JP2004095727A - Method for laser irradiation and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光（レーザビーム）の照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光（レーザビーム）を被照射体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、レーザ光（レーザビーム）の照射を工程に含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行う技術が広く研究されている。なお、本明細書中において、結晶性半導体膜とは、結晶化領域が存在する半導体膜のことを言い、全面が結晶化している半導体膜も含む。
【０００３】
エキシマレーザ等のパルスレーザ光（レーザビーム）を、被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１００ｍｍ以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザ光（レーザビーム）を移動させて（あるいはレーザ光（レーザビーム）の照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて）アニールを行う方法が生産性が高く工業的に優れている。また、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００〜１００００）のもの指す。なお、線状とするのは被照射体に対して十分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためであり、矩形状や面状であっても被照射体に対して十分なアニールを行えるのであれば構わない。現状で１５Ｊ／パルスのエキシマレーザが市販されており、将来的には面状のレーザ光（レーザビーム）を用いてレーザアニールを行う可能性もある。
【０００４】
図７に、被照射面においてレーザ光（レーザビーム）の形状を線状にするための光学系の構成の例を示す。この構成は極めて一般的なものであり、あらゆる前記光学系は図７の構成に準じている。この構成は、レーザ光（レーザビーム）の断面形状を線状に変換するだけでなく、同時に、被照射面におけるレーザ光（レーザビーム）のエネルギー密度の分布の均一化を果たすものである。一般にレーザ光（レーザビーム）のエネルギー密度の分布の均一化を行う光学系をビームホモジナイザと呼ぶ。
【０００５】
レーザ１０１から出たレーザ光（レーザビーム）は、シリンドリカルレンズ群（以下、シリンドリカルレンズアレイと示す）１０３により、レーザ光（レーザビーム）の進行方向に対して直角方向に分割され、線状のレーザ光（レーザビーム）の長尺方向の長さが決定される。該方向を本明細書中では、第１の方向と呼ぶことにする。前記第１の方向は、光学系の途中にミラー挿入したとき、前記ミラーが曲げた光の方向応じて曲がるものとする。図７の上面図の構成では、７分割となっている。その後、レーザ光（レーザビーム）は、シリンドリカルレンズ１０５により、被照射面１０９において合成され、線状のレーザ光（レーザビーム）の長尺方向のエネルギー密度の分布が均一化される。
【０００６】
次に、図７の側面図について説明する。レーザ１０１から出たレーザ光（レーザビーム）は、シリンドリカルレンズアレイ１０２ａと１０２ｂにより、レーザ光（レーザビーム）の進行方向および前記第１の方向に直角方向に分割され、線状のレーザ光（レーザビーム）の短尺方向の長さが決定される。前記方向を本明細書中では、第２の方向と呼ぶことにする。前記第２の方向は、光学系の途中にミラーを挿入したとき、前記ミラーが曲げた光の方向に応じて曲がるものとする。なお、図７の側面図のリンドリカルレンズアレイ１０２ａおよび１０２ｂは、それぞれ４分割となっている。これらの分割されたレーザ光（レーザビーム）は、シリンドリカルレンズ１０４により、いったん合成される。その後、レーザー光（レーザビーム）はミラー１０７で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ１０８により、被照射面１０９にて再び１つのレーザ光（レーザビーム）に集光される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことを言う。これらにより、線状のレーザ光（レーザビーム）の短尺方向のエネルギー密度の分布が均一化される。
【０００７】
例えば、レーザ１０１として、レーザの出口で１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）であるエキシマレーザを用い、図７に示した構成を持つ光学系により成形すると、被照射面１０９においてエネルギー密度の分布の一様な１２５ｍｍ×０．４ｍｍの線状のレーザ光（レーザビーム）とすることができる。
【０００８】
このとき、上記光学系の母材を、例えば全て石英とするとの高い透過率が得られる。なお、使用するエキシマレーザの波長に対して透過率が９９％以上得られるように、光学系をコーティングすると良い。
【０００９】
そして、上記の構成で形成された線状のレーザ光（レーザビーム）を、そのレーザ光（レーザビーム）の短尺方向に徐々にずらしながら重ねて照射することにより、非晶質半導体の全面に対し、レーザアニールを施して、非晶質半導体を結晶化したり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００１０】
また、半導体装置の作製に用いる基板の大面積化はますます進んでいる。これは、１枚のガラス基板上に、例えば、画素部用と駆動回路用（ソースドライバー部およびゲートドライバー部）のＴＦＴを作製して１つの液晶表示装置用パネルなどの半導体装置を作製するより、１枚の大面積基板を用いて複数の液晶表示装置用パネルなどの半導体装置を作製する方が、スループットが高く、コストの低減が実現できるためである。（図９）。現在では、大面積基板として、例えば６００ｍｍ×７２０ｍｍの基板、円形の１２インチ（直径約３００ｍｍ）の基板等が使用されるようになっている。さらに、将来的には一辺が１０００ｍｍを越える基板も用いられると予測される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
光学系により被照射面またはその近傍において形成される線状や矩形状、面状のレーザ光（レーザビーム）の端部は、レンズの収差などにより、エネルギー密度が徐々に減衰している。（図８（Ａ））本明細書中では、線状や矩形状、面状のレーザ光（レーザビーム）の端部においてエネルギー密度が徐々に減衰する領域を減衰領域と呼ぶ。
【００１２】
また、基板の大面積化、レーザの大出力化に伴って、より長い線状のレーザ光（レーザビーム）や矩形状のレーザ光（レーザビーム）、より大きな面状のレーザ光（レーザビーム）が形成されつつある。これは、このようなレーザ光（レーザビーム）によりアニールを行う方が効率が良いためである。しかしながら、レーザから発振されるレーザ光（レーザビーム）の端部のエネルギー密度は、中心付近と比較して低いため、光学系によってこれまで以上にレーザ光（レーザビーム）を拡大すると、減衰領域がますます顕著化する傾向にある。
【００１３】
レーザ光（レーザビーム）の減衰領域は、エネルギー密度の均一性が高い領域に比べてエネルギー密度が十分でなく、しかも徐々に減衰している。このため、前記減衰領域を有するレーザ光（レーザビーム）を用いてアニールを行っても、被照射体に対して一様なアニールを行うことはできない。（図８（Ｂ））。また、レーザ光（レーザビーム）の減衰領域を重ねて走査する方法によりアニールを行っても、エネルギー密度の均一性が高い領域とは明らかにアニールの条件が異なるため、やはり被照射体に対して一様にアニールすることができない。このように、レーザ光（レーザビーム）の減衰領域によりアニールされた領域とレーザ光（レーザビーム）のエネルギー密度の均一性が高い領域によってアニールされた領域とを同等に扱うことはできない。
【００１４】
例えば、被照射体が半導体膜である場合には、レーザ光（レーザビーム）の減衰領域によりアニールされた領域とレーザ光（レーザビーム）のエネルギー密度の均一性が高い領域によってアニールされた領域とでは、結晶性が異なる。そのため、このような半導体膜によりＴＦＴを作製しても、レーザ光（レーザビーム）の減衰領域によりアニールされた領域で作製されるＴＦＴの電気的特性が低下し、同一基板内におけるＴＦＴのばらつきの要因となる。実際には、このようなレーザ光（レーザビーム）の減衰領域によりアニールされた領域を用いてＴＦＴを作製し、半導体装置を作製することはほとんどなく、基板１枚あたりに使用可能なＴＦＴの数は減少し、スループットが低下する原因となっている。
【００１５】
そこで本発明は、レーザ光（レーザビーム）の端部における減衰領域を除去し、効率良くアニールを行うことのできるレーザ照射装置を提供することを課題とする。また、このようなレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法を提供し、前記レーザ照射方法を工程に含む半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、図１（Ａ）のように被照射面のごく近傍にスリットを用いて、レーザ光（レーザビーム）の減衰領域、少なくともレーザ光（レーザビーム）の移動方向と平行な部分の減衰領域を除去または低減して、図２（Ａ）で示すようにレーザ光（レーザビーム）の端部におけるエネルギー密度の分布を急峻なものとすることを特徴とする。なお、レーザ光（レーザビーム）の移動方向と平行な部分の減衰領域及びレーザ光（レーザビーム）の移動方向と垂直な部分の減衰領域を除去または低減してもよい。被照射面のごく近傍に設置するのは、レーザ光（レーザビーム）の拡がりを抑えるためである。このため、スリットは、装置が許容する範囲内で、基板に近接（代表的には１ｃｍ以内）させる。また、被照射面に接して設置してもよい。さらに、本発明は、図１（Ｂ）のようにミラーを用いて、レーザ光（レーザビーム）の減衰領域を折り返して減衰領域同士で強め合い、減衰領域を小さくして、レーザ光（レーザビーム）の端部におけるエネルギー密度の分布を急峻なものとすることを特徴とする。
【００１７】
レーザ光（レーザビーム）の端部、少なくともレーザ光（レーザビーム）の移動方向と平行な部分の減衰領域が急峻なものであれば、該レーザ光（レーザビーム）はエネルギー密度の均一性が高いものとなるので、被照射体に対して一様なアニールを行うことができ、効率良くアニールすることが可能となる。なお、レーザ光（レーザビーム）の移動方向と平行な部分の減衰領域及びレーザ光（レーザビーム）の移動方向と垂直な部分の減衰領域を除去または低減してもよい。（図２（Ｂ））。
【００１８】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、レーザと、前記レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）の被照射面における第１のエネルギー密度の分布を、第２のエネルギー密度の分布とする第１の手段と、前記第２のエネルギー密度の分布を有するレーザ光（レーザビーム）の端部のエネルギー密度を均一にする第２の手段を有し、前記第２の手段は、前記被照射面と前記第１の手段との間に設けられていることを特徴としている。
【００１９】
また、本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、レーザと、前記レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）の断面形状を第１の形状に変形して被照射面に照射する第１の手段と、前記第１の形状に変形されたレーザ光（レーザビーム）の端部のエネルギー密度を均一にする第２の手段を有し、前記第２の手段は、前記光学系と前記被照射面との間に設けられていることを特徴としている。
【００２０】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）の被照射面における第１のエネルギー密度の分布を、第１の手段により第２のエネルギー密度の分布とし、第２の手段により、前記第２のエネルギー密度の分布を有するレーザ光（レーザビーム）の端部のエネルギー密度を均一にしたレーザ光（レーザビーム）を、被照射面に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２１】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）の断面形状を、第１の手段により第１の形状に変形して被照射面に照射し、第２の手段により、前記第１の形状に変形されたレーザ光（レーザビーム）の端部のエネルギー密度を均一にしたレーザ光（レーザビーム）を、被照射面に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２２】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）の被照射面における第１のエネルギー密度の分布を、第１の手段により第２のエネルギー密度の分布とし、第２の手段により、前記第２のエネルギー密度の分布を有するレーザ光（レーザビーム）の端部のエネルギー密度を均一にしたレーザ光（レーザビーム）を、被照射面に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２３】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）の断面形状を、第１の手段により第１の形状に変形して被照射面に照射し、第２の手段により、前記第１の形状に変形されたレーザ光（レーザビーム）の端部のエネルギー密度を均一にしたレーザ光（レーザビーム）を、被照射面に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００２４】
また、上記の構成において、前記第１の手段は、前記レーザ光（レーザビーム）の光軸と直交するように配置されたホモジナイザーであることを特徴としている。
【００２５】
また、上記の構成において、前記第１の手段は、前記レーザ光（レーザビーム）の光軸と直交するように並列に配置され、前記レーザ光（レーザビーム）を配置方向に分割する複数のシリンドリカルレンズ群であることを特徴としている。
【００２６】
また、上記の構成において、前記第１の手段は、前記レーザ光（レーザビーム）の光軸と直交するように並列に配置され、前記レーザ光（レーザビーム）を配置方向に分割する複数のシリンドリカルレンズ群と、前記シリンドリカルレンズ群の透過側に配置され前記分割されたレーザ光（レーザビーム）を合成するレンズとであることを特徴としている。
【００２７】
また、上記の構成において前記第１の手段は、前記レーザ光（レーザビーム）の光軸と直交するように配置され、前記レーザ光（レーザビーム）を分割するフライアイレンズであることを特徴としている。
【００２８】
また、上記の構成において、前記第１の手段は、前記レーザ光（レーザビーム）の光軸と直交するように配置され、前記レーザ光（レーザビーム）を分割するフライアイレンズと、前記フライアイレンズの透過側に配置され前記分割されたレーザ光（レーザビーム）を合成する球面レンズとであることを特徴としている。
【００２９】
また、上記の構成において、前記第２の手段は、前記被照射面に近接されたスリット、または前記第２のエネルギー密度の分布を有するレーザ光（レーザビーム）の端部に設置されたミラーであることを特徴としている。
【００３０】
また、上記の構成において、前記レーザ光（レーザビーム）の端部は、前記レーザ光（レーザビーム）の移動方向と平行な領域であることを特徴としている。
【００３１】
また、上記構成において、前記レーザ光（レーザビーム）は、非線形光学素子により高調波に変換してもよい。例えば、ＹＡＧレーザは、基本波として、波長１０６５ｎｍのレーザ光（レーザビーム）を出すことで知られている。このレーザ光（レーザビーム）の珪素膜に対する吸収係数は非常に低く、このままでは半導体膜の１つである非晶質珪素膜の結晶化を行うことは技術的に困難である。ところが、このレーザ光（レーザビーム）は非線形光学素子を用いることにより、より短波長に変換することができ、高調波として、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）、第５高調波（２１３ｎｍ）が挙げられる。これらの高調波は非晶質珪素膜に対し吸収係数が高いので、非晶質珪素膜の結晶化に用いる事ができる。
【００３２】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザであることを特徴としている。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ等が挙げられる。
【００３３】
また、上記構成において、前記レーザ光（レーザビーム）は、非線形光学素子により高調波に変換されていてもよい。
【００３４】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザであることを特徴としている。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ等が挙げられる。
【００３５】
被照射面のごく近傍又は被照射面上にスリットを設置する、又はレーザ光（レーザビーム）の減衰領域、代表的には減衰領域の中間付近にミラーを設置することにより、被照射面またはその近傍におけるレーザ光（レーザビーム）のエネルギー密度の分布を均一性の優れたものにすることが可能であり、被照射体に対して一様にアニールすることができる。
従来は、図７のシリンドリカルレンズ１０５によって、分割されたレーザ光（レーザビーム）を合成し、減衰領域を縮小していたが、本発明により、光学系にシリンドリカルレンズ１０５を設けなくても、レーザ光（レーザビーム）の端部におけるエネルギー密度の分布を急峻なものとすることができる。このことにより、光学系に用いるレンズの数が減少し、光学調整がしやすくなり、かつ、一様なアニールを行うことができる。なお、シリンドリカルレンズ１０５を用いた場合、レーザ光（レーザビーム）の減衰領域を縮小することができるため、被照射面のごく近傍又は被照射面に接してに設置されたスリットまたは、レーザ光（レーザビーム）の減衰領域の中間付近に設置されたミラーに照射されるレーザ光（レーザビーム）の面積を抑制することができるため、より小型なミラー又はスリットを使用することができるという効果がある。
