专利名称：半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及制造半导体器件的方法，其中该方法包括利用激光光束退火半导体膜的步骤。顺便提及，这里半导体器件表示能利用半导体特性运行的任何器件，并且还包括电光器件，如液晶显示器件或发光器件，和包括电光器件作为其一部分的电子设备。
背景技术：
近年来，广泛地研究了在形成在玻璃等材料绝缘衬底上的半导体膜上进行激光退火以使该膜结晶或改进其结晶性的技术。该半导体膜经常使用硅。
与常规使用的合成石英玻璃衬底相比，玻璃衬底具有价格便宜和可操作性强的优点，并且容易制造大面积衬底。这就是进行研究的原因。优选使用激光用于结晶的原因是玻璃衬底的熔点低。激光可以只对半导体膜提供高能而不会使衬底温度升高很多。除此之外，与利用电热炉的加热装置相比，其产量显著提高。
由于结晶半导体是由大量晶粒构成，因此它还称为多晶半导体膜。由于通过激光退火形成的结晶半导体膜具有高迁移率，因此利用该结晶半导体膜形成薄膜晶体管(TFT)，并且广泛地用于例如单片型液晶电光器件，其中用于象素部分和驱动电路的TFT形成在一个玻璃衬底上。
除此之外，优选使用如下方法其中通过将从带有高输出的脉冲振荡器如准分子激光器振荡的激光光束利用光学系统在照射表面上形成几平方厘米的方形斑点或长度为10cm或以上的线和通过扫描激光光束(或通过相对于要照射的表面移动激光光束的照射位置)，进行激光退火，使用该方法是因为该方法具有高生产率和优异的工业性。
特别是，当使用线形光束时，与使用要求水平和垂直扫描的点状激光光束不同。由于可以只通过在垂直于线形光束的纵向的方向扫描而进行在要照射的整个表面上的激光照射，因此生产率高。扫描是在垂直于纵向的方向进行的，这是因为该方向是最有效的扫描方向。利用该高的生产率，在目前的激光退火方法中，使用由通过合适的光学系统形成脉冲振荡准分子激光光束获得的线形光束已经成为采用TFT的液晶显示器件的制造技术的主流。
这里，将介绍将激光光束照射到半导体膜上之后的半导体膜的结晶。当激光光束照射到半导体膜上时，该半导体熔化。然而，随着时间的消逝，半导体膜的温度下降，并且产生晶核。在半导体膜中，产生和生长无数的均匀(或不规则)晶核，因而结晶结束。在这种情况下得到的晶粒的位置和尺寸是随机的。与晶粒内部相比，在晶粒的界面处(晶粒边界)，有无数个由于非晶结构、晶体缺陷等产生的复合中心和捕获中心。如果载流子被捕获中心捕获，晶粒边界的电位升高并且变成阻挡载流子的势垒，因而载流子的电流转移特性降低，这是公知的。特别是，虽然沟道形成区的半导体膜的结晶性对TFT的电特性有很大影响，但是已经几乎不可能减少晶粒边界的影响和利用单晶半导体膜形成沟道形成区。
除此之外，还公知晶粒的生长距离与结晶时间和生长速度的乘积成正比。这里，结晶时间是从(B)在半导体膜中产生晶核到(C)半导体膜的结晶结束的时间，如图28所示。当从(A)半导体膜开始熔化到(C)结晶结束的时间称为熔化时间时，如果熔化时间延长和半导体膜的冷却速度变低，则结晶时间变长，并且可能形成大粒径的晶粒。
虽然有各种激光光束，但是一般采用利用来自作为光源的脉冲振荡型准分子激光器的激光光束(以下称为准分子激光光束)的结晶。准分子激光器具有其输出高并且可在高频重复照射的优点，而且准分子激光光束具有对硅膜的吸收系数高的优点。
为了形成准分子激光光束，使用KrF(248nm的波长)或XeCl(308nm的波长)作为受激气体。然而，出现的问题是如Kr(氪)或Xe(氙)的气体是非常昂贵的，并且当气体交换频率变高时，制造成本增加。
此外，需要两年或三年换一次附加仪器，如用于激光振荡的激光器管和用于去除在振荡工艺中产生的不需要的化合物的气体清洗装置。这些附加仪器的大多数是昂贵的，而且有制造成本增加的问题。
如上所述，虽然使用准分子激光光束的激光照射装置毫无疑问具有高性能，但是它维修需要太长的时间和太多劳动力，而且该装置还有生产激光照射装置的运行成本(这里指工作产生的成本)高的缺陷。
然后，为了实现与准分子激光器相比具有低运行成本的激光照射装置和实现采用这种装置的激光退火方法，有使用固体激光器(采用晶体棒作为振荡腔和用于输出激光光束的激光器)的激光器的方法。
可以想象，原因是虽然固体激光器目前具有大的输出，但是输出时间非常短。固体激光器的激发方法包括LD(激光二极管)激发、闪光灯激发等。为了利用LD激发获得大的输出，需要使大电流流入LD。这样，LD的寿命变短。而且，最后，与闪光灯激发相比，成本变高。由于这个原因，几乎所有利用LD激发的固体激光器都是小输出装置，并且目前正在作为工业上的高输出激光器而发展。另一方面，由于闪光灯可输出很强的光，因此被闪光灯激发的激光具有高输出，然而，在利用闪光灯激发的振荡中，一次发射通过瞬时施加能量激发的电子，并且激光器的输出时间很短。与此相同，虽然固体激光器目前具有高输出，但是输出时间非常短。这样，由采用固体激光器的激光器结晶很难实现具有等于或大于由采用准分子激光器的激光器结晶形成的晶粒尺寸的粒径。顺便提及，在本说明书中，输出时间是一个脉冲中的半值宽度。
这里，采用作为典型固体激光器之一的YAG激光器进行半导体膜的结晶。采用利用闪光灯激发的YAG激光器，并在利用非线性光学元件调制到二次谐波之后，照射硅膜。与采用准分子激光器形成的晶粒相比，通过采用YAG激光器的激光退火形成的晶粒的粒径非常小。当利用具有这种晶粒的结晶半导体膜制造TFT时，在具有对TFT的电特性有重要影响的沟道形成区中存在大量晶粒边界，这将引起电特性的降低。可以相信通过采用固体激光器的激光退火只形成小晶粒的原因已经在前面说明了，虽然目前固体激光器具有高输出，但输出时间很短。
发明内容
因此，在与常规装置相比具有低运行成本的激光照射装置中和在使用该装置的激光退火方法中，本发明的目的是提供利用形成具有粒径等于或大于常规粒径的晶粒的激光退火方法制造半导体器件的方法。
本发明提供了一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤将激光光束分离成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿过所述第一薄膜偏振元件；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；用上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束照射一个半导体膜，其中叠加比设定为50-98％；和使用所述半导体膜形成一个半导体器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间上述第一激光光束的光学路径长度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间所述第二激光光束的光学路径长度。
本发明还提供了一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤将激光光束分离成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿过所述第一薄膜偏振元件；在第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射后，由至少一个反射镜反射所述第一激光光束至少一次；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；用上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束照射一个半导体膜，其中叠加比设定为50-98％；和使用所述半导体膜形成一个半导体器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间上述第一激光光束的光学路径长度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间所述第二激光光束的光学路径长度。
本发明还提供了一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤将激光光束分离成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿过所述第一薄膜偏振元件；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；将上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束形成为具有10或以上的长宽比的形状；用上述具有10或以上的长宽比的合成激光光束照射一个半导体膜，其中叠加比设定为50-98％；和使用所述半导体膜形成一个半导体器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间上述第一激光光束的光学路径长度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间所述第二激光光束的光学路径长度。
