(57)【要約】本発明は、ガルバノミラーを使うことによりレーザ光の基板に対する入射角度が変化するため、透光性基板の裏面からの反射光と、半導体膜表面もしくは半導体膜と基板との界面からの反射光とが干渉し均一なレーザアニールが出来なかった、という従来技術における課題を解決する。本発明では、レーザと、前記レーザから発振されたレーザ光の形状を加工する光学系と、透光性の基板上に形成された被処理物と前記基板を固定する基板ホルダーとを有するレーザ処理装置において、前記基板ホルダーは液体を保持し、前記液体と前記基板は接していることを特徴とするレーザ処理装置をもちいてレーザアニールを行う。
2003041143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザと、
前記レーザから発振されたレーザ光の形状を加工する光学系と、
透光性の基板上に形成された被処理物と前記基板を固定する基板ホルダーとを有するレーザ処理装置において、
前記基板ホルダーは液体を保持し、
前記液体と前記基板は接していることを特徴とするレーザ処理装置。
【請求項２】
前記レーザ光の波長における前記基板の屈折率と前記液体の屈折率は同じであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ処理装置。
【請求項３】
前記レーザ光の波長λにおける前記基板の屈折率がＮ０（λ）、前記液体の屈折率がＮ１（λ）であるとき、前記基板裏面での反射率Ｒが
０  ≦  Ｒ  ≦  ０．０３
を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ処理装置。
【請求項４】
前記レーザ光の波長λにおける前記基板の屈折率がＮ０（λ）、前記液体の屈折率がＮ１（λ）であるとき、前記基板裏面での反射率Ｒが
０  ≦  Ｒ  ＜  ０．００５
を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のレーザ処理装置。
【請求項５】
前記基板ホルダーの底面は乱反射面が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のレーザ処理装置。
【請求項６】
前記基板ホルダーの底面は、ビームダンパーが形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のレーザ処理装置。
【請求項７】
前記液体は水、アセチルアセトン、アセトフェノン、アニソール、アニリン、エチルベンゼン、エチルジアミン、塩化ベンゾイル、グリセリン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン、クロロベンゼン、テトラクロロエチレン、トルエン、ニコチン、二硫化炭素、（＋）−α−ピネン、ピリジン、ピロール、フェノール、四塩化炭素、シクロヘキサノール、シクロヘキサノン、シクロヘキセン、１，２−ジクロロエタン、ジブロモメタン、チオフェン、ｃｉｓ−デカリン、ｔｒａｎｓ−デカリン、ブロモベンゼン、ベンジルアミン、ベンズアルデヒド、ベンゼン、ベンゾニトリル、ホルムアミド、メシチレン、２−メチルピリジン、ヨウ化メチルまたはヨウ化水素を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のレーザ処理装置。
【請求項８】
前記レーザは、エキシマレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ガラスレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザから選ばれた一種または複数種であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載のレーザ処理装置。
【請求項９】
前記被処理物は非晶質半導体膜であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載のレーザ処理装置。
【請求項１０】
前記被処理物は結晶性半導体膜であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載のレーザ処理装置。
【請求項１１】
前記レーザ処理装置は、レーザ結晶化を行うことを特徴とする請求項９または１０に記載のレーザ処理装置。
【請求項１２】
前記レーザ処理装置はレーザ活性化を行うことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ処理装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一に記載の前記レーザ処理装置を用いて作製された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本願発明は、レーザ光を用いた半導体膜のアニール（以下、レーザアニールという）行うためのレーザ処理装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被処理体まで導くための光学系を含む装置）及び前記レーザ処理装置を用いて作製される半導体装置に関する。
背景技術
近年、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）の開発が進められ、結晶性半導体膜として多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）を用いたＴＦＴが注目されている。特に、液晶表示装置（液晶ディスプレイ）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置（ＥＬディスプレイ）においては、画素をスイッチングする素子やその画素を制御するための駆動回路を形成する素子として用いられる。
多結晶シリコン膜は、薄膜トランジスタの活性層として用いられる。１３族や１５族といった不純物元素の添加によりソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域が形成される。また、オフセット領域やＬＤＤ領域を設けても良い。
多結晶シリコン膜を得る手段としては、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を結晶化させて多結晶シリコン膜とする技術が一般的である。特に、最近ではレーザ光を用いて非晶質シリコン膜を結晶化する方法が注目されている。本明細書中では、半導体膜をレーザ光で結晶化、または再結晶化し、多結晶半導体膜を得る手段をレーザ結晶化という。
また、ソース領域、ドレイン領域及びＬＤＤ領域を形成する際に不純物元素を多結晶シリコン膜に導入した後、加熱してその抵抗値を下げることが行われている。これを活性化といい、本明細書では、レーザを用いて活性化することをレーザ活性化という。
本明細書では、これら半導体膜に対しレーザ光を照射し、半導体膜を加熱する処理のことをレーザアニールという。
