CN1319117C - 半导体制造装置、制造方法及掩膜位置确定装置 - Google Patents

半导体制造装置、制造方法及掩膜位置确定装置 Download PDF

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Abstract

提供一种采用激光结晶技术的半导体制造装置，用于提高衬底的处理效率和提高半导体膜的迁移率。该多室系统的半导体制造装置包括用于形成半导体膜的膜形成设备以及激光照射设备。激光照射设备包括用于相对于照射物体控制激光照射位置的第一装置、用于发射激光的第二装置(激光振荡器)、用于处理或会聚激光的第三装置(光学系统)、以及按照被第三装置处理的激光的束点可以覆盖根据掩模结构(图形信息)的数据确定的位置的方式用于控制第二装置的振荡和用于控制第一装置的第四装置。

Description

半导体制造装置、制造方法及掩膜位置确定装置
发明领域
本发明涉及一种多室法的半导体制造装置，其设有在半导体膜的离子注入之后采用激光光束进行结晶或激活的激光装置。
背景技术
近年来，已经大大发展了在衬底上形成TFT的技术，并推进了用于有源矩阵半导体显示器件的应用和发展。特别是，由于采用多晶半导体膜的TFT具有比采用常规非晶硅膜的TFT更高的场效应迁移率，因此可以高速工作。因此，虽然通常在提供在衬底外部的驱动电路上控制像素，但是也可以在形成在同一衬底上的驱动电路上控制像素。
顺便提及，作为用在半导体器件中的衬底，从成本方面考虑，与单晶硅衬底相比，玻璃衬底被认为是很重要的。由于玻璃衬底在耐热方面比较差并易于热变形，在多晶硅TFT形成在玻璃衬底上的情况下，为了避免玻璃衬底的热变形，采用激光退火进行半导体膜的结晶。
激光退火的特性如下：与采用辐射热或传导热的退火方法相比大大减少了处理时间；通过选择和局部加热半导体或半导体膜，对衬底几乎不产生热损伤。
注意到这里的激光退火法表示使形成在半导体衬底或半导体膜上的损伤层再结晶的技术，和使形成在衬底上的非晶半导体膜结晶的技术。而且，这里的激光退火法包括适用于半导体衬底或半导体膜的整平或表面整形的技术。采用的激光振荡装置是以准分子激光器为代表的气体激光振荡装置或以YAG激光器为代表的固体激光振荡装置。都知道，该装置是通过在约几十纳秒到几百纳秒的极短时间周期内通过照射激光光束而加热半导体的表面层，从而进行结晶的。
激光器根据振荡的方法粗分为两种类型：脉冲振荡和连续振荡。在脉冲振荡激光器中，输出能量较高，假设束点的尺寸为几cm2或以上，则可以提高批量生产率。特别是，当采用光学系统处理束点的形状并使其成为长度为10cm或更长的线形形状时，可以有效地进行激光光束对衬底的照射并进一步提高批量生产率。因此，对于半导体膜的结晶，主要倾向于采用脉冲振荡激光器。
然而，近年来，在半导体膜的结晶中，发现在采用连续振荡激光器的情况下形成在半导体膜中的晶体的粒径比在采用脉冲振荡激光器的情况下的晶体的粒径更大。当半导体膜中的晶体粒径变大时，采用半导体膜形成的TFT的迁移率变高，并抑制了由于晶界造成的TFT特性的变化。因此，近年来连续振荡激光器更具吸引力。
然而，由于连续振荡激光器的最大输出能量通常比脉冲振荡激光器的最大输出能量小，因此束点的尺寸小，约为10-3mm2。因而，为了处理一个大的衬底，需要上下和左右移动在衬底上的激光光束照射位置，结果是增加了每个衬底的处理时间。因此，处理效率低，并且重要的目的是提高衬底的处理速度。
发明内容
鉴于上述问题做出本发明，因此本发明的目的是提供采用激光结晶法的半导体制造装置，与常规例子相比，本发明提高了衬底的处理效率和半导体膜的迁移率。
