(57)【要約】【課題】レーザ光の照射による結晶化法は、得られる結晶質半導体膜の表面に凸部（リッジ）を多数形成し、膜質を低下させてしまう。本発明は、リッジの少ない表面を有する半導体膜を形成することのできるレーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに該半導体膜を用いる半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、照射面である半導体膜に、可視光以下である波長のパルス発振のレーザビーム１と同期させ、波長１μｍ程度のパルス発振の基本波であるレーザビーム２を補助的に照射する。レーザビーム１およびレーザビーム２の出力、パルス幅、発振周期等を調整することによって、半導体膜の溶融時間をコントロールすることができ、半導体膜表面のリッジの形成を抑制しながらレーザアニールを行うことが可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光線以下の波長を有するパルス発振の第１のレーザビームが照射される範囲と、基本波を有するパルス発振の第２のレーザビームが照射される範囲とを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と、前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、被照射物と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２】
半導体膜を溶融させるパルス発振の第１のレーザビームと、前記半導体膜の溶融状態に対する吸収係数αと、前記半導体膜の固相状態に対する吸収係数βが、α＞１０βを満たすパルス発振の第２のレーザビームとを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項３】
半導体膜に対する吸収係数が５×１０３／ｃｍ以上である波長範囲を有するパルス発振の第１のレーザビームと、前記半導体膜に対する吸収係数が５×１０２／ｃｍ以下であり、且つ前記半導体膜の溶融状態に対する吸収係数が５×１０３／ｃｍ以上の波長範囲を有するパルス発振の第２のレーザビームとを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記第１のレーザビームは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、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、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザから射出されるものであることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第２のレーザビームは、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、アレキサンドライドレーザまたはＴｉ：サファイアレーザから射出されるものであることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記第１のレーザビーム及び前記第二のレーザビームを線状ビームに加工することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記線状に加工された第１のレーザビームの、被照射物表面における長径または短径の長さをＷ１、前記第１のレーザビームに対して透光性を有し、前記被照射物が設置される基板の厚さをｄとすると、
前記第１のレーザビームの入射角度φ１が、
φ１≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ１／２ｄ）
を満たすように照射することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項８】
請求項６又は請求項７において、
前記線状に加工された第２のレーザビームの、被照射物表面における長径または短径の長さをＷ２、前記第１のレーザビームに対して透光性を有し、前記被照射物が設置される基板の厚さをｄとすると、
前記第２のレーザビームの入射角度φ２が、
φ２≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ２／２ｄ）
を満たすように照射することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項９】
可視光線以下の波長を出力するパルス発振の第１レーザ発振器と、
基本波を出力するパルス発振の第２レーザ発振器と、
前記第１レーザ発振器から射出される第１のレーザビームが照射される範囲に重なるように前記第２レーザ発振器から射出される第２のレーザビームを照射させる手段と、
被照射物と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させる手段と、
前記第１レーザ発振器のパルスの周期と前記第２レーザ発振器のパルスの周期とを同期させる手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１０】
可視光線以下の波長を出力するパルス発振の第１レーザ発振器と、
基本波を出力するパルス発振の第２レーザ発振器と、
前記第１レーザ発振器から射出される第１のレーザビーム及び前記第２レーザ発振器から射出される第２のレーザビームを線状ビームに加工する手段と、
前記第１レーザ発振器から射出される第１のレーザビームが照射される範囲に重なるように前記第２レーザ発振器から射出される第２のレーザビームを照射する手段と、
照射面と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させる手段と、
前記第１レーザ発振器のパルスの周期と前記第２レーザ発振器のパルスの周期とを同期させる手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０において、前記第１レーザ発振器は、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、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、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１２】
請求項９乃至請求項１１において、前記第２レーザ発振器は、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、アレキサンドライドレーザまたはＴｉ：サファイアレーザを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２のいずれか一において、
前記線状に加工された第１のレーザビームの、被照射物表面における長径または短径の長さをＷ１、前記第１のレーザビームに対して透光性を有する前記被照射物が設置される基板の厚さをｄとすると、前記第１のレーザビームの入射角度φ１がφ１≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ１／２ｄ）を満たすように制御する手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項において、
前記線状に加工された第２のレーザビームの、被照射物表面における長径または短径の長さをＷ２、前記第２のレーザビームに対して透光性を有する前記被照射物が設置される基板の厚さをｄとすると、前記第２のレーザビームの入射角度φ２がφ２≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ２／２ｄ）を満たすように制御する手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１５】
非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜をパターニングし、
前記パターニングされた結晶性半導体膜を少なくともチャネル形成領域に有する半導体装置の作製方法において、
前記結晶性半導体膜は、可視光線以下の波長を有するパルス発振の第１のレーザビームが照射される範囲と、基本波を有するパルス発振の第２のレーザビームが照射される範囲とを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と、前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記非晶質半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜をパターニングし、
前記パターニングされた結晶性半導体膜を少なくともチャネル形成領域に有する半導体装置の作製方法において、
前記結晶性半導体膜は、半導体膜を溶融させるパルス発振の第１のレーザビームと、前記半導体膜の溶融状態に対する吸収係数αと、前記半導体膜の固相状態に対する吸収係数βが、α＞１０βを満たすパルス発振の第２のレーザビームとを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記非晶質半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜をパターニングし、
前記パターニングされた結晶性半導体膜を少なくともチャネル形成領域に有する半導体装置の作製方法において、
前記結晶性半導体膜は、半導体膜に対する吸収係数が５×１０３／ｃｍ以上である波長範囲を有するパルス発振の第１のレーザビームと、前記半導体膜に対する吸収係数が５×１０２／ｃｍ以下であり、且つ前記半導体膜の溶融状態に対する吸収係数が５×１０３／ｃｍ以上の波長範囲を有するパルス発振の第２のレーザビームとを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記非晶質半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至請求項１７のいずれか一において、前記第１のレーザビームは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、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、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザから射出されるものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
請求項１５乃至請求項１８のいずれか一において、前記第２のレーザビームは、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、アレキサンドライドレーザまたはＴｉ：サファイアレーザから射出されるものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
請求項１５乃至請求項１９のいずれか一において、
前記第１のレーザビーム及び前記第二のレーザビームを線状ビームに加工することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記線状に加工された第１のレーザビームの、被照射物表面における長径または短径の長さをＷ１、前記第１のレーザビームに対して透光性を有し、前記非晶質半導体膜が形成される基板の厚さをｄとすると、