レーザアニールは、半導体膜の瞬間的な加熱が可能であり、ガラス基板やプラスチック基板等の耐熱性の低い基板上に形成された半導体膜のアニール手段として有効な技術である。
発明の開示
本願発明は、レーザ光に対し透光性を有する基板上に形成された半導体膜に均一にレーザ光を照射することを課題とする。
最近、ＣＷ（連続発振型）レーザを用いた半導体膜の結晶化が盛んに研究されている。ＣＷレーザを円形または楕円形に成形し、それを半導体膜に走査させながら照射する。これにより前記走査方向に結晶の成長方向がのびる半導体膜が形成される。楕円の大きさは例えば４００×２０μｍ程度で、短軸方向に数ｃｍ／ｓ〜数百ｃｍ／ｓで走査させることで半導体膜を結晶化させる。また本発明には連続発振型のレーザもパルス発振型のレーザも用いることができる。
本工程に利用できるものには、ＹＶＯ４レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ガラスレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＡｌＯ３レーザなどが当てはまる。また、前記レーザのドーパントにはＮｄ３＋、Ｙｂ３＋、Ｃｒ４＋などが用いられる。前記レーザは基本的に第２高調波に変換して用いるのが好ましい。また、さらに高次の高調波を用いても良い。あるいは、エキシマレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザなどのレーザを使用してもよい。これらのレーザを複数、あるいは複数種用いることも可能である。
また、本工程のレーザ光の走査方法には、基板をＸＹステージ上にのせて搬送する方法や、ガルバノミラーやポリゴンミラーにより集光点を動かす方法がある。
本工程で使用されるレーザ光の波長域は半導体膜を一部透過してしまうので、透光性基板の裏面にまでレーザ光が到達してしまう。このため、透光性基板の裏面からの反射光と、半導体膜表面もしくは半導体膜と基板との界面からの反射光とが干渉し均一なレーザアニールが出来なかった。また、ガルバノミラーを使う場合、レーザ光の基板に対する入射角度が変化するため、干渉の強弱の周期的な繰り返しが発生し、均一なレーザアニールが出来なかった。ポリゴンミラーを用いる光学系においても同様に干渉がおこる。
その結果、レーザ光が照射された半導体膜は、干渉縞という照射ムラが生じていた。図１４は干渉縞が観測された半導体膜であり、レーザ光をガルバノミラーを用い、アモルファスシリコン膜上で全面に走査させたものである。レーザ光は、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波で、半導体膜はサイズ５インチ角、厚さｔ０．７ｍｍの透明なガラス基板に成膜されたものである。半導体膜の中心において、左右方向に周期的な強い縞が見られる。この原因は干渉によるものである。
レーザ光の干渉のおこる原因は、基板裏面と空気の界面からのレーザ光の反射光にある。本発明はこれを減衰することを主旨とするものである。
具体的には、図１から図４に記載されているように基板１の裏面を液体２に付けた状態でレーザアニールを行う。基板と液体との屈折率は同じであることが好ましい。または液体には屈折率が基板のもの（ガラス基板の屈折率は可視光線に対し、おおよそ１．５である）と近いものを使用すると良い。例えば、基板に屈折率１．５のガラス基板、前記液体に屈折率が１．３３の水をもちいるとよい。このように屈折率がほぼ同じ基板と液体とを用いた場合、液体のない場合と比較して基板の裏面での反射率Ｒが１／１０程度まで減衰する。
基板と液体の屈折率はレーザ光の波長λに依存し決定される。ここでレーザ光（波長λ）における基板の屈折率をＮ０（λ）、液体をＮ１（λ）とおくと反射率Ｒは式１で表すことができる。
Ｒ＝｛（Ｎ０（λ）−Ｎ１（λ））／（Ｎ０（λ）＋Ｎ１（λ））｝２    式１
干渉を抑え、均一なレーザ照射を行なうためには、反射率Ｒが３％以下、０≦Ｒ≦０．０３が好ましい。さらに、より好ましくは反射率Ｒが０．５％以下、０≦Ｒ＜０．００５である。このような反射率Ｒになるように、屈折率をＮ０（λ）及びＮ１（λ）を持つ基板と液体を組み合わせればよい。
しかしながら、例えば、可視光線のレーザ光は水中もあまり減衰することなく進むので、水中に入るレーザ光を再び基板に返さない、または返ってきても半導体膜からの反射光と交わらないか、十分にエネルギーの減衰した状態で返ってくるように工夫する必要がある。
図１は、基板ホルダー３に水を張ったものである。水の底はレーザ光が元の光路に戻らないように曲面がついている。さらに乱反射面をつけることで効果を上げることができる。
水の底に用意するものは半導体膜上でのレーザ光の干渉を防げるものであれば何を配置しても構わない。例えば、レーザ光を吸収するダンパー４のようなものや、レーザ光を拡散させる波状の面などがよい。図２はレーザ光を吸収するダンパーを直線状に並べたものである。走査ピッチとダンパーの山をあわせ、走査方向Ｓに山をならべることで吸収する効果を上げることができる。
図３は、四角錐型に切り取られた底面をしている。底面に散乱面を付けることで反射した光が基板に返らないようにできる。
図４は、四角錐が並んだ底面をしている。四角錐により反射した光が基板に返らないようにしている。
このようにすると、基板裏面と空気の界面からの反射光を抑えることができる。
発明を実施するための最良の形態
（実施の形態１）
本願発明の実施形態の一つについて説明する。
図５は本願発明のレーザを含むレーザ装置の構成を示す図である。連続発振型Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ１０１、アイソレータ１１１、凹型球面レンズ１０２、凸型球面レンズ１０３、連続発振型Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ１０１を発振源とするレーザ光（第２高調波、波長５３２ｎｍ）を楕円に加工する凹型シリンドリカルレンズ１０４、凸型シリンドリカルレンズ１０５、レーザ光を走査するガルバノミラー１０６、１０７、焦点距離を基板上に調整するｆ−θレンズ１０８、基板１１０を固定するホルダー１０９、コンピュータ１１２を有している。
ここでは、レーザの出力は１０Ｗである。レーザは短軸方向２０μｍ、長軸方向４００μｍの楕円形を形成した。走査速度５０ｃｍ／ｓである。半導体膜の溶融は、単位面積あたりのエネルギー密度が問題となる。したがって、これと類似するエネルギー密度であれば、レーザの形状または大きさを変化させてもよい。
２枚のレンズにより、ビームを拡大または縮小する方法は、ガリレオ式、ケプラー式の二つがある。ガリレオ式ビームエキスパンダーは図６のように凹レンズと凸レンズを用いてビームの大きさを変える方式である。一方、ケプラー式ビームエキスパンダーは図７のように２枚の凸レンズを用いてビームの大きさを変える方式である。どちらを用いても構わないが、本実施の形態では、ガリレオ式を採用した。
