專利名稱：半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件的制造方法以及按照該制造方法制造的一種半導體器件。本說明書中的“半導體器件”是指諸如液晶顯示器件或發光器件的電光器件和使用它們作為顯示部分電子器件。
背景技術：
按照近年來廣泛使用的技術，形成在絕緣體特別是玻璃襯底上的非晶半導體層被晶化，由此獲得結晶半導體層，并且使用結晶半導體層作為有源層制作薄膜晶體管(下文稱為“TFT”)。此外，近幾年TFT電性能得到快速改善。
按照最近的技術進展，最初使用IC等外部安裝的各種類型的信號處理電路可通過使用TFT制作。因此，已實現其中象素部分及其驅動電路被整體形成在襯底上的顯示器件。使用減少部件數量的顯示器是小型的且重量輕的，并且能夠實現制造成本的顯著降低。這樣，廣泛地促進了該領域中的研究和開發工作。
目前使用的TFT以非晶硅TFT(下文中分別稱為“a-Si TFT”)和多晶硅TFT(下文中分別稱為“p-Si TFT”)。a-Si TFT使用前述非晶半導體層作為有源層形成，p-Si TFT使用前述結晶半導體層作為有源層形成。與a-Si TFT相比，p-Si TFT在各方面都性能優越，諸如非常高的場效應遷移率。因此，p-Si TFT具有足以形成上述類型顯示器件的驅動電路高性能。
但是，由于用于IC芯片等的晶體管形成在單晶硅上，晶體管具有更高的電性能，則可以獲得均勻的電性能。比較起來，p-Si TFT具有大量晶粒的集結體形成的半導體層。當晶化條件分別足夠時，因為例如晶粒間取向晶界(晶界)的變化，電性能非常差。可以出現其中由含有大量晶界的有源層形成p-Si TFT，并且由于大量晶界或相鄰晶粒的取向的變化電性能出現變化的情況。換言之，即使在制造相同尺寸的TFT的情況下，分別給電極施加相同大小的電壓，例如電流值仍會出現變化。
給出運算放大器電路和微分放大器電路作為用晶體管形成的代表電路。這些電路包括電流鏡電路。如圖2A所示，電流鏡電路使用兩個晶體管201和202配置，并且其特征在于流過晶體管201的漏極電流I1和流過晶體管202的漏極電流I2相同。
例如，電流鏡電路的工作先決條件是晶體管201和202的性能相同。即使當存在性能變化的兩個晶體管工作時，由于不總是確保的I1＝I2條件，這兩個晶體管不用作預期的電路。這樣，通常，用于形成電流鏡電路的晶體管根據例如溝道長度和溝道寬度用相同的材料配置。圖2B是形成在襯底上的實際電流鏡電路的實例布局的示圖。
圖2C示出使用該電流鏡電路作為有源負載的微分放大器電路的配置。在該電路中，當不同的電位施加到輸入端時(In1和In2)，通過利用上述電流鏡電路進行滿足條件I1＝I2+I3的工作。在工作中，輸入到輸入端In1和In2的信號間的電壓差被放大，通過放大產生的波形可從電路的輸出端(Out)獲得。同樣在這種情況下，電路在TFT211-214彼此電性能相同的先決條件下工作。
但實際上，只要p-Si TFT中電性能變化，即使當器件被安排為具有相同的尺寸，也不能一致變化。因此，晶體管不適于制作如上所述的電路。
用于晶化非晶半導體層的技術包括其中單向操作CW(連續波)激光并且激光被輻照到半導體層上的技術。按照該技術，晶體沿操作方向連續生長，并因此形成沿操作方向伸長的單晶。該技術被認為能夠使晶粒至少在TFT的方向基本上不含有晶界。這樣，晶粒具有接近單晶的成分，由此給予高的電性能和均勻性。
但然而，在CW激光輻照期間淀積在襯底上的半導體層可以出現剝離。當半導體層的剝離已出現在襯底的一部分中時，如果有可能繼續制造步驟，則在半導體層上進行去除工藝，使得重新形成半導體層。但在這種情況下，由于增加制造步驟的數量，不可避免地涉及損失。此外，根據目前使用大襯底的制造方法，由于在襯底上可一次形成非常大量的器件，即使單個襯底的損失也導致多個器件的損失。
發明內容
考慮到上述問題提出本發明，本發明的目的是提供一種通過使用多晶硅薄膜晶體管(p-Si TFT)有效地形成要求器件間高一致性的電路諸如電流鏡電路的方法。
根據本發明，在襯底上形成半導體層之后，通過圖形化工藝形成第一半導體島。然后，根據激光輻照第一半導體島被晶化或結晶度得以提高，然后通過圖形化工藝形成第二半導體島。在后面的工藝中該第二半導體島被用作TFT的有源層。
單個或多個第二半導體島由第一半導體島形成。特別地，本發明的特征在于當單個第一半導體島用于形成分別用作要求高一致性的TFT有源層的第二半導體島，特別是對于構成例如一個電流鏡電路，一個微分放大器電路或一個運算放大器電路的所有TFT。下文中，術語“單元(unitary)電路”總體上指包含所有TFT的一種電路，這些具有半導體電路或等效于它的配置部分所要求特別高的一致性。但是，單元電路可包括不要求特別高一致性的TFT。因此，構成一個單元電路的所有TFT的有源層由一個第一半導體島形成。
此外，激光掃描方向或第一半導體島的形狀是這樣確定的，當激光輻照到第一半導體島上時，當激光斑點到達第一半導體島的端部，如從觀察表面或從襯底的相反表面所看到的，激光斑點和第一半導體島在一點接觸。例如，激光沿一路徑掃描使得激光斑點首先接觸第一半導體島的頂點的一點。或者，當已確定掃描方向時，確定第一半導體島的形狀，使得激光斑點首先接觸第一半導體島的頂點的一點。即使當第一半導體島的部分或整個周邊為彎曲的時，確定激光掃描方向或第一半導體島的形狀，使得激光斑點和第一半導體島的端部首先在一個接觸點接觸。根據上述布置，當具有(100)面的取向率的晶化從激光斑點首先接觸的一點發展時，對第一半導體島的激光輻照完成，第一半導體島中(100)面的取向率可得以增加。
此外，如圖21A所示，可進行掃描使得激光斑點首先接觸第一半導體島的頂點的一點。在圖21A所示的情況下，激光斑點沿箭頭所示方向移動，并且接觸第一半導體島2101的頂點2104、2105和2106。此后，沿圖21B中所示箭頭的方向進行晶化。因此，如圖21C所示，獲得晶化的第一半導體層2107。
同時，圖21C示出區域2108和2109為結晶度差的區域，在其中優選不形成第二半導體島。如上所述處理之后，進行圖形化，于是得到第二半導體島2110，如圖21D所示。
于是，使用由如上所述晶化的第一半導體島形成的一個或多個第二半導體島作為有源層形成TFT。因此，有可能使與普通TFT相比TFT性能一致。因此，包括諸如上述電流鏡電路、微分放大器電路或運算放大器電路的單元電路的半導體電路可使用這種TFT形成在襯底上。
下面將說明本發明的結構。
按照本發明，提供一種半導體器件的制造方法，包括在襯底上形成非晶半導體層；將非晶半導體層圖形化為所需要的形狀，以形成第一半導體島和標記；將會聚為橢圓或矩形形狀的激光輻照到包括第一半導體島的區域，同時相對于襯底進行掃描以晶化第一半導體島；將已晶化的第一半導體島圖形化為所需要的形狀，并形成第二半導體島；以及使用第二半導體島作為有源層形成薄膜晶體管，并使用薄膜晶體管配置電路，其中，包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層，該單元電路包括在半導體器件中，由已晶化的第一半導體島中的任何一個形成。
按照本發明，提供半導體器件的制造方法，包括，在襯底上形成非晶半導體層；在非晶半導體層上形成含金屬的層，并通過熱處理得到第一結晶半導體層；將第一結晶半導體層圖形化為所需要的形狀以形成第一半導體島和標記；將會聚為橢圓或矩形形狀的激光輻照到包括第一半導體島的區域，同時相對于襯底進行掃描以獲得由第二結晶半導體層組成的第一半導體島；將由第二結晶半導體層組成的第一半導體島圖形化為所需要的形狀，以形成第二半導體島；以及使用第二半導體島作為有源層形成薄膜晶體管，并使用薄膜晶體管配置電路，其中，用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，該單元電路包括在半導體器件中，用由第二結晶半導體層組成的第一半導體島中的任何一個形成。
在本發明的半導體器件的制造方法中，布置所有的薄膜晶體管，使得其溝道形成區中的電荷運動方向始終如一地平行或等效于平行排列。
在本發明的半導體器件的制造方法中，單元電路是電流源、電流鏡電路、微分放大器電路和運算放大器電路中任何之一。
在本發明的半導體器件的制造方法中，激光是從連續波固體激光器、氣體激光器和金屬激光器的任何之一中振蕩的。
在本發明的半導體器件的制造方法中，激光是從選自由連續波YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、翠綠寶石激光器和Ti藍寶石激光器組成的組中的一個激光器中振蕩的。
在本發明的半導體器件的制造方法中，激光是從選自由連續波準分子激光器、Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器組成的組中的一個激光器中振蕩的。
在本發明的半導體器件的制造方法中，激光是從選自由連續波氦-鎘激光器，銅蒸氣激光器和金蒸氣激光器組成的組中的一個激光器中振蕩的。
按照本發明，提供一種半導體器件，其中在襯底上形成非晶半導體層；非晶半導體層被圖形化為所需要的形狀，以形成第一半導體島和標記；會聚為橢圓或矩形形狀的激光被輻照到包括第一半導體島的區域，同時相對于襯底進行掃描，以晶化第一半導體島；已晶化的第一半導體島被圖形化為所需要的形狀，并形成第二半導體島；使用第二半導體島作為有源層形成薄膜晶體管，以使用薄膜晶體管配置電路；以及用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，該單元電路包括在半導體器件中，由已晶化的第一半導體島中的任何一個形成。
按照本發明，提供一種半導體器件，其中