本发明涉及多室系统的半导体制造装置，包括用于形成半导体膜的膜形成设备和激光照射设备。设置在本发明的半导体制造装置上的激光照射设备包括用于相对于照射物体控制激光照射位置的第一装置、用于发射激光的第二装置(激光振荡器)、用于处理激光的第三装置(光学系统)、和用于控制第二装置的振荡以及用于按照以下方式控制第一装置的第四装置，其中所述方式为：在表示掩模结构的数据(图形信息)基础上使被第三装置处理过的激光的束点施加于预定位置。
在掩模数据基础上确定的位置意味着通过在半导体膜的结晶之后进行构图获得一部分半导体膜。根据本发明，第四装置根据掩模数据确定构图之后留在衬底上的半导体膜的部分，该半导体膜叠加在绝缘膜层上。接着，第四装置确定要用激光扫描的区域，以便至少使通过构图获得的部分结晶，然后控制给要扫描的区域施加束点的第一装置，由此使半导体膜部分地结晶。根据本发明，激光至少在用于结晶的最小必要区域上而不是在半导体膜的整个表面上扫描。上述设置避免了在半导体膜结晶之后在通过构图去掉的部分上照射激光所需要的时间。
为实施上述设置，本发明提供了借助激光在半导体膜上形成标记的步骤，该步骤是在半导体膜的形成和用激光进行的结晶之间进行的。然后，采用该标记作为参考，在掩模基础上确定要用激光扫描的区域。
顺便提及，也可以采用其它工序，包括对形成在衬底上的半导体膜构图，形成标记，然后形成半导体膜。
根据本发明，如上所述，激光扫描和照射不是在半导体膜的整个表面上进行的，而是在用于结晶的至少最小必要区域上进行的。上述设置避免了在半导体膜结晶之后在通过构图去掉的部分上照射激光所花费的时间。这将导致激光照射所需要的时间减少和提高了衬底的处理速度。
应该注意到激光照射可以进行两次。在这种情况下，两次激光照射工艺可以如下进行。为了至少使通过构图获得的部分结晶，确定要用第一激光扫描的区域。如此控制第一装置以便将束点施加于扫描区域，由此使半导体膜局部地结晶。接下来，通过控制第一装置改变扫描方向。要用激光扫描的区域如此确定，以便至少使通过构图获得的部分结晶。然后，在如此确定的区域上照射第二激光。此时，第一激光的扫描方向和第二激光的扫描方向之间的角度最优选尽可能为接近90°。
通过照射第一激光形成的某些晶粒由于在不同扫描方向照射第二激光而生长为大尺寸的单晶晶粒。这是因为由于第一激光的照射而在给定方向生长的晶粒用作籽晶，作为第二激光照射的结果，其沿着不同于上述给定方向的方向生长。相应地，在不同扫描方向上的两个激光照射工艺提供结晶度局部增强的半导体膜。具有甚至更高结晶度的一部分半导体膜可用于形成TFT的有源层，因此可获得具有提高的迁移率的TFT。
通过采用多室系统，本发明的半导体制造装置可以设置成在膜形成设备中形成半导体膜之后，在不暴露于大气的情况下将衬底传送到激光照射设备中，然后在不暴露于大气的情况下用激光照射(例如，在诸如稀有气体、氮气等的惰性气体中，或真空中)，由此使其上形成的半导体膜结晶。该多室系统包括其中多个处理室围绕运输室径向设置的径向型和其中多个处理室相对于运输室在横向相反侧上线形排列的线型。根据本发明的多室系统的半导体制造装置可以是径向型或线型。
此外，本发明的装置可以防止存在于清洁室内的分子污染物侵入到通过激光照射进行结晶的半导体膜中。污染物例如包括用于增加清洗室的空气清洁度的过滤中含有的硼。
本发明的晶体管可包括薄膜晶体管(TFT)、单晶晶体管和采用有机物质的晶体管。例如，单晶晶体管可采用SOI技术形成。薄膜晶体管可以包括作为有源层的多晶半导体或非晶半导体。例如可以采用多晶硅形成TFT或采用非晶硅形成TFT。
附图的简要说明
图1是表示根据本发明的多室系统的半导体制造装置的设置的示意图；
图2是表示激光照射设备的设置的方框图；
图3是表示激光照射室的设置的示意图；
图4A和4B是表示在照射物体上的激光的移动方向的示意图；
图5A-5C是表示在照射物体上的激光的移动方向的示意图；
图6A和6B是表示在照射物体上的激光的移动方向的示意图；
图7A和7B是表示用激光照射的区域和掩模之间的位置关系的示意图；