前記第１のレーザビームの入射角度φ１が、
φ１≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ１／２ｄ）
を満たすように照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１において、
前記線状に加工された第２のレーザビームの、被照射物表面における長径または短径の長さをＷ２、前記第１のレーザビームに対して透光性を有し、前記非晶質半導体膜が形成される基板の厚さをｄとすると、
前記第２のレーザビームの入射角度φ２が、
φ２≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ２／２ｄ）
を満たすように照射することを特徴とするレーザ照射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光の照射方法およびそれを行なうためのレーザ照射装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、前記レーザ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）を工程に含んで作製された半導体装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対し、レーザアニールを施して結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上記半導体膜には珪素を有する材料がよく用いられる。本明細書中では、半導体膜をレーザ光で結晶化し、結晶質半導体膜を得る手段をレーザ結晶化という。なお、本明細書中において、結晶質半導体膜とは、結晶化領域が存在する半導体膜のことを言い、全面が結晶化している半導体膜も含む。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた合成石英ガラス基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。これが上記研究の行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザは基板の温度を余り上昇させずに、半導体膜のみ高いエネルギーを与えることが出来る。また、電熱炉を用いた加熱手段に比べて格段にスループットが高い。
【０００４】
レーザアニールを施して形成された結晶質半導体膜は、高い移動度を有するため、この結晶質半導体膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用のＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。
【０００５】
レーザアニール法の一例は、エキシマレーザに代表されるパルス発振のレーザビームを、照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１００ｍｍ以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザビームの照射位置を被照射体に対し相対的に移動させて、アニールを行なう方法である。なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が２以上（好ましくは１０〜１００００）のもの指すが、照射面における形状が矩形状であるレーザビーム（矩形状ビーム）に含まれると考えてよい。なお、線状とするのは被照射体に対して十分なアニールを行なうためのエネルギー密度を確保するためであり、矩形状や面状であっても被照射体に対して十分なアニールを行なえるのであれば構わない。
【０００６】
特に、線状ビームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザ光を用いた場合とは異なり、線状ビームの長尺方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザ照射を行なうことが出来るため、生産性が高い。長尺方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率の良い走査方向であるからである。この高い生産性により、現在レーザアニール法にはパルス発振エキシマレーザ光を適当な光学系で加工した線状ビームを使用することが、ＴＦＴを用いる液晶表示装置の製造技術の主流になりつつある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１９５３５７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ光の照射による結晶化法は、得られる結晶質半導体膜の表面に凸部（リッジ）を多数形成し、膜質を低下させてしまう。すなわち、半導体膜にレーザ光を照射すると、半導体膜が瞬間的に溶融されて、局所的に膨張し、この膨張によって生じる内部応力を緩和するために、結晶質半導体膜の表面にリッジが形成される。またこのリッジの山と谷との最大高低差は、膜厚の０．５〜２倍程度である。
【０００９】
絶縁ゲート型のＴＦＴにおいて、結晶質半導体膜の表面のリッジには、ダングリングボンドや格子の歪みなどに起因するポテンシャル障壁やトラップ順位が形成されるため、活性層とゲート絶縁膜との界面準位を高くしてしまう。また、リッジの頂上部は急峻であるために電界が集中しやすく、このためリーク電流の発生源となり、最終的には絶縁破壊を生じ、ショートしてしまう。加えて、結晶質半導体膜の表面のリッジは、スパッタ法やＣＶＤ法により堆積されるゲート絶縁膜の被膜性を損なうものであり、絶縁不良等の信頼性を低下させる。近年、半導体デバイスは高性能化、低消費電力化に向けて微細化、高集積化が進められている。そのため、信頼性の高いゲート絶縁膜を薄膜化する技術が不可欠となっているが、ゲート絶縁膜の薄膜化に伴い、半導体膜表面のリッジがゲート絶縁膜の信頼性に及ぼす影響が大きくなっている。また、ＴＦＴの電界効果移動度を決める要素のひとつとして、表面散乱効果があげられる。ＴＦＴの活性層とゲート絶縁膜界面の平坦性が電界効果移動度に大きな影響を与え、界面が平坦であるほど散乱の影響を受けず高い電界効果移動度が得られる。このように、結晶質半導体膜の表面のリッジがＴＦＴの特性全てに影響を与え、歩留まりまで変わってしまう。
【００１０】
本発明は、平坦性の高い表面を有する半導体膜を形成することのできるレーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに該半導体膜を用いる半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、照射面である半導体膜に、パルス発振レーザから射出された高調波と波長１μｍ程度のパルス発振の基本波を有するレーザを補助的に照射する。このとき、両レーザのパルスを同期させ、且つ同時に重ねて照射すると好ましい。上記の方法によりレーザを半導体膜に照射し、溶融時間をコントロールすることによって、表面の凹凸を低減させることを可能としたレーザ照射方法、レーザ照射装置、及び半導体装置の作製方法を提供する。なお、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等の電気光学装置及び該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。
【００１２】
すなわち本発明では、半導体膜に十分吸収される波長域（可視光線以下が好ましい）で、しかも、連続発振のレーザと比較しレーザビームのスポットのサイズを大幅に拡大しても半導体膜を十分アニール可能なパルス発振の第１のレーザで、半導体膜の一部を溶融させる。
そして、高調波を出力するレーザと比較して出力が数百倍以上得られる例えば出力数ｋＷ以上の赤外線を発するレーザから射出されたパルス発振の基本波（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波）を有する第２のレーザを、溶融した半導体膜に照射する。
すなわち、半導体膜の一部が溶融している状態で、第２のレーザを照射する必要があるため、レーザ結晶化工程においては第１のレーザと第２のレーザとを同時に照射すると好ましい。
なおこのとき、半導体膜と第１のレーザ及び第２のレーザとを相対的に走査させると、処理時間か短縮しスループットを向上させることができる。
ここでパルス発振の基本波レーザを用いる理由はピークパワーの出力が数ｋＷ以上のものが得られるため、レーザビームを大面積のビームに加工して照射しても半導体膜をアニールすることが可能となり、スループットの面で有利だからである。
このような本発明により、リッジが低減された平坦性の高い表面を有する半導体膜を提供することができる。
【００１３】
以下に、本発明により平坦性の高い膜が形成される理由を説明する。
【００１４】
基本波は、半導体膜にはほとんど吸収されないが、半導体膜が溶融状態となると、吸収係数が飛躍的に高まり、十分な吸収が得られる。
そのため溶融状態の半導体膜に基本波が吸収されることにより、比較的長い時間溶融状態が持続することが可能になる。なお、基本波の吸収係数は５×１０２／ｃｍ以下であるが、半導体膜にエネルギーを与え処理（アニール）を行なうためには５×１０３／ｃｍ以上の吸収係数が必要である。したがって、半導体膜が溶融することによって基本波の吸収係数が少なくとも１０倍以上変化すれば、レーザ結晶化工程において、本発明が期待する効果が得られる。
【００１５】
すなわち、固相状態の半導体膜によく吸収されるレーザが照射され溶融状態となった半導体膜に、基本波を吸収させることによって溶融状態を持続させることができ、リッジの形成を抑制しながら半導体膜のレーザアニールを行なうことができる。なお、リッジの形成されないレーザ出力、パルス幅、レーザ発振の繰返し周波数、レーザ走査速度などの条件は、膜厚、膜質などに応じて適宜選択すると良い。上記のパラメータを調整することによって、レーザアニールに伴う半導体膜の単位時間当たりの温度変動を可能な限り小さくし、急激な温度変動によるリッジの形成をさらに防止することができる。
【００１６】
具体的なレーザ結晶化工程では、固相状態の半導体膜によく吸収されるレーザの発振と、基本波のレーザの発振は、溶融した領域に基本波が照射されるように、互いに同期させて行なう。なお基本波のパルス幅、レーザ出力等はパルスレーザにより溶融された半導体膜に過剰にレーザの出力が入らないように調整する必要がある。
【００１７】
レーザ発振のタイミングや出力については図１を用いて説明する。図１中、縦軸がレーザ出力で、横軸が時間である。また半導体膜が溶融するのに必要なレーザ出力のエネルギー閾値をＷ１、半導体膜が結晶化するのに最適なエネルギーをＷＯとする。
【００１８】
図１（ａ）において、半導体膜によく吸収される波長域をもつ第１のパルスレーザと、波長が１μｍ程度の第２のパルスレーザとにより、半導体膜に溶融した領域を形成する。すなわち図１に示すように、第１のパルスレーザにより半導体膜が溶融している時間において第２のパルスレーザが照射されるようにする。このとき第１のパルスレーザの出力が半導体溶融の閾値Ｗ１を越えるようにする。また、第１のパルスレーザと第２のパルスレーザの出力の合計はＷ０となるようにレーザ出力を調整する。さらに、第１のパルスレーザのパルス幅を第２のパルスレーザよりも大きくすることによって、半導体膜の溶融状態をより持続させることが可能になる。
