元件，但由能被半导体膜充分吸收的波长区的激光形成的射束点的尺寸极小。因此如用椭圆形的光束扫描半导体膜，结晶性缺陷区所占比例就增大，这样不能安置TFT的区域占的比例增大，在高集成化上就有问题。本发明是提供尽量减少在半导体膜上形成的结晶性缺陷区域的激光照射装置、照射激光的方法、及半导体器件制造方法。本发明在半导体膜上照射基波作为谐波的辅助以抑制结晶性缺陷区域的形成，并形成长晶粒区域。照射表面包括被基波的射束点的能量密度高的部分照射了的二次谐波的射束点的能量密度低的部分。

Description

照射激光的方法、激光照射装置和半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种激光照射方法和实施该方法的激光辐照(照射)装置(该装置包括激光器和用于把从该激光器发出的激光导向被加工物体的光学系统)。而且，本发明还涉及一种包括上述激光照射工序的制作半导体器件的方法。应当注意，此处所谓的半导体器件是指能利用半导体特性工作的所有器件，包括例如液晶显示器件、发光器件的光电器件及以该光电器件作为一个组成部件的电子器件等。
背景技术
近年来，在衬底上形成薄膜晶体管(下文中称为TFT)的技术已经有了大幅度的进展，并推进了有源矩阵显示器件的应用开发。特别是，由于采用多晶半导体膜的TFT具有比采用常规非晶半导体膜的TFT更高的场效应迁移率(mobility)，因此可以高速工作。其结果，虽然通常用提供在衬底外部的驱动电路来控制像素，但是也可以用形成在同一衬底上的驱动电路来控制像素。
顺便提及，作为用在半导体器件中的衬底，从成本方面考虑，与单晶硅衬底相比，玻璃衬底更被青睐。由于玻璃衬底在耐热方面比较差并易于热变形，在多晶硅TFT形成在玻璃衬底上的情况下，为了避免玻璃衬底的热变形，采用激光退火进行半导体膜的结晶。
激光退火的特性如下：与利用辐射加热或传导加热的退火方法相比大大减少了处理时间；通过选择和局部加热半导体衬底或半导体膜，对衬底几乎不产生热损伤。
注意，这里的激光退火法表示使形成在半导体衬底或半导体膜上的损伤层和非晶层再结晶的技术，和使形成在衬底上的非晶半导体膜结晶的技术。而且，这里的激光退火法包括适用于半导体衬底或半导体膜的整平或表面整形的技术。
在激光退火中使用的激光器根据振荡的方法粗分为两种类型：脉冲振荡和连续振荡。近年来，在半导体膜的结晶中，发现在采用连续振荡激光器的情况下形成在半导体膜中的晶体的粒径比在采用脉冲振荡激光器的情况下的晶体的粒径更大。当半导体膜中的晶体粒径变大时，由于在用半导体膜形成的TFT沟道区域中的晶界数量减小，所以该TFT的迁移率变高，这样就可以将其应用于开发更高性能的元件。因此，近年来对连续振荡激光器的关注猛然高涨。(例如，参考专利文件1)
另外，在用连续振荡激光器对半导体或半导体膜进行激光退火的过程中，为了提高生产率常利用以下方法，即，在被照表面上将从激光振荡器发出的激光束处理成长椭圆形，并用椭圆形状的激光束(下文中简称为椭圆光束)照射半导体膜。处理后的激光束变成椭圆的形状，这是由于初始的激光束的形状是圆形或大致为圆形。
专利文件1
美国专利公开2002-0031876-A1
在用连续振荡激光器进行半导体膜的退火的情形中，虽然有可能制作出极高性能的元件，但是由能被半导体膜充分吸收的波长区的激光形成的射束点(beam spot)的尺寸极小。例如，在使用YAG激光器的情形中，因必须转换为高次谐波，所以只适用于最大输出能量为10W左右的激光器，并且，在被照表面的射束点的尺寸最大也只能做到500μm×20μm左右。因此，通过在被照表面上将这种尺寸的射束点向前后左右移动，以对所述被照表面的需要部分进行激光退火。
在此，图1A示出了在半导体膜上的椭圆形射束点101的照射轨迹。其中，参考数字105表示在射束点101的截面A的能量密度分布。在半导体膜的所述射束点的照射轨迹中形成大致为两种的晶体状态。在区域102和104上形成了与用脉冲振荡的准分子激光器进行激光结晶而形成的晶体相似的晶粒，在区域103上形成了比用上述脉冲激光器进行晶化而形成的晶体状态大得多的晶体状态(下文中将该状态称作为长晶粒)。
更具体地说，形成在区域103的在扫描方向上延伸的长晶粒是短边长几μm、长边长几十至几百μm的晶粒，在区域103中无数该长晶粒以铺满的状态而形成。相反地，形成在区域102和104的晶体是长边短于几μm或直径长1μm左右的，和长晶粒相比极小的晶粒。区域102和104是由这样极小晶粒聚合起来组成的。形成在区域102和104的小晶粒可以说是与用脉冲振荡的准分子激光器进行激光结晶而形成的晶体相似状态的晶粒。下文中，将形成有与用脉冲振荡的准分子激光器进行激光结晶而形成的晶体相似的晶粒的区域称为结晶性缺陷区域。
当半导体膜中的晶粒直径变大时，由于在用该半导体膜形成的TFT的沟道区域中的晶界数量减小，所以迁移率就变高。另外，形成在小结晶性缺陷区域的TFT的迁移率很差，和形成在长晶粒区域的TFT的迁移率不能同日而语。就是说，形成在小结晶性缺陷区域的TFT和形成在长晶粒区域的TFT之间存在着相当大的电特性的差距，所以，比如在制作CPU等的需要高特性的半导体器件的情况下，在该结晶性缺陷区域上不能形成半导体元件。
发明内容
当将能量密度分布为高斯状(Gaussian shape)的椭圆光束照射到半导体膜时，通常结晶性缺陷区域占照射轨迹的二成左右。所以，因存在二成的不能安置TFT的区域，在半导体元件的高集成化这一点上就有问题。本发明的目的是尽可能将在半导体膜上形成的结晶性缺陷区域减小。
根据本发明的一种激光照射装置，包括：第一激光振荡器，用于输出具有可见光波长或者具有短于可见光波长的第一连续波激光束；处理装置，用来在被照表面将所述第一连续波激光束整形成具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述长光束至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低；第二激光振荡器，用于输出第二激光束的基波；照射装置，用来将所述第二激光束的基波照射到所述长光束中能量密度较低的所述第一部分；移动装置，用来使所述被照表面在第一方向上相对于所述长光束和第二激光束相对移动；以及移动装置，用来使所述被照表面在第二方向上相对于所述长光束和第二激光束相对移动。
根据本发明的另一种激光照射装置，包括：第一激光振荡器，用于输出具有可见光波长或者具有短于可见光波长的第一连续波激光束；处理装置，用来在被照表面将所述第一连续波激光束整形成具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述长光束至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低；第二激光振荡器，用于输出第二激光束的基波，其中所述第二激光束包括第一部分和第二部分，并且所述第二部分比第一部分能量密度高；照射装置，用来将所述第二激光束的能量密度较高的所述第二部分的基波照射到所述长光束的能量密度较低的所述第一部分；移动装置，用来使所述被照表面在第一方向上相对于所述长光束和第二激光束相对移动；以及移动装置，用来使所述被照表面在第二方向上相对于所述长光束和第二激光束相对移动。
根据本发明的一种照射激光的方法，包括如下步骤：在被照表面将具有可见光波长或者具有短于可见光波长的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述连续波激光束是一固体激光器的谐波；用所述长光束照射所述被照表面，其中所述长光束照射的区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分的能量密度低；以及用第二激光束和所述长光束并行照射所述被照表面，其中所述第二激光束具有从一固体激光器发射的基波，并且使所述第二激光束的照射区域至少重叠于所述长光束的照射区域中的所述第一部分，同时使被照表面相对于所述长光束和所述第二激光束在第一方向上相对移动。
根据本发明的另一种照射激光的方法，包括如下步骤：在被照表面将具有可见光波长或者具有短于可见光波长的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述激光束是一固体激光器的谐波；用所述长光束照射所述被照表面，其中所述被照表面中所述长光束照射区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分的能量密度低；以及用从一固体激光器发射的第二激光束和所述长光束并行照射所述被照表面，其中被照表面中所述第二激光束的照射区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第二部分比所述第一部分能量密度高，而且所述第二激光束包括基波；其中，照射所述第二激光束和所述长光束，并使所述第二激光束的照射区域中的所述第二部分至少重叠于所述长光束的照射区域的所述第一部分，同时使被照表面相对于所述长光束和所述第二激光束在第一方向上相对移动。
根据本发明的一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：在衬底上形成非单晶半导体膜；在被照表面上，将从第一连续波激光振荡器发射的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长；用所述长光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述长光束照射的区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低；将第二激光振荡器发射的第二激光束照射到所述非单晶半导体膜，其中所述第二激光束包括基波，并且用所述第二激光束和所述长光束并行照射所述被照表面，并且使所述第二激光束的照射区域至少重叠于所述长光束的照射区域中的所述第一部分；使所述衬底相对于所述长光束和所述第二激光束在第一方向上相对移动，从而在所述非单晶半导体膜中形成晶粒区域；以及使所述衬底相对于所述长光束和所述第二激光束在第二方向上相对移动。
根据本发明的另一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：在衬底上形成非单晶半导体膜；在被照表面上，将从第一连续波激光振荡器发射的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长；用所述长光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述长光束照射的区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低；将第二激光振荡器发射的第二激光束照射到所述非单晶半导体膜，其中所述第二激光振荡器发射基波，并且所述第二激光束的照射区域至少包括第一部分和第二部分，而且所述第二部分的能量密度比所述第一部分高；通过使所述衬底相对于所述第一连续波激光束和所述第二激光束在第一方向上相对移动，从而形成晶粒区域；以及使所述衬底相对于所述长光束和所述第二激光束在第二方向上相对移动，其中，照射所述第二激光束和所述长光束，并使所述第二激光束的照射区域中的所述第二部分至少重叠于所述长光束的照射区域的所述第一部分。
