激光照射裝置、激光照射方法及晶質半導體膜的制作方法

專利名稱：激光照射裝置、激光照射方法及晶質半導體膜的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光照射裝置、激光照射方法以及晶質半導體膜的制作方法，尤其涉及使用包括電反射鏡(又稱檢流計鏡，GalvanometerMirror)和fθ透鏡的光學系統的激光照射裝置、激光照射方法以及晶質半導體膜的制作方法。
背景技術：
在激光照射裝置中，使用電反射鏡和fθ透鏡的光學系統被用作為從激光振蕩器發射出來的激光束掃描被照射物的方法之一。
通過振蕩電反射鏡改變入射到電反射鏡的激光束的入射角，而可以移動被反射的激光束所照射的位置，可以通過使用一個電反射鏡在單方向上進行掃描。如用電反射鏡執行X方向上的掃描，并用設置在載物臺上的自動機執行在Y方向上的移動，則可以對整個襯底執行激光照射。另外，即使設置兩張電反射鏡，分別執行X方向上和Y方向上的掃描，也可以對襯底上的任意場所進行激光照射(例如參考專利文件1)。
專利文件1日本專利公開2003-86507公報但是，在使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統，對形成在襯底上的被照射物照射激光時，即使在相同條件下執行激光照射，也還有因場所不同照射強度不同的問題。
例如，使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統給形成在玻璃襯底上的半導體膜照射激光從而實現晶化，其結果，結晶性的不均勻是可以看到的程度。導致半導體膜的結晶性出現不均勻結果的原因是沒能均勻地激光照射半導體膜。而用結晶性不同的半導體膜形成半導體元件會造成該半導體元件特性的不同，所以會在襯底內出現半導體元件特性不均勻的情況。

發明內容
鑒于以上問題，本發明的目的是提供一種即使使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統，也能夠給被照射物均勻分配激光能源的激光照射裝置、激光照射方法以及晶質半導體膜的制作方法。
本發明的結構之一的特征是，一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；至少一個反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束偏向一個方向的；以及在預定的平面上使被所述反射鏡偏向的激光束成像的透鏡，其中，如設定安裝被照射物的載物臺和所述透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則從所述激光振蕩器發射出來的激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；至少一個反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束偏向一個方向的；以及在預定的平面上使被所述反射鏡偏向的激光束成像的透鏡，其中，如設定安裝被照射物的載物臺和所述透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則從所述激光振蕩器發射出來的激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；至少一個電反射鏡；以及fθ透鏡，其中，如設定安裝被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則從所述激光振蕩器發射出來的激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；至少一個電反射鏡；以及fθ透鏡，其中，如設定安裝被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則從所述激光振蕩器發射出來的激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；
第一反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在所述被照射物上按第一方向掃描；第二反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在所述被照射物上按垂直于所述第一方向的第二方向掃描；以及使所述激光束在所述被照射物上成像的fθ透鏡，其中，如設定安裝所述被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；第一反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在被照射物上按第一方向掃描；第二反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在所述被照射物上按垂直于所述第一方向的第二方向掃描；以及使所述激光束在所述被照射物上成像的fθ透鏡，其中，如設定安裝所述被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在所述被照射物上按第一方向掃描的反射鏡；安裝所述被照射物并按垂直于所述第一方向的第二方向移動的載物臺；以及使所述激光束在所述被照射物上成像的fθ透鏡，其中，如設定安裝所述被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在被照射物上按第一方向掃描的反射鏡；
安裝所述被照射物并按垂直于所述第一方向的第二方向移動的載物臺；以及使所述激光束在所述被照射物上成像的fθ透鏡，其中，如設定安裝所述被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射方法，其中對形成在折射率為n且厚度為d的襯底上的半導體膜通過使用至少一個電反射鏡和一個fθ透鏡的光學系統照射激光束，該激光束當將真空中的光速定義為c時，脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射方法，其中對形成在折射率為n且厚度為d的襯底上的半導體膜通過使用至少一個電反射鏡和一個fθ透鏡的光學系統照射激光束，該激光束當將真空中的光速定義為c時，脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射方法，包括以下步驟對形成在襯底上的半導體膜照射激光束，并且該激光束通過至少一個電反射鏡和一個fθ透鏡在所述半導體膜上掃描，其中，入射到所述半導體膜的激光束和被所述襯底的背面反射的激光束在相當于所述激光束脈寬的10％或更少的時間，同時照射所述半導體膜的某一點。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射方法，包括以下步驟對在折射率為n且厚度為d的襯底上形成的半導體膜照射激光束，并且該激光束的脈寬t當將真空中的光速定義為c時，滿足不等式ct＜2nd，其中，所述激光束根據第一電反射鏡按第一方向掃描所述半導體膜，并且所述激光束根據第二電反射鏡按垂直于第一方向的第二方向掃描所述半導體膜，而且，所述激光束通過fθ透鏡在所述半導體膜上成像。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射方法，包括以下步驟對在折射率為n且厚度為d的襯底上形成的半導體膜照射激光束，并且該激光束的脈寬t當將真空中的光速定義為c時，滿足不等式ct＜4nd，其中，所述激光束根據第一電反射鏡按第一方向掃描所述半導體膜，并且所述激光束根據第二電反射鏡按垂直于第一方向的第二方向掃描所述半導體膜，而且，所述激光束通過fθ透鏡在所述半導體膜上成像。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射方法，包括以下步驟對在襯底上形成的半導體膜照射激光束，并且，入射到所述半導體膜的激光束和被所述襯底的背面反射的激光束在相當于所述激光束脈寬的10％或更少的時間，同時照射所述半導體膜的某一點，其中，所述激光束根據第一電反射鏡按第一方向掃描所述半導體膜，并且所述激光束根據第二電反射鏡按垂直于第一方向的第二方向掃描所述半導體膜，而且，所述激光束通過fθ透鏡在所述半導體膜成像。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射方法，包括以下步驟對在折射率為n且厚度為d的襯底上形成的半導體膜照射激光束，并且該激光束的脈寬t當將真空中的光速定義為c時，滿足不等式ct＜2nd，其中根據電反射鏡在所述半導體膜的第一方向上掃描所述激光束，并且通過在垂直于第一方向的第二方向上移動安裝有所述襯底的載物臺從而掃描所述激光束，而且所述激光束通過fθ透鏡在所述半導體膜上成像。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射方法，包括以下步驟對在折射率為n且厚度為d的襯底上形成的半導體膜照射激光束，并且該激光束的脈寬t當將真空中的光速定義為c時，滿足不等式ct＜4nd，其中根據電反射鏡在所述半導體膜的第一方向上掃描所述激光束，并且通過在垂直于第一方向的第二方向上移動安裝有所述襯底的載物臺從而掃描所述激光束，而且所述激光束通過fθ透鏡在所述半導體膜上成像。
本發明的其他結構的特征是，一種激光照射方法，包括以下步驟對在襯底上形成的半導體膜照射激光束，并且入射到所述半導體膜的激光束和被所述襯底的背面反射的激光束在相當于所述激光束脈寬的10％或更少的時間，同時照射所述半導體膜的某一點，其中，根據電反射鏡在所述半導體膜的第一方向上掃描所述激光束，并且通過在垂直于第一方向的第二方向上移動安裝有所述襯底的載物臺從而掃描所述激光束，而且，所述激光束通過fθ透鏡在所述半導體膜上成像。
本發明的其他結構的特征是，一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜；
使用至少包括一個電反射鏡和一個fθ透鏡的光學系統對所述非晶半導體膜照射激光束，其中當將真空中的光速定義為c時，所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
本發明的其他結構的特征是，一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜；使用至少包括一個電反射鏡和一個fθ透鏡的光學系統對所述非晶半導體膜照射激光束，其中當將真空中的光速定義為c時，所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
