专利名称：激光退火方法以及半导体器件制造方法
背景技术：
发明领域本发明涉及一种通过采用激光束给半导体膜退火的方法(以下称作激光退火)。本发明还涉及一种包括激光退火方法作为一个步骤的半导体器件制造方法。顺便说一句，此处采用的术语“半导体器件”通常表示能够通过采用半导体特性进行工作的器件，既包括电光学器件例如液晶显示器和发光器件，又包括以电光学器件作为组成部分的电子设备。
背景技术：
近些年，对于将激光退火应用到形成在绝缘衬底上例如玻璃衬底以晶化半导体膜或提高其可结晶性的技术已经进行了广泛的研究。硅广泛的用于这种半导体膜。在本说明书中，由激光束使半导体膜晶化以获得结晶半导体膜的方法被称作激光结晶化。
和现在已经广泛采用的合成石英玻璃衬底相比，玻璃衬底具有价格便宜、富于成形性、适合于大面积衬底制造的优点。这就是为什么现已进行广泛研究的原因。激光优选用于结晶化的原因在于玻璃衬底的熔点低。在衬底温度没有很大程度增加的条件下激光可以向半导体膜提供高能量。另外，与采用电加热炉的加热方法相比，激光在生产量方面明显高。
结晶化半导体由多晶粒制成，也称作多晶半导体膜。由于通过应用激光退火形成的多晶半导体具有高的迁移率，结晶化硅膜用于形成薄膜晶体管(TFTs)。薄膜晶体管广泛用于单片型液晶电光学器件中，在此单片型液晶电光学器件中，将用于象素驱动的TFTs和用于驱动电路的TFTs制造在一个玻璃衬底上。
已经优选采用了通过光学系统以照射平面将高功率脉冲激光束例如准分子激光束形成为几平方厘米的光点或10厘米或更长的线性形状、并扫描激光束(或相对于照射平面相应地移动用激光束照射的位置)而实现激光退火的方法，这是因为此方法生产率高、适于工业生产。
尤其当采用线性激光束时，由于通过仅在垂直于线性激光束纵向的方向上扫描可以用线性激光束照射整个照射平面，而不像采用光点状激光束的情况需要以前、后、左、右的方向扫描，因此可以实现高生产率。线性激光束以纵向扫描的原因在于纵向方向是最有效的扫描方向。由于这种高的生产率，在激光退火的方法中，由适当的光学系统形成的脉冲振荡准分子激光束的线性激光束的采用目前正成为用于以采用TFTs的液晶器件为代表的半导体器件的最主要的制造技术之一。
虽然有各种类型的激光器，但通常习惯于采用脉冲振荡型准分子激光器作为其光源的激光束(以下称作准分子激光束)进行激光结晶化。准分子激光器具有高功率，从而具有能够重复地以高频照射的优点，并且进一步具备对于硅膜显示高吸收系数的优点。
为了形成准分子激光束，将KrF(波长248nm)和XeCl(波长308nm)用作激发气体。但是，象Kr(氪)和Xe(氙)这样的气体非常昂贵，并且面临着作为气体替换的频率更高的问题，导致了在制造成本方面大幅度的提高。
附加装置如用于实现激光振荡的激光管和用于除去在振荡工艺中生成的不需要的化合物的气体净化器需要每两三年更换一次。许多这些附加装置是昂贵的，导致了提高制造成本的同样问题。
如上所述，采用准分子激光束的激光照射装置确实具有高的性能，但是需要非常复杂的维护，而且还存在缺点如果激光照射装置用作生产目的的激光照射装置，其运行成本(表示在工作期间出现的成本)非常高。
有一种采用固态激光器(通过作为谐振腔形成的晶体杆的方式输出激光束的激光器)的方法，与准分子激光器相比，可以实现运行成本低的激光照射装置和采用这种激光照射装置的激光退火方法。
通过采用典型的固体激光器之一的YAG激光器照射半导体膜。通过非线性光学元件将从YAG激光器的输出调节成第二谐波，所得的激光束(波长532nm)形成为在照射平面成为线性形状的线性激光束。半导体膜是厚度为55nm的无定形硅膜，通过等离子CVD方法将此硅膜形成在由Corning Incorporated研制的#1737玻璃衬底上。但是，通过在无定形硅膜上进行激光退火而获得的结晶化硅膜上形成如图2中所示的同心圆图形。此图形表示结晶化硅膜在平面中的性能是不均匀的。因此，如果TFT由上面形成了同心圆图形的结晶化硅膜制造，就会严重影响TFT的电特性。顺便说一下，在本说明中，如图2中所示的图形叫做同心圆图形。
发明概述本发明一般地提供一种采用与原有技术相比运行成本低的激光照射装置的激光退火方法，特别地提供一种不形成或能够减少同心圆图形的激光退火方法，以及包括此激光退火方法作为一个步骤的半导体器件制造方法。
首先，考虑到形成如图2所示的同心圆图形的原因。照射到无定形硅膜上的激光束是在照射平面上形成线性形状的线性激光束。出于此原因，即使在用激光束照射后获得的结晶化硅膜上形成任何图形，只要半导体膜、衬底和衬底台是完全平的，图形就会成为与线性激光束平行或垂直的图形。但是，由于图2中观测到的图形具有同心圆形状，应考虑到图形不是由于线性激光束。换句话说，可以肯定同心圆图形出现的原因与半导体膜、衬底和衬底台的任何一个或多个的变形有关。
图2中所观察到的同心圆图形与牛顿环相似。牛顿环是当光从相互干涉的多个反射表面反射光时形成的条纹图形。从这个事实可以推断出同心圆图形是相似地由于从多个反射表面反射的光的干涉。进行用于识别多个反射表面的试验。
图3A和3B分别显示了无定形硅膜(55nm厚)的反射率和透射率与波长的关系。通过等离子CVD方法在1737衬底上形成无定形硅膜。从图3A和图3B可以看出相对于YAG激光器的第二谐波(532nm的波长)，反射率和透射率分别为26％和38％。换句话说，可以考虑到由于无定形硅膜的反射率和透射率高，在从无定形硅膜的表面反射的光束和当通过无定形硅膜传播的激光束以特定表面反射时产生的反射光束之间发生干涉。
可以反射通过无定形硅膜传播的YAG激光器的第二谐波的表面(反射表面)的数量可以考虑为是下述三个(A)衬底台，
(B)衬底的背面，以及(C)在无定形硅膜和衬底之间的界面。
为了确定这些反射表面的哪一个是同心圆图形的原因，进行消除每个反射光束影响的第一和第二次试验，并从第一和第二次试验的结果获得理论性的结论。在第一和第二次试验的每次中，均采用形成在5平方英寸、0.7mm厚的1737玻璃衬底上的55nm厚的无定形硅膜作为半导体膜。顺便指出，在本说明书中，将衬底表面限定为膜淀积其上的表面，而将衬底的背面限定为与膜淀积其上的表面相反的表面。
首先，进行消除从衬底台41反射的光束的影响的试验作为第一次试验。以下参考图4描述第一次试验。如图4中所示，将硅晶片43倾斜的放置在衬底台41和其上淀积了半导体膜11的衬底10之间，这样防止了从衬底台41反射的光束与从半导体膜11的表面反射的光束45的干涉，在此状态下，进行激光退火。附图标记44是入射光束，附图标记46是从硅晶片43的表面反射的光束。另外，为了在取决于衬底台41和衬底10不相互接触的事实的现象和取决于将硅晶片43倾斜地放置在衬底台41和衬底10之间的事实的现象之间进行区别，省略硅晶片43进行相似的试验。
图5A和5B是显示第一次试验的结果的一个实施例。图5A显示了不同的结晶化硅膜，其中之一是当用离衬底台414厘米的、被倾斜放置的硅晶片43进行激光退火时获得的，另一个是当没有放置硅晶片43而进行激光退火时获得的。图5B是图A的示意图。从图5A和5B可以看出，无论硅晶片43有还是没有都会出现同心圆图形。从这个事实可以看出同心圆图形不依赖于从衬底台41反射的光束。
然后，进行消除从衬底10背面反射的光束影响的试验作为第二试验。以下参考图6描述第二试验。如图6中所示，相对于入射光束64衬底10倾斜，这样从衬底台41的背面的反射光束66和从半导体膜11表面的反射光束65彼此不干涉，在此状态进行激光退火。顺便指出，支撑体42放置在衬底台41上，衬底10靠着支撑体42设置的状态下倾斜。入射光束64的角度通过改变支撑体42的高度而改变。
图7A和7B是显示第二次试验结果的图。图7A显示了当支撑体高度设置为5mm、10mm和15mm而进行激光退火时所分别获得的不同的结晶化硅膜，图7B是图7A的示意图。从图7A和图7B可以看出，当衬底10的一侧靠在5mm高的支撑体上设置时可以观察到同心圆图形，而当衬底10的一侧靠在10mm高的支撑体设置时同心圆图形消失。换句话说，可以看出如果入射光以一个角度倾斜，当倾斜角大于或等于特定角度时，同心圆图形消失。
以下将参考图8考虑在从半导体膜表面反射的光束和从半导体膜和衬底的界面处反射的光束之间的干涉。假定无定形硅膜是具有折射率n的光滑平行板。在无定形硅膜上以角度θ1入射的激光束84被折射并在光滑平行板中以角度θ2传输。在此假定无定形硅膜和衬底各自的折射率对于YAG激光器的第二谐波(532nm的波长)是4和1.5。由于在两个折射率之间的差别，在无定形硅膜的表面上没有发生相偏差，但是在无定形硅膜和衬底之间的界面上发生了π的相对相偏差。考虑到此事实，发现了如下对于发射光束A85和反射光束B86的最低条件2nd×cosθ2＝mλ，(m是整数)。(1)在表达式(1)中，λ表示入射光的波长，n表示以波长λ无定形硅膜的折射率，d表示无定形硅膜的厚度。将下述具体代入表达式(1)中n＝4，d＝55[nm]，以及λ＝532[nm]。