图8A和8B是表示在TFT的有源层上的激光的移动方向的示意图；
图9A和9B是表示用激光照射的区域和掩模之间的位置关系的示意图；
图10A和10B是表示用激光照射的区域和掩模之间的位置关系的示意图；
图11A和11B是表示在TFT的有源层上的激光的移动方向的示意图；
图12是表示用激光照射的区域和用于各电路的掩模之间的位置关系的示意图；
图13A和13B是表示标记的位置的示意图；
图14是表示根据本发明的制造工序的步骤的流程图；
图15是表示根据本发明的制造工序的步骤的流程图；
图16是表示常规制造工序的步骤的流程图；
图17A-17E是表示采用SLS技术的结晶机理的示意图；
图18A-18E是表示采用SLS技术的结晶机理的的示意图；
图19A和19B是表示束点形状及其能量密度分布的示意图和曲线图；
图20A和20B是表示合成束点的形状及其能量密度分布的示意图和曲线图；
图21A-21D是表示激光照射设备的典型光学系统的示意图；
图22A和22B是表示用激光照射的区域和掩模之间的位置关系的示意图；
图23A和23B是表示用激光照射的区域和掩模之间的位置关系的示意图；
图24A和24B是表示标记的结构的示意图；
图25A-25C是表示采用本发明的半导体制造装置制造半导体器件的方法的示意图；
图26A-26C是表示采用本发明的半导体制造装置制造半导体器件的方法的示意图；
图27A-27C是表示采用本发明的半导体制造装置制造半导体器件的方法的示意图；
图28是表示采用本发明的半导体制造装置制造半导体器件的方法的示意图；
图29是表示采用本发明的半导体制造装置制造的液晶显示单元的示意图；
图30A和30B是表示采用本发明的半导体制造装置制造发光器件的方法的示意图；
图31是表示采用根据本发明的半导体制造装置的发光器件的截面图；
图32A-32H是表示采用根据本发明的半导体器件的示例性电子装置的示意图；
图33A和33B是表示在照射物体上的激光的移动方向的示意图；
图34是表示采用本发明的半导体制造装置制造发光器件的方法的示意图；
图35是表示根据本发明的制造工序的步骤的流程图；
图36是表示根据本发明的制造工序的步骤的流程图；
图37是表示在照射物体上的激光的移动方向的示意图；
图38A和38B分别是表示安装在面板上的驱动电路的示意图；
图39是表示叠加束点的能量密度的中心轴分布的曲线图；
图40是表示束点的中心间距和能量差之间的关系的曲线图；
图41是表示束点的输出能量的中心轴分布的曲线图；
图42是表示示例性激光照射设备的示意图。
最佳实施例的说明
下面参照图1介绍根据本发明的多室系统的半导体制造装置的设置。
参见图1，参考标号1201表示提供有运输装置1202的运输室。多个处理室围绕运输室1201径向设置。图1表示处理室，其包括汽相膜形成室(A)1204、汽相膜形成室(B)1205、激光照射室1206和预处理室1207。参考标号1208表示储备室，还称为负载锁定室，在那里从传送室1209输送的衬底设置(装载)在运输装置1202上。应该注意到储备室1208可以分成衬底传送部分和衬底卸载部分。
虽然作为处理室图1中示出了采用汽相生长法形成半导体膜的汽相膜形成室(A)1204和(B)1205，但本发明不限于这种设置。可适当地根据膜形成法改变在处理室中进行的处理。此外，可以提供用于形成标记的激光照射室。
运输室1201保持在惰性气体或真空气氛中，因此借助相应门(阀门)1210a、1210b、1210c、1210d或1210e阻挡运输室1201和汽相膜形成室(A)1204、汽相膜形成室(B)1205、激光照射室1206、预处理室1207或储备室1208之间的每个连接。在运输室1201和处理室或储备室1208的任何一个之间的衬底1203的运输是通过运输装置1202经过相应门1210a-1210e进行的。
