专利名称：显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示装置，具体地，涉及一种将薄膜晶体管设为像素电极的开关元件并执行有源矩阵(active matrix)显示的显示装置。
背景技术：
在液晶显示装置和使用有机电致发光器件作为发光器件的平板型显示装置中，薄膜晶体管(TFT)被用作执行多个像素的有源矩阵显示的开关元件。薄膜晶体管包括将多晶硅(poly-Si)用于有源区的TFT(poly-Si TFT)以及将非晶硅(非晶Si)用于有源区的TFT(非晶Si TFT)。
多晶硅TFT的载流子迁移率比非晶硅TFT的高约10到100倍，并具有较小的ON(导通)电流劣化。因此，多晶硅TFT具有用作开关元件组成材料的非常优良的特性。
对于制造多晶硅TFT的技术，已经开发了所谓的低温多晶硅处理，其中，通过在一般不高于600℃的温度下利用低温处理使非晶硅薄膜多结晶化，从而实现基板成本的降低。例如，在使用准分子激光器的低温多晶硅处理中，在一点点地移动照射点的同时通过成形为线状的激光束对非晶硅薄膜进行脉冲照射，使得连续的照射点大部分互相重叠，从而通过激光束将非晶硅薄膜的相同部分照射10～20次。这使得可以在有源区的整个区域上获得粒径均一的多晶体。
作为低温多晶硅处理的另一实例，已经提出了一种方法，其中，在匀速移动照射点的同时通过从YAG激光器的高谐波获得的连续激光束照射非晶硅薄膜，使得照射能量恒定，从而形成结晶区，并且进行图样化使得没有晶界的区域成为薄膜晶体管的有源区(参照下文中作为专利文献1参考的日本专利公开第2003-77834号(具体地，0091～0092段，以及0169段))。
另外，作为用于通过使用掩模的多段照射限制晶体横向生长的宽度的方法，哥伦比亚大学等已经提出了连续横向结晶(SLS)技术(参照下文中作为非专利文献1参考的A.T.Vouysas，A.Limonov，和J.S.Im，“Journal of Applied Physics”(2003)，Vol.94，pp.7445～7452)。
发明内容
近年来，在上述平板型显示装置中，具有高帧速率的显示装置的发展以进一步提高动画特性和对比度特性为目的。另外，也已经开始发展使用诸如有机EL器件的自动发光器件的新型显示装置。随着这些发展，需要用作能够应对这些显示装置需求的像素电极开关元件的即使大电流突然流过也不降低特性并显示出开关元件特性很小偏离的薄膜晶体管的发展。
根据相关技术通过低温多晶硅处理获得的上述多晶硅TFT具有适于相对较大电流通过的特性、高载流子迁移率、以及较小特性劣化的显著优势。然而，另一方面，与非晶硅TFT相比，多晶硅TFT具有在各个器件之间存在较大特性偏离，尤其是初始阈值电压和ON电流的问题。
为了防止这种偏离，对于使用准分子激光器的结晶化，已经尝试通过使用具有可与激光波长相比的约300nm的类似结晶的薄膜使各个器件中的偏离最小。然而，即使使用以这种方式制成的多晶薄膜，也不能充分有效地抑制各个器件之间的特性偏离。
上述问题的原因在于在通过使用根据相关技术的准分子激光器退火装置的结晶化方法进行结晶的情况下，很难精确地控制多晶硅薄膜中的晶粒的大小，并且会得到不均匀的粒径。粒径的不均匀使每个薄膜晶体管(TFT)沟道部中的晶界数偏离，导致TFT特性的偏离(例如，参照K.Yamaguchi等人，J.Appl.Phys.，Vol.89，No.1，p.590；M.Kimura等人，Jap.J.Appl.Phys.Vol.40，Part I(2001)，No.1等)。此外，由于该问题导致显示部上颜色的不规则等，所以在使用有机EL器件的显示装置中尤其严重。
另外，即使通过专利文献1中所描述的低温多晶硅处理，也很难有效抑制上述TFT特性的偏离。这被认为是由组成沟道内部的结晶区域被扩大的现象所造成的，因此，晶体内部的缺陷、位错等的有无的影响集中反映在特性的偏离上。此外，即使在如非专利文献2的图8所示的最佳处理的情况下，通过应用SLS处理所获得的多晶硅TFT中迁移率的偏离为10％以上。这被认为是由在横向生长部分的结晶区域中存在的多个无法控制的晶界所引起的。
因此，期望具有不存在颜色或亮度不规则的良好显示特性的显示装置。本发明的实施例提供了这样一种显示装置其使用晶体管特性的时变较小、载流子迁移率较高、并具有均一且精确控制的晶体管特性的薄膜晶体管作为像素电极开关元件。
更具体地，根据本发明的实施例，提供了一种显示装置，包括设置的驱动基板，其上排列有多个像素电极和用于驱动像素电极的薄膜晶体管。每个薄膜晶体管均包括具有通过以能量束照射而多结晶化的有源区(active region，也称作活性区)的半导体薄膜以及被设置以横跨有源区的栅电极。另外，尤其在与栅电极重叠的有源区的沟道部中，结晶状态沿沟道的长度方向周期性地改变，并且基本相同的结晶状态横跨沟道部。
在如上构造的显示装置中，通过横跨周期性设置的晶界，通过用于驱动像素电极的薄膜晶体管的沟道部的载流子无误地移动。因此，通过控制晶界的周期，可以精确地控制薄膜晶体管的晶体管特性(载流子迁移率)。例如，在将周期大小或沟道部中设置的周期数(晶界数)配置为一致的情况下，可以抑制多个器件之间载流子迁移率的偏离。此外，可以看到，在将这种结构中每个周期的结晶状态控制为预定状态的情况下，可以保持使用制成多结晶的薄膜晶体管的器件优点的较高的载流子迁移率，以及抑制器件特性的劣化。
如上所述，根据本发明的实施例，晶体管特性的时变较小、载流子迁移率较高、且具有均一且精确控制的晶体管特性的薄膜晶体管被用作像素电极开关元件。因此，可以防止在显示装置上产生颜色或亮度的不规则，并提高了显示装置的显示特性。
图1是根据本发明实施例的显示装置的示意图；
图2是根据本实施例的显示装置的电路图；图3是示出根据本实施例的设置在显示装置中的薄膜晶体管一般结构的平面图；图4A和图4B是示出根据本实施例的以设置在显示装置中的薄膜晶体管的沟道部为中心的有源区结构的平面图；图5是示出显示区中薄膜晶体管的沟道部(有源区)的第一实例的放大平面图；图6是示出显示区中薄膜晶体管的沟道部(有源区)的第二实例的放大平面图；图7A和图7B是示出显示区中薄膜晶体管的沟道部(有源区)的又一实例的放大平面图；图8A～图8D示出了说明薄膜晶体管制造方法的截面步骤图；图9A和图9B是示出显示区中薄膜晶体管的沟道部(有源区)的结晶化方法的实例的放大平面图；图10是示出显示区中薄膜晶体管的沟道部(有源区)的结晶化方法的另一实例的放大平面图；图11是示出显示区中薄膜晶体管的沟道部(有源区)的结晶化方法的又一实例的放大平面图；图12A～图12C是示出显示区中薄膜晶体管的沟道部(有源区)的结晶化方法的再一实例的放大平面图；以及图13A和图13B是显示装置的制造步骤图。