本发明还提供了一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤将激光光束分离成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿过所述第一薄膜偏振元件；在第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射后，由至少一个反射镜反射所述第一激光光束至少一次；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；将上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束形成为具有10或以上的长宽比的形状；用上述具有10或以上的长宽比的合成激光光束照射一个半导体膜，其中叠加比设定为50-98％；和使用所述半导体膜形成一个半导体器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间上述第一激光光束的光学路径长度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间所述第二激光光束的光学路径长度。
由于本发明的目的是要形成与由采用准分子激光器的激光退火形成的粒径相比具有相等或更大的粒径的晶粒，首先计算当准分子激光光束照射到半导体膜上时的温度变化。准分子激光光束照射到具有图3所示结构的硅膜上，并在图3的A-C点相对于时间计算温度。这里，激光光束的输出时间为27ns，能量密度为0.1-0.5J。结果示于图7A-7G中。从图7A-7G应该理解，随着能量密度变高，结晶时间和熔化时间变长，并且冷却速度变得平缓。此外，应该明白点C的温度随着点A的温度变化。
可以指出，为了形成大粒径的晶粒，使半导体膜的冷却速度缓慢是有效措施之一。具体而言，有一种方法是，使激光光束的输出时间长和使半导体膜的熔化时间长。
然后，延长YAG激光器的输出时间，并在照射半导体膜时计算温度变化。如图3所示，YAG激光器的激光光束照射到形成在氧化硅膜上且厚度为50nm的硅膜上，在硅膜表面(点A)、硅膜和氧化硅膜之间的界面(点B)和界面以下的氧化硅膜100nm处(点C)相对于时间计算温度。这里，硅膜熔化的温度为1200K。结果示于图4A-6F中。在图4A-4D中，输出时间为6.7ns，能量密度为0.15-0.4J。在图4E-4H中，输出时间为20ns，能量密度为0.2-0.5J。在图5A-5D中，输出时间为27ns，在图5E-5H中，输出时间为50ns，能量密度为0.2-0.5J。在图6A-6C中，输出时间为100ns，能量密度为0.3-0.5J。在图6D-6F中，输出时间为200ns，能量密度为0.4-0.6J。
通过激光光束的照射，点A-C的每个点的温度升高，并在保持第一恒定温度之后，进一步升高到最高温度。然后，降低各点A-C的温度，并保持第二恒定温度，可看到温度进一步降低的趋势。由于在假设硅膜的熔化温度为1200K的基础上计算，因此硅膜在第一恒定温度熔化，并在第二恒定温度时硅膜产生固化(结晶)。这里，第二恒定温度开始时到其结束时的时间对应结晶时间。这表明结晶时间越长，冷却速度越缓慢。当使从第一恒定温度开始时到第二恒定温度结束时的时间是硅膜的熔化时间时，在相同的能量密度，输出时间越长，在各点A-C达到的最高温度的时间越慢，并且熔化时间变长。就是说，输出时间越长，半导体膜的冷却速度越慢。
图12表示相对于激光光束的输出时间在开始结晶时氧化硅膜的温度。从图12看出，随着输出时间变长，结晶开始时氧化硅膜的温度升高。当激光光束的输出时间为50ns或更小时，氧化硅膜的温度急剧下降。即，应当理解，为了延长半导体膜的熔化时间而保持下层膜的温度高也是有效的。
从上面看出，随着输出时间变长，结晶时间和熔化时间变长，并且半导体膜的冷却速度变慢。这样，由于晶核的产生密度变低和结晶时间变长，可形成大粒径的晶粒。就是说，延长输出时间是增加晶粒粒径的有效措施。
然而，已经说明，虽然目前固体激光器具有大输出，但输出时间很短。例如，当由Lambda Physic Inc.制造的L4308型XeCl准分子激光器(308nm的波长)的输出时间为27ns时，由Spectra-Physics Inc.制造的DCR-3D型NdYAG激光器(532nm的波长)的输出时间为5-7ns。
然后，本发明提供制造半导体器件的方法，作为一个步骤包括激光退火方法，其中在来自固体激光器(使用晶棒作为振荡腔的激光器以输出激光光束)的具有短输出时间的激光光束照射到半导体膜上，另一个激光光束与一个激光光束延迟并照射到半导体膜上，因而半导体膜的冷却速度变慢，并形成与在具有长输出时间的激光光束照射到半导体膜上的情况下的粒径相比具有相等或更大的粒径的晶粒。
此时，希望利用光学系统将激光光束形成为线形形状。顺便提及，将激光光束形成为线形形状意思是激光光束形成在照射表面上的形状变为线形。即，这意味着将激光光束的截面形状形成为线形形状。此外，这里“线形形状”不是指精确意义上的“直线”，而是具有大长宽比的矩形(或长椭圆形)。例如，它表示具有10或以上(优选100-10000)的长宽比的矩形。
作为固体激光器，可使用一般公知的，并且可使用YAG激光器(一般表示NdYAG激光器)、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、紫翠玉激光器、Ti蓝宝石激光器等。特别是，优选粘附性和脉冲能量优异的YVO4激光器或YAG激光器。
然而，由于YAG激光器的基波(一次谐波)具有1064nm的长波长，因此优选使用二次谐波(波长为532nm)、三次谐波(波长为355nm)或四次谐波(波长为266nm)。这些谐波可利用非线形晶体得到。
通过包括非线形元件的波长调制器将一次谐波调制成二次谐波、三次谐波或四次谐波。可根据公知技术形成各个谐波。此外，在本说明书中，“使用固体激光器作为光源的激光光束”不仅包括一次谐波，而且包括二次谐波、三次谐波和四次谐波，其波长被中间解调。
除此之外，可使用经常用在YAG激光器中的Q开关方法(Q调制开关系统)。该方法为Q值从激光振荡器的Q值足够低以便输出具有非常高的能量值的陡峭脉冲激光的状态急剧升高。这是公知技术。
在用在本发明中的固体激光器中，由于如果存在固体晶体、共振反射镜和用于激发固体晶体的光源，则可以基本上输出激光光束，这不象准分子激光器那样需要花费太长的维修时间和劳力。就是说，由于与准分子激光器相比运行成本很低，因此可以大大减少半导体器件的制造成本。此外，如果维修行为的数量减少，则生产线的工作率也上升，因而提高制造工艺的整个生产率，并且这大大有助于降低半导体器件的制造成本。而且，由于与准分子激光器相比，固体激光器的占据面积很小，因此有利于生产线的设计。
根据本发明，在使用具有短输出时间的激光光束的激光退火中，照射多个激光光束，同时在它们之间提供时间差，以便使半导体膜的冷却速度缓慢，并延长结晶工艺中晶体生长容许的时间，最后，实现了晶粒粒径的放大。
通过获得具有大晶粒粒径的结晶半导体膜，可以大大提高半导体器件的性能。例如，关于作为例子的TFT，当晶粒尺寸变大时，可减少包含在沟道形成区中的晶粒边界的数量。就是说，也可以制造这种TFT，以便沟道形成区包括一个晶粒边界，优选没有晶粒边界。此外，由于每个晶粒具有基本上相当于单晶的结晶度，因此可以得到等于或高于使用单晶半导体的晶体管的高迁移率(场效应迁移率)。
另外，可以大大降低载流子穿过晶粒边界的次数，还可以减少导通电流值(当TFT处于导通状态时流过的漏电流的值)、截止电流值(当TFT处于截止状态时流过的漏电流的值)、阈值电压、S值和场效应迁移率的波动。
图1是表示激光照射装置的结构的例子的示意图。
图2是表示激光照射装置的结构的例子的示意图。
图3是表示用于模拟的半导体膜的结构示意图和温度观察点。
图4A-4D是表示在YAG激光器的输出时间为6.7ns和能量密度为0.15-0.4J的条件下激光光束照射半导体膜时的温度变化示意图。
图4E-4H是表示在YAG激光器的输出时间为20ns和能量密度为0.2-0.5J的条件下激光光束照射半导体膜时的温度变化示意图。
图5A-5D是表示在YAG激光器的输出时间为27ns和能量密度为0.2-0.5J的条件下激光光束照射半导体膜时的温度变化示意图。
图5E-5H是表示在YAG激光器的输出时间为50ns和能量密度为0.2-0.5J的条件下激光光束照射到半导体膜时的温度变化示意图。
图6A-6C是表示在YAG激光器的输出时间为100ns和能量密度为0.3-0.5J的条件下激光光束照射到半导体膜时的温度变化示意图。
图6D-6F是表示在YAG激光器的输出时间为200ns和能量密度为0.4-0.6J的条件下激光光束照射到半导体膜时的温度变化示意图。
图7A-7G是表示在准分子激光器的输出时间为27ns和能量密度为0.1-0.5J的条件下激光光束照射到半导体膜时的温度变化示意图。
图8A-8D是表示用于模拟的YAG激光器的脉冲形状的示意图。
图9A-9F是表示在能量密度为0.05-0.4J的条件下具有图8A所示脉冲形状的YAG激光照射具有图3所示结构的硅膜时的温度变化示意图。