运输室1201提供有排气口1211a，通过该排气口借助真空排气系统对运输室抽真空。处理室和储备室1208也分别提供有排气口。如图1所示，汽相膜形成室(A)1204、汽相膜形成室(B)1205、激光照射室1206和储备室1208也分别提供有排气口1211b-1211e。然而，排气口不是必须设置在所有处理室上。本发明的半导体制造装置只需要提供以下能力：在例如10-3乇数量级的压力的真空或惰性气体的气氛中在衬底上形成半导体膜；在不使衬底暴露于大气的情况下将衬底输送到激光照射室中；和在真空或惰性气体气氛中用激光照射形成的半导体膜。除了排气口之外，还可以提供用于引入高纯度惰性气体的清洗管道。
包含在本发明的半导体制造装置中的激光照射设备包括：用于屏蔽衬底不暴露于大气的激光照射室1206；用于在其上运载衬底并控制其位置的位置控制装置1242；激光振荡器1213；光学系统1214；以及作为中心处理单元和作为存储装置如存储器而执行双重任务的计算机(CPU)。图2是表示提供在本发明的半导体制造装置中的激光照射设备的设置的方框图。
激光照射设备1234的位置控制装置1242等效于用于相对于照射物体来控制激光照射位置的第一装置。虽然图2中所示的设置使得位置控制装置用于改变衬底位置，由此移动(扫描)激光照射位置或改变激光的扫描方向，但是本发明不限于这种设置。作为选择，光学系统可用于改变激光的照射方向。在这种情况下，位置控制装置可构成为被包含在光学系统中。
激光照射设备1234的激光振荡器1213等效于用于发射激光的第二装置。虽然图2示出了其中提供一个激光振荡器1213的例子，但是激光照射设备1234中包含的激光振荡器1213的数量不限于一个。来自激光振荡器的各个激光光束的束点可互相叠加以形成单个束点。
可以根据处理的目的适当改变激光器。本发明可以采用任何一种公知的激光器。可用的激光器包括脉冲振荡型或连续波型的气体激光器和固态激光器。可用的气体激光器的例子包括准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器等。可用的固态激光器的例子包括YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YA1O3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、紫翠玉激光器、Ti：蓝宝石激光器、Y2O3激光器等。固态激光器可采用晶体，如用Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、Yb或Tm掺杂的YAG、YVO4、YLF、YA1O3等。这些激光器提供具有波长为1μm数量级的基波的激光，并且可以根据用于掺杂的材料改变波长。通过非线性光学器件可以获得相对于基波的更高谐波。
或者，还可以采用UV激光，这种激光是借助非线性光学器件将来自固态激光器的红外激光转换成绿色激光，然后使该绿色激光经过另一非线性光学器件获得的。
除了上述四个装置之外，激光照射设备还可以包括用于调整照射物体的温度的装置。
激光照射设备1234的光学系统1214等效于能利用从激光振荡器1213发射的激光处理形成在衬底上的束点的第三装置。
利用从激光振荡器1213发射的激光根据激光器的类型改变形成在衬底1203上的束点的形状。束点还可以借助光学系统来成形。例如，来自Lambda公司的市场上可得到的XeCl准分子激光器L3308(波长：308nm，脉冲宽度：30ns)发射尺寸为10mm×30mm(光束轮廓的半宽)的矩形激光光束。具有圆柱棒的YAG激光器发射圆形激光光束，而具有板状棒的YAG激光器发射矩形激光光束。可利用光学系统进一步成形这种激光光束而形成所希望尺寸的激光光束。
在采用多个激光振荡器时，上述光学系统可用于将从各激光振荡器输出的束点互相叠加在一起，由此形成单个束点。