具体实施例方式
现在，将参照附图在下面详细描述本发明的实施例。顺便提及，在下面的实施例中，将本发明应用于使用顶栅型多晶硅TFT作为像素开关元件的液晶显示装置的结构作为实例进行描述。
<显示装置的一般结构>
图1示出了作为根据本发明的显示装置实例的、具有液晶面板的显示装置的示意性截面图。如图所示，该实施例中的显示装置1具有液晶显示屏101。液晶显示屏101具有夹在彼此相对设置的第一基板103和第二基板104之间的液晶层105。
对于该组件，通过使用诸如合成石英基板的透光绝缘基板组成第一基板103，并被配置为所谓的驱动基板，其中，中间部分作为显示区103a，并且在与液晶层105相对的显示区103a的表面上排列像素电极和作为用于驱动像素电极的开关元件的薄膜晶体管。另外，通过使用诸如合成石英基板的透光绝缘基板组成第二基板104，在其与液晶层105相对的表面上排列对电极(opposite electrode)。此外，通过设置在第一基板103和第二基板104边缘部分之间的密封剂106将液晶层105密封在第一基板103与第二基板104之间。
图2示出了如上构造的显示装置中的第一基板103侧的电路图。多条扫描线111和多条信号线112以矩阵形式排列在第一基板103中心部分处设置的显示区103a中。在扫描线111与信号线112的每个交叉点处设置薄膜晶体管(TFT)Tr1、与其连接的辅助电容元件114以及像素电极115。在显示区103a外围的外围区103b中设置外围电路，例如，与扫描线111连接的垂直传输电路116、以及与信号线112连接的水平传输电路117。顺便提及，这些外围电路还包括薄膜晶体管Tr2、电容元件以及连接它们的布线图。
在根据该实施例的显示装置中，在第一基板103侧上的显示区103a中设置的薄膜晶体管Tr1以及设置在外围区103b中的薄膜晶体管Tr2的每一个中，有源区5a的结晶状态和与该结晶状态相关的栅电极9的配置条件是特定的。
图3是示出薄膜晶体管Tr1和Tr2每一个的一般结构的平面图。如图3所示，薄膜晶体管Tr1和Tr2的每一个都具有包括半导体薄膜5的有源区5a以及以横跨有源区5a中间部分的状态布线的栅电极9。
对于该组件，包括半导体薄膜5的有源区5a是通过以诸如激光束的能量束照射由非晶硅形成的半导体薄膜5来多结晶化的区域。另外，半导体薄膜5被图样化为包括有源区5a的岛形。在这种情况下，如图所示，可以使非晶半导体薄膜5部分不残留在多结晶化有源区5a的周围来对半导体薄膜5进行图样化。或者可选地，可将非晶半导体薄膜5部分残留在有源区5a的周围。
在上述有源区5a中，与栅电极9重叠的有源区5a的部分用作沟道部C。另外，在有源区5a中，沟道部C两侧的区域形成源极/漏极11。
图4A和图4B是示出位于本实施例特有的薄膜晶体管Tr1、Tr2的沟道部C中间的有源区5a-1、5a-2的结构平面图。图4A是示出薄膜晶体管Tr1的有源区5a-1的平面图，图4B是示出薄膜晶体管Tr2的有源区5a-2的平面图。
如图所示，例如，在设置在显示区103a中的薄膜晶体管Tr1的有源区5a-1中，沿栅电极9的延伸方向排列有月牙形晶粒b、b、…。另一方面，在设置在外围区103b中的薄膜晶体管Tr2的有源区5a-2中，带状晶粒B在基本与栅电极9相同的方向上延伸。
现在，以它们各自的结构和形成有源区的方法的顺序描述薄膜晶体管Tr1、Tr2的有源区5a-1、5a-2的详细结构。
<显示区中薄膜晶体管Tr1的结构>
如图4A的放大平面图所示，设置在显示区103a中的薄膜晶体管Tr1的有源区5a-1包括月牙形晶粒b、b、…的阵列。
在有源区5a-1中，至少沟道部C中的结晶状态沿沟道长度的方向周期性地改变，并且基本相同的结晶状态横跨沟道部C。具体地，在这种情况下，以横跨沟道部C的状态，至少与栅电极9重叠的沟道部C设置有沿栅电极9的延伸方向的多个系列的晶界a，并且，这些晶界a在沿沟道长度L的方向保持预定周期P的同时周期性地设置。
沿栅电极9的延伸方向，晶界a-a之间的结晶状态基本相同。顺便提及，如上所述周期性地设置的晶界结构不仅可以覆盖沟道部C，而且也可以覆盖每个有源区5a-1的整个区域。
如在稍后制造方法的描述中将要详细描述的，一系列晶界a为例如在保持预定周期P的同时通过平行扫描能量束生成的并与扫描方向平行的晶界。
另外，基于这里形成的薄膜晶体管的规格设计栅电极9的线宽(对应于沟道长度L)，并在其下方设置预定数目的晶界a，以在沟道宽度W方向上横跨沟道部C。特别地，可要求设置在显示区中的薄膜晶体管Tr1的特性一致，使得在每个沟道部C中设置基本相同的数目的晶界a尤为重要。此处使用的术语“基本相同的数目”是指优选地在(预定数)±1范围内的数。
另外，对于设置在沟道部C中的晶界a的数目，随着实际数目与预定数目的比例偏离变小，可使薄膜晶体管的特性偏离均一化。因此，更优选地，设置在沟道部C中的晶界a的数目更大，在2或以上的范围内。具体地，如稍后关于实施例所描述的，优选地，以在沟道部C中设置在沟道宽度方向上延伸的大约25个晶界a的方式根据沟道长度设置周期P。然而，这里应当注意，随着沟道部C中横跨沟道长度L方向的晶界a的数目变大，沟道长度L方向上的载流子迁移率降低，因此，优选地，在保持载流子迁移率高到特定程度的范围内增大晶界a的数目。
此外，为了稳定上述设置在沟道部C中的晶界a的数目，至少在有源区5a-1的沟道部C中的多个晶界a彼此平行设置，并且其周期P恒定。
图5是示出薄膜晶体管Tr1中沟道部C(有源区5a-1)的第一实例的放大平面图。如图所示，在如上所述设置晶界a的沟道部C(有源区5a-1)中，优选地，在晶界a之间排列在晶界a的延伸方向上凸起的月牙形晶粒b。这些晶粒b的大小为完全介于晶界a-a之间并沿晶界a的延伸方向排列。另外，优选地，在包括沟道部C的有源区5a-1中周期性地设置晶界a，其中，有源区5a-1在整个区域中结晶，不包括任何非晶区域。