代入这些值，取得下述表达cosθ2＝m×532/(2×4×55)＝m×532/440 (2)从表达式(2)中可以看出由于m仅可以取0，θ2仅可以取使得反射光束A85和反射光束B86之间的干涉最小化的一个值。从在m能够取多个值的情况下出现干涉条纹的事实可以看出没有可能由交替地暗亮条纹制成的条纹图形是由在无定形硅膜和衬底之间的界面处反射的光束形成的。
从上述试验结果和理论表达式，可以确定同心圆的形成原因是在从无定形硅膜反射的光束和从衬底背面发射的光束之间的干涉。可以认为形成同心圆图形的原因在于衬底不是仅在一个方向上翘曲，而是在两个不同的方向上。如果衬底仅在一个方向上变形象柱面透镜，同心圆图形将不会出现，将形成平行的条纹图形。
图10A和10B是显示在以640℃的温度热处理5小时之后测量1737玻璃衬底的变形时得到结果的示图。在图10A中，水平轴向表示x方向，而图10B中水平轴向表示y方向，图10A和10B每个的垂直轴向表示变形。有各自水平轴表示的x方向和垂直轴向表示变形。为了方便起鉴，确定有各自水平轴表示的x方向和y方向，以便于如图9所示，将称作“取向平面”的缺口位于衬底的右顶端来放置衬底。从图10A和10B，明显看出衬底在x和y的两个方向上都翘曲。目前，这种变形可能对激光退火有影响，但在制造半导体器件例如TFTs的其它任何步骤中变形的程度不是问题。
基于在第二次试验中当用倾斜的衬底进行激光退火时没有出现同心圆图形的事实，本发明提供以角度将激光束照射在衬底上的技术。根据本发明，能够去除或减少由于激光束的干涉导致的各个半导体膜的不均匀性。通过采用这种结晶化半导体膜制造的TFT，可以获得具有好的电特性的TFT。
所希望的是将用于本发明的激光束以由光学系统线性形成的状态进行照射。顺便指出，线性形成的激光束意思是形成激光束以使其在照射平面上成为线性形状。另外，此处采用的术语“线性”并不意味着严格意义上的“线”，也表示具有大的长宽比的矩形(或椭圆)。例如，术语“线性”表示具有10或更大长宽比的形状(优选地，100-10000)。
固态激光器可以采用一般的现有类型的激光器，例如YAG激光器(通常地，NdYAG激光器)、NDYLF激光器、NdYVO4激光器、NdYAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉激光器或Ti蓝宝石激光器。尤其是，在相干性和脉冲能量方面优异的YVO4和YAG激光器是优选的。
但是，激光器必须是能够传播过半导体膜的波长，这是由于从衬底背面反射的光束与以半导体膜的表面反射的光束干涉。图3B示出55nm厚的无定形硅膜的透射率与波长之间的关系。从图3B中可以看出，激光束必须具有350nm或更长的波长(优选的，400nm或更长)，这样它可以传播过55nm厚的无定形硅膜。但是在本发明中，对半导体膜的材料没有特别的限制，不仅硅膜而且由硅锗(SiGe)合金等制成的具有无定形结构的化合物半导体膜也可以用于本发明。因为根据各个半导体膜的种类、厚度等、能够传播过半导体膜的波长不同，所以波长可以由操作者适当地决定。
例如，如果要采用YAG激光器，由于YAG激光器的基本波长具有1064nm的长波长，优选采用第二谐波(532nm的波长)。通过包括非线性元件的波长调节器，第一谐波可以调节成第二谐波、第三谐波或第四谐波。每种谐波的形成可以遵照现有技术。顺便指出，在此假定“采用固态激光器的激光束作为其光源”不仅包含第一谐波，而且包括在光路上半路调节波长的其它谐波。
另外，还可以采用广泛用于YAG激光器的Q-转换方法(Q-调节转换方法)。Q-转换方法是通过以完全低的值保持激光谐振器的Q、然后突然将Q提高到高值的方式输出具有非常高的能量水平和陡前沿脉冲的方法。Q-转换方法是现有技术。
通过基本地采用固态晶体、谐振镜和用于激发固态晶体的光源，用在本发明中的任何固态激光器能够输出激光束，因此与准分子激光器不同，固态激光器不需要特别复杂的维护。换句话说，与准分子激光器相比，固态激光器的运行成本非常低，可以大大地减少半导体器件的制造成本。另外，由于维护周期次数的减少，提高了生产线的运行效率，因此提高了制造过程的全部生产量，由此非常有利于半导体器件制造成本的降低。另外，由于和准分子激光器相比，由固态激光器占用的面积小，因此固态激光器有利于生产线的设计。
附图的简要说明当结合附图时，从本发明的优选实施例的以下详细描述，本发明将变得更容易评价和理解，其中图1是显示一个激光照射装置结构的实施例的图示；图2是显示同心圆图形的一个例子的图示；图3A是显示无定形硅膜(55nm厚)的反射率与波长关系的图示；图3B是显示无定形硅膜(55nm厚)的透射率与波长关系的图示；图4是显示其中在消除了衬底台影响而进行激光退火的方式的图示；图5A和5B是显示在消除了衬底台影响而进行激光退火的结果的一个例子；图6是显示其中在消除了衬底台背面的影响而进行激光退火的方式的图示；
图7A和7B是显示在消除了衬底台背面影响而进行激光退火的结果的一个例子；图8是辅助于对在从半导体膜的表面反射的光束和在半导体膜和衬底的界面反射的光束之间的干涉的考虑的示图；图9是衬底x和y方向的说明性示图；图10A是表示相对于衬底的x方向变形的例子；图10B是表示相对于衬底的y方向变形的例子；图11是表示根据本发明的激光退火方法的一个例子；图12是表示根据本发明的激光退火方法的另一个例子；图13A至13C是显示制造象素TFTs和用于驱动电路的TFTs方法的横截面图；图14A至14C是显示制造象素TFTs和用于驱动电路的TFTs方法的横截面图；图15A至15C是显示制造象素TFTs和用于驱动电路的TFTs方法的横截面图；图16是显示制造象素TFTs和用于驱动电路的TFTs方法的横截面图；图17是显示象素TFT结构的顶部平面图；图18是显示制造有源矩阵衬底型液晶显示器的方法的横截面图；图19是发光器件的驱动电路和象素部分的横截面结构示图；图20A是发光器件的顶平面图；图20B是发光器件的驱动电路和象素部分的横截面结构示图；图21A至21F是显示根据本发明不同例子的半导体器件的示图；图22A至22D是显示半导体器件不同例子的示图；图23A至23C是显示半导体器件不同例子的示图。
发明的详细描述连同将在以下描述的本发明优选实施例，下面参照图1描述激光束的入射角。
使具有光束宽度W1的激光束入射在半导体膜上(将被照射的目标)。假定此时的入射角是θ。通常，半导体膜淀积到25-80nm厚，由于半导体膜和玻璃衬底的厚度D(0.7mm)相比非常薄，由于半导体膜引起的激光束光路的偏离可以被忽略。因此，传播过半导体膜的激光束以接近直线向衬底的背面传播，并在衬底的背面反射。由衬底背面反射的激光束(反射光束)达到半导体膜并从衬底出去。在此期间，如果入射光束和反射光束在半导体膜上根本不相互移动，在半导体膜中不会发生光束的干涉。换句话说，不会形成同心圆图形。
从图1中同心圆图形不会出现的条件表示如下D×tanθ≥w/2， (3)∴≥arctan(w/(2×D))(3)’此处w＝(w1+w2)/2。但是，第二次试验的结果表明，即使入射光束和反射光束不完全的彼此分开，也可以减少同心圆图形。因此，假定D＝0.7[mm]，tanθ＝5/126，w1＝w2＝w＝0.4[mm]，同心圆图形能够减少的条件计算如下0.7×5/126≥0.4/x，(x是整数)∴x≤14.4。
但是，x是分母并仅能取整数，因此x≤14。
因此，不会出现同心圆图形的条件由试验取得，为D×tanθ≥w/14， (4)∴θ≥arctan(w/(14×D))(4)’如果半导体膜用以满足此条件的角度θ入射的激光束退火，则可以减少迄今为止已经形成在半导体膜上的同心圆图形，由此可以形成好的结晶化半导体膜。通过采用这种结晶化半导体膜制造的TFT具有好的电特性。顺便指出，在本说明书中，角度θ表示从垂直于衬底的方向的偏离。
(实施例1)以下将参考图11和13A描述本发明的实施例1。
首先，作为衬底300，制备具有透明度的衬底，此衬底由玻璃制成，例如由Corning Incorporated的#7059玻璃或#1737玻璃为代表的硼硅酸钡玻璃或硼硅酸铝玻璃。顺便指出，作为衬底300，也可以采用石英衬底或硅衬底。另外，也可以采用对用于实施例1的处理温度具有耐热性的塑料衬底。在实施例1中，准备玻璃衬底，此玻璃衬底由Corning Incorporated的#1737玻璃制成，为126mm2、0.7mm厚。