在襯底上形成非晶半導體層；在非晶半導體層上形成含金屬的層，以通過熱處理得到第一結晶半導體層；第一結晶半導體層被圖形化為所需要的形狀以形成第一半導體島和標記；會聚為橢圓形或矩形形狀的激光被輻照到包括第一半導體島的區域上，同時相對于襯底進行掃描以獲得由第二結晶半導體層組成的第一半導體島；由第二結晶半導體層組成的第一半導體島被圖形化為所需要的形狀以形成第二半導體島；使用第二半導體島作為有源層形成薄膜晶體管，以使用薄膜晶體管配置電路；以及用作所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島包括在單元電路中，該單元電路包括在由第二結晶半導體層組成的第一半導體島中任何之一形成的半導體器件中。
按照本發明，提供具有用多個薄膜晶體管配置的電路的半導體器件，包括一個或多個單元電路，其中，用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，通過將一個第一半導體島圖形化為所需要的形狀同步地形成。
按照本發明，提供具有用多個薄膜晶體管配置的電路的半導體器件，包括一個或多個單元電路，其中用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，通過將一個第一半導體島圖形化為所需要的形狀同步地形成；以及布置包括在單元電路中的所有薄膜晶體管，使得其溝道形成區中的電荷運動方向始終如一地平行或與此等效地排列。
按照本發明，提供具有用多個薄膜晶體管配置的電路的半導體器件，包括一個或多個單元電路，其中用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，通過將一個第一半導體島圖形化為所需要的形狀同步地形成；以及布置包括在單元電路中的所有薄膜晶體管，使得其溝道形成區中的電荷運動方向與輻照晶化第一半導體島的激光掃描方向始終如一地平行或與此等效地排列。
按照本發明，提供半導體器件，其中單元電路是電流源、電流鏡電路、微分放大器電路和運算放大器電路中的任何之一。
附圖中圖1A-1D是本發明的實施例的說明性視圖，圖2A-2D示出要求構成電路的TFT特別高一致性的實例電路(電流鏡電路和微分放大器電路)；圖3A-3F示出從第一半導體島的形成到TFT的形成的步驟，和TFT的橫截面；圖4A-4F說明從多個激光斑點產生一合成的激光斑點；圖5A-5E示出用借助合成的激光斑點晶化的第一半導體島和由第一半導體島形成的第二半導體島的TFT構成的實例電路；圖6A-6C為激光斑點及其能量密度分布的說明性視圖；圖7是激光輻照過程的示意性視圖；圖8是激光輻照過程的示意性視圖；圖9A和9B是包括控制系統的激光輻照設備的示意性視圖；圖10是按照激光輻照到半導體層上包括晶化的步驟的實例流程；圖11是按照激光輻照到半導體層上包括晶化的步驟的實例流程；圖12是按照激光輻照到半導體層上包括晶化的步驟的實例流程；圖13是按照激光輻照到半導體層上包括晶化的步驟的實例流程；圖14A-14E是襯底上激光掃描方向的實例的說明視圖；圖15A-15F是半導體器件的制造步驟的說明視圖；圖16A-16E是半導體器件的制造步驟的說明視圖；圖17是液晶顯示器件的制造步驟的說明視圖；圖18A和18B是發光器件的制造步驟的說明視圖；圖19A和19B是輻照襯底期間激光輻照寬度變化的說明視圖；圖20A和20B是輻照襯底期間激光輻照寬度變化和阻擋激光的說明視圖；圖21A-21D示出在晶化第一半導體島之后形成第二半導體島的實例工藝。
具體實施例方式
下文中，將參照圖1A-1D說明本發明的實施模式。
在襯底101(圖1A)上形成半導體膜102。襯底101可由能夠承受半導體器件整個制造過程中的加工溫度的材料制成。例如，襯底101可由石英襯底、硅襯底、諸如硼硅酸鋇玻璃襯底或硼硅酸鋁玻璃襯底的非堿玻璃襯底、或通過在金屬襯底上形成絕緣膜產生的襯底中的任何一種。或者，襯底101可以是具有足以承受制造過程中的加工溫度的耐熱性的塑料襯底。
可使用例如襯底101和半導體層102之間的絕緣膜等形成基底膜，以防止半導體層102免于諸如包含在襯底101中堿金屬雜質的污染。
可使用已知的技術(諸如濺射法、LPCVD法或等離子體CVD法)淀積半導體層102。半導體層102可以是非晶半導體層、微晶半導體層和多晶半導體層中的任何一種。
隨后，半導體層102被圖形化；由此形成對準標記103以及第一半導體島104和105(圖1B)。在這種情況下，對準標記103和第一半導體島104和105的形狀不限于圖1B所示情況。
然后，如圖1C所示，按照對準標記103確定激光輻照位置，通過在激光輻照步驟中將激光106輻照到第一半導體島104和105的部分，晶化用于形成第一半導體島104和105的半導體層。這里，在用于形成第一半導體島104和105的半導體層已被晶化到一定程度的情況下，其結晶度可因此在激光輻照步驟中得以提高。這樣，具有低能量密度的區域被狹縫(未示出)遮擋，使得半導體層不暴露于激光。當半導體層用低能量密度的激光輻照以晶化時，其晶粒細小為約0.1或更小的微晶粒。借助由這種微晶粒組成的結晶半導體層，不能得到足夠的電性能。
激光輻照的能量密度足夠與否，根據在通過激光輻照晶化的半導體層中是否能夠得到所需要的晶粒確定。足夠的條件可由設計者適當確定。這樣，當設計者確定結晶度不充分時，確定該情況下能量密度低。
在靠近通過狹縫獲得的激光斑點的端部，激光能量密度低。這樣，在被輻照的端部附近，晶粒小，并且出現沿晶粒邊界突出的部分(脊)。為此，應這樣輻照激光，使激光斑點的尾部(圖1C中虛線示出)不與第一半導體島104和105重疊。更具體地，應這樣輻照激光，使激光斑點的尾部至少不與在第一半導體島104和105之后形成的第二半導體島的區域重疊(該區域由圖1C中第一半導體島104和105中的虛線示出)。
這樣確定激光掃描方向或第一半導體島的形狀，使得在將激光輻照島第一半導體島的階段，當激光斑點到達第一半導體島的端部時，從襯底的正表面或反面看，激光斑點與第一半導體島在一點接觸。例如，激光沿一路徑掃描使得激光斑點首先接觸第一半導體島的頂點的一點。參照圖1C，相應的第一半導體島104和105在點A和B接觸激光斑點。
這樣，當從一個接觸點開始用激光輻照并且第一半導體島被晶化時，具有(100)取向表面的晶體從包括接觸點的附近生長。結果，在第一半導體島中(100)面的取向率可得以增加。即，由于晶粒具有相同的取向表面，靠近晶界的電子或空穴平穩運動，使得這樣的結晶半導體層具有非常高的場效應遷移率。
在本發明中，已知的激光器可用于輻照半導體層。更具體地，脈沖振蕩或CW(連續波)氣體激光器或固體激光器。可使用的氣體激光器包括，例如準分子激光器、Ar激光器和Kr激光器。可使用的固體激光器包括，例如YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、翠綠寶石激光器和Ti藍寶石激光器。此外，可使用的固體激光器包括，例如，使用YAG、YVO4、YLF、YAlO3晶體以及摻雜Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ni或Tm的晶體激光器。所用激光的基波取決于所摻雜的材料，可得到基波為約1μm的激光。借助使用非線性光學元件可得到相應于基波的諧波。
此外，在本發明中，可使用紫外激光。紫外激光是這樣得到的，即從固態激光器發射的紅外激光由非線性光學元件調制為綠色激光，該光經另一非線性光學元件進一步調制。
在所有的情況下都不是必須須用激光輻照對準標記103。
隨后，如圖1D所示，晶化的第一半導體島104和105被圖形化，于是形成分別具有所需要形狀的第二半導體島107-110。第二半導體島107-110希望被形成在第一半導體島中心附近的區域中，此處得到滿意的結晶度，而避開第一半導體島端部附近。對準標記103可留下用作將在后面步驟中(形成柵電極，布線等)使用的掩模的對準標記。
圖3A-3D簡要示出上述步驟。此后，形成柵電極307和源-漏布線308和309，由此形成TFT。圖3F是沿圖3E的線A-A′的橫截面視圖。在這種情況下，為簡化起見，由第一半導體島302僅形成第二半導體島306。但實際上，多個第二半導體島被形成為用于在電路配置中要求一致的多個TFT的有源層；并且如上所述這些TFT在相似的步驟中形成為TFT。
由單一第一半導體島形成的第二半導體島107和108相互具有相同的結晶度。同樣，由單一第一半導體島形成的第二半導體島109和110相互具有相同的電性能。這樣，用第二半導體島107和108作為有源層形成的TFT具有相同的電性能；并且用第二半導體島109和110作為有源層形成的TFT具有相同的性能。因此，這些TFT可適合用于諸如上述類型的要求配置元件中高一致性的電流鏡電路的電路的制造。
如上所述，根據現在的情況，第二半導體島由第一半導體島104和105中的每一個形成。但，本發明不限制由第一半導體島形成的第二半導體島的數量。具體地，上述的數量可任意地確定，使得一個第一半導體島用于形成用作在要求構成電路的TFT中要求一致性的TFT的有源層的第二半導體島。
取決于第一半導體島或第二半導體島的尺寸，束斑的寬度可適當改變。例如，需要處理相對大電流流動的驅動電路的TFT具有相對大的溝道寬度；因此，第二半導體島的尺寸趨于比象素部分大。圖19A和19B示出對于兩種尺寸的第一半導體島改變狹縫寬度掃描激光的情況。具體地，圖19A示出在第一半導體島具有垂直于掃描方向的較短長度的情況下激光掃描部分和第一半導體島之間的關系。類似地，圖19B示出在第一半導體島具有垂直于掃描方向較長的長度的情況下二者之間的關系。