图6是示出薄膜晶体管Tr1中沟道部C(有源区5a-1)的第二实例的放大平面图。如图所示，在设置于显示区中的薄膜晶体管Tr1被用于像素开关目的的情况下，晶界a1可以构造为非晶区域。在这种情况下，优选地，在晶界a1之间分别设置其中排列有沿晶界a1的延伸方向凸起的月牙形晶粒b的结晶带，其中，晶界被构成为非晶区域(非晶带)且每一个都具有预定宽度。晶粒b的大小为完全介于晶界a1-a1之间并沿晶界a1的延伸方向排列。
顺便提及，将晶界a1设置为非晶区域的结构实例不限于图6中所示的第二实例。
例如，如图7A所示，可以在晶界a1之间的两行(或更多行)中排列在形成为非晶区域的晶界a1的延伸方向上凸起的月牙形晶粒b。在这种情况下，在排列晶粒b的行之间设置沿晶界a1的延伸方向的连续线状晶界a，并且排列了大小为完全介于晶界a1-a之间并具有在晶界a1、a的延伸方向上凸起的月牙形的晶粒b。此外，设置周期结构，其中，在配置为非晶区域并以预定周期P设置的晶界a1之间的两行或多行中排列晶粒b。
此外，排列在形成为非晶区域的晶界a1之间的晶粒b的形状不限于月牙形。
例如，如图7B所示，可以排列具有通过以线性对称将月牙形二等分所获得的半月牙形的晶粒b’。在这种情况下，在晶粒b’的行之间交替设置形成为非晶区域的晶界a1和线状晶界a。
上述月牙形晶粒b和半月牙形晶粒b’是通过沿晶界a、a1的延伸方向扫描能量束所形成的晶粒，下面在制造方法的描述中将详细描述其形成方法。
<显示区中薄膜晶体管Tr1的制造方法-1>
首先，基于图8A～图8D并参照其它图，在下面描述具有之前参照图4A和图5描述的结构的薄膜晶体管Tr1的制造方法。
首先，如图8A所示，准备用于形成薄膜半导体器件的基板3a。基板3a的实例包括作为非晶基板的玻璃、石英、或蓝宝石基板、塑料基板、以及由铝、不锈钢等制成的金属基板。
在基板3a的一个主面上设置用于防止传热至基板3a的绝缘缓冲层3b。缓冲层3b的实例包括氧化硅层、氮化硅层、碳化硅层等、以及Ti、Al、Zr、Hf等的氧化膜。可以通过诸如CVD、溅射以及汽相沉积的任意已知的真空膜形成技术来形成缓冲层3b。另外，例如，还可将通常用作层间绝缘膜(例如，无机SOG膜和有机SOG膜)的任意绝缘膜用作缓冲层3b。此外，可以将通过金属膜的阳极氧化所形成的任意介电膜、以及通过诸如溶胶凝胶处理和MOD(金属有机沉积)的已知技术形成的膜用作缓冲层3b。
接下来，在具有如上由缓冲层3b覆盖的表面的第一基板103的主面上形成非晶半导体薄膜5。此处，作为实例，通过PE-CVD(等离子体增强化学汽相沉积)处理形成包括非晶硅的半导体薄膜5。由此获得的半导体薄膜5包括所谓的氢化非晶硅(a-Si:H)，其包括大量氢。另外，这里所形成的半导体薄膜5的厚度为例如20nm～100nm。
顺便提及，形成半导体薄膜5的方法不限于上述PE-CVD处理，因为它是一种可将薄膜形成温度保持在低温的方法；因此，可以采用涂覆处理。在这种情况下，将包含混合在溶剂中的聚硅烷化合物的混合物涂在基板103上，随后进行干燥和退火，以形成半导体薄膜5。在将薄膜形成温度保持在低温的任意薄膜形成方法(例如，刚刚提及的PE-CVD处理和涂覆处理)中，可以获得包括含有大约0.5～15atoms％的氢的氢化非晶硅(a-Si:H)的半导体薄膜5。
随后，如果需要，则执行用于从半导体薄膜5内去除过剩氢离子的所谓去氢退火处理。例如，通过在400℃～600℃的温度下退火的熔炉进行去氢退火处理。然而，在通过控制照射能量进行随后的结晶化退火处理以从激光束照射的部分中去除过剩的氢而不会引起包括在半导体薄膜5中的氢离子的气化或氢气膨胀的情况下，可以省略去氢退火处理。
在上述步骤之后，如图8B所示，执行结晶化步骤，其中，通过用作能量束的激光束Lh的照射，对设置在半导体薄膜5中的有源区5a-1进行结晶化。
在结晶化步骤中，通过激光束Lh照射半导体薄膜5，同时在预定方向上以预定速率扫描激光束Lh。
在这种情况下，在将要形成栅电极9的宽度方向上(即，沟道长度L的方向)以预定间距移动激光束的照射位置，并在根据移动的每个照射位置处以预定的扫描方向y扫描激光束Lh。这里，将激光束Lh的扫描方向y设置为基本与栅电极9的延伸方向一致，即，与沟道宽度W的方向一致。因此，在每个有源区域5a-1中，在根据栅电极9布线方向设置的方向上移动激光束Lh的照射位置，并且在移动的每个照射位置处以预定扫描方向y扫描激光束Lh。
此外，在结晶化步骤中，以平行于激光束Lh的扫描方向y的以预定周期P出现线性晶界a的方式设置照射量、照射点直径、激光束Lh的扫描速度、以及照射位置的移动间距等。
对于结晶化步骤，例如，可以提及采用如图9A所示的爆炸结晶化(explosive crystallization)的方法。为了通过激光束Lh以这种方式进行照射从而引起爆炸结晶化，以在扫描激光束Lh时在所照射区中的半导体薄膜5完全熔化之前将热量传至所照射区域周围区域中的半导体薄膜5的方式设置由照射区域的大小、照射速度、以及照射能量控制的激光束Lh的照射条件。
在这种情况下，基于半导体薄膜5的厚度和吸收系数，将照射半导体薄膜5的激光束Lh的波长选择为用于确保相对较低的吸收系数使得激光束Lh被无限地吸收进半导体薄膜5中而不会透过半导体薄膜5传送的值。特别地，在由非晶硅形成的半导体薄膜5具有50nm厚度的实例中，优选使用具有350nm～470nm波长的激光束。具有这种波长的激光束Lh的振荡源的实例包括基于GaN的或其它化合物半导体激光振荡器以及YAG激光振荡器。可以控制除激光束Lh波长之外的其它照射条件，例如，用于以激光束Lh照射的物镜的数值孔径NA、以及激光束Lh的扫描速度和照射能量，从而可以实现半导体薄膜5的爆炸结晶化。
随后，在沟道长度L的方向上以预定移动间距p1移动激光束Lh的每个照射位置处，在上述照射条件下，在基本与沟道长度L方向垂直的扫描方向y上扫描激光束Lh。在这种情况下，控制与移动节距p1有关的激光束Lh的点直径r1，使得在激光束Lh的相邻照射位置之间不残留非晶区域，并生成与扫描方向y平行的连续晶界a。
以上的结果是，以与移动间距p1的宽度相等的周期P设置晶界a的方式进行半导体薄膜5的多结晶化。于是，沿晶界a的延伸方向在晶界a-a之间排列在激光束Lh的扫描方向y上凸起的月牙形晶粒b。
