(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザビームが照射された領域全体に占める微結晶が形成される領域の割合を減らし、半導体膜に対して良好にレーザ照射を行うことができるレーザ照射装置を提供すること、およびレーザ照射方法を提供すること。【解決手段】レーザ発振器１０１から出射したレーザ光１０４をスリット１０２を通過させることによって強度の弱い部分を遮断した後にミラー１０３で偏向させ、このレーザ光を凸型シリンドリカルレンズ１０５，１０６または凸型球面レンズを用いて任意の大きさにビームの整形をした後に照射面に照射する。【選択図】  図１
2006093677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器より射出したレーザビームの端部を遮断するためのスリットと、
前記スリットを通過した前記レーザビームを集光して照射面に照射するための集光レンズと、
前記集光レンズを通過した前記レーザビームに対して、前記照射面を相対的に移動する手段とを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
第１のレーザ発振器と、第２のレーザ発振器と、
前記第１のレーザ発振器より射出した第１のレーザビームの偏光方向を変える波長板と、
前記第１のレーザビームと、前記第２のレーザ発振器より射出した第２のレーザビームとを合成するための偏光子と、
前記偏光子によって合成されたレーザビームの端部を遮断するスリットと、
前記スリットを通過した前記レーザビームを集光して照射面に照射するための集光レンズと、
前記集光レンズを通過した前記レーザビームに対して、前記照射面を相対的に移動する手段とを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器より射出したレーザビームの端部を遮断するためのスリットと、
前記スリットに形成された前記レーザビームの像を照射面に投影し、照射するための投影レンズと、
前記投影レンズを通過した前記レーザビームに対して、前記照射面を相対的に移動する手段とを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】
第１のレーザ発振器と、第２のレーザ発振器と、
前記第１のレーザ発振器より射出した第１のレーザビームの偏光方向を変える波長板と、
前記波長板を通過した前記第１のレーザビームと、前記第２のレーザ発振器より射出した第２のレーザビームとを合成するための偏光子と、
前記偏光子によって合成されたレーザビームの端部を遮断するスリットと、
前記スリットに形成された前記レーザビームの像を照射面に投影し、照射するための投影レンズと、
前記投影レンズを通過した前記レーザビームに対して、前記照射面を相対的に移動する手段とを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、
前記集光レンズは、凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
請求項３または請求項４において、
前記投影レンズは、凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記投影レンズは、前記スリットと前記照射面が共役になるように配置されていることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記レーザビームは、連続発振のレーザであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記レーザビームは、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの固体レーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｋｒイオンレーザなどの気体レーザ、およびＧａＮレーザ、ＧａＡｓレーザ、ＩｎＡｓレーザなどの半導体レーザから選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記レーザビームは、１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記レーザビームは、Ｔｉ：サファイアレーザ、クロム・フォルステライトレーザ、ＹＶＯ4レーザ、またはＹｂ：ＹＡＧレーザのいずれかであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項７のいずれかにおいて、
前記レーザビームは、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記レーザビームは、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項において、
前記レーザ照射装置によって形成されるレーザ照射領域中の微結晶領域の幅が１〜２０μｍであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１５】
レーザ発振器から射出した第１のレーザビームをスリットに通して第２のレーザビームとし、
前記第２のレーザビームを集光レンズを用いて第３のレーザビームとし、
前記第３のレーザビームを照射面に入射し、
前記第３のレーザを前記照射面に対して相対的に走査することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１６】
第１のレーザ発振器より射出した第１のレーザビームの偏光方向を波長板によって変更したビームと、第２のレーザ発振器より射出した第２のレーザビームとを偏光子によって合成して第３のレーザビームとし、
前記第３のレーザビームをスリットに通して第４のレーザビームとし、
前記第４のレーザビームを集光レンズを用いて第５のレーザビームとし、
前記第５のレーザビームを照射面に入射し、
前記第５のレーザを前記照射面に対して相対的に走査することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１７】
レーザ発振器から射出したレーザビームの端部をスリットによって遮断し、
前記スリットによって形成された前記レーザビームの像を投影レンズによって照射面に投影し、
前記投影レンズを通過した前記レーザビームに対して、前記照射面を相対的に移動することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１８】
第１のレーザ発振器より射出した第１のレーザビームを波長板に通して偏光方向を変更し、
前記波長板を通過した前記第１のレーザビームと、前記第２のレーザ発振器より射出した第２のレーザビームとを偏光子によって合成して第３のレーザビームとし、
前記第３のレーザビームの端部をスリットによって遮断し、
前記スリットに形成された前記第３のレーザビームの像を投影レンズによって照射面に投影し、
前記投影レンズを通過した前記レーザビームに対して、前記照射面を相対的に移動することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１９】
請求項１５または請求項１６において、
前記集光レンズとして、凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズを用いていることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２０】
請求項１７または請求項１８において、
前記投影レンズとして、凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズを用いていることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記スリットと前記照射面は、前記投影レンズに対して共役の位置になるように配置することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２２】
請求項１５乃至請求項２１のいずれか一項において、
前記レーザビームは、連続発振のレーザを用いていることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２３】
請求項２２において、
前記レーザビームは、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの固体レーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｋｒイオンレーザなどの気体レーザ、およびＧａＮレーザ、ＧａＡｓレーザ、ＩｎＡｓレーザなどの半導体レーザから選ばれた一種を用いることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２４】
請求項１５乃至請求項２１のいずれか一項において、
前記レーザビームは、１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザを用いることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２５】
請求項２４において、
前記レーザビームは、Ｔｉ：サファイアレーザ、クロム・フォルステライトレーザ、ＹＶＯ4レーザまたはＹｂ：ＹＡＧレーザのいずれかを用いることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２６】
請求項１５乃至請求項２１のいずれか一項において、
前記レーザビームは、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２７】
請求項２６において、
前記レーザビームは、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザのいずれかを用いることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２８】
レーザ照射領域中の微結晶領域の幅は１〜２０μｍであることを特徴とする請求項１５乃至請求項２７のいずれか一項に記載のレーザ照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料などに対して行われるようなアニールを、均一にかつ効率よく行うためのレーザ照射装置（レーザと、このレーザから出力されるレーザビームを被照射体まで導くための光学系を含む装置）およびレーザ照射方法に関するものである。また、前記のレーザ処理の工程を含んで作製された半導体装置およびその作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非結晶半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが試みられている。
【０００３】
ところで、半導体装置に用いる基板は、コストの面から石英基板や単結晶半導体基板よりも、ガラス基板が有望視されている。ガラス基板は、耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用いたＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために半導体膜の結晶化にレーザビームを照射する方法（レーザアニールという）が用いられる。
【０００４】
レーザアニールの特徴は、輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどがあげられている。なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非単結晶半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、それは半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。
【０００５】
レーザアニールに用いられるレーザ発振器は、その発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。近年では、半導体膜の結晶化においてエキシマレーザのようなパルス発振のレーザ発振器よりもＡｒレーザやＹＶＯ4レーザのような連続発振のレーザ発振器を用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出されている。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴチャネル領域に入る粒界の数が減るので移動度が高くなり、より高性能なデバイスの開発に利用でき、そのため連続発振のレーザ発振器は脚光を浴びている。
【０００６】
一般に、半導体装置に通常使用される厚さ数１０〜数百ｎｍの珪素膜を連続発振のＹＡＧレーザやＹＶＯ4レーザで結晶化する場合、基本波よりも波長が短い第２高調波を用いる。これは、基本波よりも第２高調波の方が半導体膜に対する吸収係数が大きいため、珪素膜の結晶化を効率よく行うことができるためである。なお、通常、珪素膜にレーザビームを照射して結晶化を行う工程に基本波を用いることはほとんど無い。
【０００７】
この工程の一例を挙げると、１０Ｗ、５３２ｎｍの第２高調波にしたＣＷ（連続発振）レーザビームを長軸方向３００μｍ、短軸方向１０μｍ程度の線状に整形し、この線状ビームの短軸方向にビームスポットを走査させてレーザ照射をすることにより結晶化を行う。一度のスキャンで得られる大粒径結晶の領域の幅は２００μｍ程度となる（以下、大粒径結晶が見られる領域を大粒径領域と呼ぶ）。このため、基板全面をレーザ照射により結晶化するためには、ビームスポットの一度の走査によって得られた大粒径結晶領域の幅ずつ、レーザビームを走査する位置を、ビームスポットの長軸方向にずらしてレーザビームの照射を行うことが必要となる。
【０００８】
照射面において線状にしたレーザビームを半導体膜に照射する内容の発明は特許文献１に示されている。
【特許文献１】特開２００３−２５７８８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、図２０にビームスポット２００１の半導体膜における照射跡と、ビームスポット２００１の断面Ａにおけるエネルギー密度分布２００２を示す。
【００１０】
一般に、ＴＥＭ00（シングル横モード）の連続発振のレーザ発振器から射出されたレーザビームの断面は図２０の２００２で示すガウス分布のエネルギー分布を有しており、均一なエネルギー密度分布を有しているのではない。
【００１１】
例えば、ビームスポット中央付近の領域２００３は、少なくとも１つの結晶粒（以下、大粒径の結晶粒と呼ぶ）に１つのＴＦＴができる程度の結晶粒径を得ることができるしきい値（ｙ）より大きいエネルギー密度とする。このとき、ビームスポット端部付近の領域２００４は、結晶性領域が形成されるしきい値（ｘ）よりはエネルギー密度が大きく、しきい値（ｙ）よりはエネルギー密度が小さいため、レーザを半導体膜に照射すると、ビームスポット端部２００４によって照射された領域には部分的に溶融しきれない領域が残り、中心付近の領域に形成されるような大粒径の結晶粒ではなく、粒径の比較的小さい結晶粒（以下、微結晶と呼ぶ）のみが形成されることになる。
【００１２】
このようにして微結晶が形成された領域、すなわちビームスポットの端部２００４によって照射された領域に半導体素子を形成しても高い特性は期待できない。また、これを避けるためには大粒径の結晶粒が形成された部分、すなわちビームスポット中央付近の領域２００３に半導体素子を形成する必要があるため、レイアウト上の制約を受けることは明らかである。従って、レーザビームが照射された領域全体に占める、微結晶が形成される領域（以下、微結晶領域と呼ぶ）の割合を減らすことが求められる。