本發明的其他結構的特征是，一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在襯底上形成非晶半導體膜，對該非晶半導體膜照射激光束，并且該激光束通過至少一個電反射鏡和一個fθ透鏡在所述非晶半導體膜上掃描，其中，入射到所述非晶半導體膜的激光束和被所述襯底的背面反射的激光束在相當于所述激光束的脈寬的10％或更少的時間，同時照射所述非晶半導體膜的某一點。
本發明的其他結構的特征是，一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜；對該非晶半導體膜照射激光束，并且當將真空中的光速定義為c時，該激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd，其中，所述激光束根據第一電反射鏡按第一方向掃描所述非晶半導體膜，并且，所述激光束根據第二電反射鏡按垂直于第一方向的第二方向掃描所述非晶半導體膜，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
本發明的其他結構的特征是，一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜；對該非晶半導體膜照射激光束，并且當將真空中的光速定義為c時，該激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd，
其中，所述激光束根據第一電反射鏡按第一方向掃描所述非晶半導體膜，并且，所述激光束根據第二電反射鏡按垂直于第一方向的第二方向掃描所述非晶半導體膜，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
本發明的其他結構的特征是，一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在襯底上形成非晶半導體膜；對該非晶半導體膜照射激光束，并使入射到所述非晶半導體膜的激光束和被所述襯底的背面反射的激光束在相當于所述激光束脈寬的10％或更少的時間，同時照射所述非晶半導體膜的某一點，其中，所述激光束根據第一電反射鏡按第一方向掃描所述非晶半導體膜，并且，所述激光束根據第二電反射鏡按垂直于第一方向的第二方向掃描所述非晶半導體膜，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜成像。
本發明的其他結構的特征是，一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜，對該非晶半導體膜照射激光束，并且當將真空中的光速定義為c時，該激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd，其中，根據電反射鏡在所述非晶半導體膜的第一方向上掃描所述激光束，并且，通過在垂直于第一方向的第二方向上移動安裝有所述襯底的載物臺從而掃描所述激光束，并且，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
本發明的其他結構的特征是，一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜，對該非晶半導體膜照射激光束，并且當將真空中的光速定義為c時，該激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd，其中，根據電反射鏡在所述非晶半導體膜的第一方向上掃描所述激光束，并且，通過在垂直于第一方向的第二方向上移動安裝有所述襯底的載物臺從而掃描所述激光束，并且，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
本發明的其他結構的特征是，一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在襯底上形成非晶半導體膜；以及對該非晶半導體膜照射激光束，并使入射到所述非晶半導體膜的激光束和被所述襯底的背面反射的激光束在相當于所述激光束脈寬的10％或更少的時間，同時照射所述非晶半導體膜的某一點，其中，根據電反射鏡在所述非晶半導體膜的第一方向上掃描所述激光束，并且，通過在所述非晶半導體膜的垂直于第一方向的第二方向上移動安裝有所述襯底的載物臺從而掃描所述激光束，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
值得注意的是，本發明的晶質半導體膜的制作方法可以被應用于集成電路或半導體顯示器件的制作方法。半導體顯示器件包括例如液晶顯示器件、在各個像素內配置以有機發光元件為典型的發光元件的發光顯示器件、DMD(數碼微鏡器件，Digital Micromirror Device)、PDP(等離子體顯示器，Plasma Display Panel)、FED(場致發射顯示器，FieldEmission Display)等。
使用本發明的激光照射裝置、激光照射方法，即使使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統，也可以使照射到被照射物的激光照射強度均勻。注意，在本發明的激光照射裝置或激光照射方法中，從激光振蕩器發射出的激光束可以垂直入射到被照射物，也可以斜著入射到被照射物。據此，可以對被照射物執行均勻的晶化或退火，從而可以減少用被照射物制作的元件的特性不均勻。
通過使用具有專有面積小、處理能力高的特征的電反射鏡和fθ透鏡，可以如以上所描述的那樣，在執行均勻的激光照射的同時，減少設備費用，并提高生產效率。


在附圖中，
圖1是表示本發明使用的激光照射裝置的圖；圖2是表示激光束的掃描路徑的圖；圖3是表示本發明使用的激光照射裝置的圖；圖4是表示選擇照射的圖。
圖5A至圖5D是表示使用本發明制作半導體器件時的工藝圖1；圖6A和圖6B是表示使用本發明制作半導體器件時的工藝圖2；圖7A至圖7C表示發光顯示器件的例子；圖8A至圖8F表示應用了本發明的電子器件；圖9A至圖9C表示應用了本發明的電子器件。
本發明的選擇圖是圖1具體實施模式下面給出本發明的實施模式以及實施例的說明。值得注意的是，本發明可以以多種不同形式被執行，只要是本領域的人員就很容易明白本發明的形式、以及詳情等可以被更改或修改。所以，對本發明的解釋不受本發明的實施模式和實施例所記載內容的限制。
在本實施模式中，當給設置或形成在襯底上的被照射物照射激光束時，根據電反射鏡和fθ透鏡的光學系統來進行激光掃描的激光照射裝置使用具有脈寬為psec(10-12sec)左右或低于此的極短脈沖的激光束。
使用具有該結構的激光照射裝置，可以使照射到被照射物的激光照射強度均勻。通過使用具有專有面積小、處理能力高的特征的電反射鏡和fθ透鏡，可以如以上所描述的那樣，不但可以執行均勻的激光照射，而且可以同時實現節省空間和提高生產效率。
根據上述結構可以解決本發明所要解決的問題，其理由如下。
本發明的發明者們認為當使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統照射激光時出現的激光照射不均勻是因為直接照射的激光束(原始射束)和被襯底背面反射的再次侵入到被照射物的激光束(次級射束)的干涉而引起的。并且該干涉反映了襯底的歪斜或凸凹。
激光退火是被照射物吸收具有某種波長的電磁波的激光束并在吸收的部分產生熱，根據該熱而被執行的。但是，當物質吸收具有某種波長的電磁波時，依據該物質而具有固定的吸收系數，當對沒有足夠厚度的被照射物照射吸收系數較小的波長的激光時，被照射物吸收不了的激光有可能穿透被照射物。
例如當對形成在玻璃襯底上的非晶硅膜照射波長為532nm的Nd∶YAG激光的二次諧波時，如果非晶硅膜的膜厚是200nm或更多則可以將照射的激光幾乎都吸收掉，照射的激光不穿透。但是如果其厚度少于200nm，則該非晶硅膜吸收不了的激光束就會穿透硅膜。而透過的激光束的一部分被玻璃襯底表面反射，或者一部分被玻璃襯底的底面反射，這些反射的激光再次照射硅膜。如果玻璃襯底上有微小的彎斜或凸凹，則被該部分反射的次級射束的角度會被改變。角度被改變的次級射束根據其角度使從玻璃襯底底面到玻璃表面的光路長產生變化，當該次級射束和直接照射的原始射束發生干涉時，會出現總是互相減弱的地方和總是互相增強的地方。換言之，在硅膜上形成駐波，該分布被紀錄在硅膜上。
目前被用于平面顯示器等的薄膜半導體器件的襯底所使用的玻璃襯底的厚度在1000μm前后，常用的是厚700μm左右的襯底。700μm的厚度是波長(在此為532nm)的1000倍以上的厚度，而以襯底厚度的1000分之一的精度控制襯底整體的板厚是相當困難的，不難想象襯底中存在著上述微小的歪斜或凸凹。
針對于此，為了減少導致干涉的被襯底背面反射的次級射束和入射的原始射束在被照射物中同時存在的時間，或不使其同時存在，本發明使用脈沖寬為psec(10-12sec)左右，或是低于此的極短脈沖，其結果是降低在被照射面的相對于激光照射時間的出現干涉的時間比例，或者使該時間比例為0，從而減弱干涉的影響，或者完全消除干涉。
下文中將以能夠應用本發明的一個模式為例簡單說明本發明的原理。由于激光束是電磁波，其速度被認為和光速相同(大約30萬km/s)。當將脈寬設定為本發明的10psec時，從1個脈沖的激光發射開始到終結期間(10psec)，射束大約前進3mm。也就是說，可以視一個脈沖為3mm的移動距離。
如將脈寬為10psec，一個脈沖為3mm的激光照射在形成于厚700μm左右的襯底上的被照射物上，則直接照射的原始射束和被襯底背面反射的次級射束出現干涉的時間為照射時間的50％左右。如果使脈寬下降到5psec左右，則有可能使干涉完全不出現。據此，可以抑制因為透過被照射物的激光束的反射而引起的干涉，因此，可以執行均勻的激光照射。即使使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統來掃描激光束，也可以使被照射物面內的激光照射強度均勻。使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統的激光照射裝置由于具有專有面積小、處理量大的特征，所以可以在節省空間的同時，提高產品的生產效率。
另一方面，用于常規的激光退火的脈沖激光的脈寬為幾十nsec至幾百nsec左右。所以，一個脈沖的激光發射期間中激光束前進3至100m。在這種情況下，可以換句話說，一個脈沖射出3-100m的激光束。
假設將相當于脈寬為10nsec、一個脈沖為3m的用于常規的脈寬的激光照射在形成于和上述條件相同的厚700μm左右的襯底上的被照射物上，這種情況下，得出在實質照射時間的99.5％的期間內在被照射物中發生著干涉的結果。換言之，如將脈寬從10nsec轉換為10psec，則可以得出能夠將因干涉影響導致的照射不均勻減少至大約一半的結果，如果轉換為5psec，則可以得出在計算上能夠消除起因于這種結構的干涉的結果。