【００１９】
固相状態の半導体膜によく吸収されるパルスレーザのパルス幅は数百ｎｓｅｃであるため、半導体膜は瞬間的に溶融、再結晶化しリッジを形成する。しかし、基本波のパルスレーザとしては、パルス幅が数十μｓｅｃ以上のものを用いることができるため、溶融状態が数百倍以上長く持続する。溶融時間が著しく長くなるため、半導体膜表面に形成されたリッジはその形状を維持することが困難となる。したがってリッジの形成を抑制することが可能になり、本発明が期待する効果を得ることができる。
【００２０】
なお、レーザの照射条件を選択することによって、図１（ｂ）に示すように、第２のパルスレーザが照射される時間内に第１のパルスレーザを複数回照射する構成としてもよい。また、ＣＷレーザをパルス形状に変調したもの（本明細書中ではパルス発振と呼ぶ）を照射する構成としてもよい。上記の方法によってレーザ照射を行なうことにより、半導体膜上のリッジの形成を抑制することが可能になる。
【００２１】
具体的に本明細書で開示するレーザ照射方法に関する構成の一つは、可視光線以下の波長を有するパルス発振の第１のレーザビームが照射される範囲と、基本波を有するパルス発振の第２のレーザビームが照射される範囲とを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と、前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、被照射物と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とするレーザ照射方法である。
【００２２】
また本明細書で開示するレーザ照射方法に関する構成の一つは、半導体膜を溶融させるパルス発振の第１のレーザビームと、前記半導体膜の溶融状態に対する吸収係数αと、前記半導体膜の固相状態に対する吸収係数βが、α＞１０βを満たすパルス発振の第２のレーザビームとを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とするレーザ照射方法である。
【００２３】
また本明細書で開示するレーザ照射方法に関する構成の一つは、半導体膜に対する吸収係数が５×１０３／ｃｍ以上である波長範囲を有するパルス発振の第１のレーザビームと、前記半導体膜に対する吸収係数が５×１０２／ｃｍ以下であり、且つ前記半導体膜の溶融状態に対する吸収係数が５×１０３／ｃｍ以上の波長範囲を有するパルス発振の第２のレーザビームとを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とするレーザ照射方法である。
【００２４】
上記発明の構成において、前記第１のレーザビームは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、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、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザから射出されるものである。
【００２５】
また、上記発明の構成において、前記第２のレーザビームは、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、アレキサンドライドレーザまたはＴｉ：サファイアレーザから射出されるものである。
【００２６】
また、上記発明の構成において、前記第１のレーザビームは、可視光線とするため非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とする。但し基本波ですでに可視光線以下であるものは、そのまま使用すればよい。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばＬＢＯやＢＢＯやＫＤＰ、ＫＴＰやＫＢ５、ＣＬＢＯと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。
【００２７】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成の一つは、可視光線以下の波長を出力するパルス発振の第１レーザ発振器と、基本波を出力するパルス発振の第２レーザ発振器と、前記第１レーザ発振器から射出される第１のレーザビームが照射される範囲に重なるように前記第２レーザ発振器から射出される第２のレーザビームを照射させる手段と、被照射物と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させる手段と、前記第１レーザ発振器のパルスの周期と前記第２レーザ発振器のパルスの周期とを同期させる手段とを有することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００２８】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、可視光線以下の波長を出力するパルス発振の第１レーザ発振器と、基本波を出力するパルス発振の第２レーザ発振器と、前記第１レーザ発振器から射出される第１のレーザビーム及び前記第２レーザ発振器から射出される第２のレーザビームを線状ビームに加工する手段と、前記第１レーザ発振器から射出される第１のレーザビームが照射される範囲に重なるように前記第２レーザ発振器から射出される第２のレーザビームを照射する手段と、照射面と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させる手段と、前記第１レーザ発振器のパルスの周期と前記第２レーザ発振器のパルスの周期とを同期させる手段とを有することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００２９】
上記発明の構成において、前記第１レーザ発振器は、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、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、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを有する。
【００３０】
上記発明の構成において、前記第２レーザ発振器は、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、アレキサンドライドレーザまたはＴｉ：サファイアレーザを有する。
【００３１】
本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成の一つは、非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜をパターニングし、前記パターニングされた結晶性半導体膜を少なくともチャネル形成領域に有する半導体装置の作製方法において、前記結晶性半導体膜は、可視光線以下の波長を有するパルス発振の第１のレーザビームが照射される範囲と、基本波を有するパルス発振の第２のレーザビームが照射される範囲とを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と、前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記非晶質半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００３２】
本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の他の構成は、非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜をパターニングし、前記パターニングされた結晶性半導体膜を少なくともチャネル形成領域に有する半導体装置の作製方法において、前記結晶性半導体膜は、半導体膜を溶融させるパルス発振の第１のレーザビームと、記半導体膜の溶融状態に対する吸収係数αと、前記半導体膜の固相状態に対する吸収係数βが、α＞１０βを満たすパルス発振の第２のレーザビームとを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記非晶質半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００３３】
本明細書で開示する半導体層の作製方法に関する発明の他の構成は、非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜をパターニングし、前記パターニングされた結晶性半導体膜を少なくともチャネル形成領域に有する半導体装置の作製方法において、前記結晶性半導体膜は、半導体膜に対する吸収係数が５×１０３／ｃｍ以上である波長範囲を有するパルス発振の第１のレーザビームと、前記半導体膜に対する吸収係数が５×１０２／ｃｍ以下であり、且つ前記半導体膜の溶融状態に対する吸収係数が５×１０３／ｃｍ以上の波長範囲を有するパルス発振の第２のレーザビームとを重ね、且つ前記第１のレーザビームのパルス発振と前記第２のレーザビームのパルス発振とを同期させ、前記非晶質半導体膜と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させながらレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００３４】
上記発明の構成において、前記第１のレーザビームは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、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、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザから射出されるものである。
【００３５】
また、上記発明の構成において、前記第２のレーザビームは、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、アレキサンドライドレーザまたはＴｉ：サファイアレーザから射出されるものである。
【００３６】
また、非晶質半導体膜が形成される基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。上記のφに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。なぜならば、この場合、基板の厚さｄが全く意味のない数値となるからである。
【００３７】
なお、レーザビームに対して透光性を持つ基板上に成膜された半導体膜をアニールする場合、均一なレーザビームの照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつビームの形状を線状（長方形や楕円を含む）と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザ光の入射角φは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザ光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、φ≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ／２ｄ）を満たすのが望ましい。複数のレーザビームを使用する場合、この議論は個々のレーザビームについて成り立つ必要がある。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行なうことができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットのエネルギーはビームスポットの端に近づくに従い減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。この議論は、第１のレーザビームに対しても、第２のレーザビームに対しても成り立ち両方とも上記不等式を満たしているほうが好ましいが、エキシマレーザのように極端にコヒーレント長の短いレーザに関しては、上記不等式を満たさなくても問題はない。