參見圖19A和19B，當圖19A的斑點1901的寬度由W1表示，而圖19B中的斑點1902的寬度由W2表示，其間的關系表示為W1＜W2。當然，斑點寬度不限于圖中所示寬度，而是可任意設定在第一半導體島中垂直于掃描方向的方向的寬度的容許邊界內。
根據本發明，如圖19A和19B所示，激光不輻照到整個襯底上，而是掃描其斑點使得至少第一半導體島的部分可被晶化。因此，不輻照整個襯底，而只輻照最小的部分，使得第一半導體島的部分被晶化。于是，可最小化一個襯底所要求的處理時間。因此，可改善襯底處理效率。
實施例下面將說明實施例。
本實施例說明用CW激光器激光晶化工藝的實例。
適于該工藝的CW激光器是一種波長為550nm或更短且具有高穩定功率的激光器。例如，YVO4激光器的二次諧波、YAG激光器的二次諧波、YLF激光器的二次諧波、YAlO3激光器的二次諧波和符合要求的Ar激光器。也可使用這些激光器的第三或更高次諧波。或者，可使用紅寶石激光器、翠綠寶石激光器、Ti藍寶石激光器、連續波準分子激光器、Kr激光器或CO2激光器、或連續波氦-鎘激光器，銅蒸氣激光器和金蒸氣激光器。也可使用從這些激光器中選出的一種或不同類型的多個激光器。
圖7是用于CW激光晶化的設備的示意性說明。該設備由激光振蕩器701、鏡702、凸透鏡703、X-Y臺等組成。這里用的激光器是10W連續波YVO4激光器。激光振蕩器701提供有非線性光學元件并從其出口發射二次諧波。
從激光振蕩器發射的激光束具有如圖7中A指出的圓形形狀。激光束沿水平方向發射并由鏡702偏轉到沿垂直方向約20°的方向。此后，光束由位于水平方向的凸透鏡703聚集。襯底705固定于X-Y臺704并且形成在襯底上的半導體層上的輻照表面置于凸透鏡703的焦點。此時，布置輻照表面使其平行于凸透鏡703。換言之，襯底705呈水平布置。激光束以約20°進入凸透鏡703，并因此由于凸透鏡的象散得到輻照表面上的橢圓形狀的激光束。輻照表面上的激光束形狀由激光束進入凸透鏡703的入射角確定。因此，通過使激光束以相對于垂直方向較大的角進入凸透鏡，激光束可得到具有較大長寬比的橢圓形狀。另一方面，這使得穿透變淺并且使均勻輻照變得困難。因此，合適的偏轉角度為約20°。
為了晶化襯底的整個表面上的半導體層，必須在襯底上以合適的輻照間距重復地來回輻照橢圓光束，同時沿較長的直徑方向移動光束。通過固定由激光振蕩器701、鏡702和凸透鏡703組成的激光輸出單元，并移動X-Y臺704以便以橢圓光束在襯底上來回輻照的方式移動襯底，實現該操作。當襯底，即輻照物體在X方向前進600mm，在Y方向前進720mm，且橢圓光束在較長直徑方向前進200μm時，在如圖7所示的方向需要3000次激光掃描(往復1500次)以輻照襯底的整個表面。
將在隨后的實施例中給出詳細的解釋，通過使用多于一個的激光振蕩器并且用在橢圓的較長直徑方向并排布置的多于一個的橢圓光束掃描襯底，可以減少掃描次數并縮短加工時間。這樣單個激光束的邊緣的低能量密度部分與相鄰激光束的邊緣處的低能量密度部分重疊，由此提高能量密度。結果，有效輻照區域被加寬并且有效輻照區域與一次輻照的整個輻照區域之比增加以進一步減少對電路布局的限制。
該實施例可與其它實施例組合。
本實施例參照圖8給出關于使用不同于實施例1中的光學系統以偏振激光束的實例的說明。
從激光振蕩器801發射的激光束具有如圖8中A所示的圓形形狀。激光束沿水平方向發射并由鏡802偏轉為垂直方向。此后，光束由X方向的第一柱面透鏡803聚集。此時，激光的圓形形狀在X方向聚集，并且如圖8中B所示得到較長直徑設定在Y方向的橢圓形狀。隨后由在Y方向的第二柱面透鏡804聚集。此時，激光束進一步聚集在Y方向并且如圖8中C所示得到較長直徑設定在X方向的橢圓形狀。該光學系統可提供具有比在實施例2中的長寬比更大的長寬比的橢圓光束。用該橢圓激光束輻照固定于X-Y臺805的襯底806。至于激光束掃描襯底，參見實施例1。
通過使用多于一個的激光振蕩器并且用如圖4A所示在橢圓的較長直徑方向并排布置的多于一個的橢圓光束掃描襯底，可以減少掃描次數并縮短加工時間。這樣單個激光束的邊緣的低能量密度部分與相鄰激光束的邊緣處的低能量密度部分重疊，由此提高能量密度。結果，有效輻照區域被加寬并且有效輻照區域與一次輻照的整個輻照區域之比增加以進一步減少對電路布局的限制。
該實施例可與其它實施例組合。
當按照在實施例模式中說明的步驟用CW激光晶化半導體層時，在輻照物體表面上由單個激光振蕩器振蕩的激光的形狀或者為橢圓或者為矩形。激光被會聚為斑點狀態以增加輻照表面上的能量密度，輻照范圍如圖6A所示。
能量密度被進一步分布在會聚到斑點狀態的激光中。圖6B示出縱向方向且在X橫截面上的能量分布，即，在橢圓的縱軸方向。
如圖6B所示，在激光斑點中，分布顯示為沿從中心部分到端部的方向能量密度逐漸降低。在圖中，符號“E”表示滿足半導體層的晶化所需要的最小能量密度。圖6C示出，在范圍D中用激光輻照的半導體層被滿意地晶化的狀態，由此證明半導體具有高的電性能。但在范圍d中用激光輻照的半導體層的區域中，由于激光的能量密度不夠，融化能力不足，由此產生微晶化。在該區域，由于不能得到足夠的電性能，該區域不適于用作有源層。
對于如在本發明中使用通過圖形化單個第一半導體島得到的半導體層制造多個TFT，希望該范圍比區域D的范圍寬。但，由于激光斑點尺寸的增加受到限制，當在限定的寬度內配置電路時，在確定器件的布局時出現困難。因此，例如，布線等需要引出得長，由此得到效率低的電路布局。
在本實施例中，將說明通過使用由多個激光振蕩器輸出的激光實現有效的激光輻照的實例方法。
參照圖4A，參考數字401-403表示分別由三個不同的激光振蕩器輸出并通過光學系統會聚為斑點狀態的激光斑點。激光斑點401-403形狀為橢圓，其中各橢圓的長軸線性對準并且彼此部分地重疊以合成為一個激光斑點。
借助參考數字404-406，圖4B示出激光斑點401-403在長軸方向的能量密度分布。各個斑點的能量密度是相同的，其中峰值由“E0”表示。關于合成的激光斑點，重疊區域的能量密度被加在一起，由此顯示圖4B中數字407示出的能量密度分布。
在這種情況下，在相鄰斑點404和405重疊的區域以及相鄰斑點405和406重疊的區域中的每個區域中，兩個斑點的能量密度被加在一起。每個區域具有足以滿意的晶化半導體層的能量密度。因此，在合成后，斑點的形狀改變為圖4C中數字408示出的形狀。這樣，可實現半導體層滿意晶化的區域由圖4B中“D0”表示。
相鄰斑點重疊的區域的能量密度的總和理想地等于單個斑點的峰值E0。但是，斑點重疊寬度可合適地設定在值D0到使用得到半導體層滿意的和均勻的晶化的區域的值。
于是，如可從圖4A-4C所看到的，可以多個激光斑點重疊的方式增加寬度來實現激光輻照，低能量密度的區域可相互補償。
使用上述方法的結果，如圖5A-5C所說明的，使用合成的激光斑點502，僅一個掃描操作使其上將形成多個第二半導體島503的寬的(大寬度)第一半導體島501的晶化成為可能。因此，當用激光斑點首先接觸如圖5B中數字504所示的一點使，第一半導體島501開始晶化，并且具有(100)取向表面的晶體生長。結果得到具有滿意的(100)取向表面的晶化狀態的半導體島505(圖5D)。
此外，如圖5D所示，通過圖形化形成第二半導體島506。此時，布置布局使得TFT溝道長度方向，即電荷運動方向，與晶粒的長軸方向一致，即，平行于激光斑點的掃描方向或與此等效的方向。該布局布置使晶界阻礙TFT溝道形成區中電荷運動的情況得到減少。
隨后，例如如圖5E所示，形成柵電極、布線等，然后完成電路。在所說明的情況下，形成兩個微分放大器電路507和508。
再次參考圖4A-4F，使用合成的激光斑點的優點不僅在于可掃描簡單加寬的區域，而是可以提高效率。當使用單個激光斑點，被輻照區域的寬度為(D+2d)時，使用如圖4C所示的合成的激光斑點，被輻照區域的寬度為(D0+2d)。在前者的情況下，可進行的滿意晶化的寬度與激光斑點的一個掃描寬度的比為(D/(D+2d))，而在后者情況下，上述比為(D0/(D0+2d)。由于D＜D0，可以說，可以更有效地實現滿意的晶化。
此外，當使用合成的激光斑點時，如圖4D所示，位于長軸方向兩端的能量密度低的區域希望用狹縫409遮擋，不入射到半導體層上。此時，半導體層表面上的斑點為圖4E所示形狀，具體地，斑點的形狀類似于在長軸方向寬度為D1(＜D0)的矩形。
當使用如上所述形狀的激光斑點輻照半導體層時，激光斑點中不存在能量密度低的區域(圖4F)。即使存在這種區域，其寬度與不使用狹縫的情況相比也非常小。上述便于控制所用激光斑點的位置以便防止激光斑點的輻照端部掃描第一半導體島。因此，上述布置使可強加于確定激光掃描路徑和第一半導體島或第二半導體島的布局的約束得以減少。
此外，通過使用狹縫，可在保持能量密度恒定且不終止激光振蕩器的輸出的情況下改變激光斑點的寬度。因此，激光斑點的輻照端部可被放置掃描第二半導體島或其溝道形成區。此外，激光還可輻照到襯底不需要的區域上，由此使希望防止襯底被損傷成為可能。
下面，將參照圖9說明包括本發明中使用的激光輻照設備的控制系統的配置。參考數字901表示多個激光振蕩器中的每一個。雖然圖9A的配置使用三個激光振蕩器901，用于激光輻照設備的激光振蕩器的數量不限于此。
圖9A的激光輻照設備包括計算機908，該計算機包括例如，中央處理單元和諸如存儲器的存儲裝置。計算機908能夠控制激光振蕩器901的振蕩并且同時能夠控制襯底906移動到預定的位置。在這種情況下，激光斑點輻照到襯底906上的位置受到控制，使得激光斑點覆蓋根據掩模圖案信息確定的區域。
激光振蕩器901可包括冷卻器902，用于保持其溫度恒定。不是必須要提供冷卻器902。但通過保持激光振蕩器901的溫度恒定，可避免輸出的激光能量隨溫度變化。