上述是大概念上的結論，在下文中將進行更詳細的說明。光在某種媒質中前進時，該媒質的折射率影響光的前進速度。例如，在折射率n＝1的空氣中前進的光如果入射到折射率n＝1.5的玻璃中，則其速度是在空氣中的1/1.5。考慮到這個因素，在使用厚度為d，折射率為n的襯底時，不因被襯底背面反射的次級射束導致干涉的脈寬t滿足以下的公式。注意，公式中c表示真空中的光速。另外，設定焦點位置總是在被照射物的表面，并且襯底的厚度d大致相當于焦點位置和安裝被照射物的載物臺之間的距離。
公式1ct＜2nd根據該公式，可以知道，當用厚度d＝0.7mm的玻璃襯底(折射率n＝1.5)晶化非晶硅膜時，完全不發生干涉的脈寬t是約7psec或更短。注意，以上是在假設真空中的光速c＝30萬km/sec的情況下算出的結果。
如使用滿足上述公式1的脈寬的激光束來執行激光照射，則即使使用電反射鏡激光掃描被照射物，也可以防止因襯底的反射而引起的干涉，從而可以使被照射物面內的照射能源均勻。使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統的激光照射裝置由于具有專有面積小、處理能力高的特征，所以可以在節省空間的同時，提高產品的生產效率。
另外，在通過激光照射以晶化非晶半導體膜的情形中，如果激光束的能源搖擺很大，則不能進行均勻的晶化，從而使以多晶半導體膜作為激活層的TFT的特性，例如導通電流、遷移度等產生不均勻。注意，即使沒有出現干涉的狀態，激光束也有±1％的能源搖擺，所以可以認為當形成用于半導體顯示器件的像素部分的TFT時，通過抑制干涉使該能源搖擺在小于±1％左右的范圍，能夠防止在像素部分看到起因于干涉的亮度不均勻。
另一方面，當對形成在玻璃襯底上的非晶半導體膜照射二次諧波的激光束時，該激光束的大約一半在該非晶半導體膜的表面被反射，剩下的一半進入到非晶半導體膜內。被用于半導體顯示器件所包括的TFT的激活層的半導體膜因為其厚度是大約幾十nm左右，如果考慮非晶半導體的吸收系數，則可以認為進入到非晶半導體膜內的激光束中的大約一半被非晶半導體膜吸收，剩下的一半進入到玻璃襯底。而且，進入到玻璃襯底的光在襯底背面有大約4％被反射而重新進入到非晶半導體膜內。因此，相對于從激光振蕩器入射到非晶半導體膜的光，在玻璃襯底背面反射而入射到非晶半導體膜的光的比例大約是2％，如果該兩個激光束發生干涉，則產生±2％的能源搖擺。
所以，為了抑制干涉以使該能源搖擺在小于±1％左右的范圍，就要將干涉時間縮短在少于脈寬t的一半的范圍。理想的是，該兩個激光束同時照射非晶半導體膜的某一點的時間不多于激光束的脈寬的10％。當縮短到少于脈寬t的一半時，根據公式1，可以得知激光束的脈寬t滿足以下表示的公式2。
公式2ct＜4nd激光束的恰當的脈寬根據條件而變化。當要將干涉時間減少到脈寬的X％或更少時，脈寬只要滿足以下的公式3就可以。
公式3ct(100-X)/100＜2nd實施例1本實施例將參考圖1說明本發明的實施例。
101表示脈沖振蕩的激光振蕩器，是能夠振蕩微微秒水平或之下脈寬的激光的激光振蕩器。只要能夠振蕩出10psec或更短的極短脈沖激光束，任何激光器都能夠被用于本發明的激光振蕩器。例如，可以使用受激準分子激光器、Ar激光器、Kr激光器、CO2激光器、YAG激光器、Y2O3激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、GdVo4激光器、陶瓷激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、紫翠玉激光器、Ti藍寶石激光器、銅蒸氣激光器、或金蒸氣激光器等等。
本實施例使用2W的YVO4激光器。激光振蕩器內藏有非線形光學元件，發射出對非晶硅膜的吸收率高的該激光的二次諧波的532nm波長的激光。理想的是使用安定形共振器作為激光振蕩器101，并使用TEM00振蕩模式。TEM00模式的激光具有高斯強度分布，有優越的集光性，所以容易加工光束點。值得注意的是，激光器的種類以及波長也可以不是YVO4激光器的二次諧波，可以根據被照射物107來選擇。在本實施例中設定振蕩頻率為80MHz，脈寬設定為10psec。
另外，本發明的激光照射裝置可以將非線形光學元件設置在激光振蕩器101所具有的共振器內，也可以在基波的激光共振器之外設置具備其他非線形光學元件的共振器。前者具有裝置小型化以及不需要精密控制共振器的長度的優點，而后者具有能夠忽略基波與高次諧波得相互作用的優點。
在非線形光學元件中，通過使用非線形光學常數比較大的KTP(KTiOPO4)、BBO(β-BaB2O4)、LBO(LiB3O5)、CLBO(CsLiB6O10)、GdYCOB(YCa4O(BO3)3)、KDP(KD2PO4)、KB5、LiNbO3、Ba2NaNb5O15等的結晶，特別是通過使用LBO或BBO、KDP、KTP、KB5、CLBO等，就能夠提高從基波到高次諧波的變換效率。
從激光器振蕩器101振蕩出來的激光束，借助光學系統102被整形為線形狀，被照射物上的光束點被整形為在長軸方向是70μm，在短軸方向是10μm的線形。另外，本發明以及說明書中的“線狀”并不是嚴格意義上的“線”，而是長寬比大的長方形(或長橢圓形)的意思。例如，雖然將長寬比是2以上(最好是10～10000)的稱為線狀。
電反射鏡104在圖1中以X1和X2方向(光束點的短軸方向)旋轉從而掃描激光束，電反射鏡103在圖1中以Y方向(光束點的長軸方向)旋轉從而掃描激光束，fθ透鏡105的作用是使被上述電反射鏡103和104偏向的激光束的焦點總是歸結在被照射物的非晶硅膜107上。
本實施例使用在厚度為0.7mm，折射率為1.52的日本旭硝子株式會社(Asahi Glass Co.，Ltd.)生產的AN100玻璃襯底上通過CVD裝置形成的厚66nm的膜作為非晶硅膜107。當使用非晶硅膜107作為被照射物時，優選在照射激光束之前，對該非晶硅膜107執行熱退火。具體來說，可以執行例如氮氣氛中的500℃溫度下、1小時左右的熱退火。通過該熱退火工藝，可以使半導體膜中的氫降低為1×1020atcms/cm3或更少。如果半導體膜中的氫濃度很高，則當照射強激光時，氫元素一下子被釋放出來，這樣就有可能破壞膜。
光束點通過驅動電反射鏡104而在圖1的X1方向上掃描。光束點在被照射物上的移動速度為幾十mm/sec～幾千mm/sec比較合適，這里取100mm/sec。通過驅動電反射鏡104，在將光束點掃描到被照射物上的激光照射區域的邊緣時，將電反射鏡103驅動少許以使光束點在Y方向上移動少許。然后重新驅動電反射鏡104以在X2方向上(X2的相反方向)移動光束點來對被照射物執行激光照射。通過反復重復上述操作可以對整個被照射物的激光照射區域進行均勻的激光照射。
像這樣，使用本發明的結構進行激光照射，即使使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統，也可以減少在襯底背面反射的次級射束和直接照射的原始射束之間的干涉影響，從而可以對整個被照射物的激光照射區域進行均勻的激光照射。另外，通過使用具有專有面積小、處理量大的特征的電反射鏡和fθ透鏡，不但可以執行上述均勻的照射，而且可以同時實現節省空間和提高生產效率。
注意在用激光晶化半導體膜的晶化工藝中，將光束點加工成在單方向上為長惰圓形或矩形，在該光束點的短軸方向掃描晶化半導體膜，可以提高生產量。加工后的激光變成惰圓形，這是因為激光的原來形狀是圓形或近于圓形。激光的原來形狀如果是長方形，用柱面透鏡在單方向上擴大該長方形，使長軸變得更長，如此加工后再使用。另外，分別加工多個激光使其在單方向上成為長惰圓形或矩形，然后連接多個激光，在單方向上制作更長的激光，從而進一步提高生產量。
另外，還可以實施使用了金屬催化劑的結晶化。即使是對于實施了熱退火處理的半導體膜，或者對于使用金屬催化劑而結晶化的半導體膜，最合適的激光照射條件都是大致相同的。
下面用圖2說明光束點110在非晶硅膜107的表面上的掃描路徑。當在作為被照射物的非晶硅膜107整個面上照射激光時，在使用電反射鏡104來進行向一個方向的掃描后，使用電反射鏡103來使光束點110在相對于根據電反射鏡104的掃描方向成垂直的方向上滑動。
例如，通過電反射鏡104來在一個方向上對半導體膜掃描光束點110。在圖2中，用A1來表示該掃描路徑。接著，使用電反射鏡103來使光束點110在相對于掃描路徑A1成垂直的方向上滑動。該滑動的掃描路徑用B1表示。接下來，面向與掃描路徑A1相反的方向通過電反射鏡104來在一個方向上掃描光束點110。該掃描路徑用A2表示。接著，用電反射鏡103來使光束點110在相對于掃描路徑A2成垂直的方向上滑動。該滑動的掃描路徑用B2表示。這樣，通過按順序反復進行通過電反射鏡104的掃描和通過電反射鏡103的掃描，就能夠對非晶硅膜107的整個面照射激光。
本實施例通過使用10psec或更少的極短脈沖的激光束，可以抑制在玻璃襯底背面被反射的次級射束的干涉，并可以執行均勻強度的激光照射。此外，即使使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統來進行激光束的掃描，也可以使被照射物面內的激光照射強度均勻。而且，使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統的激光照射裝置因為具有專有面積小且處理量大的特征，所以可以在節省空間的同時提高生產效率。
注意，相對于脈寬的襯底厚度不限于本實施例所記載的數值，只要由從襯底背面反射來的次級射束和直接照射的原始射束引起的干涉的時間存在有意差就可以。該差的程度取決于制作的元件的不均勻程度能夠被允許到什么程度，是由使用者適當決定的事項。
實施例2本實施例將參考圖3說明一種激光照射裝置的例子，該激光照射裝置包括和一個以微微秒水平或之下的脈寬進行激光振蕩的激光振蕩器201；一個在一個方向上驅動的電反射鏡204；fθ透鏡205；載物臺208以及在一個方向上移動的移動用自動機209。
從激光振蕩器201輸出的激光束經非線形光學元件202被轉換為二次諧波，并經光學系統203被整形為任意的形狀。在本實施例中，光學系統203的結構是使照射面的光束點的形狀形成為線狀的結構。之后，使用電反射鏡204和fθ透鏡205對形成在玻璃襯底206上的半導體膜207進行線狀激光束(X1方向)的掃描。注意，在使用線狀射束的情形中，如使光束點的短軸方向和X1和X2方向一致，則可以高效率地執行激光照射。
驅動電反射鏡204以掃描光束點直到半導體膜207的激光照射區域的X1方向的邊沿，使用用于移動的自動機209以垂直于根據電反射鏡204的掃描方向移動載物臺208，也就是向圖3中的Y方向移動載物臺208上的襯底206。然后，使用電反射鏡204在X2方向上掃描光束點，以照射激光。通過反復重復該掃描，可以對整個半導體膜207的激光照射區域進行激光照射。
注意，因為其他結構要素和實施例1相同，所以在此省略相關說明。