一様なアニールを行うことは、被照射体の性質を一様なものとするために大変重要なことである。また本発明は特に、大面積基板をアニールする場合に有効である。例えば、大面積基板の長さよりも短いレーザ光（レーザビーム）を照射して被照射体をアニールする場合、前記大面積基板に対して相対的に複数回の走査を行ってアニールする必要があるが、本発明により形成されるレーザ光（レーザビーム）は、特にレーザ光（レーザビーム）の移動方向と平行な部分においてエネルギー分布の非常に優れたレーザ光（レーザビーム）であるため、レーザ光（レーザビーム）の走査された領域が隣り合う箇所においても、一様にアニールすることができる。これは大面積基板のどの部分においてもアニールのばらつきがなくなるため、大面積基板を無駄なく利用することができ、スループットの向上が可能となる。例えば、前記大面積基板上に半導体膜が形成されているならば、一様にアニールされた半導体膜の膜質は一様なものとなり、このような半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することを可能とする。そして、このようなＴＦＴから作製された半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、スリットにより減衰領域を除去する方法について図３を用いて説明する。図３（ａ）に長尺方向を垂直から見た光学系を、図３（ｂ）に短尺方向を垂直から見た光学系を示す。
【００３７】
レーザ１１０１から射出されたレーザ光は、ビームエキスパンダーにより長尺方向および短尺方向ともにそれぞれ約２倍に拡大される。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）の形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザ光（レーザビーム）の大きさ等によっては用いなくてもよい。
【００３８】
ビームエキスパンダーから射出されたレーザ光（レーザビーム）は、第１形成手段であるシリンドリカルレンズアレイ１１０３ａ、１１０３ｂ、シリンドリカルレンズ１１０４に入射する。これら３つのレンズは、レーザ光（レーザビーム）の曲率が長尺方向に平行になるよう配置されており、レーザ光（レーザビーム）は長尺方向にエネルギー密度の分布が均一化される。
【００３９】
シリンドリカルレンズ１１０４から射出されたレーザ光（レーザビーム）は、第３形成手段であるシリンドリカルレンズアレイ１１０５ａ、シリンドリカルレンズアレイ１１０５ｂ、シリンドリカルレンズ１１０６、２枚のシリンドリカルレンズ１１０７ａ、１１０７ｂから構成されるダブレットシリンドリカルレンズ１１０７に入射する。これらのレンズは曲率がレーザ光（レーザビーム）の短尺方向に平行になるよう配置されており、レーザ光（レーザビーム）は短尺方向においてエネルギー密度の分布が均一化されると同時に幅が縮められる。
【００４０】
そして、被照射面のごく近傍に第２形成手段であるスリット１１０８を配置し、レーザ光（レーザビーム）における減衰領域をスリット１１０８で遮蔽し、被照射面１１０９にレーザ光（レーザビーム）の減衰領域が到達しないようにスリット１１０８の幅と位置を設定する。代表的には、被照射面のごく近傍に設置することが好ましい。これは、レーザ光（レーザビーム）の拡がりを抑えるためである。このため、スリットは、装置が許容する範囲内で、基板に近接（代表的には１ｃｍ以内）させる。また、被照射面に接して設置してもよい。これにより、レーザ光（レーザビーム）端部のエネルギーの密度の分布が急峻な線状のレーザ光（レーザビーム）を得ることができる。
【００４１】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態では、スリットを用いているが、これに限らず、ミラーを用いることもできる。ミラーを用いる場合には、レーザ光（レーザビーム）の減衰領域、少なくともレーザ光（レーザビーム）の移動方向と平行な部分の減衰領域で、代表的には減衰領域の幅の中間付近にミラーを設置すると、減衰領域の中央付近でレーザ光（レーザビーム）が反射される。反射されない部分と反射された部分とで減衰領域のエネルギー密度が合成されるため、エネルギー密度の分布が均一な領域と同等のエネルギー密度にすることができる。なお、レーザ光（レーザビーム）の移動方向と平行な部分の減衰領域及びレーザ光（レーザビーム）の移動方向と垂直な部分の減衰領域の中央付近において、ミラーを設置してもよい。代表的には減衰領域の幅の中間付近にミラーを設置すると、さらに、エネルギー密度の分布が均一な領域と同等のエネルギー密度にすることができる。
【００４３】
また、用いるレーザの波長により合成石英ガラスの表面に施されているコーティングを適切なものに変えれば、さまざまなレーザを本発明に適用できる。
【００４４】
なお、本実施形態では、被照射面における形状が線状であるレーザ光（レーザビーム）を形成しているが、本発明は線状に限らない。また、レーザから射出されたレーザの種類によって異なるので、光学系によって成形しても、元の形状の影響を受けやすい。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）射出されたレーザ光（レーザビーム）の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状であり、固体レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状である。いずれの形状においても、被照射体のアニールに十分なエネルギー密度であるのなら問題はなく、本発明を適用することが可能である。
【００４５】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例によりさらに詳細な説明を行うこととする。
【００４６】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、スリットを用いて、線状のレーザ光（レーザビーム）の端部を急峻なものとする方法について図３を用いて説明する。図３（ａ）にレーザ光（レーザビーム）の長尺方向を垂直から見た光学系を、図３（ｂ）にレーザ光（レーザビーム）の短尺方向を垂直から見た光学系を示す。
【００４７】
なお、本明細書において、レンズの配置についての説明は、レーザ光（レーザビーム）の進行方向を前方としている。また、レンズはレーザ光（レーザビーム）の入射側を第１面、射出側を第２面とし、第１面の曲率半径をＲ１、第２面の曲率半径をＲ２で表す。そして、用いる曲率半径の符号は、曲率中心がレンズからみてレーザ光（レーザビーム）の入射側にあるときは負、射出側にあるときは正とし、平面の場合は∞とする。さらに、用いるレンズはすべて合成石英ガラス製（屈折率１．４８５６３４）とするが、これに限らない。
【００４８】
レーザ１１０１から射出されたレーザ光（レーザビーム）は、ビームエキスパンダー（半径５０ｍｍ、厚さ７ｍｍ、Ｒ１＝−２２０ｍｍ、Ｒ２＝∞の球面レンズ１１０２ａと１１０２ａから４００ｍｍの位置にある半径５０ｍｍ、厚さ７ｍｍ、Ｒ１＝∞、Ｒ２＝−４００ｍｍの球面レンズ１１０２ｂ）によって長尺方向および短尺方向に約２倍に拡大される。
【００４９】
ビームエキスパンダーから射出されたレーザ光（レーザビーム）は、ビームエキスパンダー１１０２ｂの前方５０ｍｍに配置されたシリンドリカルレンズアレイ１１０３ａに入射後、シリンドリカルレンズアレイ１１０３ａから８８ｍｍ前方のシリンドリカルレンズアレイ１１０３ｂを通過し、さらにシリンドリカルレンズアレイ１１０３ｂの前方１２０ｍｍに配置したシリンドリカルレンズ１１０４に入射する。シリンドリカルレンズアレイ１１０３ａは、長さ６０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ５ｍｍ、Ｒ１＝２８ｍｍ、Ｒ２＝∞のシリンドリカルレンズを４０本アレイ状にしたものである。シリンドリカルレンズアレイ１１０３ｂは、長さ６０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ５ｍｍ、Ｒ１＝−１３．３３ｍｍ、Ｒ２＝∞のシリンドリカルレンズを４０本アレイ状にしたものである。シリンドリカルレンズ１１０４は、長さ１５０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、Ｒ１＝２１４０ｍｍ、Ｒ２＝∞のシリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズアレイ１１０３ａ、１１０３ｂ、シリンドリカルレンズ１１０４はともに曲率が長尺方向に平行になるよう配置する。シリンドリカルレンズアレイ１１０３ａ、１１０３ｂによって光線が分割され、シリンドリカルレンズ１１０４により分割された光線が重ね合わされて、エネルギー密度の分布が均一化される。これら３つのレンズによって、レーザ光（レーザビーム）は長尺方向にエネルギー密度の分布が均一化される。
【００５０】
シリンドリカルレンズ１１０４から射出されたレーザ光（レーザビーム）は、シリンドリカルレンズ１１０４の前方３９５ｍｍのシリンドリカルレンズアレイ１１０５ａに入射後、６５ｍｍ前方のシリンドリカルレンズアレイ１１０５ｂを通過し、さらにシリンドリカルレンズアレイ１１０５ｂの１６００ｍｍ前方のシリンドリカルレンズ１１０６に入射する。シリンドリカルレンズアレイ１１０５ａは、長さ１５０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ５ｍｍ、Ｒ１＝１００ｍｍ、Ｒ２＝∞ のシリンドリカルレンズを１６本アレイ状にしたものである。シリンドリカルレンズアレイ１１０５ｂは、長さ１５０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ５ｍｍ、Ｒ１＝∞、Ｒ２＝８０ｍｍのシリンドリカルレンズを１６本アレイ状にしたものである。シリンドリカルレンズ１１０６は、長さ９００ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、Ｒ１＝∞、Ｒ２＝−４８６ｍｍのシリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズアレイ１１０５ａ、１１０５ｂ、シリンドリカルレンズ１１０６はすべて曲率が短尺方向に平行になるよう配置する。これら３つのレンズによって、レーザ光（レーザビーム）は短尺方向のエネルギー密度の分布が均一化されると同時に幅が縮められ、シリンドリカルレンズ１１０６の前方８００ｍｍに幅２ｍｍの線状のレーザ光（レーザビーム）がつくられる。
【００５１】
上記した幅２ｍｍの線状のレーザ光（レーザビーム）をさらに縮めるために、シリンドリカルレンズ１１０６の前方２０５０ｍｍに、ダブレットシリンドリカルレンズ１１０７を配置する。ダブレットシリンドリカルレンズ１１０７は、２枚のシリンドリカルレンズ１１０７ａ、１１０７ｂから構成される。シリンドリカルレンズ１１０７ａは長さ４００ｍｍ、幅７０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ 、Ｒ１＝１２５ｍｍ、Ｒ２＝７７ｍｍのシリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ１１０７ｂは長さ４００ｍｍ、幅７０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、Ｒ１＝９７ｍｍ、Ｒ２＝−２００ｍｍのシリンドリカルレンズである。また、シリンドリカルレンズ１１０７ａと１１０７ｂには５．５ｍｍの間隔を持たせる。シリンドリカルレンズ１１０７ａ、１１０７ｂはともに曲率が短尺方向に平行になるよう配置する。
【００５２】
ダブレットシリンドリカルレンズ１１０７の前方２３７．７ｍｍの平面上１１０９に長さ３００ｍｍ、幅０．４ｍｍの線状のレーザ光（レーザビーム）がつくられる。このとき形成された線状のレーザ光（レーザビーム）は、長尺方向の端部が徐々に減衰する形状のエネルギー密度の分布を持つ。このエネルギー減衰領域を除去するために、被照射面のごく近傍にスリット１１０８を配置する。エネルギー減衰領域に相当する光線をスリット１１０８で遮蔽し、被照射面１１０９にその光線が到達しないようにスリット１１０８の幅と位置を設定する。これにより、端部におけるエネルギー分布が急峻な線状のレーザ光（レーザビーム）を得ることができる。本実施例では、基板から２ｍｍ離れた位置にスリットを設置した。
【００５３】
また、シリンドリカルレンズアレイ１１０３ａ、１１０３ｂ、シリンドリカルレンズ１１０４の３つのレンズ、または、シリンドリカルレンズアレイ１１０５ａ、１１０５ｂ、シリンドリカルレンズ１１０６の３つのレンズの代わりに図１９で示すホモジナイザを用いても良い。このホモジナイザを用いても、被照射面またはその近傍におけるレーザ光（レーザビーム）は端部に減衰領域を有しているため、スリットを設けて、減衰領域を除去してエネルギー分布が急峻な線状のレーザ光（レーザビーム）を形成する。
【００５４】
このようなレーザ照射装置を用いれば、被照射体に対して一様なアニールを行うことができる。例えば、被照射体に半導体膜を用いてアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて一様な結晶性を有する半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００５５】
［実施例２］
本実施例では、ミラーを用いて、線状のレーザ光（レーザビーム）の端部を急峻なものとする方法について説明する。
【００５６】
実施例１で示した光学系を用いて線状のレーザ光（レーザビーム）を成形する。ただし、図１（Ｂ）にあるように、スリットの側面をミラーにし、エネルギー減衰領域のほぼ中央付近に配置する。ミラーでエネルギー減衰領域の光線を折り返し、残存するエネルギー減衰領域に照射する。これにより、減衰領域が小さくなり、レーザ光（レーザビーム）の端が急峻なエネルギー分布をもつ線状のレーザ光（レーザビーム）が被照射面に形成される。
【００５７】
このようなレーザ照射装置を用いれば、被照射体に対して一様なアニールを行うことができる。例えば、被照射体に半導体膜を用いてアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて一様な結晶性を有する結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００５８】
［実施例３］
本実施例では、面状のレーザ光（レーザビーム）の端部を急峻なものとする方法について図４および図５を用いて説明する。
【００５９】
レーザ１１０１から射出されたレーザ光（レーザビーム）を、フライアイレンズ１３０２に入射する。なお、発振装置からフライアイレンズの間に、入射レーザ光（レーザビーム）の縦横比を１：１にするためにビームエキスパンダーとしてシリンドリカルレンズを挿入してもよい。フライアイレンズ１３０２はＲ１＝１０ｍｍ、Ｒ２＝∞、厚さ５ｍｍ、１ｍｍ角の球面レンズを図５ａのように配列させたものである。なお、入射レーザ光（レーザビーム）の形状によってアレイを、エネルギー分布の均一化に最適な配列にする（配列の例：図５ｂ）。また、アレイをレーザアニールする半導体膜と相似形にするために、例えば図５ｃ（長方形）、ｄ（平行四辺形）、ｅ（菱形）、ｆ（正六角形）のような形状にすることも考えられる。フライアイレンズ１３０２の前方２０ｍｍに球面レンズ１３０３を配置する。球面レンズ１３０３は、Ｒ１＝３００ｍｍ、Ｒ２＝∞、厚さ２０ｍｍ、１５０ｍｍ角である。
【００６０】
フライアイレンズ１３０２によって分割された光線が、球面レンズ１３０３で重ね合わされ、フライアイレンズ１３０２の前方６００ｍｍの被照射面１３０５にエネルギー分布が均一化された３０ｍｍ×３０ｍｍの面状のレーザ光（レーザビーム）が形成される。このとき形成される面状のレーザ光（レーザビーム）は、端のエネルギーが減衰しているので、それを除去するために、被照射面のごく近傍にスリット１３０４を設置する。スリット１３０４を光線の入射側から見た図を図４に示す。エネルギー減衰領域に相当する光線を遮蔽し、その光線が被照射面１３０５に到達しないようにスリット１３０４の幅と位置を設定する。レーザ光（レーザビーム）の端が急峻なエネルギー分布をもつ正方形の面状のレーザ光（レーザビーム）が被照射面１３０５に形成される。本実施例では、基板から２ｍｍ離れた位置にスリットを設置した。なお、スリットをミラーに置き換えても同様に線状のレーザ光（レーザビーム）や面状のレーザ光（レーザビーム）を形成することができる。
【００６１】
このようなレーザ照射装置を用いれば、被照射体に対して一様なアニールを行うことができる。例えば、被照射体に半導体膜を用いてアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて一様な結晶性を有する結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００６２】
［実施例４］
本実施例では、大面積基板にレーザアニールを行う場合について図６を用いて説明する。
【００６３】
まず、実施例１乃至３のいずれか一にしたがって、エネルギー密度の均一性が高いレーザ光（レーザビーム）を形成する。そして、前記レーザ光（レーザビーム）を大面積基板に対して相対的に移動させながら照射する。（図６（Ａ））このとき、前記レーザ光（レーザビーム）の長尺方向の長さが大面積基板の一辺より短いため、一方向の走査だけではアニールできず、少なくとも２方向への移動と複数回の走査が必要となり、図６（Ｂ）で示すように、レーザ光（レーザビーム）の走査が隣り合う箇所が形成される。しかしながら、本発明により形成されるレーザ光（レーザビーム）は端部が急峻なレーザ光（レーザビーム）であり、減衰領域を有しない。そのためレーザ光（レーザビーム）の走査が隣り合う箇所においても一様なアニールを行うことが実現できる。そのため、大面積基板を無駄なく利用することができるのでスループットが著しく向上する。
【００６４】
［実施例５］