【００３８】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の実施形態について図２を用いて説明する。本実施形態では、長いビーム１０５及び長いビーム１０６を形成し照射面１１１に照射する例を示す。
【００３９】
まず、パルス発振の２００Ｗのレーザ発振器１０１（例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザ）を用意する。周波数は３００Ｈｚ、パルス幅は２０ｎｓ程度であり、発振波長は３０８ｎｍである。なおレーザ発振器は、パルスの周波数を他のレーザ発振器のパルスの周期とを同期させる手段を有している。
【００４０】
レーザ発振器から射出したレーザビーム１は光学系１０２によりビームスポット形状が変換される。
ここで本装置の光学系１０２について説明する。レーザビーム１は図示しないシリンドリカルレンズアレイを含む光学系１０２やシリンドリカルレンズなどで構成されたホモジナイザを通過することによってレーザ光のエネルギー分布が照射面において均一化される。前記ホモジナイザの途中にはミラー１０３を挿入し、レーザビームの進行方向を変換する。
シリンドリカルレンズ１０４にレーザビーム１を透過させることによって、被処理物上に線状ビームを集束させることができる。
すなわち光学系１０２及びシリンドリカルレンズ１０４が第１のレーザビームを線状ビームに加工する一手段に相当する。なお、シリンドリカルレンズを複数設置したり、凸レンズや凹レンズと組み合わせても線状ビームに加工することができる。
上記の方法によって、光学系１０２に入射する直前のレーザ光のビームは３×２ｃｍ程度の長方形であるが、例えば長さ１００ｍｍ、幅４００μｍ程度の線状ビーム１（１０５）を照射面１１１に照射することができる。
【００４１】
次いで、パルス発振の６００Ｗのレーザ発振器１０６（例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ、基本波、周波数３００Ｈｚ、パルス幅０．２ｍｓｅｃ）を用意する。なおレーザ発振器は、パルスの周波数を他のレーザ発振器、特に第１のレーザ発振器のパルス周期とを同期させる手段を有している。
【００４２】
レーザ発振器１０６から射出したレーザビーム２は光学系１０７によりビームスポット形状が変換される。レーザビーム２は、シリンドリカルレンズアレイを含む光学系１０７やシリンドリカルレンズ１０９などで構成されたホモジナイザを通過することによってレーザ光のエネルギー分布が均一化される。レーザビームはホモジナイザの途中に挿入されたミラー１０８によって鉛直方向から角度φ１ずれた方向に進行方向が変換される。  シリンドリカルレンズ１０９は照射面１１１にレーザビームを線状に集束させることができる。  すなわち光学系１０７及びシリンドリカルレンズ１０９が第２のレーザビームを線状ビームに加工する一手段に相当する。なお、シリンドリカルレンズを複数設置したり、凸レンズや凹レンズと組み合わせても線状ビームに加工することができる。上記の方法によって、光学系１０７に入射する直前のレーザ光はφ１０ｍｍ程度のビームであるが、長さ１２０ｍｍ、幅８００μｍ程度の線状ビーム２（１１０）を照射面１１１に照射することができる。線状ビーム２は線状ビーム１に重ね合わせて照射する。これはミラー１０３及び１０８により制御すればよい。すなわち第１レーザ発振器から射出される第１のレーザビームが照射される範囲に重なるように前記第２レーザ発振器から射出される第２のレーザビームを照射させる一手段としてミラー１０３及び１０８に相当する。なお、レーザ発振器１０６から射出されるレーザビーム２の干渉性が強い場合には、ホモジナイザで分割されるレーザビームの各々に光路差をつける工夫が必要となる。
【００４３】
被照射物１１１としては、半導体膜を水平面と平行に設置する。半導体膜は例えば、ガラス基板の表面に成膜する。半導体膜が成膜された基板は、本実施形態においては厚さ０．７ｍｍのガラス基板であり、レーザ照射の際に基板が落ちないように、吸着ステージ１１２に固定されている。吸着ステージ１１２は、Ｘ軸用の一軸ロボット１１３とＹ軸用の一軸ロボット１１４により、半導体膜表面１１１に平行な面上をＸＹ方向に動作できる。すなわち被照射物と前記第１のレーザビーム及び前記第２のレーザビームとを相対的に移動させる一手段として吸着ステージ１１２Ｘ軸用の一軸ロボット１１３及びＹ軸用の一軸ロボット１１４が相当する。
【００４４】
一般に、ガラス基板は波長が１μｍ程度のＹＡＧなどの基本波や緑色のＹＡＧなどの第２高調波に対して透光性を有するが、本光学系が上記入射角の不等式を満たすためには、シリンドリカルレンズ１０９の位置を入射面と垂直な方向にずらして長いビームの短径を含む照射面１１１に垂直な面内において入射角を持たせ、不等式を満たすようにすればよい。この場合、長いビーム２においては３０°程度の傾きがあれば、干渉を抑制することができる。すなわち第２のレーザビームの入射角度φ２がφ２≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ２／２ｄ）を満たすように制御する一手段としてシリンドリカルレンズ１０９が相当する。なお、同様に第１のレーザビームの入射角度φ１がφ１≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ１／２ｄ）を満たすように制御する一手段としては、シリンドリカルレンズ１０４が相当する。
【００４５】
次に、レーザ発振器１０１とレーザ発振器１０６の発振の方法に関して説明する。発振のタイミングについては、図１で説明した通りである。まず、レーザ発振器１０１から射出されるレーザビームにより、半導体膜を溶融させ、この溶融状態が保たれているうちに、基本波のレーザ発振器１０６から射出されるレーザビームを照射する。レーザの照射は、半導体膜の溶融状態を持続させ、リッジの形成を防止できるようにパルス幅と出力を調整しながら行なう。この出力は、半導体膜の物性や、レーザビームの走査速度などに影響されるが、大体５０ｋＷ／ｃｍ２〜５００ＭＷ／ｃｍ２の範囲に入っていると適当なエネルギーを選べる可能性が高い。これを図１で表現すると、（ａ）のようになる。図１（ａ）において、本工程に最適なレーザ出力をＷ０とすると、レーザ発振器１０１の出力をＷ０以下とし、それを基本波のレーザ発振器１０６からの出力で補い、合計で出力がＷ０に相当するように設定すればよい。レーザ発振器１０６から射出されるパルスの時間幅を、レーザ発振器１０１から射出されるパルスの時間幅よりも長くすることによって、半導体膜の溶融状態を持続させることが可能となる。このようなパルスの繰り返しにより、リッジの形成を抑制しながら半導体膜の結晶化を行うことができる。
【００４６】
次に、半導体膜の作製方法の例を示す。前記半導体膜はガラス基板上に形成する。具体的には、厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に厚さ２００ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜し、その上に厚さ７０ｎｍの非晶質半導体膜（ａ−Ｓｉ膜）をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。さらに半導体膜のレーザに対する耐性を高めるために、５００℃１時間の熱アニールを該半導体膜に対して行なう。前記熱アニールの他に、金属元素による半導体膜の結晶化を行ってもよい。どちらの膜を使っても、最適なレーザビームの照射条件はほぼ同様である。
【００４７】
ついで、前記半導体膜（照射面１１１に相当）に対するレーザの照射の例を示す。Ｙ軸ロボット１１４を使って長いビーム１０５の短径方向に半導体膜が成膜された基板を走査させることにより、半導体膜全体をレーザアニールする。このときレーザ発振器の出力は、図１に示すパターンで変化させる。前記走査のとき、エキシマレーザが半導体膜に照射されて、半導体膜が溶融状態となってから、ＹＡＧレーザがその溶融領域に作用する。
【００４８】
図４に半導体膜全面をレーザアニールする照射方法を示す。識別を容易にするため図中の符号は図１と同じものを使った。半導体膜が成膜された基板を吸着ステージ１１２に固定し、レーザ発振器１０１及びレーザ発振器１０６を発振させる。まずＹ軸ロボット１１４により走査速度１ｃｍ／ｓにて、半導体膜表面を一筋走査する。前記１筋は図４中において、Ａ１の部分に相当する。図４中、Ｙ軸ロボットにて、往路Ａｍ（ｍは正の整数）の部分をレーザ照射した後、Ｘ軸ロボット１１３により、レーザアニールされた領域の幅分だけビームをその長径方向にスライドさせ、復路Ｂｍの部分をレーザ照射する。ただし、レーザアニールされ結晶化した領域の幅方向における両端には、どうしてもエネルギーの不足する領域が形成されるため、該領域を往路と復路で重ねると、最も半導体膜の利用効率が高く好ましい。また、該領域には高特性を要求される半導体素子を形成しないようにすることが肝要である。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面をレーザアニールすることができる。
【００４９】
以上のような方法によって、得られた半導体膜を用いて半導体装置を作製する。半導体装置の作製方法の例は、実施例にて示す。
【００５０】
［実施の形態２］
本実施形態では、基本波を出力するレーザを複数台使用して半導体膜にレーザ照射する例を図３に沿って示す。
【００５１】
まず図３（ａ）に示すように、パルス発振の２００Ｗのレーザ発振器２０１（例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザ、波長３０８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ）を用意する。前記レーザ発振器は、３００Ｈｚ発振し、１パルスあたり１Ｊの出力を出すことができる。ビームサイズは適当な光学系２０２ａ、２０２ｂにより長さ２００ｍｍ×０．５ｍｍに加工する。前記光学系の途中にはミラー２０３を挿入し、レーザビームの進行方向を鉛直方向に変換する。照射面でのエネルギー分布は均一とし、用いる光学系には、例えばシリンドリカルレンズアレイやシリンドリカルレンズを組み合わせたホモジナイザを使用する。その他、ライトパイプや、その他のインテグレイトレンズを用いてエネルギー分布を均一化してもよい。半導体膜をエキシマレーザにて結晶化させる場合、最適なエネルギー密度は、概ね２００〜１０００ｍＪ／ｃｍ２の範囲に入る。なお、エキシマレーザの場合は、コヒーレント長が非常に短いため、半導体膜に入射するビームの角度は全く気にする必要がない。
【００５２】