【００１３】
これを回避するには、レーザビームの強度分布をガウス形状ではなくトップフラット型にする方法がある。トップフラットにする方法として、回折光学素子や光導波路を用いる手法がレーザ機器メーカーのカタログ等で紹介されている。レーザビームの強度分布をトップフラット型にすることで、レーザビームの裾の部分の強度分布を急峻なものとし、レーザビームの照射後にできる微結晶領域を極端に減少させることができる。また、レーザビームの強度分布をトップフラットにすると、線状ビームの長軸方向が長くなったとしても、微結晶領域を少なくすることが可能となる。
【００１４】
以上のとおり、トップフラットにする手法には利点がある。そのうちの回折光学素子を用いる手法は、良い特性を得るためにナノメートル単位の精度で微細加工が必要であり、コストも高い。また、光導波路のようなものを用いて強度分布をトップフラット型に揃えても、波長が５３２ｎｍのレーザビームは半導体膜との干渉性があるため、照射面においてレーザビーム強度の強弱が干渉縞として現れてしまう。
【００１５】
また、図２０のエネルギー分布を持つレーザを単に線状または矩形状に加工しても、レーザビームの端部は中心部と比較するとエネルギー密度が小さい。したがって、レーザビームのエネルギー密度分布を大粒径の結晶粒が形成されるエネルギー以上にすることが求められる。
【００１６】
本発明は、上記の問題を解決し、レーザビームが照射された領域全体に占める、微結晶領域の割合を減らし、半導体膜に対して良好にレーザ処理を行うことができるレーザ照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本願発明は以下の構成を採用する。なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板または半導体膜にイオン注入などにより形成された損傷領域やアモルファス領域を結晶化させる技術や、基板上に形成された単結晶ではない半導体膜（非単結晶半導体膜と呼ぶ）にレーザ照射を行って半導体膜を結晶化させる技術、非単結晶半導体膜にニッケルなどの結晶化を促進する元素を導入した後にレーザ照射を行うことによって結晶化をさせる技術などを指している。
【００１８】
また、半導体基板または半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。ここでいう半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、液晶表示装置や発光装置などの電気光学装置、さらにはこれらの電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【００１９】
本発明で開示する発明の１つは、レーザ発振器と、このレーザ発振器から射出されたレーザビームの両端部分を遮断するスリットと、スリットを通過したレーザビームを集光して照射面に投影するための集光レンズとを有し、集光レンズを通過したレーザビームに対して照射面を相対的に移動する手段とを有することを特徴とする。
【００２０】
他の発明の構成は、第１のレーザ発振器と、第２のレーザ発振器と、第１のレーザ発振器より射出されたレーザビームの偏光方向を変える波長板と、波長板を通過した第１のレーザビームと第２のレーザ発振器から射出されたレーザビームとを合成するための偏光子と、合成したビームの両端部分を遮断するスリットと、スリットを通過したレーザビームを集光して照射面に投影する集光レンズと、集光レンズを通過したレーザビームに対して照射面を相対的に移動する手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
上記発明の構成において、集光レンズは凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズであることを特徴とする。
【００２２】
また、他の発明の構成は、レーザ発振器と、このレーザ発振器から射出されたレーザビームの両端部分を遮断するスリットと、スリットで形成されたレーザビームの像を照射面に投影し、照射するための投影レンズと、投影レンズを通過したレーザビームに対して照射面を相対的に移動する手段を有することを特徴とする。
【００２３】
また、他の発明の構成は、第１のレーザ発振器と、第２のレーザ発振器と、第１のレーザ発振器より射出されたレーザビームの偏光方向を変えるための波長板と、波長板を通過した第１のレーザビームと、第２のレーザ発振器から射出された第２のレーザビームとを合成するための偏光子と、偏光子によって合成されたレーザビームの端部を遮断するスリットと、スリットによって形成されたレーザビームの像を照射面に投影し、照射するための投影レンズと、投影レンズを通過したレーザビームに対して照射面を相対的に移動する手段を有することを特徴とする。
【００２４】
上記発明の構成において、投影レンズは凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズであることを特徴とする。
【００２５】
上記発明の構成において、スリットと照射面が共役の関係になるように投影レンズを配置することを特徴とする。
【００２６】
上記発明の構成において、以下に示すものを媒質としたレーザ発振器を用いることができる。なお、本明細書中において、セラミックとは、加熱などによって人工的に作られた無機質固体材料を意味する。
【００２７】
（１）単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの固体レーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどの気体レーザ、ＧａＮレーザ、ＧａＡｓレーザ、ＩｎＡｓレーザなどの半導体レーザ、などの連続発振のレーザを用いることができる。
【００２８】
（２）Ｔｉ：サファイアレーザや、クロム・フォルステライト結晶を用いたレーザ、ＹＶＯ4レーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザなどの、１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザを用いることができる。なお、フェムト秒（１０-15秒）台で発振するレーザをフェムト秒レーザともいい、モードロックをすることにより、パルス幅をフェムト秒台にすることができる。なお、より良好に半導体膜の結晶化を行いたい場合は、１００フェムト秒以上５０ピコ秒以下で発振するレーザを用いると好ましい。
【００２９】
（３）単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることができる。
【００３０】
上記発明の構成において、レーザビームはＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4、ホウ酸バリウム）、ＬＢＯ（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7、ホウ酸リチウム）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4、チタニルリン酸カリウム）、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、ＫＤＰ（ＫＨ2ＰＯ4、リン酸二水素カリウム）、ＬｉＩＯ3（リチウムアイオデート）、ＡＤＰ（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4、リン酸二水素アンモニウム）、ＢＩＢＯ（ＢｉＢ3Ｏ6、ビスマストリボレート）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10、セシウムリチウムボーレート）、ＫＢ５（ＫＢ5Ｏ8・４Ｈ2Ｏ、ポタジムペンタボレート）などの非線形光学素子により、必要に応じて高調波に変換されていることを特徴とする。
【００３１】
上記発明の構成において、本発明のレーザ照射装置を用いることにより、照射面に形成されるレーザ照射領域において、微結晶領域の一つの幅が１〜２０μｍになることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明を用いることにより、半導体膜をレーザ結晶化する際に、レーザ照射領域において微結晶領域の一つの幅を１〜２０μｍに抑え、半導体膜に対して良好にレーザ処理を行うことが可能なレーザ照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に本発明の実施の様態を、図面を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３４】
本発明は、凸型のシリンドリカルレンズを用いる第１のレーザ照射方法と、凸型の球面レンズを用いる第２のレーザ照射方法の２種類に大別される。このうち、第１のレーザ照射方法には、照射面に対してレーザビームが垂直に入射する場合と、照射面に対して斜めにレーザビームが入射する場合の２つの様態がある。なお、本実施の形態では、前者の第１のレーザ照射方法について以下に説明する。
【００３５】
図１に示すレーザ発振器１０１は特に制限されることはなく、（１）連続発振のレーザ、（２）パルス幅が１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザ、（３）発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザのいずれのレーザ発振器も使用することができる。
【００３６】
例示すると、（１）の連続発振のレーザとしては、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの固体レーザや、Ａｒイオンレーザ、Ｋｒイオンレーザなどの気体レーザ、およびＧａＮレーザ、ＧａＡｓレーザ、ＩｎＡｓレーザなどの半導体レーザを挙げることができる。
【００３７】
（２）の１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザとしては、Ｔｉ：サファイアレーザや、クロム・フォルステライト結晶を用いたレーザ、ＹＶＯ4レーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザなどを提示することができる。なお、より良好に半導体膜の結晶化を行いたい場合は、１００フェムト秒以上５０ピコ秒以下で発振するレーザを用いると好ましい。
【００３８】
また、（３）の発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザとしては、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザを挙げることができる。
【００３９】
波長が１μｍ程度の基本波は、半導体膜に照射してもあまり吸収されず、吸収効率が低い。しかし、１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザから射出される基本波を半導体膜に照射すると、レーザの焦点および焦点の近傍で、同時に複数の光子が１つの原子（または分子）に吸収される過程、すなわち多光子吸収が起きる。その結果、レーザビームを半導体膜に吸収させ、溶融させることが可能になる。
【００４０】
また、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
【００４１】
媒質としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状に媒質を形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径数ｍｍ、長さ数十ｍｍの円柱状の媒質が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。
【００４２】
発光に直接寄与する媒質中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられないため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックの場合、単結晶と比較して媒質の大きさを著しく大きくすることができるため大幅な出力向上が期待できる。
【００４３】
さらに、セラミックの場合では、平行六面体形状や直方体形状の媒質を容易に形成することが可能である。このような形状の媒質を用いて、発振光を媒質の内部でジグザグに進行させると、発振光路を長くとることができる。そのため、増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能になる。また、平行六面体形状や直方体形状の媒質から射出されるレーザビームは、出射時の断面形状が四角形状であり、強度分布がほぼ均一である。そのため、ビームスポットが丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように出射されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、短辺の長さ１ｍｍ以下、長辺の長さ数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光を媒質に均一に照射することにより、線状ビームは長辺方向にエネルギー分布の均一なものとなる。このようなビームスポットの長辺が長いレーザビームを用いる場合でも微結晶領域の幅は１〜２０μｍとなるため、特に有効である。
【００４４】
また、レーザ発振器１０１から出射する際には、必要に応じてＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＴＰ、ＫＤＰ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＩＯ3、ＣＬＢＯ、ＡＴＰ、ＢＩＢＯ、ＫＢ５などの公知の非線形光学素子を用いて第２高調波から第４高調波に変換し、ＴＥＭ00（シングル横モード）でレーザビームを発振させる。なお、先述した１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザを用いる場合、基本波を用いるため、非線形光学素子を用いる必要はない。
【００４５】
レーザビームの基本波、及びこれらの基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。
【００４６】
レーザ発振器１０１から射出されたレーザビームは、スリット１０２を通る。スリット１０２は、線状または矩形状のビーム１０４の長軸方向に作用するように設置することで、線状または矩形状のビーム１０４の両端におけるエネルギーの弱い領域をできるだけ削除することができ、同時に線状または矩形状のビーム１０４の長軸方向の長さを調整することができる。つまり、レーザの出射直後は図２（ａ）の形状のエネルギー密度分布を持つが、スリットを通すことにより、図２（ｂ）の実線状のエネルギー密度分布を有するビームになる。
【００４７】
本発明において使用するスリット１０２については特に制限されることはなく、スリットを通過した際に強度の弱い部分を遮断できる構造あるいは形状のものを使用することができる。例えば、図３で示すようなスリットを用いて遮蔽する。
【００４８】
スリットは、その中央部に矩形状のスリット開口部３０１を有すると共に、スリット開口部３０１の長手方向の両端部には、レーザの種類やエネルギーによって両端部を開放または遮蔽してエネルギー分布を調節することが可能な遮蔽板３０２が配置されている。
【００４９】
このように、レーザの種類やエネルギーによってスリット開口部３０１の両端で遮蔽板３０２を調節することにより、矩形状ビームのうち、特に長手方向の両端部のエネルギー分布が不均一な部分を必要に応じてカットすることができる。