本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図１０〜図１３を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【００６５】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板４００を用いる。なお、基板４００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。なお、本発明はエネルギー分布の均一性が非常に優れたレーザ光（レーザビーム）を用いてアニールを行うことができるため、大面積基板を用いることが可能である。
【００６６】
次いで、基板４００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜４０１を公知の手段により形成する。本実施例では下地膜４０１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。
【００６７】
次いで、下地膜上に半導体層４０２〜４０６を形成する。半導体層４０２〜４０６は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、レーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、実施例１乃至実施例４のいずれか一を適用して、レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）を半導体膜に照射する。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。そして、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層４０２〜４０６を形成する。前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶質半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
【００６８】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜する。そして、この非晶質珪素膜に脱水素化（５００℃、１時間）を行った後、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ４レーザから射出されたレーザ光（レーザビーム）を非線形光学素子により第２高調波に変換したのち、実施例１乃至実施例３のいずれか一に示す光学系よりレーザ光（レーザビーム）を形成して照射する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。また、エキシマレーザを用いる場合には、パルス発振周波数３００Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜１０００ｍＪ／ｃｍ２（代表的には２００〜７００ｍＪ／ｃｍ２）とするのが望ましい。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザ光（レーザビーム）に対して相対的にステージを動かして照射し、結晶性珪素膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって半導体層４０２〜４０６を形成する。
【００６９】
また、半導体層４０２〜４０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【００７０】
次いで、半導体層４０２〜４０６を覆うゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜４０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００７１】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ２とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ２で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【００７２】
次いで、ゲート絶縁膜４０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜４０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜４０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜４０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜４０９を積層形成する。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ６）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。
【００７３】
なお、本実施例では、第１の導電膜４０８をＴａＮ、第２の導電膜４０９をＷとしているが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【００７４】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図１０（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ４とＣｌ２とＯ２とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【００７５】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ４とＣｌ２とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ４とＣｌ２を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【００７６】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層４１７〜４２２（第１の導電層４１７ａ〜４２２ａと第２の導電層４１７ｂ〜４２２ｂ）を形成する。４１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層４１７〜４２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【００７７】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。（図１０（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ４とＣｌ２とＯ２とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。
【００７８】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０１３〜５×１０１４／ｃｍ２とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０１３／ｃｍ２とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層４２８〜４３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域４２３〜４２７が形成される。不純物領域４２３〜４２７には１×１０１８〜１×１０２０／ｃｍ３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００７９】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４３４ａ〜４３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０１３〜１×１０１５／ｃｍ２とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図１１（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０１５〜１×１０１７／ｃｍ２とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域４３６、４４２、４４８には１×１０１８〜５×１０１９／ｃｍ３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域４３５、４３８、４４１、４４４、４４７には１×１０１９〜５×１０２１／ｃｍ３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【００８０】
もちろん、適当な加速電圧にすることで、第２のドーピング処理および第３のドーピング処理は１回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。
【００８１】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５３〜４５５、４５９、４６０を形成する。第２の導電層４２８ａ〜４３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５３〜４５５、４５９、４６０はジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１１（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４３９、４４７、４４８にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０１９〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【００８２】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【００８３】
次いで、レジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００８４】
次いで、図１１（Ｃ）に示すように、レーザ光（レーザビーム）を照射して、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。このとき、レーザ光（レーザビーム）のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要であり、レーザ光（レーザビーム）に対して相対的に基板を０．５〜２０００ｃｍ／ｓの速度で移動させる。なお、レーザアニール法の他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）などを適用することができる。
【００８５】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に加熱処理を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【００８６】
そして、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。この工程は第１の層間絶縁膜４６１に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行っても良い。
【００８７】
次いで、第１の層間絶縁膜４６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜４６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。
【００８８】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【００８９】
また、第２の層間絶縁膜４６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【００９０】
そして、駆動回路５０６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線４６３〜４６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図１２）
【００９１】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。この接続電極４６８によりソース配線（４４３ａと４４３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域４７１と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層４５９と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【００９２】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ５０３を有する駆動回路５０６と、画素ＴＦＴ５０４、保持容量５０５とを有する画素部５０７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【００９３】
駆動回路５０６のｎチャネル型ＴＦＴ５０１はチャネル形成領域４３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４２８ａと重なる低濃度不純物領域４３６（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５２とを有している。このｎチャネル型ＴＦＴ５０１と電極４６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ５０２にはチャネル形成領域４４０、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４２９ａと重なる低濃度不純物領域４５３（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５３とを有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３にはチャネル形成領域４４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４３０ａと重なる低濃度不純物領域４４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５６とを有している。
【００９４】
画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域４４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５８とを有している。また、保持容量５０５の一方の電極として機能する半導体層には、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量５０５は、絶縁膜４１６を誘電体として、電極（４３２ａと４３２ｂの積層）と、半導体層とで形成している。
【００９５】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【００９６】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１３に示す。なお、図１０〜図１３に対応する部分には同じ符号を用いている。図１２中の鎖線Ａ−Ａ’は図１３中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１２中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１３中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【００９７】
［実施例６］
本実施例では、実施例５で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図１４を用いる。
【００９８】
まず、実施例５に従い、図１２の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１２のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜５６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜５６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ５７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【００９９】
次いで、対向基板５６９を用意する。次いで、対向基板５６９上に着色層５７０、５７１、平坦化膜５７３を形成する。赤色の着色層５７０と青色の着色層５７１とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【０１００】
本実施例では、実施例５に示す基板を用いている。従って、実施例５の画素部の上面図を示す図１３では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１０１】
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【０１０２】
次いで、平坦化膜５７３上に透明導電膜からなる対向電極５７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜５７４を形成し、ラビング処理を施した。
【０１０３】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１４に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１０４】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー分布の均一性が非常に優れたレーザ光（レーザビーム）が照射されているため一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記液晶表示装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１０５】