激光照射设备1234的计算机1235等效于第四装置。计算机1235控制激光振荡器1213的振荡并控制作为第一装置的位置控制装置1242，以便将衬底设置在预定位置，从而使激光的束点覆盖根据掩模数据确定的位置。
图3示出了激光照射室1206的特殊设置。激光照射室1206被阻挡屏蔽件1230包围。由于激光具有高方向性和高能量密度，因此优选阻挡屏蔽件具有吸收反射光的特性，以便阻挡屏蔽件1230不将激光反射到不希望的区域。顺便提及，还可以使冷却水从阻挡屏蔽件流通，以便阻挡屏蔽件的温度不会由于吸收反射光而升高。
如图3所示，阻挡屏蔽件可提供有当从激光照射室排出空气时用于加热阻挡屏蔽件的装置(阻挡屏蔽件加热装置)1240。
激光照射室1206和运输室1201之间的连接打开或关闭由门1210c控制。激光照射室1206可通过连接到排气口1211d的排气系统1231保持在真空气氛中。除了排气口1211d之外，该激光照射室还包括用于引入惰性气体的清洗管道。
参考标号1212表示其上放置衬底1203的工作台。位置控制装置1242适于通过移动衬底来控制衬底的位置，由此移动激光的照射点。如图3所示，工作台1212可提供有用于加热衬底的装置(衬底加热装置)1241。
设置在阻挡屏蔽件1230中的孔1232被可透射激光的窗口(透明窗口)1233覆盖。透明窗口1233优选由几乎不吸收激光的材料形成，如晶体等。设置在透明窗口1233和阻挡屏蔽件1230之间的是防止空气经过透明窗口1233和阻挡屏蔽件1230之间的间隙进入激光照射室的垫圈1236。
首先，借助运输装置1202将在另一处理室中的具有形成在其上的半导体膜的衬底输送到运输室1201。在形成半导体膜和完成激光照射之间的期间，衬底放置在真空或惰性气体气氛中。接着，打开通向激光照射室1206的门1210c。
当打开门11210c时，激光照射室1206和运输室1201都保持在相同真空或惰性气体气氛中。然后，打开门1210c，同时运输装置1202将衬底1203从运输室1201传送到激光照射室1206，然后将衬底放在工作台1212上。在这种情况下，激光照射室1206可提供有用于将被运输装置1202运送的衬底1202放在工作台1212上的另一运输装置，
在关闭门1210c之后，从激光振荡器1213发射的激光被光学系统1214处理，用于使其束点成形，然后照射在衬底1203上。激光的入射角θ可优选大于0°，或者从防止返回光和进行均匀光照射的观点考虑，更优选在5-30°范围内。
在完成激光照射之后，再次打开门1210c，以便借助运输装置1203将衬底运送到运输室1203。
该多室系统可包括用于在被激光结晶的半导体膜上进行处理的处理室。例如，这种室可以是用于刻蚀半导体膜的处理室，或使用不同激光器的激光照射室。
现在参考图4A，介绍激光扫描的方向以照射用于制造有源矩阵型半导体器件而形成的半导体膜500。在图4A中，虚线501限定形成像素部分的区域，虚线502限定形成信号线驱动电路的区域，虚线503限定形成扫描线驱动电路的区域。
图4A表示形成有源层的区域只进行一次激光扫描的例子。图中的箭头表示激光的扫描方向。图4B是表示在形成像素部分的区域501上的束点507的放大图。有源层形成在用激光照射的区域上。
接着，参见图5A，介绍当用激光沿着不同扫描方向两次扫描半导体膜300时的激光的扫描方向。在图5A中，虚线301限定形成像素部分的的区域，虚线302限定形成信号线驱动电路的区域，虚线303限定形成扫描线驱动电路的区域。
在图5A中，箭头表示激光的扫描方向。参见图5A，用两个不同扫描方向的激光照射半导体膜，箭头状实线表示第一激光的扫描方向，箭头状虚线表示第二激光的扫描方向。有源层形成在第一激光和第二激光的交叉部分。