图10A-10C是表示在YAG激光光束分成一个脉冲延迟于另一个脉冲10ns的两个脉冲和能量密度为0.2-0.4J的条件下用激光光束照射半导体膜时的温度变化示意图。
图10D-10F是表示在YAG激光光束分成一个脉冲延迟于另一个脉冲20ns的两个脉冲和能量密度为0.2-0.4J的条件下用激光光束照射半导体膜时的温度变化示意图。
图11A-11C是表示在YAG激光光束分成一个脉冲延迟于另一个脉冲30ns的两个脉冲和能量密度为0.2-0.4J的条件下用激光光束照射半导体膜时的温度变化示意图。
图12是表示相对于YAG激光器的输出时间在半导体膜结晶开始时下层膜的温度变化示意图。
图13是表示照射单脉冲之后的硅膜的示意图。
图14是表示照射双脉冲之后的硅膜的示意图。
图15是表示通过向硅膜照射单脉冲和双脉冲形成的晶粒的最大粒径的示意图。
图16是表示激光照射装置的结构例子的示意图。
图17A-17C是表示象素TFT和驱动电路的TFT的制造步骤的截面图。
图18A-18C是表示象素TFT和驱动电路的TFT的制造步骤的截面图。
图19A-19C是表示象素TFT和驱动电路的TFT的制造步骤的截面图。
图20是表示象素TFT和驱动电路的TFT的制造步骤的截面图。
图21是表示象素TFT的结构的顶视图。
图22是表示有源矩阵型液晶显示器件的制造步骤的截面图。
图23是表示发光器件的驱动电路和象素部分的截面结构示意图。
图24A是发光器件的顶视图。
图24B是表示发光器件的驱动电路和象素部分的截面结构示意图。
图25A-25F是表示半导体器件的例子的示意图。
图26A-26D是表示半导体器件的例子的示意图。
图27A-27C是表示半导体器件的例子的示意图。
图28是解释熔化时间和结晶时间的示意图。
图29是表示激光照射装置的结构的例子的示意图。
具体实施例方式
(实施方式1)下面介绍实施本发明的实施方式。
图1是表示本发明的激光照射装置的结构例子示意图。这个激光照射装置包括固体激光振荡器101、反射镜102、103108、109、111-114、λ/2板105、薄膜偏振元件(TFP薄膜偏振器)106和107、和用于将激光光束形成线形形状的光学系统110。参考标记104表示能量监测系统；115表示快门系统(shutter system)。
来自激光振荡器101的激光光束全部被反射镜102和103反射，并到达λ/2板105。可通过在光学路径上设置λ/2板105而任意改变被TFP分开的光束的强度分布比。
如果TFP106设置成使激光光束的入射角为布鲁斯特角，由于激光光束的P分量(在入射平面(由入射光束和入射法线确定的平面)上振动的电场矢量的分量)的反射光为0，则激光光束的P分量通过TFP传输，并且只有激光光束的S分量(在垂直于入射平面的平面上振动的分量)被全部反射。激光光束被传输的P分量经过反射镜108和109以及光学系统110照射到衬底上。
另一方面，激光光束的全部被反射的S分量穿过反射镜111-114，然后被设置成入射角为布鲁斯特角的TFP107全部反射，并经过反射镜108和109及光学系统110照射到衬底上。激光光束的S分量经过反射镜111-114，以便只对激光光束的S分量增加光学路径长度，并且增加了已经经过TFP106的激光光束的S分量和P分量之间的光学路径差。通过由光速而分离光学路径长度得到的值成为它们都照射到衬底上时P分量和S分量之间的时间差。即，一个脉冲激光光束被分成两个脉冲，给脉冲之一提供光学路径差，以便可用一个脉冲延迟于另一个脉冲的脉冲照射衬底，并且半导体膜的冷却速度缓慢。这样，晶核的产生密度变低，结晶时间变长，因而可形成大粒径的晶粒。
在本发明的该实施例中，激光光束被分成作为激光光束的偏振分量的S分量和P分量。由于S分量和P分量是彼此无关的分量，因此当它们合成时不会发生干涉。这样，在使用具有高干涉性能的激光振荡器的情况下，这是非常有效的分离方法之一。此外，在从不同激光振荡器振荡的激光光束的S分量和P分量合成的情况下，合成方法很容易。例如，如果代替图1的反射镜114而安装另一个激光振荡器，可合成各个激光光束。
顺便提及，在本发明的这个实施方式中，虽然一个激光光束的分离数量为两个，但是分离数量不限于两个，只要是多个即可，并且每个分离脉冲的能量密度可以互相不等。在该实施方式中，利用λ/2板105改变能量密度。例如，在第一脉冲的激光光束的能量密度高于第二或后来脉冲的激光光束的能量密度的情况下，由于熔化时间变长，所以冷却速度变慢。在第二或后来脉冲的激光光束的能量密度高于第一脉冲的激光光束的能量密度的情况下，由于半导体膜被第一脉冲的激光光束加热，因此可实现粒径的增大。增加的光学路径长度和激光光束的分离数量的最佳值根据半导体膜的状态、激光振荡器的种类等而不同。
(实施方式2)在实施本发明的该实施方式中，将介绍不同于实施方式1的实施方式。在该实施方式中，将介绍使用多个激光振荡器的激光照射装置的例子。
图2是表示本发明的激光照射装置结构的例子的示意图。该激光照射装置包括激光振荡器121a和121b、反射镜122、124和125、TFP123和将激光光束形成线形形状的光学系统126。
同时从激光振荡器121a和121b振荡激光光束。虽然未示出，假设使用TFP，使从激光振荡器121a发射的激光光束1只有S分量。从激光振荡器121b发射的激光光束只有P分量。被反射镜122全部反射之后，激光光束1到达TFP123。另一方面，激光光束2到达TFP123而没有经过反射镜等。这样，在激光光束1和激光光束2之间，由反射镜122和TFP123之间的距离产生光学路径差，并在光束到达衬底时产生时间差，因而半导体膜的冷却速度变慢。这样，晶核的产生密度变低，结晶时间变长，因此能形成大粒径的晶粒。此外，通过改变反射镜122和TFP123之间的距离，可任意改变从激光振荡器121a和121b发射的激光光束之间的光学路径差。
另外，还有一种方法是，当从激光振荡器121a和121b振荡激光光束时，例如在激光振荡器121b振荡之后，激光振荡器121a振荡。与激光振荡器121a和121b同时振荡的情况相比，由于不需要形成反射镜122和TFP123的光学路径差，因此可形成小型激光照射装置。
如在本发明的本实施方式中，在从不同激光振荡器振荡的激光光束的S分量和P分量合成的情况下，合成方法很容易。这样，光学系统不会变得复杂，这对光学调整、装置的最小化等是很有效的。
顺便提及，在本发明的实施方式中，虽然使用两个激光振荡器，但数量不限于两个，只要是多个即可，并且多个脉冲的每个的能量密度彼此不相等。此外，增加的光学路径长度的最佳值、激光振荡器的数量等因半导体膜、激光振荡器的种类等而不同。
(实施方式3)在实施本发明的该实施方式中，将介绍不同于实施方式1和实施方式2的实施方式。在本实施方式中，将介绍使用多个激光振荡器的激光照射装置的例子。
图29是表示本发明的激光照射装置结构的例子的示意图。该激光照射装置包括激光振荡器221a和221b及将激光光束形成线形形状的光学系统226。
从激光振荡器221a和221b振荡激光光束，同时利用控制激光振荡的装置(未示出)产生时间差。虽然从激光振荡器221a和221b到光学系统226的光学路径长度彼此相等，由于振荡的激光光束的时间彼此不同，因此在光束到达衬底时产生时间差，并且半导体膜的冷却速度变慢。这样，晶核的产生密度变低，结晶时间变长，因此可形成大粒径的晶粒。此外，通过改变来自激光振荡器221a和221b的激光光束的振荡的时间差，可任意改变各个激光光束到达衬底的时间差。
在本发明的本实施方式中，由于通过增加从多个激光振荡器的至少一个激光振荡器到衬底的光学路径长度而不形成光学路径差，可得到小型激光照射装置。
顺便提及，在本发明的本实施方式中，虽然使用两个激光振荡器，但数量不限于两个，只要为多个即可，并且多个激光光束的每个的能量密度彼此不等。
下面将在下述实施例的基础上进一步详细介绍具有上述结构的本发明。
下面解释本发明的实施例。
图1是表示本发明的激光照射装置的结构例子的示意图。该激光照射装置具有固态激光振荡器101、反射镜102、103、108、109和111-115、λ/2板105、薄膜偏振器(TFPs)106和107、及将激光处理成线形形状的光学系统110。另外，参考标记104表示能量监测系统，参考标记115表示快门系统。YAG激光器用做实施例1中的固态激光振荡器，并且具有YAG激光器作为振荡源的激光的输出时间为6.7ns。
来自激光振荡器101的激光被反射镜102-104反射，并到达λ/2板105。通过在光学路径上设置λ/2板105，可任意改变被TFP106分离的光束的强度分布比。在实施例1中，利用TFP106分离形成的两束激光的强度是相同的。
如果TFP106设置成使激光的入射角变为布鲁斯特角，则来自具有P分量的激光的反射光的量为零(电场矢量在入射平面内振荡的分量)。因此激光的P分量经过TFP，并且只反射激光的S分量(电场矢量在垂直于入射平面的平面内振荡的分量)。被传输的激光的P分量经过发射镜108和109及光学系统110照射到衬底上。