なお、本実施例は実施例１乃至５と自由に組み合わせることが可能である。
【０１０６】
［実施例７］
本実施例では、実施例５で示したアクティブマトリクス基板を作製するときのＴＦＴの作製方法を用いて、発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴを備えた表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が得られる化合物を含む層（発光体）と陽極層と、陰極層とを有する。また、化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０１０７】
なお、本明細書中では、発光素子において陽極と陰極の間に形成された全ての層を発光体と定義する。発光体には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的に発光素子は、陽極層、発光層、陰極層が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極層、正孔注入層、発光層、陰極層や、陽極層、正孔注入層、発光層、電子輸送層、陰極層等の順に積層した構造を有していることもある。
【０１０８】
図１５は本実施例の発光装置の断面図である。図１５において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１２のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。
【０１０９】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【０１１０】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１２のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１１１】
また、配線７０１、７０３はＣＭＯＳ回路のソース配線、７０２はドレイン配線として機能する。また、配線７０４はソース配線７０８とスイッチングＴＦＴのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線７０５はドレイン配線とスイッチングＴＦＴのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。
【０１１２】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１２のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１１３】
また、配線７０６は電流制御ＴＦＴのソース配線（電流供給線に相当する）であり、７０７は電流制御ＴＦＴの画素電極７１１上に重ねることで画素電極７１１と電気的に接続する電極である。
【０１１４】
なお、７１１は、透明導電膜からなる画素電極（発光素子の陽極）である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極７１１は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜７１０上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜７１０を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０１１５】
配線７０１〜７０７を形成後、図１５に示すようにバンク７１２を形成する。バンク７１２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【０１１６】
なお、バンク７１２は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施例ではバンク７１２の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は１×１０６〜１×１０１２Ωｍ（好ましくは１×１０８〜１×１０１０Ωｍ）となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。
【０１１７】
画素電極７１１の上には発光体７１３が形成される。なお、図１５では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光体を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ３）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ３にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【０１１８】
但し、以上の例は発光体として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて発光体（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、中分子系有機発光材料や高分子系有機発光材料を用いても良い。なお、本明細書中において、昇華性を有さず、かつ、分子数が２０以下または連鎖する分子の長さが１０μｍ以下の有機発光材料を中分子系有機発光材料とする。また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層として２０ｎｍのポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）膜をスピン塗布法により設け、その上に発光層として１００ｎｍ程度のパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）膜を設けた積層構造としても良い。なお、ＰＰＶのπ共役系高分子を用いると、赤色から青色まで発光波長を選択できる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０１１９】
次に、発光体７１３の上には導電膜からなる陰極７１４が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のＭｇＡｇ膜（マグネシウムと銀との合金膜）を用いても良い。陰極材料としては、周期表の１族もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【０１２０】
この陰極７１４まで形成された時点で発光素子７１５が完成する。なお、ここでいう発光素子７１５は、画素電極（陽極）７１１、発光層７１３及び陰極７１４で形成されたダイオードを指す。
【０１２１】
発光素子７１５を完全に覆うようにしてパッシベーション膜７１６を設けることは有効である。パッシベーション膜７１６としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
【０１２２】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層７１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層７１３の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層７１３が酸化するといった問題を防止できる。
【０１２３】
さらに、パッシベーション膜７１６上に封止材７１７を設け、カバー材７１８を貼り合わせる。封止材７１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材７１８はガラス基板や石英基板やプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）の両面に炭素膜（好ましくはダイヤモンドライクカーボン膜）を形成したものを用いる。
【０１２４】
こうして図１５に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク７１２を形成した後、パッシベーション膜７１６を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【０１２５】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、ｐチャネル型ＴＦＴ６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１２６】
さらに、図１５を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０１２７】
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。
【０１２８】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布の均一性が非常に優れたレーザ光（レーザビーム）が照射されているため一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１２９】
なお、本実施例は実施例１乃至５と自由に組み合わせることが可能である。
【０１３０】
［実施例８］
本発明を適用して、様々な半導体装置（アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型ＥＣ表示装置）を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【０１３１】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図１６、図１７及び図１８に示す。
【０１３２】
図１６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明を表示部３００３に適用することができる。
【０１３３】
図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明を表示部３１０２に適用することができる。
【０１３４】
図１６（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明は表示部３２０５に適用できる。
【０１３５】
図１６（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明は表示部３３０２に適用することができる。
【０１３６】
図１６（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部３４０２に適用することができる。
【０１３７】
図１６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明を表示部３５０２に適用することができる。
【０１３８】
図１７（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明は投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１３９】
図１７（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明は投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１４０】
なお、図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１７（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１４１】
また、図１７（Ｄ）は、図１７（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１７（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１４２】
ただし、図１７に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
【０１４３】
図１８（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明を表示部３９０４に適用することができる。
【０１４４】
図１８（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明は表示部４００２、４００３に適用することができる。
【０１４５】
図１８（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明は表示部４１０３に適用することができる。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０１４６】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざま分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜６または７の組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）被照射面またはその近傍の平面においてエネルギー密度の分布の非常に優れたレーザ光（レーザビーム）を形成することを可能とする。
（ｂ）被照射体に対して一様にアニールすることを可能とする。これは、大面積基板の場合に特に有効である。
（ｃ）スループットを向上させることを可能とする。
（ｄ）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）スリットを設置するときの光路の例を示す図。
（Ｂ） ミラーを設置するときの光路の例を示す図。
【図２】（Ａ）本発明におけるレーザ光（レーザビーム）のエネルギー密度の分布の例を示す図。
（Ｂ） 図２（Ａ）で示すレーザ光（レーザビーム）により大面積基板をアニールする例を示す図。
【図３】本発明の光学系の例を示す図。
【図４】本発明の光学系の例を示す図。
【図５】フライアイレンズの例を示す図。
【図６】本発明により形成されるレーザ光（レーザビーム）により大面積基板をアニールする例を示す図。
【図７】従来の光学系の例を示す図。
【図８】（Ａ）従来の光学系により形成されるレーザ光（レーザビーム）のエネルギー密度の分布の例を示す図。
（Ｂ） 図８（Ａ）で示すレーザ光（レーザビーム）により大面積基板をアニールする例を示す図。
【図９】大面積基板の例を示す図。
【図１０】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１２】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１３】画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１４】アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図。
【図１５】発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１６】半導体装置の例を示す図。
【図１７】半導体装置の例を示す図。
【図１８】半導体装置の例を示す図。
【図１９】ホモジナイザの例を示す図。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of irradiating a laser beam (laser beam) and a laser irradiating apparatus for performing the method (an apparatus including a laser and an optical system for guiding a laser beam (laser beam) output from the laser to an object to be irradiated). About. In addition, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device manufactured by including irradiation with laser light (laser beam) in a process. Note that the semiconductor device here includes an electro-optical device such as a liquid crystal display device or a light-emitting device, and an electronic device including the electro-optical device as a component.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a technology has been developed in which a semiconductor film formed on an insulating substrate such as glass is subjected to laser annealing to be crystallized, a crystalline semiconductor film with improved crystallinity is obtained, or an impurity element is activated. Widely studied. Note that in this specification, a crystalline semiconductor film refers to a semiconductor film having a crystallized region, and includes a semiconductor film in which the entire surface is crystallized.