次に、６００Ｗのレーザ発振器２１０及び２１４（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、パルス発振、基本波、周波数３００Ｈｚ、パルス幅０．２ｍｓｅｃ）を用意する。両レーザ発振器から射出したレーザビームは光学系２１１および２１３によりビームスポット形状が変換される。用いる光学系には、例えばシリンドリカルレンズアレイやシリンドリカルレンズを組み合わせたホモジナイザを使用する。その他、ライトパイプや、その他のインテグレイトレンズを用いてエネルギー分布を均一化してもよい。なお、レーザ発振器２１０及び２１４から射出されるレーザビームの干渉性が強い場合には、ホモジナイザで分割されるレーザビームの各々に光路差をつける工夫が必要となる。光学系によって変換されたビームは、半導体膜上での干渉の発生を防ぐため、入射角度３５度以上で、半導体膜２０４に入射させると好ましい。本発明実施の形態においては、該入射角度を３５度とし、半導体膜上で、約１００×１ｍｍの楕円状のビーム２０６、２１２を形成する。ビーム２０６と２１２の両方で長いビーム２０５を覆うように配置する。前記配置は、例えば図３ｂ）に記載したようにし、長いビーム２０５の長径の方向の両側に、基本波によるビーム２０６、２１２を配置し、基本波によるビームそれぞれの長径を同一直線上に乗せるようにする。
【００５３】
光学系を上記説明のように配置した後、半導体膜２０４に対してレーザ照射を行なう。照射の方法は、実施形態１に示した通りであるが、本実施形態の場合は、エキシマレーザのエネルギー分布も、ＹＡＧレーザのエネルギー分布も、半導体膜の溶融領域においては比較的均一であることから、より半導体素子の特性を揃える必要のある半導体装置に本実施形態は特に有効となる。半導体膜２０４が成膜された基板は吸着ステージ２０７に設置する。Ｘ軸ロボット２０８およびＹ軸ロボット２０９を走査することによって、半導体膜全面をアニールすることが可能になる。
【００５４】
以上のような方法によって、得られた半導体膜を用いて半導体装置を作製する。半導体装置の作製方法の例は、実施例にて示す。
【００５５】
【実施例】
（実施例１）
本実施例では上記実施の形態で作製方法の例を示した半導体膜を使ってアクティブマトリクス基板を作製する方法の例について図５、図６を用いて説明する。
【００５６】
まず、本実施例ではコーニング社の＃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、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板７００を用いる。なお、基板７００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００５７】
次いで、基板７００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜７０１を形成する。本実施例では下地膜７０１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７０１の一層目としては、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珪素膜７０１ａを１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）形成する。本実施例では、膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜７０１ａ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。次いで、下地膜７０１のニ層目としては、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珪素膜７０１ｂ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の酸化窒化珪素膜７０１ｂ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を形成した。
【００５８】
次いで、下地膜上に半導体膜７０２を形成する。半導体膜７０２は、非晶質構造を有する半導体膜をスパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等により、２５〜８０ｎｍの厚さで形成する。半導体膜の材料に限定はないが、好ましくは珪素または珪素ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。続いて、レーザ結晶化法を行なって得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして、半導体層８０２〜８０６を形成する。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の結晶化処理（ＲＴＡやファーネスアニール炉等を利用した熱結晶化法、ニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行なってもよい。
【００５９】
レーザ結晶化法で結晶質半導体膜を作製するには、本発明の光学系を有するレーザ照射装置を用いる。レーザビームは光学系で線状（矩形状または楕円状）に集光し半導体膜に照射するとよい。なお、結晶化の条件は実施者が適宣選択する。
【００６０】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、６６ｎｍの非晶質珪素膜を成膜する。そして、本発明が示す、例えばパルス発振のＹＡＧレーザの基本波とエキシマレーザを用いたレーザ結晶化法により結晶質珪素膜を形成する。そして、この結晶質珪素膜をもとに、フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって、半導体層８０２〜８０６を形成する。
【００６１】
半導体層８０２〜８０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行なってもよい。
【００６２】
次いで、半導体層８０２〜８０６を覆うゲート絶縁膜８０７を形成する。ゲート絶縁膜８０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素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の厚さで酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。もちろん、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素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。
【００６３】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）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珪素膜は、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。
【００６４】
次いで、図５（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜８０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜８０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜８０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜８０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜８０９を積層形成した。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタした。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ６）を用いる熱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膜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。従って、本実施例では、高純度のＷ（純度９９．９９９９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、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た。
【００６５】
なお、本実施例では、第１の導電膜８０８をＴａＮ、第２の導電膜８０９をＷとしたが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした結晶質珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、第１の導電膜をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＡｌ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよい。
【００６６】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク８１０〜８１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行なう。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行なう。本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ４とＣｌ２とＯ２とを用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行った。ここでは、松下電器産業（株）製のＩＣＰを用いたドライエッチング装置（Ｍｏｄｅｌ  Ｅ６４５−□ＩＣＰ）を用いた。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【００６７】
この後、レジストからなるマスク８１０〜８１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ４とＣｌ２とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行った。基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ４とＣｌ２を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に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と良い。