这里，激光束Lh的点直径r1和激光束Lh照射位置的移动间距p1(晶界a的周期P)是用于确定设置在沟道部中的晶界a的数目(周期数)的重要因素。如在显示装置结构的描述中所描述的，将设置在沟道部中的晶界a的数目(周期数)设置的较大，其处于确保载流子迁移率的范围内且为降低晶体管特性的偏离(至均匀)的程度。这里，在使沟道部中的晶界a的数目在不干扰处理的生产时间(tact time)的范围内尽可能的大的情况下进一步设置移动间距p1(晶界a的周期P)。另外，以没有残留非晶区域以及生成连续的晶界a的这种方式根据移动间距p1设置激光束Lh的点直径r1。
因此，当假设薄膜晶体管的沟道长度(栅电极的线宽)通常不大于10μm时，考虑到生产率，优选地在沟道部C中形成大约25个晶界a。在这种情况下，将激光束Lh的照射位置的移动间距p1(晶界a的周期P)设置为约400nm。将点直径r1设置为基本与移动间距p1(晶界a的周期P)相当，并将其设置在1nm～10μm范围内的几百个纳米左右，从而在激光束Lh照射的相邻照射位置之间生成平行于扫描方向y的连续晶界a。
除上述爆炸结晶化之外，可以以如图9B所示的在激光束Lh的照射点中心附近生成平行于扫描方向y的连续晶界a的方式执行结晶化步骤。为了通过激光束Lh照射以在这样的位置处生成晶界a，扫描激光束Lh，使得在激光束Lh照射的每个位置处半导体薄膜5在深度方向的整个范围内完全被熔化。
在这种情况下，基于半导体薄膜5的厚度和吸收系数来控制诸如激光束Lh的波长、用于通过激光束Lh照射的物镜的数值孔径NA、以及激光束Lh的扫描速度和照射能量的照射条件，从而在深度方向上完全熔化半导体薄膜5。此外，在执行这种结晶化的情况下，类似于上面参照图9A描述的爆炸结晶化的情况，可以使用通过使用基于GaN的或其它化合物半导体激光振荡器或YAG激光振荡器所获得的350nm～470nm波长的激光束Lh，并且通过控制上述的照射条件在深度方向上完全熔化半导体薄膜5。
在这种情况下，在沟道长度L的方向上以预定移动间距p2移动激光束Lh的每个照射位置处，在基本与沟道长度L方向垂直的扫描方向y(上述栅极布线的延伸方向)上扫描激光束Lh。在该实例中，以激光束Lh照射的相邻位置之间不残留非晶区域并生成与扫描方向y平行的连续晶界a的方式控制相对于激光束Lh的移动间距p2的激光束Lh的点直径r2(在沟道长度L方向上)。
以上的结果是，进行半导体薄膜5的多结晶化，使得以宽度与移动间距p2相等的周期P设置晶界a。于是，沿晶界a的延伸方向在晶界a-a之间排列在与激光束Lh的扫描方向y相反的方向上凸起的月牙形晶粒b。根据这种结晶化步骤，通过激光束Lh的照射完全熔化半导体薄膜5以及通过液相生长再结晶化半导体薄膜5获得晶粒b，因此，结晶质量很好，并且提高了载流子迁移率。
在这种情况下，以与之前参照图9A所述的爆炸结晶化的情况相同的方式，将激光束Lh的点直径r2和激光束Lh照射位置的移动间距p2(晶界a的周期P)设置为沟道部中晶界a的数目在不干扰处理的生产时间的范围内尽可能地大。
这里，在上面参照图9A和图9B所述的每个结晶化步骤中，通过激光束Lh照射所形成的晶界a的特性均一化是极为重要的。作为使晶界a的特性均一的因素，需要每个照射位置处的激光照射能量密度恒定、扫描速度恒定、照射位置处的移动间距p1、p2恒定(周期P恒定)、以及半导体薄膜5的厚度均一。
此外，为了使激光束Lh的照射能量密度恒定，期望至少在通过激光束Lh照射有源区5a-1期间实现激光束Lh的连续振荡。这里使用的术语“连续振荡”包括在半导体薄膜5的温度不降低的范围内存在休止(rest)(例如，50ns以下的休止)。此外，为了通过激光束以恒定照射能量密度进行照射，期望使用具有反馈功能和聚焦伺服功能的激光束照射系统。通过用在光盘等的切割机(cuttingmachine)中的已知技术可以构筑能量的反馈功能和聚焦伺服功能。
另外，在激光照射的扫描速度恒定的范围内设置半导体薄膜5的照射。
相对于半导体薄膜的激光束照射位置的移动可以是相对移动。即，设置有半导体薄膜的基板可以相对于固定的激光束的照射位置移动，或者可选地，激光束的照射位置可以相对于固定的基板移动。此外，可以移动基板1和激光束的照射位置。
此外，通过使用单个激光振荡器可以顺序执行之前参照图9A和图9B描述的每个结晶步骤中的激光束Lh的平行扫描，或者可以通过使用多个激光振荡器来执行。此外，考虑到用于驱动显示装置的薄膜晶体管的制造，优选地，对多个有源区5a-1同时进行结晶化步骤。具体地，在考虑到生产率的情况下，通过激光束Lh同时照射多个有源区5a-1可同时进行排列在基板3表面侧的多个有源区5a-1的结晶化步骤的方法是优选的。
为了通过激光束Lh实现这种多点照射，将半导体激光振荡器用作激光束振荡源。与诸如准分子激光器和YAC激光器的其它激光振荡器相比，半导体激光振荡器的尺寸非常小，因此，可以在单个装置中配置多个半导体激光器，此外，在连续照射的情况下可以实现200mW的额定输出。
通过使用半导体激光振荡器，通过根据基板面积的增大而增加半导体激光器的数目，可以将装置设计与灵活地基板尺寸匹配。因此，可以获得在大尺寸基板上排列具有相同性能的多个晶体管的结构，这种结构比在大面积上形成具有均一特性的晶体管过程中如研究阶段的报告中通过使用掩模控制晶界的方法更具有优势。
在完成如图8C所示的上述结晶化步骤之后，进行将半导体薄膜5蚀刻成预定形状的图样蚀刻，以保留结晶化的有源区5a-1，并将有源区5a-1分成类似岛的形状以使器件绝缘。在这种情况下，如图所示，可以以在有源区5a-1周围不残留半导体薄膜5的未结晶化部分的方式进行半导体薄膜5的图样蚀刻。或者可选地，可以以在有源区5a-1周围保留未结晶化的半导体薄膜5部分的方式进行半导体薄膜5的图样蚀刻。顺便提及，可以在上述结晶步骤之前进行半导体薄膜5的这种图样蚀刻。在这种情况下，使包括成为有源区5a-1的区域的被图样化为类似岛的形状的半导体薄膜5的部分经受上述结晶化步骤。
接下来，以覆盖图样化的有源区5a-1的状态，将栅极绝缘膜7形成在基板1上。栅极绝缘膜7可由氧化硅或氮化硅形成，并且可通过诸如普通的PE-CVD处理的已知方法来形成；除此之外，可通过已知的SOG等将栅极绝缘膜7形成为涂覆型绝缘膜。顺便提及，可在半导体薄膜5的图样蚀刻之前形成栅极绝缘膜7。