ｆ＝−５０ｍｍの球面レンズ１０２とｆ＝２００ｍｍの球面レンズ１０３を設置し、その距離を１５０ｍｍとし、連続発振型Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ１０１を発振源とするレーザ光の直径を２．５ｍｍから１０ｍｍに４倍に拡大した。
また、シリンドリカルレンズを２枚用いて一軸方向のみビームを拡大または縮小し、長軸と短軸の比を容易に調整することができる。ｆ＝２５０ｍｍの凸型シリンドリカルレンズ１０４とｆ＝−１００ｍｍの凹型シリンドリカルレンズ１０５を設置し、その距離を１５０ｍｍとし、４倍に拡大されたレーザ光を一軸方向のみ拡大した。
シリンドリカルレンズの他にプリズムを２個使ってビームを１軸方向のみに拡大または縮小させることもできる。その他同等の作用を持つものを利用してもよい。
本実施の形態では、球面レンズによりビーム径を拡大することで、広がり角を抑えている。ＹＶＯ４レーザの広がり角は０．３ｍｒａｄであるため、４倍に拡大することにより広がり角は１／４になる。基板上の短軸のビーム径は最終レンズのｆと広がり角の積で近似され、ｆ−θレンズ１０８のｆ＝２３０ｍｍのものを用いたため約２０μｍに絞られている。
シリンドリカルレンズは、長軸方向のピントをずらすためのものである。レンズの位置を変える、焦点位置を変えることで長軸方向の長さを変えることができる。
ガルバノミラー１０６、１０７によりレーザが走査され、基板は水を張った基板ホルダーに固定されている。このようにすると基板を動かすことなく結晶化を行うことができる。
本実施の形態では、水を用いたが屈折率がガラスに近い液体であれば何でも良い。たとえばアセチルアセトン、アセトフェノン、アニソール、アニリン、エチルベンゼン、エチルジアミン、塩化ベンゾイル、グリセリン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン、クロロベンゼン、テトラクロロエチレン、トルエン、ニコチン、二硫化炭素、（＋）−α−ピネン、ピリジン、ピロール、フェノール、四塩化炭素、シクロヘキサノール、シクロヘキサノン、シクロヘキセン、１，２−ジクロロエタン、ジブロモメタン、チオフェン、ｃｉｓ−デカリン、ｔｒａｎｓ−デカリン、ブロモベンゼン、ベンジルアミン、ベンズアルデヒド、ベンゼン、ベンゾニトリル、ホルムアミド、メシチレン、２−メチルピリジン、ヨウ化メチル、ヨウ化水素が使用できる。
（実施の形態２）
本願発明の実施の形態１は結晶化について記載されたものであるがソース・ドレイン領域の活性化といったレーザアニールにも用いることができる。レーザの種類に関してもＣＷ（連続発振型）レーザに限定されるものではなく、パルス発振型のＮｄ：ＹＡＧレーザのようなコヒーレント長の長いレーザであれば同様な問題が生じるため適用することができる。ここではパルス発振型のＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた線状レーザアニールについて記載する。
図８（Ａ）は本願発明のレーザを含むレーザ装置の構成を示す図である。このレーザ装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ８０１、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを発振源とするレーザ光Ｌ（好ましくは第２高調波、第３高調波、または第４高調波）を線状に加工する光学系９０１、透光性基板を固定する基板ホルダー８０２を有している。
なおＮｄ：ＹＡＧレーザ８０１から出力されたレーザ光を第２〜第４高調波のいずれかに変調する場合は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ８０１の直後に非線形素子を含む波長変調器を設ければよい。
また、基板ホルダー８０２はガイドレール８０８に沿って照射室内８０７を移動することができ、基板の全面にレーザ光を照射することができる。レーザ光は基板８０６の上面に設けられた図示されていない石英性の窓から入射する。また、図８（Ｂ）ではこの照射室８０７にトランスファー室８０９、中間室８１０、ロード・アンロード室８１１が接続され、それぞれの室は仕切弁８１２、８１３で分離されている。
ロード・アンロード室８１１には複数の基板を保持することが可能なカセット８１４が設置され、トランスファー室８０９に設けられた搬送ロボット８１５により基板が搬送される。基板８０６は搬送中の基板を表す。このような構成とすることによりレーザアニールを減圧下または不活性ガス雰囲気中で連続して処理することができる。
次に、レーザ光を線状にする光学系９０１の構成について図９を用いて説明する。図９（Ａ）は光学系９０１を側面から見た図であり、図９（Ｂ）は光学系９０１を上面から見た図である。
レーザ８０１を発振源とするレーザ光はシリンドリカルレンズアレイ９０２により縦方向に分割される。この分割されたレーザ光はシリンドリカルレンズ９０３によりさらに横方向に分割される。すなわち、レーザ光はシリンドリカルレンズアレイ９０２、９０３によって最終的にはマトリクス状に分割されることになる。
そして、レーザ光はシリンドリカルレンズ９０４により一旦集光される。その際、シリンドリカルレンズ９０４の直後にシリンドリカルレンズ９０５を通る。その後、ミラー９０６で反射され、シリンドリカルレンズ９０７を通った後、照射面９０８に達する。
このとき、照射面９０８に投影されたレーザ光は線状の照射面を示す。すなわち、シリンドリカルレンズ９０７を透過したレーザ光の断面形状は線状になっていることを意味する。この線状に加工されたレーザ光の幅方向（短い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ９０２、シリンドリカルレンズ９０４及びシリンドリカルレンズ９０７で行われる。また、上記レーザ光の長さ方向（長い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ９０３及びシリンドリカルレンズ９０５で行われるが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなど光源がコヒーレント性の強いレーザであると、前述のマトリクス状に分割された光それぞれにコヒーレント長以上の光路差を持たせるなどの工夫が必要となる。
以上のように本実施形態によれば、固体レーザを発振源とするレーザ光を線状に加工することができ、かつそのレーザ光を非晶質シリコン膜が成膜された透光性基板全面に照射することが可能である。
（実施例１）