【００６８】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層８１７〜８２２（第１の導電層８１７ａ〜８２２ａと第２の導電層８１７ｂ〜８２２ｂ）を形成する。８１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層８１７〜８２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【００６９】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を添加する。（図６（Ａ））ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行なえば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０１３〜５×１０１５／ｃｍ２とし、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとして行なう。本実施例ではドーズ量を１．５×１０１５／ｃｍ２とし、加速電圧を８０ｋｅＶとして行った。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。この場合、導電層８１７〜８２１がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第１の高濃度不純物領域７０６〜７１０が形成される。第１の高濃度不純物領域７０６〜７１０には１×１０２０〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００７０】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行なう。ここでは、エッチングガスにＣＦ４とＣｌ２とＯ２とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層８２８ｂ〜８３３ｂを形成する。一方、第１の導電層８１７ａ〜８２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層８２８〜８３３を形成する。
【００７１】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに、図６（Ｂ）に示すように、第２のドーピング処理を行なう。この場合、第１のドーピング処理よりもドーズ量を下げて、７０〜１２０ｋｅＶの高い加速電圧で、ｎ型を付与する不純物元素を導入する。本実施例ではドーズ量を１．５×１０１４／ｃｍ２とし、加速電圧を９０ｋｅＶとして行なった。第２のドーピング処理は第２の形状の導電層８２８〜８３３をマスクとして用い、第２の導電層８２８ｂ〜８３３ｂの下方における半導体層にも不純物元素が導入され、新たに第２の高濃度不純物領域８２３ａ〜８２７ａおよび低濃度不純物領域８２３ｂ〜８２７ｂが形成される。
【００７２】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク８３４ａおよび８３４ｂを形成して、図６（Ｃ）に示すように、第３のエッチング処理を行なう。エッチング用ガスにＳＦ６およびＣｌ２とを用い、ガス流量比を５０／１０（ｓｃｃｍ）とし、１．３Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成し、約３０秒のエッチング処理を行なう。基板側（資料ステージ）には１０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的には不の自己バイアス電圧を印加する。こうして、前記第３のエッチング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴおよび画素部のＴＦＴ（画素ＴＦＴ）のＴａＮ膜をエッチングして、第３の形状の導電層８３５〜８３８を形成する。
【００７３】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、第２の形状の導電層８２８、８３０および第２の形状の導電層８３５〜８３８をマスクとして用い、ゲート絶縁膜８１６を選択的に除去して絶縁層８３９〜８４４を形成する。（図７（Ａ））
【００７４】
次いで、新たにレジストからなるマスク８４５ａ〜８４５ｃを形成して第３のドーピング処理を行なう。この第３のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域８４６、８４７を形成する。第２の導電層８３５ａ、８３８ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域８４６、８４７はジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いたイオンドープ法で形成する。（図７（Ｂ））この第３のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク８４５ａ〜８４５ｃで覆われている。第１のドーピング処理及び第２のドーピング処理によって、不純物領域８４６、８４７にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を２×１０２０〜２×１０２１／ｃｍ３となるようにドーピング処理することにより、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。本実施例では、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層の一部が露呈しているため、不純物元素（ボロン）を添加しやすい利点を有している。
【００７５】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【００７６】
次いで、レジストからなるマスク８４５ａ〜８４５ｃを除去して第１の層間絶縁膜４１を形成する。この第１の層間絶縁膜８６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。もちろん、第１の層間絶縁膜８６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素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。
【００７７】
次いで、図７（Ｃ）に示すように、加熱処理を行なって、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行なう。この加熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行なう。熱アニール法としては、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５００〜５５０℃で行なえばよく、本実施例では５５０℃、４時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、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。レーザアニール法については発明実施の形態で示した方法を採用してもよいが、与えるエネルギー密度によっては、ゲートなどがアブレーションなどを起こす場合もあるため、条件には注意する必要がある。
【００７８】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に加熱処理を行なっても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行なうことが好ましい。
【００７９】
さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理を行ない、半導体層を水素化する工程を行なう。本実施例では水素を約３％の含む窒素雰囲気中で４１０℃、１時間の熱処理を行った。この工程は層間絶縁膜に含まれる水素により半導体層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こされた水素を用いる）を行なっても良い。
【００８０】
また、活性化処理として従来のレーザアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザやＹＡＧレーザ等のレーザビームを照射することが望ましい。
【００８１】
次いで、第１の層間絶縁膜８６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜８６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いた。
【００８２】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行なうことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【００８３】
また、第２の層間絶縁膜８６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、サンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【００８４】
そして、駆動回路９０６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線８６３〜８６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。
【００８５】
また、画素部９０７においては、画素電極８７０、ゲート配線８６９、接続電極８６８を形成する。（図８）この接続電極８６８によりソース配線（８４３ｂと８４９の積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線８６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極８７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域８４２と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層８５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極８７０としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性が優れた材料を用いることが望ましい。
【００８６】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ９０１とｐチャネル型ＴＦＴ９０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ９０３を有する駆動回路９０６と、画素ＴＦＴ９０４、保持容量５０５とを有する画素部９０７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【００８７】
駆動回路９０６のｎチャネル型ＴＦＴ９０１はチャネル形成領域８２３ｃ、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層８２８ａと重なる低濃度不純物領域８２３ｂ（ＧＯＬＤ領域）、とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域８２３ａを有している。このｎチャネル型ＴＦＴ９０１と電極８６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ９０２にはチャネル形成領域８４６ｄ、ゲート電極の外側に形成される不純物領域８４６ｂ、８４６ｃ、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域８４６ａを有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ９０３にはチャネル形成領域８２５ｃ、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層８３０ａと重なる低濃度不純物領域８２５ｂ（ＧＯＬＤ領域）、とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域８２５ａを有している。