本實施例通過使用微微秒水平或之下的極短脈沖的激光束，即使當激光束垂直入射到被照射物時也可以抑制由在玻璃襯底背面被反射的次級射束引起的干涉，所以可以在被照射面內執行均勻強度的激光照射。此外，即使使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統來進行激光束的掃描，也可以使被照射物面內的激光照射強度均勻。而且，使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統的激光照射裝置因為具有專有面積小且處理量大的特征，所以可以在節省空間的同時提高生產效率。
實施例3本實施例將參考圖4就本發明的其他實施模式進行說明。在本實施例中，將介紹僅僅對形成在襯底上的非晶半導體膜中的形成TFT的位置進行激光晶化的例子。
激光振蕩器401是能夠振蕩微微秒水平或之下的極短脈沖的激光束的激光振蕩器。從該振蕩器振蕩出10psec的脈寬、532nm的波長、8W的輸出能源、80MHz的重復頻率、以及0.6mm的射束直徑的激光束。被振蕩的激光束根據光學系統402被整形為任意的形狀。本實施例使用僅僅在單軸方向上作用的柱狀透鏡對形成在照射面的襯底407上的半導體膜408上的射束形狀整形從而使該射束形狀成為在長軸方向上為300μm、在短軸方向上為10μm的線形形狀。
從光學系統402射出的激光束入射到閘門403。閘門403可以使用kHz數級以上且能夠開關的聲光元件(A/O元件)或電光元件(E/O元件)。在本實施例中使用A/O元件。
穿過閘門403的激光束根據電反射鏡404、405，其前進方向被改向X1、X2或Y方向。借助fθ透鏡406使激光束的焦點歸結在玻璃襯底407上的半導體膜408上。在此，半導體膜408是非晶硅膜，是在厚度為0.7mm、折射率為1.52的日本旭硝子株式會社生產的AN100玻璃襯底407上通過等離子CVD裝置而形成的厚66nm的膜。注意，根據上述方法形成的非晶硅膜包含大量氫，該氫元素如被激光束急劇加熱則會一下子被釋放出來，這樣就有可能破壞膜，因此，執行在氮氣氛中500℃、1小時的熱退火。
驅動電反射鏡404、405在短軸方向(X1或X2方向)以400mm/s的速度移動激光光束點，從而執行激光照射。此時，使閘門403連動于上述電反射鏡404、405以進行控制從而使激光束僅僅照射制作TFT的位置409。通過同時控制閘門403和電反射鏡404、405，可以僅僅對制作TFT的位置409進行激光退火。
使用電反射鏡的情況相比于移動載物臺以進行激光照射的情況，在加速、減速上幾乎不花費時間。而且，如果同時將使用聲光效果的A/O元件或使用電光效果的E/O元件作為激光束的閘門組合到電反射鏡，則可以容易地僅僅瞄準制作TFT的地方來進行激光照射。據此，可以進一步縮短工藝時間。
另外，因為照射10psec或更短的極短脈寬的激光束，所以可以抑制由在玻璃襯底背面被反射的次級射束引起的干涉，從而能使被照射面內的照射能源強度均勻，結果是可以執行均勻的結晶化。此外，即使使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統來進行激光束的掃描，也可以使被照射物面內的激光照射強度均勻。而且，使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統的激光照射裝置因為具有專有面積小且處理量大的特征，所以可以在節省空間的同時提高生產效率。
實施例4如果使用連續振蕩的激光照射裝置給半導體膜照射激光，則可以在光束點的掃描方向上獲取連續長大的結晶粒。而在掃描方向上長大的晶粒所形成的區域在結晶性上相當優越。因此，如將該區域用于TFT的溝道形成區域，則可以期待具有極高的遷移率以及導通電流的TFT。但是，如果使用連續振蕩的激光器，則有非線形光學元件的壽命短，光束點的面積小，以及對襯底的熱影響大等劣勢。
本發明通過使用脈寬極短的激光器，可以使振蕩頻率相當高。因此，可以在半導體膜被激光束熔化到固化期間照射下一個脈沖的激光束。據此，和使用連續振蕩的激光照射裝置晶化半導體膜時同樣，在光束點的掃描方向上獲取連續長大的晶粒。
在根據本發明的晶化工藝中，振蕩頻率雖然很高，但因不是連續振蕩而是脈沖振蕩，所以跟連續振蕩的激光器相比，具有非線形光學元件的壽命長，光束點的面積大，以及對襯底的熱影響小等特征，并且能夠獲取在掃描方向上連續長大的結晶性優越的晶粒。
如果連續振蕩的激光束垂直入射到被照射物，則在襯底背面被反射的次級射束總會導致干涉，從而引起激光的照射不均勻，然而如應用本發明的結構，則可以抑制這樣的由在襯底背面被反射的次級射束導致的干涉，并且，可以獲取在激光束的掃描方向上連續長大的在結晶性上特別優越的晶粒。
能夠獲取上述那樣的在光束點的掃描方向上連續長大的晶粒的振蕩頻率不少于10MHz，使用比通常使用的幾十Hz至幾百Hz的頻率帶顯著高許多的頻率。從用脈沖振蕩對半導體膜照射激光束到半導體膜完全固化的時間被認為在幾十nsec至幾百nsec，本實施例通過使用上述頻率帶，從半導體膜被激光束熔化直到固化期間，可以照射下一個脈沖激光束。因此，和常規的使用脈沖振蕩的激光器的情況不同，可以在半導體膜中連續移動固液界面，從而可以形成具有在掃描方向上連續長大的晶粒的半導體膜。具體來說，可以獲得在掃描方向上的長度為10μm至30μm，在垂直于掃描方向上的寬度為1μm至5μm左右的晶粒的集合體。
被激光照射而在掃描方向上形成長大的晶粒的區域在結晶性上非常優越。因此，如將該區域用于TFT的溝道形成區域，則可以期待具有極高的遷移率以及導通電流的TFT。但是，當半導體膜中不需要這樣高結晶性的部分時，則可以不給該部分照射激光。或者，可以在增大掃描速度等不能獲取高結晶性的條件下執行激光照射。
本實施例可以和實施模式、實施例1或實施例2組合使用。注意，通過和實施例3組合，可以任何位置(制作TFT的位置等)制作在激光掃描方向上的連續長大的大顆粒直徑的結晶膜，并可以縮短工藝時間。換言之，可以僅僅在任意的位置上制作具有極高遷移率或導通電流的TFT，并可以在制作其它要素較重要的元件的地方使用與其匹配的晶化狀態的半導體膜。
實施例5本實施例將參考圖5A至圖5D、圖6A和圖6B說明使用本發明的激光照射裝置以及激光照射方法制作用于顯示器件的半導體元件的方法。
首先，在襯底800上形成基底絕緣膜801，之后形成非晶硅膜，通過激光照射使其成為晶質硅膜。該激光照射應用本發明的激光照射裝置和激光照射方法。
襯底800可以是例如玻璃襯底、石英襯底、結晶玻璃等絕緣襯底，雖然也可以使用陶瓷襯底、不銹鋼襯底、金屬襯底(鉭、鎢、鉬等)、半導體襯底、塑料襯底(聚酰亞胺、丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚苯醚砜等)等，但要使用至少能承受工藝中產生的熱的材料。這些襯底可以根據需要經CMP等研磨而被使用。本實施例使用折射率＝1.5，厚度為0.7mm的玻璃襯底。
基底膜801是為了防止襯底800中的堿金屬或堿土金屬擴散到晶質硅膜中而提供的。這是因為上述元素會給晶質硅膜的半導體特性帶來負面影響。氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧氮化硅等可以作為基底膜801的材料，并以單層或者疊層而形成。注意，如果是沒有堿金屬或堿土金屬擴散擔憂的襯底，則不必特意提供基底絕緣膜。
在本實施例中，制作層疊結構的基底絕緣膜801，作為第一層絕緣膜由厚度為50nm的氮氧化硅膜形成；作為第二層絕緣膜由厚度為100nm的氧氮化硅膜形成。值得注意的是，氮氧化硅膜和氧氮化硅膜中氮和氧的比例不同。前者比后者含有更多的氮。第一層基底膜根據等離子體CVD的方法，使用SiH4、N2O、NH3、H2作為原料氣體，在壓力為40Pa、射頻功率為50W、射頻頻率為60MHz、襯底溫度為400℃的條件下形成。第二層基底膜同樣根據等離子體CVD的方法，使用SiH4、N2O作為原料氣體，在壓力為40Pa、射頻功率為150W、射頻頻率為60MHz、襯底溫度為400℃的條件下形成。
接著，在基底絕緣膜上形成25nm～100nm(優選30nm～60nm)厚的非晶硅膜。作為制作方法，可以采用已知的例如濺射、減壓CVD或等離子體CVD的方法。本實施例采用等離子體CVD的方法形成50nm厚的膜作為非晶硅膜。
之后通過照射激光以執行晶化工藝，但是因為該非晶質硅膜中包含大量氫，當進行晶化時如接受強烈的激光能源，該氫元素會崩沸，這樣就有可能破壞膜，所以對該非晶質硅膜進行500℃、1小時的熱處理以清除氫元素。
接著，使用本發明的激光照射裝置以晶化非晶硅膜，從而形成晶質半導體膜。本實施例使用電反射鏡和fθ透鏡來執行激光束的掃描，并使用能源為2W、TEM00振蕩模式、二次諧波(532nm)、振蕩頻率為80MHz、脈寬為7psec的YVO4激光器作為激光束。注意，使用光學系統將形成在被照射物的非晶硅膜上的光束點的形狀形成為短軸為10μm，長軸為70μm的矩形形狀。注意，本發明不受本實施例所示照射條件的限制。
本實施例在對襯底在氮氣氛中進行500℃、1小時的加熱處理之后，然后根據激光退火法對非晶硅膜執行晶化，從而形成晶質半導體膜。掃描載物臺的速度大約為幾十mm/sec～幾千mm/sec比較合適，這里取400mm/sec。
在使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統來執行激光束的掃描的本實施例中，在非晶硅膜上有垂直入射激光束的部分，波長532nm的激光束的一部分穿過50nm厚的非晶硅膜被襯底背面反射，但是由于脈寬為7psec，極窄，所以和常規比較，和入射的激光束產生干涉的時間明顯減短，所以可以進行均勻的激光照射。結果是可以制作出晶化狀態的不均勻極小，具有穩定性特性的半導體元件。而且，因為使用具有專有面積小處理量大的特征的包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統來進行激光照射，所以可以在節省空間的同時提高生產效率。
注意，通過將振蕩頻率設定在10MHz或更多，可以獲取在激光束的掃描方向上連續形成的長大的結晶粒，并通過將該方向作為TFT的溝道方向，可以制作特性極好的TFT。然而，在執行本發明時該結構不是必須的項目，頻率可以由使用者適當決定。
作為實現結晶化的方法，除了上述方法外，還包括使用促進非晶硅結晶化的元素，通過加熱處理來執行晶化的方法。作為促進晶化的元素，典型的是鎳。通過使用這樣的促進晶化的元素，跟沒有使用該元素的情況相比，因為可以在低溫、短時間的條件下執行晶化工藝，所以可以使用玻璃等耐熱性較差的襯底。該促進非晶硅晶化的元素除了鎳，還包括鐵、鈀、錫、鉛、鈷、白金、銅、金等。可以使用其中的一種或多種。
作為上述元素的摻雜方法，可以舉出例如將該元素的鹽溶解在溶劑中并用旋涂法或浸漬法等進行涂敷的方法。溶劑可以使用有機溶劑或水等，但由于要直接接觸硅膜，所以選擇不會對半導體特性產生不良影響的溶劑是首要的。另外，對于鹽來說，也是同樣的。