本発明の実施例について図１０〜図１２を用いて説明する。本実施例では、基板上に画素回路を構成するスイッチング用薄膜トランジスタおよび駆動用薄膜トランジスタと、周辺駆動回路のインバータ回路を構成する薄膜トランジスタを同時に作製する方法について、工程に従って詳細に説明する。また、消去用薄膜トランジスタは、スイッチング用薄膜トランジスタと同様に作製することができるので、ここでは説明を省略した。尚、図１３に示すのは本発明で形成されるＥＬ表示装置の画素部であって、図に示すように、画素電極（１３１０、１３２０）、消去用ＴＦＴ（１３１１、１３２１）、接続配線（１３１２、１３２２）、容量用活性層（１３１３、１３２３）、コンデンサ（１３１４、１３２４）、第１副画素（１３１５）、第２副画素（１３２５）、駆動用ＴＦＴ（１３１６、１３２６）、ゲート配線（１３１７、１３２７）、接続配線（１３１８、１３２８）、及びスイッチング用ＴＦＴ（１３１９、１３２９）が形成される。
図１０において、基板１０００にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他に、石英基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などのプラスチック基板を用いることができる。
そして、基板１０００のＴＦＴを形成する表面に、基板１０００からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜からなる下地膜１００１を形成する。本実施例では下地膜１００１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜１００１の１層目としてはプラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４、ＮＨ３、及びＮ２Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜１００１ａを１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）形成する。本実施例では、膜厚５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜１００１ａ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。次いで、下地膜１００１の２層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４、及びＮ２Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜１００１ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜１００１ｂ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を形成した。
次に、２５〜１５０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎ  ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜１００３を、プラズマＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。半導体膜の材料には限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉｘＧｅ１−ｘ（ｘ＝０．０００１〜０．０２））合金などで形成すると良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質シリコン膜を成膜した。
この非晶質半導体膜をオゾン水で処理し、半導体膜上に酸化珪素膜を形成した。その後、この酸化珪素膜上に５ｐｐｍのニッケル酢酸水溶液を塗布した。
その後、５５０℃で４時間ほど加熱処理を行い半導体膜を結晶化した。
ここで、図５に示される光学系に結晶性半導体膜が形成された基板を設置し、ＣＷレーザ光を照射することにより再結晶化を行った。基板は水の張られた図２の基板ホルダーに設置される。図２の基板ホルダーのビームダンパーは走査ピッチに合わされている。またＣＷレーザの出力は８Ｗ、ビーム径４００μｍ×２０μｍ、走査速度５０ｃｍ／ｓで照射した。
基板に対し、一方向にレーザ光を走査した。これにより半導体膜の結晶の成長方向は、レーザの走査方向と一致する。結晶の成長方向と作製されたＴＦＴの電流方向が一致すると電気的特性がよくなるため、画素回路を構成するトランジスタの電流方向と一致するようにレーザ光を走査した。このトランジスタの電流方向は図１３のようにいずれも同じ方向を向いている。
この結晶性半導体膜をフォトリソグラフィー法を用いたパターニング処理によって、半導体層１００２〜１００５を作製した。
また、半導体層１００２〜１００５を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために、半導体層１００２〜１００５に微量な不純物元素（ボロンまたはリン）をドーピングしても良い。
次いで、半導体層１００２〜１００５を覆うゲート絶縁膜１００６を形成する。ゲート絶縁膜１００６はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されるものではなく、ほかのシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
また、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ２とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ２で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
そして、ゲート絶縁膜１００６上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層１００７を２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）の厚さで形成する。耐熱性導電層１００７は単層で形成しても良いし、必要に応じて２層あるいは３層といった複数の層からなる積層構造としても良い。耐熱性導電層にはＴａ、Ｔｉ、Ｗから選ばれた元素、または前記元素を成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜が含まれる。これらの耐熱性導電層はスパッタ法やＣＶＤ法で形成されるものであり、低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させることが好ましく、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすると良い。本実施例ではＷ膜はＷをターゲットとしてスパッタ法で形成しても良いし、６フッ化タングステン（ＷＦ６）を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９％または９９．９９９％のＷターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分に配慮してＷ膜を形成することにより抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができる。