【００５０】
次いで、ミラー１０３でレーザビームの方向を変える。
【００５１】
その後、線状または矩形状のビーム１０４の長軸方向および短軸方向に作用する凸型シリンドリカルレンズ１０５、１０６により、照射面にて線状または矩形状のビーム１０４が形成される。本実施の形態では、集光レンズとして２つの凸型シリンドリカルレンズ１０５、１０６を用いている。凸型シリンドリカルレンズ１０５、１０６のうち、１つは線状または矩形状のビームの長軸方向にビームの整形を行い、残りの１つは線状または矩形状のビームの短軸方向にビームの整形を行う。
【００５２】
凸型シリンドリカルレンズ１０５、１０６を用いる利点は、ビームの長軸方向と短軸方向の集光をそれぞれ独立して行うことができる点である。なお、凸型シリンドリカルレンズについて特に制限されることはなく、一方向にのみ伸縮して、長軸方向の長さと短軸方向の長さとの比が大きい長方形、楕円形、または線状のビームを形成することができるものであれば、各種の構造および形状のものを使用することができる。そのような凸型シリンドリカルレンズとしては、入射側、出射側のいずれか一方に凸面が形成されているものでも、両側に凸面が形成されているものでもよいが、低収差、精度の面で入射側に凸面が形成されているものを使用することが好ましい。
【００５３】
また、出射したビームのビーム径、出力、ビームの形状をそのまま用いることができる場合は、凸型シリンドリカルレンズを必ずしも２つ用いる必要はない。また、出射したビームの長軸と短軸の長さの比を保ったまま集光を行う場合は、凸型シリンドリカルレンズの代わりに、凸型球面レンズを用いても良い。なお、このシリンドリカルレンズによって、スリット上における像と半導体膜上における像は共役の関係になっている。
【００５４】
半導体膜が成膜された基板１０７はガラスを材料としており、レーザ照射の際に基板１０７が落ちないように、吸着ステージ１０８に固定されている。吸着ステージ１０８は、Ｘステージ１０９、Ｙステージ１１０を用いて半導体膜の表面に平行な面上をＸＹ方向に走査を繰り返し、半導体膜を結晶化させる。
【００５５】
線状または矩形状のレーザビームの両端はエネルギー不足であるために不完全な溶融が起きる。このことによって、微結晶領域が形成されるが、本発明により線状または矩形状のビームの両端部分でエネルギーが不足している部分を遮断した後に照射することができるため、半導体膜を良好に結晶化することが可能になる。
【実施例１】
【００５６】
本実施例は、第１のレーザ照射方法およびレーザ照射装置の実施例であって、かつ強度の弱い部分を遮断されたレーザビームを照射面に垂直に入射する例である。なお、本発明の実施の形態と同じ図面を用いるため、双方で同じ構成要素には同じ番号を用いる。
【００５７】
図１のレーザ発振器１０１は、出力１０Ｗ、繰り返し周波数８０ＭＨｚ、パルス幅１０ｐｓｅｃ、波長５３２ｎｍ、ビーム径１．０ｍｍ、ＴＥＭ00（シングル横モード）のモードロックパルスレーザ発振器を用いる。モードロックパルスレーザは、従来のパルス発振のレーザで用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いる。パルス発振でレーザビームを半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓｅｃ〜数百ｎｓｅｃと言われており、１０ＭＨｚ以上のパルスレーザ発振器を用いると、半導体膜がレーザビームによって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザビームを照射できる。
【００５８】
従来のパルス発振のレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。具体的には、含まれる結晶粒の走査方向における幅が１０〜３０μｍ、好ましくは１０〜６０μｍとし、走査方向に対して垂直な方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成することができる。
【００５９】
そこから射出したレーザビームは、スリット１０２によってレーザビームの強度が弱い部分を遮断される。スリット１０２は線状または矩形状のビームの長軸方向に作用するように設置することにより、線状または矩形状のビームの両端におけるエネルギーの弱い領域を削除することができ、同時に線状または矩形状のビームの長軸方向の長さを調節することができる。つまり、レーザの出射直後は図２（ａ）の形状のエネルギー密度分布を持つが、スリットを通すことによって図２（ｂ）の実線状のエネルギー密度分布を有するビームになる。
【００６０】
次いで、ミラー１０３によってレーザビームの方向を変える。本実施例では基板に対して垂直方向に向きを変えるが、方向を変えた後のレーザビームの方向は、基板に対して垂直方向でも斜め方向でも構わない。
【００６１】
その後、線状または矩形状のビームの長軸方向および短軸方向に作用するシリンドリカルレンズ１０５、１０６により、照射面にて線状または矩形状のビームが形成され、半導体膜に照射される。本実施例において、２つのシリンドリカルレンズ１０５、１０６のうち、１つは線状または矩形状のビームの長軸方向にビームの整形を行い、残りの１つは線状または矩形状のビームの短軸方向にビームの整形を行う。シリンドリカルレンズは一方向に曲率を持っているため、一次元方向のみに集光または拡散をさせることが可能になる。そこで、２つのシリンドリカルレンズの母線の方向を、１つはＸ軸ステージの動作方向（以後、Ｘ軸方向とする）とし、残りの１つはＹ軸ステージの動作方向（以後、Ｙ軸方向とする）とすると、照射面におけるビームスポットの大きさをＸ軸方向およびＹ軸方向で任意に変更することができるため、光学調整が容易であり、かつ調整の自由度が高い。このシリンドリカルレンズによってスリット上における像と半導体膜上における像は共役の関係になっている。
【００６２】
半導体膜が成膜された基板１０７は、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどに代表されるガラス基板、石英基板、セラミックス基板、ステンレス基板、プラスチック基板やアクリル基板に代表される可撓性を有する基板、単結晶半導体基板（代表的には、Ｎ型またはＰ型の単結晶シリコン基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、又はＺｎＳｅ基板）などのいずれかを材料としており、レーザ照射の際に基板１０７が落ちないように、吸着ステージ１０８に固定されている。吸着ステージ１０８は、Ｘステージ１０９、Ｙステージ１１０を用いて半導体膜の表面に併合な面上をＸＹ方向に走査を繰り返し、半導体膜を結晶化させる。
【００６３】
本発明を用いることによって、線状または矩形状のビームの両端がエネルギー不足になることが少なくなるため、レーザ照射領域中に占める微結晶領域の幅が１〜２０μｍになり、半導体膜を良好にアニールすることができる。
【００６４】
半導体膜にレーザビームを照射した後の半導体膜表面の状態を、本発明を用いた場合と用いない場合で比較する。図２３は本発明を用いたときの半導体膜表面を、上面から撮影したものであり、図２４はスリットを用いないでレーザビームを照射したときの半導体膜表面を、上面から撮影したものである。また、図２５、２６は、図２３、２４にそれぞれ対応する図である。
【００６５】
線状または矩形状に成形されたレーザビームが半導体膜に照射されることにより、ビームスポットの中心付近には、大粒径領域が形成される。それは、図２４では中央で一様な状態になっている領域であり、図２６では（ａ）の領域である。この領域の幅は２１０μｍである。図２４、図２６において、大粒径領域の両端に隣接している領域（図２６の（ｂ）の領域）には、粒径が比較的小さい結晶粒（微結晶）がそれぞれ３０〜４０μｍの幅で形成される。図２４の場合、微結晶領域の一つの幅は、３２μｍと見積もられた。なお、大粒径領域の幅に対する微結晶領域の幅の割合は、（３２×２／２１０）×１００＝３０（％）である。
【００６６】
スリットを用いた場合では、大粒径領域の両端に形成される微結晶領域の幅を１〜２０μｍと大幅に減少させることが可能である。照射面で形成されるビームスポットの長軸方向の長さが長いほどスリットを用いる効果は高く、微結晶領域の幅は、大粒径領域の５％以下となる。さらに、図２３の場合では、３％以下となった。図２３において、ビームスポット中央付近の領域（図２５の（ａ）の領域）には、大粒径領域が２１０μｍの幅で形成される。この大粒径領域に隣接する領域（図２５の（ｂ）の領域）には、微結晶が形成される。その微結晶領域の一つの幅は２．８μｍと見積もられた。大粒径領域の幅に対する微結晶領域の幅の割合は、（２．８×２／２１０）×１００＝２．６（％）である。
【実施例２】
【００６７】
本実施例では、ＣＷレーザを２台用いて、レーザの合成を行った後に本発明の光学系に通し、これを照射するものである。
【００６８】
図４において、レーザ４０１、４０２は、公知のもので連続発振のレーザ、すなわち、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの連続発振の固体レーザ、ＧａＮレーザ、ＧａＡｓレーザ、ＩｎＡｓレーザなどの連続発振の半導体レーザ、Ａｒレーザなどの気体レーザ、などのいずれかを用いることができる。
【００６９】
レーザ４０１、４０２は必要に応じて、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＴＰ、ＫＤＰ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＩＯ3、ＣＬＢＯ、ＡＴＰ、ＢＩＢＯ、ＫＢ５などの公知の非線形光学素子により高調波に変換する。また、半導体レーザは自ら発光して励起するため、フラッシュランプを用いて励起させる固体レーザよりエネルギー効率がよい。
【００７０】
本実施例では、レーザ４０１、４０２は連続発振のＹＡＧレーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換して用いている。なお、ここで用いるレーザは、波長が５５０ｎｍ以下で出力安定性の著しく高いものを用いることが望ましい。
【００７１】
レーザビームの合成を行うためには、λ／２波長板４０３、偏光ビームスプリッタ４０４、スリット４０５、ミラー４０６、４０７、凸シリンドリカルレンズ４０８、４０９などを具備した装置を用いて行う。
【００７２】
２台のレーザ発振器４０１、４０２から射出されたそれぞれのレーザビームは、同一方向の偏光方向を有すると合成することができない。そのため、２つのレーザビームのうち、第１のレーザビームは、λ／２波長板４０３を透過させて偏光方向を９０°回転させることによって、偏光方向を互いに独立にさせる。また、第２のレーザビームは、ミラー４０６などを用いて偏光ビームスプリッタへ入射する。その後、偏光ビームスプリッタ４０４に通して第１のレーザビームと第２のレーザビームを重ね合わせる。重ね合わされたレーザビームは、スリットに導入してエネルギーの小さい部分を遮断し、ミラーで反射させる。その後、２つの凸シリンドリカルレンズ４０８、４０９を通して、合成されたビームの短軸方向及び長軸方向の長さを調節した後に半導体膜４１０に照射される。なお、スリット４０５を通過する前に回折光学素子や光導波路などを用いたホモジナイザーを用いると、レーザのエネルギー分布はより均一になり、長軸方向から見ると矩形状になる。
【００７３】
また、２台のレーザ発振器４０１、４０２を用いてスリットで１つの像になるように合成を行うとき、実際には光学系の調整の都合で、スリット４０５で１つの像となるが、スリット４０５の通過後にはビームが分かれてしまい、このままでは像が１つにならない場合もある。しかし、ミラー４０７で反射させた後に、２つのシリンドリカルレンズ４０８、４０９、若しくは凸型球面レンズを用いることによって、ビームを半導体膜４１０上にて再び１つの像とすることができる。すなわち、シリンドリカルレンズによってスリット上における像と半導体膜上における像が共役の関係になる。
【００７４】
基板上の半導体膜４１０を結晶化するためには、線状ビームを、長軸方向に適当な照射ピッチでずらしながら、長軸方向に垂直な方向に走査する。この動作はレーザ発振器と光学系（λ／２波長板４０３、偏光ビームスプリッタ４０４、ミラー４０７、シリンドリカルレンズ４０８、４０９）は固定し、Ｘステージ４１１、Ｙステージ４１２を用いて基板上を線状ビームが走査するように、基板を移動させて行う。
【００７５】
本実施例では、複数のレーザ発振器を用いて、複数のレーザ発振器から射出する各レーザビームを重ね合わせることを特徴とする。さらには、合成したレーザビームにスリットと凸型シリンドリカルレンズを２枚若しくは凸型球面レンズを組み合わせた本発明の光学系に通した後にレーザ結晶化を行うことを特徴とする。
【００７６】
上記特徴により、微結晶領域が少ない半導体膜を作製することができる。また、本発明を利用することにより、レーザ照射領域中における微結晶形成領域の幅が１〜２０μｍになる。
【００７７】
さらに、２台のレーザを合成して図５（ａ）の矢印方向ようにレーザの照射を行うと、図５（ｂ）の矢印方向のように１台でレーザを照射する場合と比較すると、レーザ発振器２台分のエネルギーを一度に半導体膜５０１に与えることができるため、同じエネルギーを与える場合では、レーザ発振器１台でレーザ照射を行う場合よりもビームスポットを大きくすることができる。本発明を用いると、この方法を用いることにより、大粒径を形成する半導体膜５０２の幅を二倍にすることが可能である。
【００７８】
従来では、隣り合う結晶化領域の境界には微結晶領域が形成され、リッジも形成されるため、隣り合う結晶化領域をまたぐようにＴＦＴを作製しない。ところが、設計上いろいろな位置にＴＦＴを配置しなければならない場合が生ずる。すなわち、限られた面積の中で集積度を上げようとするときは、隣り合う結晶化領域をまたいでＴＦＴが位置する必要がでてくる。ところが、このようにＴＦＴを形成すると、ＴＦＴが有する半導体膜の結晶化状態がそれぞればらつく。電子機器の特性は、電子回路に含まれる複数のＴＦＴのうち、電子移動度が一番低いＴＦＴに従うことになるため、この部分がボトルネックとなる。
【００７９】
図２１にレーザ照射を行った後のＴＦＴのレイアウトの一例として、発光素子の画素に用いるＴＦＴのレイアウトを示す。２１００は半導体膜、２１０１はソース信号線、２１０２はゲート信号線、２１０３は電流供給線、２１０４はスイッチング用ＴＦＴ、２１０５は駆動用ＴＦＴ、２１０６は容量、２１０７は発光素子である。また、図２２（Ｃ）の２２０１の微結晶領域は、図２０の微結晶領域２００４に相当する。
【００８０】
従来では、図２２の微結晶領域２２０１にもＴＦＴを作らざるを得ないところであるが、本発明のレーザ照射を行うと、図２１（Ｃ）のようにレーザ照射領域における微結晶領域２１０９の幅を１〜２０μｍに減少させることができるため、ＴＦＴの配置の自由度が向上する。特に、本実施例の方法を用いると、レーザの照射幅を５００μｍにすることができるため、さらに自由なレイアウトでＴＦＴを作製することが可能となる。
【００８１】
本実施例のようにレーザを照射することにより、ＴＦＴの配置の自由度が向上する。なお、このときに形成される微結晶領域２１０９に配線を形成することで、一台でレーザ照射を行う場合と比較すると、更なる半導体装置の小型化、省スペース化、及び歩留まりの向上を図ることができる。
【００８２】
本実施例では、ＣＷレーザを２台用いている例を示しているが、ＣＷレーザだけではなく、実施の形態および他の実施例で記載した１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザや、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いてもよい。
【００８３】