另一方面，被反射的激光的S分量在经过反射镜111-114之后被设置成使入射角为布鲁斯特角的TFP107反射，并经过反射镜108和109及光学系统110照射到衬底上。通过使激光的S分量经过反射镜111-114，只有激光的S分量的光学路径长度变长，并得到与经过TFP106的激光的P分量的光学路径差。因此当激光照射到衬底上时，在S分量和P分量之间形成等于由光速分离的加长光学路径长度的值的时间差。即，当一个激光脉冲被分成两个脉冲和在一个脉冲中光学路径长度变长上时，在照射衬底期间该脉冲可以延迟得比另一个脉冲更长，并且半导体膜的冷却速度变慢。因此产生的晶核的密度变低，结晶时间变长，因而可获得大尺寸晶粒。
另外，对具有实施例1的结构的激光照射装置进行模拟，其中在将被分离的脉冲之一照射到硅膜上之后，另一个脉冲被给定的延迟为10.20和30ns，并照射到硅膜上。这是公知的延迟时间＝光学路径差/光速因此为了形成10ns的延迟，光学路径长度为10×10-9[s]×3×108[m/s]＝3[m]换言之，如果在图1中从TFP106经过反射镜111-114到TFP107的光学路径长度(在实施例1中由激光的S分量采用的光学路径长度)和从TFP106到TFP107(在实施例1中由激光的P分量采用的光学路径长度)的光学路径长度之间的差设定为3m，则激光的S分量以10nm的延迟在激光的P分量之后照射到待照射表面上。
从激光振荡器发射的激光的脉冲形状示于图8A中。图8A所示的脉冲被分成两个，并且具有10、20和30ns延迟的脉冲形状分别示于图8B-8D中。用照射到具有图3中所示结构的硅膜上的具有图8B-8D所示脉冲形状的YAG激光的二次谐波进行计算，在图3的点A-C发现温度与时间的关系。结果示于图10A-10C、图10D-10F和图11A-11C中。指出，相比之下，对于照射到具有图3所示结构的硅膜上并具有图8A所示脉冲形状的YAG激光的二次谐波，关于在图3的点A-C的时间-温度的模拟结果示于图9中。这里能量密度从0.2-0.4J变化。结晶时间和熔化时间变短，特别是，在具有低能量密度的条件下，点C的温度不随着图9A-9F中的点A的温度而变化。然而，发现有结晶时间和熔化时间随着延迟时间变长而变长的趋势。换言之，通过延迟、然后在另一个脉冲照射之后照射一个脉冲而使冷却速度变慢。因此产生的晶核的密度变低，结晶时间变长，并形成具有大尺寸的晶粒。如果利用由此形成的结晶半导体膜形成TFT，则上述TFT的电特性变得优异。
应该指出，虽然在实施例1中形成具有相同强度的两束激光，当然它们的强度也可以不同。实施例1中，在激光的P分量照射到半导体膜上之后，由于反射镜111-114而具有更长的光学路径长度的激光S分量照射到半导体膜上。如果激光的P分量、比S分量强，则优选在被激光的P分量熔化的半导体膜开始结晶之前照射激光的S分量。另外，如果激光的P分量的强度比激光的S分量弱，则优选半导体膜在照射激光的S分量之后熔化。
在本例中，将介绍当利用实施例1的激光照射装置将激光光束照射到半导体膜上时得到的晶粒。
首先，在衬底上形成半导体膜。在本例中，制备康宁公司的1737玻璃衬底作为衬底，并利用等离子体CVD法形成厚度为54nm的非晶硅膜。接着，利用激光光束的激光退火进行半导体膜的结晶。当通过激光退火进行结晶时，希望预先释放包含在半导体膜中的氢，合适的是该膜暴露于在400-500℃下的氮气氛中约一小时，以便预先使氢含量为5atom％或以下。借此，显著提高了防激光性能。在本例中，衬底暴露于500℃的氮气氛中一小时。
然后，利用具有图1所示结构的激光照射装置进行半导体膜的结晶。在本例中，激光光束被λ/2板105和薄膜偏振元件106分成具有相同能量的两个部分，以便形成双脉冲，在分离脉冲之一照射到半导体膜上之后，在延迟10ns之后照射另一脉冲。与此相对比，激光光束没有被分离而作为单脉冲照射到半导体膜上。此外，还可以在相同照射位置重复进行照射，同时改变斑点的数量。
实验结果示于图13和14中。图13和14表示在激光照射之后进行对半导体膜的seco-刻蚀之后，用5万倍的SEM观察的结果的例子。图13表示在单脉冲的20个斑点照射之后的半导体膜，图14表示双脉冲的12个斑点照射之后的半导体膜。从图13和14应该理解到，当在激光光束被分成两部分之后进行照射时可得到大粒径的晶粒。图15表示当改变斑点数量时形成的晶粒的最大粒径的测量的结果。从图15也可理解到，当在激光光束被分成两部分之后进行照射时可得到更大粒径的晶粒。
如上所述，实验证实了在激光光束被分离并照射到半导体膜上时，形成大粒径的晶粒。如果利用该方式形成的结晶半导体膜制造TFT，则TFT的电特性优异。
在实施例3中将介绍不同于实施例1的实施例。在实施例3中将示出使用多个激光振荡器的激光照射装置的例子。
图2是表示本发明的激光照射装置的结构的示意图。激光照射装置具有激光振荡器121a和121b、反射镜122、124和125、TFP123、和将激光处理成线形形状的光学系统126。两个YAG激光器用做实施例3中的激光振荡器。
同时从激光振荡器121a和121b发射激光。虽然图中未示出，利用TFP，使从激光振荡器121a发射的第一激光1只有S分量，从激光振荡器121b发射的第二激光2只有P分量。激光1被反射镜122反射，之后到达TFP123。另一方面，激光2没有经过反射镜等而到达TFP123。由此根据反射镜122和TFP123之间的距离，在激光1和激光2之间形成光学路径差。形成了到达衬底需要的时间差，并且半导体膜的冷却速度变慢。因此发展的晶核的密度变低，结晶时间变长，可以形成大尺寸晶粒。而且，通过改变反射镜122和TFP123之间的距离，可以任意改变从激光振荡器121a和121b发射的激光之间的光学路径差。
此外，还有一种用于振荡激光振荡器121a的方法，例如当从激光振荡器121a和121b发射激光时，在振荡激光振荡器121b之后，振荡激光振荡器121a。与从激光振荡器121a和121b同时发射激光相比，用该方法不必形成反射镜122和TFP123之间的光学路径差，结果是形成小型激光照射装置。
在实施例4中示出了包含实施例1和实施例2的激光照射装置的例子。
图13是表示本发明的激光照射装置的结构例子的示意图。该激光照射装置具有固态激光振荡器131a和131b、反射镜132、138、139和141-145、λ/2板135、薄膜偏振器(TFPs)133、136、137、和将激光处理成线形形状的光学系统140。另外，参考标记104表示能量监测系统，参考标记145表示快门系统。两个YAG激光器用做实施例4中的固态激光振荡器。
从激光振荡器131a和131b同时发射激光。虽然图中未示出，利用TFP，使从激光振荡器131a发射的第一激光1只有S分量，从激光振荡器131b发射的第二激光2只有P分量。激光1被反射镜132反射，之后到达TFP133。另一方面，激光2没有经过反射镜等而到达TFP133。由此根据反射镜132和TFP133之间的距离，在激光1和激光2之间形成光学路径差，并形成了到达衬底需要的时间差。
如果TFP136设置成使激光的入射角为布鲁斯特角，则来自有P分量的激光的反射光的量为零(电场矢量在入射平面内振荡的分量)。因此激光的P分量经过TFP，并且只反射激光的S分量(电场矢量在垂直于入射平面的平面内振荡的分量)。被传输的激光的P分量经过反射镜138和139以及光学系统140照射到衬底上。
另一方面，被反射激光的S分量在经过反射镜141-144之后被设置成使入射角为布鲁斯特角的TFP137反射，并经过反射镜138和139及光学系统140照射到衬底上。经过反射镜141-144，只有激光的S分量具有变长的光学路径长度，并形成与经过TFP136的激光P分量的光学路径差。
因此在实施例3中，由于反射镜132和TFP133之间的距离引起的光学路径差和由于反射镜141-144产生的光学路径差而形成激光到达衬底的时间差，并且半导体膜的冷却速度变慢。必然形成的晶核的密度变少，结晶时间变长，因此可形成具有大粒径的晶粒。通过利用该方式制造的结晶半导体膜形成TFT，可以提高上述TFT的电特性。
在本例中，利用图17-21解释有源矩阵衬底的制造方法。
首先，在本例中，使用由玻璃如硼硅酸钡玻璃或硼硅酸铝玻璃制成的衬底300，前述玻璃的代表例子为康宁#7059玻璃和#1737玻璃。注意，作为衬底300，可使用石英衬底、硅衬底、其上形成绝缘膜的金属衬底或不锈钢衬底。也可使用对本例的处理温度具有耐热性的塑料衬底。
然后，在衬底300上形成由绝缘膜如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜形成的基底膜301。在本例中，两层结构用做基底膜301。但是，可以使用单层膜或由两层或多层绝缘膜构成的叠层结构。作为基底膜301的第一层，用等离子体CVD法并用SiH4、NH3、N2O作为反应气体形成厚度为10-200nm(优选为50-100nm)的氮氧化硅膜301a。在本例中，形成膜厚为50nm的氮氧化硅膜301a(成分比Si＝32％，O＝27％，N＝24％和H＝17％)。然后作为基底膜301的第二层，用等离子体CVD法并用SiH4和N2O作为反应气体形成氮氧化硅膜301b并层叠成厚度为50-200nm(优选100-150nm)。在本例中，形成膜厚为100nm的氮氧化硅膜301b(成分比Si＝32％，O＝59％，N＝7％和H＝2％)。