一方、耐熱性導電層１００７にＴａ膜を用いる場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能である。Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを用いる。また、スパッタ時のガス中に適量のＸｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。α相のＴａ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ程度でありゲート電極に使用することができるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩｃｍ程度でありゲート電極とするには不向きであった。ＴａＮ膜はα相に近い結晶構造を持つので、Ｔａ膜の下地にＴａＮ膜を形成すればα相のＴａ膜が容易に得られる。また、図示しないが、耐熱性導電膜１００７の下に２〜２０ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、耐熱性導電層１００７が微量に含有するアルカリ金属元素が第１の形状のゲート絶縁膜１００６に拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、耐熱性導電層１００７は抵抗率を１０〜５０μΩｃｍの範囲ですることが好ましい。
次にフォトリソグラフィーの技術を使用してレジストによるマスク１００８を形成する。そして、第１のエッチング処理を行う。本実施例ではＩＣＰエッチング装置を用い、エッチング用ガスにＣｌ２とＣＦ４を用い、１Ｐａの圧力で３．２Ｗ／ｃｍ２のＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを形成して行う。基板側（試料ステージ）にも２２４ｍＷ／ｃｍ２のＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、これにより実質的に負の自己バイアス電圧が印加される。この条件でＷ膜のエッチング速度は約１００ｎｍ／ｍｉｎである。第１のエッチング処理はこのエッチング速度を基にＷ膜がちょうどエッチングされる時間を推定し、それよりもエッチング時間を２０％増加させた時間をエッチング時間とした。
第１のエッチング処理により第１のテーパー形状を有する導電層１００９〜１０１２が形成される。導電層１００９〜１０１２のテーパー部の角度は１５〜３０°となるように形成される。残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させるオーバーエッチングを施すものとする。Ｗ膜に対する酸化窒化シリコン膜（ゲート絶縁膜１００６）の選択比は２〜４（代表的には３）であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされる。（図１０（Ｂ））
そして、第１のドーピング処理を行い一導電型の不純物元素を半導体層に添加する。ここでは、ｎ型を付与する不純物元素添加の工程を行う。第１の形状の導電層を形成したマスク１００８をそのまま残し、第１のテーパー形状を有する導電層１００９〜１０１２をマスクとして自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加する。ｎ型を付与する不純物元素をゲート電極の端部におけるテーパー部とゲート絶縁膜１００６とを通して、その下に位置する半導体層に達するように添加するためにドーズ量を１×１０１３〜５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、加速電圧を８０〜１６０ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いた。このようなイオンドープ法により第１の不純物領域１０１４〜１０１７には１×１０２０〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。（図１０（Ｃ））
この工程において、ドーピングの条件によっては、不純物が、第１の形状の導電層１００９〜１０１２の下に回り込み、第１の不純物領域１０１４〜１０１７が第１の形状の導電層１００９と１０１２に重なることも起こりうる。
次に、図１０（Ｄ）に示すように第２のエッチング処理を行う。エッチング処理も同様にＩＣＰエッチング装置により行い、エッチングガスにＣＦ４とＣｌ２の混合ガスを用い、ＲＦ電力３．２Ｗ／ｃｍ２（１３．５６ＭＨｚ）、バイアス電力４５ｍＷ／ｃｍ２（１３．５６ＭＨｚ）、圧力１．０Ｐａでエッチングを行う。この条件で形成される第２の形状を有する導電層１０１８〜１０２１が形成される。その端部にはテーパー部が形成され、該端部から内側にむかって徐々に厚さが増加するテーパー形状となる。第１のエッチング処理と比較して基板側に印加するバイアス電力を低くした分等方性エッチングの割合が多くなり、テーパー部の角度は３０〜６０°となる。マスク１００８はエッチングされて端部が削れ、マスク１０２２となる。また、図１０（Ｄ）の工程において、ゲート絶縁膜１００６の表面が４０ｎｍ程度エッチングされる。
そして、第１のドーピング処理よりもドーズ量を下げ高加速電圧の条件でｎ型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を７０〜１２０ｋｅＶとし、１×１０１３／ｃｍ２のドーズ量で行い、不純物濃度が大きくなった第１の不純物領域１０２４〜１０２７と、前記第１の不純物領域１０２４〜１０２７に接する第２の不純物領域１０２８〜１０３１とを形成する。この工程において、ドーピングの条件によっては、不純物が第２の形状の導電層１０１８〜１０２１の下に回りこみ、第２の不純物領域１０２８〜１０３１が第２の形状の導電層１０１８〜１０２１と重なることも起こりうる。第２の不純物領域における不純物濃度は、１×１０１６〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにする。（図１１（Ａ））
そして、図１１（Ｂ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層１００２、１００５に一導電型とは逆の導電型の不純物領域１０３３（１０３３ａ、１０３３ｂ）及び１０３４（１０３４ａ、１０３４ｂ）を形成する。この場合も第２の形状の導電層１０１８、１０２１をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層１００３、１００４は、レジストのマスク１０３２を形成し全面を被覆しておく。ここで形成される不純物領域１０３３、１０３４はジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いたイオンドープ法で形成する。不純物領域１０３３、１０３４のｐ型を付与する不純物元素の濃度は、２×１０２０〜２×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにする。