參考數字904表示光學系統904，光學系統能夠將激光以這種方式會聚，以改變從激光振蕩器901輸出的光的路徑應成型為激光斑點。此外，在圖9A所示的激光輻照設備中，從多個激光振蕩器901中輸出的激光斑點可通過光學系統904部分地相互重疊，并于是可被合成。
能夠暫時和完全阻擋激光的多個AO調制器903可提供在襯底906(加工目標)和激光振蕩器901之間的光路中。或者，替代AO調制器，可提供衰減器(光通量調節濾波器)以調節激光的能量密度。
可更改配置，使得用于測量從激光振蕩器901輸出的激光的能量密度的裝置910(能量測量裝置)提供在襯底906(加工目標)和激光振蕩器901之間的光路中，并使用計算機908監測測量的能量密度隨時間的變化。在這種情況下，激光振蕩器901的輸出可被增加以補償激光能量密度中的衰減。
合成的激光斑點經過狹縫905輻照到襯底906(加工目標)上。所需要的，狹縫905能夠阻擋激光，并由足以抵抗可由激光導致的損傷或畸變的材料制成。此外，狹縫905的狹縫寬度優選是可變的，使得激光斑點的寬度可根據狹縫的寬度變化。
當由激光振蕩器901振蕩的激光不經過狹縫905時，襯底906上激光斑點的形狀取決于激光器的類型改變，激光斑點的形狀可通過光學系統得以矯正。
襯底906安裝在X-Y臺907上。在圖9A中，X-Y臺907由計算機控制，并且通過移動加工目標，即襯底906，控制激光斑點的輻照位置。
在本發明中，根據計算機908控制狹縫905的寬度，并且可根據掩模的圖案信息改變激光斑點的寬度。
此外，圖9A中示出的激光輻照設備可包括用于調節加工目標的溫度的裝置。此外，由于激光具有高方向性和能量密度，可提供擋板以防止被反射的光輻照到不合適的位置。希望，擋板具有吸收被反射光的性質，并且在擋板中循環冷卻水以防止由于吸收被反射的光導致分割壁的溫度升高。此外，給X-Y臺907提供用于加熱襯底906的裝置(襯底加熱裝置)。
在使用激光形成對準標記的情況下，可提供標記專用激光振蕩器。在這種情況下，可用計算機908控制標記專用激光振蕩器的振蕩。在提供標記專用激光振蕩器的情況下，應提供一分開的光學系統以會聚從標記專用激光振蕩器發射的激光。例如，YAG激光器和CO2激光器是可用于形成標記的代表激光器。當然，可使用不同的激光器來形成標記。
可提供一個CCD照相機909來借助使用標記進行對準。根據需要，可提供兩個或更多個CCD照相機909。
即使在不提供特定的標記時，也可通過使用CCD照相機909來進行對準。具體地，CCD照相機909識別第一半導體島的圖案，而圖案的信息(圖案信息)用于對準。更具體地，已被輸入計算機908的第一半導體島的掩模貢獻的圖案信息與已存儲在CCD照相機909中的第一半導體島的圖案信息進行比較。結果，可以得到關于襯底位置的信息。在這種情況下，不需要提供特定的標記。
參考圖9A，已說明了包括多個激光振蕩器的配置，但該配置可被更改為包括一個激光振蕩器。圖9B示出使用一個激光振蕩器的激光輻照設備的配置。參照圖9B，數字901表示前述激光振蕩器，數字902表示冷卻器。數字910表示能量密度測量裝置910，數字903表示AO調制器，數字904表示光學系統，數字905表示狹縫，數字909表示CCD照相機。襯底906被安裝在X-Y臺907上，借此控制襯底906上激光斑點輻照的位置。與圖9A所示配置相似，包括在激光輻照設備中的各個裝置的工作受計算機908的控制。但與圖9A的配置不相似之處在于，如上所述本配置包括一個激光振蕩器901。因此，與圖9A的配置不同，光學系統904可提供有會聚從一個激光源發射的激光的功能。
圖20A示出用于圖形化半導體層的掩模形狀和激光輻照一次時激光斑點2001的寬度之間的關系的實例。在附圖中，陰影部分表示用激光照射的部分。參考數字2002表示用具有寬度W3的束斑掃描的部分，寬度為W3的束斑是通過合成從四個激光振蕩器中輸出的重疊的激光束得到的。數字2003表示用具有寬度W4的激光斑點掃描的部分，寬度為W4的激光斑點是通過合成從三個激光振蕩器中輸出的重疊的激光束得到的。掃描寬度可通過狹縫控制；或者激光的一部分輸出可被停止，或可用AO調制器進行阻擋。
如在本實施例中，當使用AO調制器時，激光斑點2001的寬度可被任意地改變而不終止所有激光振蕩器的輸出工作。這能夠防止輸出由于激光振蕩器的輸出工作被終止而變得不穩定。
按照上述配置，由于激光尾部的寬度可被改變，即使當第一半導體島的寬度與圖20A所示寬度部分地不同時，可防止激光尾部的邊緣與通過圖形化工藝得到的半導體重疊。此外，該實施例能夠減少由于激光輻照在不必要的部分而在襯底上出現損傷的可能性。
下面，將參照實例進行說明，其中，在激光輻照過程中激光被AO調制器阻擋使得激光只輻照在預定的部分上。雖然激光被阻擋，但本發明不受限制，并可使用能夠阻擋激光的任何其它裝置。
在本發明中，計算機根據已被輸入的掩模信息確定用激光掃描的部分。此外，在本實施例中，AO調制器用于阻擋激光以只輻照到需要掃描的預定部分上。在這種情況下，希望AO調制器能夠阻擋激光并由足以抵抗可由激光導致畸變或損傷的材料制成。
圖20B示出用于圖形化半導體層的掩模的形狀或用激光輻照的部分之間的關系的實例。數字2001表示激光斑點，數字2004表示用激光輻照的部分。如圖20B所示，當掃描沒有形成第一半導體島部分時，激光被AO調制器阻擋，于是激光不輻照到襯底上。按照本實施例，可控制激光不輻照到不需要晶化的部分上；并且即使當激光已輻照到其上時，可控制激光的能量密度低。因此，本實施例可進一步減少由于激光輻照在不必要的部分而在襯底上出現損傷的可能性。
在本實施例中，將說明本發明的半導體器件的制造方法中各步驟的工藝流程。
圖10示出制造步驟的工藝流程。首先，CAD(計算機輔助設計)系統用于設計半導體器件的電路。當已確定電路布局時，即當已確定TFT布局時，同時確定了每個第二半導體島的形成位置。在這種情況下，希望這樣確定包括在一個第一半導體島中的第二半導體島的位置，使得溝道形成區中電荷運動方向或者與激光的掃描方向平行對準，或者沿等效方向對準。但是，可根據使用不有意地對準方向。
此外，在上述步驟中，可設計第一半導體島的掩模，使得對準標記與第一半導體島一起形成。
隨后，有關所設計的第一半導體島的掩模圖案的信息(圖案信息)被輸入到包括在激光輻照設備的計算機中。按照所輸入的第一半導體島的圖案信息，計算機計算每個第一半導體島相對于掃描方向的垂直方向的寬度。然后，按照每個第一半導體島的寬度設定狹縫在相對于掃描方向的垂直方向的寬度。
隨后，按照狹縫的寬度，基于作為參照的標記位置確定激光的掃描路徑。
另一方面，薄膜被淀積在半導體襯底上，第一半導體島的掩模用于圖形化半導體層，并形成第一半導體島。隨后，其上形成第一半導體島的襯底被設置在激光輻照設備的臺面上。
隨后，用標記作為參考，激光沿預定的掃描路徑輻照，并以第一半導體島為目標進行晶化。
在輻照激光后，對于按照激光輻照提高結晶度的第一半導體島進行圖形化，并形成第二半導體島。此后，進行由第二半導體島制造TFT的步驟。特別地，TFT制造步驟根據TFT的形狀而改變。但代表性地，淀積柵絕緣膜并在第二半導體島中形成雜質區域。隨后，以這種方式形成層間絕緣膜，以便覆蓋柵絕緣膜和柵電極，并形成穿過層間絕緣膜的接觸孔，并部分地露出雜質區域。然后，在層間絕緣膜上形成布線以便經過接觸孔與雜質區域接觸。
其次，將給出關于使用CCD照相機而不形成對準標記進行襯底和掩模對準的實例步驟。
圖11示出制造步驟的工藝流程。首先，與圖10所示的情況相似，CAD系統用于設計半導體器件的電路。當已確定電路布局時，即當已確定TFT布局時，同時確定了每個第二半導體島的形成位置。在這種情況下，希望這樣確定包括在一個第一半導體島中的第二半導體島的位置，使得溝道形成區中電荷運動方向或者與激光的掃描方向平行對準，或者沿等效方向對準。但是，根據使用可不有意地對準方向。
隨后，有關所設計的第一半導體島的掩模圖案的信息(圖案信息)被輸入到包括在激光輻照設備的計算機中。按照所輸入的第一半導體島的圖案信息，計算機計算每個第一半導體島相對于掃描方向的垂直方向的寬度。然后，按照每個第一半導體島的寬度設定狹縫在相對于掃描方向的垂直方向的寬度。
另一方面，半導體層被淀積在襯底上，第一半導體島的掩模用于圖形化半導體層，并形成第一半導體島。隨后，其上形成第一半導體島的襯底被設置在激光輻照設備的臺面上。
隨后，形成在設置在臺面上的襯底上的第一半導體島的圖案信息由CCD照相機檢測，并隨后作為信息輸入到計算機中。計算機將兩個圖案信息進行比較。兩個信息之一是由CAD系統設計的第一半導體島的圖案信息；另一個是在襯底上實際形成的第一半導體島的CCD照相機得到的圖案信息。結果，襯底和掩模相互對準。
隨后，按照狹縫的寬度和第一半導體島的CCD照相機得到的位置信息確定激光掃描路徑。
然后，沿確定的掃描路徑輻照激光，并以第一半導體島為目標進行晶化。
在輻照激光后，對于按照激光輻照提高結晶度的第一半導體島進行圖形化，并形成第二半導體島。此后，進行由第二半導體島制造TFT的步驟。特別地，TFT制造步驟根據TFT的形狀而改變。但代表性地，淀積柵絕緣膜并在第二半導體島中形成雜質區域。隨后，以這種方式形成層間絕緣膜，以便覆蓋柵絕緣膜和柵電極，并形成穿過層間絕緣膜的接觸孔，并部分地露出雜質區域。然后，在層間絕緣膜上形成布線以便經過接觸孔與雜質區域接觸。
其次，將說明進行多次激光輻照的實例方法。作為實例，將參照在完成一次掃描后改變方向進行二次激光輻照的方法進行說明。
圖12示出制造步驟的工藝流程。首先，CAD系統用于設計半導體器件的電路。當已確定電路布局時，即當已確定TFT布局時，同時確定了每個第二半導體島的形成位置。在這種情況下，希望這樣確定包括在一個第一半導體島中的第二半導體島的位置，使得溝道形成區中電荷運動方向或者與激光的掃描方向平行對準，或者沿等效方向對準。但是，根據使用可不有意地對準方向。