根据本发明的又一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：在衬底上形成非单晶半导体膜；在被照表面上，将从第一激光振荡器发射的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长，其中所述激光束是一固体激光器的谐波；用所述长光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述长光束照射的区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低，其中用所述第一连续波激光束照射的非单晶半导体膜部分被融化；用第二激光振荡器发射的第二激光束至少照射所述非单晶半导体膜部分，其中所述第二激光束包括从一固体激光器发射的基波，并且用所述第二激光束照射所述非单晶半导体膜的所述部分是在所述部分因所述长光束的照射而处于融化状态时进行的；使所述衬底相对于所述长光束和所述第二激光束移动，从而在所述非单晶半导体膜中形成晶粒区域。
根据本发明的再一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：在衬底上形成非单晶半导体膜；用第一连续波激光振荡器发射的第一连续波激光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述第一连续波激光束是一固体激光器的谐波，且所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长，其中用所述第一连续波激光束照射的非单晶半导体膜部分被融化；用第二激光振荡器发射的第二激光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述第二激光束包括从一固体激光器发射的基波，并且所述第二激光束的照射是在所述非单晶半导体膜的因所述第一连续波激光束而产生的融化状态下进行的；使所述衬底相对于所述第一连续波激光束和所述第二激光束移动，从而在所述非单晶半导体膜中形成晶粒区域。
根据本发明另一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：在衬底上形成非单晶半导体膜；用第一连续波激光振荡器发射的第一连续波激光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述第一连续波激光束是一固体激光器的谐波，且所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长，其中用所述第一连续波激光束照射的非单晶半导体膜部分被融化；用第二激光振荡器发射的第二激光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述第二激光束包括从一固体激光器发射的基波，并且所述第二激光束是在所述非单晶半导体膜的因所述第一连续波激光束而产生的融化状态下被选择性地吸收的；使所述衬底相对于所述第一连续波激光束和所述第二激光束移动，从而在所述非单晶半导体膜中形成晶粒区域。
本发明在被照表面的半导体膜上照射从连续振荡激光器发射的谐波的同时照射作为辅助的波长约1μm左右的基波。本发明根据上述方法提供不但防止形成类似用脉冲振荡的准分子激光器进行激光结晶而形成的晶粒区域，而且可以在半导体膜上形成长晶粒区域的激光照射方法、激光照射装置以及半导体器件的制作方法。
图1B是说明本发明要点的视图。将椭圆形的射束点106照射到半导体膜。射束点106的波长区在被半导体膜吸收良好的领域中。参考数字111表示射束点106在截面B的能量密度分布。图中，能量密度A表示半导体膜融化的阈值(threshold)，能量密度B表示形成有长晶粒区域的阈值。
本发明中，基波的射束点107重叠照射到射束点106作为辅助。波长1μm左右的基波通常不会被半导体膜吸收，但可以被因谐波融化的半导体膜很好地吸收。所以，只有被射束点106照射，且能量密度超过半导体膜的融化阈值A的区域吸收基波。也就是，如图1B的实线所示，被半导体膜吸收的能量分布可以是不连续的。因此，可以不向半导体膜提供能够形成结晶性缺陷区域的能量，只向半导体膜提供能够形成长晶粒区域的能量。通过将基波的激光束处理成椭圆形的激光或矩形的射束点而进行照射，可以将作为辅助的能量提供给半导体膜的融化区域中，所以能够形成长晶粒。本说明书中，“椭圆光束”和“矩形激光束”总称为长光束。参考数字112表示当照射射束点106和107时的半导体膜所吸收的能量密度。
通过射束点106和107形成的半导体膜的照射轨迹大致分为两种晶体状态。区域108和110是结晶性缺陷区域；区域109是长晶粒区域。可以看出，与图1A所示的仅仅实施照射椭圆形射束点来形成的照射轨迹相比，图1B所示的照射轨迹的结晶性缺陷区域的比例小，长晶粒区域的比例大。注意，虽然通过选择适当的条件，可以几乎不产生结晶性缺陷区域，但是因导热的影响，不产生结晶性缺陷区域不能被彻底实现。
如上所述，通过照射基波作为谐波的辅助，可以抑制形成结晶性缺陷区域，并且在半导体膜上形成长晶粒区域。注意，在本发明中，用于照射半导体膜的射束点的形状不限于图1B的结构。可以采用由多个谐波激光束接合而构成的长光束，并且在该长光束上重叠基波的射束点。另外，也可以采用以下结构，即仅仅在因较低能量密度而形成的结晶性缺陷区域的部分中辅助性地照射基波。另外，可以利用多个基波，还可以使用多个谐波和多个基波。
公开在本技术说明书中的关于激光照射装置的结构，其包括：第一激光振荡器，输出具有可见光的波长或者具有短于可见光的波长的第一激光束；用来在被照表面上将从第一激光振荡器发射的第一激光束处理成长光束的装置；第二激光振荡器，用于输出基波的第二激光束；用来将从第二激光振荡器发射的第二激光束照射到所述被长光束照射的表面区域中能量密度低的部分的装置；用来将被照表面在第一方向上相对于第一和第二激光束移动的装置；和用来将被照表面在第二方向上相对于第一和第二激光束移动的装置。
注意，所述第一方向与第二方向相互垂直。
另外，在上述发明的结构中，优选的是，用从所述第二激光振荡器发射的第二激光束的照射能量密度较高的部分照射所述长光束照射的表面区域中的能量密度较低的部分。
在上述发明结构中，所述第一和第二激光振荡器均具有连续波的气体激光器、固体激光器或金属激光器。气体激光器包括Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器，固体激光器包括YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器和Ti：蓝宝石激光器，并且金属激光器包括氦-镉激光器、铜蒸汽激光器和金蒸汽激光器。
而且，在上述发明结构中，用非线性光学元件将第一激光束转换为更高次的谐波。作为用于非线性光学元件的晶体，如果使用称作为LBO、BBO、KDP、KTP、KB5和CLBO的晶体，则在转换效率上有优势。将这些非线性光学元件放在激光的谐振器中，能获得显著的高转换效率。
另外，在上述发明结构中，由于有可能改善所获得的长光束的能量均一性，所以，最好以TEM00的振荡模式来发射第一激光束。
在对形成在衬底上的半导体膜执行退火，并且所述衬底对激光束有透明度的情况下，为了实现激光束的均一照射，假设激光束的形状是矩形，当将入射平面定义为与被照表面垂直的平面，且入射平面是包括激光束的长边或短边的平面时，希望激光束的入射角“φ”满足不等式φ≥arctan(W/2d)。在不等式中，“W”是包括在入射平面中的长边或短边的长度，“d”是对激光束具有透明度的放在被照表面上的衬底的厚度。在使用多个激光束的情况下，该不等式相对于多个激光束中的每个激光束都需要得以满足。注意，激光束的轨迹投射到入射平面上，在该轨迹不在入射平面上时确定入射角“φ”。如激光束以入射角“φ”入射，来自衬底后表面的反射光和来自衬底反面的反射光互不干扰影响，因此能执行激光束的均一照射。上述原理假设衬底的折射率为1。实际上，大部分衬底的折射率在1.5左右，在考虑到该值在1.5左右时，获得比根据不等式算得的上述角度更大的计算值。然而，由于被照表面上的射束点使能量在其纵向上在两侧减弱，所以，干扰对两侧影响小，根据不等式算得的值足以获得减弱干扰的效果。
作为衬底，可以使用玻璃衬底、石英衬底、硅衬底、塑料衬底、金属衬底、不锈钢衬底、柔性衬底等。作为玻璃衬底，可以给出硼硅酸钡玻璃或硼硅酸铝玻璃。此外，柔性衬底是薄膜衬底，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚萘酸乙酯(polyethylenenaphthalate)(PEN)和丙烯，当用柔性衬底来制造半导体器件时，有望减轻重量。如果在柔性衬底的表面或其表面和后表面上形成单层膜或多层膜，其中包括诸如包括铝膜(例如A10N、A1N或Al0)、DLC(类金刚石碳)膜的碳膜以及SiN膜等的屏障层，则可以提高诸如耐用性。关于上述φ的不等式不可用于对激光束没有透明度的衬底，这是因为衬底的厚度d在这种情况下是无意义的值。
而且，公开在本说明书的关于激光照射方法的本发明的结构，其包括步骤：在被照表面上将具有可见光的波长或者具有短于可见光的波长的第一激光束处理成长光束；将基波的从第二激光振荡器发射出的第二激光束和第一激光束同时照射到所述被照表面的照射长光束区域中能量密度较低的部分上；以及所述被照表面相对于长光束在第一方向上相对移动，并同时执行照射。
另外，在上述发明的结构中，优选的是，用从所述第二激光振荡器发射的第二激光束的照射能量密度较高的部分照射所述长光束照射的表面区域中的能量密度较低的部分。
在上述发明结构中，第一和第二激光束均从连续波的气体激光器、固体激光器或金属激光器被发射出来。气体激光器包括Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器，固体激光器包括YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器和Ti：蓝宝石激光器，并且金属激光器包括氦-镉激光器、铜蒸汽激光器和金蒸汽激光器。
而且，在上述发明结构中，用非线性光学元件将第一激光束转换为更高次的谐波。作为用于非线性光学元件的晶体，如果使用称作为LBO、BBO、KDP、KTP、KB5和CLBO的晶体，则在转换效率上有优势。将这些非线性光学元件放在激光的谐振器中，能获得显著的高转换效率。
另外，在上述发明结构中，由于有可能改善所获得的长光束的能量均一性，所以，最好以TEM00的振荡模式来发射激光束。
在对形成在衬底上的半导体膜执行退火，并且所述衬底对激光束有透明度的情况下，为了实现激光束的均一照射，假设激光束的形状是矩形，当将入射平面定义为与被照表面垂直的平面，且入射平面是包括激光束的长边或短边的平面时，希望激光束的入射角“φ”满足不等式φ≥arctan(W/2d)。在不等式中，“W”是包括在入射平面中的长边或短边的长度，“d”是对激光束具有透明度的放在被照表面上的衬底的厚度。在使用多个激光束的情况下，该不等式相对于多个激光束中的每个激光束都需要得以满足。注意，激光束的轨迹投射到入射平面上，在该轨迹不在入射平面上时确定入射角“φ”。如激光束以入射角“φ”入射，来自衬底后表面的反射光和来自衬底反面的反射光互不干扰影响，因此能执行激光束的均一照射。上述原理假设衬底的折射率为1。实际上，大部分衬底的折射率在1.5左右，在考虑到该值在1.5左右时，获得比根据不等式算得的上述角度更大的计算值。然而，由于被照表面上的射束点使能量在其纵向上在两侧减弱，所以，干扰对两侧影响小，根据不等式算得的值足以获得减弱干扰的效果。