しかしながら、この不純物領域１０３３、１０３４は詳細にはｎ型を付与する不純物元素を含有する２つの領域に分けて見ることができる。第３の不純物領域１０３３ａ、１０３４ａは１×１０２０〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含み、第４の不純物領域１０３３ｂ、１０３４ｂは１×１０１７〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含んでいる。しかし、これらの第４の不純物領域１０３３ｂ、１０３４ｂのｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となるようにし、第３の不純物領域１０３３ａ、１０３４ａにおいては、ｐ型を付与する不純物元素の濃度をｎ型を付与する不純物元素の濃度の１．５から３倍となるようにすることにより、第３の不純物領域でｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
その後、図１１（Ｃ）に示すように、第２の形状を有する導電層１０１８〜１０２１およびゲート絶縁膜１００６上に第１の層間絶縁膜１０３７を形成する。第１の層間絶縁膜１０３７は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。いずれにしても第１の層間絶縁膜１０３７は無機絶縁物材料から形成する。第１の層間絶縁膜１０３７の膜厚は１００〜２００ｎｍとする。第１の層間絶縁膜１０３７として酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ２とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ２で放電させて形成することができる。また、第１の層間絶縁膜１０３７として酸化窒化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３から作製される酸化窒化シリコン膜、またはＳｉＨ４、Ｎ２Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ２で形成することができる。また、第１の層間絶縁膜１０３７としてＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、Ｈ２から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。窒化シリコン膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ４、ＮＨ３から作製することが可能である。
そして、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行った。また、基板１０００に耐熱温度が低いプラスチック基板を用いる場合にはレーザアニール法を適用することが好ましい。レーザアニール法は、例えば、実施の形態２のＮｄ：ＹＡＧレーザによる線状レーザによるものを用いればよいし、従来のエキシマレーザなどを使った方法を用いてもよい。
活性化の工程に続いて、雰囲気ガスを変化させ、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層にある１０１６〜１０１８／ｃｍ３のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。いずれにしても、半導体層１００２〜１００５中の欠陥密度を１０１６／ｃｍ３以下とすることが望ましく、そのために水素を０．０１〜０．１ａｔｏｍｓ％程度付与すれば良い。
そして、有機絶縁物材料からなる第２の層間絶縁膜１０３９を１．０〜２．０μｍの平均膜厚で形成する。有機樹脂材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで３００℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる場合には、２液性のものを用い、主材と硬化剤を混合した後、スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホットプレートで８０℃で６０秒の予備加熱を行い、さらにクリーンオーブンで２５０℃で６０分焼成して形成することができる。
このように、第２の層間絶縁膜１０３９を有機絶縁物材料で形成することにより、表面を良好に平坦化させることができる。また、有機樹脂材料は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減できる。しかし、吸湿性があり保護膜としては適さないので、本実施例のように、第１の層間絶縁膜１０３７として形成した酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などと組み合わせて用いると良い。
その後、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞれの半導体層に形成されソース領域またはドレイン領域とする不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールはドライエッチング法で形成する。この場合、エッチングガスにＣＦ４、Ｏ２、Ｈｅの混合ガスを用い有機樹脂材料から成る第２の層間絶縁膜１０３９をまずエッチングし、その後、続いてエッチングガスをＣＦ４、Ｏ２として第１の層間絶縁膜１０３７をエッチングする。さらに、半導体層との選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ３に切り替えて第３の形状のゲート絶縁膜１００６をエッチングすることによりコンタクトホールを形成することができる。
そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成し、マスクでパターニングし、その後エッチングすることで、ソース配線１０４０〜１０４３とドレイン配線１０４４〜１０４６を形成する。図示していないが、本実施例ではこの配線を、そして、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜で形成した。
次いで、その上に透明導電膜を８０〜１２０ｎｍの厚さで形成し、パターニングすることによって画素電極１０４７を形成する（図１２（Ａ））。なお、本実施例では、透明電極として酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜や酸化インジウムに２〜２０［％］の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いる。