[0003]
A pulse laser beam (laser beam) such as an excimer laser is formed on an irradiated surface by an optical system so as to form a square spot of several cm square or a linear shape having a length of 100 mm or more. Is carried out (or the irradiation position of the laser beam (laser beam) is moved relatively to the irradiated surface) to perform annealing, which has high productivity and is industrially excellent. The term “linear” as used herein does not mean “line” in a strict sense, but means a rectangle (or a long ellipse) having a large aspect ratio. For example, it refers to one having an aspect ratio of 10 or more (preferably 100 to 10,000). Note that the linear shape is used to secure an energy density for performing sufficient annealing on the irradiation target, and sufficient annealing can be performed on the irradiation target even in a rectangular shape or a planar shape. If it is, it does not matter. At present, an excimer laser of 15 J / pulse is commercially available, and there is a possibility that laser annealing will be performed using a planar laser beam (laser beam) in the future.
[0004]
FIG. 7 shows an example of the configuration of an optical system for making the shape of a laser beam (laser beam) linear on a surface to be irradiated. This configuration is very general, and all the optical systems conform to the configuration of FIG. This configuration not only converts the cross-sectional shape of the laser beam (laser beam) into a linear shape, but also achieves a uniform distribution of the energy density of the laser beam (laser beam) on the irradiated surface. Generally, an optical system that makes the energy density distribution of laser light (laser beam) uniform is called a beam homogenizer.
[0005]
A laser beam (laser beam) emitted from the
[0006]
Next, a side view of FIG. 7 will be described. The laser light (laser beam) emitted from the
[0007]
For example, when an excimer laser having a size of 10 mm × 30 mm (both a half-width in a beam profile) is used as the
[0008]
At this time, a high transmittance is obtained when the base material of the optical system is, for example, all quartz. The optical system is preferably coated so that a transmittance of 99% or more with respect to the wavelength of the excimer laser to be used is obtained.
[0009]
Then, the linear laser light (laser beam) formed by the above configuration is irradiated while being superimposed while gradually shifting the laser light (laser beam) in the short-length direction, so that the entire surface of the amorphous semiconductor is irradiated. By performing laser annealing, it is possible to crystallize an amorphous semiconductor, obtain a crystalline semiconductor film by improving crystallinity, or activate an impurity element.
[0010]
In addition, the area of a substrate used for manufacturing a semiconductor device is increasing. This is more efficient than manufacturing TFTs for a pixel portion and a driver circuit (a source driver portion and a gate driver portion) on one glass substrate and manufacturing a single semiconductor device such as a liquid crystal display panel. This is because manufacturing a plurality of semiconductor devices such as a panel for a liquid crystal display device using a single large-area substrate has higher throughput and can reduce cost. (FIG. 9). At present, as a large-area substrate, for example, a substrate of 600 mm × 720 mm, a circular substrate of 12 inches (about 300 mm in diameter), and the like are used. Further, it is expected that a substrate having one side exceeding 1000 mm will be used in the future.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The end of linear, rectangular, or planar laser light (laser beam) formed on or near the surface to be irradiated by the optical system has its energy density gradually attenuated due to lens aberrations and the like. (FIG. 8A) In this specification, a region where the energy density gradually decreases at the end of a linear, rectangular, or planar laser beam (laser beam) is referred to as an attenuation region.
[0012]
Also, with the increase in substrate area and laser output, longer linear laser light (laser beam), rectangular laser light (laser beam), and larger planar laser light (laser beam) Is being formed. This is because annealing with such a laser beam (laser beam) is more efficient. However, since the energy density at the end of the laser beam (laser beam) oscillated from the laser is lower than that near the center, if the laser beam (laser beam) is further expanded by the optical system, the attenuation region becomes larger. It tends to be more pronounced.
[0013]
The attenuation region of the laser beam (laser beam) has a lower energy density than the region where the energy density is highly uniform, and is gradually attenuated. For this reason, even if annealing is performed using a laser beam (laser beam) having the attenuation region, uniform annealing cannot be performed on the irradiation target. (FIG. 8 (B)). In addition, even if annealing is performed by a method in which laser light (laser beam) attenuation regions are overlapped and scanned, annealing conditions are clearly different from those in regions having high energy density uniformity. It cannot be uniformly annealed. As described above, the region annealed by the attenuation region of the laser beam (laser beam) and the region annealed by the region with high uniformity of the energy density of the laser beam (laser beam) cannot be treated equally.
[0014]
For example, when the irradiation target is a semiconductor film, a region annealed by a laser light (laser beam) attenuating region and a region annealed by a region having high uniformity of energy density of the laser light (laser beam) are referred to. Differs in crystallinity. Therefore, even if a TFT is manufactured using such a semiconductor film, the electrical characteristics of the TFT manufactured in the region annealed by the laser light (laser beam) attenuating region are reduced, and the variation in the TFT within the same substrate is reduced. It becomes a factor. In practice, a TFT is manufactured using a region annealed by such a laser light (laser beam) attenuation region, and a semiconductor device is rarely manufactured. Decrease, which causes a decrease in throughput.
[0015]
Therefore, an object of the present invention is to provide a laser irradiation apparatus capable of removing an attenuation region at an end portion of a laser beam (laser beam) and efficiently performing annealing. Another object is to provide a laser irradiation method using such a laser irradiation apparatus, and to provide a method for manufacturing a semiconductor device including the laser irradiation method in a step.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, as shown in FIG. 1A, an attenuation region of a laser beam (laser beam), at least a portion parallel to the moving direction of the laser beam (laser beam), is attenuated by using a slit in the vicinity of the irradiated surface. The region is removed or reduced so that the energy density distribution at the end of the laser beam (laser beam) is sharpened as shown in FIG. Note that the attenuation region in a portion parallel to the moving direction of the laser beam (laser beam) and the attenuation region in a portion perpendicular to the moving direction of the laser beam (laser beam) may be removed or reduced. The reason why the laser light (laser beam) is installed very close to the irradiated surface is to suppress the spread of the laser light (laser beam). For this reason, the slit is brought close to the substrate (typically within 1 cm) within the range permitted by the apparatus. Further, it may be installed in contact with the surface to be irradiated. Further, according to the present invention, as shown in FIG. 1B, the attenuation region of the laser beam (laser beam) is folded back by using a mirror, and the attenuation regions are strengthened by each other. ) Is characterized in that the distribution of the energy density at the end is sharp.
[0017]
If the end portion of the laser beam (laser beam), at least a portion parallel to the moving direction of the laser beam (laser beam), has a steep attenuation region, the laser beam (laser beam) has a high energy density uniformity. Therefore, the object to be irradiated can be uniformly annealed, and can be efficiently annealed. Note that the attenuation region in a portion parallel to the moving direction of the laser beam (laser beam) and the attenuation region in a portion perpendicular to the moving direction of the laser beam (laser beam) may be removed or reduced. (FIG. 2 (B)).
[0018]
The configuration of the invention related to the laser irradiation apparatus disclosed in the present specification is a method in which a distribution of a first energy density on a surface to be irradiated with a laser and a laser beam (laser beam) emitted from the laser is changed to a second energy density. A first means for making a distribution; and a second means for making the energy density of an end portion of a laser beam (laser beam) having the second energy density distribution uniform, wherein the second means comprises: It is provided between the illuminated surface and the first means.
[0019]
Further, in the configuration of the invention related to the laser irradiation apparatus disclosed in this specification, a cross section of a laser and a laser beam (laser beam) emitted from the laser is deformed into a first shape to irradiate a surface to be irradiated. First means, and second means for making the energy density of the end portion of the laser beam (laser beam) deformed into the first shape uniform, wherein the second means comprises: It is characterized in that it is provided between the surface to be irradiated and the surface to be irradiated.
[0020]
Further, in the configuration of the invention related to the laser irradiation method disclosed in this specification, the first energy density distribution on the irradiation surface of the laser light (laser beam) emitted from the laser is changed by the first means to the second energy density distribution. A laser beam (laser beam) having a uniform energy density at an end portion of the laser beam (laser beam) having the second energy density distribution is applied to the irradiated surface by the second means. It is characterized in that irradiation is performed while relatively moving.