然后，将由绝缘膜例如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅制成的基膜301形成在衬底300上。在实施例1中，基膜301可以采用两层结构，但也可以采用由任何一层绝缘膜制成的单层结构，或者两层或更多绝缘膜层叠的结构。作为基膜301的第一层，采用SiH4、NH3和N2O作为反应气体、将通过等离子CVD方法淀积的氮氧化硅膜301a形成为10-200nm的厚度(优选为50-100nm)。在实施例1中，形成50nm厚的氮氧化硅膜301a(组成比Si＝32％、O＝27％、N＝24％和H＝17％)。接着，作为基膜301的第二层，采用SiH4和N2O作为反应气体、通过等离子CVD方法形成将叠加在第一层上的50-200nm厚(优选为100-150nm)的氮氧化硅膜。在实施例1中，形成100nm厚的氮氧化硅膜401b(组成比Si＝32％、O＝59％、N＝7％和H＝2％)。
然后，在衬底300上形成半导体膜302。作为半导体膜302，通过现有方法(溅射法、LPCVD法或等离子CVD法)形成具有无定形结构的、25-80nm(优选为30-60nm)的半导体膜。虽然半导体膜的材料没有特别的限定，但优选形成由硅、硅锗(SiGe)合金或相似物的半导体膜。在实施例1中，通过等离子CVD法淀积55nm厚的无定形硅膜。
顺便指出，在实施例1中，在衬底上形成基础绝缘膜例如氮化硅膜或氮氧化硅膜之后，形成半导体膜。在基础绝缘膜已经形成在衬底上之后形成半导体膜的情况下，将通过它反射激光束的表面数量减少。但是，由于衬底和基础绝缘膜各自的折射率彼此非常相近，因此可以忽略在基础绝缘膜和衬底之间的界面上折射率的偏差。
然后，进行半导体膜的结晶。将采用激光退火结晶的方法应用到半导体膜的结晶。作为使半导体膜结晶的方法，有热结晶法和采用催化剂例如镍的热结晶法，加上采用激光退火方法的结晶。另外，可以结合这些结晶方法和激光退火方法的任何一种。本发明应用激光结晶并具体化。
在采用激光退火方法的结晶中，希望包含在无定形半导体膜中的氢提前放电。具体而言，优选通过将无定形半导体膜以400-500℃暴露在氮气气氛中大约一个小时，将氢含量降低到5atom％或更少。在此方式中，明显改进了膜的抗激光性。
以下将参考图11描述用于激光束的光学系统。作为激光振动器201，希望采用高功率、持续或脉冲振荡的固态激光器(YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉激光器、Ti蓝宝石激光器等)。当然，只要具有高功率，也可以采用气体激光器、玻璃激光器等。通过采用光学系统，将由激光振荡器201产生的激光形成为其照射面具有线性形状的线性光束。光学系统采用例如用于将激光束扩大为长光束的长焦距的柱面透镜205、以及用于将激光束汇聚成细光束的柱面透镜206。通过采用这样的长焦距柱形透镜，可以获得像差减小、在或接近照射平面能量分布均匀的激光束。另外，长焦距柱面透镜在抑制来自入射在半导体膜上的光束宽度和从衬底背面反射的光束宽度之间出现的明显差别方面是有效的。本发明人的试验表明当采用具有500mm或更长焦距的柱面透镜时，可以明显地减少像差的影响。
在柱面透镜206之前提供反射镜207，以便可以改变激光束的传输方向。通过反射镜207，可以将入射在照射平面上的激光束的角度调节到所希望的角度θ。如果根据反射镜207的角度改变柱面透镜206的角度，具有远高于对称的激光束可以形成在照射面上。
另外，当线性光束照射到半导体膜上时，线性光束也可以用50-98％的交叠比率或没有交叠的照射。由于最佳条件根据半导体膜的状态或激光束的延迟周期而不同，最好操作者适当地确定最佳条件。
在实施例1中，YAG激光器用作激光振荡器201。通过非线性光学元件202将YAG激光器的输出调节成第二谐波，然后通过采用光学系统形成为130mm长、0.4mm宽的线性光束，线性光束照射到半导体膜上。此时，线性光束用从垂直于衬底的方向5度的倾斜偏差照射。由于采用具有长焦距的柱面透镜206，可以采用w1＝w2＝w＝0.4[mm]。如果将实施例1的照射条件代到表达式(4)中，左手侧为0.7×tan5＝0.0612，右手边为0.4/8＝0.0500。
因此，满足表达式(4)，在通过激光退火获得的结晶化半导体膜上没有观察到同心圆图形。通过采用这种结晶化半导体膜制成的TFT具有好的电特性。
(实施例2)以下将参考图12描述不同于实施例1的实施例2.
依据实施例的方法制造衬底和半导体膜。在实施例2中也采用由Corning Incorporated研制的#1737玻璃衬底，通过CVD法将无定形硅膜(55nm厚)形成在玻璃衬底上。
以下参考图12描述实施例2的光学系统。在图12中，采用同样的附图标记以代表相应于用于图11所示的光学系统的那些部件。在实施例2中，相对于激光束，反射镜以45度安装，衬底台203从水平方向倾斜θ角。
在实施例2中，YAG激光器用作激光振荡器201。通过非线性光学元件202将从YAG激光器的输出量调节成第二谐波，然后通过采用光学系统形成130mm长、0.4mm宽的线性光束，线性光束照射到半导体膜上。此时，线性光束从垂直于衬底的方向10度的倾斜偏差照射。由于采用具有长焦距的柱面透镜206，因此能够采用w1＝w2＝w＝0.4[mm]。如果将实施例1的照射条件代到表达式(4)中，左手边为0.7×tan10＝0.1234，右手边为0.4/8＝0.0500。
因此，满足表达式(4)，在通过激光退火获得的结晶化半导体膜上没有观察到同心圆图形。通过采用这种结晶化半导体膜制成的TFT具有好的电特性。
(实施例3)在此实施例中，采用图13至21解释有源矩阵衬底的制造方法。
首先，在此实施例中，采用衬底300，此衬底由玻璃制成，例如由象Corning#7059玻璃和#1737玻璃为代表的硼硅酸钡玻璃或硼硅酸铝玻璃。应注意，作为衬底300，在其上形成有绝缘膜的石英衬底、硅衬底、金属化衬底或不锈钢衬底。另外，也可以采用对用于本实施例的处理温度具有耐热性的塑料衬底。
然后，将由绝缘膜例如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅形成的基膜301形成在衬底300上。在此实施例中，基膜301采用两层结构，但也可以采用单层结构或者两层或多层绝缘膜构成的叠层结构。作为基膜301的第一层，采用SiH4、NH3和N2O作为反应气体、用等离子CVD方法形成为10-200nm(优选为50-100nm)厚的氮氧化硅膜301a。在此实施例中，形成膜厚为50nm的氮氧化硅膜301a(组成比Si＝32％、O＝27％、N＝24％和H＝17％)。接着，作为基膜301的第二层，采用SiH4和N2O作为反应气体、用等离子CVD方法形成氮氧化硅膜301b并层叠成50-200nm厚(优选为100-150nm)。在此实施例中，形成100nm厚的氮氧化硅膜401b(组成比Si＝32％、O＝59％、N＝7％和H＝2％)。
然后，在基膜上形成半导体膜302。半导体膜302是由无定形结构的半导体膜形成的，此半导体膜是通过现有方法(例如溅射法、LPCVD法或等离子CVD法)形成为25-80nm(优选为30-60nm)的厚度。虽然半导体膜的材料没有特别的限定，但优选形成由硅、硅锗(SiGe)合金等的半导体膜。在此实施例中，通过等离子CVD法形成55nm厚的无定形硅膜。
接下来，进行半导体膜的结晶。将激光结晶应用到半导体膜结晶。另外，对于半导体膜的结晶化，除了激光结晶之外，还可采用热结晶法或采用镍作为催化剂的热结晶法。通过将激光结晶与上述这些结晶方法之一结合的方法进行半导体膜的结晶。通过采用本发明实现激光结晶。例如，将通过设置固态激光器(YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉激光器、Ti蓝宝石激光器等)作为光源的激光加工成线性光束。通过采用图11或12所示的方法将激光束照射到半导体膜。在此实施例中，在将衬底以500℃的温度暴露在氮气气氛中一个小时后，由图11所示的激光退火进行半导体膜的结晶，由此形成具有大粒径晶粒的结晶化硅膜。此处，YAG激光器用作激光振荡器。通过非线性光学系统调节成第二谐波的激光由光学系统加工成线性光束并照射到半导体膜。当激光束照射到半导体膜时，虽然叠加率可以设置为50-98％，但由于最佳条件随着半导体膜和激光波长状态而不同，可以由操作者适当地设置比率。