【００８８】
画素部の画素ＴＦＴ９０４にはチャネル形成領域８２６ｃ、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域８２６ｂ（ＬＤＤ領域）とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域８２６ａを有している。また、保持容量９０５の一方の電極として機能する半導体層８４７ａ、８４７ｂには、それぞれｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量９０５は、絶縁膜８４４を誘電体として、電極（８３８ａと８３８ｂの積層）と、半導体層８４７ａ〜８４７ｃとで形成している。
【００８９】
また、本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【００９０】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図９に示す。なお、図５〜図８に対応する部分には同じ符号を用いている。図８中の鎖線Ａ−Ａ’は図９中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図８中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図９中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【００９１】
なお本実施例では、実施の形態１及び２のいずれかのレーザ照射装置を用いることができる。
【００９２】
（実施例２）
本実施例では、実施例１で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図１０を用いる。
【００９３】
まず、実施例１に従い、図８の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図８のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極８７０上に配向膜９６７を形成しラビング処理を行なう。なお、本実施例では配向膜９６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ９７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【００９４】
次いで、対向基板９６９を用意する。次いで、対向基板９６９上に着色層９１１０９７１、平坦化膜９７３を形成する。赤色の着色層９７０と青色の着色層９７２とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【００９５】
本実施例では、実施例１に示す基板を用いている。従って、実施例１の画素部の上面図を示す図９では、少なくともゲート配線８６９と画素電極８７０の間隙と、ゲート配線８６９と接続電極８６８の間隙と、接続電極８６８と画素電極８７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【００９６】
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【００９７】
次いで、平坦化膜９７３上に透明導電膜からなる対向電極９７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜９７４を形成し、ラビング処理を施した。
【００９８】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材９６８で貼り合わせる。シール材９６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料９７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料９７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１０に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、ＦＰＣを貼りつけた。
【００９９】
以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１００】
（実施例３）
本実施例では、本発明を用いて発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＩＣを実装した表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０１０１】
図１１は本実施例の発光装置の断面図である。図１１において、基板１１００上に設けられたスイッチングＴＦＴ１００３は図８のｎチャネル型ＴＦＴ１３０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ１３０３の説明を参照すれば良い。
【０１０２】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【０１０３】
基板１１００上に設けられた駆動回路は図８のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ１３０１とｐチャネル型ＴＦＴ１３０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１０４】
また、配線１１０１、１１０３はＣＭＯＳ回路のソース配線、１１０２はドレイン配線として機能する。また、配線１１０４はソース配線１１０８とスイッチングＴＦＴのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線１１０５はドレイン配線１１０９とスイッチングＴＦＴのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。
【０１０５】
なお、電流制御ＴＦＴ１００４は図８のｐチャネル型ＴＦＴ１３０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ１３０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１０６】
また、配線１１０６は電流制御ＴＦＴのソース配線（電流供給線に相当する）であり、１１０７は電流制御ＴＦＴの画素電極１１１０上に重ねることで画素電極１１１０と電気的に接続する電極である。
【０１０７】
なお、１１１０は、透明導電膜からなる画素電極（発光素子の陽極）である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極１１１０は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜１１１１上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜１１１１を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０１０８】
配線１１０１〜１１０７を形成後、図１１に示すようにバンク１１１２を形成する。バンク１１１２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【０１０９】
なお、バンク１１１２は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施例ではバンク１１１２の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は１×１０６〜１×１０１２Ωｍ（好ましくは１×１０８〜１×１０１０Ωｍ）となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。
【０１１０】
画素電極１１１０の上には発光層１１１３が形成される。なお、図１１では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ３）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ３にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【０１１１】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて発光層（発光及びそのためのキャリアの移動を行なわせるための層）を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、高分子系有機発光材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０１１２】
次に、発光層１１１３の上には導電膜からなる陰極１１１４が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、ＭｇＡｇ膜（マグネシウムと銀との合金膜）を用いても良い。陰極材料としては、周期表の１族もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【０１１３】
この陰極１１１４まで形成された時点で発光素子１１１５が完成する。なお、ここでいう発光素子１１１５は、画素電極（陽極）１１１０、発光層１１１３及び陰極１１１４で形成されたダイオードを指す。
【０１１４】
発光素子１１１５を完全に覆うようにしてパッシベーション膜１１１６を設けることは有効である。パッシベーション膜１１１６としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
【０１１５】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層１１１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層１１１３の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行なう間に発光層１１１３が酸化するといった問題を防止できる。
【０１１６】
さらに、パッシベーション膜１１１６上に封止材１１１７を設け、カバー材１１１８を貼り合わせる。封止材１１１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材１１１８はガラス基板や石英基板やプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）の両面に炭素膜（好ましくはダイヤモンドライクカーボン膜）を形成したものを用いる。
【０１１７】
こうして図１１に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク１１１２を形成した後、パッシベーション膜１１１６を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材１１１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【０１１８】