[0021]
Further, according to the structure of the invention related to the laser irradiation method disclosed in this specification, the cross-sectional shape of a laser beam (laser beam) emitted from a laser is changed to the first shape by the first means, and the cross-sectional shape is applied to the irradiated surface. Irradiating the laser beam (laser beam) having the uniform energy density at the end of the laser beam (laser beam) deformed into the first shape by the second means, relative to the irradiated surface; Irradiation while moving to
[0022]
In addition, according to the structure of the invention relating to the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification, distribution of a first energy density on a surface to be irradiated with laser light (laser beam) emitted from a laser is changed by a first means. A laser beam (laser beam) having a uniform energy density at an end portion of the laser beam (laser beam) having the second energy density distribution by the second means; Irradiation is performed while moving relatively to the surface.
[0023]
In the structure of the invention relating to the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification, a cross section of a laser beam (laser beam) emitted from a laser is deformed into a first shape by first means to be irradiated. A laser beam (laser beam) having a uniform energy density at the end of the laser beam (laser beam) deformed into the first shape by the second means is applied to the surface to be irradiated. Irradiation is performed while moving relatively.
[0024]
Further, in the above configuration, the first means is a homogenizer disposed so as to be orthogonal to an optical axis of the laser beam (laser beam).
[0025]
Further, in the above configuration, the first means is arranged in parallel so as to be orthogonal to an optical axis of the laser beam (laser beam), and a plurality of cylindrical members for dividing the laser beam (laser beam) in an arrangement direction. It is characterized by being a lens group.
[0026]
Further, in the above configuration, the first means is arranged in parallel so as to be orthogonal to an optical axis of the laser beam (laser beam), and a plurality of cylindrical members for dividing the laser beam (laser beam) in an arrangement direction. A lens group and a lens arranged on the transmission side of the cylindrical lens group to combine the divided laser beams (laser beams).
[0027]
Further, in the above configuration, the first means is a fly-eye lens that is disposed so as to be orthogonal to an optical axis of the laser beam (laser beam) and splits the laser beam (laser beam). I have.
[0028]
Further, in the above configuration, the first means is arranged so as to be orthogonal to an optical axis of the laser beam (laser beam) and divides the laser beam (laser beam); A spherical lens that is disposed on the transmission side of the lens and combines the divided laser light (laser beam).
[0029]
Further, in the above configuration, the second means may be a slit provided near the surface to be irradiated or a mirror provided at an end of a laser beam (laser beam) having the second energy density distribution. It is characterized by having.
[0030]
Further, in the above configuration, an end of the laser beam (laser beam) is a region parallel to a moving direction of the laser beam (laser beam).
[0031]
Further, in the above configuration, the laser beam (laser beam) may be converted into a harmonic by a non-linear optical element. For example, a YAG laser is known to emit a laser beam (laser beam) having a wavelength of 1065 nm as a fundamental wave. The absorption coefficient of the laser light (laser beam) for the silicon film is very low, and it is technically difficult to crystallize an amorphous silicon film, which is one of the semiconductor films, as it is. However, this laser light (laser beam) can be converted to a shorter wavelength by using a non-linear optical element, and the second harmonic (532 nm), the third harmonic (355 nm), and the fourth A higher harmonic (266 nm) and a fifth harmonic (213 nm). Since these harmonics have a higher absorption coefficient than the amorphous silicon film, they can be used for crystallization of the amorphous silicon film.
[0032]
In the above structure, the laser is a continuous wave laser or a pulsed solid laser or a gas laser. The solid-state laser may be a continuous oscillation or pulse oscillation YAG laser, YVO laser, or the like. 4 Laser, YLF laser, YAlO 3 There are a laser, a glass laser, a ruby laser, an Alexandrite laser, a Ti: sapphire laser, and the like. Examples of the gas laser include a continuous oscillation or pulse oscillation excimer laser, an Ar laser, a Kr laser, and the like.
[0033]
Further, in the above configuration, the laser beam (laser beam) may be converted into a harmonic by a nonlinear optical element.
[0034]
In the above structure, the laser is a continuous wave laser or a pulsed solid laser or a gas laser. The solid-state laser may be a continuous oscillation or pulse oscillation YAG laser, YVO laser, or the like. 4 Laser, YLF laser, YAlO 3 There are a laser, a glass laser, a ruby laser, an Alexandrite laser, a Ti: sapphire laser, and the like. Examples of the gas laser include a continuous oscillation or pulse oscillation excimer laser, an Ar laser, a Kr laser, and the like.
[0035]
By installing a slit very close to or on the irradiated surface, or by installing a mirror in the attenuation region of laser light (laser beam), typically near the middle of the attenuation region, The distribution of the energy density of the laser light (laser beam) in the vicinity can be made excellent in uniformity, and the object can be uniformly annealed.
Conventionally, the divided laser light (laser beam) is synthesized by the
Performing uniform annealing is very important in order to make the properties of the irradiated object uniform. The present invention is particularly effective when annealing a large area substrate. For example, when the object to be irradiated is annealed by irradiating a laser beam (laser beam) shorter than the length of the large-area substrate, it is necessary to perform scanning a plurality of times relative to the large-area substrate for annealing. However, the laser beam (laser beam) formed by the present invention is a laser beam (laser beam) having an extremely excellent energy distribution particularly in a portion parallel to the moving direction of the laser beam (laser beam). Annealing can be performed uniformly even in a region where the scanned region of the (laser beam) is adjacent. This eliminates the variation in annealing in any part of the large-area substrate, so that the large-area substrate can be used without waste, and the throughput can be improved. For example, if a semiconductor film is formed on the large-area substrate, the film quality of the uniformly annealed semiconductor film becomes uniform, and the electrical characteristics of a TFT manufactured using such a semiconductor film are improved. It is possible to reduce variation in characteristics. In addition, the operating characteristics and reliability of a semiconductor device manufactured from such a TFT can be improved.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present embodiment, a method for removing an attenuation region by a slit will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows an optical system when the long direction is viewed from the vertical direction, and FIG. 3B shows an optical system when the short direction is viewed from the vertical direction.
[0037]
The laser beam emitted from the
[0038]
The laser light (laser beam) emitted from the beam expander enters the
[0039]
The laser beam (laser beam) emitted from the
[0040]
Then, a
[0041]
When the semiconductor film is annealed using such a laser irradiation apparatus, the semiconductor film can be crystallized, a crystalline semiconductor film can be obtained by improving crystallinity, or an impurity element can be activated. .
[0042]
In the present embodiment, a slit is used, but the present invention is not limited to this, and a mirror can be used. When a mirror is used, the mirror is placed in the attenuation region of the laser beam (laser beam), at least in the attenuation region parallel to the moving direction of the laser beam (laser beam), and typically in the middle of the width of the attenuation region. When installed, the laser light (laser beam) is reflected near the center of the attenuation region. Since the energy density of the attenuated region is synthesized between the non-reflected portion and the reflected portion, the energy density can be made equal to that of a region having a uniform energy density distribution. Note that a mirror may be provided near the center of the attenuation region in the portion parallel to the moving direction of the laser light (laser beam) and the attenuation region in the portion perpendicular to the moving direction of the laser light (laser beam). Typically, if a mirror is installed near the middle of the width of the attenuation region, the energy density can be further equalized to that of a region having a uniform energy density distribution.
[0043]
In addition, various lasers can be applied to the present invention by changing the coating applied to the surface of the synthetic quartz glass to an appropriate one according to the wavelength of the laser to be used.
[0044]
In the present embodiment, the laser light (laser beam) having a linear shape on the irradiated surface is formed, but the present invention is not limited to the linear shape. In addition, since it differs depending on the type of laser emitted from the laser, it is easily affected by the original shape even if it is molded by an optical system. For example, the shape of a laser beam (laser beam) emitted from a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 30 ns) is a rectangular shape of 10 mm × 30 mm (both half widths in a beam profile), and a laser emitted from a solid-state laser. The shape of the light (laser beam) is circular if the rod shape is cylindrical, and rectangular if the rod shape is slab type. In any shape, there is no problem as long as the energy density is sufficient for annealing the object to be irradiated, and the present invention can be applied.
[0045]
The present invention having the above configuration will be described in more detail with reference to the following examples.
[0046]
【Example】
[Example 1]
In this embodiment, a method for making the end of a linear laser beam (laser beam) sharp using a slit will be described with reference to FIGS. FIG. 3A shows an optical system in which a longitudinal direction of a laser beam (laser beam) is viewed from a vertical direction, and FIG. 3B shows an optical system in which a short direction of a laser beam (laser beam) is viewed from a vertical direction.
[0047]
In this specification, the description of the arrangement of the lenses is based on the assumption that the traveling direction of the laser light (laser beam) is forward. The lens has a first surface on the incident side of the laser beam (laser beam) and a second surface on the emitting side, and has a radius of curvature of the first surface of R. 1 , The radius of curvature of the second surface is R 2 Expressed by The sign of the radius of curvature used is negative when the center of curvature is on the incident side of the laser beam (laser beam) as viewed from the lens, positive when it is on the exit side, and is Δ when it is flat. Further, the lenses used are all made of synthetic quartz glass (refractive index: 1.485634), but are not limited thereto.
[0048]
The laser beam (laser beam) emitted from the
[0049]
The laser beam (laser beam) emitted from the beam expander is incident on a
[0050]
The laser light (laser beam) emitted from the
[0051]
In order to further reduce the above-mentioned linear laser light (laser beam) having a width of 2 mm, a doublet cylindrical lens 1107 is disposed 2050 mm in front of the
[0052]
A linear laser beam (laser beam) having a length of 300 mm and a width of 0.4 mm is formed on a
[0053]
Further, a homogenizer shown in FIG. 19 may be used instead of the three lenses of the
[0054]
With such a laser irradiation apparatus, uniform annealing can be performed on the irradiation object. For example, if annealing is performed using a semiconductor film as an irradiation object, the semiconductor film can be crystallized, a semiconductor film having uniform crystallinity can be obtained by improving crystallinity, or activation of an impurity element can be performed. It can be carried out.
[0055]
[Example 2]
In this embodiment, a method will be described in which a mirror is used to sharpen the end of a linear laser beam (laser beam).
[0056]
A linear laser beam (laser beam) is formed using the optical system described in the first embodiment. However, as shown in FIG. 1B, the side surface of the slit is a mirror, and the slit is disposed near the center of the energy attenuation region. The light beam in the energy attenuated region is turned back by the mirror, and the remaining energy attenuated region is irradiated. Thereby, the attenuation region becomes small, and a linear laser beam (laser beam) having a sharp energy distribution at the end of the laser beam (laser beam) is formed on the irradiated surface.
[0057]
With such a laser irradiation apparatus, uniform annealing can be performed on the irradiation object. For example, if annealing is performed using a semiconductor film as an irradiation object, the semiconductor film may be crystallized, a crystalline semiconductor film having improved crystallinity and uniform crystallinity may be obtained, or the activity of an impurity element may be increased. Can be performed.