使用促進非晶硅晶化的元素進行晶化后，可以通過照射激光來改善其結晶性。這種情況下也可以使用本發明的激光照射裝置以及激光照射方法。使用的激光器以及條件因和激光晶化時的條件相同，所以在此省略相關說明。
然后，根據需要，給晶質硅膜摻雜微量的雜質以控制閾值，執行所謂的溝道摻雜。為了獲取要求的閾值，用離子摻雜法摻雜硼或磷等。
然后，如圖5A所示，按所希望的形狀執行圖案化，獲取島形狀的晶質硅膜801a-801d。在晶質硅膜上涂敷光致抗蝕劑，暴露出預定的掩膜形狀，并烘烤，從而在晶質半導體膜上形成掩膜，利用該掩膜，根據干式蝕刻法對晶質硅膜進行蝕刻從而完成圖案化。干式蝕刻法的氣體可以使用CF4、O2等。
接著，形成覆蓋晶質半導體膜801a-801d的柵絕緣膜。用等離子體CVD、濺射法等形成厚度約40-150nm的含硅的絕緣膜作為柵絕緣膜。在本實施例中，用等離子體CVD法形成115nm厚的氧氮化硅膜作為柵絕緣膜。
接下來，在柵絕緣膜上形成30nm厚的氮化鉭(TaN)802作為第一導電層，并在第一導電層上形成370nm厚的鎢(W)803作為第二導電層。TaN膜和W膜都可以通過濺射法形成。TaN膜可以在氮氣氛中使用Ta作為靶而形成，W膜可以使用W作為靶而形成。
注意在本實施例中第一導電層是30nm厚的TaN膜，第二導電層是370nm厚的W膜，但是第一和第二導電層們也可以由選自Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、以及Nd中的任何元素，或由主要含有上述元素的合金材料或復合材料形成。此外，可以使用以摻雜了例如磷的雜質元素的多晶硅膜為代表的半導體膜。也可以使用AgPdCu合金。可以適當地選擇它們的結合。第一導電層的膜的厚度在20-100nm的范圍，第二導電層的膜的厚度在100-400nm的范圍。在本實施例中，導電層使用兩層的疊層，但是也可以疊置一層或三層或多層。
通過光刻曝光工藝形成由抗蝕劑構成的掩膜以對導電層進行蝕刻從而形成電極和布線。在第一蝕刻處理中，在第一和第二蝕刻條件下進行蝕刻。使用由抗蝕劑構成的掩膜進行蝕刻以形成柵電極和布線。蝕刻條件可以適當選擇。
此處，使用ICP(電感耦合等離子體)蝕刻。第一蝕刻條件是CF4、Cl2、O2用作蝕刻氣體，氣流比率為25/25/10(sccm)，并在1.0Pa壓強下，在線圈電極上施加500W的RF(13.56MHz)功率產生等離子體以進行蝕刻。在襯底(樣品臺)側施加150W的RF(13.56MHz)功率，以施加實質為負的自偏置電壓。在第一蝕刻條件下蝕刻W膜以使第一導電層的邊緣具有錐形的形狀。
接下來，在第二蝕刻條件下進行蝕刻。使用氣流比率為30/30(sccm)的CF4和Cl2作為蝕刻氣體，在殘留抗蝕劑制成的掩膜的情況下，并在1.0Pa壓強下在線圈電極上施加500W的RF(13.56MHz)功率以產生等離子體來進行大約15秒的蝕刻。在襯底(樣品臺)側施加20W的RF(13.56MHz)功率以施加實質為負的自偏置電壓。在混合CF4和Cl2的第二蝕刻條件下，W膜和TaN膜被蝕刻到相同的程度。為了執行不在柵絕緣膜上殘留殘渣的蝕刻，可以以10-20％左右的比例增加蝕刻時間。未被導電層覆蓋的柵絕緣膜在該第一蝕刻中被蝕刻了約20nm～50nm，根據施加到襯底側的偏置電壓的效果，第一和第二導電層的邊緣部分變為錐形。
在不除去抗蝕劑制成的掩膜的情況下進行第二蝕刻處理。使用氣流比率為24/12/24(sccm)的SF6、Cl2和O2作為蝕刻氣體進行第二蝕刻處理，在1.3Pa壓強下，在線圈電極上施加700W的RF(13.56MHz)功率以產生等離子體來進行約25秒的蝕刻。將10W的RF(13.56MHz)功率施加到襯底(樣品臺)側以施加實質為負的自偏置電壓。W膜通過該蝕刻條件被選擇性地蝕刻從而形成具有第二形狀的導電層。這時，第一導電層幾乎沒有被蝕刻。根據第一、第二蝕刻處理，形成由第一導電層802a-802d、第二導電層803a-803d構成的柵電極。
在不除去抗蝕劑掩膜的情況下進行第一摻雜。這樣，以低濃度將賦予N型的雜質摻雜到結晶半導體層中。第一摻雜可以通過離子摻雜或離子注入實現。離子摻雜可以以1×1013～5×1014ions/cm2的劑量、40kV～80kV的加速電壓來執行。在本實施例中離子摻雜在50kV的加速電壓下進行。賦予N型的雜質可以是以磷(P)或砷(As)為典型的周期表15族的元素。本實施例中使用磷(P)。第一導電層被用作掩膜以形成第一雜質區(N--區)，該區以自對準的方式摻入低濃度雜質。
接下來，除去抗蝕劑制成的掩膜。然后，形成新的抗蝕劑制成的掩膜，在比第一摻雜更高的加速電壓下進行第二摻雜。第二摻雜中也加入賦予N型的雜質。離子摻雜可以使用1×1013～3×1015ions/cm2的劑量、60kV～120kV的加速電壓執行。在本實施例中離子摻雜在3.0×1015ions/cm2的劑量和65kV的加速電壓下進行。第二摻雜使用第二導電層作為抵擋雜質元素的掩膜進行摻雜，從而將雜質元素摻入到第一導電層下的半導體層中。
通過第二摻雜，在晶體半導體層與第一導電層重疊的部分中的不與第二導電層重疊的部分、或不被掩膜覆蓋的部分上形成第二雜質區(N-區)。賦予N型的雜質以范圍為1×1018原子/cm3～5×1019原子/cm3的濃度被摻入到第二雜質區。此外，賦予N型的雜質以范圍為1×1019原子/cm3～5×1021原子/cm3的高濃度被摻雜到即不被第一形狀的導電層覆蓋也不被掩膜覆蓋的暴露的部分(第三雜質區N+區)。半導體層存在著只被掩膜覆蓋的部分。這部分的賦予N型的雜質的濃度相比在第一摻雜中摻入的雜質濃度未改變，所以繼續稱作為第一雜質區(N-區)。
注意在本實施例中每個雜質區都通過兩次摻雜處理而形成，然而，本發明并不僅限于此。可以通過適當地確定條件，執行一次或多次摻雜以形成具有所需雜質濃度的雜質區。
接下來，除去抗蝕劑制成的掩膜后，形成新的抗蝕劑制成的掩膜以進行第三摻雜。通過第三摻雜，在形成P溝道TFT的半導體層中形成第四雜質區(P+區)和第五雜質區(P-區)，其中加入了賦予與第一和第二雜質區中的雜質元素相反導電性的雜質元素。
在第三摻雜中，第四雜質區(P+區)在不被抗蝕劑掩膜覆蓋并且不與第一導電層重疊的部分中形成。第五雜質區(P-區)在不被抗蝕劑掩膜覆蓋、但與第一導電層重疊、并且不與第二導電層重疊的部分上形成。賦予P型的雜質元素可以是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)等，其中每個均是周期表13族的元素。
在本實施例中，通過使用乙硼烷(B2H6)的離子摻雜將硼用作P型雜質元素以形成第四和第五雜質區。使用1×1016ions/cm2的劑量以及80kV的加速電壓進行離子摻雜。
注意，當執行第三摻雜處理時，形成N溝道型TFT的部分被由抗蝕劑構成的掩膜覆蓋。
通過第一和第二摻雜，第四雜質區(P+區)以及第五雜質區(P-區)被摻入不同濃度的磷。然而，在所有的第四雜質區(P+區)和第五雜質區(P-區)中，進行第三摻雜以使賦予P型的雜質元素的濃度為1×1019～5×1021原子/cm3。因此，第四雜質區(P+區)以及第五雜質區(P-區)毫無問題地作為P溝道TFT的源區和漏區發揮作用。
在本實施例中，第四雜質區(P+區)以及第五雜質區(P-區)通過一次的第三摻雜形成，然而，第四雜質區(P+區)以及第五雜質區(P-區)也可以根據每次摻雜條件通過多次摻雜處理形成。
根據上述摻雜處理，形成第一雜質區(N-區)804；第二雜質區(N-區)805；第三雜質區(N+區)806、807；第四雜質區(P+區)808、809；以及第五雜質區(P-區)810、811。
接下來，除去抗蝕劑掩膜并形成第一鈍化膜812。作為第一鈍化層，使用等離子體CVD法或濺射法形成100nm～200nm厚的含硅的絕緣膜。
在本實施例中，使用等離子體CVD法形成厚度為100nm的含氮的氧化硅膜。在使用含氮的氧化硅膜的情況下，可以使用根據等離子體CVD法由SiH4、N2O和NH3形成的氧氮化硅膜，或使用由SiH4、N2O形成的氧氮化硅膜，或使用用Ar稀釋SiH4、N2O的氣體而形成的氧氮化硅膜。此外，可以使用由SiH4、N2O和H2形成的氫化氧氮化硅膜作為第一鈍化膜。當然，第一鈍化膜812不限于如本實施例中所描述的氧氮化硅膜的單層結構，而是也可以使用其它具有單層或疊層結構的含有硅的絕緣層。
接下來，在第一鈍化膜812上形成層間絕緣膜813。該層間絕緣膜813可以是無機絕緣膜或有機絕緣膜。無機絕緣膜可以是使用CVD法形成的氧化硅膜，使用SOG(玻璃上旋涂)法涂敷的氧化硅膜。有機絕緣膜可以是聚酰亞胺、聚酰胺、BCB(苯并環丁烯)、丙烯或正型光敏有機樹脂、負型光敏有機樹脂、以及由硅(Si)和氧(O)結合的骨骼結構構成，且以至少包含氫作為取代基的材料，或者至少包含氟、烷基、芳香族碳化氫中的一種作為取代基的材料，也就是硅氧烷的膜。也可以使用上述材料的疊層。
本實施例用硅氧烷形成層間絕緣膜813。在整個表面上涂敷硅氧烷基聚合物，之后進行10分鐘的50-200℃溫度下的加熱處理以干燥，并執行進一步的1-12小時的300-450℃溫度下的烘烤從而形成層間絕緣膜。根據該烘烤，在整個表面上形成1μm厚的硅氧烷膜。該工藝由于可以在烘烤硅氧烷基聚合物的同時，用第一鈍化膜812的氫元素氫化半導體層或激活半導體層的雜質，因此可以減少工序，簡化工藝。氫化是指利用包含在第一鈍化膜中的氫來終止半導體層中的懸掛鍵。
當使用硅氧烷以外的材料形成層間絕緣膜時，為了實現氫化和激活化，需要進行加熱處理。這種情況下，在形成層間絕緣膜之前需要另外進行加熱處理。加熱處理在氧濃度1ppm以下，優選在0.1ppm以下的氮氣氛中400至700℃的溫度下執行。注意，除了加熱處理以外，還可以應用激光退火法或快速熱退火(RTA)法。激光退火法可以應用本發明的激光照射方法以及激光照射裝置。
可以在形成第一鈍化膜812前進行加熱處理以實現激活化，但是，在本實施例中，在構成第一導電層802a-802d和第二導電層803a-803d的材料是熱敏性材料的情況下，如本實施例那樣，為了保護布線等，優選在形成第一鈍化膜812之后進行加熱處理。此外，在形成第一鈍化膜前進行加熱的情形中，由于第一鈍化膜812還未形成，所以不能使用該鈍化層中含有的氫進行氫化。在這種情況下，可以使用等離子體激發的氫(等離子體氫化)、或在含有3％～100％的氫的氣氛下在300℃～450℃下加熱1～12個小時來進行氫化。
之后，可以根據CVD法形成覆蓋層間絕緣膜813的氮氧化硅膜或氧氮化硅膜。該膜在當蝕刻后面形成的導電膜時，可以作為蝕刻阻擋膜發揮作用，以防止層間絕緣膜被過度蝕刻。而且，可以用濺射法在其上形成氮化硅膜。因為該氮化硅膜有可以抑制堿金屬離子移動的功能，所以可以抑制來自后面形成的像素電極的鋰元素、鈉等的金屬離子移動到半導體薄膜。
接著，對層間絕緣膜執行圖案化和蝕刻處理，從而形成到達晶質半導體層801a-801d的接觸孔。接觸孔的蝕刻用CF4、O2、He的混合氣體蝕刻硅氧烷膜，接著，用CHF3的氣體蝕刻并除去柵絕緣膜的氧化硅膜而完成。