作为衬底，可以使用玻璃衬底、石英衬底、硅衬底、塑料衬底、金属衬底、不锈钢衬底、柔性衬底等。关于上述φ的不等式不可用于对激光束没有透明度的衬底，这是因为衬底的厚度d在这种情况下是没有意义的值。
此外，公开在本技术说明书中的关于制造半导体器件的方法，其包括步骤：在衬底上形成非单晶半导体膜；在被照表面将具有可见光的波长或者具有短于可见光的波长的第一激光束处理成长光束；将从第二激光振荡器发射的基波的第二激光束和第一激光束同时照射到长光束照射的区域中能量密度较低的部分；以及所述被照表面相对于长光束在第一方向上相对移动，并同时执行照射，其中，对非单晶半导体膜进行激光退火。
另外，在上述发明的结构中，优选的是，用从所述第二激光振荡器发射的基波的第二激光束的照射能量密度较高的部分照射所述长光束照射的表面区域中的能量密度较低的部分。
在上述发明的结构中，结晶性缺陷区域的幅宽是15μm或更少。另外，在结晶性缺陷区域的晶粒通常是直径1μm左右的大小。
在上述发明的结构中，所述第一和第二激光束均从连续波的气体激光器、固体激光器或金属激光器被发射出来。气体激光器包括Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器，固体激光器包括YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、翠绿宝石激光器和Ti：蓝宝石激光器，并且金属激光器包括氦-镉激光器、铜蒸汽激光器和金蒸汽激光器。
而且，在上述发明结构中，用非线性光学元件将第一激光束转换为更高次的谐波。作为用于非线性光学元件的晶体，如果使用称作为LBO、BBO、KDP、KTP、KB5和CLBO的晶体，则在转换效率上有优势。将这些非线性光学元件放在激光的谐振器中，能获得显著的高转换效率。
另外，由于有可能改善所获得的长光束的能量均一性，所以，最好以TEM00的振荡模式来发射激光束。
在对形成在衬底上的半导体膜执行退火，并且所述衬底对激光束有透明度的情况下，为了实现激光束的均一照射，假设激光束的形状是矩形，当将入射平面定义为与被照表面垂直的平面，且入射平面是包括激光束的长边或短边的平面时，希望激光束的入射角“φ”满足不等式φ≥arctan(W/2d)。在不等式中，“W”是包括在入射平面中的长边或短边的长度，“d”是对激光束具有透明度的放在被照表面上的衬底的厚度。在使用多个激光束的情况下，该不等式相对于多个激光束中的每个激光束都需要得以满足。注意，激光束的轨迹投射到入射平面上，在该轨迹不在入射平面上时确定入射角“φ”。如激光束以入射角“φ”入射，来自衬底后表面的反射光和来自衬底反面的反射光互不干扰影响，因此能执行激光束的均一照射。上述原理假设衬底的折射率为1。实际上，大部分衬底的折射率在1.5左右，在考虑到该值在1.5左右时，获得比根据不等式算得的上述角度更大的计算值。然而，由于被照表面上的激光束使能量在其纵向上在两侧减弱，所以，干扰对两侧影响小，根据不等式算得的值足以获得减弱干扰的效果。
作为衬底，可以使用玻璃衬底、石英衬底、硅衬底、塑料衬底、金属衬底、不锈钢衬底、柔性衬底等。关于φ的不等式不可用于对激光束没有透明度的衬底，这是因为衬底的厚度d在这种情况下是没有意义的值。
附图说明
图1A和1B是显示射束点照射轨迹的状态的视图；
图2是说明本发明的实施方案模式1的视图；
图3A-3D是显示半导体膜的激光退火状态的视图；
图4A和4B是说明本发明的实施方案模式2的视图；
图5A和5B是说明本发明的实施方案模式2的视图；
图6A和6B是说明本发明的实施方案模式3的视图；
图7是说明本发明的实施方案模式4的视图；
图8是显示激光退火状态的视图；
图9A-9C是显示制造像素TFT和驱动电路TFT工艺过程的截面图；
图10A-10C是显示制造像素TFT和驱动电路TFT工艺过程的截面图；
图11A-11C是显示制造像素TFT和驱动电路TFT工艺过程的截面图；
图12是显示制造像素TFT和驱动电路TFT工艺过程的截面图；
图13是显示像素TFT结构的截面图；
图14是显示制造有源矩阵型液晶显示器件工艺过程的截面图；
图15是发光器件的驱动电路和像素部分的截面结构图；
图16A和图16B分别是发光器件的上表面图以及发光器件的驱动电路和像素部分的截面结构图；
图17A-17E是显示半导体器件例子的简图；
图18A-18C是显示半导体器件例子的简图；
图19A-19D是显示半导体器件例子的简图。
具体实施方式
本发明的选择图为图1
实施方案模式1
参考图2描述本发明的实施方案模式。本实施方案模式显示了形成长光束205和长光束206以便照射半导体膜204的表面的情况。
首先，准备以LD激发输出10W的激光振荡器201(Nd:YVO4激光器、CW、二次谐波：532nm)。激光振荡器201使用TEM00的振荡模式并且具有并入谐振器中的LBO晶体，以便执行转换到二次谐波。虽然不必特别将输出的激光束限定为二次谐波，但是，二次谐波在能量效率上比其它的更高次的谐波更高。激光束的光束直径是2.25mm，发散角约为0.3mrad。激光束的传播方向由45°反射镜202转为与垂直方向成角度φ的方向。然后，使激光束以与垂直方向成角度φ进入平凸透镜203，平凸透镜203的焦距是20mm，平面部分和水平面一致。虽然上述角度φ可以适当变化，但是，本实施方案模式的角度φ是20°。在照射表面上设置和水平面平行的半导体膜204。在玻璃衬底上形成半导体膜204。半导体膜204和平凸透镜203之间的距离设定约为20mm，并精细调节，目的是尽可能在半导体膜204上形成尽可能以朝向入射平面的平行方向延伸的长光束205。精细调节的精确度约为50μm。以这种方式形成长轴和短轴分别约为500μm和20μm的椭圆样长光束205。
形成有半导体膜204的衬底是厚度为d的玻璃衬底，为防止该衬底在激光照射中掉下来，将其固定到吸定台207上。有可能在平行平面上，用X轴的单轴自动装置(robot)208和Y轴的单轴自动装置209将吸定台207在X和Y方向上在平行于半导体膜204的表面上移动。由于用于无干扰的上述不等式是φ≥arctan(W/2d)，所以在衬底的厚度是例如0.7mm时，获得φ≥19.7°。
下面，准备输出为300W的激光振荡器210(Nd:YAG激光器、CW、基波：1.064μm，TEM00)以备用。从激光振荡器发出来的基波穿过光导纤维212被发射。光导纤维的传送方式是SI型，内径的直径为0.6mm，并从光导纤维射出光的数值孔径(Numerical Aperture：NA)为0.2。从光导纤维发出来的光被平凸透镜211聚焦。平凸透镜211有和光导纤维的直径相同的聚光倍率，在离平凸透镜170mm的焦点位置上的射束点直径为0.6mm。该基波相对半导体膜204以角度θ射入半导体膜204。将角度θ设定约为55°。然后，形成近于1mm×0.6mm椭圆形状的长光束206。长光束206被布置成覆盖长光束205。
在常规的半导体薄膜中没有充分有效地吸收约1μm波长的基波。然而，当同时使用二次谐波时，在二次谐波融化的半导体薄膜中基波吸收得较多，半导体膜的退火效率变好。即，利用半导体膜的液化所造成的吸收系数增加，从而有可能在本过程中利用基波，其优点是例如抑制了半导体膜204的温度的突变，并且通过小的输出来辅助二次谐波的激光束的能量。特别是，通过使基波的扩大在二次谐波的长光束205的短轴方向上尽量大，可以抑制半导体膜的温度变化。不象更高次的谐波，对于基波而言不必用非线性光学元件来转换波长，并且有可能获得具有相当大输出的激光束，例如，该激光束具有大于更高次谐波的百倍以上的能量。由于非线性光学元件对激光的弹限强度相当弱，所以就造成了这样的能量差。另外，用来产生更高次谐波的非线性元件在质量上可能会改变，并存在如下缺点：诸如难以长期保持固体激光器优势的免维护状态。因此，根据本发明，通过基波来辅助更高次的谐波是相当有意义的。
下面，描述半导体膜的制造方法的实例。在对可见光透明的玻璃衬底上形成半导体膜。具体地说，在厚度为0.7mm的玻璃衬底的一个表面上形成厚度是200nm的含氮氧化硅的膜，然后在其上通过等离子CVD形成厚度为66nm的非晶硅(a-Si)膜。而且，为了改善半导体膜对激光的耐性，对半导体膜在500℃下执行持续1小时的加温退火。可以执行上述背景技术中提及的用金属元素的半导体膜结晶来代替加温退火。不管使用任何一种膜，照射激光束的最佳条件几乎是相同的。
下面，描述对半导体膜204激光照射的实例。虽然激光振荡器201的输出达到约10W，但是，由于长光束205的尺寸相对小，所以，其能量密度是充分的。因而，将输出降低到约9W来执行激光照射。激光振荡器210的输出设定为约300W，形成长光束206来覆盖长光束205。长光束206的短轴是长光束205的短轴的30倍。用Y轴的单轴自动装置209在长光束205的短轴方向上扫描形成有半导体膜204的衬底，从而能够实现激光退火。图3中示出了根据上述方法实际对半导体膜进行激光退火的情况。图3A是透射式明视野显微镜照片，图3B是反射式暗视野显微镜照片。能够在长光束205的长轴方向上宽235μm的区域中形成在扫描方向上延伸的长晶粒区域(区域A)，并且在长晶粒区域的两端形成宽15μm的结晶性缺陷区域(区域B)。在上述扫描工艺中，先将基波照射到半导体膜204上，而后，照射二次谐波，最后再照射基波。因基波被融化状态的硅吸收得较多，所以可以抑制半导体膜204的温度突变。
另外，图3C和图3D示出了在激光振荡器201的输出设定为约10W并不使用从激光振荡器210照射出来的基波来进行激光退火的半导体膜的情况。图3C是透射式明视野显微镜照片，图3D是反射式暗视野显微镜照片。在长光束205的长轴方向上宽220μm的区域中形成在扫描方向上延伸的长晶粒区域(区域A)，并且在长晶粒区域的两端形成宽25μm的结晶性缺陷区域(区域B)。可以看出，与图3A和图3B相比，长晶粒区域(区域A)变得狭窄，结晶性缺陷区域(区域B)变得宽大。根据上述结果可以得知，本发明的方法能够减小在长晶粒区域的两端形成的结晶性缺陷区域的比例。注意，虽然图3B和图3D示出了在照射轨迹的两端有表面粗糙度(roughness)大的部分(图中的黑色部分)，但是通过采用本发明的方法，能够进行激光退火并减小表面粗糙度大的部分。
另外，在本实施方案模式中，具有高谐波的激光束具有20°或20°以上的入射角，这抑制了干扰，从而能更均一地激光照射。几十到几百cm/s的扫描速度是适当的，这里将扫描速度设为50cm/s。
图8显示了在整个半导体膜上形成长晶粒区域的照射方法。为了解释方便，图8使用与图2相同的参考数字。形成有半导体膜的衬底固定到吸定台207上，使激光振荡器201和210分别以9W和300W的输出来工作。首先，Y轴的单轴自动装置209用于以50cm/s的扫描速度以直线扫描半导体膜的表面。该直线相当于图8中“A1”部分。图8中，在用Y轴的单轴自动装置209将激光照射到向外的“Am”(m是正整数)部分之后，X轴的单轴自动装置208用于在其长轴方向上将长光束移位长晶粒区域和结晶性缺陷区域的宽度，将激光照射到回程的“Bm”部分上。重复这一操作周期，从而能在半导体膜上各处保持长晶粒区域的比例。注意，长晶粒区域中的半导体膜具有很好的特性。尤其是，在制造诸如TFT的半导体器件的情况下，可以预期半导体器件显示很高的电迁移率。相反，当半导体膜的一部分不要求这样好的特性时，就不必在那里形成长晶粒区域。因而，可以不把激光束照射到该部分上，或者可以执行不至于形成长晶粒区域的照射。为了对半导体膜有效地退火而不形成长晶粒区域，例如可以提高扫描速度。根据本发明者实施的例子，当以大约2m/s的速度对半导体膜执行扫描长光束205时，可以使非晶硅膜结晶，以便形成所谓的普通多晶硅(poly-Si)膜而不形成长晶粒区域。注意，不用说，上述条件受照射对象的半导体膜和激光的能量分布的影响。