[0058]
[Example 3]
In this embodiment, a method for making the edge of a planar laser beam (laser beam) sharp is described with reference to FIGS.
[0059]
Laser light (laser beam) emitted from the
[0060]
Light beams split by the fly-
[0061]
With such a laser irradiation apparatus, uniform annealing can be performed on the irradiation object. For example, if annealing is performed using a semiconductor film as an irradiation object, the semiconductor film may be crystallized, a crystalline semiconductor film having improved crystallinity and uniform crystallinity may be obtained, or the activity of an impurity element may be increased. Can be performed.
[0062]
[Example 4]
In this embodiment, a case where laser annealing is performed on a large-area substrate will be described with reference to FIGS.
[0063]
First, a laser beam (laser beam) having a high energy density uniformity is formed according to any one of the first to third embodiments. Then, the laser light (laser beam) is irradiated while moving relatively to the large-area substrate. (FIG. 6A) At this time, since the length of the laser beam (laser beam) in the longitudinal direction is shorter than one side of the large-area substrate, annealing cannot be performed only by scanning in one direction, and the laser beam moves in at least two directions. And a plurality of scans are required, and as shown in FIG. 6B, a portion where the scanning of the laser beam (laser beam) is adjacent is formed. However, the laser beam (laser beam) formed by the present invention is a laser beam (laser beam) having a sharp end, and has no attenuation region. Therefore, it is possible to realize uniform annealing even at a place where scanning of the laser beam (laser beam) is adjacent. Therefore, the large area substrate can be used without waste, and the throughput is remarkably improved.
[0064]
[Example 5]
In this embodiment, a method for manufacturing an active matrix substrate will be described with reference to FIGS. In this specification, a substrate in which a CMOS circuit, a driver circuit, a pixel portion having a pixel TFT, and a storage capacitor are formed over the same substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
[0065]
First, in this embodiment, a
[0066]
Next, a
[0067]
Next, semiconductor layers 402 to 406 are formed over the base film. For the semiconductor layers 402 to 406, a semiconductor film is formed to a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm) by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method, or the like), and crystallized by a laser crystallization method. To In the laser crystallization method, a semiconductor film is irradiated with laser light (laser beam) emitted from a laser by applying any one of
[0068]
In this embodiment, a 55 nm amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method. After dehydrogenation (500 ° C., 1 hour) of the amorphous silicon film, a continuous oscillation YVO with an output of 10 W is performed. 4 After the laser light (laser beam) emitted from the laser is converted into a second harmonic by a non-linear optical element, the laser light (laser beam) is formed by the optical system according to any one of the first to third embodiments. Irradiation. The energy density at this time is 0.01 to 100 MW / cm 2 Degree (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2 )is necessary. When an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is set to 300 Hz, and the laser energy density is set to 100 to 1000 mJ / cm. 2 (Typically 200 to 700 mJ / cm 2 ) Is desirable. Then, the stage is moved relative to the laser beam (laser beam) at a speed of about 0.5 to 2000 cm / s to perform irradiation, thereby forming a crystalline silicon film. Then, the semiconductor layers 402 to 406 are formed by a patterning process using a photolithography method.
[0069]
After the formation of the semiconductor layers 402 to 406, doping of a trace amount of an impurity element (boron or phosphorus) may be performed in order to control the threshold value of the TFT.
[0070]
Next, a
[0071]
In the case where a silicon oxide film is used, TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) and O 2 At a reaction pressure of 40 Pa, a substrate temperature of 300 to 400 ° C., and a high frequency (13.56 MHz) power density of 0.5 to 0.8 W / cm. 2 And can be formed by discharging. The silicon oxide film thus manufactured can obtain good characteristics as a gate insulating film by subsequent thermal annealing at 400 to 500 ° C.
[0072]
Next, a first
[0073]
In this embodiment, the first
[0074]
Next, masks 410 to 415 made of resist are formed by photolithography, and a first etching process for forming electrodes and wirings is performed. The first etching process is performed under the first and second etching conditions. (FIG. 10B) In this embodiment, as a first etching condition, an ICP (Inductively Coupled Plasma: inductively coupled plasma) etching method is used, and CF is used as an etching gas. 4 And Cl 2 And O 2 And a gas flow ratio of 25:25:10 (sccm), and a 500 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma to perform etching. . A 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. The W film is etched under the first etching conditions to make the end of the first conductive layer tapered.
[0075]
Thereafter, the second etching condition is changed without removing the resist
[0076]
In the first etching process, the shape of the resist mask is made appropriate, so that the edges of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. It becomes. The angle of the tapered portion is 15 to 45 °. Thus, the first shape
[0077]
Next, a second etching process is performed without removing the resist mask. (FIG. 10C) Here, CF is used as the etching gas. 4 And Cl 2 And O 2 Is used to selectively etch the W film. At this time, second conductive layers 428b to 433b are formed by a second etching process. On the other hand, the first conductive layers 417a to 422a are hardly etched to form second shape conductive layers 428 to 433.
[0078]
Then, a first doping process is performed without removing the mask made of resist, and an impurity element imparting n-type is added to the semiconductor layer at a low concentration. The doping treatment may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The conditions of the ion doping method are as follows: Thirteen ~ 5 × 10 14 / Cm 2 And an acceleration voltage of 40 to 80 keV. In this embodiment, the dose amount is 1.5 × 10 Thirteen / Cm 2 And an acceleration voltage of 60 keV. As an impurity element imparting n-type, an element belonging to Group 15 of the periodic table, typically, phosphorus (P) or arsenic (As) is used. Here, phosphorus (P) is used. In this case, conductive layers 428 to 433 serve as a mask for the impurity element imparting n-type, and impurity regions 423 to 427 are formed in a self-aligned manner. 1 × 10 in impurity regions 423 to 427 18 ~ 1 × 10 20 / Cm 3 Is added within the concentration range of n.
[0079]
After removing the resist mask, masks 434a to 434c are newly formed, and the second doping process is performed at an acceleration voltage higher than that of the first doping process. The conditions of the ion doping method are as follows: Thirteen ~ 1 × 10 Fifteen / Cm 2 And an acceleration voltage of 60 to 120 keV. In the doping treatment, the second conductive layers 428b to 432b are used as masks for the impurity element, and doping is performed so that the impurity element is added to the semiconductor layer below the tapered portion of the first conductive layer. Subsequently, a third doping process is performed at a lower acceleration voltage than in the second doping process to obtain the state in FIG. The conditions of the ion doping method are as follows: Fifteen ~ 1 × 10 17 / Cm 2 And an acceleration voltage of 50 to 100 keV. Due to the second doping process and the third doping process, the low-
[0080]
Needless to say, by setting an appropriate acceleration voltage, the second doping process and the third doping process can form a low-concentration impurity region and a high-concentration impurity region by one doping process.
[0081]
Next, after removing the resist mask,
[0082]
Through the above steps, impurity regions are formed in the respective semiconductor layers.
[0083]
Next, the first
[0084]
Next, as shown in FIG. 11C, laser light (laser beam) irradiation is performed to recover the crystallinity of the semiconductor layers and activate the impurity elements added to the respective semiconductor layers. At this time, the energy density of the laser beam (laser beam) is 0.01 to 100 MW / cm. 2 Degree (preferably 0.01 to 10 MW / cm 2 ) Is required, and the substrate is moved at a speed of 0.5 to 2000 cm / s relative to the laser beam (laser beam). Note that, in addition to the laser annealing method, a thermal annealing method, a rapid thermal annealing method (RTA method), or the like can be applied.
[0085]
Further, heat treatment may be performed before forming the first interlayer insulating film. However, when the wiring material used is weak to heat, an active layer is formed after forming an interlayer insulating film (an insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film) to protect the wiring and the like as in this embodiment. It is preferable to carry out a chemical treatment.
[0086]
Then, when heat treatment (heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours) is performed, hydrogenation can be performed. In this step, dangling bonds in the semiconductor layer are terminated by hydrogen contained in the first
[0087]
Next, a second
[0088]
In the present embodiment, in order to prevent specular reflection, the second interlayer insulating film having the unevenness formed on the surface is formed to form the unevenness on the surface of the pixel electrode. Further, a projection may be formed in a region below the pixel electrode in order to provide light scattering properties by providing unevenness on the surface of the pixel electrode. In that case, the projection can be formed using the same photomask as that for forming the TFT, and thus can be formed without increasing the number of steps. Note that the protrusions may be appropriately provided on the substrate in the pixel portion region other than the wiring and the TFT portion. Thus, irregularities are formed on the surface of the pixel electrode along irregularities formed on the surface of the insulating film covering the convex portions.
[0089]
Alternatively, a film whose surface is planarized may be used as the second
[0090]
Then, in the driver circuit 506, wirings 463 to 467 that are electrically connected to the respective impurity regions are formed. Note that these wirings are formed by patterning a laminated film of a 50-nm-thick Ti film and a 500-nm-thick alloy film (an alloy film of Al and Ti). Of course, the structure is not limited to the two-layer structure, and may be a single-layer structure or a three- or more-layer structure. Further, the material of the wiring is not limited to Al and Ti. For example, a wiring may be formed by forming Al or Cu on a TaN film and then patterning a laminated film in which a Ti film is formed. (FIG. 12)
[0091]
In the pixel portion 507, a
[0092]
As described above, the CMOS circuit including the n-
[0093]
The n-
[0094]
The
[0095]
In the pixel structure of this embodiment, the end portion of the pixel electrode is arranged so as to overlap with the source wiring so that the gap between the pixel electrodes is shielded from light without using a black matrix.
[0096]
FIG. 13 is a top view of a pixel portion of an active matrix substrate manufactured in this embodiment. Note that the same reference numerals are used for portions corresponding to FIGS. A chain line AA ′ in FIG. 12 corresponds to a cross-sectional view cut along a chain line AA ′ in FIG. The dashed line BB ′ in FIG. 12 corresponds to the cross-sectional view cut along the dashed line BB ′ in FIG.
[0097]
[Example 6]
In this embodiment, a process for manufacturing a reflective liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 5 will be described below. FIG. 14 is used for the description.
[0098]
First, according to the fifth embodiment, after obtaining the active matrix substrate in the state of FIG. 12, an
[0099]
Next, a
[0100]
In this embodiment, the substrate shown in Embodiment 5 is used. Therefore, in FIG. 13 showing a top view of the pixel portion of the fifth embodiment, at least the gap between the
[0101]
As described above, the number of steps can be reduced by shielding the gap between the pixels with the light-shielding portion formed of the colored layers without forming a light-shielding layer such as a black mask.