接著，在接觸孔中層疊金屬膜，并對其執行圖案化以形成源電極和漏電極。在本實施例中，在含有氮的鈦膜上分別依序層疊鈦-鋁合金膜和鈦膜100、350、100nm之后，按所希望的形狀執行圖案化和蝕刻處理從而形成由三疊層形成的源電極和/或漏電極814-821。
第一層的包含氮原子的鈦膜是根據以鈦作為靶，在氮和氬的流量比為1∶1的條件下的濺射法而形成。如將上述包含氮的鈦膜形成在硅氧烷基的層間絕緣膜上，則膜不容易剝落，而且可以形成和晶質硅膜有低電阻連接的布線。
根據到此為止的步驟，就可以制作TFT或電容等半導體元件。使用根據本發明的激光照射裝置以及激光照射方法執行被用于TFT和電容等半導體元件的半導體膜的晶化工藝，可以減少由在襯底背面反射的次級射束引起的干涉，同時可以獲取高生產量。結果是，不但可以提高生產效率，而且可以使形成在襯底上的半導體元件的特性更加均勻，即使該半導體元件被用于顯示器件的像素部分，也可以防止因晶化不均勻狀態而導致的TFT的特性離散。據此，可以以比常規低的價格提供顯示高清晰度圖像的顯示器件。
實施例6本實施例將參考圖6A和6B說明使用根據實施例3制作的元件襯底制作發光顯示器件的例子。本實施例說明的發光顯示器件是指將在成對的電極之間夾持含有發光物質的層，并通過在電極之間流通電流來發光的元件按矩陣排列的發光顯示器件。
發光元件的受激狀態已知兩種類型的激發態，受激單重態和受激三重態。發光被認為能夠在任何一種狀態中被執行。所以，根據元件的特征，單重受激狀態的元件或三重受激狀態的元件可以在一個發光顯示器件中混合存在。例如在RGB的三色中，可以使用三重受激獻態的元件作為紅色，并使用單重受激狀態的元件作為藍色和綠色。另外，選擇三重受激狀態的元件普遍發光效率高，這對降低驅動電壓有好處。
發光元件的材料使用低分子、高分子、具有低分子和高分子的中間性質的中分子的發光材料。本實施例使用低分子的發光材料。無論低分子材料還是高分子材料因都可以溶解在溶劑中，所以可以用旋涂法或噴墨法來涂敷。另外，不僅僅是有機材料，還可以使用有機材料和無機材料的復合材料。
形成發光元件的第一電極901，并使其重疊于根據上述工藝形成的TFT的漏電極的一部分。第一電極是作為發光元件的陽極或陰極被使用的電極。當第一電極是陽極時，優選使用功函數大的金屬、合金、導電性化合物、以及上述的混合物。功函數的大體目標是4.0eV或更多。具體材料的例子包括ITO(氧化銦錫)、在氧化銦中混合了2-20％的氧化鋅(ZnO)的IZO(氧化銦鋅)、在氧化銦中混合了2-20％的氧化硅(SiO2)的ITSO、金(Au)、白金(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)、或金屬材料的氮化物(TiN)等。
當第一電極被用作陰極時，優選使用功函數小(功函數是3.8eV或更少)的金屬、合金、導電性化合物、以及上述的混合物。具體材料除了歸屬于元素周期表中的第1族或第2族的元素，也就是Li或Cs等的堿金屬；Mg、Ca、Sr等的堿土金屬；以及上述的合金(Mg∶Ag、Al∶Li)或化合物(LiF、CsF、CaF2)，還包括使用包含稀土金屬的過渡金屬。但是，由于本實施例的第一電極具有半透明性，所以還可以使用層疊這些金屬或包含這些金屬的合金的極薄的膜和ITO、IZO、ITSO或其他金屬(包含合金)形成的疊層。
本實施例將第一電極901當作陽極使用，其材料使用ITSO。當電極使用ITSO時，如執行真空烘烤，則可以提高發光顯示器件的可靠性。
另外，本實施例中第一電極在TFT的源電極和漏電極形成后形成，但是也可以首先形成第一電極，之后形成TFT的電極。
形成絕緣膜902，并使其覆蓋和像素部分的TFT連接的作為像素電極的第一電極901的邊沿部分。該絕緣膜902被稱作為堤壩或分隔墻。絕緣膜902可以使用無機絕緣膜或有機絕緣膜。無機絕緣膜可以使用根據CVD法形成的氧化硅膜或使用根據SOG(玻璃上旋涂)法涂敷而形成的氧化硅膜等。有機絕緣膜可以是光敏性或非光敏性的聚酰亞胺、聚酰胺、BCB(苯并環丁烯)、丙烯或正型光敏有機樹脂、負型光敏有機樹脂、以及可以是使用由硅(Si)和氧(O)結合的骨骼結構構成，且以至少包含氫作為取代基的材料，或者至少包含氟、烷基、芳香族碳化氫中的一種作為取代基的材料，也就是硅氧烷的膜。另外，也可以使用上述材料的疊層。如果使用光敏性的有機物來形成絕緣膜，則可以形成截面的曲率半徑連續變化的形狀的開口部分，當蒸發沉積場致發光層時，不容易發生分段斷裂，所以光敏性的有機物是合適的材料。本實施例使用光敏性的聚酰亞胺。
然后，使用蒸發沉積裝置移動蒸發源以執行蒸發沉積。蒸發沉積在被抽真空成0.667Pa或更小，優選1.33×10-2～1.33×10-4Pa的沉積室中被執行。在進行沉積時，有機化合物提前通過電阻加熱蒸發，并在沉積中閘門打開時分散向襯底的方向。被蒸發的有機化合物向上分散并穿過金屬掩膜中設置的開口部分沉積在襯底上，以形成場致發光層903(從第一電極側開始依序為空穴注入層、空穴輸運層、發光層、疊層體和電子注入層)。注意，場致發光層903的結構也可以不是該結構，而用單層來形成，并當用疊層來形成時，可以在層和層之間提供該兩層的混合層。
形成場致發光層903后，接著形成和場致發光層903連接的第二電極904。在本實施例中，由于第一電極901是陽極，第二電極904就作為陰極而形成。陰極材料可以使用先前敘述的材料，本實施例形成厚150nm的鋁膜作為第二電極(陰極)904。
在本實施例中，由于僅僅第一電極901由半透明性材料形成，所以是從襯底的底面側獲取光的結構。圖6B是頂面發光結構的一個例子，且是將作為第一電極的像素電極901和薄膜晶體管的電極形成在不同層的例子。第一層間絕緣膜902和第二層間絕緣膜906可以使用和圖5C所示的層間絕緣膜813相同的材料制作，其組合也可以任意執行。在此上述各層均用硅氧烷來形成。從第二層間絕緣膜906側依次層疊Al-Si、TiN、ITSO從而形成像素電極901，當然，像素電極也可以是單層、雙層、或者四層、四層以上的結構。
圖7A、7B、7C分別表示底面發光、雙面發光、頂面發光的例子。本實施例所描述的從底面獲取光的結構相當于圖7A。在第二電極下面形成很薄(具有半透明性程度)的包含Li的材料的膜，并用ITO、ITSO、IZO等具有半透明性的材料作為第二電極，這樣可以獲取如圖7B所示的從雙面獲取光的雙面發光的發光顯示器件。注意，雖然如用鋁或銀等形成厚的膜，則是非半透明性，但如果對該膜執行薄膜化，就可以使其具有半透明性，所以可以用鋁或銀的具有半透明性程度的薄膜形成第二電極，從而實現雙面發光。
圖7C表示頂面發光的發光顯示器件的一個例子，其相當于圖6B。如果頂面發光如圖7C那樣將層間膜形成得比圖7A、7B多一張，則在TFT的上部也可以提供發光元件，這樣就形成了在開口率上有利的結構。
另一方面，由于在雙面發光或頂面發光時使用的透明電極的ITO或ITSO不能通過蒸發沉積來形成，所以用濺射法形成透明電極的膜。當用濺射法形成第二電極904時，有可能因濺射而給電子注入層的表面或電子注入層和電子輸運層的界面造成損傷。該損傷有可能給發光元件特性帶來負面影響。為了防止出現這種情況，在距離第二電極904最近的位置上提供不容易受濺射損傷的材料。作為這樣不容易受濺射損傷并且能夠用于場致發光層903的材料可以舉出氧化鉬(MoOx)。但是，MoOx是適合作為空穴注入層的材料，所以要在和第二電極904連接的位置提供MoOx，就需要將第二電極904當作陽極使用。象這樣，將陰極作為第一電極，并將陽極作為第二電極的元件被假設稱為反向層疊的元件。
因此，該反向層疊的元件的第一電極901作為陰極而形成，之后按順序形成電子注入層、電子輸運層、發光層、空穴輸運層、空穴注入層(MoOx)、第二電極(陽極)，另外，像素的驅動用TFT需要是N溝道型。
MoOx用蒸發沉積法形成，使用X＝3.1至3.2的MoOx是合適的。MoOx層可以是通過共同蒸發沉積銅酞菁(CuPc)等有機金屬絡合物或有機物而形成的有機、無機的混合層。當使用反向層疊元件時，像素部分的TFT如使用以原本是N型的a-Si∶H作為半導體層的晶體管，則可以簡化工藝，所以是合適的。當在同一個襯底上形成驅動電路部分時，使用本發明的激光照射方法僅僅照射該驅動電路部分，從而實現該部分的晶化。
之后，用等離子GVD法形成包含氮的氧化硅膜作為第二鈍化膜905。當使用包含氮的氧化硅膜時，可以通過等離子體CVD法形成由SiH4、N2O、NH3制作的氧氮化硅膜，或者由SiH4、N2O制作的氧氮化硅膜，或者由用Ar稀釋SiH4、N2O的氣體而形成的氧氮化硅膜。另外，第一鈍化膜可以應用由SiH4、N2O、H2制作的氫化氧氮化硅膜。當然，第二鈍化膜905不限于單層結構，也可以是單層結構或疊層結構的包含其他硅的絕緣膜。另外，也可以形成氮化碳膜和氮化硅膜的多層膜、或苯乙烯聚合物的多層膜、氮化硅膜或類金剛石碳膜來代替包含氮的氧化硅膜。
接著，為了保護場致發光元件避免受水等促進退化的物質的影響，密封顯示部分。當用對面襯底進行密封時，在使外部連接部分暴露出來的情況下，用有絕緣性的密封劑鍵合該對面襯底。可以在對面襯底和元件襯底之間的空間填充干燥過的氮等惰性氣體，也可以在整個像素部分涂敷密封劑，并在其上形成對面襯底。密封劑適合使用紫外線固化樹脂等。也可以給密封劑摻雜干燥劑或維持一定間距的顆粒。接著，將柔性線路板鍵合到外部連接部分，如此便完成了場致發光面板。
這樣的場致發光面板包括單色、區域顏色、全顏色等顯示方法，全顏色又包括RBG的三色分涂法、通過顏色濾光片實現白色光源的RBG化的方法、用顏色轉換濾光片將短波長的顏色轉換為長波長的顏色的方法等。另外，為了提高顏色純度，有可能使用顏色濾光片。
注意，具有顯示功能的本發明的發光顯示器件可以使用模擬視頻信號，也可以使用數字視頻信號。當使用數字視頻信號時，其視頻信號可以分為使用電壓的視頻信號和使用電流的視頻信號。當發光元件發光時，輸入到像素的視頻信號包括恒電壓和恒電流的視頻信號，而恒電壓的視頻信號包括施加到發光元件的電壓為一定的視頻信號和施加到發光元件的電流為一定的視頻信號。另外，恒電流的視頻信號包括施加到發光元件的電壓為一定的視頻信號和施加到發光元件的電流為一定的視頻信號。該施加到發光元件的電壓為一定的視頻信號是恒電壓驅動，而該施加到發光元件的電流為一定的視頻信號是恒電流驅動。恒電流驅動不因發光元件的電阻變化而變化，流通恒電流。本發明的發光顯示器件以及該驅動方法可以使用電壓的視頻信號和電流的視頻信號中的任何一方，并可以使用恒電壓驅動和恒電流驅動中的任何一方。
實施例7雖然在實施例6描述了應用本發明于發光顯示器件的例子，但是只要是使用了通過晶化或激光退火形成的薄膜的元件的電子器件，就可以應用本發明，由于根據本發明制作的元件的特性均勻性好，所以可以提供質量穩定的產品。作為這種電子器件的例子，給出了攝像機、數字照相機、頭戴式顯示器(護目鏡型顯示器)、汽車導航、汽車音響、個人計算機、便攜式信息終端(例如移動計算機、蜂窩式電話、電子書等)，等等。圖8A-9C示出了這些例子。或者，本發明也可以應用于一般的IC芯片、ID芯片、RFID(無限射頻識別)標簽的電子器件。