实施方案模式2
在本实施方案模式中，参考图4A和4B来解释以下实例，其中，用基波来使实施方案模式1所示的长光束的能量分布更均一化，这可以通过处理二次谐波来获得。
首先，准备LD激发型的输出为10W的激光振荡器301(Nd:YVO4激光器、CW、二次谐波：532nm)以备用。激光振荡器301使用TEM00的振荡模式并且具有并入谐振器中的LBO晶体，以便执行转换到二次谐波。激光束具有2.25mm的光束直径，发散角约为0.3mrad。激光束的传播方向由45°反射镜302转换成与垂直方向成角度φ的方向。然后，使激光束以与垂直方向成角度φ进入平凸透镜303，平凸透镜303的焦距是20mm，其平面部分和水平面一致。虽然角度φ可以适当变化，但是，本实施方案模式的角度φ是20°。形成在玻璃衬底上的表面上的半导体膜304被设定为与水平平面平行的被照表面。半导体膜304和平凸透镜303之间的距离设定为约30mm，并精细调节，以便尽可能在半导体膜304上形成以平行于入射平面方向延长的长光束305。精细调节的精确度在约50μm。以这种方式，形成长轴和短轴分别在约500μm和20μm的椭圆样长光束305。
形成有半导体膜304的衬底是厚度为d的玻璃衬底，为防止该衬底在激光照射中掉下来，将其固定到吸定台307上。有可能在平行平面上，在X和Y方向上用X轴的单轴自动装置308和Y轴的单轴自动装置309将吸定台307在平行于半导体膜304的面上移动。由于用于无干扰的上述不等式是φ≥arctan(W/2d)，所以在衬底的厚度是例如0.7mm时，获得φ≥19.7°。
下面，准备输出为300W的激光振荡器310和314(Nd:YAG激光器、CW、基波：1.064μm，TEM00)。从激光振荡器发出来的基波穿过光导纤维315和316被发射。光导纤维的传送方式是SI型，内径的直径为0.6mm，并从光导纤维射出光的数值孔径(NA)为0.2。从光导纤维发出来的光被平凸透镜311和313聚焦。平凸透镜311和313有和光导纤维的直径相同的聚光倍率，在离平凸透镜170mm的焦点位置上的射束点直径为0.6mm。该基波以和半导体膜304呈角度θ地入射半导体膜304。将角度θ设定约为55°。然后，形成1mm×0.6mm的椭圆形状的长光束306和312。长光束306和312被布置覆盖长光束305。
图4B中显示了布置的一个实例。将基波的长光束306和312布置在二次谐波的长光束305的长轴方向上的两侧，各条长光束的长轴在同一条直线上。由于基波直接作用在二次谐波的长光束305的两侧的能量减弱部分上以便为能量减弱的提供能量，所以这种结构比较理想。激光束通常具有诸如高斯的能量分布，即，射束点的中心具有最高能量，越朝向外周能量越减弱。与中心的能量相比，二次谐波的长光束305也在两侧具有较低能量，所以激光退火中对均一性有影响。因此，通过在被长光束305融化的区域中对半导体膜照射更透明的基波，其中长光束305由二次谐波形成，可以选择性地加热所述融化区域中被基波照射的一个区域。
下面参考图5A和5B详细描述图4B的结构。在只用图4B的剖面图中的二次谐波的长光束305执行激光退火的情况下，以图5A所示的温度分布来加热半导体膜。由于融化的部分总是具有比固体部分更高的导热性，所以，长光束305的中心具有均一的能量分布，而其两侧的能量显著减弱，从而使温度降低。由于基波对半导体膜具有高透射率，所以有可能将基波直接照射到两侧上，从而可以再增加半导体膜中温度分布均一的区域。换言之，当长光束306和312照射到图4B的剖面图所示的长光束305的两侧时，有可能改变图5B所示的半导体膜的温度分布，即，增加半导体膜中温度分布均一的区域，从而抑制退火温度的不规则性。其外，也可以减小长光束两侧的能量减弱区域的宽度。
下面，描述对半导体膜304激光照射的实例。虽然激光振荡器301的输出一直达到约10W，但是，由于长光束305的尺寸相对小，所以，其能量密度是足够的。因而，将输出降低到约9W来执行激光照射。激光振荡器310和314的输出均设定为约300W，形成长光束306和312从两侧覆盖长光束305。虽然在本实施方案模式中长光束306和312的短轴是长光束305的短轴的10倍，但为了看起来方便，图4A和4B所示的长光束306和312的大致是长光束305的尺寸。由于即使激光束的尺寸近乎相等，也符合本发明的主旨，所以实验者可根据条件，诸如所使用的膜等，来确定每个激光束的尺寸。
用Y轴的单轴自动装置309在长光束305的短轴方向上扫描形成有半导体膜304的衬底，从而能在长光束305的长轴方向上宽250μm的区域中形成并铺满在扫描方向上延长的单晶颗粒。在该激光照射中，由于用长光束306和312覆盖长光束305，所以，先将基波照射到半导体膜304上，而后，照射二次谐波，最后再照射基波，从而有可能抑制半导体膜的温度的突变。具有更高谐波的激光束有20°或20°以上的入射角，这抑制了干扰，从而能更均一地激光照射。虽然在没有基波的长光束306和312的辅助下，所形成的长晶粒区域的宽度是约190μm，但是，长晶粒区域的宽度在辅助下比250μm要宽。在其宽度方向的长晶粒区域的两侧，不论具有均一温度分布的区域如何扩展，都执行低温退火。因而，为了避免半导体器件特性降低，不在两侧边缘制造半导体器件，或者以覆盖其长轴方向来执行用长光束的扫描。例如，当假设在宽度为250μm的长晶粒区域的两侧有涉及特性降低的宽度为5μm的区域时，可有效使用的长晶粒区域的宽度是240μm。在通过用Y轴的单轴自动装置309在一个方向上扫描来使半导体膜304结晶之后，将X轴的单轴自动装置308移动245μm，通过用Y轴的单轴自动装置309扫描而再形成长晶粒区域。当重复这一操作周期时，能将在衬底上涉及特性降低的区域尽量减小。
实施方案模式3
本实施方案模式中，参考图6A来描述一个实例，其中，将通过处理二次谐波而获得的几条长光束组合，以便形成更长的光束，并且使用基波来辅助能量。
首先，分别准备以LD激发型的输出为10W的4个激光振荡器(图6A中未示出)(Nd:YVO4激光器、CW、二次谐波：532nm)。每个激光振荡器使用TEM00的振荡模式，并且具有并入在谐振器中的LBO晶体，以便执行转换到二次谐波。各个激光束具有2.25mm的光束直径，发散角约为0.3mrad。用几个反射镜把激光束的传播方向分别转为与垂直方向成角度β。具有传播方向转换后的激光束分别从4个方向进入被照表面403，目的是在被照表面403近似组成一个激光束。4个方向分别相应于光轴A、B、C、D。光轴A和B以及光轴C和D位于和平面A对称的位置，平面A与被照表面403垂直，光轴A和B成的角以及光轴C和D成的角分别设为20°。另外，相对于垂直于平面A和被照表面403的平面B，光轴A和C以及光轴B和D位于和平面D对称的位置，并设定包括光轴A和B的平面C与包括光轴C和D的平面D构成50°的角。
然后，将焦距为150mm的平凸柱面透镜401a、401b、401c和401d布置在使光轴A到D为0°角的位置。这种情况下，平凸柱面透镜的会聚方向是包括在平面C或平面D中的方向。沿光轴测量，将被照表面403与平凸柱面透镜401a，401b，401c和401d中每个透镜之间的光轴上的距离调节为110到120mm之间。
而且，焦距20mm的平凸柱面透镜402a和402b被布置成使其母线分别包括在平面C和平面D中的位置。上述母线定义为位于柱面透镜的弯曲部分中的母线，该弯曲部分与柱面透镜的平面部分分开。平凸柱面透镜402a和平面C的平面部分彼此正交，而平凸柱面透镜402b和平面D的平面部分彼此正交。沿光轴测量，被照表面403与平凸柱面透镜402a和402b中的每个透镜之间的光轴上的距离调节为约18mm。
用上述布置，在被照表面403处形成其尺寸是长轴约为400μm、短轴约为20μm的4条长光束。这种情况下，将这4条长光束在被照表面403上组合为一条，虽然不能形成更长的光束，然而，当精细调节各个透镜的位置，可以转换为如图6B所示的布置。换言之，将4条长光束405a到405d的长轴布置在一条直线上，并在长轴的方向上彼此移位，以便形成更长的长光束。以这种方式，可以获得宽度1.5mm的长晶粒区域。
然后，输出2000W的LD激发CW-YAG激光器(基波)被用来与光学系统404在被照表面共同形成尺寸是1X2mm的椭圆光束405e。这种情况下，形成椭圆光束405e并使其覆盖4条长光束。作为光学系统404，例如可以使用图6A所示的平凸透镜404，可以使激光束以一个角度倾斜地进入平凸透镜404，以便形成椭圆光束405e。或者，可以用两个垂直的柱面透镜将圆形光束转换为椭圆光束。这时重要的是基波必需一点都不能返回激光振荡器。由于基波在半导体膜的表面上有些反射，所以，要坚决禁止激光束垂直地进入被照表面403。
使用这样形成的4条长光束的更长光束，并使用例如实施方案模式1所示的X轴的单轴自动装置208和Y轴的单轴自动装置209，可以使半导体膜完全结晶。可以根据例如实施方案模式1所述的方法来制造半导体膜。本实施方案模式的优点是因为使用更长的光束，所以可以缩短处理时间，高斯能量分布的长光束连续地相互重叠，使长轴方向上的能量分布均一化，由于能相对抑制温度的不规则性，所以比较理想。
实施方案模式4
本实施方案模式中，参考图7描述一个实例，其中，用通过处理二次谐波获得的长光束，使用诸如扫描镜(galvanometer mirror)的偏转装置来执行扫描，并且通过基波获得的激光束使用诸如扫描镜的偏转装置来辅助能量。
首先，准备输出为10W的LD激发型的激光振荡器601(Nd:YVO4激光器、CW、二次谐波：532nm)。激光振荡器601使用TEM00的振荡模式并且具有并入到谐振器中的LBO晶体，以便执行转换到二次谐波。激光束是圆形光束，具有2.25mm的光束直径，发散角约为0.3mrad，进入光学系统602，被转换为椭圆形。作为转换装置，可以用例如包含两个柱面透镜的光束扩展器只在一个方向上扩展激光束使其成为椭圆形。或者，可以用与上述光束扩展器结合的常规光束扩展器来控制发散角。然后，用扫描镜603偏转椭圆形的激光束。偏转的激光束经fθ透镜604到达由半导体膜606形成的平面。用fθ透镜604将椭圆形的激光束会聚到该平面上。以这种方式，在该平面上形成例如短轴为20μm、长轴为400μm的长光束605。当改变扫描镜603的角度时，在该平面上用长光束605执行扫描。由扫描镜603的角度引起长光束605形状的改变受到fθ透镜604的抑制。激光束相对于半导体膜606的入射角是20°，这防止在半导体膜606上产生干扰。这里的干扰是来自半导体膜606的表面的激光的反射光对来自形成有半导体膜606的衬底的背面的激光的反射光的干扰。
为了将基波照射到半导体膜606上并使其配合二次谐波形成的长光束605，使用输出为300W的LD激发YAG激光器608(Nd:YAG激光器、CW、基波：1.064μm，TEM00，发散角约为3mrad)。从激光振荡器发出来的基波穿过光导纤维612被发射。光导纤维的传送方式是SI型，内径的直径为0.6mm，并从光导纤维射出光的数值孔径(Numerical Aperture：NA)为0.2。从光导纤维发射出来的光被由准直透镜(collimate lens)构成的光学系统613准直化。然后，用扫描镜609向半导体膜606偏转准直化的激光束。偏转的激光束经fθ透镜610到达由半导体膜606形成的平面。用fθ透镜将椭圆形的激光束会聚到该平面上。以这种方式，在该平面上形成例如短轴为600μm、长轴为1mm的长光束611。当改变扫描镜609的角度时，在该平面上用长光束611执行扫描。扫描镜609与扫描镜603控制同步进行，在该平面上根据所述二次谐波的长光束605的位置来用长光束611执行扫描。由扫描镜603的角度引起长光束611形状的改变受到fθ透镜610的抑制。激光束相对于半导体膜606的入射角是55°，这防止在半导体膜606上产生干扰。这里的干扰是来自半导体膜606的表面的激光的反射光对来自形成有半导体膜606的衬底的后表面的激光的反射光的干扰。