图5B是表示在第一扫描工艺中使用的束点307的放大图，而图5C是表示用在第二扫描工艺中的束点307的放大图。虽然图5示出了第一激光的扫描方向与第二激光的扫描方向基本上处于90°角，但是交叉角不限于此。然而，交叉角越接近90°，在激光互相相交的区域中形成的晶粒的垂直长度和水平长度之间的比越接近1。这相应地使有源层的设计更容易。
在图4A、4B、5A-5C中，束点的中心轴可垂直或不垂直于扫描方向(具体而言，束点中心轴和扫描方向之间的锐角θA在45°±35°，或更优选为45°)。在束点的中心轴垂直于扫描方向的情况下，可以以最高的效率处理衬底。另一方面，如果扫描是在相对于合成束点中心轴的45°±35°或更优选在45°的角度的扫描方向上进行的，则最终的有源层含有比扫描是在垂直于束点中心轴的扫描方向进行的情况更多数量的晶粒。这样，减少了与晶向或晶粒相关的有源层的特性变化。
激光通常在束点的边缘呈现比其它部分更低的能量密度，因此可能存在不均匀处理照射物体的情况。因此，希望按照激光路径的边缘不与限定通过构图结晶半导体膜获得的半导体膜岛(在图4B由506表示，在图5B和5C中由306表示)的部分重叠的方式照射激光。
虽然图5A中示出了像素部分301、信号线驱动电路302和扫描线驱动电路303都用激光扫描两次，但是本发明的设置不限于此。
根据本发明，根据半导体膜上的构图掩模确定要用激光扫描的区域，该构图掩模输入到计算机1235中。注意要用激光扫描的区域如此确定，以便覆盖通过构图结晶半导体膜获得的部分。计算机1235确定要用激光扫描的区域，以使至少通过构图获得的部分半导体膜可以结晶，并控制作为第一装置的位置控制装置1242，从而束点或照射点可以施加于要扫描的区域，用于局部结晶半导体膜。
图7A表示要用激光扫描的区域和在进行单次激光照射时的掩模之间的关系。注意在图7A中束点的中心轴基本上垂直于扫描方向。图7B表示在束点的中心轴相对于扫描方向为45°角的情况下要用激光扫描的区域和掩模之间的关系。参考标号510表示通过构图半导体膜获得的半导体膜岛。要用激光扫描的区域限定成以便覆盖这些半导体膜岛510。参考标号511表示要用激光扫描的区域、覆盖半导体膜岛510的区域。如图7A和7B所示，本发明设置成代替在半导体膜的整个表面上照射激光，用激光照射用于结晶的至少最小必要区域。
在结晶半导体膜用作TFT的有源层的情况下，优选确定激光的扫描方向平行于在沟道形成区域中载流子移动的方向。
图8A和8B表示在单次激光照射处理的情况下TFT的有源层的示例性布置。图8A表示包括单沟道形成区域并具有其中沟道形成区520夹在形成源区和漏区的杂质区521、522之间的结构的有源层。当通过提供在本发明的半导体制造装置中的激光照射设备结晶半导体膜时，激光的扫描方向限定为平行于在沟道形成区中的载流子移动方向，如图中箭头所示。参考标号523表示束点形状，其阴影区域524具有在用于实现有利晶体所需要的范围内的能量密度。通过用激光的阴影区域524照射有源层的整个表面，可以进一步提高有源层的结晶度。
图8B表示包括三个沟道形成区并具有按照沟道形成区530夹在其间的方式形成杂质区533、544的结构的有源层。在有源层中，另一沟道形成区531夹在杂质区534、535之间，并且另一沟道形成区532夹在杂质区535、536之间。当借助提供在本发明的半导体制造装置中的激光照射设备结晶半导体膜时，激光的扫描方向限定为平行于在沟道形成区中载流子的移动方向，如图中的箭头所示。在图8A和8B中，可通过移动衬底、通过操作光学系统或通过移动衬底和操作光学系统的组合进行用束点的扫描。
接着，图9A表示在进行两次激光照射处理的情况下要用第一激光扫描的区域和掩模之间的关系。在图9A中，束点的中心轴基本上垂直于扫描方向。参考标号310表示通过构图半导体膜获得的半导体膜岛。要用激光扫描的区域限定成以覆盖这些半导体膜岛310。参考标号311表示要用激光扫描的区域、覆盖半导体膜岛310的区域。如图9A所示，本发明设置成不是用第一激光照射半导体膜的整个表面，而是用激光照射用于结晶的至少最小必要区域。