なお、本実施例は実施の形態及び他の実施例と自由に組み合わせることが可能である。
【実施例３】
【００８４】
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化を行った半導体膜を用いて、剥離可能なデュアルゲートＴＦＴを作成する例を示す。
【００８５】
まず、図６（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する第１の基板６０１上に金属膜６０２、金属膜６０２中の金属元素を含む酸化膜（以下、金属酸化膜６０３と呼ぶ）、酸化珪素膜６０４を順に形成する。なお、第１の基板６０１は後の工程に耐えることができる基板であれば良く、例えばガラス基板、石英基板、セラミックス基板、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板を用いることができる。
【００８６】
本実施例では、金属膜６０２にＷ（タングステン）を用いる。金属膜６０２の材料として、Ｗ以外には、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒから選ばれた元素またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは窒素や酸素などとの化合物材料からなる単層、あるいはこれらの積層を用いることができる。金属膜６０２の作製方法として例えば、金属のターゲットを用いるスパッタリング法により形成すればよい。なお金属膜６０２の膜厚は、１０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜７５ｎｍとなるように形成すればよい。
【００８７】
また、金属膜６０２の代わりに、上記の金属が窒化された（例えば、窒化タングステンや窒化モリブデン）膜を用いても構わない。また金属膜６０２の代わりに上記金属の合金（例えば、ＷとＭｏとの合金：ＷxＭｏ1-X）膜を用いてもよい。この場合、成膜室内に第１の金属（Ｗ）及び第２の金属（Ｍｏ）といった複数のターゲットや、第１の金属（Ｗ）と第２の金属（Ｍｏ）との合金のターゲットを用いたスパッタリング法により形成すればよい。
【００８８】
また更に、金属膜６０２に窒素や酸素を添加してもよい。添加する方法として例えば、金属膜に窒素や酸素をイオン注入したり、成膜室を窒素や酸素雰囲気としてスパッタリング法により形成したりすればよく、又はターゲットとして窒化金属を用いてもよい。
【００８９】
金属膜６０２を形成した後、金属酸化膜６０３を形成する。具体的には、熱酸化をすることによって金属膜６０２の表面を酸化する方法や、スパッタリング法などの方法を用いて金属酸化膜６０３を形成する。本実施例の場合では、金属膜６０２でタングステンを用いているため、金属酸化膜６０３は、タングステンを有する酸化膜（ＷＯｘ（ｘは２〜３））を形成する。
【００９０】
次に、酸化珪素膜６０４上に、後にＴＦＴの下部でゲート電極として機能する電極（以後、下部電極６００と呼ぶ）となる導電膜６０５を形成する。導電膜６０５は、金属又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。金属を用いる場合は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。本実施例では、導電膜６０５としてタングステンを用い、タングステン層を５０ｎｍの厚さで形成する。なお、導電膜６０５の厚さは、２０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さであればよい。
【００９１】
その後、マスク（例えばレジストマスク）を用いてエッチングすることによって下部電極６００を形成する（図６（Ｂ））。このとき、例えば、酸素プラズマをあてることにより、レジストマスクを細めることができる。このような工程を経た後にエッチングを行うと、ゲート電極となる下部電極６００にテーパーを付けることができる。
【００９２】
なお、所定の場所に材料を吐出することが可能な印刷法や、インクジェット法に代表される液滴吐出法により、下部電極６００を直接形成することも可能である。この方法を用いると、マスクを用いることなく下部電極６００を形成することができる。
【００９３】
図６（Ｃ）は、下部電極６００の上面図を示し、ａ−ｂにおける断面図が図６（Ｂ）に相当する。
【００９４】
次に、図７（Ａ）に示すように、第１のゲート絶縁膜７０１を形成する。第１のゲート絶縁膜７０１は少なくとも酸素または窒素を有する絶縁膜である。なお、本実施例では、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙ＝１、２・・・）７０１ａを５０ｎｍ、酸化窒化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙ＝１、２・・・）７０１ｂを１００ｎｍの厚さで形成するが、この積層順や厚さに限定されるものではない。
【００９５】
次に、非単結晶半導体膜７０２ａを設ける。形成される非単結晶半導体膜７０２ａは、減圧熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法などの成膜法で形成する。また、シラン（ＳｉＨ4）を原料として形成しても良い。
【００９６】
次に、非単結晶半導体膜７０２ａを覆って設けられた絶縁膜７００を形成する。本実施例では、酸化珪素膜を用いる。なお、この絶縁膜７００の材料は、酸化珪素膜以外では、窒化酸化珪素、窒化珪素膜を用いても良い。本実施例では、酸化珪素膜を３００ｎｍの厚さでスパッタ法を用いて形成する。ここで形成した酸化珪素膜によって半導体膜を物理的に押さえつけ、レーザ照射による膜飛びを防止する役割を持つ。
【００９７】
次に、本発明のレーザ照射装置によってレーザ照射を行い、非単結晶半導体膜７０２ａの結晶化を行い、結晶性半導体膜７０２ｂを形成する。本発明のレーザ照射装置を用いてレーザ照射を行うと、レーザ照射領域中に占める微結晶領域の幅を１〜２０μｍに減少させることが可能になる。そのため、形成された半導体膜を用いて作成したＴＦＴは、特性が良好かつ均一になる。また、レイアウトやサイズの制約が非常に少なくなるため、半導体装置を作成する際のデザインルールが大幅に緩和される。さらに、微結晶領域に配線を形成することで、さらなる半導体装置の省スペース化および歩留まりの向上を図ることができる。また、本発明を用いることによって半導体装置として使うことができない領域が大幅に減少するため、歩留まりが向上し、コスト削減に大きく役立つ。
【００９８】
その後、結晶性半導体膜７０２ｂ上にある絶縁膜７００を除去し、第２のゲート絶縁膜７０３を形成する。第２のゲート絶縁膜７０３は、第１のゲート絶縁膜７０１と同様に、少なくとも酸素または窒素を有する絶縁膜を用いればよい。本実施例では、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙ＝１、２・・・）を４０ｎｍ積層する。
【００９９】
次に、後にＴＦＴの上部でゲート電極として機能する電極（以後、上部電極７０４と呼ぶ）となる第２導電膜７０７をこの上に形成する。第２導電膜７０７は下部電極６００と同様に、導電性を有する膜であれば良く、本実施例ではＷ（タングステン）とＴａＮ（窒化タンタル）の積層膜を用いる。
【０１００】
第２導電膜７０７を所定の形状にパターニングするため、マスク、例えばレジストマスクを第２導電膜７０７上の全面に形成する。次に、下部電極６００をマスクとした裏面露光により、レジストマスク７０５を形成することができる。このレジストマスク７０５を用いて、第２導電膜７０７をパターニングし、上部電極７０４を形成する。
【０１０１】
また、別の方法として、所定の場所に材料を吐出することが可能な印刷法や、インクジェット法に代表される液滴吐出法により、上部電極７０４を直接形成することも可能である。
【０１０２】
また図７（Ｃ）は、第２導電膜７０７上にレジストマスク７０５が設けられた上面図を示し、ａ−ｂにおける断面図が図７（Ｂ）に相当する。
【０１０３】
その後図８（Ａ）に示すように、パターニングされた上部電極７０４をマスクとして、結晶性半導体膜７０２ｂに不純物元素を添加し、不純物領域７０６を形成する。
【０１０４】
そして、下部電極６００と、上部電極７０４を別に制御するため、それぞれ配線を設ける。ここで、下部電極６００と配線とを接続するコンタクトホールを設けるため、上部電極７０４の一部を除去する。このとき、上部電極７０４上にマスク、例えばレジストマスクを設けて、上部電極７０４の一部をエッチングすればよい。
【０１０５】
また図８（Ｂ）は、上部電極７０４の一部がエッチングされた段階の上面図を示し、ａ−ｂにおける断面図が図８（Ａ）に相当する。
【０１０６】
なお、下部電極６００と、上部電極７０４とを同じように制御する場合、上記のように上部電極７０４の一部を除去する必要はない。下部電極６００上に設けられる第１のゲート絶縁膜７０１にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに上部電極７０４を形成することにより、下部電極６００と、上部電極７０４を接続することができる。
【０１０７】
また、図９（Ａ）に示すように、導電膜７０４ａの上部に導電膜７０４ｂを形成して、複数層の導電膜からなる上部電極７０４を形成してもよい。本実施例では、マスク、例えばレジストマスクを用いて、導電膜７０４ｂを所定の形状にパターニングしてもよいし、所定の場所に材料を吐出することが可能な印刷法や、インクジェット法に代表される液滴吐出法により、導電膜７０４ｂを直接形成してもよい。そして、導電膜７０４ｂを設けた状態で、不純物元素を添加してもよい。このとき、導電膜７０４ａに重なるように、低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）９００を形成することができる。
【０１０８】
その後、上部電極７０４（すなわち、導電膜７０４ａ及び７０４ｂ）を覆って、絶縁膜９０１を形成する。絶縁膜９０１は、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙ＝１、２・・・）等の、少なくとも酸素又は窒素を有する絶縁膜を用いることができる。本実施例では、酸化窒化珪素を用いる。特に、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜９０１を形成することで、多くの水素を有することができる。この水素によって半導体膜７０２ｂのダングリングボンドを低減することができるため好ましい。そのため、絶縁膜９０１を設けた状態で、加熱処理を施すとよい。
【０１０９】
次いで、絶縁膜９０１を覆って、層間絶縁膜９０２を形成し、平坦性を高めることができる。このような層間絶縁膜９０２は、有機材料や無機材料を用いることができる。有機材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン、シロキサンなどを用いることができる。シロキサンとは、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−で表される珪素と酸素との結合（シロキサン結合）を構成の基本単位とし、珪素にフッ素、脂肪族炭化水素、または芳香族炭化水素などが結合した構造を持つ物質である。無機材料としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙ＝１、２・・・）等の、少なくとも酸素又は窒素を有する絶縁膜を用いることができる。また、層間絶縁膜９０２の材料として、ポリシラザンを用いることもできる。ポリシラザンとは、−（ＳｉＨ2ＮＨ）−の構成を基本単位とする無機ポリマーで、加熱によってセラミックス質の絶縁体を形成する物質である。さらに、ポリシラザンと有機物との複合体を形成し、これを層間絶縁膜９０２として用いてもよい。
【０１１０】
また、層間絶縁膜９０２は、これらの絶縁膜を積層したものを用いてもよい。特に、有機物を材料にして絶縁膜を形成すると、平坦性は高まる一方で、有機物によって水分や酸素が吸収されてしまう。これを防止するため、有機物を材料とする絶縁膜上に、無機物を材料とする絶縁膜を形成するとよい。無機材料中に窒素を有する絶縁膜を用いると、Ｎａ等のアルカリイオンの侵入を防ぐことができる。
【０１１１】
なお、絶縁膜９０１形成後の加熱処理は、層間絶縁膜９０２を形成後に行っても構わない。
【０１１２】
その後、層間絶縁膜９０２、絶縁膜９０１、第２のゲート絶縁膜７０３にコンタクトホールを形成し、不純物領域７０６と接続する配線９０３を形成する。
【０１１３】
また、さらに配線上９０３に保護膜として機能する絶縁膜を形成してもよい。このような絶縁膜は、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙ＝１、２・・・）等の、少なくとも酸素又は窒素を有する絶縁膜を用いることができる。特に、不純物元素の侵入を防ぐためには、窒素を有する絶縁膜を用いると好ましい。
【０１１４】
また、図９（Ｃ）は、下部電極６００に接続される配線９０４と、上部電極７０４（導電膜７０４ａ、７０４ｂ）に配線９０５が接続された状態の上面図を示す。図９（Ｃ）のａ−ｂにおける断面図が、図９（Ｂ）に相当する。
【０１１５】
このようにして下部電極６００及び上部電極７０４（導電膜７０４ａ、７０４ｂ）を有するデュアルゲート型ＴＦＴを形成することができる。デュアルゲート型ＴＦＴの下部電極６００は、上部電極７０４と別に制御できる特徴を有する。
【０１１６】
ところで、微細なＴＦＴを形成する場合、微細化に伴ってゲート絶縁膜の物理的な膜厚を薄くする必要がある。しかし、薄すぎると、上部電極７０４にオフとなる信号を入力するときであっても電流が流れてしまい、低電力化の妨げとなる。このとき、下部電極６００を制御することにより、正確にオフ状態とすることができる。その結果、低消費電力化を図ることができる。また、下部電極６００により、しきい値電圧（Ｖｔｈ）を制御することもできる。
【０１１７】
また、本実施例で示したデュアルゲート型ＴＦＴは、絶縁層を挟んだ下部ゲート電極と半導体層とで容量を形成することができる。
【０１１８】
なお、以上の工程によって作製されたＴＦＴは、金属酸化膜６０３の部分で剥離し、別の基板、例えば可撓性を有する基板に接着手段を介して貼り付けることができる。剥離した後の基板６０１は再利用することができる。
【実施例４】
【０１１９】
本発明のレーザ照射装置およびレーザ照射方法を用いて、種々のＴＦＴを同一基板上に作製する例を示す。
【０１２０】
図１０（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板１０００上に下地膜１００１を形成する。本実施例では、基板１０００としてガラス基板を用いる。なお、ここで用いる基板には、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミックス基板、ステンレス基板などを用いることができる。また、プラスチック、アクリルなどに代表される可撓性を有する材料からなる基板は、一般的に他の基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、本工程の処理に耐え得る材質であれば用いることができる。
【０１２１】
下地膜１００１は、基板１０００に含まれるナトリウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が半導体中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。このため、アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体中への拡散を抑えることのできる酸化珪素や窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。また、下地膜１００１は単層または積層構造のいずれでもよい。本実施例では、プラズマＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）を用いて窒化酸化珪素膜を１０〜４００ｎｍの膜厚になるように成膜した。