在本实施方案模式中，使用由一个镜子组成的扫描镜603、609，只执行一个扫描轴，这样就不能够扫描该二维平面的整个区域。因而，将衬底被放在单轴台607上，并且按照图7的左右方向移动，以便能够对该衬底的整个区域退火。将长光束605的扫描速度设定为100到2000mm/s，最好约为500mm/s。
为了对半导体膜606的整个区域激光退火，可以重复地实施以下步骤，即，使扫描镜603、609移动半圈，使单轴台607移动长晶粒区域的宽度，再使扫描镜603、609移动半圈。在本实施方案模式中，长晶粒区域的宽度约为235μm，单轴台607以该宽度按顺序移位。
注意，虽然本实施方案模式说明了利用扫描镜用基波激光执行扫描的结构，但可以采用不用扫描镜，通过使纤维和光学系统向衬底相对移动，在与二次谐波激光束相同的照射位置上扫描基波的结构。
实施例1
在本实施例中，参照图9-10来描述制造有源矩阵衬底的方法。
本实施例使用一个比如以康宁公司(CorningCo.)的玻璃#7059或玻璃#1737为典型的硼硅酸盐钡玻璃或铝硅酸盐玻璃的衬底700。另外，衬底700可以是表面上具有绝缘膜的石英衬底、硅衬底、金属衬底、或不锈钢衬底。还可以使用具有可耐本实施例的处理温度的具有热阻的塑料衬底。
接着，在衬底700上制作由诸如氧化硅膜、氮化硅膜、或氮氧化硅膜之类的绝缘膜构成的底膜701。在本实施例中，二层结构被用于底膜701，但可以采用本身是绝缘膜的单层膜结构或至少二个层被层叠的结构。根据等离子体CVD方法，用SiH4、NH3、N2O作为反应气体，制作厚度为10-200nm(最好是50-100nm)的氮氧化硅膜701a作为底膜701的第一层。在本实施例中，氮氧化硅膜701a(成分比为：Si＝32％，O＝27％，N＝24％，H＝17％)被制作成厚度为50nm的膜。接着，根据等离子体CVD方法，用SiH4、N2O作为反应气体，制作厚度为50-200nm(最好是100-150nm)的氮氧化硅膜701b作为底膜701的第二层。在本实施例中，氮氧化硅膜701b(成分比为：Si＝32％，O＝59％，N＝7％，H＝2％)被制作成厚度为100nm的膜。
接着，在底膜上制作半导体膜702。首先，用公众熟知的方法(诸如溅射方法、LPCVD方法、以及等离子体CVD方法)制作厚度为25-80nm(最好是30-60nm)的具有非晶结构的半导体膜702。虽然在半导体膜的材料上没有限制，但优选使用硅或硅锗(SiGe)合金。用激光晶化方法使半导体膜晶化。随后，在由照射激光束而得到的结晶半导体膜上执行所需形状的图形化，以便形成半导体层802-806。当然，除了激光晶化方法之外，也能够采用其它熟知的晶化处理(利用快速热退火方法的RTA或炉子退火的热晶化方法以及利用镍元素等催化剂的热晶化方法)。
当根据激光晶化方法制作结晶半导体膜时，可以采用连续发光型的YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、掺Ti的蓝宝石激光器等。当采用这些类型的激光器时，从激光器发射的激光最好被光学系统聚光成矩形形状或椭圆形形状，并辐照到半导体膜。晶化条件由执行人员适当地选择。
在本实施例中，用等离子CVD方法形成厚55nm的非晶硅膜。然后，使用利用连续振荡YAG激光器的基波和连续振荡YVO4激光器的二次谐波的激光晶化方法形成晶质硅膜。随后，对该晶质硅膜用光刻胶方法形成图案，以便形成半导体层802-806。
在制作半导体层802-806之后，可以掺入少量杂质元素(硼或磷)，以便控制TFT的阈值电压。
接着，制作覆盖半导体层802-806的栅绝缘膜807。根据等离子体CVD方法或溅射方法，用含硅的绝缘膜制作厚度为40-150nm的栅绝缘膜807。在本实施例中，根据等离子体CVD方法，制作厚度为110nm的氮氧化硅膜(成分比为：Si＝32％，O＝59％，N＝7％，H＝2％)。显然，栅绝缘膜不局限于氮氧化硅膜，含硅的其它绝缘膜也可以被用作单层结构或叠层结构。
当采用氧化硅膜时，用等离子体CVD方法，借助于混合原硅酸四乙酯(TEOS)与O2而形成该膜，等离子体的放电条件为：反应压力为40Pa，衬底温度为300-400℃，高频(13.56MHz)能量密度为0.5-0.8W/cm2。这样制作出的氧化硅膜通过进一步执行400-500℃下的热退火，可以获得良好特性的栅绝缘膜。
接着如图9B所示，厚度为20-100nm的第一导电膜808与厚度为100-400nm的第二导电膜809，被层叠在栅绝缘膜807上。在本实施例中，用厚度为30nm的TaN膜制作的第一导电膜808与用厚度为370nm的W膜制作的第二导电膜809被层叠。TaN膜是利用Ta靶在含氮的气氛中溅射形成的。W膜是利用W靶进行溅射形成的。其他还可以利用六氟化钨(WF6)由热CVD方法来形成。在二种情况下，栅电极的使用都需要低阻。因此，希望W膜的电阻率为20μΩcm或以下。借助于增大晶粒的尺寸，能够得到W膜的低电阻。但当W膜包含大量诸如氧的杂质时，晶化被抑制，提高了电阻。因此，在本实施例中，用溅射方法，使用高纯(纯度为99.99％)W靶来制作W膜，并特别注意防止膜形成过程中杂质从气相进入。由此，可实现9-20μΩcm的电阻率。
注意，在本实施例中，虽然第一导电膜808是TaN而第二导电膜809是W，但不局限于此结构。二者都能够由选自Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Nd的元素或包含此元素作为其主要成分的合金材料或化合物材料制作。作为代替物，可以采用掺入了诸如磷的杂质元素的结晶硅膜之类的半导体膜。可以采用AgPdCu合金。钽(Ta)膜组成的第一导电膜与W膜组成的第二导电膜的组合；氮化钽(TiN)膜组成的第一导电膜与W膜组成的第二导电膜的组合；氮化钽(TaN)膜组成的第一导电膜与A1膜组成的第二导电膜的组合；或氮化钽(TaN)膜组成的第一导电膜与Cu膜组成的第二导电膜的组合，也是被允许的。
接着，用光刻方法制作抗蚀剂组成的掩模810-815，并在其上执行第一腐蚀过程，以便形成电极和布线。第一腐蚀过程在第一和第二腐蚀条件下进行。在本实施例中，第一腐蚀条件是采用感应耦合的等离子体(ICP)腐蚀，并使用CF4、Cl2和O2作为腐蚀气体，其气体流量分别为25/25/10(sccm)。用1Pa的压力将500W的RF(13.56MHz)能量馈送到线圈型电极，以便产生等离子体，然后执行腐蚀。此处，采用了使用松下电器产业公司制造的ICP的干法腐蚀装置(E645-□ICP型)。150W的RF(13.56MHz)能量也被馈送到衬底侧(测试样品平台)，并施加基本上负的自偏压。W膜在第一腐蚀条件下被腐蚀，以便得到第一导电层的锥形末端。
然后，第一腐蚀条件被改变到第二腐蚀条件而不清除抗蚀剂组成的掩模810-815。CF4和Cl2则被用作腐蚀气体。气体流量比为30/30(sccm)。用1Pa的压力将500W的RF(13.56MHz)能量馈送到线圈型电极，以便产生等离子体，然后执行30秒钟腐蚀。20W的RF(13.56MHz)能量也被馈送到衬底侧(测试样品平台)，并施加基本上负的自偏压。W膜和TaN膜在CF4和Cl2被混合的第二腐蚀条件下被腐蚀相同的程度。为了腐蚀而不在栅绝缘膜上留下残留物，可以增加10-20％左右的腐蚀时间。
在第一腐蚀过程中，当抗蚀剂组成的掩模的形式适当时，第一和第二导电层末端的形式由于施加到衬底侧的偏压的作用而为锥形。锥形部分的角度为15-45度。于是，通过第一腐蚀过程，形成第一形式的导电层817-822，包括第一导电层和第二导电层(第一导电层817a-822a和第二导电层817b-822b)。参考数字816是栅绝缘膜。在栅绝缘膜816中，不被第一导电层817-822覆盖的区域被腐蚀大约20-50nm，以致形成较薄的区域。
接着，执行第一掺杂过程而不清除由抗蚀剂组成的掩模，并加入为半导体层提供n型的杂质元素(图10A)。可以根据离子掺杂方法或离子注入方法来执行掺杂过程。此离子掺杂方法在剂量为每平方厘米1×1013至5×1015而加速电压为60至100keV的条件下被执行。在本实施例中，离子掺杂方法在剂量为每平方厘米1.5×1015而加速电压为80keV的条件下被执行。n型掺杂的杂质元素可以是V族元素，典型为磷(P)或砷(As)。此处采用磷(P)。在此情况下，导电层817-821用作n型掺杂杂质元素的掩模。因此，以自对准方式形成了第一高浓度杂质区706-710。浓度范围为每立方厘米1×1020至1×1021的n型掺杂杂质元素被加入到第一高浓度杂质区706-710。
接着，执行第二腐蚀过程而不清除抗蚀剂组成的掩模。此处，腐蚀气体CF4、Cl2和O2被用来选择性地腐蚀W膜。然后，用第二腐蚀过程来形成第二导电层828b-833b。另一方面，第一导电层817a-822a不太被腐蚀，从而形成第二形式的导电层828-833。
接着如图10B所示，执行第二掺杂过程而不清除由抗蚀剂组成的掩模。在此情况下，利用比第一掺杂过程较小的剂量而加速电压为70-120keV的高条件下被执行掺杂n型掺杂的杂质元素。在本实施例中，离子掺杂方法在剂量为每平方厘米1.5×1014而加速电压为90keV的条件下被执行。在第二掺杂过程中，第二形式导电层828-833被用作杂质元素的掩模。掺杂被如此执行，使杂质元素能够被加入到第二导电层828b-833b的底部处的半导体层，从而形成了第二高浓度杂质区823a-827a及低浓度杂质区823b-827b。
当抗蚀剂组成的掩模被清除时，制作由抗蚀剂组成的新掩模834a和834b，然后如图10C所示，执行第三腐蚀过程。SF6和Cl2则被用作腐蚀气体。气体流量比为50/10(sccm)。用1.3Pa的压力将500W的RF(13.56MHz)能量馈送到线圈型电极，以便产生等离子体，然后执行30秒钟腐蚀。10W的RF(13.56MHz)能量也被馈送到衬底侧(测试样品平台)，并施加基本上负的自偏压。于是，通过第三腐蚀过程，腐蚀p沟道型TFT及使用在像素部分的TFT(像素TFT)的TaN膜，从而形成第三形式导电层835-838。
然后，在抗蚀剂组成的掩模被清除后，第二形式导电层828，830和第三形式导电层835-838被用作掩模，选择性地清除栅绝缘膜816来形成绝缘层839-844(图11A)。
接着，制作由抗蚀剂组成的新掩模845a-845c，以便执行第三掺杂过程。通过第三掺杂过程，形成半导体层中的加入了提供与所述一种导电类型相反的杂质元素的杂质区846和847作为p沟道型TFT的有源层。第二导电层835a和838a被用作杂质元素的掩模，且提供p型的杂质元素被加入，以致以自对准方式形成杂质区。在本实施例中，利用离子掺杂方法，用双硼烷(B2H6)形成杂质区846和847(图11B)。在第三掺杂过程中，形成n沟道型TFT的半导体层被抗蚀剂组成的掩模845a-845c覆盖。通过第一掺杂过程以及第二掺杂过程，不同浓度的磷被加入到各个杂质区846和847。掺杂过程被如此执行，致使二个区域中的p型掺杂杂质元素的浓度能够是每立方厘米2×1020-2×1021原子。于是，当它们用作p沟道型TFT的源区和漏区时，就不会出现问题。本实施例中，作为p沟道型TFT有源层的半导体层的一部分露出在表面上，该结构的优点是容易加入杂质元素(硼)。