图9B表示在图9A的半导体膜进行第二激光照射时要用两次激光照射处理的第二激光扫描的区域和掩模之间的关系。在图9B中，第二激光的扫描方向和第一激光的扫描方向之间相差90°角。要用第二激光扫描的区域也限定成覆盖半导体膜岛310。参考标号313表示要用第二激光照射的区域、覆盖半导体膜岛310的区域。如图9B所示，本发明设置成不是用第二激光照射半导体膜的整个表面，而是用激光照射用于结晶的至少最小必要区域。
这样，半导体膜岛310的结晶度进一步增强了，这是因为它们进行了两次不同扫描方向的激光照射处理。此外，由于激光只是照射在由半导体膜上的掩模限定的用于结晶的最小必要区域上，而不是衬底的整个表面上，因此减少了一个衬底的处理时间。这样，提高了衬底的处理效率。
注意到图9A和9B示出了第一和第二激光局部地照射到由半导体膜上的掩模限定的用于结晶的最小必要区域上，而不是照射到半导体膜的整个表面上。然而，本发明不限于这种设置，还可以做出其它可选择的设置，以便第一激光照射在半导体膜的整个表面上，而第二激光只局部照射。相反，第一激光可以局部照射，而第二激光可以照射到衬底的整个表面上。图10A表示第一激光照射到半导体膜的整个表面上的状态，而图10B表示第二激光照射到图10A的半导体膜上的第二激光的状态。参考标号314表示要用第一激光扫描的区域、覆盖半导体膜的整个表面的区域。参考标号315表示通过构图半导体膜获得的半导体膜岛。半导体膜岛如此定位以便不被第一激光的扫描路径的边缘叠加。参考标号316表示用第二激光扫描的区域、覆盖通过构图获得的半导体膜岛315的区域。第二激光不是照射到半导体膜的整个表面上而是局部照射，用于将激光施加于至少半导体膜岛315。
在结晶半导体膜用作TFT的有源层的情况下，希望两次激光处理之一的扫描方向限定成平行于在沟道形成区中载流子移动的方向。
图11A和11B表示TFT的有源层的例子。图11A表示包括一个沟道形成区并具有其中沟道形成区320夹在形成源区和漏区的杂质区321、322之间的结构的有源层。当通过提供在本发明的半导体制造装置中的激光照射设备结晶半导体膜时，第一或第二激光的扫描方向限定为平行于在沟道形成区中的载流子移动的方向，如图中箭头所示。在图11A和11B中，通过移动衬底、通过操作光学系统或通过移动衬底和操作光学系统的组合进行用束点的扫描。
参考标号323表示沿着由图中的箭头状实线表示的方向扫描的第一激光的束点。束点323的阴影区域324具有足够的能量密度以实现有利的晶体。通过给整个有源层施加激光的阴影区域324，可进一步增强有源层的结晶度。
参考标号325表示沿着由图中的箭头表示的方向扫描的第二激光的束点。第二激光的扫描方向不同于图11A中所示的第一激光的扫描方向。束点325的阴影区域326具有用于实现有利晶体的足够的能量密度。通过给整个有源层施加激光的阴影区域326，可进一步增强有源层的结晶度。
图11B表示包括三个沟道形成区并具有其中沟道形成区330夹在杂质区333、344之间的结构的有源层。在有源层中，另一沟道形成区331夹在杂质区334、335之间，又一沟道形成区332夹在杂质区335、336之间。第一激光沿着图中箭头状实线所示的方向扫描，而第二激光沿着箭头状虚线的方向扫描。第一或第二激光的扫描方向限定成平行于在沟道形成区中载流子移动的方向。
虽然第一或第二激光照射处理可以设置成使得激光的扫描方向平行于载流子移动方向，但是更优选该方向与具有更大能量密度的激光相匹配，因为晶体生长的方向受到具有更大能量密度的激光的影响更大。
现在，参见图12，介绍在进行两次激光照射处理的半导体膜上的激光的扫描方向和电路的有源层的布置之间的关系，其中半导体膜是用于制造有源矩阵型半导体器件而形成的。