将由此形成的结晶化半导体膜构图成所希望的形状以形成半导体层402至406。在此实施例中，采用光刻技术构图结晶化硅膜以形成半导体层402至406。
另外，在形成半导体层402至406之后，可以掺杂少量的杂质元素(硼或磷)以控制TFT的阈值。
然后，形成栅绝缘膜407以覆盖半导体层402至406。通过等离子CVD或溅射法，由含硅绝缘膜形成栅绝缘膜407，膜厚为40至150nm。在此实施例中，通过等离子CVD方法，由氮氧化硅膜形成栅绝缘膜407(组成比Si＝32％、O＝59％、N＝7％和H＝2％)，厚度为110nm。当然，栅绝缘膜并不限于氮氧化硅膜，也可以采用含有硅的其它绝缘膜作为单层或叠层结构。
此外，当采用氧化硅膜时，它也可以由等离子CVD法形成，其中将TEOS(四乙基原硅酸盐)和O2混合以高频(13.56MHz)、功率密度0.5至0.8W/cm2放电，反应压力40Pa，衬底温度300至400℃。在通过随后以400至500℃的热退火而由此制造的氧化硅膜中，可以取得作为绝缘膜好的特性。
接着，如图13B所示，在栅绝缘膜407上，形成并层叠20至100nm厚的第一导电膜408和100至400nm厚的第二导电膜409。在此实施例中，膜厚为30nm的TaN膜第一导电膜408和膜厚为370nm的W膜第二导电膜409形成叠层。在含氮气氛下用Ta靶由溅射法形成TaN膜。此外，用W靶通过溅射法形成W膜。W膜可以采用六氟化钨(WF6)通过热CVD法形成。无论采用哪种方法，必须使材料具有用于栅电极的低电阻，优选W膜的电阻率设为低于或等于20μΩcm。通过使晶粒大，可以使W膜具有低电阻率。但是，当许多杂质元素例如氧包含在W膜中的情况下，抑制了结晶，电阻变得更高。因此，在此实施例中，通过采用具有99.9999％的高纯度的W靶由溅射法形成W膜，另外通过充分考虑到在膜形成期间防止气相中的杂质混合其中，可以实现从9至20μΩcm电阻率。
应注意在此实施例中，第一导电膜408由TaN制成，第二导电膜409由W制成，但对这些材料没有特别的限制，可以是由从Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr和Nd构成的组中选出的元素或包含上述元素作为其主要组成的合金材料或化合物材料形成的任何一种膜。此外，也可以采用掺杂有杂质元素例如磷的半导体膜，上述半导体膜典型地为多晶硅膜。另外，可以采用AgPdCu合金。此外，可以采用任何组合，例如其中第一导电膜由钽形成、第二导电膜由W形成的组合，其中第一导电膜由氮化钛(TiN)形成、第二导电膜由W形成的组合，其中第一导电膜由氮化钽(TaN)形成、第二导电膜有Al形成的组合，其中第一导电膜由氮化钽(TaN)形成、第二导电膜有Cu形成的组合。
接下来，由抗蚀剂制成的掩模410至415采用光刻方法形成，为了形成电极和布线，进行第一刻蚀步骤。以第一和第二刻蚀条件进行此第一刻蚀步骤。在此实施例中，作为第一刻蚀条件，采用ICP(感应耦合等离子体)刻蚀方法，采用CF4、Cl2、和O2的气体混合物作为刻蚀气体，气体流速设置为25/25/10sccm，通过在1Pa下将500W RF(13.56MHz)的功率提供到线圈形电极而产生等离子。在此采用具有由Matsushita Electric Industrial Co.ltd.生产的ICP(型号E645-□ICP)的干蚀设备。150W RF(13.56MHz)的功率也施加在衬底侧(测试片台)以有效地施加负自偏电压。以第一刻蚀条件刻蚀W膜，第一导电层的端部形成锥形。
之后，在没有除去由抗蚀剂制成的掩模410至415的情况下将第一刻蚀条件转变为第二刻蚀条件，采用CF4和Cl2的混合气体作为刻蚀气体，气体流速设置为30/30sccm，通过在1Pa下将500W RF(13.56MHz)的功率提供到线圈形电极而产生等离子，由此进行约30秒的刻蚀。20WRF(13.56MHz)的功率也施加在衬底侧(测试片台)以有效地施加负自偏电压。W膜和TaN膜均以与CF4和Cl2混合的第二刻蚀条件相同的顺序刻蚀。应注意，为了在绝缘膜上没有任何残余物的条件下进行刻蚀，刻蚀时间可以增加大约10至20％。
在第一刻蚀步骤中，由于通过采用具有合适形状的掩模自偏电压施加到衬底侧的影响，第一和第二导电层的端部形成为锥形。锥部的角度可以设置为15°至45°。由此，通过第一刻蚀步骤形成由第一导电层和第二导电层构成的第一形状导电层417至422(第一导电层417a至422a和第二导电层417b至422b)。附图标记416代表栅绝缘膜，没有由第一形状导电层417至422覆盖的栅绝缘膜区域通过刻蚀减薄了大约20至50nm。
然后，在没有除去由抗蚀剂制成的掩模的条件下，进行第一掺杂步骤以将施予n-型导电性的杂质元素添加到半导体层(图14)。可以通过离子掺杂方法或离子注入方法进行掺杂。离子掺杂方法的条件在于用量是1×1013至5×1015/cm2，加速电压是60至100keV。在此实施例中，用量是1.5×1015/cm2，加速电压是80keV。作为用于施予n-型导电性的杂质元素，采用属于周期表族15的元素，典型为磷(P)或砷(As)，此处采用磷。在这种情况下，导电层417至422成为对施予n-型导电性的杂质元素的掩模，以自对准方式形成高浓度掺杂区域306至310。将施予n-型导电性的杂质元素添加到浓度范围为1×1020至1×1021/cm3的高浓度掺杂区。
此后，在没有除去有抗蚀剂制成的掩模的情况下，进行第二刻蚀步骤。可以采用CF4、Cl2和O2的混合气体作为刻蚀气体并选择地刻蚀W膜。通过第二刻蚀步骤形成第二导电层428b至433b。另一方面，第一导电层417a至422a几乎不刻蚀，形成第二导电层428至433。
接下来，如图14B所示，在没有从抗蚀剂除去掩模的情况下进行第二掺杂步骤。在用量低于第一掺杂步骤的用量、加速电压为70至120keV的条件下，掺杂施予n-型导电性的杂质元素。在此实施例中，用量是1.5×1014/cm2，加速电压是90keV。第二掺杂步骤采用第二形状导电层428至433作为掩模，在第二导电层428b至433b的下面，将掺杂元素与半导体层掺杂。重新形成第二高浓度掺杂区423a至427a和低浓度掺杂区423b至427b。
接着，在除去掩模之后，重新形成从抗蚀剂的掩模434a和434b，如图14C所示进行第三刻蚀步骤。SF6和Cl2的混合气体用作刻蚀气体，气体流速设为50/10sccm，在1.3Pa下通过将500W RF(13.56MHz)功率施加到线圈形电极而产生等离子，从而进行约30秒的刻蚀。10W RF(13.56MHz)功率也施加到衬底侧(测试台)以便有效地提供负自偏电压。由此，通过采用上述第三刻蚀步骤刻蚀p-沟道型TFT的TaN膜和像素部分(像素TFT)的TFT，形成了第三形状导电层435至438。
接着，在从抗蚀剂除去掩模之后，形成绝缘层439至444，选择性地除去栅绝缘膜416并采用第二形状导电层428、430和第二形状导电层435至438作为掩模(图15A)。
接着，通过重新形成包括抗蚀剂的掩模445a至444c进行第三掺杂步骤。通过第三掺杂步骤，在构成p-沟道型TFTs活化层的半导体层处形成添加有杂质元素的杂质区446、447，此杂质元素用于将导电类型反转为上述的一种导电类型。通过加入杂质元素，自调节的形成杂质区，此杂质元素通过采用第二导电层435a、438b作为抗杂质元素的掩模施予P型。在此实施例中，通过采用乙硼烷(B2H6)的离子掺杂步骤，形成杂质区446和447(图15)。在第三掺杂步骤中，形成n-沟道型TFTs的半导体层由包含抗蚀剂的掩模445a至445c覆盖。虽然由第一掺杂步骤和第二掺杂步骤添加在杂质区446、447的磷浓度彼此不同，但在任何区域中，通过进行掺杂步骤，使得用于施予p-型的杂质元素的浓度在2×1020至2×1021/cm3的范围内，杂质区作为p-沟道型TFT的源区和漏区，因此没有引起问题。在此实施例中，露出由p-沟道型TFTs的活化层构成的半导体层部分，因此具有杂质元素(硼)易于添加的优点。
通过上述步骤在各半导体层上形成杂质区。
接下来，通过除去包括抗蚀剂的掩模445a至445c，形成第一层间绝缘膜461。通过采用等离子CVD方法或溅射方法，由包括硅并具有100至200nm厚度的绝缘膜形成第一层间绝缘膜461。在此实施例中，通过等离子CVD方法形成膜厚为150nm的氮氧化硅膜。很显然，第一层间绝缘膜461并不限于氮氧化硅膜，也可以采用包括硅的其它绝缘膜作为单层或叠层结构。