随后，在栅绝缘膜7上形成横跨上述被分成类似岛的形状的有源区5a-1中心部分的形式的栅电极9。这里，如上面参照图4所描述的，沿形成在每个有源区5a-1中的晶界a的延伸方向形成栅电极9。在这种情况下，在器件具有相同特性的情况下，对具有相同线宽的栅电极9进行图样化，使得在每个栅电极9的下面设置相同数目的晶界a。
在上述形成栅电极9的过程中，首先，例如通过溅射或汽相沉积形成铝的电极材料层。接下来，通过光刻法在电极材料层上形成抗蚀图样。此后，将该抗蚀图样用作掩模，蚀刻电极材料层，以对栅电极9进行图样化。
顺便提及，栅电极9的形成不限于上述过程，例如，可以采用涂覆金属颗粒的印刷技术。此外，在形成栅电极9的电极材料层的蚀刻过程中，随后可蚀刻栅绝缘膜7。
此后，如图8D所示，通过将栅电极9用作掩模，基于自对准在有源区5a-1中形成具有引入其中的杂质的源极/漏极11。这里，例如，进行将栅电极9用作掩模的离子注入。
以上的结果是，在栅电极9的下侧上形成结晶化的有源区5a-1的具有没有在其中引入杂质的部分所组成的沟道部C。栅电极9下方的源极/漏极11和沟道部C由通过半导体薄膜5的结晶化所获得的多晶硅组成，从而获得参照图4A和图5所述的结构的薄膜晶体管Tr1。
<显示区中薄膜晶体管Tr1的制造方法-2>
例如，在制造具有构造为上面参照图6描述的有源区5a-1的薄膜晶体管Tr1的情况下，可以使用基于应用上面参照图9A描述的爆炸结晶化的方法。
然而，这里应当注意，如图10所示，在沟道长度L方向上以预定间距p1移动激光束Lh的过程中，在激光束Lh彼此不重叠的范围内相对于激光束Lh的点直径r1控制移动间距p1，以确保在激光束Lh的相邻照射位置之间残留构造为非晶区域的具有预定宽度的晶界a1。
这样的结果是，进行半导体薄膜5的多结晶化，使得以与移动间距p1相等的周期P设置构造为非晶区域的具有预定宽度的晶界a1。这样确保了在晶界a1-a1之间沿非晶晶界a1的延伸方向排列在激光束Lh的扫描方向y上凸起的月牙形晶粒b。
另外，如上面已参照图7A所描述的，在非晶晶界a1-a1之间的多个行(例如，两行)中排列月牙形晶粒b的情况下，在扫描方向y上进行激光束Lh的第一次扫描，然后以第一预定间距在沟道长度L方向上移动激光束Lh的照射位置，使得之前与之后的激光束Lh彼此重叠，并且在移动的照射位置处进行扫描方向y上的激光束Lh的第二次扫描。通过这种方式，形成第二行中的晶粒b，同时在它们与通过第一次扫描形成的晶粒b之间在扫描方向y上形成连续晶界a，而不残留任何非晶区域。另外，在晶界a的两侧上排列月牙形晶粒b。然后，以第二预定间距在沟道长度L的方向上移动激光束Lh的照射位置，使得之前与之后的激光束Lh彼此不重叠，并残留被构造为非晶区域的具有预定宽度的晶界a1，并在移动的照射位置处在扫描方向y上进行激光束Lh的第一次扫描。此后，在第一预定间距和第二预定间距固定的情况下，重复激光束Lh的第二次扫描和激光束Lh的第一次扫描。顺便提及，在每个都具有预定宽度的晶界a1-a1之间的三个或更多行中排列月牙形晶粒b的情况下，在以第一预定间距移动照射位置并进行激光束Lh的第二次扫描之后，进一步以第一预定间距移动照射位置并进行激光束Lh的第三次扫描(或三次以上)，然后进行激光束Lh的第一次扫描，并重复第二次及随后的扫描。
<显示区中薄膜晶体管Tr1的制造方法-3>
首先，在制造具有被构造为上面参照图7B描述的有源区5a-1的薄膜晶体管Tr1的情况下，例如，可以使用应用如上面参照图9B描述的基于用于在深度方向上的整个范围完全熔化半导体薄膜5的结晶化的方法。
这里，如图11所示，在沟道长度L方向上以预定移动间距p2移动激光束的每个照射位置处，在基本与沟道长度L方向垂直的扫描方向y(即，上述栅极布线的延伸方向)上扫描激光束Lh。在这种情况下，以在激光束Lh的相邻照射位置之间残留被构造为非晶区域的具有预定宽度的晶界a1的方式控制相对于激光束Lh的点直径r2(在沟道长度L方向上)的激光束Lh的移动间距p2。
然后，以在深度方向上完全熔化半导体薄膜5的方式控制照射条件，从而以在激光束Lh的扫描中心处沿扫描方向y形成连续晶界a的方式进行结晶化，并且在晶界a的两侧沿晶界a的延伸方向形成半月牙形晶粒b’。另外，在排列半月牙形晶粒b’的区域的两侧残留构造为非晶区域的具有预定宽度的晶界a1。根据这种结晶化步骤，通过激光束Lh的照射完全熔化半导体薄膜5以及通过液相生长再结晶化半导体薄膜5来获得晶粒b’，使得结晶质量很好，并提高了载流子迁移率。
<外围区中薄膜晶体管Tr2的结构>
如图4B中放大的平面图所示，设置在外围区103b中的薄膜晶体管Tr2的有源区5a-2包括带状晶粒B、B、…的阵列。
在该有源区5a-2中，至少沟道部C的结晶状态沿沟道长度方向周期性地改变，并且基本相同的结晶状态横跨沟道部C。具体地，这里，在横跨沟道部C的条件下，至少在与栅电极9重叠的沟道部C中沿栅电极9的延伸方向设置有多个连续晶界a。周期性地设置这些晶界a，同时在沟道长度L方向上保持预定周期P’。
此外，在晶界a-a之间，沿晶界a的延伸方向设置具有与间距P’相同宽度的带状晶粒B。顺便提及，周期性排列带状晶粒B的结构不必限于沟道部C，并且其可以遍及有源区5a-2的整个区域。
顺便提及，以与设置在显示区中的薄膜晶体管Tr1相同的方式，基于这里将要形成的薄膜晶体管的规格来设计栅电极9的线宽(对应于沟道长度L)，并在栅电极的下侧排列预定数目的晶界a，以在沟道宽度W方向上横跨沟道部C。
<外围区中薄膜晶体管Tr2的制造方法>
除以下面的步骤替代半导体薄膜5的结晶化之外，以与上面参照图8A至图8D描述的显示区中薄膜晶体管Tr1的制造方法相同的方式，可以实现上述的外围区103b中的薄膜晶体管Tr2的制造。
首先，如图12A所示，在固定的扫描方向y上以预定速度扫描激光束Lh的同时进行激光束Lh的照射。具体地，根据半导体薄膜的厚度设置激光束Lh的照射条件，使得通过激光束Lh的照射将半导体薄膜5在其深度方向上完全熔化。此外，在该结晶化步骤中，优选地将具有如上所选波长的激光束Lh用作具有高斯束剖面的点束。