また、画素電極１０４７は、ドレイン配線１０４６と接して重ねて形成することによって駆動用ＴＦＴ１０６３のドレイン領域と電気的な接続が形成される。
次に、図１２（Ｂ）に示すように、画素電極１０４７に対応する位置に開口部を有する第３の層間絶縁膜１０４９を形成する。第３の層間絶縁膜１０４９は絶縁性を有していて、バンクとして機能し、隣接する画素の有機化合物層を分離する役割を有している。本実施例ではレジストを用いて第３の層間絶縁膜１０４９を形成する。
本実施例では、第３の層間絶縁膜１０４９の厚さを１μｍ程度とし、開口部は画素電極１０４７に近くなればなるほど広くなる、所謂逆テーパー状になるように形成する。これはレジストを成膜した後、開口部を形成しようとする部分以外をマスクで覆い、ＵＶ光を照射して露光し、露光された部分を現像液で除去することによって形成される。
本実施例のように、第３の層間絶縁膜１０４９を逆テーパー状にすることで、後の工程において有機化合物層を成膜した時に、隣り合う画素同士で有機化合物層が分断されるため、有機化合物層と、第３の層間絶縁膜１０４９の熱膨張係数が異なっていても、有機化合物層がひび割れたり、剥離したりするのを抑えることができる。
なお、本実施例においては、第３の層間絶縁膜としてレジストでなる膜を用いているが、場合によっては、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、酸化珪素膜等を用いることもできる。第３の層間絶縁膜１０４９は絶縁性を有する物質であれば、有機物と無機物のどちらでも良い。
次に、有機化合物層１０５０を蒸着法により形成し、更に蒸着法により陰極（ＭｇＡｇ電極）１０５１および保護電極１０５２を形成する。このとき有機化合物層１０５０及び陰極１０５１を形成するに先立って画素電極１０４７に対して熱処理を施し、水分を完全に除去しておくことが望ましい。なお、本実施例では発光素子の陰極としてＭｇＡｇ電極を用いるが、公知の他の材料であっても良い。
なお、有機化合物層１０５０としては、公知の材料を用いることができる。本実施例では正孔輸送層（Ｈｏｌｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）及び発光層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）でなる２層構造を有機化合物層とするが、正孔注入層、電子注入層若しくは電子輸送層のいずれかを設ける場合もある。このように組み合わせは既に様々な例が報告されており、そのいずれの構成を用いても構わない。
本実施例では正孔輸送層としてポリフェニレンビニレンを蒸着法により形成する。また、発光層としては、ポリビニルカルバゾールに１，３，４−オキサジアゾール誘導体のＰＢＤを３０〜４０％分子分散させたものを蒸着法により形成し、緑色の発光中心としてクマリン６を約１％添加している。
また、保護電極１０５２でも有機化合物層１０５０を水分や酸素から保護することは可能であるが、さらに好ましくは保護膜１０５３を設けると良い。本実施例では保護膜１０５３として３００ｎｍ厚の窒化珪素膜を設ける。この保護膜も保護電極１０５２の後に大気解放しないで連続的に形成しても構わない。
また、保護電極１０５２は陰極１０５１の劣化を防ぐために設けられ、アルミニウムを主成分とする金属膜が代表的である。勿論、他の材料でも良い。また、有機化合物層１０５０、陰極１０５１は非常に水分に弱いので、保護電極１０５２までを大気解放しないで連続的に形成し、外気から有機化合物層を保護することが望ましい。
なお、有機化合物層１０５０の膜厚は１０〜４００［ｎｍ］（典型的には６０〜１５０［ｎｍ］）、陰極１０５１の厚さは８０〜２００［ｎｍ］（典型的には１００〜１５０［ｎｍ］）とすれば良い。
こうして図１２（Ｂ）に示すような構造の発光装置が完成する。なお、画素電極１０４７、有機化合物層１０５０、陰極１０５１の重なっている部分１０５４が発光素子に相当する。
ｐチャネル型ＴＦＴ１０６０及びｎチャネル型ＴＦＴ１０６１は駆動回路Ｄが有するＴＦＴであり、ＣＭＯＳを形成している。スイッチング用ＴＦＴ１０６２及び駆動用ＴＦＴ１０６３は画素部Ｐが有するＴＦＴであり、駆動回路ＤのＴＦＴと画素部ＰのＴＦＴとは同一基板上に形成することができる。
なお、発光素子を用いた発光装置の場合、駆動回路の電源の電圧が５〜６Ｖ程度、最大でも１０Ｖ程度で十分なので、ＴＦＴにおいてホットエレクトロンによる劣化があまり問題にならない。また駆動回路を高速で動作させる必要があるので、ＴＦＴのゲート容量は小さいほうが好ましい。よって、本実施例のように、発光素子を用いた発光装置の駆動回路では、ＴＦＴの半導体層が有する第２の不純物領域１０２９と、第４の不純物領域１０３３ｂとが、それぞれゲート電極１０１８、１０１９と重ならない構成にするのが好ましい。
本発明の発光装置の作製方法は、本実施例において説明した作製方法に限定されない。本発明の発光装置は公知の方法を用いて作製することが可能である。
また、本実施例では発光装置の作製方法のみについて示したが、薄膜トランジスタを有する液晶表示装置においても同様なレーザ結晶化を適用することができる。
（実施例２）
本発明の実施例について図５を用いて説明する。本実施例では、レーザ照射による結晶性半導体膜の作製までを説明する。その後は実施例１の工程または公知の工程をもちいて薄膜トランジスタを形成することができる。
図１０において、基板１０００にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他に、石英基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などのプラスチック基板を用いることができる。
そして、基板１０００のＴＦＴを形成する表面に、基板１０００からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜からなる下地膜１００１を形成する。本実施例では下地膜１００１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜１００１の１層目としてはプラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４、ＮＨ３、及びＮ２Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜１００１ａを１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）形成する。本実施例では、膜厚５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜１００１ａ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。次いで、下地膜１００１の２層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４、及びＮ２Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜１００１ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜１００１ｂ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を形成した。