接着，如图15C所示，进行添加到各半导体层的杂质元素的活化步骤。采用退火炉通过热退火工艺进行活化步骤。热退火工艺可以在氧浓度等于或低于1ppm、优选等于或低于0.1ppm的氮气气氛中、以400至700℃、典型为500至550℃进行，在本实施例中，通过在550℃热处理4小时而进行活化。另外，除了热退火工艺之外，也可以采用激光退火工艺或快速热退火工艺(RTA工艺)。
另外，当还采用热结晶时，其中在结晶步骤中采用镍等作为催化剂，其中材料元素包括高浓度的磷的杂质区423a、425a、426a、446a和447a与活化同时晶化。因此由上述提及的杂质区吸收上述金属元素，减少了在主要构成沟道形成区的半导体层中金属元素的浓度。根据以此方式制备的具有沟道形成区的TFT，结晶化性能优秀，提供了高场效应迁移率，可以或的优异的电性能。
另外，在形成第一层间绝缘膜之前可以进行热处理。但是，当采用的布线材料不耐热时，在本实施例中在形成层间绝缘膜(主要成分是硅的绝缘膜，如氮化硅膜)之后为了保护布线优选进行活化。
另外，通过在含有3至100％的氢的气氛中以300至550℃进行1至12小时的热处理，进行半导体层的氢化步骤。在此实施例中，在含有约3％的氢的氮气气氛中以410℃进行1个小时的热处理。此步骤是由含在层间绝缘膜中的氢终接悬挂键的步骤。作为氢化的另一种方式，可以进行等离子氢化(采用由等离子激活的氢)。
另外，当采用激光退化来活化时，优选在进行氢化之后照射YAG激光器的激光束等。
接下来，在第一层间绝缘膜461之上形成包括有无机绝缘材料或有机绝缘材料的第二层间绝缘膜462。在此实施例中，形成膜厚为1.6μm的丙烯酸树脂膜，此处采用的膜粘度为10至1000cp、优选40至200cp并在其表面上形成凸凹。
在此实施例中，为了防止镜面反射，通过形成其表面带有凸凹部分的第二层间绝缘膜，在像素电极的表面上形成了凸凹部分。同样，为了通过在像素电极的表面上形成凸凹部分而获得光散射性能，可以在像素电极下面的区域中形成凸起部分。在这种情况下，由于在TFTs的形成中采用相同的光掩模，在没有增加步骤数量的情况下可以形成凸起部分。应注意，凸起部分可以适当地提供在衬底上除了布线和TFT部分之外的像素部分区域中。因此，沿着在覆盖凸起部分的绝缘膜表面上形成的凸凹部分在像素电极的表面上形成凸凹部分。
同样，具有平整表面的膜也可以用作第二绝缘膜462。在这种情况下，优选下面的。也就是，在形成像素电极之后，以采用现有方法的工艺例如喷砂法或刻蚀方法，在表面上形成凸凹部分。因此，由于防止了镜面发射、散射了反射光，优选地提高了白度。
然后，在驱动电路506中，形成与各杂质区电连接的布线463至467。注意那些布线是通过对膜厚为50nm的Ti膜和膜厚为500nm的合金膜(Al和Ti的合金膜)的叠层进行构图而形成的。
同样，在像素部分507中，形成像素电极470、栅布线469和连接电极468(图16)。通过此连接电极468，形成在源布线(杂质区443b和第一导电层449的叠层)和像素TFT之间的电连接。同样，形成像素TFT的栅布线469和栅电极之间的电连接。相对于像素电极470，形成与像素TFT的漏区442的电连接以及与用作形成存储电容器的电极之一的半导体层458的电连接。所希望的是，具有高反射率的材料例如含Al或Ag作为主要组成的膜或其叠层膜用于像素电极470。
因此，通过n-沟道TFT501、p-沟道TFT502和n-沟道TFT503形成具有CMOS电路的驱动电路506，可以在相同的衬底上形成具有像素TFT504和保持电容器505的像素部分507。结果，完成了有源矩阵衬底。
驱动电路506的n-沟道型TFT501具有沟道形成区423c、与构成栅电极部分的第一导电层428a重叠的低浓度杂质区(GOLD区)423b、用作源区或漏区的高浓度杂质区423a。通过由电极466与n-沟道型TFT501连接形成CMOS电路的p-沟道型TFT502具有沟道形成区446d、形成在栅电极外部的杂质区446b、446c、用作源区或漏区的高浓度杂质区446a。n-沟道型TFT503具有沟道形成区425c、与包括一部分栅电极的第一导电层430a重叠的低浓度杂质区425b(GOLD区)、用作源区或漏区的高浓度杂质区425a。
像素部分的像素TFT504包括沟道形成区426c、形成在栅电极外部的低浓度杂质区426b(LDD区)以及用作源区或漏区的高浓度杂质区426a。此外，将施予p-型导电性的杂质元素添加到用作存储电容器505的电极之一的各半导体层447a、447b中。存储电容器505由电极(438a和438b的叠层)和采用绝缘膜444作为电介质部件的半导体层447a至447c形成。
此外，在本实施例的像素结构中，通过设置端部以使其与源布线重叠形成像素电极的端部，这样在没有采用黑矩阵的情况下将像素电极间的缝隙遮蔽避光。
图17中显示了在本实施例中制造的有源矩阵衬底的像素部分的顶视图。应注意，采用相同的附图标记表示与图13至16相对应的部件。图16中的点划线A-A’对应于沿图17中A-A’取向的横截面图。同样，图16中的点划线B-B’对应于沿图17中B-B’取向的横截面图。
由此形成的有源矩阵衬底具有TFT，此TFT是通过采用进行过均匀退火的半导体膜形成的。因此，可以获得有源矩阵衬底的足够操作特性和可靠性。
可以通过自由地与实施例1至2结合来进行本实施例。
(实施例4)在本实施例中，以下将描述由根据实施例3制造的有源矩阵衬底制造反射型液晶显示器的方法。图18用于对其进行解释。
首先，根据实施例3，获得在图17中所示的状态中的有源矩阵衬底，之后，将对准膜567形成在图17的有源矩阵衬底上，至少在像素电极470上，进行摩擦(rubbing)步骤。应注意，在此实施例中，在形成对准膜567之前，通过对有机膜例如丙烯酸树脂构图在所希望的位置形成用于在衬底间保持缝隙的间隔件572。另外，球形间隔件可以分散在衬底的整个表面上，代替柱状间隔件。
接下来，制备相对衬底569。有色层570、571和整平膜573形成在相对衬底569上。红色层570和蓝色层572彼此部分重叠，由此形成光遮蔽部分。应注意，红色层和蓝色层部分地彼此覆盖，由此形成光遮蔽部分。
在此实施例中，采用实施例13中所示的衬底。因此，在显示根据实施例3的像素部分的顶视图的图17中，至少栅布线469和像素电极470的之间的缝隙、栅布线469和连接电极468之间的缝隙、连接电极468和像素电极470之间的缝隙必须进行光遮蔽。在此实施例中，将相对衬底和有源矩阵衬底粘接以使从有色层的叠层的光遮蔽部分与需要遮蔽光的位置彼此交叠。
像这样，在没有采用黑掩模的情况下，由光遮蔽部分遮蔽了各像素之间的缝隙从而避光。结果，可以获得制造步骤的减少。
接下来，在整平膜573上(至少在像素部分)形成由透明导电膜的相对电极576。进行在相对衬底的整个表面上的对准膜574和摩擦步骤。
然后，通过密封剂568将形成有像素部分和驱动电路的有源矩阵衬底与相对衬底粘接。在密封剂568中，混合填充剂，两个衬底彼此粘接并通过此填充剂和柱型间隔件的作用保持均匀的缝隙。之后，在两个衬底之间注入液晶材料575以通过密封剂(未示出)完全地密封衬底。可以采用现有液晶材料作为液晶材料575。由此，完成了图18中所示的反射型液晶显示器件。此时，如果需要，有源矩阵衬底或相对电极可以分成所希望的形状。另外，极化板仅粘接到相对衬底(未示出)。然后，采用现有技术粘接FPC。
由此形成的液晶显示器件具有通过采用进行了均匀退火的半导体膜形成的TFT。因此，可以获得上述液晶显示器件充分的工作特性和可靠性。可以采用这种液晶显示器件作为不同电子器件的显示部分。
本实施例可以自由地结合实施例1和3。
(实施例5)在此实施例中，描述了当形成实施例3中所示的有源矩阵衬底时通过采用TFT的制造方法制造发光器件的例子。在此说明中，发光器件是一般的名称，它是在衬底和覆盖材料之间装入发光器件的显示板和在显示板上安装了IC的装配显示组件。发光元件具有含有机化合物材料的发光层、阳极层和阴极层，上述材料可以获得通过加入电场而产生的电发光。另外，在有机化合物中的发光中，当从独态激发子的状态转变为基态时发光(荧光)，当从三重激发子转变为基态时发光(磷光)。可以任一或都发光。
另外，在此实施例中，有机发光层定义为在阳极和阴极之间形成的所有层。有机发光层具体包括发光层、空穴注入层、电子注入层、空穴输运层、电子输运层。基本上，发光元件具有由阳极层、发光层、阴极层顺序地构成的结构。此外，发光层可以具有以下两种结构。第一结构是由阳极层、空穴注入层、发光层和阴极层顺序构成的。第二结构是由阳极层、空穴注入层、发光层和阴极层顺序构成的。