通过上述工艺，杂质区被分别形成在半导体层中。
接着，清除抗蚀剂组成的掩模845a-845c，并在其上制作第一层间绝缘膜861。第一层间绝缘膜861可以是用等离子体CVD方法或溅射方法制作的厚度为100-200nm的含硅的绝缘膜。在本实施例中，用等离子体CVD方法制作了厚度为150nm的氮氧化硅膜。第一层间绝缘膜861不局限于氮氧化硅膜，而可以是单层或叠层结构的含硅的其它绝缘膜。
接着，如图11C所示，执行加热过程以恢复半导体层的结晶特性并激活加入到各个半导体层的杂质元素。利用退火炉子，用热退火方法来执行热处理。可以在具有1ppm或更低的，最好是0.1ppm或更低的氧浓度的氮气氛中，于400-700℃，典型为500-550℃下执行热退火方法。在本实施例中，通过4小时的550℃热处理来执行激活处理。除了热退火方法之外，可以采用激光退火方法或快速热退火方法(RTA方法)。当用激光退火方法时，可以采用在本发明的实施方案模式中所示的方法。
另外，可以在制作第一层间绝缘膜之前进行热处理。但当被采用的布线材料对热敏感时，为了保护像本实施例中那样的布线，最好在形成层间绝缘膜(诸如氮化硅膜之类的包含硅作为其主要成分的绝缘膜)之后执行激活处理。
在包含3-100％的氢的气氛中于300-550℃下进行1-12小时的热处理之后，可以执行半导体层的氢化。本实施例中，在包含3％的氢的气氛中于410℃下进行1小时的热处理。此工艺用包含在第一层间绝缘膜中的氢来终止半导体层的悬挂键。作为氢化以外的其他方式，可以执行等离子体氢化(采用等离子体激发的氢)。
接着，在第一层间绝缘膜861上，制作由无机绝缘物材料或有机绝缘物材料组成的第二层间绝缘膜862。在本实施例中，制作厚度为1.6μm的丙烯酸树脂膜，其粘度为10-1000cp，最好是40-200cp，并具有形成在表面上的凹陷和突出。
在本实施例中，为了防止镜面反射，制作表面上具有突出和凹陷的第二层间绝缘膜。于是，突出和凹陷被形成在像素电极的表面上。为了借助于在像素电极表面上形成凹陷和突出而获得光弥散的效果，突出部分可以被形成在像素电极下面。在此情况下，可以利用相同于制作TFT用的掩模来形成突出部分。这样，就能够形成突出部分而不增加步骤数量。
突出部分可以按需要被提供在除了布线和TFT部分之外的像素区中的衬底上。因此，突出和凹陷能够沿着形成在覆盖突出部分的绝缘膜表面上的突出和凹陷，被制作在像素电极的表面上。
另外，第二层间绝缘膜862可以是具有平坦表面的膜。在此情况下，在制作像素电极之后，借助于执行诸如公众熟知的喷沙方法和腐蚀方法之类的外加工艺，突出和凹陷被形成在表面上。最好借助于防止镜面反射和借助于弥散反射光，来提高白度(whiteness)。
在驱动电路906中分别制作电连接各个杂质区的布线863-867。借助于对厚度为50nm的Ti膜与厚度为500nm的合金膜(Al和Ti的合金膜)的叠层膜进行图形化来制作这些布线。
在像素部分907中，制作像素电极870、栅布线869和连接电极868(图12)。源布线(层843b和849的叠层)与像素TFT被连接电极868电连接。栅布线869与像素TFT的栅电极被电连接。像素电极870与像素TFT的漏区842被电连接。而且，像素电极870与用来形成存储电容器的一个电极的半导体层858被电连接。希望诸如包含Al或Ag作为其主要成分的膜或叠层膜之类的具有优异反射性的材料被用于像素电极870。
以这种方式，能够在同一个衬底上制作具有包括n沟道型TFT 901和p沟道型TFT 902的CMOS电路；具有n沟道型TFT 903的驱动电路906；以及具有像素TFT 904和存储电容器905的像素部分907。这样就完成了有源矩阵衬底。
驱动电路906的n沟道型TFT 901具有沟道形成区823c、与构成栅电极一部分的第一导电层828a重叠的低浓度杂质区823b(GOLD区)、以及用作源区或漏区的高浓度杂质区823a。被电极866连接的与n沟道型TFT 901一起组成CMOS电路的p沟道型TFT 902，具有沟道形成区846d、形成在栅电极外面的杂质区846b和846c、用作源区或漏区的高浓度杂质区846a。n沟道型TFT 903具有沟道形成区825c、与构成栅电极一部分的第一导电层830a重叠的低浓度杂质区825b(GOLD区)、用作源区或漏区的高浓度杂质区825a。
像素部分的像素TFT 904具有沟道形成区826c、形成在栅电极外面的低浓度杂质区826b(LDD区)、以及用作源区或漏区的高浓度杂质区826a。p型掺杂杂质元素被加入到用作存储电容器905的一个电极的半导体层847a和847b。存储电容器905用绝缘膜844作为介质，由电极(层838a和838b的叠层)和半导体层847a-847c组成。
本实施例中的像素结构被安排成像素电极之间的空间被遮光，且像素电极的末端能够与源布线重叠而无须使用黑矩阵。
图13示出了本实施例制作的有源矩阵衬底的像素部分的俯视图。相同的参考数字被用于图9A-12中的相应部分。图12中的虚线A-A’对应于沿图13中虚线A-A’的剖面图。图12中的虚线B-B’对应于沿图13中虚线B-B’的剖面图。
实施例2
下面用图14来解释从实施例1中制作的有源矩阵衬底制造反射型液晶显示器件的工艺。
首先，在得到根据实施例1的图12状态的有源矩阵衬底之后，至少在图12的有源矩阵衬底的像素电极870上制作定向膜967，并对其执行摩擦工艺。顺便说一下，在本实施例中，在制作定向膜967之前，诸如丙烯树脂膜的有机树脂膜被图形化，以便在所希望的位置形成柱形间隔972来支持具有间隔的衬底。同时，在衬底的整个表面上可以分布球形间隔来代替柱形间隔。
然后制备反衬底(counter substrate)969。再在反衬底969上制作彩色层970和971以及整平膜973。借助于将红色层970与蓝色层971重叠在一起而形成遮光部分。同时，可以借助于部分地重叠红色层和绿色层来形成遮光部分。
在本实施例中，采用了实施例1所示的衬底。因此，在示出了实施例1的像素部分俯视图的图13中，需要至少对栅布线869与像素电极870之间的间隙、栅布线869与连接电极868之间的间隙、以及连接电极868与像素电极870之间的间隙进行遮光。在本实施例中，借助于安置彩色层而将各个衬底键合在一起，致使具有各个彩色层的叠层的遮光部分与待要遮光的部分重叠。
以这种方式，各个像素之间的间隙被具有各个彩色层的叠层的遮光部分遮光，而无须制作诸如黑掩模之类的遮光层，从而能够减少工艺数目。
然后，在至少像素部分中的整平膜973上制作透明导电膜组成的反电极(counter electrode)976。在反衬底的整个表面上制作定向膜974，并对其执行摩擦工艺。
然后，用密封材料968，将形成有像素部分和驱动电路的有源矩阵衬底与反衬底键合到一起。密封材料968与填充剂混合，致使填充剂与柱形间隔将二个衬底以均匀的间距键合到一起。然后，将液晶材料975注入衬底之间，并用密封剂(未示出)完全封闭。液晶材料975可以是熟知的液晶材料。以这种方式，就完成了图14所示的反射型液晶显示器件。如有需要，有源矩阵衬底或反衬底可以被分割成所希望的形状。而且，偏振片(未示出)仅仅被键合在反衬底上。然后用熟知的技术键合FPC(Flexible printed circuit，柔性印刷电路)。
如上制造的液晶显示屏板(panel)能够被用作各种领域的电子器具的显示部分。
顺便说一下，本实施例能够与实施例1自由组合。
实施例3
本实施例解释用本发明制造的发光器件的例子。在本说明书中，发光器件通常指的是密封在衬底与覆盖材料之间的制作在衬底上的发光元件的显示屏板以及在显示屏板上安置有IC的显示模块。顺便说一下，发光元件具有包括借助于施加电场而获得场致发光的有机化合物的层(发光层)、阳极层、以及阴极层。同时，有机化合物中的场致发光包括从单重态返回到基态时的光发射(荧光)以及从三重态返回到基态时的光发射(磷光)，包括任何一种或二种光发射。
图15是本实施例的发光器件的剖面图。在图15中，提供在衬底1100上的开关TFT 1003由图12的n沟道型TFT 1303组成。因此，有关结构的解释可参照n沟道型TFT 1303的解释。
顺便说一下，虽然本实施例是以二个沟道区形成的双栅结构，但有可能采用以一个沟道区形成的单栅结构或以3个沟道区形成的三栅结构。
提供在衬底1100上的驱动电路是用图12的CMOS电路形成的。因此，有关结构的解释，可参照n沟道型TFT 1301和p沟道型TFT 1302的解释。顺便说一下，虽然本实施例是单栅结构，但有可能采用双栅结构或三栅结构。
同时，布线1101和1103用作CMOS电路的源布线，而布线1102用作漏布线。同时，布线1104用作电连接源布线1108与开关TFT的源区之间的布线，而布线1105用作电连接漏布线1109与开关TFT的漏区之间的布线。
顺便说一下，电流控制TFT 1004由图12的p沟道型TFT 1302组成。因此，有关结构的解释，可参照有关p沟道型TFT 1302的解释。顺便说一下，虽然本实施例是单栅结构，但有可能采用双栅结构或三栅结构。
同时，布线1106是电流控制TFT的源布线(相当于电流馈线)，而布线1107是待要借助于重叠电流控制TFT的像素电极1110而电连接到像素电极1110的电极。
同时，参考数字1110是由透明导电膜形成的像素电极(发光元件的阳极)。氧化铟与氧化锡的化合物、氧化铟与氧化锌的化合物、氧化锌、氧化锡或氧化铟，都能够被用作透明导电膜，或者可以采用如上所述加入了镓的透明导电膜。在制作布线之前，像素电极1110被制作在平整的层间绝缘膜1111上。在本实施例中，用树脂组成的整平膜1111来整平TFT造成的台阶，是非常重要的。稍后要形成的发光层，由于厚度极小而可能由于台阶的存在引起不良的光发射。因此，在制作像素电极之前，希望实现整平，以使发光层能够被制作得尽可能平整。
在形成布线1101-1107之后，如图15所示形成堤坝(bank)1112。可以借助于对厚度为100-400nm的含硅的绝缘膜或有机树脂膜进行图形化来形成堤坝1112。
顺便说一下，由于堤坝1112是绝缘膜，故必须小心在淀积形成膜的过程中的元件静电击穿。在本实施例中，碳颗粒或金属颗粒被加入到作为堤坝1112材料的绝缘膜，从而降低了电阻率，并抑制了静电的出现。在这种情况下，碳或金属颗粒的加入量可以被调整，以提供1×106-1×1012Ωm(最好是1×108-1×1010Ωm)的电阻率。
发光层1113被制作在像素电极1110上。顺便说一下，虽然图15仅仅示出了一个像素，但本实施例分别制作了对应于颜色R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的各个发光层。同时，在本实施例中，用蒸发淀积工艺制作了低分子量有机发光材料。具体地说，这是一种以厚度为20nm的酞菁铜(CuPc)膜作为空穴注入层而厚度为70nm的三-8-喹啉铝络合物(Alq3)膜作为发光层的叠层结构。借助于将诸如二氢喹吖啶二酮、二萘嵌苯或DCM1之类的荧光颜料加入到Alq3中，能够控制发射光的颜色。
但上述例子是用作发光层的有机发光材料的例子，有机发光材料不必局限于此。借助于自由组合发光层、电子输运层和电子注入层，可以形成发光层(用于发光和载流子运动的层)。例如，虽然本实施例被示为低分子量有机发光材料被用于发光层的例子，但有可能采用高分子量有机发光材料。同时，有可能采用诸如碳化硅的无机材料作为电子输运层或电子注入层。这些有机场致发光材料或无机材料可以是熟知的材料。