圖8A示出了一種個人計算機，包括主體1001、圖像輸入部分1002、顯示部分1003、鍵盤1004等。可以將根據本發明的激光照射方法制作的半導體元件用于顯示部分1003。因為應用本發明而制作的半導體元件的特性的不均勻很少，所以可以提供穩定的顯示品質。
圖8B示出了一種攝像機，包括主體1005、顯示部分1006、聲頻輸入部分1007、操作開關108、電池1009、圖像接收器1010等。可以將根據本發明的激光照射方法制作的半導體元件用于顯示部分1006。因為應用本發明而制作的半導體元件的特性的不均勻很少，所以可以提供穩定的顯示品質。
圖8C示出一種移動計算機，包括主體1011、照相機部分1012、圖像接收器1013、操作開關1014、顯示部分1015等。可以將根據本發明的激光照射方法制作的半導體元件用于顯示部分1015。因為應用本發明而制作的半導體元件的特性的不均勻很少，所以可以提供穩定的顯示品質。
圖8D示出了一種目鏡型顯示器，包括主體1016、顯示部分1017、臂部分1018等。顯示部分1017使用柔性襯底作為襯底，將顯示部分彎曲以制成目鏡型顯示器。此外，可以將目鏡型顯示器制造得重量輕且薄。可以將根據本發明的激光照射方法制作的半導體元件用于顯示部分1017。因為應用本發明而制作的半導體元件的特性的不均勻很少，所以可以提供穩定的顯示品質。
圖8E示出了一種利用記錄了程序的記錄介質(此后稱為記錄介質)的播放機，包括主體1019、顯示部分1020、揚聲器部分1021、記錄介質1022、操作開關1023等。應當注意，這種播放機能夠利用DVD(數字視頻光盤)、CD等作為其記錄介質來欣賞音樂、觀看電影、玩游戲并上因特網，等等。可以將根據本發明的激光照射方法制作的半導體元件用于顯示部分1020。因為應用本發明而制作的半導體元件的特性的不均勻很少，所以可以提供穩定的顯示品質。
圖8F示出了一種數字式照相機，包括主體1024、顯示部分1025、目鏡1026、操作開關1027和圖象接收器(圖中未示出)等。可以將根據本發明的激光照射方法制作的半導體元件用于顯示部分1025。因為應用本發明而制作的半導體元件的特性的不均勻很少，所以可以提供穩定的顯示品質。
圖9A示出了一種蜂窩式電話，包括主體1028、聲頻輸出部分1029、聲頻輸入部分1030、顯示部分1031、操作開關1032、天線1033等。可以將根據本發明的激光照射方法制作的半導體元件用于顯示部分1031。因為應用本發明而制作的半導體元件的特性的不均勻很少，所以可以提供穩定的顯示品質。
圖9B示出了一種便攜式書本(電子書)，包括主體1034、顯示部分1035和1036、記錄介質1037、操作開關1038、天線1039等。可以將根據本發明的激光照射方法制作的半導體元件用于顯示部分1035和1036。因為應用本發明而制作的半導體元件的特性的不均勻很少，所以可以提供穩定的顯示品質。而且，便攜式書本(電子書)可以制造成和筆記本一樣大小，以便于攜帶。
圖9C示出了一種顯示器，包括主體1040、支撐臺1041、顯示部分1042等。用柔性襯底制造顯示部分1042，由此實現了輕且薄的顯示器。而且，能夠彎曲該顯示部分。可以將根據本發明的激光照射方法制作的半導體元件用于顯示部分1042。因為應用本發明而制作的半導體元件的特性的不均勻很少，所以可以提供穩定的顯示品質。本發明尤其在制造對角線長為10英寸或更長(特別是大于30英寸)的大尺寸顯示器上具有突出優點。
本發明的應用范圍極其廣泛，能夠應用于各種領域的電子器件。應當注意，可以用實施模式和實施例1至6任意組合的結構來制造在本實施例中描述的電子器件。
通過使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統，不但可以提高生產效率，而且使形成在襯底上的半導體元件的特性更加均勻，所以可以以比常規低的價格提供顯示高清晰度圖像的顯示器件。
另外，在小型化、集成化日新月異的今天，被用于以薄膜晶體管為典型的薄膜半導體元件的半導體膜的膜厚因為設計規則的縮小而迅速變薄，所以由透過半導體膜，在襯底背面被反射的次級射束而引起的激光束的干涉成為大的問題，但是通過使用本發明能夠避免該問題，從而制作結晶性更加均勻的半導體膜。
本申請以2003年12月26日在日本專利局提交的申請序列號為No.2003-433357的日本專利申請為基礎，其內容在此處引用作為參考。
權利要求
1.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；至少一個反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束偏向一個方向的；以及在預定的平面上使被所述反射鏡偏向的激光束成像的透鏡，其中，如設定安裝被照射物的載物臺和所述透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則從所述激光振蕩器發射出來的激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
2.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；至少一個反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束偏向一個方向的；以及在預定的平面上使被所述反射鏡偏向的激光束成像的透鏡，其中，如設定安裝被照射物的載物臺和所述透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則從所述激光振蕩器發射出來的激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
3.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；至少一個電反射鏡；以及fθ透鏡，其中，如設定安裝被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則從所述激光振蕩器發射出來的激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
4.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；至少一個電反射鏡；以及fθ透鏡，其中，如設定安裝被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則從所述激光振蕩器發射出來的激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
5.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；第一反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在所述被照射物上按第一方向掃描；第二反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在所述被照射物上按垂直于所述第一方向的第二方向掃描；以及使所述激光束在所述被照射物上成像的fθ透鏡，其中，如設定安裝所述被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
6.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；第一反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在被照射物上按第一方向掃描；第二反射鏡，其使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在所述被照射物上按垂直于所述第一方向的第二方向掃描；以及使所述激光束在所述被照射物上成像的fθ透鏡，其中，如設定安裝所述被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
7.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在所述被照射物上按第一方向掃描的反射鏡；安裝所述被照射物并按垂直于所述第一方向的第二方向移動的載物臺；以及使所述激光束在所述被照射物上成像的fθ透鏡，其中，如設定安裝所述被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
8.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器；使從所述激光振蕩器發射出來的激光束的光束點在被照射物上按第一方向掃描的反射鏡；安裝所述被照射物并按垂直于所述第一方向的第二方向移動的載物臺；以及使所述激光束在所述被照射物上成像的fθ透鏡，其中，如設定安裝所述被照射物的載物臺和所述fθ透鏡的焦點之間的距離為d；n＝1.5；并將真空中的光速定義為c，則所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
9.根據權利要求1的激光照射裝置，其中從所述激光振蕩器發射出來的所述激光束是二次諧波或被轉換為二次諧波。
10.根據權利要求2的激光照射裝置，其中從所述激光振蕩器發射出來的所述激光束是二次諧波或被轉換為二次諧波。
11.根據權利要求3的激光照射裝置，其中從所述激光振蕩器發射出來的所述激光束是二次諧波或被轉換為二次諧波。
12.根據權利要求4的激光照射裝置，其中從所述激光振蕩器發射出來的所述激光束是二次諧波或被轉換為二次諧波。
13.根據權利要求5的激光照射裝置，其中從所述激光振蕩器發射出來的所述激光束是二次諧波或被轉換為二次諧波。
14.根據權利要求6的激光照射裝置，其中從所述激光振蕩器發射出來的所述激光束是二次諧波或被轉換為二次諧波。
15.根據權利要求7的激光照射裝置，其中從所述激光振蕩器發射出來的所述激光束是二次諧波或被轉換為二次諧波。
16.根據權利要求8的激光照射裝置，其中從所述激光振蕩器發射出來的所述激光束是二次諧波或被轉換為二次諧波。
17.根據權利要求1的激光照射裝置，該激光照射裝置進一步包括使用了聲光元件或電光元件的閘門。
18.根據權利要求2的激光照射裝置，該激光照射裝置進一步包括使用了聲光元件或電光元件的閘門。
19.根據權利要求3的激光照射裝置，該激光照射裝置進一步包括使用了聲光元件或電光元件的閘門。
20.根據權利要求4的激光照射裝置，該激光照射裝置進一步包括使用了聲光元件或電光元件的閘門。