图19是本发明发光器件的横截面图。在图19中，提供在衬底700上的开关TFT603采用图19的n-沟道型TFT503形成。因此，此结构可以参考n-沟道型TFT503的描述。
应注意，在此实施例中，采用其中形成了两个沟道型形成区的双栅结构。但是也可以采用其中形成了一个沟道形成区的单栅结构、其中形成了三个沟道形成区的三栅结构。
衬底700上提供的驱动电路采用图19的CMOS电路形成。因此，此结构可以参考n-沟道型TFT501和p-沟道型TFT502的描述。应注意，在此实施例中，采用单栅结构。但是也可以采用双栅结构或三栅结构。
同样，布线701和703用作CMOS电路的源布线，布线702用作它的漏布线。布线704用作将源布线708与开关TFT的源区电连接的布线。布线705用作用于将漏布线与开关TFT的漏区电连接的布线。
应注意，采用图19的p-沟道型TFT502形成电流控制TFT604。因此，此结构可以参考p-沟道型TFT502的描述。应注意，在此实施例中，采用单栅结构。但是也可以采用双栅或多栅结构。
同样，布线706是电流控制TFT的源布线(对应于电流供应线)。附图标记707表示通过与电流控制TFT的像素电极710叠加、与象素电极710电连接的电极。
应注意，附图标记710表示由透明导电膜制成的像素电极(发光元件的阳极)。作为透明导电膜，可以采用氧化铟和氧化锡的化合物、氧化铟和氧化锌的化合物、氧化锌、氧化锡或氧化铟。同样，可采用加入镓的透明导电膜。在形成上述布线之前，在平整的层间绝缘膜711上形成像素电极710。在此实施例中，在TFT中采用由树脂制成的整平膜711的整平步骤是非常重要的。由于之后形成的发光层相当薄，因此存在着由于此台阶出现的发光不足的情况。因此，为了形成尽可能平的发光层，希望在形成像素电极710之前将台阶整平。
在形成布线701至707之后，如图19所示形成堤沿(bank)712。堤沿712可以通过对含硅的厚度为100至400nm的绝缘膜或有机树脂膜构图形成。
应注意，由于堤沿712是绝缘膜，必须注意在膜形成中的元件的介质击穿。在此实施例中，将碳颗粒或金属颗粒添加到绝缘材料以降低电阻系数，其中此绝缘材料是堤沿712的材料。因此，抑制了静电的产生。这里，碳颗粒或金属颗粒的添加量可以控制到电阻系数是1×106至1×1012Ωm(优选为1×108至1×1010Ωm)。
E1层713形成在像素电极710上。应注意，在图19中仅显示出一个像素。但是，在此实施例中，对应于R(红)、G(绿)、B(蓝)的各种颜色形成发光层。同样，在此实施例中，低分子有机发光材料通过蒸发方法形成。具体来说，提供20nm厚的铜酞菁(CuPc)作为空穴注入层，在上面提供70nm厚的三-8-亚油酸醌铝复合物(Alq3)膜作为发光层。由此形成那些膜的叠层结构。可以通过添加荧光染料例如喹吖啶酮(quinacridon)、二萘嵌苯、或DCM1至Alq3来控制发光颜色。
应注意，上述例子是可以用作发光层的有机发光材料的一个例子，不需要限于这些例子。发光层(用于使光发出并使载流子为光的发出移动的层)可以通过自由地将发光层和电荷输运层或电荷注入层结合而形成。例如，在此实施例中，虽然采用低分子有机发光材料作为发光层示出，但也可以采用聚合物有机发光材料。并且，例如碳化硅等无机材料可以用作电荷输运层或电荷注入层。可以采用现有材料作为有机发光材料和无机材料。
接下来，由导电膜制成的阴极74提供在发光层713上。在此实施例的情况下，采用铝和锂的合金膜作为导电膜。当然，可以采用现有的MgAg膜(镁和银的合金)。作为阴极材料，可以采用由属于元素周期表族I或族II的元素构成的导电膜或添加了那些元素的导电膜。
当形成阴极714时，完成了发光元件715。应注意，此处完成的发光元件715代表由像素电极(阳极)710、发光层713、阴极714形成的二极管。
提供钝化膜716以完全覆盖发光元件715是有效的。作为钝化膜716，采用含碳膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的单层绝缘膜，或与绝缘膜结合的叠层膜。
这里，优选采用具有好的覆盖度的膜作为钝化膜，可以采用碳膜，尤其是DLC(类金刚石碳)膜。由于DLC膜能够在室温到100℃的范围内形成，因此可以容易地以低热阻形成在发光层713上。同样，由于DLC膜具有对氧的高阻挡作用，可以抑制发光层713的氧化。因此，可以防止在下述密封步骤期间发光层713的氧化。
另外，将密封构件717提供在钝化膜716上，然后将覆盖构件718粘接到密封构件717。可以采用紫外光固化树脂作为密封构件717。紫外光固化树脂可以用作密封构件717，有效地提供具有吸湿效果的材料或具有防内部氧化作用的材料。同样，在此实施例中，其中在玻璃衬底、石英衬底或塑料衬底(包括塑料膜)的两面上形成了碳膜(优选类金刚石碳膜)的构件用作覆盖构件718。
因此，完成了如图19所示结构的发光器件。注意在形成堤沿712之后，在没有暴露于空气中的条件下依次进行步骤直到采用多腔式系统(或成行系统)的膜形成装置形成钝化膜716是有效的。另外，直到粘接覆盖构件718的步骤可以依次地在没有暴露于空气中的条件下进行。
因此，n-沟道TFTs 601和602、开关TFT(n-沟道TFT)603和电流控制TFT(n-沟道TFT)604形成在绝缘体501上，在此绝缘体501中形成了塑料衬底作为基底。直到现在，在制造方法中所需要的掩模的数量低于在通常的有源矩阵发光器件中所需要的。
也就是说，大大简化了TFTs的制造方法，由此可以实现生产的改善和制造成本的降低。
另外，如用图19所描述，当提供由绝缘膜与栅电极重叠的杂质区时，可以形成对由于热载流子作用而引起的损坏具有高抵抗力的n-沟道TFT。因此，可以实现具有高可靠性的发光器件。
在此实施例中，仅显示了像素部分和驱动电路的结构。但是，根据本实施例的制造方法，逻辑电路例如信号操作电路、D/A转换器、运行放大器、γ-纠正电路可以在相同的绝缘体上进一步形成。
在用于保护发光元件的密封(填充)步骤之后，本实施例的发光器件将采用图20A和20B描述。注意如果需要的话，参考图19中的附图标记。
图20A是表示密封EL元件之后的状态的顶视图，图20B是沿着图20A的A-A’的横截面图。由点划线示出的附图标记801代表源侧驱动电路，附图标记806代表像素部分，附图标记807代表栅侧驱动电路。同样，附图标记901代表覆盖构件、附图标记902代表第一密封构件，附图标记903代表第二密封构件。密封构件907提供在由第一密封构件902围绕的内部。
应注意，附图标记904代表用于将信号输入到源侧驱动电路801和栅侧驱动电路807的布线。布线904收到来自作为外部输入终端的FPC(挠性印制电路)的图像信号和时钟信号。在图20A中，虽然仅示出FPC，但也可以是固定到FPC的印制电路板(PWB)。在本说明书中的发光器件不仅包括发光器件的主体，而且还包括固定有FPC或PWB的发光器件。
接着，参考图20B描述横截面结构。在衬底700上形成像素部分806和栅侧驱动电路807。通过将每个具有电路控制TFT604和像素电极710的多个像素与它的漏区电连接，形成像素部分806。同样，栅侧驱动电路807是采用CMOS电路形成的，在CMOS电路中，n-沟道型TFT601和p-沟道型TFT602彼此结合(参见图14)。
像素电极710用作发光元件的阳极。同样，堤沿712形成在像素电极710的两个端部。发光元件的发光层713和阴极714形成在像素电极710上。
阴极714同样作为与所有象素共用的布线，并通过连接布线904与FPC905电连接。另外，包括在像素部分806和栅侧驱动电路904中的所有元件由阴极714和钝化膜716覆盖。
同样，通过第一密封构件902将覆盖构件粘接到所得到的衬底700。应注意，为了保持在覆盖构件901和发光元件之间的间隔，可以提供由树脂制成的间隔件。然后，在第一密封构件902的内部用密封构件907填充。应注意，优选环氧树脂用作第一密封构件902和密封构件907。同样，所希望的是第一密封构件902是水分和氧气尽可能不渗入的材料。另外，具有吸湿作用的材料或具有防氧化作用的材料可以包含在密封构件907中。
用于覆盖发光元件的密封构件907还用作将覆盖构件901粘接到所得到的衬底700上的粘接剂。并且，在本实施例中，可以采用FRP(玻璃纤维增强材料)、PVF(聚偏二氟乙烯)、聚脂薄膜、聚脂或丙烯酸纤维作为包括覆盖构件901的塑料衬底901a的材料。