接着，在发光层1113上提供导电膜组成的阴极1114。在本实施例中，铝与锂的合金膜被用作导电膜。可以采用熟知的MgAg膜(锰与银的合金膜)。属于周期表I族或II族的元素导电膜，或加入有这种元素的导电膜，可以被用作阴极材料。
完成了阴极1114的制作，也就完成了发光元件1115。顺便说一下，此处的发光元件1115指的是制作有像素电极(阳极)1110、发光层1113、以及阴极1114的二极管。
可以提供钝化膜1116来完全覆盖发光元件1115。钝化膜1116由包括碳膜、氮化硅膜、或氮氧化硅膜的绝缘膜制作，而所用的是单层或组合叠层的绝缘膜。
在此情况下，最好采用有利于覆盖的膜作为钝化膜。可以采用碳膜，特别是DLC(类金刚石碳)膜。能够在室温到100℃的温度范围内淀积的DLC膜，能够被容易地淀积在抗热性低的发光层1113上。同时，对氧具有高阻挡作用的DLC膜能够抑制发光层1113的氧化。因此，防止了发光层1113在下面的密封工艺过程中的氧化问题。
而且，密封材料1117被提供在钝化膜1116上，以便键合覆盖材料1118。紫外线固化树脂可以被用作密封材料1117。可以在其中提供具有吸潮作用或抗氧化作用的物质。同时，在本实施例中，其二个表面上形成有碳膜(最好是类金刚石碳膜)的玻璃衬底、石英衬底、或塑料衬底(包括塑料膜)，被用作覆盖材料1118。
这样就完成了具有图15所示结构的发光器件。顺便说一下，利用多工作室淀积装置方案(或在线方案，inline method)，可以在形成堤坝1112之后连续地进行制作钝化膜1116的工艺而不暴露于空气。此外，随着进一步发展，有可能连续地执行工艺直至键合覆盖材料1118而不暴露于空气。
以这种方式，提供在以塑料衬底为母体的绝缘体上完成了n沟道型TFT 1001、1002、开关TFT(n沟道型TFT)1003、以及电流控制TFT(n沟道型TFT)1004。跟一般有源矩阵发光器件相比，上述制造工艺只需较少掩模数量。
即，通过将TFT的制造工艺过程大幅度简化，可以提高成品率并减少生产成本。
而且，如用图15解释的那样，借助于提供与栅电极重叠的杂质区，二者中间夹绝缘膜，有可能制作抗热载流子效应引起的退化的n沟道型TFT。从而能够实现可靠性高的发光器件。
同时，本实施例仅仅示出了像素部分和驱动电路的构造。但根据本实施例的制造工艺，有可能在同一个绝缘体上制作诸如信号除法电路、D/A转换器、运算放大器、γ修正电路之类的逻辑电路。而且，还可以制作存储器或微处理器。
接下来用图16解释一种直至完成用来保护发光元件的密封(或包封)工艺的发光器件。顺便说一下，图15中所用的参考数字根据需求被引用。
图16A是俯视图，示出了发光元件直至完成密封的状态，而图16B是沿图16A的A-A’线的剖面图。虚线指定的参考数字1205是源驱动电路，1206是像素部分，而1207是栅驱动电路。此外，参考数字1301是覆盖材料，参考数字1302是第一密封材料，而参考数字1303是第二密封材料。包封材料1307被提供在第一密封材料1302所包围的内部。
顺便说一下，参考数字1304是传送待要输入到源驱动电路1205和栅驱动电路1207的信号以及接收来自作为外部输入端子的FPC(柔性印刷电路)1305的视频信号和时钟信号的布线。顺便说一下，虽然此处仅仅示出了FPC，但FPC可以附着有印刷布线板(简称为PWB，Printed Wiring Board)。本说明书中所描述的发光器件不仅包括发光器件主体，还包括安装了FPC或PWB的这种装置。
接着，用图16B对剖面结构进行解释。像素部分1206和栅驱动电路1207被制作在衬底1100上。像素部分1206制作有各包括电流控制TFT 1004以及电连接到其漏区的像素电极1110的多个像素。同时，栅驱动电路1207由具有n沟道型TFT 1001和p沟道型TFT 1002的CMOS电路(如图9)组成。
像素电极1110用作发光元件的阳极。同时，堤坝1112被制作在像素电极1110的两端。发光元件的发光层1113和阴极1114被制作在像素电极1110上。
阴极1114还用作所有像素的公共布线，并被连接布线1304电连接到FPC 1305。而且，包括在像素部分1206和栅驱动电路1207中的所有元件，都被阴极1114和钝化膜1116覆盖。
同时，覆盖材料1301被第一密封材料1302键合。顺便说一下，为了固定覆盖材料1301与发光元件之间的间距，可以提供由树脂膜制成的间隔物。包封材料1307被填充在第一密封材料1302内部。顺便说一下，第一密封材料1302和包封材料1307最好采用环氧树脂。同时，第一密封材料1302最好由透水和氧尽可能少的材料组成。而且，包封材料1307可以包含具有吸潮作用和抗氧化作用的物质。
覆盖发光元件的包封材料1307还用作粘合剂来键合覆盖材料1301。同时，在本实施例中，FRP(玻璃纤维加固的塑料)、PVF(聚氟乙烯)、Myler(聚酯树脂)、聚酯、或丙烯酸，能够被用作形成覆盖材料1301的塑料衬底1301a的材料。
同时，在用包封材料1307键合覆盖材料1301之后，提供第二密封材料1303，以便覆盖包封材料1307的侧面(暴露的表面)。与第一密封材料1302相同的材料可以被用于第二密封材料1303。
利用上述结构，借助于将发光元件包封在包封材料1307中，发光元件能够被完全隔离于外部。这样就可以防止加速发光层退化的诸如湿气或氧之类的物质从外部进入。其结果是能够获得可靠性高的发光器件。
顺便说一下，本实施例能够与实施例1或2自由组合。
实施例4
本实施例用图17至图19解释半导体器件，该半导体器件安装有本发明的TFT电路构成的有源矩阵型液晶显示器件。
这些半导体器件的例子包括便携式信息终端(电子记事本、移动计算机、手提电话等)、视频摄像机、静相摄影机、个人计算机、电视机等。这些半导体器件的具体例子示于图17A至19D。
图17A显示出一种手提电话，它包括主体部分9001、音频输出部分9002、音频输入部分9003、显示器件9004、操作开关9005、以及天线9006。本发明能够应用于音频输出部分9002、音频输入部分9003以及具有有源矩阵衬底的显示器件9004。
图17B显示出一种摄像机，它包括主体9101、显示器件9102、音频输入部分9103、操作开关9104、电池9105、以及图像接收部分9106。本发明能够应用于音频输入部分9103、具有有源矩阵衬底的显示器件9102、以及图像接收部分9106。
图17C显示出一种移动式计算机，或便携式信息终端，它包括主体部分9201、摄像部分9202、图像接收部分9203、操作开关9024和显示器件9205。本发明能够应用于图像接收部分9203以及具有有源矩阵衬底的显示器件9205。
图17D显示出一种护目镜式显示器，由主体9301、显示器件9302和臂架单元9303组成。本发明能够应用于显示器件9302。另外，虽然在图中没有示出，本发明可以适用于其它信号控制用电路。
图17E显示出一种便携式电子图书，它包括主体部分9501、显示器件9502、9503、记录介质9304、操作开关9505和天线9506，它显示MD(微型盘)或DVD记录的数据和天线接收的数据。本发明能够应用于直观式显示器件9502、9503。
图18A显示出一种播放机，采用记录有节目的记录介质(以下称为记录介质)，它包括主体部分9701、显示器件9702、扬声器部分9703、记录介质9704和操作开关9705。该器件采用DVD(数码通用光盘)、CD等作为记录介质，所以能够听音乐、看电影、玩游戏和上网。
图18B显示出一种电视机，它包括主体部分3101、支撑台3102、以及显示部分3103。
图18C显示出一种个人计算机，它包括主体部分9601、图像输入部分9602、显示器件9603、以及键盘9604。
图19A示出了一种正面型投影仪，它包括显示器件3601、以及屏幕3602。本发明可以应用于显示器件以及其它信号控制电路。
图19B示出了一种背面型投影仪，它包括主体部分3701、投影器件3702、平面镜3703、以及屏幕3704。本发明可以应用于显示器件以及其他信号控制电路。
而且，图19C分别示出了图19A和图19B中的投影器件3601和3702的结构例子。投影器件3601和3702由光源光学系统3801、平面镜3802、3804-3806、分色镜3803、棱镜3807、液晶显示器件3808、相位差片3809、以及投影光学系统3810构成。投影光学系统3810由包括投影透镜的光学系统构成。虽然此实施例示出了三片型的例子，但此实施例不特别局限于此，而是可以例如是单片型。而且，执行此实施例的人员可以适当的在图19C中箭头所示的光路中提供诸如光学透镜、具有偏振功能的薄膜、用来调整相位差的薄膜、或IR薄膜之类的光学系统。
图19D示出了图19C中的光源光学系统3801的结构例子。根据此实施例，光源光学系统3801由反射器3811、光源3812、透镜阵列3813和3814、偏振转换元件3815、以及聚焦透镜3816构成。而且，图19D所示的光源光学系统仅仅是一个例子，光源光学系统不特别局限于此实施例。例如，执行此实施例的人员可以适当地在光源光学系统中提供诸如光学透镜、具有偏振功能的薄膜、用来调整相位差的薄膜、或I R薄膜之类的光学系统。
另外，本发明还可以应用于发光型显示元件。如已经描述的那样，本发明的应用范围极为广阔，可以应用于所有领域的电子器具。而且，本实施例的电子器具能够与实施例1-3自由组合。
通过对半导体膜执行作为本发明结构的激光退火，可以使在半导体膜上形成的结晶性缺陷区域尽量减小，且能提高长晶粒区域所占比例。也就是可以减少不能安置TFT的区域，以实现半导体元件的高集成化。另外，本发明因为在对半导体膜照射谐波的同时照射波长约1μm左右的基波，所以可以抑制半导体膜的温度突变，以及可以高效地执行作为谐波的输出小的能源辅助。在满足上述优势的前提下，可以提高在以有源矩阵型液晶显示器件为典型的半导体器件中的半导体器件的工作特性以及可靠性。除此之外，还可以降低半导体器件的制造成本。

Claims (23)

1.一种激光照射装置，包括：
第一激光振荡器，用于输出具有可见光波长或者具有短于可见光波长的第一连续波激光束；
处理装置，用来在被照表面将所述第一连续波激光束整形成具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述长光束至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低；
第二激光振荡器，用于输出第二激光束的基波；
照射装置，用来将所述第二激光束的基波照射到所述长光束中能量密度较低的所述第一部分；
移动装置，用来使所述被照表面在第一方向上相对于所述长光束和第二激光束相对移动；以及
移动装置，用来使所述被照表面在第二方向上相对于所述长光束和第二激光束相对移动。
2.一种激光照射装置，包括：
第一激光振荡器，用于输出具有可见光波长或者具有短于可见光波长的第一连续波激光束；
处理装置，用来在被照表面将所述第一连续波激光束整形成具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述长光束至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低；
第二激光振荡器，用于输出第二激光束的基波，其中所述第二激光束包括第一部分和第二部分，并且所述第二部分比第一部分能量密度高；