[0102]
Next, a
[0103]
Then, the active matrix substrate on which the pixel portion and the driver circuit are formed and the counter substrate are attached with a
[0104]
Since the liquid crystal display device manufactured as described above is irradiated with a laser beam (laser beam) having extremely excellent energy distribution uniformity, a TFT manufactured using a uniformly annealed semiconductor film is used. And the operating characteristics and reliability of the liquid crystal display device can be sufficient. Such a liquid crystal display device can be used as a display unit of various electronic devices.
[0105]
This embodiment can be freely combined with
[0106]
[Example 7]
In this embodiment, an example in which a light-emitting device is manufactured using the method for manufacturing a TFT for manufacturing an active matrix substrate described in Embodiment 5 will be described. In this specification, a light emitting device is a general term for a display panel in which a light emitting element formed on a substrate is sealed between the substrate and a cover material, and a display module including a TFT in the display panel. is there. Note that the light-emitting element has a layer (light-emitting body) containing a compound capable of obtaining luminescence (Electro Luminescence) generated by application of an electric field, an anode layer, and a cathode layer. The luminescence of the compound includes light emission (fluorescence) when returning from the singlet excited state to the ground state and light emission (phosphorescence) when returning from the triplet excited state to the ground state. Includes both emissions.
[0107]
Note that in this specification, all layers formed between an anode and a cathode in a light-emitting element are defined as a light-emitting body. The luminous body specifically includes a light emitting layer, a hole injection layer, an electron injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and the like. Basically, a light-emitting element has a structure in which an anode layer, a light-emitting layer, and a cathode layer are sequentially stacked. In addition to this structure, an anode layer, a hole injection layer, a light-emitting layer, a cathode layer, and an anode layer , A hole injection layer, a light emitting layer, an electron transport layer, a cathode layer, and the like.
[0108]
FIG. 15 is a sectional view of the light emitting device of the present embodiment. 15, a switching TFT 603 provided over a
[0109]
Although a double gate structure in which two channel formation regions are formed in this embodiment, a single gate structure in which one channel formation region is formed or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed may be used.
[0110]
A driver circuit provided over the
[0111]
The
[0112]
Note that the current control TFT 604 is formed using the p-
[0113]
A wiring 706 is a source wiring (corresponding to a current supply line) of the current control TFT, and an
[0114]
Note that
[0115]
After forming the
[0116]
Note that since the
[0117]
A
[0118]
However, the above example is an example of an organic light emitting material that can be used as a light emitting body, and there is no need to limit to this. A light-emitting body (a layer for performing light emission and carrier movement therefor) may be formed by freely combining a light-emitting layer, a charge transport layer, or a charge injection layer. For example, in this embodiment, an example in which a low molecular organic light emitting material is used as the light emitting layer has been described, but a medium molecular organic light emitting material or a high molecular organic light emitting material may be used. Note that in this specification, an organic light-emitting material having no sublimability and having a number of molecules of 20 or less or a chain of molecules having a length of 10 μm or less is defined as a medium-molecular-weight organic light-emitting material. As an example of using a high molecular weight organic light emitting material, a 20 nm polythiophene (PEDOT) film is provided as a hole injection layer by spin coating, and a 100 nm paraphenylene vinylene (PPV) film is provided thereon as a light emitting layer. A stacked structure may be used. When a π-conjugated polymer of PPV is used, the emission wavelength can be selected from red to blue. Further, an inorganic material such as silicon carbide can be used for the charge transport layer and the charge injection layer. Known materials can be used for these organic light emitting materials and inorganic materials.
[0119]
Next, a
[0120]
The
[0121]
It is effective to provide the
[0122]
At this time, it is preferable to use a film having good coverage as the passivation film, and it is effective to use a carbon film, particularly a DLC (diamond-like carbon) film. Since the DLC film can be formed in a temperature range from room temperature to 100 ° C. or less, it can be easily formed above the light-emitting
[0123]
Further, a sealing
[0124]
Thus, a light emitting device having a structure as shown in FIG. 15 is completed. Note that it is effective to continuously process the steps from the formation of the
[0125]
Thus, an n-channel TFT 601, a p-channel TFT 602, a switching TFT (n-channel TFT) 603, and a current control TFT (n-channel TFT) 604 are formed on the
[0126]
Further, as described with reference to FIG. 15, an n-channel TFT which is resistant to deterioration due to a hot carrier effect can be formed by providing an impurity region overlapping a gate electrode with an insulating film interposed therebetween. Therefore, a highly reliable light-emitting device can be realized.
[0127]
In this embodiment, only the configuration of the pixel portion and the driving circuit is shown. However, according to the manufacturing process of this embodiment, other logic circuits such as a signal division circuit, a D / A converter, an operational amplifier, and a γ correction circuit Can be formed on the same insulator, and further, a memory or a microprocessor can be formed.
[0128]
The light-emitting device manufactured as described above is irradiated with a laser beam (laser beam) having extremely excellent energy distribution uniformity, and thus has a TFT manufactured using a uniformly annealed semiconductor film. Therefore, the operating characteristics and reliability of the light emitting device can be sufficient. Such a light emitting device can be used as a display unit of various electronic devices.
[0129]
This embodiment can be freely combined with
[0130]
Example 8
By applying the present invention, various semiconductor devices (an active matrix liquid crystal display device, an active matrix light emitting device, and an active matrix EC display device) can be manufactured. That is, the invention can be applied to various electronic apparatuses in which the electro-optical devices are incorporated in a display unit.
[0131]
Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors, head-mounted displays (goggle-type displays), car navigation systems, car stereos, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, e-books, etc.). No. Examples of these are shown in FIGS. 16, 17 and 18.
[0132]
FIG. 16A illustrates a personal computer, which includes a
[0133]
FIG. 16B illustrates a video camera, which includes a main body 3101, a display portion 3102, an
[0134]
FIG. 16C illustrates a mobile computer (mobile computer), which includes a main body 3201, a camera portion 3202, an
[0135]
FIG. 16D illustrates a goggle-type display, which includes a
[0136]
FIG. 16E illustrates a player using a recording medium on which a program is recorded (hereinafter, referred to as a recording medium), which includes a
[0137]
FIG. 16F illustrates a digital camera, which includes a main body 3501, a
[0138]
FIG. 17A illustrates a front projector, which includes a
[0139]
FIG. 17B illustrates a rear projector, which includes a
[0140]
Note that FIG. 17C is a diagram illustrating an example of the structure of the
[0141]
FIG. 17D illustrates an example of the structure of the light source
[0142]
However, in the projector shown in FIG. 17, a case in which a transmissive electro-optical device is used is shown, and an application example in a reflective electro-optical device and a light emitting device is not shown.
[0143]
FIG. 18A illustrates a mobile phone, which includes a
[0144]
FIG. 18B illustrates a portable book (e-book) including a
[0145]
FIG. 18C illustrates a display, which includes a
[0146]
As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and can be applied to electronic devices in various fields. Further, the electronic apparatus of the present embodiment can also be realized by using a configuration composed of a combination of the first to sixth or seventh embodiments.
[0147]
【The invention's effect】
By adopting the configuration of the present invention, the following basic significance can be obtained.
(A) It is possible to form a laser beam (laser beam) having a very excellent energy density distribution on a surface to be irradiated or a plane in the vicinity thereof.
(B) The object to be irradiated can be uniformly annealed. This is particularly effective for large-area substrates.
(C) It is possible to improve the throughput.
(D) In addition to satisfying the above advantages, in a semiconductor device typified by an active matrix liquid crystal display device, it is possible to improve the operation characteristics and reliability of the semiconductor device. Further, reduction in manufacturing cost of the semiconductor device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A illustrates an example of an optical path when a slit is provided.
(B) The figure which shows the example of the optical path at the time of installing a mirror.
FIG. 2A shows an example of a distribution of energy density of laser light (laser beam) in the present invention.
FIG. 2B illustrates an example in which a large-area substrate is annealed by the laser light (laser beam) illustrated in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an optical system according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of the optical system of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a fly-eye lens.
FIG. 6 is a diagram showing an example in which a large-area substrate is annealed by a laser beam (laser beam) formed according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a conventional optical system.
FIG. 8A is a diagram showing an example of an energy density distribution of a laser beam (laser beam) formed by a conventional optical system.
FIG. 8B illustrates an example in which a large-area substrate is annealed with the laser light (laser beam) illustrated in FIG.
FIG. 9 illustrates an example of a large-area substrate.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit.
FIG. 13 is a top view illustrating a configuration of a pixel TFT.
FIG. 14 is a cross-sectional view of an active matrix liquid crystal display device.
FIG. 15 is a cross-sectional structure diagram of a driving circuit and a pixel portion of a light-emitting device.
FIG. 16 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG. 17 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG. 18 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG. 19 illustrates an example of a homogenizer.
Claims (24)
第２の手段により、前記第２のエネルギー密度の分布を有するレーザビームの端部のエネルギー密度を均一にしたレーザビームを、被照射面に対して相対的に移動しながら照射することを特徴とするレーザ照射方法。A first energy density distribution on a surface to be irradiated with a laser beam emitted from a laser is defined as a second energy density distribution by a first means,
The second means irradiates a laser beam having a uniform energy density at an end portion of the laser beam having the second energy density distribution while moving the laser beam relatively to an irradiation surface. Laser irradiation method.
第２の手段により、前記第１の形状に変形されたレーザビームの端部のエネルギー密度を均一にしたレーザビームを、被照射面に対して相対的に移動しながら照射することを特徴とするレーザ照射方法。The cross-sectional shape of the laser beam emitted from the laser is deformed into the first shape by the first means, and is irradiated on the irradiation surface,
The second means irradiates a laser beam deformed into the first shape with a uniform energy density at an end portion of the laser beam while moving the laser beam relatively to a surface to be irradiated. Laser irradiation method.
第２の手段により、前記第２のエネルギー密度の分布を有するレーザビームの端部のエネルギー密度を均一にしたレーザビームを、被照射面に対して相対的に移動しながら照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。A first energy density distribution on a surface to be irradiated with a laser beam emitted from a laser is defined as a second energy density distribution by a first means,
The second means irradiates a laser beam having a uniform energy density at an end portion of the laser beam having the second energy density distribution while moving the laser beam relatively to an irradiation surface. Of manufacturing a semiconductor device.
第２の手段により、前記第１の形状に変形されたレーザビームの端部のエネルギー密度を均一にしたレーザビームを、被照射面に対して相対的に移動しながら照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。The cross-sectional shape of the laser beam emitted from the laser is deformed into the first shape by the first means, and is irradiated on the irradiation surface,
The second means irradiates a laser beam deformed into the first shape with a uniform energy density at an end portion of the laser beam while moving the laser beam relatively to a surface to be irradiated. A method for manufacturing a semiconductor device.
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