同样，在采用密封构件907粘接了覆盖构件901之后，提供第二密封构件903以覆盖密封构件907的侧表面(暴露表面)。在第二密封构件903中，可以采用与第一密封构件902相同的材料。
通过将发光元件与具有上述结构的密封构件907密封，发光元件可以完全地从外部遮蔽，并可以防止从外部物质的渗透(例如水分或氧气)，上述物质助长了由于发光层的氧化引起的损坏。因此，获得了具有高可靠性的发光器件。
由此形成的发光器件具有采用进行过均匀退火的半导体膜的TFT。因此，可以获得上述发光器件的充分的操作特性和可靠性。可以采用这样的发光器件作为各种电子设备的显示部分。
此实施例可以与实施例1至3进行自由结合。
(实施例6)通过采用本发明可以形成各种半导体器件(有源矩阵型液晶显示器件、有源矩阵型发光器件或有源矩阵型EC显示器件)。具体而言，本发明可以体现在任何类型的电子设备中，其中这样的电光学器件组合在显示部分中。
这样的电子设备是摄像机、数码相机、投影仪、头部安装显示装置(护目镜显示器)、汽车导航系统、汽车立体声系统、个人计算机、或移动信息终端(例如可移动计算机、移动电话或电子记事本)。图21A-21F、22A-22D以及23A-23C显示了它们的例子之一。
图21A显示了个人计算机，包括主体2001、图像输入部分2002、显示部分2003、键盘2004等。本发明可以应用到显示部分2003。
图21B显示摄像机，包括主体2101、显示部分2102、声音输入部分2103、操作开关2104、电池2105、图像接收部分2106等。本发明可以应用到显示部分2102。
图21C显示可移动计算机，其中包括主体2201、照相部分2202、图像接收部分2203、操作开关2204、显示部分等。本发明应用到显示部分2205。
图21D显示护目镜性显示器，包括主体2301、显示部分2302、支架部分2303等。本发明应用到显示部分2205。
图21E显示采用记录介质的播放器，在录音介质上记录节目(以下称作记录介质)，播放器包括主体2401、显示部分2402、扬声器部分2403、记录介质2404、运行开关2405等。这种播放器采用DVD(数字多用盘)、CD等作为记录介质，使用者可以欣赏音乐、电影、节目及互联网。本发明可以应用到显示部分2402。
图21F显示数码相机，包括主体2501、显示部分2502、目镜部分2503、操作开关2504、图像接收部分(未示出)等。本发明可以应用到显示部分2502。
图22A显示前型投影仪，其中包括投影设备2601、屏幕2602等。本发明可以应用到构成投影设备2601和其他驱动电路一部分的液晶显示器件2808。
图22B显示后型投影仪，其中包括主体2701、投影设备2702、镜子2703、屏幕2704等。本发明可以应用到构成投影设备2701和其他驱动电路一部分的液晶显示器件2808。
图22C显示了在图22A和22B中分别示出的每个投影设备2601和2702结构的一个例子。每个投影设备2601和2702由光源光学系统2801、镜子2802、和2804至2806、分色镜2803、棱镜2807、液晶显示器2808、像差板2809和投影光学系统2810。投影光学系统2810由包括投影透镜的光学系统构成。实施例6是三板型的例子，但并不限于此例，也可以采用单板型。另外，体现本发明的那些可以在由图22C箭头所表示的路径中适当地放置光学系统，例如光学透镜、具有极化功能的膜、用于调节相差的膜或IR膜。
图22D是显示图22c中所示的光源光学系统2801结构的一个例子。在实施例6中，光源光学系统2801由反射器2811、光源2812、透镜阵列2813和2814、极性转换元件2815和聚光透镜2816。顺便指出，如图22D中所示的光学系统是一个例子，本发明并不限于所示结构。例如，体现本发明的那些可以适当地设置光学系统例如光学透镜、具有极化功能的膜、用于调节相差的膜或IR膜。
图22A至22D中所示的投影仪是采用电光学器件的透明型的类型，但没有显示出本发明应用到电光学器件和发光器件的反射类型。
图23A显示移动电话，包括主体2901、声音输出部分2902、声音输入部分2903、显示部分2904、操作开关2905、天线2906等。本发明可以应用到显示部分2904。
图23B显示可移动笔记本(电子笔记本)，其中包括主体3001、显示部分3002和3003、存储介质3004、操作开关3005、天线3006等。本发明可以应用到显示部分3002和3003。
图23C显示显示器，包括主体3101、支撑基底3102、显示部分3103等。本发明可以应用到显示部分3103。本发明特别有利于大屏幕显示，有利于显示10英寸或更长尺寸的显示器(特别是30英寸或更长)。
从上述描述可以明显看出，本发明的应用范围相当广泛，本发明可以应用到任何类型的电子装置。根据本发明的电子装置可以通过采用由实施例1至5任何几个的组合制成的构造来实现。
根据本发明，在激光退火期间将激光束形成线性形状，可以提高激光退火的产量，另外，通过采用能够容易维护的固态激光器，和采用现存准分子激光器的激光退火相比，本发明可以获得产量上的更进一步的提高。另外，可以减少半导体器件的制造成本，例如TFTs或由TFTs形成的液晶显示器件。
另外，通过将激光束倾斜地照射到半导体膜上，可以除去或减少形成在半导体膜上的同心圆图形，从而退火后的半导体膜的性能可以变得均匀。通过采用这样的半导体膜而制造的半导体器件，可以一定程度地改善半导体器件的性能。
权利要求
1.一种激光退火方法，包括用激光束照射形成在衬底上的照射靶表面，其中将激光束定向为倾斜于衬底的主平面，以及其中一部分激光束通过照射靶传播。
2.根据权利要求1的激光退火方法，其特征在于激光束在或接近照射平面处在能量分布上变得均匀。
3.根据权利要求1的激光退火方法，其特征在于激光束在或接近照射平面处在形状上成为线性。
4.根据权利要求1的激光退火方法，其特征在于激光束在或接近照射平面处在能量分布上变得均匀并且在形状上成为线性。
5.根据权利要求1的激光退火方法，其特征在于激光束具有350nm或更长的波长。
6.根据权利要求1的激光退火方法，其特征在于激光束具有400nm或更长的波长。
7.根据权利要求1的激光退火方法，其特征在于激光束是从由YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉层、Ti蓝宝石层以及玻璃激光器构成的组中选出的一种的第二谐波。
8.一种激光退火方法，包括用激光束以入射角θ照射形成在衬底上的照射靶的表面，其中一部分激光束通过照射靶传播，其中入射角θ满足θ≥arctan(w/(14×D))， (w＝(w1+w2)/2)，其中w1表示照射在照射靶上的激光束的光束宽度，w2表示通过衬底的背面反射之后的在照射靶处的激光束部分的光束宽度，D表示衬底的厚度。
9.根据权利要求8的激光退火方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀。
10.根据权利要求8的激光退火方法，其特征在于激光束在形状上成为线性。
11.根据权利要求8的激光退火方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀并且在形状上成为线性。
12.根据权利要求8的激光退火方法，其特征在于激光束具有350nm或更长的波长。
13.根据权利要求8的激光退火方法，其特征在于激光束具有400nm或更长的波长。
14.根据权利要求8的激光退火方法，其特征在于激光束是从由YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉层、Ti蓝宝石层以及玻璃激光器构成的组中选出的一种的第二谐波。
15.一种激光退火方法，包括用激光束以入射角θ照射形成在衬底上的照射靶的表面，其中一部分激光束通过照射靶传播，其中入射角θ满足θ≥arctan(w/(2×D))，(w＝(w1+w2)/2)，其中w1表示照射在照射靶上的激光束的光束宽度，w2表示通过衬底的背面反射之后的在照射靶处的激光束部分的光束宽度，D表示衬底的厚度。
16.根据权利要求15的激光退火方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀。
17.根据权利要求15的激光退火方法，其特征在于激光束在形状上成为线性。
18.根据权利要求15的激光退火方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀并且在形状上成为线性。
19.根据权利要求15的激光退火方法，其特征在于激光束具有350nm或更长的波长。