隨后，有關所設計的第一半導體島的掩模圖案的信息(圖案信息)被輸入到包括在激光輻照設備的計算機中。按照所輸入的第一半導體島的圖案信息，計算機計算每個第一半導體島相對于兩個掃描方向中每個的垂直方向的兩個寬度。然后，按照每個第一半導體島的寬度設定狹縫在相對于兩個掃描方向中的每個的垂直方向的寬度。
隨后，基于所確定的狹縫寬度，按照作為參照的標記位置確定兩個掃描方向中各個的激光掃描路徑。
另一方面，第一半導體島的掩模用于圖形化半導體層，并形成第一半導體島。隨后，其上形成第一半導體島的襯底被設置在激光輻照設備的臺面上。
隨后，使用標記作為參照，第一激光沿已確定的兩個掃描路徑中的第一路徑進行輻照，以第一半導體島為目標進行晶化。
隨后在改變掃描方向后，第二激光沿第二掃描路徑輻照，并以第一半導體島為目標進行晶化。
第一激光和第二激光的掃描方向的角度可或者預存儲在存儲器等中或每次人工輸入。
如上所述，圖12示出激光兩次輻照到同一第一半導體島的實例方法。但使用AO調制器等時，可通過按照例如如下所述的方法規定位置改變掃描方向。例如，假設將信號線驅動電路中的掃描方向設定為與在象素部分和掃描線驅動電路中的掃描方向不同的情況。在這種情況下，當AO調制器用于將激光輻照到形成信號線驅動電路的位置時，可使用AO調制器控制激光不輻照到形成象素部分和掃描線驅動電路的位置。類似地，當AO調制器用于將激光輻照到形成象素部分和掃描線驅動電路的位置時，用AO調制器控制激光不輻照到形成信號線驅動電路的位置。在這種情況下，AO調制器由計算機控制以與位置控制裝置同步地工作。
在輻照激光后，對于按照激光輻照提高結晶度的第一半導體島進行圖形化，并形成第二半導體島。此后，進行由第二半導體島制造TFT的步驟。特別地，TFT制造步驟根據TFT的形狀而改變。但代表性地，淀積柵絕緣膜并在第二半導體島中形成雜質區域。隨后，以這種方式形成層間絕緣膜，以便覆蓋柵絕緣膜和柵電極，并形成穿過層間絕緣膜的接觸孔，并部分地露出雜質區域。然后，在層間絕緣膜上形成布線以便經過接觸孔與雜質區域接觸。
為了比較，圖13示出常規半導體層的制造步驟的工藝流程。如圖13所示，CAD系統用于設計半導體器件的掩模。另一方面，在襯底上淀積非晶半導體層，其上形成非晶半導體層的襯底被設置在激光輻照設備中。隨后，進行掃描以便將激光輻照到非晶半導體層的整個表面上，于是非晶半導體層被晶化。然后，在通過晶化得到的多晶半導體層上形成對準標記，并用對準標記作為參考圖形化多晶半導體層。以這種方式，形成第二半導體島。隨后用第二半導體島形成TFT。
如上所述，如圖13所示的常規情況不同之處在于，按照本發明，在非晶半導體層被晶化之前用激光形成對準標記。其后，根據用于圖形化半導體層的掩模信息掃描激光。
按照上述配置，可以減少用于激光輻照襯底上半導體層中將通過圖形化排除的部分的時間。因此，可以減少激光輻照的時間，并且此外，可以提高襯底加工速度。
該方法可包括通過在用激光晶化的步驟之前使用催化劑的晶化半導體膜的步驟。當使用催化元素時，希望采用在JP 07-130652 A和/或JP 08-78329 A中公開的技術。
包括借助使用催化劑晶化半導體層的方法包括在淀積非晶半導體層后進行用Ni晶化(NiSPC)的步驟。例如，當采用如JP 07-130652A中公開的技術時，通過用含10ppm重量的鎳的乙酸鎳溶液涂敷非晶半導體層形成含鎳層。含鎳層進行500℃一小時的脫氫步驟，然后在500-650℃進行4-12小時熱處理(例如，在550℃8小時)。在這種情況下，除了鎳(Ni)，可使用的催化元素包括鍺(Ge)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈷(Co)、鉑(Pt)、銅(Cu)和金(Au)。
按照NiSPC晶化的半導體層的結晶度通過激光輻照得到進一步提高。由于通過激光輻照得到的多晶半導體層含有催化元素，該層在激光輻照后進行去除催化元素的步驟(吸雜步驟)。可使用在JP 10-135468 A或JP 10-135469 A中公開的技術進行吸雜步驟。
具體地，以下述方式采用前述技術。將磷局部添加到激光輻照后得到的多晶半導體層中，在氮氣氛中在500-800℃進行熱處理5-24小時(例如，600℃12小時)。結果，多晶半導體層添加磷的區域用作吸雜位置，由此使存在于多晶半導體層中的磷分離到吸雜位置。此后，借助圖形化將多晶半導體層添加磷的區域去除。因此，如上所述工藝使第二半導體島的產物的催化元素的濃度降低到小于1×1017原子/cm3(優選，至1×1016原子/cm3的水平)。
在本實施例中，將參照一些實例說明襯底上電路布局、CW激光輻照方向等。
通常，顯示器件被配置成如圖14A所示的實例。總的實例顯示器件被配置為包括在襯底1400的中央部分的象素部分1401；在象素部分1401的上部或下部的源單線驅動電路1402；以及在象素部分1401的左部和右部任何之一中或在象素部分1401的左和右兩部分中的柵信號線驅動電路1403。用于驅動每個驅動電路的信號和功率經柔性印刷電路(FPC)1404從襯底的外側輸入。
如圖14A所示，源單線驅動電路1402排列為沿象素列方向延伸，而柵信號線驅動電路1403被排列為沿象素行方向延伸。因此，在如實施例模式中所屬進行CW激光輻照的情況下，當輻照方向沿源單線驅動電路1402的排列方向對準使，如圖14B所示，CW激光器的輻照方向不與柵信號線驅動電路1403對準。但通常，與要求高速驅動的源信號線驅動電路相比，柵信號線驅動電路的驅動頻率可為約一-幾百。因此，即使構成柵信號線驅動電路的TFT的有源層被形成為包括部分微晶半導體層，也可以說在電路工作時不會出現問題。
圖14C說明另一可用方法，其中在激光輻照過程中掃描方向移動。具體地，按照該方法，首先進行與源信號線驅動電路對準的第一激光掃描。然后，襯底固定其上的臺面被旋轉90度，于是激光掃描方向被改變，隨后進行與柵信號線驅動電路和象素部分對準的第二CW激光掃描。
圖14D說明使用在日本專利申請No.2001-241463中公開的技術的另一種可用方法。在這種情況下，源單線驅動電路1402和柵信號線驅動電路1403或者被排列在象素部分的一側或者被彼此平行地排列在象素部分的相對兩側。結果，如圖14E所示，可通過一次CW激光輻照完成晶化，并且同時，象素部分和驅動電路中的半導體層可僅通過單向激光輻照配置。
僅借助實例說明了本實施例中的上述方法，也可采用各種其它方法。例如，可使用這樣的方法，其中只有要求高速驅動的驅動電路部分借助激光輻照晶化，而對于高速驅動的要求水平較低的象素部分等用常規晶化方法制造。同時，該實施例可與其它實施例組合實現。
在本實施例中，將參照圖15和16說明制造有源矩陣襯底的方法。方便起見，CMOS電路、驅動電路和具有象素TFT和保持能力的象素部分共同形成其上的襯底被稱為有源矩陣襯底。
首先，在本實施例中使用由諸如硼硅酸鋇玻璃和硼硅酸鋁玻璃的玻璃形成的襯底5001。襯底5001可為其表面上具有絕緣膜的石英襯底、硅襯底、金屬襯底或不銹鋼襯底。襯底5001可以是具有承受本發明的加工溫度的耐熱性的塑料襯底。
其后，借助公知的方法(諸如濺射法、LPCVD法和等離子體CVD法)在襯底5001上形成具有諸如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的絕緣膜的基底膜5002。在本實施例中，包含基底膜5002a和5002b的兩層結構用于基底膜5002。但是，也可使用為絕緣膜本身的單層膜或至少兩層層疊的結構。
其后，在基底膜5002上形成半導體層5003。首先，用公知方法(諸如濺射法、LPCVD法和等離子體CVD法)形成厚度為25-80nm的半導體層5003。半導體膜可以是非晶半導體膜、微晶半導體膜或結晶半導體膜。或者，半導體膜可以是具有諸如非晶硅鍺膜的非晶結構的化合物半導體膜(圖15A)。
圖形化半導體層5003。用各向異性刻蝕(第一刻蝕處理)形成第一半導體島5004-5006，各向異性刻蝕在含鹵素氟化物，例如ClF、ClF3、BrF、BrF3、IF、IF3等的氣氛中進行(圖15B)。
然后，通過激光晶化方法晶化第一半導體島5004-5006。在半導體層為微晶半導體層或結晶半導體層的情況下，通過進行該步島狀半導體層的結晶度得以提高。使用實施模式和實施例1-6中所述的激光輻照方法進行激光輻照。特別地，第一半導體島5004-5006根據輸入到激光輻照裝置的計算機的掩膜信息選擇性地受到激光5007的處理。當然，除了激光晶化方法，可通過組合其它公知的晶化方法(諸如采用RTA或電爐退火的熱晶化方法和使用金屬元素促進晶化的熱晶化方法)晶化半導體層。
當進行半導體層的晶化時，優選通過使用能夠連續振蕩的固態激光器施加基波的二次諧波到四次諧波以便獲得大尺寸的晶粒。典型地，優選施加NdYVO4激光器(基波為1064nm)的二次諧波(波長為532nm)或三次諧波(波長為355nm)。特別地，從連續振蕩型YVO4激光器發射的具有10W輸出的激光束由非線性光學元件轉換為諧波。同樣，可使用應用YVO4晶體和非線性光學元件成為諧振器而發射諧波的方法。隨后，更優選地，激光束通過光學系統被形成以便具有矩形形狀或橢圓形狀，由此照射待處理的物質。此時，要求能量密度近似為0.01-100MW/cm2(優選0.1-10MW/cm2)。其上形成半導體膜的襯底5001以近似10-2000cm/s相對速率相應于激光束相對運動以輻照半導體膜。