通过在半导体薄膜完全熔化的路径中扫描这种激光束Lh，凝固与激光束Lh的通过同时进行，并以沿激光束Lh的扫描中心φ排列的状态形成晶粒B’。在这种情况下，通过设置为高斯形状的激光束Lh，对应于激光束Lh的高斯束剖面，由激光束Lh照射的部分的温度在激光束Lh的扫描中心φ处最高并在两端处最低。因此，通过在扫描方向y上扫描激光束Lh的同时进行照射，在半导体薄膜5完全熔化的扫描路径上，晶体凝固从距离扫描中心φ最远的位置(从激光束扫描路径的两侧端)开始，并在扫描路径的两侧端生成特定数目的晶种(crystal seed)。通过激光束Lh扫描的进一步处理，凝固朝向扫描中心并在扫描方向y上进行，并以将晶种B’在扫描方向y上拉向扫描中心φ的方式进行凝固，使得最后进行扫描中心φ的结晶化。在这种情况下，可在上述照射条件的范围内控制激光束Lh的扫描速度和输出，使得凝固在扫描中心φ处汇合。结果，获得从扫描中心φ朝向扫描路径的两侧逐渐加宽的半月牙形(即，通过确保线对称的直线将月牙形二等分所获得的形状)晶粒B’。
此外，在这种情况下，通过上述激光束Lh的照射条件控制激光束Lh的扫描方向y上的晶粒B’的宽度W1。这里，在扫描方向y上控制晶粒B’的宽度W1成为晶界a的周期(预定间距P’)是很重要的。因此，激光束Lh的上述照射条件(例如，激光束Lh的波长、用于通过激光束Lh照射的物镜的数值孔径NA、以及激光束Lh的扫描速度和照射能量)处于通过激光束Lh的照射半导体薄膜在其深度方向上完全熔化的范围内并且晶粒B’具有预定宽度W1＝P’。
接下来，如图12B所示，相对于之前照射的扫描路径，以预定间距P移动激光束Lh的扫描路径并进行激光束Lh的第二次扫描。在这种情况下，激光束Lh的扫描方向y是与第一次扫描的扫描方向平行的固定方向。此外，平行扫描的激光束Lh的间距p(扫描路径的移动宽度)不大于激光束Lh的直径r3(垂直于扫描方向y的方向上的照射直径)。结果，以与形成在激光束Lh的相邻扫描位置处的晶粒B’的结晶性连续的方式进行激光束Lh的第二次扫描的凝固，并且晶粒B’在不同于激光束Lh的扫描方向的方向上(基本与扫描方向y垂直的方向)生长。
此外，在这种情况下，优选地，平行扫描的激光束Lh的间距p不大于激光束Lh的照射半径(r3/2)。这使得很容易将晶粒B’的生长方向控制为固定方向。如上所述，当扫描具有高斯束剖面图的激光束Lh时，在扫描方向y上并从扫描路径的两侧朝向扫描中心φ侧进行凝固，从而形成关于扫描中心φ呈线对称的晶粒B’。因此，通过将激光束Lh的间距p设置为不大于激光束Lh的照射半径(r3/2)，进行结晶化，残留在扫描方向y上并从扫描路径的一端侧向扫描中心φ侧进行凝固的晶粒B’的部分。因此，很容易将晶粒B’的生长方向控制为固定方向。例如，在生长具有几百纳米的宽度W1的晶粒B’的同时保持宽度W1的情况下，扫描具有200nm至500nm照射半径r的点状激光束Lh，同时以不大于照射半径(r3/2)的间距p移动扫描路径。
此后，如图12C所示，分别在各个移动位置处顺序进行激光束Lh的第三次及随后的扫描，同时以预定间距p移动扫描路径。由此，进一步进行在不同于激光束Lh的扫描方向y的方向上的晶粒B’的生长，以在基本与扫描方向垂直的方向上形成以带状延伸的带状晶粒B。在这种情况下，在与第一次扫描相同的照射条件下，在每个位置处进行激光束Lh的扫描，从而扫描方向上的带状晶粒B的宽度W1保持不变。此外，通过在扫描方向y上排列的带状晶粒B，形成以宽度W1周期性设置晶界a的的结晶区域。换句话说，以与带状晶粒B的宽度W1相等的预定间距P’周期性地设置晶界a。
这里，带状晶粒B的宽度W1(即，晶界a的间距P’)对以与上述实施例相同的方式确定设置在薄膜半导体器件的沟道部中的晶界a的数目起到重要的作用。
除上述结晶化之外，还存在如图4B所示在晶界a之间形成连续带状晶粒B的结晶化过程。在这种方法中，例如，在线形的短轴方向上以间距P移动线形激光束的同时进行脉冲照射。即使通过这种方法，通过彼此部分重叠设置的线形激光束，可以在与激光束重叠照射的部分处形成晶界a。在这种情况下，通过在沟道长度L方向上设置的线形的短轴方向，沿沟道长度L方向周期性地设置晶界。此外，如权利要求所述的，这种方法是在通过以预定间距(在之前与之后的能量束彼此重叠的范围内)在预定移动方向上移动能量束的照射位置，在不同于能量束移动方向的方向上延伸晶界的同时执行多结晶化的方法实例。
<显示装置的制造方法>
如下执行作为设置有上述薄膜晶体管Tr1和Tr2的显示装置的参照图1和图2所描述的液晶显示装置的制造过程。
首先，如图8A所示，在第一基板103上形成半导体薄膜5，并且将上述结晶化应用于显示区103a和外围区103b上的半导体薄膜5。在这种情况下，优选地进行使用半导体激光振荡器的结晶化，从而将通过不同激光束照射的结晶化应用于该区域。
此后，第一基板103上的显示区103a和外围区103b同时受到参照图8C描述的步骤和参照图8D描述的随后步骤，从而在第一基板103上形成薄膜晶体管Tr1、Tr2。
然后，如图13A所示，以覆盖薄膜晶体管Tr1(Tr2)的状态形成层绝缘膜21。接下来，为层绝缘膜21设置到达薄膜晶体管Tr1(Tr2)的源极/漏极11的通孔21a。然后，在层绝缘膜21上形成通过通孔21a连接至源极/漏极11的布线23。顺便提及，通过上述相同的步骤形成诸如电容器件和布线图的其它必要电路元件。
接下来，以覆盖布线23的状态形成平坦绝缘膜25，并在平坦绝缘膜25中形成到达布线23的通孔25a。随后，在平坦绝缘膜25上形成通过通孔25a和布线23连接至显示区103a中的薄膜晶体管Tr1的源极/漏极11的像素电极115。根据液晶显示装置的显示类型，将像素电极115形成为透明电极或反射电极。顺便提及，图13A是显示区中一个像素主要部分的截面图。
此后，尽管在这里的图中没有示出，但在平坦绝缘膜25上形成覆盖像素电极115的配向膜，以完成作为驱动基板的第一基板103。
另一方面，如图13B所示，准备与第一基板(驱动基板)103相对设置的第二基板104。在第二基板104上设置共电极31，并且共电极31被图中所省略的配向膜覆盖。顺便提及，共电极31由透明电极形成。
然后，在像素电极115与共电极31彼此面对的条件下，第一基板(驱动基板)103与第二基板(相对基板)104彼此相对设置，其间具有隔离物33。然后，通过隔离物33而保持预定间隔的基板103与基板104之间的空间充满液晶相105，之后进行密封，从而完成显示装置1。