【０１２２】
なお、基板１０００として、ガラス基板またはプラスチック基板のようにアルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いている場合には、不純物の拡散を防ぐために下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさほど問題にならない基板を用いる場合には必ずしも下地膜１００１を設ける必要はない。
【０１２３】
次いで、下地膜１００１上に非単結晶半導体膜１００２を形成する。非単結晶半導体層１００２は、公知の方法（スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法など）により、２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで形成する。ここで用いる非単結晶半導体膜１００２は、珪素やシリコンゲルマニウムなどを用いることができるが、ここでは珪素を用いる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【０１２４】
続いて図１０（Ｂ）に示すように、本発明のレーザ照射装置を用いて非単結晶半導体膜１００２にレーザ１００３を照射して結晶化を行う。本実施例では、レーザ１００３として１０Ｗ、第２高調波、ＴＥＭ00モード（シングル横モード）発振のＮｄ：ＹＶＯ4レーザを用い、シリンドリカルレンズ１００４、１００５を通して照射を行う。
【０１２５】
ここで挙げたレーザに限らず、連続発振のレーザ、１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザ、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザのいずれのレーザ発振器も使用することができる。
【０１２６】
例示すると、連続発振のレーザとしては、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザなどの固体レーザやＡｒレーザなどの気体レーザ、半導体レーザとしては、ＧａＮレーザ、ＧａＡｓレーザ、ＩｎＡｓレーザを用いることができる。
【０１２７】
１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザとしては、Ｙｂ：ＹＡＧレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザや、ＹＶＯ4レーザ、クロム・フォルステライト結晶を用いたレーザなどを用いることができる。なお、より良好に半導体膜の結晶化を行いたい場合は、１００フェムト秒以上５０ピコ秒以下で発振するレーザを用いると好ましい。
【０１２８】
また、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザとして、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザを挙げることができる。
【０１２９】
また、レーザ１００３は、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＴＰ、ＫＤＰ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＩＯ3、ＣＬＢＯ、ＡＴＰ、ＢＩＢＯ、ＫＢ５などの公知の非線形光学素子により必要に応じて高調波に変換されている。なお、本実施例では、レーザ１００３は非線形光学素子により第２高調波に変換されているが、第２高調波以外の高調波であっても構わない。また、半導体レーザは自ら発光して励起するため、エネルギー効率がよい。
【０１３０】
本発明のレーザ照射装置及びレーザ照射方法を用いることによって、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成されるだけではなく、隣接したレーザ照射領域の境界において、微結晶領域の幅を１〜２０μｍに減少させることが可能となる。また、微結晶領域には配線を形成することにより、無駄なくスペースを利用することが可能となり、半導体装置の小型化に寄与する。
【０１３１】
スリットを用いると、レーザビームの強度が弱い部分を遮断することができるため、一定以上の強度を持つ線状または矩形状のレーザビームを均一に照射することができる。従って、性能が良好かつ個体によって性能のばらつきがないＴＦＴを作製することができ、さらにはこのＴＦＴを用いて作製される電子機器の特性を良好かつ均一にすることができる。
【０１３２】
その後、図１０（Ｃ）に示すように、レーザビームの照射によって形成された結晶性半導体膜１００６をパターニングし、島状の半導体膜１００７を形成する。さらに、この島状の半導体膜１００７を覆うようにゲート絶縁膜１００８を形成する。ゲート絶縁膜１００８には、酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素などを用いることができる。その際の成膜方法はプラズマＣＶＤ法、スパッタ法を用いることができる。ここではプラズマＣＶＤ法で窒化酸化珪素膜を１１５ｎｍの厚さに成膜した。なお、チャネル長の長さが１μｍ以下であるようなＴＦＴ（以下、サブミクロンＴＦＴと呼ぶ）の場合、ゲート絶縁膜は１０〜５０ｎｍの厚さで形成することが望ましい。
【０１３３】
ここから、（ａ）Ｎチャネル型ＴＦＴ（ＬＤＤ領域あり）、（ｂ）容量素子、（ｃ）Ｎチャネル型ＴＦＴ（シングルドレイン）、（ｄ）Ｐチャネル型ＴＦＴ（シングルドレイン）の４種類のＴＦＴを同一基板上で作り分ける。
【０１３４】
図１１（１）に示すように、まず、（ａ）、（ｃ）、（ｄ）の部分には、ゲート絶縁膜を覆うようにレジスト１１０１を形成して、容量（ｂ）のみにＮ型を付与する不純物元素を導入する。Ｎ型を導入する不純物元素としては、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）などが挙げられる。
【０１３５】
次に、図１１（２）に示すように（ａ）、（ｃ）、（ｄ）の部分に形成されたレジスト１１０１を除去し、全面にゲート電極となる導電膜１１０２をこの上に形成する。本実施例では、導電膜として、第１の導電膜１１０２ａとしてＴａＮ（窒化タンタル）を３０ｎｍの厚さで、さらに第２の導電膜１１０２ｂとしてＷ（タングステン）を３００ｎｍの厚さで形成した。ゲート電極１１０２は単層であっても積層であっても良い。導電膜は、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌから選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合成材料または化合物材料で形成すればよい。
【０１３６】
さらに、第１の導電膜１１０２ａおよび第２の導電膜１１０２ｂを所定の形状にパターニングするためのレジストマスク１１０３を形成する。第２の導電膜上にフォトレジストをスピンコーティング法などにより塗布する。そして、塗布したフォトレジストに対して加熱処理、いわゆるプリベークを施す。プリベークの温度は５０〜１２０℃とし、後に行われるポストベークより低い温度で行う。本実施例では、加熱温度９０℃、加熱時間９０秒として行った。
【０１３７】
その後、フォトレジストへの現像液を滴下、またはスプレーノズルからスプレーすることにより、露光されたフォトレジストを現像する。
【０１３８】
その後、現像されたフォトレジストを１２５℃、１８０秒で加熱処理を行ういわゆるポストベークを行い、レジストマスク１１０３中に残っている水分などを除去し、同時に熱に対する安定性を高める。このとき、端部にテーパー形状を有し、下底の長さが上底の長さよりも長い台形型の形状であるレジストが形成される。
【０１３９】
サブミクロンＴＦＴを形成する場合には、上記の方法によって形成したレジストマスク１１０３ａを等方的にエッチングして線幅を細くする。ここで細くしたレジストマスク１１０３ｂを用いて導電膜をパターニングする。このときレジストマスクのテーパーと同様に、第１の導電膜１１０２ａおよび第２の導電膜１１０２ｂの端部には、テーパー形状が形成される。（図１２（１））
【０１４０】
エッチングされた第２の導電膜１１０２ｂは、０．２μｍ以上１．０μｍ以下のゲート長を有する。さらに、第２の導電膜１１０２ｂに対して異方性エッチングを行うことによって、図１２（２）のような形状が形成される。この方法によって、ゲート長が１．０μ以下と非常に小さなゲート電極１２０１が形成される。
【０１４１】
ドライバやＣＰＵ（中央演算処理装置）、無線ＩＤタグなどの機能回路を用途としたトランジスタは、小型化、高速化が求められており、このためにはトランジスタの微細化を図ることが望ましい。この方法により、１μｍ以下の幅で導電膜をパターニングすることが可能になり、小型化と高速化に貢献する。
【０１４２】
図１３（１）に示すように、その後、レジストマスクをＯ2アッシングやレジスト剥離液によって除去し、ゲート電極をマスクとして、全面にＮ型を付与する不純物元素（Ｐ（リン））を添加すると、半導体膜に不純物領域が形成される。なお、ホスフィン（ＰＨ3）などを添加すればよい。
【０１４３】
次に、図１３（２）に示すように、（ａ）の一部と、（ｂ）、（ｄ）の全面をレジストでマスクする。（ａ）の場合はレジストをマスクとして、（ｃ）の場合はゲート電極をマスクとして、Ｎ型を付与する不純物元素であるリン（Ｐ）を添加する。
【０１４４】
（ａ）の領域では、半導体膜の外側から順にソース領域１３０１（もしくはドレイン領域）、低濃度不純物領域１３０２、低濃度不純物領域がゲート電極のＴａＮと重なる領域１３０３を形成し、ゲート電極であるＷ（タングステン）の直下はチャネル領域１３０４となる。このようにして、（ａ）の領域ではＬＤＤ領域を有するＮチャネル型ＴＦＴを形成する。
【０１４５】
また、（ｃ）の領域では、半導体膜の外側はリン（Ｐ）が多く含まれたソース領域及びドレイン領域１３０５となり、ソース領域とドレイン領域にチャネル領域１３０６が挟まれる構造となる。また、ソース領域及びドレイン領域は、ゲート電極のＴａＮと重なる領域１３０７を形成する。このようにして、（ｃ）の領域ではシングルドレイン型のＮチャネル型ＴＦＴが形成される。
【０１４６】
さらに、図１４に示すように、（ａ）〜（ｃ）の領域をレジストでマスクし、（ｄ）の領域のみにＰ型を付与する不純物元素のホウ素（Ｂ）を添加する。（ｄ）の領域では、半導体の外側はホウ素（Ｂ）が多く含まれたソース領域およびドレイン領域１４０１となり、ソース領域とドレイン領域との間にチャネル領域１４０２が挟まれる構造となる。また、ソース領域及びドレイン領域は、ゲート電極のＴａＮと重なる領域１４０３を形成する。このようにして、（ｄ）の領域では、シングルドレイン構造のＰチャネル型ＴＦＴが形成される。なお、（ｂ）の領域は容量となるＴＦＴが形成される。
【０１４７】
なお、ここからの工程は、（ａ）〜（ｄ）の全てで同一である。図１５（１）に示すように、（ａ）〜（ｃ）の領域のレジストを除去し、ＴＦＴを覆うようにキャップ酸化膜１５０１を形成する。本実施例では、ＳｉＯＮ（酸化窒化珪素）を５０ｎｍの厚さで形成する。形成方法は公知の方法であるプラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。
【０１４８】
次に、ＴＦＴ中の半導体膜に添加した不純物元素の活性化を行う。本実施例では、ＧＲＴＡ法により、５７０℃で３分加熱した。窒素雰囲気にした炉中において、５００〜８００℃に加熱することによって行えばよい。
【０１４９】
その後、図１５（２）に示すように、キャップ酸化膜１５０１を覆って絶縁膜１５０２、１５０３を形成する。絶縁膜１５０２、１５０３は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素などの、少なくとも酸素または窒素を有する絶縁膜を用いることができる。本実施例では、絶縁膜１５０２として窒化酸化珪素を１００ｎｍの厚さで形成し、さらに絶縁膜１５０３として酸化窒化珪素を５００ｎｍの厚さで形成した。特に、プラズマＣＶＤ法を用いて絶縁膜１５０２、１５０３を形成することで、多くの水素を有することができる。さらに、４１０℃で１時間加熱することにより、絶縁膜中の水素によって半導体膜のダングリングボンドを低減させる。
【０１５０】
次いで、図１５（３）に示すように、ゲート絶縁膜、絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域と接続する配線１５０４を形成する。本実施例では、Ｔｉを６０ｎｍ、ＴｉＮを４０ｎｍ、Ａｌ−Ｓｉを７００ｎｍ、Ｔｉを１００ｎｍの順に積層した後に焼結する。以上の工程により、ＬＤＤ構造を有するＮチャネル型ＴＦＴ、容量素子、シングルドレイン構造のＮチャネル型ＴＦＴ、シングルドレイン構造のＰチャネル型ＴＦＴを同一基板上で形成される。
【実施例５】
【０１５１】
本発明のレーザ照射装置を用いて作製したＴＦＴを薄膜集積回路、または非接触型薄膜集積回路装置（無線ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）として用いることもできる。他の実施例で示した作製方法を用いることにより、薄膜集積回路および非接触型薄膜集積回路は、タグとしての利用やメモリとしての利用が可能である。
【０１５２】
ところで、無線ＩＣタグのＩＤは簡単に発行することができ、かつ離れたところからＩＤの情報を読むことができる。従って、プライバシーの保護をする必要が生じる。例えば、買い物をした後に、離れたところから買い物袋の中身をスキャンされ、ＩＤを読み取られる。さらには、衣類や持ち物から個人を特定される恐れがある。つまり、ＩＤ番号の付いているものを所持して街を歩くだけで、所有者の意志に反して情報を読み取られ、誰かを特定される危険性がある。さらには、ＩＤと個人情報をデータベース化する行為、いわゆる名寄せなどの行為が増加することや、流出した情報の窃取、改ざんなどにより、偽造品や模倣品が増加する可能性がある。
【０１５３】
そこで、無線ＩＣタグで用いるメモリは、データの消去または破壊が可能なメモリ、または読み込みを制限することができるメモリを採用することが好ましい。前者はフラッシュメモリを用いて行うことが可能であり、後者は複数の不揮発性メモリを有するライトワンス型のメモリによって行うことが可能になる。
【０１５４】
ここでは、無線ＩＣタグを構成するメモリとして、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）の一種であるフラッシュメモリの例を示す。
【０１５５】
ＥＥＰＲＯＭは、半導体不揮発性メモリを代表するメモリとして知られている。フローティングゲート型メモリは、ＥＥＰＲＯＭの１つであり、電荷蓄積層として機能する導電層またはポリシリコン層を有するメモリである。ここで、この導電層またはポリシリコン層の代わりに、シリコン量子構造体（シリコンドット、すなわちシリコン結晶の微粒子）を用いてフローティングゲート電極とするメモリを作製する例を以下に示す。
【０１５６】
特に寸法が１０ｎｍ以下のシリコンドットは、３次元方向で電子を閉じこめる量子効果を持つ。そのため、普通のシリコン単結晶とは全く異なる性質を示す。例えば、電圧をかけると電子を放出する性質を持つ。また、電荷の量子化が起こるため、１個の電子のやりとりでトランジスタの動作をさせることが可能になる。
【０１５７】