注意，可使用連續振蕩型或脈沖振蕩型氣體激光器或固態激光器。氣體激光器諸如準分子激光器、Ar激光器和Kr激光器，以及固體激光器諸如YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、翠綠寶石激光器和Ti藍寶石激光器可用作激光束。同樣，其中摻雜Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ni、Yb或Tm的諸如YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器的晶體可用作固態激光器。激光器的基波取決于摻雜的材料而不同，因此可得到基波為約1μm的激光束。借助使用非線性光學元件可得到相應于基波的諧波。
借助上述激光晶化，第一半導體島5004-5006受到激光處理并提高結晶度(圖15C)。
通過將提高晶化的第一半導體島5004-5006圖形化(第二刻蝕處理)為所需要的形狀形成第二半導體島5008-5011(圖15D)。
形成第二半導體島5008-5011后，為了控制TFT的閾值可摻雜少量的雜質元素(硼或磷)。
接著，形成覆蓋第二半導體島5008-5011的柵絕緣膜5012。使用用等離子體CVD方法或濺射方法形成的厚度為40-150nm的含硅絕緣膜形成柵絕緣膜5012。在本實施例中，在本實施例中，用等離子體CVD的方法形成厚度為110nm的氧氮化硅薄膜(組成比Si＝32％、O＝59％、N＝7％和H＝2％)。值得注意的是，柵絕緣膜不限于氧氮化硅膜，而含其它硅的絕緣薄膜也可以用作單層或疊層墊。
當使用氧化硅膜時，它可以通過混合四乙基正硅酸鹽(TEOS)和O2通過等離子體CVD的方法而得到，其可以在40Pa的反應壓力、300到400℃的襯底溫度和0.5到0.8W/cm2的高頻(13.56MHz)功率密度的條件下放電。此后在400到500℃下的熱退火可以給按這種方法形成的作為柵絕緣膜的氧化硅膜提供好的特性。
接下來，厚度為20到100nm的第一導電薄膜5013和厚度為100到400nm的第二導電薄膜5014被堆疊在柵絕緣膜5012上。在本實施例中，堆疊由30nm厚的TaN薄膜形成的第一導電薄膜5013和由370nm厚的W膜形成的第二導電薄膜5014。TaN薄膜用Ta靶在含氮的環境中進行濺射形成的。W膜用W靶進行濺射形成。或者，也可以利用六氟化鎢(WF6)通過熱CVD方法來形成。在這兩種情況下，柵電極的使用需要低的電阻。因此，W膜的電阻率理想的是20μΩcm或更少。可以通過增加晶粒的尺寸來實現W膜的低電阻。但是，當W薄膜含有大量的雜質元素例如氧時，晶化被抑制，這增加了電阻。因此，在本實施例中，W膜是通過利用高純度(99.9999％的純度)的W靶濺射的方法并考慮在薄膜成形期間的阻止雜質從氣相侵入形成的。從而，可得到9到20μΩcm的電阻率。
同時，在本實施例中，第一導電層5013是TaN而第二導電層5014是W，其并不特別限于此。二者都可以是由從Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr和Nd中選擇的一個元素或是主要包含該元素的合金材料或化合物材料形成。或者，半導體薄膜例如可以利用在其中摻雜有如磷的雜質元素的多晶硅膜。也可以利用AgPdCu合金。可以是由鉭(Ta)膜形成的第一導電膜和由W膜形成的第二導電膜的組合、由氮化鈦(TiN)膜形成的第一導電膜和由W膜形成的第二導電膜的組合、由氮化鉭(TaN)膜形成的第一導電膜和由W膜形成的第二導電膜的組合、由氮化鉭(TaN)膜形成的第一導電膜和由Al膜形成的第二導電膜的組合、或由氮化鉭(TaN)膜形成的第一導電膜和由銅(Cu)膜形成的第二導電膜的組合。
另外，本發明并不限于兩層結構。例如，可以采用其中鎢膜、鋁和硅(Al-Si)的合金膜和氮化鈦膜順序疊層的三層結構。此外，在該三層結構中，可用氮化鎢薄膜取代鎢，可用鋁和鈦(Al-Ti)的合金膜取代鋁和硅(Al-Si)的合金膜，并可以用鈦膜取代氮化鈦膜。
注意，根據導電膜的材料適當地選擇合適的蝕刻方法或蝕刻劑種類是重要的。
接下來，用光刻法形成由抗蝕劑制成的掩模5015，且在其上進行第三蝕刻處理，以形成電極和布線。在第一和第二蝕刻條件下(圖15F)執行第三蝕刻處理。在本實施例中的第一蝕刻條件是利用感應耦合等離子體(ICP)蝕刻且利用CF4和Cl2和O2作為蝕刻氣體，其氣體的量分別為25/25/10(sccm)。以1Pa的壓力給線圈狀電極提供500W RF(13.56MHz)功率以產生等離子體并進行蝕刻。給襯底側(測試樣品臺)也提供150W RF(13.56MHz)功率且基本上施加負自偏置電壓。W膜在第一蝕刻條件下蝕刻以得到錐形的第一導電層的末端。
之后，不必去除抗蝕劑制成的掩模5015，將第一蝕刻條件轉換到第二蝕刻條件。然后用CF4和Cl2作為蝕刻氣體。氣體流量的比率為30/30(sccm)。以1Pa的壓力給線圈狀電極提供500W的RF(13.56MHz)功率以產生等離子體并進行蝕刻30秒。給襯底側(測試樣本臺)提供20W的RF(13.56MHz)功率且施加基本上負自偏置電壓。在混合CF4和Cl2的第二蝕刻條件下，W膜和TaN膜都蝕刻到相同的程度。為了蝕刻不在柵絕緣膜上留下殘渣，可以將蝕刻時間增加10％到20％多。
在第三蝕刻處理中，當抗蝕劑制成的掩模的形狀合適時，第一和第二導電層的末端的形狀為錐形，這是因為加在襯底側的偏壓造成的。錐形部分的角度為15到45°。因此，通過第一蝕刻處理以第一種形式形成包括第一導電層和第二導電層的導電層5016到5020(第一導電層5016a到5020a和第二導電層5016b到5020b)。在柵絕緣膜5012中，沒有被第一形式的導電層5016到5020覆蓋的區域被蝕刻約20到50nm以形成較薄的區域。
接下來，不必去除由抗蝕劑制成的掩模5015(圖16A)而進行第四蝕刻處理。這里將CF4，Cl2和O2作為蝕刻氣體有選擇地蝕刻W膜。然后，通過第二蝕刻處理形成第二導電層5021b到5025b。另一方面，第一導電層5016a到5020a不蝕刻很多，以第二種形式形成導電層5021到5025(第一導電層5021a到5025a和第二導電層5021b到5025b)。
在沒有去除由抗蝕劑制成的掩模的情況下進行第一摻雜處理，并添加使第二半導體島為n型的低濃度雜質元素。摻雜處理可以通過離子摻雜法或離子注入法實施。在劑量為1×1013到5×1014原子/cm2和加速電壓為40到80kV的條件下執行離子摻雜法。在這一實施例中，在劑量為1.5×1013原子/cm2和加速電壓為60kV的條件下執行離子摻雜法。n型摻雜雜質元素可以是15族元素，典型的為磷(P)或砷(As)。這里使用磷(P)。在這種情況下，導電層5021到5025作為n型摻雜雜質元素的掩模。因此，以自對準的方式形成雜質區域5026到5029。密度范圍為1×1018到1×1020原子/cm3的n型摻雜雜質元素被添加到雜質區域5026到5029。
當去除由抗蝕劑制成的掩模5015時，形成新的由抗蝕劑制成的掩模5030。然后，通過利用比在第一摻雜處理中用的更高的加速電壓來執行第二摻雜處理。在劑量為1×1013到1×1015原子/cm2和加速電壓為60到120kV的條件下執行離子摻雜法。在摻雜處理中，使第二導電層5021b到5025b作為掩模阻擋雜質元素。執行摻雜處理使雜質元素可以被添加到在第一導電層的錐形部分的底部的半導體層。然后，通過利用具有比在第二摻雜處理中低的加速電壓執行第三摻雜處理以得到圖16B所示的條件。在劑量為1×1015到1×1017原子/cm2和加速電壓為50到100kV的條件下執行離子摻雜法。經過第二摻雜處理和第三摻雜處理，密度范圍為1×1018到5×1019原子/cm3的n型摻雜雜質元素被添加到與第一導電層相重疊的低密度雜質區域5031和5033中。密度范圍為1×1019到5×1021原子/cm3的n型摻雜雜質元素被添加到高密度雜質區域5034和5035中。
用適當的加速電壓，通過執行第二摻雜處理和第三摻雜處理可以形成低密度雜質區域和高密度雜質區域。
接下來，在去除由抗蝕劑制成的掩模5030后，形成了新的由抗蝕劑制成的掩模5037以便進行第四摻雜處理。通過第四摻雜處理，雜質區域5038和5039，其中添加一與一種導電類型相反的導電類型的雜質元素，半導體層中的該雜質區域是p溝道型TFT的有源層。第二導電層5021a到5025a作為掩模阻擋雜質元素，且添加給予p型的雜質元素以便以自對準的方式形成雜質區域。在本實施例中，通過離子摻雜法用乙硼烷(B2H6)形成雜質區域5038和5039(圖16C)。在第四摻雜處理過程中，形成n溝道TFT的半導體層被由抗蝕劑制成的掩模5037覆蓋。通過第一到第三摻雜處理，不同密度的磷被添加到每一個雜質區域5038和5039中。摻雜處理的實施使得兩個區域中的p型摻雜雜質元素的密度為1×1019到5×1021原子/cm3。因此，當它們作為p溝道TFT的源極區和漏極區時都不會發生問題。
分別經過以上的處理，在第二半導體島中形成雜質區。
接下來，去除由抗蝕劑制成的掩模5037并在其上形成第一層間絕緣薄膜5040。第一層間絕緣薄膜5040可以是一厚度為100到200nm的含有硅的絕緣膜，它是通過等離子體CVD方法或濺射方法形成的。在本實施例中，通過等離子體CVD方法形成厚度為150nm的氮氧化硅膜。第一層間絕緣薄膜5040并不限于氮氧化硅膜而可以是單層或疊層墊中含有硅的其它絕緣膜。
接下來，如圖16D所示，利用激光輻射方法進行激活處理。當利用激光退火方法時，可以利用晶化中使用的激光器。當執行激活處理時，移動速度與晶化速度相同，需要的能量密度約為0.01到100MW/cm2(優選0.01到10MW/cm2)。同樣，在執行晶化的情況下可以利用連續振蕩激光器，而在執行激活的情況下可以利用脈沖振蕩激光器。
同樣，可以在形成第一層間絕緣膜以前進行激活處理。