20.根据权利要求15的激光退火方法，其特征在于激光束具有400nm或更长的波长。
21.根据权利要求15的激光退火方法，其特征在于激光束是从由YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉层、Ti蓝宝石层以及玻璃激光器构成的组中选出的一种的第二谐波。
22.一种激光退火方法，包括为了防止与反射光束的干涉，用激光束照射形成在衬底上的照射靶的表面，其中将激光束定向为倾斜于衬底的主平面，以及其中一部分激光束通过半导体膜传播。
23.根据权利要求22的激光退火方法，其特征在于照射在半导体膜表面上的激光束与由衬底背面发射的激光束不重叠。
24.根据权利要求22的激光退火方法，其特征在于激光束在或接近照射平面处在能量分布上变得均匀。
25.根据权利要求22的激光退火方法，其特征在于激光束在或接近照射平面处在形状上成为线性。
26.根据权利要求22的激光退火方法，其特征在于激光束在或接近照射平面处在能量分布上变得均匀并且在形状上成为线性。
27.根据权利要求22的激光退火方法，其特征在于激光束具有350nm或更长的波长。
28.根据权利要求22的激光退火方法，其特征在于激光束具有400nm或更长的波长。
29.根据权利要求22的激光退火方法，其特征在于激光束是从由YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉层、Ti蓝宝石层以及玻璃激光器构成的组中选出的一种的第二谐波。
30.一种制造半导体器件的方法，包括在衬底上形成半导体膜；以及用激光束照射半导体膜的表面，其中将激光束定向为倾斜于衬底的主平面，以及其中一部分激光束通过半导体膜传播。
31.根据权利要求30的方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀。
32.根据权利要求30的方法，其特征在于激光束在形状上成为线性。
33.根据权利要求30的方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀并且在形状上成为线性。
34.根据权利要求30的方法，其特征在于激光束具有350nm或更长的波长。
35.根据权利要求30的方法，其特征在于激光束具有400nm或更长的波长。
36.根据权利要求30的方法，其特征在于激光束是从由YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉层、Ti蓝宝石层以及玻璃激光器构成的组中选出的一种的第二谐波。
37.根据权利要求30的方法，其特征在于半导体膜包括硅。
38.根据权利要求30的方法，其特征在于半导体器件结合到从由个人计算机、摄像机、可移动计算机、防护镜型显示器、播放器、数码相机、前型投影仪、后型投影仪、可移动电话、可移动笔记本和显示器构成的组中选出的电子设备。
39.一种制造半导体器件的方法，包括在衬底上形成半导体膜；以及用激光束以入射角θ照射半导体膜的表面；其中一部分激光束通过半导体膜传播，以及其中入射角θ满足θ≥arctan(w/(14×D))， (w＝(w1+w2)/2)，其中w1表示照射在照射靶上的激光束的光束宽度，w2表示通过衬底的背面反射之后的在照射靶处的激光束部分的光束宽度，D表示衬底的厚度。
40.根据权利要求39的激光退火方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀。
41.根据权利要求39的激光退火方法，其特征在于激光束在形状上成为线性。
42.根据权利要求39的激光退火方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀并且在形状上成为线性。
43.根据权利要求39的半导体器件制造方法，其特征在于激光束具有350nm或更长的波长。
44.根据权利要求39的半导体器件制造方法，其特征在于激光束具有400nm或更长的波长。
45.根据权利要求39的半导体器件制造方法，其特征在于激光束是从由YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉层、Ti蓝宝石层以及玻璃激光器构成的组中选出的一种的第二谐波。
46.根据权利要求39的方法，其特征在于半导体膜包括硅。
47.根据权利要求39的方法，其特征在于半导体器件结合到从由个人计算机、摄像机、可移动计算机、防护镜型显示器、播放器、数码相机、前型投影仪、后型投影仪、可移动电话、可移动笔记本和显示器构成的组中选出的电子设备。
48.一种制造半导体器件的方法，包括在衬底上形成半导体膜；以及用激光束以入射角θ照射半导体膜的表面；其中一部分激光束通过半导体膜传播，以及其中入射角θ满足θ≥arctan(w/(2×D))， (w＝(w1+w2)/2)，其中w1表示照射在照射靶上的激光束的光束宽度，w2表示通过衬底的背面反射之后的在半导体膜处的激光束部分的光束宽度，D表示衬底的厚度。
49.根据权利要求48的方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀。
50.根据权利要求48的方法，其特征在于激光束在形状上成为线性。
51.根据权利要求48的方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀并且在形状上成为线性。
52.根据权利要求48的方法，其特征在于激光束具有350nm或更长的波长。
53.根据权利要求48的方法，其特征在于激光束具有400nm或更长的波长。
54.根据权利要求48的方法，其特征在于激光束是从由YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉层、Ti蓝宝石层以及玻璃激光器构成的组中选出的一种的第二谐波。
55.根据权利要求48的方法，其特征在于半导体膜包括硅。
56.根据权利要求48的半导体器件制造方法，其特征在于半导体器件结合到从由个人计算机、摄像机、可移动计算机、防护镜型显示器、播放器、数码相机、前型投影仪、后型投影仪、可移动电话、可移动笔记本和显示器构成的组中选出的电子设备。
57.一种制造半导体器件的方法，包括在衬底上形成半导体膜；以及为了防止与反射激光束的干涉用激光束照射半导体膜的表面，其中将激光束定向为倾斜于衬底的主平面，以及其中一部分激光束通过半导体膜传播。
58.根据权利要求57的方法，其特征在于照射在半导体膜表面的激光束不与由衬底背面反射的激光束重叠。
59.根据权利要求57的方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀。
60.根据权利要求57的方法，其特征在于激光束在形状上成为线性。
61.根据权利要求57的方法，其特征在于激光束在能量分布上变得均匀并且在形状上成为线性。
62.根据权利要求57的方法，其特征在于激光束具有350nm或更长的波长。
63.根据权利要求57的方法，其特征在于激光束具有400nm或更长的波长。
64.根据权利要求57的方法，其特征在于激光束是从由YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、红宝石激光器、紫翠玉层、Ti蓝宝石层以及玻璃激光器构成的组中选出的一种的第二谐波。
65.根据权利要求57的方法，其特征在于半导体膜包括硅。
66.根据权利要求57的方法，其特征在于半导体器件结合到从由个人计算机、摄像机、可移动计算机、防护镜型显示器、播放器、数码相机、前型投影仪、后型投影仪、可移动电话、可移动笔记本和显示器构成的组中选出的电子设备。
全文摘要
当将YAG激光器的第二谐波照射到半导体膜上,在某些半导体膜上观察到了同心圆图形。这种现象是由于半导体膜的不均匀性。如果这种半导体膜用于制造TFTs,TFTs的电性能将受到严重影响。通过在半导体膜的表面上反射的发射光束1和在衬底背面反射的反射束2之间的干涉形成同心圆图形。如果反射束1和反射束2不相互重叠,这种干涉就不会发生。出于此原因,激光束倾斜地照射在半导体膜上以解决干涉。由此方法形成的结晶化半导体膜的性能是均匀的,通过采用这种结晶化半导体膜制造的TFTs具有好的电特性。
文档编号H01L21/268GK1362730SQ01144039
公开日2002年8月7日 申请日期2001年12月27日 优先权日2000年12月27日
发明者田中幸一郎 申请人:株式会社半导体能源研究所