図１６（Ａ）に示すように、基板１６０１上に非単結晶半導体膜１６０２ａを形成する。基板１６０１としては、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどに代表されるガラス基板、石英基板、セラミックス基板、ステンレス基板、プラスチック基板やアクリル基板に代表される可撓性を有する基板、単結晶半導体基板（代表的には、Ｎ型またはＰ型の単結晶シリコン基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、又はＺｎＳｅ基板）等がある。また、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いても良い。
【０１５８】
これらの基板を用いる際に、基板に接する下地膜（図示せず）を要する場合は適宜用いれば良い。下地膜は、基板に含まれるナトリウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が半導体中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。このため、アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体中への拡散を抑えることができる酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。また、下地膜は単層でも複数層でも構わないし、石英基板など不純物の拡散があまり問題にならない基板を用いる場合には、下地膜を設ける必要はない。本実施例では下地膜も含めて基板１６０１と示す。
【０１５９】
上記の基板１６０１上に非単結晶半導体膜１６０２ａを形成した後、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程により所望の形状にエッチングする。非単結晶半導体膜１６０２ａの材料は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、またシリコンゲルマニウム合金、炭化シリコン、ガリウム砒素などの化合物半導体材料を用いるこができる。非単結晶半導体膜１６０２ａは、減圧熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法などの公知の成膜法で形成する。
【０１６０】
なお、フォトリソグラフィ工程の代わりに、所定の場所に材料を吐出することが可能なインクジェット法や、液滴吐出法等により、有機樹脂、無機材料等の絶縁材料を吐出してマスクパターンを形成し、このマスクパターンを用いて半導体膜をエッチングして所望の形状に形成してもよい。このとき、マスクパターンの面積をより小さくすることで、微細な半導体領域が形成可能であり、メモリトランジスタが高集積化された半導体装置を作製することができる。
【０１６１】
次に、非単結晶半導体膜１６０２ａを本発明のレーザ照射装置およびレーザ照射方法を用いて結晶化する。また、上記の成膜法で形成される非単結晶半導体膜１６０２ａを熱処理による固相成長法で結晶化した後に本発明のレーザ照射装置およびレーザ照射方法を用いてレーザ処理を行っても良い。また、シラン（ＳｉＨ4）を原料として形成される微結晶半導体膜を本発明のレーザ照射装置およびレーザ照射方法を用いて結晶化してもよい。
【０１６２】
本実施例においても、実施の形態および他の実施例と同様に、図１に示すようなレーザ照射装置を用いてレーザ照射を行う。連続発振のレーザ、１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザ、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザのいずれのレーザを用いることができる。
【０１６３】
具体的なレーザの種類は、以下の通りである。（１）単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの固体レーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどの気体レーザ、ＧａＮレーザ、ＧａＡｓレーザ、ＩｎＡｓレーザなどの半導体レーザ、などの連続発振のレーザ、（２）Ｔｉ：サファイアレーザや、クロム・フォルステライト結晶を用いたレーザ、ＹＶＯ4レーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザなどの１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザ、（３）単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ4、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザ、のいずれのレーザ発振器である。
【０１６４】
これらのレーザを発振した後にスリットでレーザビームの両端部分を遮断する。そして、スリットに形成されたレーザビームの像を、集光レンズを用いて照射面に投影させる。なお、スリットを通すことによって回折が生じるため、回折光を半導体膜に到達させないようにする必要がある。例えば、スリットと照射面に対して共役になるように集光レンズを配置すればよい。
【０１６５】
なお、本発明のレーザ照射装置およびレーザ照射方法を用いて非単結晶半導体膜１６０２ａを結晶化する前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けてもよい。その触媒元素としては、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕなどの元素を用いることができる。これらの元素または化合物を含んだ溶液を非単結晶半導体膜１６０２ａに塗布するなどの方法を用いて、触媒元素を非単結晶半導体膜１６０２ａに添加し、加熱処理を行って結晶化を行う。この結晶化工程の後にレーザビームによる結晶化工程を行うと、レーザ照射により、半導体膜の表層部が溶けるが、最下層部が溶けていないため、その最下層部が結晶核となって、結晶成長が半導体膜の最下層から表層に向かって起こる。
【０１６６】
また、これらの触媒元素を添加し、加熱処理を行って結晶化を促進した後にレーザビームの照射を行ってもよいし、加熱処理の工程を省略してもよい。また、加熱処理を行った後、その温度を保ちつつレーザビームの照射を行ってもよい。
【０１６７】
本発明のレーザ照射装置によってレーザ照射を行うと、レーザ照射領域中に占める微結晶領域の幅を１〜２０μｍに減少させることが可能になるため、形成された半導体膜を用いて作成したＴＦＴは、特性が良好かつ均一になる。また、レイアウトやサイズの制約が非常に少なくなるため、半導体装置を作成する際のデザインルールが大幅に緩和される。また、本発明を用いることによって半導体装置として使うことができない領域が大幅に減少するため、歩留まりが向上し、コスト削減に大きく役立つ。
【０１６８】
さらに、後に形成されるトランジスタのしきい値電圧を制御するために、結晶性半導体膜１６０２ｂにＢ2Ｈ6をドーピングしてもよい。
【０１６９】
次に、基板１６０１及び結晶性半導体膜１６０２ｂ上に第１絶縁膜１６０３を成膜する（図１６（Ｂ））。第１絶縁膜１６０３は、膜厚１〜１００ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍ、さらに好ましくは２〜５ｎｍであることが望ましい。第１絶縁膜１６０３は、後に形成されるメモリトランジスタにおいてはトンネル酸化膜として機能する。このため、第１絶縁膜１６０３の膜厚が薄いほどトンネル電流が流れやすく、高速動作が可能となり好ましい。また、第１絶縁膜１６０３の膜厚が薄い程、低電圧でフローティングゲート電極に電荷を蓄積させることが可能である。この結果、後に形成される半導体装置の消費電力を低減することが可能である。
【０１７０】
第１絶縁膜１６０３の形成方法としては、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）法、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）法、酸素プラズマを用いた処理等を用いて半導体膜１６０２ｂ表面を酸化し、熱酸化膜を形成することで、膜厚の薄い第１絶縁膜１６０３を形成することができる。また、この方法の他、ＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、塗布法等を用いて形成してもよい。第１絶縁膜１６０３としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜で形成することができる。また、基板１６０１側から酸化珪素膜、窒化珪素膜の順に形成しても良いし、窒化珪素膜、酸化珪素膜の順に形成してもよい。なお、半導体領域に接して酸化珪素膜を形成すると、ゲート絶縁膜と半導体領域との界面準位が低くなるため好ましい。本実施例では、第１絶縁膜１６０３として、酸化珪素膜及び窒化珪素膜を積層させて形成する。
【０１７１】
次に、第１絶縁膜１６０３上に第１導電膜１６０６をスパッタリング法により成膜する。ここでは、主成分の金属元素に対して固溶限界以上のシリコンを有する固溶体をターゲットに用いる。シリコンと固溶体を形成することが可能な金属元素としては、ベリリウム（Ｂｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム  （Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、金（Ａｕ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等を挙げることができる。
【０１７２】
成膜温度における固溶限界濃度を超えるシリコンと、上記金属元素の一つまたは複数からなる固溶体をターゲットとして、スパッタリングをすることにより、シリコン結晶の微粒子１６０４と上記金属元素の一つ又は複数からなる導電層１６０５が形成される。このときのシリコン結晶の微粒子１６０４は１０〜５０ｎｍ、好ましくは２０〜３０ｎｍである。また、基板を加熱しながらシリコン結晶の微粒子１６０４と上記金属元素からなる導電層１６０５を成膜すると、シリコン結晶の微粒子１６０４の密度が増加し、シリコン結晶の微粒子１６０４の径が増大する。
【０１７３】
ここで、シリコン結晶の微粒子１６０４と上記金属元素からなる導電層１６０５とが形成される原理について、図１７を用いて説明する。図１７（Ａ）は、スパッタリングの初期段階の基板１７０３上の様子を上面から見た図である。なお、基板１７０３はバリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミックス基板、ステンレス基板などを用いることができる。また、プラスチック、アクリルなどに代表される可撓性を有する材料からなる基板も、本工程の加熱温度に耐えることができるものであれば、使用することが可能である。また、ここでは「基板」と記載しているが、図１６（Ｂ）に示すように、基板上に形成した第１絶縁膜１６０３のような絶縁膜上に形成することも可能である。
【０１７４】
上記の固溶体をターゲットにしてスパッタリングを行うと、基板１７０３上に、金属元素を含む粒子１７０１とシリコン結晶の微粒子１７０２とが析出する。なお、金属元素を含む粒子１７０１にはシリコンが固溶しているが、シリコンの濃度がシリコンの固溶限界濃度を超えると、シリコンは、シリコン結晶の微粒子１７０２として析出する。また、金属元素を含む粒子１７０１が成長することによって導電層になる。
【０１７５】
さらに、基板１７０３を加熱しながらスパッタリングを行うと、図１７（Ｂ）のように、基板１７０３表面に、金属元素を含む粒子１７１１が成長する。金属元素の融点がシリコンより低い場合、金属元素を含む粒子１７１１が選択的に成長する。
【０１７６】
次に、図１７（Ｃ）に示すように、さらに金属元素を含む粒子が成長すると、金属元素を含む粒子１７２１〜１７２３同士が隣接する。このとき金属元素を含む粒子の粒界に、一部のシリコン結晶の微粒子１７０２が偏析する。さらに、スパッタリングを続けると金属元素を含む粒子１７２１〜１７２３が成長して導電層となる。このようにして、シリコン結晶の微粒子１７０２と導電層からなる導電膜が形成される。
【０１７７】
次に、図１７（Ｄ）に示すように、金属元素を含む層（すなわち導電層）を除去することで、基板１７０３上にシリコン結晶の微粒子１７０２を形成することが可能である。
【０１７８】
このようにして、図１６（Ｃ）に示すように、第１導電膜の導電層１６０５を除去する。ここでは、導電層を選択的に除去する手法、代表的にはウエットエッチング法を用いることが好ましい。この結果、シリコン結晶の微粒子１６０４及び第１絶縁膜１６０３を露出することができる。
【０１７９】
次に、図１６（Ｄ）に示すように、シリコン結晶の微粒子１６０４及び第１絶縁膜１６０３上に、第２絶縁膜１６１１及び第２導電膜１６１２を成膜する。
【０１８０】
第２絶縁膜１６１１は、膜厚１〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜７０ｎｍ、さらに好ましくは１０〜３０ｎｍであることが望ましい。第２絶縁膜１６１１は、メモリトランジスタにおいて後に形成されるフローティングゲート電極と後に形成されるゲート電極との絶縁性を保つ必要がある。このため、これらの間でリーク電流が増加しない程度の膜厚とすることが好ましい。第２絶縁膜１６１１は、第１絶縁膜１６０３と同様に、酸化珪素膜、窒化珪素膜で形成することができる。また、基板１６０１側から酸化珪素膜、窒化珪素膜の順に積層する構造や、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化珪素膜の順などに積層する構造としてもよい。ここでは、第２絶縁膜１６１１として、膜厚１０ｎｍの酸化珪素膜と膜厚２０ｎｍの窒化珪素膜の積層構造で形成する。
【０１８１】
また、第２導電膜１６１２は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の公知の手法により形成することができる。また、第２導電膜１６１２は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）から選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料を用いて形成することができる。また不純物元素が添加された半導体膜を用いて形成することができる。ここでは、第２導電膜１６１２として、アルミニウム薄膜をスパッタリング法により成膜する。
【０１８２】
なお、この後、第２絶縁膜１６１１を成膜の後、シリコン結晶の微粒子を含む第２の導電膜の成膜及び導電層の除去を行った後、第３絶縁膜を成膜して、シリコン結晶の微粒子を含む第３の絶縁層を形成しても良い。更には、同様の工程を繰り返して、複数に積層されたシリコン結晶の微粒子を含む絶縁層を形成しても良い。この場合、後に形成されるメモリトランジスタは複数のフローティングゲート電極を有する。
【０１８３】
次に、第２導電膜１６１２上にマスクパターン１６１３を形成する。マスクパターン１６１３は、公知のフォトリソグラフィ工程を用いることができる。また、半導体領域１６０２ｂを形成するとき用いた手法によりマスクパターン１６１３を形成しても良い。さらには、上記手法により形成したマスクパターン１６１３を、アッシング等によりスリミングしてマスクパターン１６１３の幅を細くしてもよい。この結果、後に形成されるゲート電極の幅の狭い短チャネル構造のＴＦＴを形成することが可能であり、高速動作が可能なＴＦＴを形成することが可能である。なお、このマスクパターン１６１３は、後にゲート電極を形成するためのマスクパターンである。このため、液滴吐出法を用いてゲート電極を形成する場合は、マスクパターン１６１３を設けなくともよい。
【０１８４】