接着，在基底膜上形成半导体层302。该半导体层302是用具有非晶结构的半导体膜形成的，该半导体膜利用公知方法(如溅射法、LPCVD法或等离子体CVD法)形成为25-80nm厚(优选30-60nm)。不特别限制结晶半导体膜的材料，但是优选是由硅、硅锗(SiGe)合金等形成。在本例中，利用等离子体CVD法形成厚度为55nm的非晶硅膜。
然后结晶半导体膜。对半导体膜的结晶进行激光退火。此外，除了激光退火以外，热结晶或使用镍作为催化剂的热结晶可适用于半导体膜的结晶。利用激光退火和上述这些结晶方法之一的组合的方法进行半导体膜的结晶。通过施加本发明而实现激光退火。例如，通过固体激光器(YAG激光器、YVO4激光器等)设定为光源的激光被分成多个激光。到达照射表面的一个或多个激光的光学路径长度比到上述照射表面的另一激光的光学路径长度更长，并且该激光照射到半导体膜上。在本例中，在衬底暴露在500℃温度的氮气氛中一小时之后，利用图1所示的激光照射装置进行半导体膜的结晶，由此形成具有大粒径晶粒的结晶半导体膜。这里，YAG激光器用于激光振荡器。利用非线形光学元件被调制成二次谐波的激光被光学系统处理成线形光束并照射到半导体膜上。当线形光束照射到半导体膜上时，虽然叠加比设定为50-98％，但是由于最佳条件根据半导体膜的状态和激光的延迟时间而不同，因此可以由操作者适当地设定该比值。
由此形成的结晶半导体膜被构图成所希望的形状，以便形成半导体层402-406。在本例中，利用光刻对结晶硅膜构图处理，以便形成半导体层402-406。
另外，在形成半导体层402-406之后，可掺杂微量杂质元素(硼或磷)以控制TFT的阈值电压。
然后形成栅绝缘膜407，用于覆盖半导体层402-406。栅绝缘膜407是利用等离子体CVD法或溅射法由含有硅的绝缘膜形成的，且厚度为40-150nm。在本例中，栅绝缘膜407是利用等离子体CVD法由氮氧化硅膜形成的且厚度为110nm(成分比Si＝32％，O＝59％，N＝7％和H＝2％)。当然，栅绝缘膜不限于氮氧化硅膜，含有硅的其它绝缘膜可以用做单层或叠层结构。
除此之外，当使用氧化硅膜时，可利用TEOS(四乙基原硅酸盐)和O2混合并在0.5-0.8Wcm2的高频(13.56MHz)功率密度、以40Pa的反应压力和300-400℃的衬底温度放电的等离子体CVD法形成。利用后来在400-500℃的热退火，在制造的氧化硅膜中可得到作为栅绝缘膜的好特性。
然后，如图17B所示，在栅绝缘膜407上形成厚度为20-100nm的第一导电膜408和厚度为100-400nm的第二导电膜409并层叠。在本例中，膜厚为30nm的TaN膜的第一导电膜408和厚度为370nm的W膜的第二导电膜409形成为层叠结构。TaN膜是在含氮气氛下利用溅射形成的。此外，W膜是利用W靶通过溅射法形成的。可使用六氟化钨(WF6)通过热CVD法形成W膜。无论使用哪种方法，都需要使材料具有用做栅极的低电阻，并且最好是W膜的电阻率设定为小于或等于20μΩcm。通过使晶粒大，可以使W膜具有低电阻率。但是，W膜中含有多种杂质元素如氧的情况下，阻止结晶并且电阻变高。因此，在本例中，通过用99.9999％高纯度的W靶的溅射法形成W膜，此外，充分考虑在膜形成期间防止气相中的杂质混合在其中，可实现9-20μΩcm的电阻率。
注意，在本例中，第一导电膜408是由TaN制成的，第二导电膜409是由W制成的，但是对它们的材料不特别限制，每种膜可由选自由Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr和Nd构成的组中的元素或含有上述元素作为其主要成分的合金材料或化合物材料形成。此外，可使用半导体膜，典型的为用杂质元素如磷掺杂的多晶硅膜。另外，还可以使用AgpdCu合金。此外，可采用任何组合，如第一导电膜由钽(Ta)形成和第二导电膜由W形成的组合、第一导电膜由氮化钛(TiN)形成和第二导电膜由W形成的组合、第一导电膜由氮化钽(TaN)形成和第二导电膜由Al形成的组合、或第一导电膜由氮化钽(TaN)形成和第二导电膜由Cu形成的组合。
接下来，利用光刻法形成由抗蚀剂构成的掩模410-415，并进行第一刻蚀工艺以便形成电极和布线。该第一刻蚀工艺是用第一和第二刻蚀条件进行的。在本例中，作为第一刻蚀条件，使用ICP(感应耦合等离子体)刻蚀法，CF4、Cl2和O2的气体混合物用做刻蚀气体，气体流速设定为25/25/10sccm，通过在1Pa下给线圈形电极施加500W RF(13.56MHz)功率产生等离子体。这里使用利用由Matsushita Electric IndustrialCo.Ltd.制造的ICP(Model E645-□ICP)的干刻蚀器件。还给衬底一侧(测试片阶段)施加150W RF(13.56MHz)功率以便有效地施加负自偏置电压。用第一刻蚀条件刻蚀W膜，第一导电层的端部形成为锥形。
然后，在不去除由抗蚀剂制成的掩模410-415的情况下，将第一刻蚀条件改变为第二刻蚀条件，CF4和Cl2的混合气体用做刻蚀气体，气体流速设定为30/30sccm，并通过在1Pa下给线圈形电极施加500W RF(13.56MHz)功率产生等离子体。还给衬底一侧(测试片阶段)施加20WRF(13.56MHz)功率以便有效地施加负自偏置电压。用混合CF4和Cl2的第二刻蚀条件以相同顺序刻蚀W膜和TaN膜。注意，为了进行刻蚀而不在栅绝缘膜上留下任何残余物，刻蚀时间可以增加约10-20％。
在第一刻蚀工艺中，由于通过利用合适形状的抗蚀剂掩模而给衬底一侧施加偏置电压的效果，第一和第二导电层的端部形成得具有锥形形状。锥部的角度可以设定为15°-45°。这样，利用第一刻蚀工艺形成由第一导电层和第二导电层构成的第一形状导电层417-422(第一导电层417a-422a和第二导电层417b-422b)。参考标记416表示栅绝缘膜，没有被第一形状导电层417-422覆盖的栅绝缘膜的区域通过刻蚀而变薄了约20-50nm。
然后，在不去掉由抗蚀剂构成的掩模的情况下，进行第一掺杂工艺以添加给半导体层赋予n型导电性的杂质元素(图18A)。可用离子掺杂法或离子注入法进行掺杂。离子掺杂法的条件是剂量为1×1013-5×1015原子/cm2，加速电压为60-100keV。在本例中，剂量为1.5×1015原子/cm2，加速电压为80keV。作为赋予n型导电性的杂质元素，使用属于元素周期表的15族的元素，典型为磷(P)或砷(As)，这里使用磷。在这种情况下，导电层417-422成为赋予n型导电性的杂质元素的掩模，并以自对准方式形成高浓度杂质区306-310。给高浓度杂质区添加在1×1020-1×1021原子/cm2浓度范围内的赋予n型导电性的杂质元素。
此后，不用去掉由抗蚀剂构成的掩模而进行第二刻蚀工艺。CF4、Cl2和O2的混合气体用做刻蚀气体，并选择刻蚀W膜。用第二刻蚀工艺形成第二导电层428b-433b。另一方面，第一导电层417a-422a几乎不被刻蚀，形成第二导电层428-433。
接着，如图18B所示，在不去掉抗蚀剂掩模的情况下，进行第二掺杂工艺。在剂量低于第一掺杂工艺的剂量和加速电压为70-120keV的条件下掺杂赋予n型导电性的杂质元素。在本例中，剂量为1.5×1014原子/cm2，加速电压为90keV。第二掺杂工艺用第二形状导电层428-433作为掩模，用第二导电层428b-433b下面的半导体层掺杂杂质元素。重新形成高浓度杂质区423a-427a和低浓度杂质区423a-427b。
接着，在去掉掩模之后，重新形成抗蚀剂掩模434a和434b，如图18C所示进行第三刻蚀工艺。SF6和Cl2的混合气体用做刻蚀气体，气体流速设定为50/10sccm，并通过在1Pa下给线圈形电极施加500WRF(13.56MHz)功率产生等离子体，由此进行刻蚀约30秒。还给衬底一侧(测试片阶段)施加10WRF(13.56MHz)功率以便有效地施加负自偏置电压。这样，通过上述第三刻蚀工艺形成刻蚀p沟道型TFT和象素部分的TFT(象素TFT)的TaN膜的第三形状导电层435-438。
接下来，去掉抗蚀剂掩模之后，通过选择去除栅绝缘膜416并利用第二形状导电层428、430和第二形状导电层435-438做掩模，形成绝缘层439-444(图19A)。
接着，通过重新形成包括抗蚀剂的掩模445a-445c，进行第三掺杂工艺。通过第三掺杂工艺，在构成p沟道型TFT的有源层的半导体层中形成用提供与上述一种导电类型相反的导电类型的杂质元素掺杂的杂质区446、447。利用第二导电层435a、438a作杂质元素的掩模，通过添加提供p型的杂质元素自调节形成杂质区。在本例中，通过使用乙硼烷(B2H6)的离子掺杂工艺形成杂质区446、447。(图19B)在第三掺杂工艺中，用包括抗蚀剂的掩模445a-445c覆盖形成n沟道型TFT的半导体层。虽然通过第一掺杂工艺和第二掺杂工艺用磷以彼此不同的浓度掺杂了杂质区446、447，但是在任何区域中通过进行掺杂工艺以便使提供p型的杂质元素的浓度落入在2×1020-2×1021原子/cm2范围内，该杂质区用做p沟道型TFT的源区和漏区，因而，不会出现问题。在本例中，露出了构成p沟道型TFT的有源层的半导体层的部分，因此实现了容易给它添加杂质元素的优点。
通过上述步骤在各个半导体层中形成杂质区。