根据上述本实施例的显示装置1，如图4A所示，在设置于显示区103a中的用于驱动像素电极的薄膜晶体管Tr1中，沿栅电极9延伸的晶界a横跨沟道部C并在沟道长度L方向上周期性排列。这种结构确保了穿过沟道部C的载流子必然横跨周期性排列的晶界a。因此，通过控制晶粒的周期P，可以以良好的精度控制薄膜半导体器件1中的薄膜晶体管TFT的晶体管特性(载流子迁移率)。具体地，通过使周期P的大小和设置在沟道部C中的晶界a的数目一致，可抑制多个器件中载流子迁移率的偏离。
此外，在沿晶界a排列大小为完全介于晶界a-a之间的晶粒b的结构中，沟道部C不包括任何非晶区域，从而可以抑制器件特性的劣化。另外，在晶界a-a之间，载流子不会穿过晶粒b-b之间的晶界，使得沟道长度L方向上的载流子迁移率保持的较高。
由于可通过如上所述的激光束Lh的照射条件良好地控制晶界a的周期P，所以可以形成以高精度控制晶体管特性的薄膜晶体管TFT。
因此，通过将这种薄膜晶体管TFT用作像素的开关元件来构成显示装置1，可以提高显示装置1的性能，并且可以防止在显示部中产生颜色不规则。
此外，具体地，在设置在外围区103b中的用于外围电路的薄膜晶体管Tr2中，晶界a-a之间的结晶状态由如图4B所示相同的带状晶粒B组成。因此，可将薄膜晶体管Tr2中沟道长度L方向上的载流子迁移率保持的高于设置在显示区103a中的薄膜晶体管Tr1的载流子迁移率。
因此，通过使用这种薄膜晶体管Tr2构成显示装置1的外围电路，可实现更高性能的显示。
顺便提及，在上述实施例中，已对将本发明应用于液晶显示装置的结构进行了描述。然而，根据本发明的显示装置可以广泛适用于有源矩阵型显示装置，其中，将薄膜晶体管设置为用于像素电极的开关元件，并保证相同或等价的效果。例如，在将本发明应用于有源矩阵型有机EL显示装置的情况下，修改了使用薄膜晶体管Tr1的像素电极的驱动电路结构，可以采用令人满意的结构，其中，在像素电极上形成具有诸如空穴注入层、发光层、及电子转移层的必要功能的有机层，并在有机层上将共电极形成为阴极(或阳极)。在这种有机EL显示装置中，显示不规则的问题尤其严重，因此，本发明的应用是用于提高画面质量非常有效的手段。
<实例1>
进行用于显示区中的薄膜晶体管的结晶化。
首先，通过PE-CVD处理在绝缘基板上形成由厚度为50nm的非晶硅组成的半导体薄膜。
接下来，使半导体薄膜的有源区经受通过激光束Lh的照射进行多结晶化的结晶步骤。这里，参照图9A，在以下条件下执行用于半导体薄膜的结晶化步骤。
·沟道长度L方向上的点直径＝500nm·扫描方向y上的点直径＝300nm·物镜的有效NA＝0.6·沟道长度L方向上的移动间距p1＝400nm·扫描方向y上的扫描速度vt＝3m/秒·基板上的照射能量≈15mW顺便提及，通过不变地施加聚焦伺服执行通过激光束Lh的半导体薄膜的照射，使得在高速扫描时焦距不会偏移。另外，监控照射束部分，使得照射能量不变，从而避免了能量变化。
在扫描电子显微镜(SEM)下观察通过激光束Lh照射而由此结晶化的区域。可以确定，在以周期P＝400nm设置的连续晶界a-a之间获得多结晶化区域，其中，规则排列有在扫描方向y上凸起的均一月牙形晶粒b。
<实例2>
进行用于显示区中的薄膜晶体管Tr1的结晶化。
首先，通过PE-CVD处理在绝缘基板上形成由厚度为50nm的非晶硅组成的半导体薄膜。接下来，为了从半导体薄膜内部去除过剩的氢，在真空中以500℃持续1小时执行退火处理(去氢退火处理)。
随后，半导体薄膜的有源区经受通过激光束Lh的照射进行多结晶化的结晶化步骤。这里，参照图9B，在以下条件下执行用于半导体薄膜的结晶化步骤。
·沟道长度L方向上的点直径r2＝约500nm，圆形·物镜的有效NA＝0.8·沟道长度L方向上的移动间距p2＝400nm·扫描方向y上的扫描速度Vt＝1m/秒·基板上的照射能量≈12mW顺便提及，通过不变地施加聚焦伺服执行通过激光束Lh的半导体薄膜的照射，使得在高速扫描时焦距不会偏移。另外，监控照射束部分，使得照射能量不变，从而避免了能量变化。
在扫描电子显微镜(SEM)下观察通过激光束Lh照射而由此结晶化的区域。可以确定，在以周期P＝400nm设置的连续晶界a-a之间获得多结晶化区域，其中，规则排列有在与扫描方向y相反的方向上凸起的均一月牙形晶粒b。
<实例3>
进行用于显示区中的薄膜晶体管Tr1的结晶化。
首先，以与实例2中相同的过程形成已经经受去氢处理的由厚度为50nm的非晶硅组成的半导体薄膜。
接下来，半导体薄膜的有源区经受通过激光束Lh的照射进行多结晶化的结晶化步骤。这里，与实例2相同参照图9B，在以下条件下执行用于半导体薄膜的结晶化步骤。
·沟道长度L方向上的点直径r2＝约500nm，圆形·物镜的有效NA＝0.4·沟道长度L方向上的移动间距p2＝600nm·扫描方向y上的扫描速度vt＝3m/秒·基板上的照射能量≈12mW顺便提及，通过不变地施加聚焦伺服执行通过激光束Lh的半导体薄膜的照射，使得在高速扫描时焦距不会偏移。另外，监控照射束部分，使得照射能量不变，从而避免了能量变化。
在扫描电子显微镜(SEM)下观察通过激光束Lh照射而由此结晶化的区域。可以确定，在以周期P＝600nm设置的连续晶界a-a之间获得多结晶化区域，其中，规则排列有在与扫描方向y相反的方向上凸起的均一月牙形晶粒b。
<实例4>
进行用于外围区中的薄膜晶体管Tr2的结晶化。
首先，已与实例2中相同的过程形成已经经受去氢处理的由厚度为50nm的非晶硅组成的半导体薄膜。
接下来，半导体薄膜的有源区经受通过激光束Lh的照射进行多结晶化的结晶化步骤。这里，参照图12A至图12C，在以下条件下执行用于半导体薄膜的结晶化步骤。
·沟道长度L方向上的点直径r3＝约500nm，圆形·物镜的有效NA＝0.8·与沟道长度L方向垂直的方向上的移动间距p＝100nm·扫描方向y(沟道长度L方向)上的扫描速度vt＝1m/秒·基板上的照射能量≈12mW顺便提及，通过不变地施加聚焦伺服执行通过激光束Lh的半导体薄膜的照射，使得在高速扫描时焦距不会偏移。另外，监控照射束部分，使得照射能量不变，从而避免了能量变化。