在熱處理之后(在300到550℃進行1到12小時的熱處理)，可以執行加氫處理。這一處理用包含在第一層間絕緣膜5040中的氫終止了半導體層中的懸掛鍵。或者，加氫可以是等離子體加氫(利用由等離子體激勵的氫)或者在含有3到100％氫的氣氛中在300到650℃進行1到12小時的熱處理。在這種情況下，半導體層可被加氫而與第一層間絕緣膜的存在無關。
接著，在第一層間絕緣膜5040上通過無機絕緣材料或有機絕緣材料形成第二層間絕緣薄膜5041。在本實施例中，形成厚度為1.6μm的丙烯酸樹脂膜。接著，在形成第二層間絕緣膜5041后，形成第三層間絕緣膜5042以與第二層間絕緣膜5041接觸。
形成布線5043到5047。這些布線是通過將厚度為50nm的Ti膜和厚度為500nm的合金膜(Al和Ti的合金膜)進行層疊所得到的膜圖形化而得到的。它不限于兩層結構也可以是一層結構或含三層或更多層的疊層墊。布線的材料也不限于Al和Ti。例如，布線可以通過在TaN膜上形成Al或Cu、然后通過圖形化其中形成有Ti膜的疊層膜而形成(圖16E)。
這樣，可在同一襯底上形成具有包括n溝道TFT和p溝道TFT的CMOS電路的驅動電路和具有象素TFT和存儲電容器的象素部分。于是完成有源矩陣襯底。
可以通過與其它實施例組合來完成本實施例。
下面用圖16和17解釋本實施例，由實施例7制成的有源矩陣襯底制造反射型液晶顯示裝置的過程。
首先，在得到根據實施例5的在圖16E的狀態得到有源矩陣襯底后，至少在圖16E的有源矩陣襯底上的布線(象素電極)5047上形成取向膜5055并進行摩擦處理(rubbing)(圖17)。順便提一句，在本實施例中，在形成取向膜5055之前，如丙烯酸樹脂膜的有機樹脂膜被圖形化以在理想的位置形成柱狀墊片5054以有間隙地支撐襯底。同時，代替柱狀墊片的球形墊片可以分布在襯底的整個表面上。
然后，準備反襯底5048。接著，在反襯底5048上形成彩色層(濾色器)5049、5050(雖然這里只示出兩個濾色器，實際上可使用三個濾色器；R、G、B)和平化膜5051。通過將一紅色層5049和一蘭色層5050重疊在一起形成一遮光部分。同時，遮光部分也可以通過部分重疊一紅色層和一綠色層而形成。
然后，在至少象素部分中的平化膜5051上形成透明導電膜的反電極5052。在反襯底的整個表面上形成一取向膜5053并進行摩擦處理。
然后，用密封件(未示出)將有源矩陣襯底及反襯底粘合在一起。密封件(未示出)中混合有填充料，以使填充料和柱形墊片同兩個襯底通過一平坦的空間粘合在一起。然后，液晶材料5056注在襯底之間并由密封劑(未示出)完全密封。該液晶材料5056可以是已知的液晶材料。在這種方式下，完成的是一如圖17所示的反射型液晶顯示器件。如果需要的話，有源矩陣襯底或反襯底可以分割成理想的形狀。另外，一偏振板(未示出)只粘合在反襯底上。然后，用已知的技術粘合FPC。
如上制造的液晶顯示器件包括由半導體薄膜制造的TFT，其中具有周期或均勻能量分布的激光束輻照，且形成具有大顆粒尺寸的晶粒。因此，該液晶顯示器件保證了好的操作特性和高的可靠性。該液晶顯示器件可以用作各種電子儀器中的顯示部分。
順便說一下，可以通過與其它實施例組合來完成本實施例。
〖實施例9〗本實施例中，將解釋發光器件制造方法的實例(圖18A和18)。制造方法使用用在實施例7中說明的有源矩陣襯底的制造方法制造的有源矩陣襯底。“發光器件”顯示板和顯示組件的類屬名，這樣形成顯示板使得形成在襯底上的發光元件被密封在襯底和覆蓋材料之間，顯示組件中TFT等被安裝在顯示板上。發光元件具有包括得到通過施加電場產生電致發光的有機化合物的層(發光層)、陽極層和陰極層。有機化合物中的電致發光包括兩種類型，一種是當從單受激態返回到標準態時產生的發光(熒光)；和當從三重受激狀態返回到標準態產生的發光(磷光)。本發明的有機化合物包括這兩種類型的任何一種或兩種都包括。
在本說明書中，形成在發光元件中的陽極和陰極間的所有層被定義為EL層。特別地，EL層包括有一發光層、一空穴注入層、一電子注入層、一空穴輸運層、一電子輸運層。基本上，發光元件的結構是按如下順序重疊的一陽極層、一發光層、一陰極層。但除了該結構，發光層可具有其中例如一陽極層、一空穴注入層、一光發射層和一陰極層以此順序重疊的結構，或是例如一陽極層、一空穴注入層、一發光層、一電子輸運層和一陰極層以此順序重疊的結構。
在形成直到按照實施例7的第三層間絕緣膜5102的層之后，由透明導電膜形成用作發光元件陽極的象素電極。為了形成透明導電膜，可使用氧化銦和氧化錫的化合物、氧化銦和氧化鋅的化合物、氧化鋅、氧化錫和氧化銦中的任何一種。或者可使用含有鎵的透明導電膜。
在發光元件的情況下，第三層間絕緣膜5102對于防止含在第二層間絕緣膜5101中的水分侵入有機發光層是有效的。當第二層間絕緣膜5101含有有機樹脂材料時，由于有機樹脂材料含有很多水分，提供第三層間絕緣膜5102非常有效。此外，在本實施例中，使用由樹脂形成的第二層間絕緣膜5101拉平TFT形成的臺階部分非常重要。由于在后面步驟中形成的發光層非常薄，因為存在臺階可在光發射中出現缺陷。為此，在形成象素電極之前如所希望地拉平臺階部分，使得發光層可形成在盡可能拉平的表面上。
用按照實施例5的制造方法形成包含在驅動電路中的n溝道TFT和p溝道TFT。在本實施例中，雖然TFT具有單柵結構，TFT可具有雙柵結構或三柵結構。
隨后，以這種方式形成由漫射材料如黑色染料、碳或黑色色素形成的樹脂膜以便覆蓋第三層間絕緣膜5102，在將形成發光元件的部分中形成開口并于是形成屏蔽膜(未示出)。作為樹脂，代表性的實例包括，例如聚酰亞胺、聚酰胺、丙烯酸樹脂、苯并環丁烯(BCB)；但材料不限于此。除有機樹脂外的其它材料可用作屏蔽膜的材料，其實例是通過將黑色染料、碳或黑色色素與硅、氧化硅、氧氮化硅等混合制成的材料。屏蔽膜對于防止布線5140-5110反射的外部光線由觀看者的眼睛可見是有效的。在上述處理后，打開到達雜質區域的接觸孔，并形成布線5104-5110(圖18A)。
隨后，由樹脂材料形成堤壩5111。形成堤壩5111使得厚度為1-2μm的丙烯酸膜或聚酰亞胺膜被圖形化以允許象素電極5103被部分露出。
EL層5112形成在象素電極5103上。雖然圖18B只示出了一個象素，在本實施例中對應于顏色R(紅)、G(綠)和B(藍)分開形成EL層。此外，在本實施例中，基于低分子的有機發光材料由蒸發方法形成。特別地，材料形成為多層結構，以便提供20nm厚的銅酞菁(CuPc)膜作為空穴注入層，其上形成70nm厚的三-8-羥基喹林鋁絡合物(tris-8-hydroxyquinolinolato aluminu complex)(Alq3)膜作為發光層。發光顏色可以通過向Alq3添加熒光顏料如喹吖酮、二萘嵌苯或DCM1來控制。
但是，以上的例子是可用作發光膜的有機發光材料的簡單例子，但本發明不必限于此。通過自由組合發光層、電荷輸運膜(或電荷注入層)可形成發光層(用于光發射和載流子運動的層)。例如，盡管本實施例已參照低分子基的有機發光材料用于發光材料的實例進行說明，但也可以使用或中等分子基的有機發光材料或者高分子基的有機發光材料。在這種情況下，中等分子基的有機發光材料指沒有升化性能且20或更少的分子或鏈狀分子長度為10μm或更少的有機化合物。作為利用高分子基的有機發光材料的例子，可通過旋涂方法提供厚度為20nm的聚噻吩(PEDOT)膜作為空穴注入層，其上提供約100nm的聚亞苯基亞乙烯基(PPV)膜作為發光膜。同時當使用π共軛基高分子時，對于從紅到藍的顏色范圍的光發射波長成為可選擇的。此外，例如，可以利用無機材料例如碳化硅作為例如電荷輸運層或電荷注入層的材料。對于這些有機光發射材料和無機光發射材料，可使用已知的材料。
接著，在EL層5112上提供象素電極5113作為陰極。在本實施例中，鋁-鋰合金層用作導電膜。自然，可使用已知的MgAg膜(鎂-銀合金層)。對于陰極的材料，可使用或者由屬于元素周期表中1或2族的元素形成的導電膜或使用添加這些金屬的導電膜。
在形成直到象素電極5113的層時完成了發光元件。在這種情況下，發光元件指由象素電極5103(陽極)、EL層5112和陰極5113形成的元件。
此外，可以這種方式形成保護膜5114，以便完全覆蓋發光元件。保護膜5114由包括碳層、氮化硅膜或氧氮化硅的絕緣膜形成，其中絕緣膜以或者單層或者組合的多層的形式使用。
在這種情況下，具有良好覆蓋的膜優選用于保護膜5114；具體地，使用碳膜，特別是DLC(類金剛石碳)膜是有效的。由于DLC膜可在從室溫到100℃或更低的溫度范圍內形成，該膜可容易地形成在具有低耐熱性的發光層5112的上部。此外，由于DLC膜具有抵抗氧的高阻擋效應，可以抑制發光層5112的氧化。這使得在進行隨后的密封步驟中避免出現發光層5112可能的氧化。
如上所述，按照本實施例，所有的發光層5112都由無機絕緣膜覆蓋，該無機絕緣膜具有高阻擋性能并且由例如碳、氮化硅、氧氮化硅、氮化鋁或氧氮化鋁形成。因此，可更有效地防止發光層免于由于水分、氧等進入而導致的惡化。
此外，當用硅靶濺射方法形成的氮化硅用于第三層間絕緣膜5102和保護膜5114時，可更有效地防止雜質進入發光層。雖然可適當地選擇膜形成條件，濺射優選使用氮(N2)或氮-氬混合氣體并施加高頻功率。在這種情況下，襯底溫度可保持在室溫，不需要使用加熱裝置。當已形成有機絕緣膜、有機化合物層等時，在不加熱襯底的條件下進行膜形成是所希望的。但是，為了完全去除所吸收的或吸留的水分，優選在真空條件下在50-100℃的溫度加熱物體幾分鐘到幾小時來進行脫氫處理。