こうして、プラスチック基板を母体とする絶縁体１３０１上にｎチャネル型ＴＦＴ１００１、１００２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）１００３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）１００４が形成される。ここまでの製造工程で必要としたマスク数は、一般的なアクティブマトリクス型発光装置よりも少ない。
【０１１９】
即ち、ＴＦＴの製造工程が大幅に簡略化されており、歩留まりの向上および製造コストの低減が実現できる。
【０１２０】
さらに、図１１を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０１２１】
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。
【０１２２】
さらに、発光素子を保護するための封止（または封入）工程まで行った後の本実施例の発光装置について図１２を用いて説明する。なお、必要に応じて図１１で用いた符号を引用する。
【０１２３】
図１２（Ａ）は、発光素子の封止までを行った状態を示す上面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）をＣ−Ｃ’で切断した断面図である。点線で示された１２１５はソース側駆動回路、１２１６は画素部、１２１７はゲート側駆動回路である。また、１３０１はカバー材、１３０２は第１シール材、１３０３は第２シール材であり、第１シール材１３０２で囲まれた内側には封止材１３０７が設けられる。
【０１２４】
なお、１３０４はソース側駆動回路１２１５及びゲート側駆動回路１２１７に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１３０５からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【０１２５】
次に、断面構造について図１２（Ｂ）を用いて説明する。基板１１００の上方には画素部１２１６、ゲート側駆動回路１２１７が形成されており、画素部１２１６は電流制御ＴＦＴ１００４とそのドレインに電気的に接続された画素電極１１１０を含む複数の画素により形成される。また、ゲート側駆動回路１２１７はｎチャネル型ＴＦＴ１００１とｐチャネル型ＴＦＴ１００２とを組み合わせたＣＭＯＳ回路（図５参照）を用いて形成される。
【０１２６】
画素電極１１１０は発光素子の陽極として機能する。また、画素電極１１１０の両端にはバンク１１１２が形成され、画素電極１１１０上には発光層１１１３および発光素子の陰極１１１４が形成される。
【０１２７】
陰極１１１４は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線１３０４を経由してＦＰＣ１３０５に電気的に接続されている。さらに、画素部１２１６及びゲート側駆動回路１２１７に含まれる素子は全て陰極１１１４およびパッシベーション膜９６７で覆われている。
【０１２８】
また、第１シール材１３０２によりカバー材１３０１が貼り合わされている。なお、カバー材１３０１と発光素子との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、第１シール材１３０２の内側には封止材１３０７が充填されている。なお、第１シール材１３０２、封止材１３０７としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第１シール材１３０２はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さらに、封止材１３０７の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化防止効果をもつ物質を含有させても良い。
【０１２９】
発光素子を覆うようにして設けられた封止材１３０７はカバー材１３０１を接着するための接着剤としても機能する。また、本実施例ではカバー材１３０１を構成するプラスチック基板１３０１ａの材料としてＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリルを用いることができる。
【０１３０】
また、封止材１３０７を用いてカバー材１３０１を接着した後、封止材１３０７の側面（露呈面）を覆うように第２シール材１３０３を設ける。第２シール材１３０３は第１シール材１３０２と同じ材料を用いることができる。
【０１３１】
以上のような構造で発光素子を封止材１３０７に封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等の発光層の酸化による劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置が得られる。
【０１３２】
（実施例４）
本実施例では、本発明のＴＦＴ回路によるアクティブマトリクス型表示装置を組み込んだ半導体装置について図１３、図１４、図１５で説明する。
【０１３３】
このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図１３と図１４に示す。
【０１３４】
図１３（Ａ）は携帯電話であり、本体９００１、音声出力部９００２、音声入力部９００３、表示装置９００４、操作スイッチ９００５、アンテナ９００６から構成されている。本願発明は音声出力部９００２、音声入力部９００３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９００４に適用することができる。
【０１３５】
図１３（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。本願発明は音声入力部９１０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９１０２、受像部９１０６に適用することができる。
【０１３６】
図１３（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カメラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成されている。本願発明は受像部９２０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９２０５に適用することができる。
【０１３７】
図１３（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体９３０１、表示装置９３０２、アーム部９３０３で構成される。本願発明は表示装置９３０２に適用することができる。また、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。
【０１３８】
図１３（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０２、９５０３、記憶媒体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディスク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。表示装置９５０２、９５０３は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用することができる。
【０１３９】
図１４（Ａ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレイヤーであり、本体９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行なうことができる。
【０１４０】
図１４（Ｂ）はテレビであり本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３で構成される。
【０１４１】
図１４（Ｃ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。
【０１４２】
図１５（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、表示装置３６０１、スクリーン３６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１４３】
図１５（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１４４】
なお、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１５（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１４５】
また、図１５（Ｄ）は、図１５（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１５（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１４６】
また、本発明はその他にも、発光型表示素子に適用することも可能である。このように、本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１乃至３と自由に組み合わせることが可能である。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明は、照射面である半導体膜に、可視光以下である波長のパルス発振のレーザと同期させ、波長１μｍ程度のパルス発振の基本波を補助的に照射する。上記の方法により大面積を溶かされた半導体薄膜に基本波がよく吸収され、半導体膜の溶融時間をコントロールすることができる。また、半導体膜表面のリッジ形成を従来と比べて著しく低減することが可能となる。そのため、半導体膜上に形成される膜の被膜性は向上し、移動度に代表される電気的特性が非常に良好であるＴＦＴの形成が可能となる。また、高精細のアクティブマトリクス型の液晶表示装置や発光装置に代表される半導体装置を作製することが可能となる。そして、このような半導体装置の動作特性や信頼性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が特徴とするレーザ発振器のレーザ出力の時間変化を説明する図。
【図２】発明の実施の形態１を説明する図。
【図３】発明の実施の形態２を説明する図。
【図４】レーザビームを半導体膜全面に照射する方法の例を示す図。
【図５】ＴＦＴの作製工程を説明する図。
【図６】ＴＦＴの作製工程を説明する図。
【図７】ＴＦＴの作製工程を説明する図。
【図８】ＴＦＴの作製工程を説明する図。
【図９】ＴＦＴの画素部上面図。
【図１０】アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図１１】発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図
【図１２】発光装置の駆動回路及び画素部を示す図。
【図１３】半導体装置の例を示す図。
【図１４】半導体装置の例を示す図。
【図１５】半導体装置の例を示す図。
【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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