次に、図１６（Ｅ）に示すように、マスクパターン１６１３を用いて第２導電膜１６１２をエッチングしてゲート電極１６２１を形成する。第２導電膜１６１２、第１絶縁膜１６０３、及びシリコン結晶の微粒子１６０４は、ウエットエッチング法、ドライエッチング法等公知のエッチング法によりエッチングする。なお、シリコン結晶の微粒子１６０４が形成されている第１絶縁膜１６０３の膜厚が薄い場合、ドライエッチングのプラズマ衝撃により第１絶縁膜１６０３に欠陥が生じる可能性がある。このため、ウエットエッチングで除去を行うことが好ましい。ここでは、ＮＭＤ3溶液（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを０．２〜０．５％含む水溶液）等を用いたウエットエッチング法により、シリコン結晶の微粒子１６０４を除去する。
【０１８５】
ゲート電極１６２１の幅は０．２〜１．５μｍ、好ましくは０．２〜０．７μｍとする。ゲート電極１６２１の幅をこの範囲内に設定することにより、後にチャネル長の短いメモリトランジスタを形成することが可能であり、高速度動作が可能な半導体装置を作製することが可能である。
【０１８６】
次に、第２絶縁膜１６１１をエッチングして第２絶縁層１６２２を形成すると共に、マスクパターン１６１３に覆われなかった部分のシリコン結晶の微粒子１６０４を露出する。
【０１８７】
次に、露出されたシリコン結晶の微粒子１６０４をエッチングして、シリコン結晶の微粒子からなるフローティングゲート電極１６２３を形成する。フローティングゲート電極１６２３は分散された粒子で形成されている。このため、トンネル酸化膜として機能する第１絶縁膜１６０３に欠陥があった場合、フローティングゲート電極１６２３に蓄積した電荷すべてが、欠陥から半導体領域に流れ出ることを回避することができる。この結果、信頼性の高いメモリトランジスタを形成することができる。
【０１８８】
次に、ゲート電極１６２１をマスクとして結晶性半導体領域１６０２ｂに、Ｎ型又はＰ型を付与する不純物元素を添加する。
【０１８９】
次に、絶縁膜を成膜し（図示しない）、加熱処理、ＧＲＴＡ法、ＬＲＴＡ法等によって不純物元素の活性化を行い、ソース領域及びドレイン領域１６３１、１６３２を形成する（図１６（Ｆ））。この後、第２絶縁層１６２２及びゲート電極１６２１上に窒化珪素膜からなる無機絶縁膜（図示しない）を設けて、加熱処理を行っても良い。この無機絶縁膜（図示しない）を、膜中に水素を含ませる条件で成膜し、加熱処理を行うことで、各半導体領域のダングリングボンドを終端する水素化することが可能である。
【０１９０】
次に、層間絶縁膜として機能する第３絶縁膜１６３３を形成する。第３絶縁膜１６３３は、ポリイミド、アクリル、ポリアミド等の耐熱性を有する有機樹脂を用いることができる。また上記有機樹脂の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−で表される珪素と酸素との結合（シロキサン結合）を構成の基本単位とし、珪素にフッ素、脂肪族炭化水素、または芳香族炭化水素などが結合した構造を持つ物質）を用いることができる。第３絶縁膜１６３３の形成には、その材料に応じて、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター、ＣＶＤ法、蒸着法等を採用することができる。また、無機材料を用いてもよく、その際には、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの絶縁膜を積層させて、第３絶縁膜１６３３を形成しても良い。ここでは、アクリルを塗布し焼成して第３絶縁膜１６３３を形成する。
【０１９１】
次に、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程により第３絶縁膜１６３３の一部、第１絶縁膜１６０３の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成すると共に、ソース領域及びドレイン領域の一部を露出する。このとき、エッチングされた第３絶縁膜を第３絶縁層１６３３、エッチングされた第１絶縁膜を第１絶縁層１６０３と示す。なお、ここでは、第３絶縁層１６３３は、表面が平坦な絶縁膜が図示されているが、平坦でなくとも良い。
【０１９２】
次に、ソース領域及びドレイン領域に接続するソース電極及びドレイン電極１６３５、１６３６を形成する。ソース電極及びドレイン電極１６３５、１６３６は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を成膜した後、所望の形状にエッチングして形成することができる。また、液滴吐出法、印刷法、電界メッキ法等により、所定の場所に選択的に導電層を形成することができる。更にはリフロー法、ダマシン法を用いても良い。ソース領域及びドレイン領域の材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｂａ等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物を用いて形成する。また、これらの積層構造としても良い。
【０１９３】
なお、第１導電層において三次元的に分散されたシリコン粒子を形成した場合、図１６（Ｅ）に示すような、三次元的にシリコン粒子が分散されたフローティングゲート電極１６２３を有するメモリトランジスタを形成することができる。
【０１９４】
また、以下の方法により、図１６に示す基板１６０１からのメモリトランジスタを剥離することが可能である。剥離方法としては、（１）基板１６０１に、３００〜５００度程度の耐熱性を有する基板を用い、基板１６０１とメモリトランジスタとの間に金属酸化膜を設け、この金属酸化膜を結晶化により脆弱化して、当該メモリトランジスタを剥離する方法、（２）基板１６０１とメモリトランジスタとの間に水素を含む非単結晶珪素膜を設け、レーザビームを照射、またはガス・溶液でのエッチングにより非単結晶珪素膜を除去することで、このメモリトランジスタを剥離する方法、（３）メモリトランジスタが形成された基板１６０１を機械的に削除、又は溶液やＣＦ3等のガスによるエッチングで除去することで、メモリトランジスタを切り離す方法、などを用いることができる。また、剥離したメモリトランジスタのフレキシブル基板への貼り付けは、市販の接着剤を用いればよく、例えば、エポキシ樹脂系接着剤や樹脂添加剤等の接着材を用いればよい。
【０１９５】
上記のように、剥離したメモリトランジスタをフレキシブル基板に貼り合わせると、厚さが薄く、軽く、落下しても割れにくい半導体装置を提供することができる。また、フレキシブル基板は可撓性を有するため、曲面や異形の形状上に貼り合わせることが可能となり、多種多様の用途が実現する。また、基板１６０１を再利用すれば、安価な半導体装置の提供が可能である。
【０１９６】
以上の工程により、半導体領域１６０２ｂ、トンネル酸化膜として機能する第１絶縁層１６０３、フローティングゲート電極１６２３、第２絶縁層１６２２、及びゲート電極１６２１で構成されるフラッシュメモリのメモリトランジスタを形成することができる。
【０１９７】
また、基板１６０１として大面積基板を用い、上記の工程により複数の半導体装置の回路パターンを形成し、最後に矩形状又は短冊状に分割して、個々の半導体装置を取り出すことが可能である。この工程によって、大量の半導体装置を形成することが可能である。この結果、低コスト化が可能である。
【０１９８】
さらに、本実施例で作製したメモリトランジスタを剥離し、フレキシブル基板に接着することにより、薄型の半導体装置の作製が可能である。
【０１９９】
本実施例の工程を経ることにより、スパッタリング法を用いて大面積基板上にシリコン粒子をフローティングゲート電極に有する半導体装置を作製することが可能である。このため、大型基板を用いてメモリトランジスタを有する薄膜回路を形成した後、複数の薄膜集積回路を切り出して半導体装置を作製することも可能であるため、半導体装置の低コスト化が可能である。
【０２００】
また、スパッタリング法を用いることで、三次元的に分散されたシリコン粒子を形成することが可能であるため、電荷蓄電層として機能するシリコン粒子の密度を増加させることが可能であり、しきい値電圧の変化量を増加させることができる。
【０２０１】
また、多数のシリコン粒子が一体化することを妨げつつ、シリコン粒子の大きさを大きくすることが可能であり、各粒子に注入される電荷量を増加させ、しきい値電圧のシフト量を増加させることが可能である。
【０２０２】
また、メモリトランジスタのフローティングゲート電極に分散されたシリコン粒子を用いているため、トンネル酸化膜の欠陥による蓄積電荷の流出を回避することができる。このため、信頼性の高い半導体装置を形成することができる。
【実施例６】
【０２０３】
本実施例では、無線ＩＣタグを形成するメモリの一例として、ライトワンスメモリの例を示す。ライトワンス型メモリのメモリセルは、ヒューズやアンチヒューズ（ａｎｔｉ−ｆｕｓｅ：通常は絶縁状態で、書き込み電圧を加えることにより、接続状態になるヒューズ）、クロスポインタダイオード、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）、双安定性液晶素子（１つの条件で、２つの安定な状態をとりうる性質を持つ液晶素子）、または熱やレーザビームなどの光が加えられることにより状態が変化する金属やポリマーなどのデバイスから構成されている。なお、本実施例で示すライトワンスメモリは、他の実施例を用いて形成されたＴＦＴを有する。
【０２０４】
なお、本実施例では、電圧をかけてＴＦＴを絶縁することによってデータの書き込みを行うライトワンス式のメモリセルを無線ＩＣタグに用いる例を示すが、上記の他のデバイスを用いたライトワンス式のメモリセルを無線ＩＣタグに用いてもよい。
【０２０５】
通常、記憶装置は、メモリセルがある２つの状態のうち、どちらか一方の状態を取ることでデータを記録する。ライトワンス型の記憶装置は、全てのメモリセルが第１の状態であるように製造され、書き込み処理を受けると、指定されたメモリセルだけが第２の状態へ変更される。この第１の状態から第２の状態への変更は不可逆的であり、一度変更されたメモリセルを元に戻すようにはできない。
【０２０６】
絶縁基板上に作製したＴＦＴは、ゲート電極と２つの不純物領域（高濃度不純物領域を含む）のうち少なくともどちらか一方との間に、通常ＴＦＴとして動作させる時よりも高い電圧を印加すると、ＴＦＴのチャネル領域が絶縁状態になる。この動作を表すために、ＴＦＴに電圧を印加する前後の断面図を図１８（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【０２０７】
たとえば、図１８（Ａ）に示すＴＦＴは、絶縁基板１８０１の上に半導体膜１８０２を有し、半導体膜１８０２の上にゲート絶縁膜１８０５、その上にゲート電極１８０６を有するものとする。なお、半導体膜１８０２は２つの高濃度不純物領域１８０３とチャネル領域１８０４とを有する。
【０２０８】
図１８（Ｂ）のＴＦＴは、電圧をかけた後のＴＦＴを模式的に示している。電圧をかけることによってＴＦＴのチャネル領域１８０４が少なくとも変質し、ゲート電極１８０６の下に絶縁化した領域１８０８が形成される。そのため、ゲート電極１８０６と２つの高濃度不純物領域１８０３のそれぞれの間が絶縁状態になる。図１８（Ｂ）において、絶縁化した領域１８０８は模式的に示したものであり、実際の絶縁化した領域はさまざまな形状を取る。
【０２０９】
たとえば、ガラス基板上に作製されたチャネル長が４μｍ、チャネル幅が４μｍ、ゲート絶縁膜の厚さが２０ｎｍを有するＴＦＴの場合、ゲート電極１８０６と２つの高濃度不純物領域１８０３の少なくとも一方との間に、２５Ｖの電圧を５００μ秒印加する。すると、ＴＦＴのチャネル領域１８０４が絶縁状態となり、ゲート電極１８０６と２つの高濃度不純物領域１８０３のそれぞれの端子の間が絶縁状態になる。
【０２１０】
本発明の明細書において変質とは、具体的には、ＴＦＴに電圧を印加することにより、少なくともチャネル領域１８０４が絶縁状態に変化することを示すものとする。もちろん、ここに示したサイズのＴＦＴ以外でも、電圧の印加条件を変えることによって、少なくともチャネル領域１８０４を絶縁状態にすることができる。
【０２１１】
このようにゲート電極１８０６と、２つの不純物領域（本実施例では高濃度不純物領域１８０３）の少なくとも一方との間に、ＴＦＴが動作するとき以上の高い電圧を印加すると、ゲート絶縁膜１８０５に電流が流れる。絶縁膜は抵抗値の高い物質でできているので、電流が流れると熱が発生する。絶縁基板１８０１上に作製されたＴＦＴの中で大量な熱が発生しても、絶縁基板１８０１は基本的に熱伝導率が低いので、熱の逃げる場所がない。そのため、発生した熱がゲート絶縁膜１８０５や半導体膜１８０２を焼き焦がしてしまう。これによってゲート電極１８０６および２つの高濃度不純物領域１８０３のそれぞれの端子間を絶縁状態にすることができる。一方、熱伝導率の高いシリコン基板上にＴＦＴを作製した場合では、ゲート絶縁膜に電流が流れて熱が発生しても、絶縁膜やシリコン基板を焼き焦がすことはないと考えられる。
【０２１２】
本発明に関する実験では、ゲート電極１８０６と２つの高濃度不純物領域１８０３の少なくとも一方との間に電圧を印加すると、９７％程度の確率でチャネル領域１８０４が絶縁化する。そして、ゲート電極１８０６と２つの高濃度不純物領域１８０３のそれぞれの端子間が絶縁状態、言い換えると非導通状態になることが確かめられている。残り３％程度は不良モード素子である。すなわち、電圧を印加した後に、チャネル領域１８０４が抵抗体となり、ゲート電極１８０６と２つの高濃度不純物領域１８０３のそれぞれの端子間が導通状態になる。不良モード素子の原因としては、半導体膜１８０２や絶縁膜中のゴミが考えられる。本発明のレーザ照射装置を用いて半導体膜をアニールすると、レーザ照射領域中に占める微結晶領域の幅を１〜２０μｍに減少させることが可能になり、半導体膜全面を良好にアニールすることができる。したがって、それぞれのＴＦＴの作製精度および特性が向上する。その結果、不良モード素子を削減することができる。さらに、不良モードの素子に対しては、実施例３のようにＴＦＴのゲート電極をダブルゲートにする、または冗長回路をつけたりすることによって、不良モードの素子を減少させることが可能になる。
【０２１３】
なお、記憶装置は、メモリセルが、ある２つの状態のどちらか一方の状態をとることによって、データを保存する装置である。本実施例の記憶装置は、メモリセルであるＴＦＴが、ＴＦＴのチャネル領域が初期状態のままか、絶縁状態になっているか、の２つのうちのどちらか一方の状態を取ることでデータを保存することができる。
【０２１４】
そこで、上記の機構を利用して、たとえば、電圧をかける前の初期状態のＴＦＴを「１」の状態、ＴＦＴに電圧をかけて、チャネル領域を絶縁化した絶縁状態のものを「０」の状態ととらえてライトワンス型のメモリを作製する。なお、ＴＦＴの状態と符号「０」、「１」の対応はこの限りではない。
【０２１５】
また、本実施例の場合では、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの他のメモリとは異なり、１つのＴＦＴで１つのメモリセルを構成することができる。したがって、多くのメモリセルを用いてメモリアレイを構成する場合、その大きさは他のメモリを用いた場合より小さくなり、集積化も容易である。
【実施例７】
【０２１６】
本発明を用いてレーザ照射を行った半導体材料を用いて様々な電子機器を完成させることができる。本発明を用いることにより、半導体膜に対して良好にレーザ照射処理を行うことができるため、基板上において半導体素子のレイアウトや大きさの自由度を高くすることや、集積度を向上することが可能となる。また、製作した半導体素子の製品品質は良好な状態であり、かつばらつきをなくすことが可能になる。その具体例を、図１９を用いて説明する。