照射装置，用来将所述第二激光束的能量密度较高的所述第二部分的基波照射到所述长光束的能量密度较低的所述第一部分；
移动装置，用来使所述被照表面在第一方向上相对于所述长光束和第二激光束相对移动；以及
移动装置，用来使所述被照表面在第二方向上相对于所述长光束和第二激光束相对移动。
3.根据权利要求1或2所述的激光照射装置，其中，所述第一和第二激光振荡器均选自连续波的气体激光器、连续波的固体激光器和连续波的金属激光器。
4.根据权利要求1或2所述的激光照射装置，其中，所述第一和第二振荡器均选自Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器、YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、翠绿宝石激光器、Ti:蓝宝石激光器、氦-镉激光器。
5.根据权利要求1或2所述的激光照射装置，其中，所述第一方向与第二方向相互垂直。
6.根据权利要求1或2所述的激光照射装置，其中，所述被照表面包含在对第一连续波激光束透明的厚度为“d”的衬底上形成的膜，且
其中当假设所述长光束的长轴或所述长光束的短轴的长度为“W”时，所述第一连续波激光束相对于所述被照表面的入射角“φ”满足不等式φ≥arctan(W/2d)。
7.一种照射激光的方法，包括如下步骤：
在被照表面将具有可见光波长或者具有短于可见光波长的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述连续波激光束是一固体激光器的谐波；
用所述长光束照射所述被照表面，其中所述长光束照射的区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分的能量密度低；以及
用第二激光束和所述长光束并行照射所述被照表面，其中所述第二激光束具有从一固体激光器发射的基波，并且使所述第二激光束的照射区域至少重叠于所述长光束的照射区域中的所述第一部分，同时使被照表面相对于所述长光束和所述第二激光束在第一方向上相对移动。
8.一种照射激光的方法，包括如下步骤：
在被照表面将具有可见光波长或者具有短于可见光波长的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述激光束是一固体激光器的谐波；
用所述长光束照射所述被照表面，其中所述被照表面中所述长光束照射区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分的能量密度低；以及
用从一固体激光器发射的第二激光束和所述长光束并行照射所述被照表面，其中被照表面中所述第二激光束的照射区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第二部分比所述第一部分能量密度高，而且所述第二激光束包括基波；
其中，照射所述第二激光束和所述长光束，并使所述第二激光束的照射区域中的所述第二部分至少重叠于所述长光束的照射区域的所述第一部分，同时使被照表面相对于所述长光束和所述第二激光束在第一方向上相对移动。
9.根据权利要求7或8所述的照射激光的方法，其中，第一连续波激光束和第二激光束均发射自YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、翠绿宝石激光器、和Ti:蓝宝石激光器。
10.根据权利要求7或8所述的照射激光的方法，
其中，所述被照表面包含在对第一连续波激光束透明的厚度为“d”的衬底上形成的膜，且
当假设所述长光束的长轴或所述长光束的短轴的长度为“W”时，所述第一连续波激光束相对于所述被照表面的入射角“φ”满足不等式φ≥arctan(W/2d)。
11.一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：
在衬底上形成非单晶半导体膜；
在被照表面上，将从第一连续波激光振荡器发射的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长；
用所述长光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述长光束照射的区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低；
将第二激光振荡器发射的第二激光束照射到所述非单晶半导体膜，其中所述第二激光束包括基波，并且用所述第二激光束和所述长光束并行照射所述被照表面，并且使所述第二激光束的照射区域至少重叠于所述长光束的照射区域中的所述第一部分；
使所述衬底相对于所述长光束和所述第二激光束在第一方向上相对移动，从而在所述非单晶半导体膜中形成晶粒区域；以及
使所述衬底相对于所述长光束和所述第二激光束在第二方向上相对移动。
12.一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：
在衬底上形成非单晶半导体膜；
在被照表面上，将从第一连续波激光振荡器发射的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长；
用所述长光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述长光束照射的区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低；
将第二激光振荡器发射的第二激光束照射到所述非单晶半导体膜，其中所述第二激光振荡器发射基波，并且所述第二激光束的照射区域至少包括第一部分和第二部分，而且所述第二部分的能量密度比所述第一部分高；
通过使所述衬底相对于所述第一连续波激光束和所述第二激光束在第一方向上相对移动，从而形成晶粒区域；以及
使所述衬底相对于所述长光束和所述第二激光束在第二方向上相对移动，
其中，照射所述第二激光束和所述长光束，并使所述第二激光束的照射区域中的所述第二部分至少重叠于所述长光束的照射区域的所述第一部分。
13.根据权利要求11或12所述的制造半导体器件的方法，其中，所述第一连续波激光振荡器和第二激光振荡器均选自连续波的气体激光器、固体激光器和金属激光器。
14.根据权利要求11或12所述的制造半导体器件的方法，其中，第一连续波激光振荡器和第二激光振荡器均选自Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器、YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、翠绿宝石激光器、Ti:蓝宝石激光器、氦-镉激光器。
15.根据权利要求11或12所述的制造半导体器件的方法，其中，所述第一方向与第二方向相互垂直。
16.根据权利要求11或12所述的制造半导体器件的方法，其中，所述被照表面包含在对第一连续波激光束透明的厚度为“d”的基板上形成的膜，当假设所述长光束的长轴或所述长光束的短轴的长度为“W”时，第一连续波激光束相对于所述被照表面的入射角“φ”满足不等式φ≥arctan(W/2d)。
17.一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：
在衬底上形成非单晶半导体膜；
在被照表面上，将从第一激光振荡器发射的第一连续波激光束整形为具有椭圆形或矩形的长光束，其中所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长，其中所述激光束是一固体激光器的谐波；
用所述长光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述长光束照射的区域至少包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分比所述第二部分能量密度低，其中用所述第一连续波激光束照射的非单晶半导体膜部分被融化；
用第二激光振荡器发射的第二激光束至少照射所述非单晶半导体膜部分，其中所述第二激光束包括从一固体激光器发射的基波，并且用所述第二激光束照射所述非单晶半导体膜的所述部分是在所述部分因所述长光束的照射而处于融化状态时进行的；
使所述衬底相对于所述长光束和所述第二激光束移动，从而在所述非单晶半导体膜中形成晶粒区域。
18.根据权利要求17所述的制造半导体器件的方法，其中，第一激光振荡器和第二激光振荡器均选自YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、翠绿宝石激光器、和Ti:蓝宝石激光器。
19.根据权利要求17所述的制造半导体器件的方法，其中，所述衬底对第一连续波激光束是透明的并且厚度为“d”，而且
当假设所述长光束的长轴或短轴的长度为“W”时，所述第一连续波激光束相对于所述被照表面的入射角“φ”满足不等式φ≥arctan(W/2d)。
20.一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：
在衬底上形成非单晶半导体膜；
用第一连续波激光振荡器发射的第一连续波激光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述第一连续波激光束是一固体激光器的谐波，且所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长，其中用所述第一连续波激光束照射的非单晶半导体膜部分被融化；
用第二激光振荡器发射的第二激光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述第二激光束包括从一固体激光器发射的基波，并且所述第二激光束的照射是在所述非单晶半导体膜的因所述第一连续波激光束而产生的融化状态下进行的；
使所述衬底相对于所述第一连续波激光束和所述第二激光束移动，从而在所述非单晶半导体膜中形成晶粒区域。
21.一种制造半导体器件的方法，包含如下步骤：
在衬底上形成非单晶半导体膜；
用第一连续波激光振荡器发射的第一连续波激光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述第一连续波激光束是一固体激光器的谐波，且所述第一连续波激光束的波长为可见光波长或者短于可见光波长，其中用所述第一连续波激光束照射的非单晶半导体膜部分被融化；
用第二激光振荡器发射的第二激光束照射所述非单晶半导体膜，其中所述第二激光束包括从一固体激光器发射的基波，并且所述第二激光束是在所述非单晶半导体膜的因所述第一连续波激光束而产生的融化状态下被选择性地吸收的；
使所述衬底相对于所述第一连续波激光束和所述第二激光束移动，从而在所述非单晶半导体膜中形成晶粒区域。
22.根据权利要求20或21所述的制造半导体器件的方法，其中，第一连续波激光振荡器和第二激光振荡器均选自YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、翠绿宝石激光器、和Ti:蓝宝石激光器。
23.根据权利要求20或21所述的制造半导体器件的方法，其中，所述衬底对第一连续波激光束是透明的并且厚度为“d”，而且
当假设所述第一连续波激光束的长轴或所述第一连续波激光束的短轴的长度为“W”时，所述第一连续波激光束相对于所述被照表面的入射角“φ”满足不等式φ≥arctan(W/2d)。
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