次に、２５〜１５０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎ  ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜１００３を、プラズマＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。半導体膜の材料には限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉｘＧｅ１−ｘ（ｘ＝０．０００１〜０．０２））合金などで形成すると良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質シリコン膜を成膜した。
ここで、図５に示される光学系に半導体膜が形成された透光性基板を設置し、ＣＷレーザ光を照射することにより結晶化を行った。基板は水の張られた図２の基板ホルダーに設置される。またＣＷレーザの出力は８Ｗ、ビーム径５００μｍ×２０μｍ、走査速度５０ｃｍ／ｓで照射した。図２の基板ホルダーのビームダンパーは走査ピッチに合わされている。
本実施例は非晶質シリコン膜に直接レーザ光を照射させるものであるが非晶質シリコン膜は結晶化シリコン膜よりも５３２ｎｍでの吸収が大きい。したがって、実施例１の結晶化よりもレーザのエネルギー密度を下げることができる。ここでは、長軸方向のビーム径をのばすことができた。このため、走査回数を少なくすることができ基板一枚当たりの処理時間が短くなった。
（実施例３）
本実施例では、本発明の光学系を用いて半導体膜の結晶化を行った例について図５、図１４および図１５を用いて説明する。
ガラス基板上に下地膜として、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜からなる下地膜を形成した。本実施例では下地膜の１層目としてプラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４、ＮＨ３、及びＮ２Ｏを反応ガスとして、膜厚５０ｎの酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。次いで、下地膜の２層目として、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４、及びＮ２Ｏを反応ガスとして、膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を形成した。続いて、前記下地膜上に半導体膜として、プラズマＣＶＤ法により非晶質珪素膜５０ｎｍを形成した。窒素雰囲気下５００℃で１時間加熱することによって非晶質珪素膜の含有水素を放出させた。これは水素を多く含んだ非晶質珪素膜にレーザ光を照射すると膜が破壊されてしまうからである。
ここで、図５に示される光学系に半導体膜が形成された透光性基板を設置し、ＣＷレーザ光を照射することにより結晶化を行った。基板は水の張られた基板ホルダーに設置され、本発明に基づき水の底にはレーザ光の干渉を防げる加工がしてある。またＣＷレーザの出力は１０Ｗ、ビーム径４００μｍ×２５μｍ、走査速度５８ｃｍ／ｓで照射した。
このようにして得られた結晶性半導体膜の表面を観察した結果を図１５に示す。また本発明を用いず、従来の方法でレーザ結晶化した結晶性半導体膜の表面を観察した結果を図１４に示す。また図１４及び図１５はどちらも５インチ×５インチの大きさの基板である。
図１４に示すように、従来の方法におけるレーザ結晶化を行った結晶性半導体膜は、横方向に走る干渉縞が生じていた。しかし本発明のレーザ結晶化を行った結晶性半導体膜は図１５に示すように、図１４で観測された写真中央部分の横方向に走る強い干渉縞が観測されなかった。このように、本発明を用いると、干渉を抑えた均一なレーザアニールができる。
本発明によりレーザビームに対して透明な基板上に成膜された半導体膜のレーザアニールの際に起こる基板裏面と半導体膜表面からの反射光の干渉を抑えることが出来る。これにより、より均一な半導体膜のレーザアニールが可能となる。また、本発明は安価で無害な水を使用するため地球環境にも影響が少ない。水に混合物を溶かしても良い。例えばショ糖を２４％混ぜることで屈折率は１．３７に上昇する。
水の他に実施の形態で列記したものは、屈折率が１．５±０．０５の間に入るものでよりガラスの屈折率により近いものである。基板の種類により最適な屈折率をとる液体を選択すればよい。
ここでは、いずれも結晶化について示したが、ソース・ドレイン領域の活性化といったレーザアニールにも用いることができる。レーザの種類に関してもＣＷ（連続発振型）レーザに限定されるものではなく、パルス発振型のＮｄ：ＹＡＧレーザやＹＬＦレーザのようなコヒーレント長の長いレーザであれば同様な問題が生じるため適用することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の基板と基板ホルダーを示す図。Ａは側面図で、Ｂは上面図。
図２は、本発明の基板と基板ホルダーを示す図。Ａは側面図で、Ｂは上面図。
図３は、本発明の基板と基板ホルダーを示す図。Ａは側面図で、Ｂは上面図。
図４は、本発明の基板と基板ホルダーを示す図。Ａは側面図で、Ｂは上面図。
図５は、本発明のレーザ照射装置および処理基板を示す図。Ａは側面図で、Ｂは上面図。
図６は、本発明の光学系におけるビームエキスパンダ（ガリレオ式）を示す図。
図７は、本発明の光学系におけるビームエキスパンダ（ケプラー式）を示す図。
図８は、本発明のレーザ照射装置および処理基板を示す図。
図９は、本発明のレーザ照射装置および処理基板を示す図。Ａは側面図で、Ｂは上面図。
図１０は、ＥＬ表示装置が有するＴＦＴの作製工程を示す図。
図１１は、ＥＬ表示装置が有するＴＦＴの作製工程を示す図。
図１２は、ＥＬ表示装置が有するＴＦＴの作製工程を示す図。
図１３は、本発明で形成されるＥＬ表示装置の画素部を示す図。
図１４は、従来の方法により結晶化された半導体膜の表面写真。
図１５は、本発明により結晶化された半導体膜の表面写真。
【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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【国際調査報告】
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