已知當按照這種方式的濺射方法形成氮化硅膜時，其中在室溫下以硅為靶，施加13.56MHz的高頻功率，并且僅使用氮氣，氮化硅膜的特征如下所述。即在其紅外吸收譜中，沒有觀察到N-H連接和Si-H連接的吸收峰，也沒有觀察到Si-O連接的吸收峰。此外，該膜中的氧濃度和氫濃度不高于1原子％。同樣由上可知，諸如氧和水分的雜質的進入可更為有效的被防止。
這樣，具有如圖18B所示結構的發光器件得以完成。注意，直到在形成堤壩5111之后形成保護膜5114的步驟不暴露于大氣，而是連續地處理是有效的。
在本實施例中，雖然屏蔽膜形成在第三層間絕緣膜5102和堤壩5111之間，本發明不限于此。屏蔽膜基本上提供在這樣的位置，使得在布線5104-5110中反射的外部光免于對觀看者可見。例如，如在本實施例中，在從發光元件發射的光指向襯底的配置中，屏蔽膜可提供在第一層間絕緣膜和第二層間絕緣膜5101之間。同樣在該情況下，屏蔽膜包括開口使來自發光元件的光通過。
此外，如實施例7所述，提供經絕緣膜于柵電極重疊的雜質區，能夠形成具有高抵抗性防止由于熱載流子效應出現惡化的n溝道TFT。因此，可以完成具有高可靠性的發光器件。
在本實施例中，僅說明了象素部分和驅動電路的配置。但按照本實施例的制造步驟，可以在同一絕緣材料上形成其它邏輯電路，諸如信號驅動電路、D/A轉換器、運算放大器和γ補償電路。此外，也可形成存儲器、微處理器等。
如上所述制造的發光器件可以是輻照器能量分布是周期的且均勻的激光，它包括用其中形成大尺寸晶粒并且顯示足夠的性能特征和可靠性的半導體層制造的TFT。上述類型的照明設備可用作各種電子裝置的顯示部分。
按照本實施例，從發光元件發射的光指向TFT。但是，光可指向與TFT相對的側。在這種情況下，混合有黑色染料、碳或黑色色素的樹脂可用于堤壩5111。在這種情況下，具有高反射率的材料可用于象素電極5103，而透明導電膜用于象素電極5113。
本實施例可與實施例1-6中任何一個組合實現。
根據本發明，使用由一個第一半導體島形成的一個或多個半導體島作為有源層的TFT，可形成為比普通情況具有更高的性能均一性。因此，可以通過使用TFT將需要元件間一致性的電路，諸如電流鏡電路、微分放大器電路或運算放大器電路形成在襯底上。因此，通常使用IC等外部安裝的電路可同步底形成在包括象素部分的襯底上。這對降低制造成本、器件重量和器件大小有貢獻。
權利要求
1.一種半導體器件的制造方法，包括在襯底上形成非晶半導體層；將非晶半導體層圖形化為所需要的形狀，以形成第一半導體島和標記；將會聚為橢圓或矩形形狀的激光輻照到包括第一半導體島的區域，同時相對于襯底進行掃描以晶化第一半導體島；將已晶化的第一半導體島圖形化為所需要的形狀，并形成第二半導體島；以及使用第二半導體島作為有源層形成薄膜晶體管，并使用薄膜晶體管配置電路，其中，包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層，該單元電路包括在半導體器件中，由已晶化的第一半導體島中的任何一個形成。
2.根據權利要求1的方法，布置所有的薄膜晶體管，使得其溝道形成區中的電荷運動方向始終如一地近似平行排列。
3.根據權利要求1的方法，其中單元電路是電流源、電流鏡電路、微分放大器電路和運算放大器電路中任何之一。
4.根據權利要求1的方法，其中激光是從連續波固體激光器、氣體激光器和金屬激光器的任何之一中振蕩的。
5.根據權利要求1的方法，其中激光是從選自由連續波YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、翠綠寶石激光器和Ti藍寶石激光器組成的組中的一個激光器中振蕩的。
6.根據權利要求1的方法，其中激光是從選自由連續波準分子激光器、Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器組成的組中的一個激光器中振蕩的。
7.根據權利要求1的方法，其中激光是從選自由連續波氦-鎘激光器，銅蒸氣激光器和金蒸氣激光器組成的組中的一個激光器中振蕩的。
8.一種半導體器件的制造方法，包括，在襯底上形成非晶半導體層；在非晶半導體層上形成含金屬的層，并通過熱處理得到第一結晶半導體層；將第一結晶半導體層圖形化為所需要的形狀以形成第一半導體島和標記；將會聚為橢圓或矩形形狀的激光輻照到包括第一半導體島的區域，同時相對于襯底進行掃描以獲得由第二結晶半導體層組成的第一半導體島；將由第二結晶半導體層組成的第一半導體島圖形化為所需要的形狀，以形成第二半導體島；以及使用第二半導體島作為有源層形成薄膜晶體管，并使用薄膜晶體管配置電路，其中，用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，該單元電路包括在半導體器件中，用由第二結晶半導體層組成的第一半導體島中的任何一個形成。
9.根據權利要求8的方法，布置所有的薄膜晶體管，使得其溝道形成區中的電荷運動方向始終如一地近似平行排列。
10.根據權利要求8的方法，其中單元電路是電流源、電流鏡電路、微分放大器電路和運算放大器電路中任何之一。
11.根據權利要求8的方法，其中激光是從連續波固體激光器、氣體激光器和金屬激光器中的任何之一中振蕩的。
12.根據權利要求8的方法，其中激光是從選自由連續波YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、翠綠寶石激光器和Ti藍寶石激光器組成的組中的一個激光器中振蕩的。
13.根據權利要求8的方法，其中激光是從選自由連續波準分子激光器、Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器組成的組中的一個激光器中振蕩的。
14.根據權利要求8的方法，其中激光是從選自由連續波氦-鎘激光器，銅蒸氣激光器和金蒸氣激光器組成的組中的一個激光器中振蕩的。
15.一種半導體器件，其中在襯底上形成非晶半導體層；非晶半導體層被圖形化為所需要的形狀，以形成第一半導體島和標記；會聚為橢圓或矩形形狀的激光被輻照到包括第一半導體島的區域，同時相對于襯底進行掃描，以晶化第一半導體島；已晶化的第一半導體島被圖形化為所需要的形狀，并形成第二半導體島；使用第二半導體島作為有源層形成薄膜晶體管，以使用薄膜晶體管配置電路；以及用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，該單元電路包括在半導體器件中，由已晶化的第一半導體島中的任何一個形成。
16.根據權利要求15的器件，其中單元電路是電流源、電流鏡電路、微分放大器電路和運算放大器電路中任何之一。
17.一種半導體器件，其中在襯底上形成非晶半導體層；在非晶半導體層上形成含金屬的層，以通過熱處理得到第一結晶半導體層；第一結晶半導體層被圖形化為所需要的形狀以形成第一半導體島和標記；會聚為橢圓形或矩形形狀的激光被輻照到包括第一半導體島的區域上，同時相對于襯底進行掃描以獲得由第二結晶半導體層組成的第一半導體島；由第二結晶半導體層組成的第一半導體島被圖形化為所需要的形狀以形成第二半導體島；使用第二半導體島作為有源層形成薄膜晶體管，以使用薄膜晶體管配置電路；以及用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，該單元電路包括在半導體器件中，用由第二結晶半導體層組成的第一半導體島中的任何一個形成。
18.根據權利要求17的器件，其中單元電路是電流源、電流鏡電路、微分放大器電路和運算放大器電路中任何之一。
19.一種半導體器件，具有用多個薄膜晶體管配置的電路，包括一個或多個單元電路，其中，用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島通過將一個第一半導體島圖形化為所需要的形狀同步地形成。
20.根據權利要求19的器件，其中單元電路是電流源、電流鏡電路、微分放大器電路和運算放大器電路中任何之一。
21.一種半導體器件，具有用多個薄膜晶體管配置的電路，包括一個或多個單元電路，其中，用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，通過將一個第一半導體島圖形化為所需要的形狀同步地形成，以及其中，布置包括在單元電路中的所有薄膜晶體管，使得其溝道形成區中的電荷運動方向始終如一地近似平行地排列。
22.根據權利要求21的器件，其中單元電路是電流源、電流鏡電路、微分放大器電路和運算放大器電路中任何之一。
23.一種半導體器件，具有用多個薄膜晶體管配置的電路，包括一個或多個單元電路，其中，用作包括在單元電路中的所有薄膜晶體管的有源層的第二半導體島，通過將一個第一半導體島圖形化為所需要的形狀同步地形成，以及其中，布置包括在單元電路中的所有薄膜晶體管，使得其溝道形成區中的電荷運動方向與輻照晶化第一半導體島的激光掃描方向始終如一地近似平行地排列。
24.根據權利要求23的器件，其中單元電路是電流源、電流鏡電路、微分放大器電路和運算放大器電路中的任何之一。
全文摘要
提供一種使用薄膜晶體管有效地配置要求高的器件間一致性的電路的方法。半導體層被形成在襯底上并被圖形化為所需要的形狀以形成第一半導體島。通過在其表面區域內輻照激光均勻地晶化第一半導體島。此后，該半導體層被圖形化為所需要的形狀以成為薄膜晶體管層的有源層。在這種情況下，構成一個單元電路的所有薄膜晶體管的有源層由第一半導體島之一形成。于是，各TFT相互實現高一致性。
文檔編號H01L29/786GK1427451SQ0215695
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月20日 優先權日2001年12月21日
發明者小久保千穗, 志賀愛子, 棚田好文, 山崎舜平 申請人:株式會社半導體能源研究所