然后，通过去掉包括抗蚀剂的掩模445A-445c，形成第一层间绝缘膜461。第一层间绝缘膜461是利用等离子体CVD工艺或溅射工艺用包括硅和厚度为100-200nm的绝缘膜形成的。在本例中，利用等离子体CVD工艺形成膜厚为150nm的氮氧化硅膜。通常，第一层间绝缘膜461不限于氮氧化硅膜，包括硅的其它绝缘膜也可用做单层或叠层结构。
接着，如图19C所示，进行添加到各个半导体层中的杂质元素的活化步骤。利用炉退火炉的热退火工艺进行该活化步骤。可以在具有等于或小于1ppm、优选等于或小于0.1ppm的氮气氛中在400-700℃、典型为500-550℃下进行热退火工艺，并且在本例中，利用热处理在550℃下进行活化处理4小时。此外，除了热退火工艺之外，可使用激光退火工艺或快速热退火工艺(RTA工艺)。
另外，在本例中，当在结晶步骤中用镍等作为催化剂进行热结晶时，金属元素与活化步骤同时使包括高浓度磷的杂质区423a、425A、426a、446a和447a结晶。因此，上述金属元素被上述杂质元素去气，并且主要构成沟道形成区的半导体层中的金属元素浓度减少。根据具有用此方法制成的沟道形成区的TFT，截止电流值减少，结晶性能优异，因此提供高场效应迁移率并实现优异的电特性。
另外，可以在形成第一层间绝缘膜之前进行热处理。但是，当使用的布线材料耐热性很弱时，优选在形成层间绝缘膜(其主要成分为硅的绝缘膜，例如氮化硅膜)之后进行活化工艺，如本例中那样用于保护布线。
另外，通过在包含3-100％氢的气氛中在300-550℃下进行热处理1-12小时，进行半导体层的氢化步骤。在本例中，在包含约3％氢的氮气气氛中在410℃下进行热处理1小时。该步骤是利用包含在层间绝缘膜中的氢端接半导体层的悬挂键的步骤。作为氢化的其它方式，可以进行等离子体氢化(利用被等离子体激活的氢)。
此外，当激光退火工艺用做活化工艺时，优选在进行氢化之后照射YAG激光器等的激光光束。
接下来，在第一层间绝缘膜461上形成包括无机绝缘材料或有机绝缘材料的第二层间绝缘膜462。在本例中，形成膜厚为1.6μm的丙烯酸树脂膜，并使用粘度为10-1000cp、优选40-200cp的膜，并且在其表面形成有突起和凹槽。
在本例中，为了防止镜面反射，通过在表面上形成带有突起和凹槽部分的第二层间绝缘膜，在象素电极的表面上形成突起和凹槽部分。而且，为了通过在象素电极表面上形成突起和凹槽部分而实现光散射特性，突起部分可以形成在象素电极下面的区域中。在这种情况下，由于在形成TFT时使用相同的光掩模，因此在没有增加工艺数量的情况下形成突起部分。注意突起部分可适当地提供在除了衬底上的布线和TFT部分以外的象素部分区域中。这样，沿着形成在覆盖突起部分的绝缘膜的表面上的突起和凹槽部分，在象素电极表面上形成突起和凹槽部分。
而且，具有平整表面的膜可用做第二层间绝缘膜462。在这种情况下，最好如下进行。即，在形成象素电极之后，利用公知方法如喷砂法或刻蚀法的工艺在表面上形成突起和凹槽部分。这样，由于防止了镜面反射并散射了反射光，因此优选增加白色度。
然后，在驱动电路506中，形成与各个杂质区电连接的布线463-467。注意这些布线是通过构图膜厚为50nm的Ti膜和膜厚为500nm的合金膜(Al和Ti的合金膜)的层叠膜形成的。
而且，在象素部分507中，形成象素电极470、栅布线469和连接电极468(图20)。通过这个连接电极468，在源布线(杂质区443b和第一导电层449的叠层)和象素TFT之间形成电连接。而且，在栅布线469和象素TFT的栅极之间形成电连接。关于象素电极470，形成与象素TFT的漏区442的电连接和与用做形成存储电容器的电极之一的半导体层458的电连接。希望具有高电阻率的材料如含有Al或Ag作为其主要成分的膜或其层叠膜用于象素电极470。
这样，可以在同一衬底上形成具有由n沟道TFT501和p沟道TFT502形成的CMOS电路和n沟道型TFT503的驱动电路506、和具有象素TFT504和保持电容器505的象素部分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、与构成栅极的一部分的第一导电层428a叠加的低浓度杂质区(GOLD区)423b、和用做源区或漏区的高浓度杂质区423a。通过电极466而与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、形成在栅极外部的杂质区446b、446c、和用做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、与包括栅极一部分的第一导电层430a叠加的低浓度杂质区425b(GOLD区)、和用做源区或漏区的高浓度杂质区425a。
象素部分的象素TFT504包括沟道形成区426c、形成在栅极外部的低浓度杂质区426b(GOLD区)、和用做源区或漏区的高浓度杂质区426a。此外，给用做存储电容器505的电极之一的各个半导体层447a、447b添加提供p型导电性的杂质元素。存储电容器505是利用绝缘膜444做介质部件由电极(438a和438b的叠层)和半导体层447a-447c形成的。
此外，在本例的象素结构中，象素电极的端部是通过将它设置成与源布线叠加以便使象素电极之间的间隙不暴露于光而没有使用黑体形成的。
本例中制造的有源矩阵衬底的象素部分的顶视图示于图21中。注意到，相同参考标记用于表示对应图17-20的部件。图20中的虚线A-A’对应沿着图21中的线A-A’截取的截面图。而且，图20中的虚线B-B’对应沿着图21中的线B-B’截取的截面图。
可通过与实施例1-4自由组合而实施本实施例。
在本例中，将介绍用实施例5中制造的有源矩阵衬底制造反射型液晶显示器件的步骤，图22用于解释。
首先，根据实施例5，提供处于图20的状态的有源矩阵衬底，然后，在图20的有源矩阵衬底上，至少在象素电极470上，形成对准膜567，进行研磨处理。此外，在本例中，在形成对准膜567之前，通过构图有机树脂膜如丙烯酸树脂膜，为了保持衬底之间的间隔，在希望的位置上形成柱状隔离物572。另外，代替柱状隔离物，在衬底整个表面上散布球形隔离物。
接着，制备对置衬底569。接下来，形成色层570和571及整平膜573。通过叠加红色的色层570和兰色的色层572形成光屏蔽部分。此外，通过叠加红色色层和兰色色层的部分可形成光屏蔽部分。
在本例中，使用了实施例4中所示的衬底。因此，在表示实施例4的象素部分的顶视图的图21中，需要至少屏蔽栅布线469和象素电极470之间的间隙、栅布线469和连接电极468之间的间隙、及连接电极468和象素电极470之间的间隙。在本例中，各个色层设置成通过叠置色层构成的光屏蔽部分叠加要被屏蔽的位置和对其粘贴对置衬底。
用这种方式，通过用由叠置色层构成的光屏蔽部分屏蔽各个象素之间的间隙而不用形成光屏蔽层如黑掩模，减少了很多步骤。
接着，至少在象素部分在整平膜573上形成由透明导电膜构成的对置电极576，在对置衬底的整个表面上形成对准膜574，并进行研磨处理。
此外，用象素部分和驱动电路形成的有源矩阵衬底和对置衬底通过密封件568粘贴在一起。密封件568与填充剂混合，并且两个衬底以均匀间隔被填充剂和柱状隔离物粘贴在一起。随后，用液晶材料575注入两个衬底之间的间隔中，并用密封剂(未示出)完全密封。对于液晶材料575，可使用公知液晶材料。通过这种方式，完成了图22中所示的反射型液晶显示装置。此外，如果需要，可将有源矩阵衬底或对置衬底分离成所希望的形状。另外，只给对置衬底粘贴偏振器(未示出)。而且，利用公知技术给它粘贴FPC。
如此形成的液晶显示器件具有利用其上形成了大粒径晶粒的半导体膜形成的TFT，并实现了足够的操作特性和可靠性。用这种方式制造的液晶显示器件用做各种电子设备的显示部分。
可通过自由组合实施例1-5实施本例。
在本例中，将介绍通过在制造实施例5中所述的有源矩阵衬底时制造TFT的方法制造作为发光器件的EL(电致发光)显示器件的例子。EL显示器件是包括作为光源的含有机化合物的层(EL元件)的发光器件，其中通过施加电场实现发光。有机化合物的EL包括在单激发态返回到接地状态时得到的光发射(荧光)和当三激发态返回到接地状态时得到的光发射(磷光)。图23是本实施例的发光器件的截面图。
顺便提及，在本说明书中，形成在发光元件中的阳极和阴极之间的任何层定义为有机发光层。具体而言，有机发光层包括发光层、空穴注入层、电子注入层、空穴转移层、电子转移层等。实质上，发光元件具有阳极层、发光层和阴极层顺序堆叠的结构，并且除了该结构之外，发光层可具有阳极层、空穴注入层、发光层和阴极层，或阳极层、空穴注入层、发光层、电子转移层和阴极层按顺序堆叠的结构。
在图23中，用图22的n沟道TFT503形成设置在衬底700上的开关TFT603。相应地，参考n沟道TFT503的介绍用于介绍其结构。
顺便提及，在本例中，虽然采用形成两个沟道形成区的双栅结构，但是也可以采用形成一个沟道形成区的单栅结构或形成三个沟道形成区的三栅结构。
用图22的CMOS电路形成设置在衬底700上的驱动电路。相应地，参考n沟道TFT501和p沟道TFT502的介绍用于介绍其结构。顺便提及，虽然采用单栅结构，但是也可以采用双栅结构或三栅结构。
除此之外，布线701和703用做CMOS电路的源布线，布线702用做漏布线。布线704用做电连接源布线708和开关TFT的源区的布线，布线705用做电连接漏布线709和开关TFT的漏区的布线。