21.根據權利要求5的激光照射裝置，該激光照射裝置進一步包括使用了聲光元件或電光元件的閘門。
22.根據權利要求6的激光照射裝置，該激光照射裝置進一步包括使用了聲光元件或電光元件的閘門。
23.根據權利要求7的激光照射裝置，該激光照射裝置進一步包括使用了聲光元件或電光元件的閘門。
24.根據權利要求8的激光照射裝置，該激光照射裝置進一步包括使用了聲光元件或電光元件的閘門。
25.一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜；使用至少包括一個電反射鏡和一個fθ透鏡的光學系統對所述非晶半導體膜照射激光束，其中當將真空中的光速定義為c時，所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。
26.一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜；使用至少包括一個電反射鏡和一個fθ透鏡的光學系統對所述非晶半導體膜照射激光束，其中當將真空中的光速定義為c時，所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd。
27.一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在襯底上形成非晶半導體膜，對該非晶半導體膜照射激光束，并且該激光束通過至少一個電反射鏡和一個fθ透鏡在所述非晶半導體膜上掃描，其中，入射到所述非晶半導體膜的激光束和被所述襯底的背面反射的激光束在相當于所述激光束的脈寬的10％或更少的時間，同時照射所述非晶半導體膜的某一點。
28.一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜；對該非晶半導體膜照射激光束，并且當將真空中的光速定義為c時，該激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd，其中，所述激光束根據第一電反射鏡按第一方向掃描所述非晶半導體膜，并且，所述激光束根據第二電反射鏡按垂直于第一方向的第二方向掃描所述非晶半導體膜，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
29.一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜；對該非晶半導體膜照射激光束，并且當將真空中的光速定義為c時，該激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd，其中，所述激光束根據第一電反射鏡按第一方向掃描所述非晶半導體膜，并且，所述激光束根據第二電反射鏡按垂直于第一方向的第二方向掃描所述非晶半導體膜，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
30.一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在襯底上形成非晶半導體膜；對該非晶半導體膜照射激光束，并使入射到所述非晶半導體膜的激光束和被所述襯底的背面反射的激光束在相當于所述激光束脈寬的10％或更少的時間，同時照射所述非晶半導體膜的某一點，其中，所述激光束根據第一電反射鏡按第一方向掃描所述非晶半導體膜，并且，所述激光束根據第二電反射鏡按垂直于第一方向的第二方向掃描所述非晶半導體膜，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜成像。
31.一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜，對該非晶半導體膜照射激光束，并且當將真空中的光速定義為c時，該激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd，其中，根據電反射鏡在所述非晶半導體膜的第一方向上掃描所述激光束，并且，通過在垂直于第一方向的第二方向上移動安裝有所述襯底的載物臺從而掃描所述激光束，并且，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
32.一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在折射率為n且厚度為d的襯底上形成非晶半導體膜，對該非晶半導體膜照射激光束，并且當將真空中的光速定義為c時，該激光束的脈寬t滿足不等式ct＜4nd，其中，根據電反射鏡在所述非晶半導體膜的第一方向上掃描所述激光束，并且，通過在垂直于第一方向的第二方向上移動安裝有所述襯底的載物臺從而掃描所述激光束，并且，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
33.一種晶質半導體膜的制作方法，包括以下步驟在襯底上形成非晶半導體膜；以及對該非晶半導體膜照射激光束，并使入射到所述非晶半導體膜的激光束和被所述襯底的背面反射的激光束在相當于所述激光束脈寬的10％或更少的時間，同時照射所述非晶半導體膜的某一點，其中，根據電反射鏡在所述非晶半導體膜的第一方向上掃描所述激光束，并且，通過在所述非晶半導體膜的垂直于第一方向的第二方向上移動安裝有所述襯底的載物臺從而掃描所述激光束，所述激光束通過fθ透鏡在所述非晶半導體膜上成像。
34.根據權利要求25的晶質半導體膜的制作方法，其中所述激光束穿過閘門僅僅對所述半導體膜的需要照射激光的部分或形成半導體元件的部分進行選擇性的照射。
35.根據權利要求26的晶質半導體膜的制作方法，其中所述激光束穿過閘門僅僅對所述半導體膜的需要照射激光的部分或形成半導體元件的部分進行選擇性的照射。
36.根據權利要求27的晶質半導體膜的制作方法，其中所述激光束穿過閘門僅僅對所述半導體膜的需要照射激光的部分或形成半導體元件的部分進行選擇性的照射。
37.根據權利要求28的晶質半導體膜的制作方法，其中所述激光束穿過閘門僅僅對所述半導體膜的需要照射激光的部分或形成半導體元件的部分進行選擇性的照射。
38.根據權利要求29的晶質半導體膜的制作方法，其中所述激光束穿過閘門僅僅對所述半導體膜的需要照射激光的部分或形成半導體元件的部分進行選擇性的照射。
39.根據權利要求30的晶質半導體膜的制作方法，其中所述激光束穿過閘門僅僅對所述半導體膜的需要照射激光的部分或形成半導體元件的部分進行選擇性的照射。
40.根據權利要求31的晶質半導體膜的制作方法，其中所述激光束穿過閘門僅僅對所述半導體膜的需要照射激光的部分或形成半導體元件的部分進行選擇性的照射。
41.根據權利要求32的晶質半導體膜的制作方法，其中所述激光束穿過閘門僅僅對所述半導體膜的需要照射激光的部分或形成半導體元件的部分進行選擇性的照射。
42.根據權利要求33的晶質半導體膜的制作方法，其中所述激光束穿過閘門僅僅對所述半導體膜的需要照射激光的部分或形成半導體元件的部分進行選擇性的照射。
43.根據權利要求34的晶質半導體膜的制作方法，其中所述閘門使用聲光元件或電光元件。
44.根據權利要求35的晶質半導體膜的制作方法，其中所述閘門使用聲光元件或電光元件。
45.根據權利要求36的晶質半導體膜的制作方法，其中所述閘門使用聲光元件或電光元件。
46.根據權利要求37的晶質半導體膜的制作方法，其中所述閘門使用聲光元件或電光元件。
47.根據權利要求38的晶質半導體膜的制作方法，其中所述閘門使用聲光元件或電光元件。
48.根據權利要求39的晶質半導體膜的制作方法，其中所述閘門使用聲光元件或電光元件。
49.根據權利要求40的晶質半導體膜的制作方法，其中所述閘門使用聲光元件或電光元件。
50.根據權利要求41的晶質半導體膜的制作方法，其中所述閘門使用聲光元件或電光元件。
51.根據權利要求42的晶質半導體膜的制作方法，其中所述閘門使用聲光元件或電光元件。
52.根據權利要求25的晶質半導體膜的制作方法，其中所述晶質半導體膜被應用于包括選自比如視頻相機和數碼相機的相機、頭戴式顯示器、汽車導航儀、汽車音響、個人計算機以及便攜式信息終端的電子器件。
53.根據權利要求26的晶質半導體膜的制作方法，其中所述晶質半導體膜被應用于包括選自比如視頻相機和數碼相機的相機、頭戴式顯示器、汽車導航儀、汽車音響、個人計算機以及便攜式信息終端的電子器件。
54.根據權利要求27的晶質半導體膜的制作方法，其中所述晶質半導體膜被應用于包括選自比如視頻相機和數碼相機的相機、頭戴式顯示器、汽車導航儀、汽車音響、個人計算機以及便攜式信息終端的電子器件。
55.根據權利要求28的晶質半導體膜的制作方法，其中所述晶質半導體膜被應用于包括選自比如視頻相機和數碼相機的相機、頭戴式顯示器、汽車導航儀、汽車音響、個人計算機以及便攜式信息終端的電子器件。
56.根據權利要求29的晶質半導體膜的制作方法，其中所述晶質半導體膜被應用于包括選自比如視頻相機和數碼相機的相機、頭戴式顯示器、汽車導航儀、汽車音響、個人計算機以及便攜式信息終端的電子器件。
57.根據權利要求30的晶質半導體膜的制作方法，其中所述晶質半導體膜被應用于包括選自比如視頻相機和數碼相機的相機、頭戴式顯示器、汽車導航儀、汽車音響、個人計算機以及便攜式信息終端的電子器件。
58.根據權利要求31的晶質半導體膜的制作方法，其中所述晶質半導體膜被應用于包括選自比如視頻相機和數碼相機的相機、頭戴式顯示器、汽車導航儀、汽車音響、個人計算機以及便攜式信息終端的電子器件。
59.根據權利要求32的晶質半導體膜的制作方法，其中所述晶質半導體膜被應用于包括選自比如視頻相機和數碼相機的相機、頭戴式顯示器、汽車導航儀、汽車音響、個人計算機以及便攜式信息終端的電子器件。
60.根據權利要求33的晶質半導體膜的制作方法，其中所述晶質半導體膜被應用于包括選自比如視頻相機和數碼相機的相機、頭戴式顯示器、汽車導航儀、汽車音響、個人計算機以及便攜式信息終端的電子器件。
全文摘要
本發明的目的是提供一種使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統的精簡的激光照射裝置以及激光照射方法，所述激光照射裝置可以抑制由因襯底背面的次級射束引起的干涉影響，從而能夠對被照射物進行均勻的激光退火，且可以提高生產量。在本發明中，當假設形成有被照射物的襯底的厚度為d，折射率為n，并將真空中的光速定義為c時，所述激光束的脈寬t滿足不等式ct＜2nd。在上述結構中，即使使用包括電反射鏡和fθ透鏡的光學系統，也可以減少因襯底背面的次級射束引起的干涉影響，從而可以對被照射物執行均勻的激光退火。
文檔編號H01L21/324GK1638039SQ20041008168
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月24日 優先權日2003年12月26日
發明者田中幸一郎 申請人:株式會社半導體能源研究所