在扫描电子显微镜(SEM)下观察通过激光束Lh照射而由此结晶化的区域。可以确定，获得多结晶化区域，其中，规则排列有在基本与扫描方向y垂直的方向上延伸的带状晶粒B。这些带状晶粒B的宽度W1(即，晶界a的周期P’)约为400nm。
<实例5>
进行用于外围区中的薄膜晶体管Tr2的结晶化。
除如下改变激光束Lh的照射条件之外，重复如实例4相同的过程。
·沟道长度L方向上的点直径r3＝约500nm，圆形·物镜的有效NA＝0.4·与沟道长度L方向垂直的方向上的移动间距p＝200nm·扫描方向y(沟道长度L方向)上的扫描速度vt＝3m/秒·基板上的照射能量≈12mW在扫描电子显微镜(SEM)下观察通过激光束Lh照射而由此结晶化的区域。可以确定，获得多结晶化区域，其中，规则排列有在基本与扫描方向y垂直的方向上延伸的带状晶粒B。这些带状晶粒B的宽度W1(即，晶界a的周期P’)约为200nm。
<实例2-1至实例5-2>
在实例2-1、2-2、3-1、和3-2中，通过使用如实例2和实例3进行多结晶化的区域制造用于图4A所示的显示区的薄膜晶体管Tr1。另一方面，在实例4-1、4-2、5-1、和5-2中，通过使用如实例4和实例5进行多结晶化的区域制造用于图4B所示的外围区的薄膜晶体管Tr2。
如下面表1所示，在实例2-1至实例5-2的每一个中，制造具有10μm或20μm沟道长度(栅极线宽)L和50μm沟道宽度W的薄膜晶体管Tr1或Tr2。另外，如参照图4A和图4B所描述的，在薄膜晶体管Tr1和Tr2中均设置与晶界a平行的栅极配线5。顺便提及，表1中给出了实例2-1至实例5-2中薄膜晶体管的沟道部中晶界a的数目。
沟道宽度W＝50μm(当NA＝0.4的处理改善)对于如上制造的每个薄膜晶体管，测量了阈值Vth的偏离和载流子迁移率。另外，对于实例2和实例3中的显示区的薄膜晶体管Tr1，测量ON电流的偏离。在表1中一起给出这些测量结果。顺便提及，通过试验处理执行每个实例和对比实例。因此，与其它实例相比，物镜的有效NA为0.4的实例3和实例5包括处理改善的结果(具体地，可操纵性)。
从这些结果可以确定，在显示区的薄膜晶体管Tr1(实例2-1至实例3-2)中，在获得的薄膜晶体管中，随着晶界a的数目变大(随着周期数变大)，ON电流的偏离±σ和阈值Vth的偏离σ变小，并且特性的精度更好。具体地，可以确定即使在物镜的有效NA为0.8并且不改改善处理的情况下(实例2)，如果晶界a的数目约为25，也能将ON电流的偏离抑制在3％以内，并且即使在将该薄膜晶体管用作使用有机EL器件的显示装置中像素电极的开关元件的情况下，也可有效地将亮度偏离抑制在视觉不可识别的等级。还可以确定即使在物镜的有效NA低至0.4的情况下，也可以以与有效NA为0.8相同的方式将ON电流的偏离±σ抑制在足够低的等级。
另外，可以确定，在外围区的薄膜晶体管Tr2(实例4-1至实例5-2)中，在获得的薄膜晶体管中，随着晶界a的数目变大，晶体管中Vth的偏离变小，并且特性的精度更好。具体地，可以确定即使在有效NA为0.8并且不改善处理的情况下(实例4)，如果晶界a的数目为50或更多，也能将阈值Vth的偏离抑制在0.2V以内，并且该薄膜晶体管非常适于用作设置在具有高迁移率的外围电路区域中的开关元件。此外，可以确定即使在物镜的有效NA低至0.4的情况下，也能够以与有效NA为0.8相同的方式将阈值Vth的偏离σ抑制在足够低的等级。
本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。
权利要求
1.一种显示装置，包括其上设置排列有多个像素电极以及用于驱动所述像素电极的薄膜晶体管的驱动基板，其中，每个所述薄膜晶体管均包括具有通过能量束照射而多结晶化的有源区的半导体薄膜，以及被设置横跨所述有源区的栅电极；以及在与所述栅电极重叠的所述有源区的沟道部中，结晶状态沿沟道长度方向周期性地改变，并且基本相同的结晶状态横跨所述沟道部。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，基于所述结晶状态的变化周期，以横跨所述有源区的方式对所述薄膜晶体管的所述沟道部设置晶界；以及在所述晶界之间，在所述晶界的延伸方向上凸起的月牙形晶粒沿所述晶界的所述延伸方向排列。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中，基于所述结晶状态的变化周期，横跨所述有源区交替设置有非晶区和结晶区；以及在所述结晶区中，在所述结晶区的延伸方向上凸起的月牙形晶粒沿所述结晶区的所述延伸方向排列，并且所述晶粒大小为完全在所述结晶区的宽度方向上的范围内。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述沟道部设置有预定数目的不小于2的所述结晶状态的变化周期。
5.根据权利要求1所述的显示装置，其中，在所述像素电极和所述驱动薄膜晶体管所排列的显示区的外围中设置利用薄膜晶体管构成的外围电路；构成所述外围电路的所述晶体管包括具有通过能量束照射而多结晶化的有源区的半导体薄膜，以及被设置横跨所述有源区的栅电极；以及以横跨所述沟道部的方式，对与所述栅电极重叠的所述有源区的沟道部设置沿所述栅电极延伸的带状晶粒，并且所述带状晶粒沿所述沟道的长度方向周期性地设置。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其中，构成所述外围电路的各个所述薄膜晶体管的所述沟道部设置有不小于2的预定周期数的所述带状晶粒的晶界。
全文摘要
一种显示装置，包括设置的驱动基板，其上排列有多个像素电极以及用于驱动像素电极的薄膜晶体管。每个薄膜晶体管均包括具有通过能量束照射而多结晶化的有源区的半导体薄膜以及被设置以横跨有源区的栅电极，并且在与栅电极重叠的有源区的沟道部中，沿沟道长度方向周期性地改变结晶状态，并且基本相同的结晶状态横跨沟道部。
文档编号H01L29/786GK101079432SQ200710107310
公开日2007年11月28日 申请日期2007年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者藤野敏夫, 町田晓夫, 河野正洋 申请人:索尼株式会社