顺便提及，用图22的p沟道TFT502形成电流控制TFT604。相应地，参考p沟道TFT502的介绍用于介绍其结构。虽然采用单栅结构，但是也可以采用双栅结构或三栅结构。
布线706是电流控制TFT的源布线(等效于电流输送线)，布线707是与电流控制TFT的象素电极710叠加以便与象素电极710电连接的电极。
顺便提及，参考标记710表示用透明导电膜制成的象素电极(EL元件的阳极)。作为透明导电膜，可使用氧化铟和氧化锡的化合物、氧化铟和氧化锌、氧化锌、氧化锡或氧化铟的化合物。可使用用镓添加的透明导电膜。在形成布线之前，在平坦层间绝缘膜711上形成象素电极710。在本例中，利用由树脂制成的整平膜711整平由于TFT形成的阶梯部分是很重要的。由于后来形成的EL层很薄，因此有由于阶梯部分的存在而产生差的光发射的情况。因而，希望在形成象素电极之前进行整平，以便在可能最平坦的表面上形成EL层。
形成布线701和707之后，如图23所示，形成堤712。可通过构图厚度为100-400nm并含有硅或有机树脂膜的绝缘膜形成堤712。
顺便提及，由于堤712是绝缘膜，因此在膜生长时应小心元件的静电损伤。在本例中，在作为堤712的材料的绝缘膜中添加碳颗粒或金属颗粒，以便降低电阻率并抑制静电的产生。此时，应适当调整碳颗粒或金属颗粒的添加量，以便使电阻率为1×106-1×1012Ωm(优选1×108-1×1010Ωm)。
在象素电极710上形成EL层713。顺便提及，虽然图23中只示出了一个象素，但是在本例中，分开形成对应R(红)、G(绿)和B(兰)的EL层。此外，在本例中，利用蒸发法形成低分子有机EL材料。具体而言，采用如下层叠结构其中提供厚度为20nm铜酞菁(CuPc)膜作为空穴注入层，在其上提供厚度为70nm的tirs-8-quinolinolato铝络合物(Alq3)膜作为发光层。通过给Alq3添加荧光颜料如quinacridone、perylene或DCM1可控制光发射的颜色。
但是，上述例子是可用于EL层的有机EL材料的例子，本发明不必限于此。发光层、电荷转移层和电荷注入层可自由组合形成EL层(用于发光和为此而移动载流子的层)。例如，虽然本实施例显示了低分子有机EL材料用于EL层的例子，但是可以使用高分子有机EL材料。此外，也可使用无机材料如碳化硅用于电荷转移层或电荷注入层。公知材料可用做有机EL材料或无机材料。
接着，在EL层713上提供由导电膜制成的阴极714。在本例中，铝和锂的合金膜用做导电膜。当然，可以使用公知MgAg膜(镁和银的合金膜)。作为阴极材料，可使用用元素周期表的1族或2族中的元素制成的导电膜或用这些元素添加的导电膜。
直到形成该阴极714的部分时，完成了EL元件715。顺便提及，这里EL元件715表示由象素电极(阳极)710、EL层713和阴极714形成的二极管。
提供钝化膜716以便完全覆盖EL元件715是有效的。钝化膜716由含有碳膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的绝缘膜构成，并且可使用绝缘膜的单层或这些膜的组合的层叠膜。
此时，优选使用覆盖率优异的膜用做钝化膜，使用碳膜、特别是DLC(类金刚石碳)膜是有效的。由于可在从室温到100℃的温度范围内形成DLC膜，因此很容易在具有低耐热性的EL层713上形成该膜。此外，DLC对氧具有高的阻挡效应，并能抑制EL层713的氧化。这样，可以防止EL层713在此后进行的密封步骤期间被氧化的问题。
此外，在钝化膜716上提供密封件717，并粘接盖件718。紫外线固化树脂可用于密封件717，并且在其内部提供有吸湿效应的材料或有防氧化效应的材料是有效的。此外，在本例中，通过在玻璃衬底、石英衬底或塑料衬底(包含塑料膜)的两个表面上形成碳膜(优选类金刚石碳膜)得到的部件用做盖件718。
通过这种方式，完成了具有图23中所示结构的发光器件。顺便提及，利用多室系统(或线内系统)膜形成装置并且不暴露于空气可连续进行从完成堤712到形成钝化膜716的步骤。而且，不暴露于空气，可连续进行直到粘接盖件718的步骤的步骤。
通过这种方式，利用塑料衬底作为基体在绝缘体700上形成n沟道TFT601和602、开关TFT(n沟道TFT)603和电流控制TFT(n沟道TFT)604。到此为止的制造工艺中需要的掩模数量小于一般有源矩阵型发光器件制造时用的掩模数量。
就是说，大大简化了TFT的制造工艺，并实现了产量的提高和制造成本的降低。
此外，如参照图23所述，通过提供由绝缘膜与栅极叠加的杂质区，可形成具有对由于热载流子造成的退化的高抵抗性的n沟道TFT。这样，实现了高度可靠的发光器件。
此外，在本例中，虽然只示出了象素部分和驱动电路的结构，根据本例的制造工艺，除了这些之外，还可以在同一绝缘体上形成信号分离电路、D/A转换器、操作放大器和逻辑电路如γ校正电路，此外，还可以形成存储器和微处理器。
此外，将参照图24A和24B介绍进行直到用于保护EL元件的密封(或封装)步骤的步骤之后的本例的发光器件。顺便提及，为了需要，参考图23中使用的参考标记。
图24A是表示直到进行EL元件的密封的步骤的状态的顶视图，图24B是沿着图24A的线C-C’截取的截面图。由虚线表示的部分的参考标记801表示源侧驱动电路；806表示象素部分；807表示栅侧驱动电路。此外，参考标记901表示盖件；902表示第一密封件；903表示第二密封件，在被第一密封件902包围的内部提供密封件907。
顺便提及，参考标记904表示用于传输输入到源侧驱动电路801和栅侧驱动电路807的信号的布线，它从作为外部输入端的FPC(挠性印刷电路)905接收视频信号和时钟信号。顺便提及，这里虽然只示出了FPC，但是印刷布线板(PWB)可固定到FPC上。本说明书中的发光器件不仅包括发光器件主体，而且包括FPC或PWB固定到其上的状态。
接着，将参照图24B介绍截面结构。在衬底700上形成象素部分806和栅侧驱动电路807，象素部分806是由各包括电流控制TFT604和与其漏电连接的象素电极710的多个象素形成的。栅侧驱动电路807是用其中组合了n沟道TFT601和p沟道TFT602的CMOS电路形成的。
象素电极710用做EL元件的阳极。在象素电极710的两端形成堤712，并在象素电极710上形成EL元件的EL层713和阴极714。
阴极714用做公用于所有象素的布线，并通过连接布线904与FPC905电连接。此外，用阴极714和钝化膜716覆盖包含在象素部分806和栅侧驱动电路807的所有元件。
此外，用第一密封件902粘接盖件901。顺便提及，可提供由树脂膜构成的隔离物以便保证盖件901和EL元件之间的间隔。在第一密封件902内部填充密封件907。顺便提及，优选使用环氧树脂用于第一密封件902和密封件907。此外，希望第一密封件902由最大限度阻挡湿气或氧渗入的材料制成。此外，在密封件907内部可含有具有吸湿效应或防氧化效应的材料。
提供的覆盖EL元件的密封件907还用做粘接盖件901的粘合剂。此外，在本例中，FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、Marly、聚酯或丙烯酰基(acryl)可用于构成盖件901的塑料衬底901a的材料。
此外，用密封件907粘接盖件901之后，提供第二密封件903，以便覆盖密封件907的侧表面(暴露表面)。与第一密封件902相同的材料可用于第二密封件903。
通过利用上述结构密封密封件907中的EL元件，可使EL元件完全与外部隔离，并且可以防止材料由于EL层的氧化而加速退化如湿气或氧从外部进入。相应地，可得到高度可靠的发光器件。
用上述这种方式制造的发光器件包括用其中形成大粒径晶粒的半导体膜制造的TFT，并且发光器件的操作特性和可靠性是足够的。这种发光器件可用做各种电子设备的显示部分。
顺便提及，本实施例可与实施例1-5自由组合。
通过应用本发明可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，本发明可用在显示部分中包含这种电光器件的任何类型的电子设备中。
这种电子设备是视频摄像机、数字摄像机、投影仪、头部安装式显示器(护目镜型显示器)、汽车导航系统、汽车立体音响设备、个人计算机或移动信息终端(如便携式计算机、移动电话或电子笔记本)。图25A-25F、26A-26D、27A-27C示出了其例子之一。
图25A表示个人计算机，包括主体2001、图象输入部分2002、显示部分2003、键盘2004等。本发明可适用于显示部分2003。
图25B表示视频摄像机，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、图象接收部分2106等。本发明应用于显示部分2102。
图25C表示便携式计算机，包括主体2201、摄像部分2202、图象接收部分2203、操作开关2204、显示部分2205等。本发明可应用于显示部分2205。
图25D表示护目镜型显示器，包括主体2301、显示部分2302、臂部2303等。本发明可应用于显示部分2302。