【０２１７】
図１９（Ａ）は表示装置であり、筐体１９０１、支持台１９０２、表示部１９０３、スピーカー部１９０４、ビデオ入力端子１９０５などを含む。この表示装置は、他の実施例で示した作製方法により形成した薄膜トランジスタをその表示部１９０３に用いることにより作成される。なお、表示装置には液晶表示装置、発光装置などがあり、具体的にはコンピュータ用、テレビ受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２１８】
図１９（Ｂ）はコンピュータであり、筐体１９１１、表示部１９１２、キーボード１９１３、外部接続ポート１９１４、ポインティングマウス１９１５などを含む。他の実施例で示した作製方法を用いることにより、表示部１９１２やその他の回路への適用が可能である。さらに、本発明は本体内部のＣＰＵ、メモリなどの半導体装置にも適用が可能である。
【０２１９】
また、図１９（Ｃ）は携帯電話であり、携帯端末の１つの代表例である。この携帯電話は筐体１９２１、表示部１９２２、操作キー１９２３などを含む。上記の携帯電話を初めとして、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ、情報携帯端末）、デジタルカメラ、小型ゲーム機などの電子機器は携帯端末であるため、表示画面が小さい。従って、本発明の他の実施例で示した微細なトランジスタを用いてＣＰＵ、メモリなどの機能回路を形成することによって、小型・軽量化を図ることができる。
【０２２０】
図１９（Ｄ）は、パスポート１９４１に無線ＩＣタグ１９４２を付けている状態を示している。また、パスポート１９４１に無線ＩＣタグを埋め込んでもよい。同様にして、運転免許証、クレジットカード、紙幣、硬貨、証券、商品券、チケット、トラベラーズチェック（Ｔ／Ｃ）、健康保険証、住民票、戸籍謄本などに無線ＩＣタグを付けたり埋め込むことができる。この場合、本物であることを示す情報のみを無線ＩＣタグに入力しておき、不正に情報を読み取ったり書き込んだりできないようにアクセス権を設定する。これは、他の実施例で示したメモリを用いることにより実現できる。このようにタグとして利用することによって、偽造されたものと区別することが可能になる。
【０２２１】
このほかに、無線ＩＣタグをメモリとして用いることも可能である。図１９（Ｅ）は無線ＩＣタグ１９５１を野菜の包装に貼り付けるラベルに用いた場合の例を示している。また、包装そのものに無線ＩＣタグを貼り付けたり埋め込んだりしても構わない。無線ＩＣタグ１９５１には、生産地、生産者、製造年月日、加工方法などの生産段階のプロセスや、商品の流通プロセス、価格、数量、用途、形状、重量、賞味期限、各種認証情報などを記録することが可能になる。無線ＩＣタグ１９５１からの情報は、無線式のリーダ１９５２のアンテナ部１９５３で受信して読み取り、リーダ１９５２の表示部１９５４に表示することによって、卸売業者、小売業者、消費者が把握することが容易になる。また、生産者、取引業者、消費者のそれぞれに対してアクセス権を設定することによって、アクセス権を有しない場合は読み込み、書き込み、書き換え、消去ができない仕組みになっている。
【０２２２】
また、無線ＩＣタグは以下のように用いることができる。会計の際に無線ＩＣタグに会計を済ませたことを記入し、出口にチェック手段を設け、会計済みであることを無線ＩＣタグに書き込まれているかをチェックする。会計を済ませていないで店を出ようとすると、警報が鳴る。この方法によって、会計のし忘れや万引きを予防することができる。
【０２２３】
さらに、顧客のプライバシー保護を考慮すると、次のような方法にすることも可能である。レジで会計をする段階で、（１）無線ＩＣタグに入力されているデータを暗証番号などでロックする、（２）無線ＩＣタグに入力されているデータそのものを暗号化する、（３）無線ＩＣタグに入力されているデータを消去する、（４）無線ＩＣタグに入力されているデータを破壊する、のいずれかを行う。これらは他の実施例にて挙げたメモリを用いることによって実現することができる。そして、出口にチェック手段を設け、（１）〜（４）のいずれかの処理が行われたか、または無線ＩＣタグのデータに何も処理が行われていない状態であるかをチェックすることによって、会計の有無をチェックする。このようにすると、店内では会計の有無を確認することが可能であり、店外では所有者の意志に反して無線ＩＣタグの情報を読み取られることを防止することができる。
【０２２４】
以上に挙げた無線ＩＣタグは、従来用いているバーコードより製造コストが高いため、コスト低減を図る必要がある。本発明を用いることによって、隣り合う結晶化領域の境界部（すなわち微結晶領域）の割合が従来と比較して大幅に減少し、無駄なく半導体素子を形成することができるため、コストの低減に有効である。また、どの無線ＩＣタグも品質が高く、かつ性能のばらつきがないように製作することができる。
【０２２５】
以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明により作製された半導体装置をあらゆる分野の電子機器に用いることができる。
【実施例８】
【０２２６】
本発明を用いて作製したＴＦＴを集積化したＣＰＵ、メモリ、ＩＣとして搭載することや、パネルとして用いることにより、さまざまな電子機器を完成させることができる。
【０２２７】
そのような電子機器として、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、反射型プロジェクター、テレビ（ディスプレイ）、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（オーディオ）、携帯端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機、電子書籍、携帯型の音響再生装置）、ゲーム機器、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ（ＤＶＤ）やハートディスクドライブ（ＨＤＤ）等の記録媒体に記録された情報を再生し、その画像を表示することができるディスプレイとＣＰＵを供えた機器などを挙げることができる。
【０２２８】
本発明を用いて作製した電子機器の一つである携帯電話を例に挙げ、図を用いて以下に説明する。
【０２２９】
図２７は表示パネル２７０１とプリント基板２７０２を組み合わせたモジュールを示している。表示パネル２７０１は、発光素子が各画素に設けられた画素部２７０３と、第１の走査線駆動回路２７０４、第２の走査線駆動回路２７０５と、選択された画素にビデオ信号を供給する信号線駆動回路２７０６を備えている。また、表示パネルに用いる素子は、発光素子に限らず、液晶素子を用いてもよい。
【０２３０】
プリント基板２７０２には、コントローラ２７０７、中央処理装置（ＣＰＵ）２７０８、メモリ２７０９、電源回路２７１０、音声処理回路２７１１及び送受信回路２７１２などが備えられている。プリント基板２７０２と表示パネル２７０１は、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）２７１３により接続されている。プリント配線基板２７０２には、容量素子、バッファ回路などを設け、電源電圧や信号にノイズが入ったり、信号の立ち上がりが鈍ったりすることを防ぐ構成としても良い。また、コントローラ２７０７、音声処理回路２７１１、メモリ２７０９、ＣＰＵ２７０８、電源回路２７１０などは、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式を用いて表示パネル２７０１に実装することもできる。ＣＯＧ方式により、プリント配線基板２７０２の規模を縮小することができる。
【０２３１】
プリント配線基板２７０２に備えられたインターフェース（Ｉ／Ｆ）部２７１４を介して、各種制御信号の入出力が行われる。また、アンテナとの間の信号の送受信を行なうためのアンテナ用ポート２７１５が、プリント配線基板２７０２に設けられている。
【０２３２】
図２８は、図２７に示したモジュールのブロック図を示す。このモジュールは、メモリ２７０９としてＶＲＡＭ２７１６、ＤＲＡＭ２７１７、フラッシュメモリ２７１８などが含まれている。ＶＲＡＭ２７１６にはパネルに表示する画像のデータが、ＤＲＡＭ２７１７には画像データまたは音声データが、フラッシュメモリには各種プログラムが記憶されている。
【０２３３】
電源回路２７１０は、表示パネル２７０１、コントローラ２７０７、ＣＰＵ２７０８、音声処理回路２７１１、メモリ２７０９、送受信回路２７１２を動作させる電力を供給する。またパネルの仕様によっては、電源回路２７１０に電流源が備えられている場合もある。
【０２３４】
ＣＰＵ２７０８は、制御信号生成回路２７２０、デコーダ２７２１、レジスタ２７２２、演算回路２７２３、ＲＡＭ２７２４、ＣＰＵ２７０８用のインターフェース２７１９などを有している。インターフェース２７１９を介してＣＰＵ２７０８に入力された各種信号は、一旦レジスタ２７２２に保持された後、演算回路２７２３、デコーダ２７２１などに入力される。演算回路２７２３では、入力された信号に基づき演算を行ない、各種命令を送る場所を指定する。一方デコーダ２７２１に入力された信号はデコードされ、制御信号生成回路２７２０に入力される。制御信号生成回路２７２０は入力された信号に基づき、各種命令を含む信号を生成し、演算回路２７２３において指定された場所、具体的にはメモリ２７０９、送受信回路２７１２、音声処理回路２７１１、コントローラ２７０７などに送る。
【０２３５】
メモリ２７０９、送受信回路２７１２、音声処理回路２７１１、コントローラ２７０７は、それぞれ受けた命令に従って動作する。以下その動作について簡単に説明する。
【０２３６】
入力手段２７２５から入力された信号は、インターフェース２７１４を介してプリント基板２７０２に実装されたＣＰＵ２７０８に送られる。制御信号生成回路２７２０は、ポインティングデバイスやキーボードなどの入力手段２７２５から送られてきた信号に従い、ＶＲＡＭ２７１６に格納してある画像データを所定のフォーマットに変換し、コントローラ２７０７に送付する。
【０２３７】
コントローラ２７０７は、パネルの仕様に合わせてＣＰＵ２７０８から送られてきた画像データを含む信号にデータ処理を施し、表示パネル２７０１に供給する。またコントローラ２７０７は、電源回路２７１０から入力された電源電圧やＣＰＵ２７０８から入力された各種信号をもとに、Ｈｓｙｎｃ信号、Ｖｓｙｎｃ信号、クロック信号ＣＬＫ、交流電圧（ＡＣ  Ｃｏｎｔ）、切り替え信号Ｌ／Ｒを生成し、表示パネル２７０１に供給する。
【０２３８】
送受信回路２７１２では、アンテナ２７２８において電波として送受信される信号が処理されており、具体的にはアイソレータ、バンドパスフィルタ、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）、カプラ、バランなどの高周波回路を含んでいる。送受信回路２７１２において送受信される信号のうち音声情報を含む信号が、ＣＰＵ２７０８からの命令に従って、音声処理回路２７１１に送られる。
【０２３９】
ＣＰＵ２７０８の命令に従って送られてきた音声情報を含む信号は、音声処理回路２７１１において音声信号に復調され、スピーカー２７２７に送られる。またマイク２７２６から送られてきた音声信号は、音声処理回路２７１１において変調され、ＣＰＵ２７０８からの命令に従って、送受信回路２７１２に送られる。
【０２４０】
コントローラ２７０７、ＣＰＵ２７０８、電源回路２７１０、音声処理回路２７１１、メモリ２７０９を、本実施例のパッケージとして実装することができる。本実施例は、アイソレータ、バンドパスフィルタ、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）、カプラ、バランなどの高周波回路以外であれば、どのような回路にも応用することができる。
【０２４１】
本発明を用いることによって、レーザ照射領域中の微結晶領域の幅を１〜２０μｍに減少させることが可能である。つまり、照射面に形成されるビームスポットの長軸方向の長さが長いほど効果が高く、レーザ照射領域のほとんどが大粒径領域になる。そのため、形成された半導体膜を用いて作成したＴＦＴは、特性が良好かつ均一になる。また、レイアウトやサイズの制約が非常に少なくなるため、半導体装置を作成する際のデザインルールが大幅に緩和される。また、本発明を用いることによって半導体装置として使うことができない領域が大幅に減少するため、歩留まりが向上し、コスト削減に大きく役立つ。さらに、このＴＦＴを集積してＣＰＵ、メモリ、ＩＣとして搭載したり、パネルとして用いたりすると、品質が良好で、性能のばらつきがない電子機器を低コストで作製することができる。
【０２４２】
また、本実施例は実施の形態および他の実施例と組み合わせて用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２４３】
【図１】図１は、本発明の概要を示した図である。
【図２】図２は、レーザのエネルギー密度分布を示す図である。
【図３】図３は、本発明で用いるスリットの概要を示す図である。
【図４】図４は、本発明のレーザ照射の概要を示す図である。
【図５】図５は、本発明のレーザ照射の概要を示す図である。
【図６】図６は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図７】図７は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図８】図８は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図９】図９は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明のレーザ照射を用いたＴＦＴ作成過程の概要を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明のレーザ照射を用いたメモリ作製の過程の概要を示した図である。
【図１７】図１７は、本発明のレーザ照射を用いたメモリ作製の過程の概要を示した図である。
【図１８】図１８は、本発明のレーザ照射を用いて作製したメモリの概要を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明のレーザ照射を用いて作製した電子機器の例を示す図である。
【図２０】図２０は、レーザのエネルギー密度を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の概要を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明との対比の例を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明を用いて半導体膜にレーザビームを照射したときの半導体膜表面の状態を表す図面代用写真である。
【図２４】図２４は、スリットを使わずに半導体膜にレーザビームを照射したときの半導体膜表面の状態を表す図面代用写真である。
【図２５】図２５は、図２３の図面代用写真を図にしたものである。
【図２６】図２６は、図２４の図面代用写真を図にしたものである。
【図２７】図２７は、本発明のレーザ照射を用いて作製した電子機器の例を示す図である。
【図２８】図２８は、本発明のレーザ照射を用いて作製した電子機器の例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２８】
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【図２０】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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