图25E表示利用其上记录了程序的记录介质(以下称为记录介质)的播放机，该播放机包括主体2401、显示部分2402、扬声器部分2403、记录介质2404、操作开关2405等。这个播放机使用DVD(数字通用盘)、CD等作为记录介质，并使用户可欣赏到音乐、电影、游戏和互连网。本发明可应用于显示部分2402。
图25F表示数字摄像机，包括主体2501、显示部分2502、目镜部分2503、操作开关2504、图象接收部分(未示出)等。本发明可应用于显示部分2502。
图26A表示正面型投影仪，包括投影器件2601、荧光屏2602等。本发明可应用于构成投影器件2601的部分和其它驱动电路的液晶显示器件2808。
图26B表示背面型投影仪，包括主体2701、投影器件2702、镜子2703、荧光屏2704等。本发明可应用于构成投影器件2702的部分和其它驱动电路的液晶显示器件2808。
图26C表示分别示于图26A和26B中的每个投影器件2601和2702的结构的一个例子。每个投影器件2601和2702是由光源光学系统2801、反射镜2802、和2804-2806、分色镜2803、棱镜2807、液晶显示器件2808、相差板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8是三板型的例子，但是这不限于该例，可以是单板型的。另外，实施本发明的这些例子可在由图26C中的箭头所示的路径中适当地设置光学系统如光学透镜、具有偏振功能的膜、用于调整相差的膜或IR膜。
图26D是表示在图26C中所示的光源光学系统2801的结构的一个例子的示意图。在实施例8中，光源光学系统2801是由反射器2811、光源2812、透镜阵列2813和2814、偏振转换元件2815和聚光透镜2816。顺便提及，图26D中所示的光源光学系统是一个例子，本发明不被特别限于所示结构。例如，体现本发明的那些部分可适当地设置光学系统如光学透镜、具有偏振功能的膜、用于调整相差的膜或IR膜。
图26A-26D中所示的投影仪是使用电光器件的透明型的类型，但是没有示出本发明适用于电光器件发光器件的反射型的例子。
图27A表示移动电话，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。本发明可适用于显示部分2904。
图27B表示便携式笔记本(电子笔记本)，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。本发明可适用于显示部分3002和3003。
图27C表示包括主体3101、支撑底座3102、显示部分3103等的显示器。本发明可适用于显示部分3103。
本发明特别有利于大屏幕显示器，并有利于具有10英寸或以上(特别是30英寸或以上)的对角尺寸的显示器。
从前面的描述清楚看出，本发明的应用的范围非常宽，本发明适用于电子设备的任何领域。利用由实施例1-7的任何的组合构成的结构可实现根据本发明的电子设备。
根据本发明，在激光退火时，激光光束形成为线形形状以提高生产率，并且使用容易维护的固体激光器，因而与使用准分子激光器的常规激光退火相比，可实现生产率的提高。这样，降低了半导体器件如TFT或由TFT形成的液晶显示器件的制造成本。
而且，通过在其间提供有时间差的激光光束照射半导体膜的程序进行激光退火，可得到具有等于或大于常规尺寸(在照射准分子激光光束的情况下)的粒径的晶粒的结晶半导体膜。通过得到具有大晶粒尺寸的结晶半导体膜，可大大提高半导体器件的性能。
权利要求
1.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤将激光光束分离成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿过所述第一薄膜偏振元件；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；和用上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束照射一个半导体膜，其中叠加比设定为50-98％；和使用所述半导体膜形成一个半导体器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间上述第一激光光束的光学路径长度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间所述第二激光光束的光学路径长度。
2.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤将激光光束分离成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿过所述第一薄膜偏振元件；在第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射后，由至少一个反射镜反射所述第一激光光束至少一次；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；和用上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束照射一个半导体膜，其中叠加比设定为50-98％；和使用所述半导体膜形成一个半导体器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间上述第一激光光束的光学路径长度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间所述第二激光光束的光学路径长度。
3.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤将激光光束分离成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿过所述第一薄膜偏振元件；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；将上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束形成为具有10或以上的长宽比的形状；用上述具有10或以上的长宽比的合成激光光束照射一个半导体膜，其中叠加比设定为50-98％；和使用所述半导体膜形成一个半导体器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间上述第一激光光束的光学路径长度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间所述第二激光光束的光学路径长度。
4.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤将激光光束分离成至少第一激光光束和第二激光光束，其中第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射，第二激光光束穿过所述第一薄膜偏振元件；在第一激光光束被第一薄膜偏振元件反射后，由至少一个反射镜反射所述第一激光光束至少一次；在第二薄膜偏振元件上合成上述第一激光光束和第二激光光束；将上述第一激光光束和第二激光光束的合成激光光束形成为具有10或以上的长宽比的形状；用上述具有10或以上的长宽比的合成激光光束照射一个半导体膜，其中叠加比设定为50-98％；和使用所述半导体膜形成一个半导体器件；其中在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间上述第一激光光束的光学路径长度大于在上述第一薄膜偏振元件和第二偏振元件之间所述第二激光光束的光学路径长度。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求的方法，其特征在于所述激光光束由固体激光器产生。
6.根据权利要求1-4中任一权利要求的方法，其特征在于所述半导体膜是硅和锗硅中的一种。
7.根据权利要求1-4中任一权利要求的方法，其特征在于所述半导体膜形成在一个含有氮氧化硅膜的绝缘膜之上。
8.根据权利要求1-4中任一权利要求的方法，其特征在于所述激光光束是二次谐波。
全文摘要
本发明涉及一种半导体器件的制造方法。在与常规装置相比具有低运行成本的激光照射装置和使用这种装置的激光照射方法中，形成具有等于或大于常规粒径的粒径的晶粒的结晶半导体膜，并利用结晶半导体膜制造TFT，因而实现了能高速操作TFT。在来自作为光源的固体激光器的短输出时间的激光光束照射到半导体膜上的情况下，另一激光光束延迟于一个激光光束，并且激光光束合成以便照射到半导体膜上，因而半导体膜的冷却速度缓慢，并且可以形成具有等于或大于具有长输出时间的激光光束照射到半导体膜上的情况下的粒径大的粒径的晶粒的结晶半导体膜。通过用结晶半导体膜制造TFT，可实现能高速操作的TFT。
文档编号B23K26/06GK1841662SQ200610073760
公开日2006年10月4日 申请日期2001年12月21日 优先权日2000年12月26日
发明者田中幸一郎, 中嶋节男 申请人:株式会社半导体能源研究所