图12表示形成在衬底上的半导体膜850。被虚线853包围的区域形成像素部分，像素部分853包括多个形成有源层的部分856。被虚线854包围的区域形成信号线驱动电路，信号线驱动电路854包括多个形成有源层的部分857。被虚线855包围的区域形成扫描线驱动电路，扫描线驱动电路855包括多个形成有源层的部分858。
注意包含在各个电路中的形成有源层的各部分856、857、858实际上为几十μm数量级的小尺寸。然而，为清楚起见，图12表示的这些部分的尺寸比实际尺寸大。形成电路的有源层的部分856-858按照在沟道形成区中载流子移动的方向通常分成两组(第一方向和第二方向)的方式布置。
参考标号851表示要通过第一激光照射结晶的区域，即覆盖形成有源层的部分856-858的区域。第一激光的扫描方向限定成平行于第一方向。
参考标号852表示要通过第二激光结晶的区域。第二激光的扫描方向不同于第一激光的扫描方向，并平行于第二方向延伸。第二激光不覆盖形成有源层的所有部分856-858，而是选择覆盖其中载流子在沟道形成区中平行于第二方向移动的有源层。在图12中，第二激光只照射到沟道形成区中的载流子在平行于第二激光的扫描方向移动的多个有源层858的那些上。
为了确定要用激光扫描的区域，需要在半导体膜上形成用于相对于半导体膜定位掩模的标记。图13A和13B表示用于在半导体膜上形成标记的位置，其中半导体膜是用于制造有源矩阵型半导体器件而制造的。图13A表示其中单个半导体器件形成在单个衬底上的例子，而图13B表示四个半导体器件形成在单个衬底上的例子。
参见图13A，参考标号540表示形成在衬底上的半导体膜。虚线541确定像素部分，虚线542限定信号线驱动电路，虚线543限定扫描线驱动电路。参考标号544表示其中形成标记的部分(标记形成部分)。标记形成部分提供在半导体膜的四个角上。
虽然图13A表示设置在四个角上的四个标记形成部分544，本发明不限于这种设置。标记形成部分的位置或数量不限于上述方式，只要提供用于对准在要用激光扫描的半导体膜的区域和半导体膜上的构图掩模之间的标记形成部分即可。
参见图13B，参考标号550表示形成在衬底上的半导体膜。虚线551表示在后面步骤中沿着它分割衬底的划线。根据图13B，通过沿着划线551分割衬底可获得四个半导体器件。注意通过分割衬底得到的半导体器件的数量不限于此。
参考标号552表示其中形成标记的部分(标记形成部分)。标记形成部分设置在半导体膜的四个角上。虽然图13B表示设置在半导体膜四个角上的四个标记形成部分552，本发明不限于这种设置。标记形成部分的位置或数量不限于上述方式，只要提供用于对准在要用激光扫描的半导体膜的区域和半导体膜上的构图掩模之间的标记形成部分即可。
用于形成标记的激光器的典型例子包括YAG激光器、CO2激光器等。不用说，也可以使用其他激光器用于形成该标记。
下面说明采用根据本发明的半导体制造装置制造半导体器件的流程。
图14是表示其中进行单个激光照射处理的制造工艺的流程图。首先，借助CAD设计半导体器件。然后，表示用于设计的半导体膜的构图掩模的结构的信息输入到激光照射设备的计算机中。另一方面，在衬底上形成非晶半导体膜，然后将形成有非晶半导体膜的衬底装载在激光照射设备中。借助激光器在半导体膜的表面上形成标记。
在输入到计算机中的掩模信息基础上，参照该标记的位置确定要用激光扫描的区域。参照该标记，激光照射在要扫描的区域上，用于局部结晶半导体膜。
用激光照射之后，构图和刻蚀通过激光照射形成的多晶半导体膜，由此获得半导体膜岛。接着，进行由半导体膜岛形成TFT的步骤。用于形成TFT的特殊步骤可根据TFT的结构改变，但是典型地可包括以下步骤：在半导体膜岛上形成用于形成杂质区的栅绝缘膜；按照覆盖栅绝缘膜和栅电极的方式形成层间绝缘膜；在层间绝缘膜中形成用于部分地漏出杂质区的接触孔；和按照经过接触孔与杂质区接触的方式在层间绝缘膜上形成布线。
图15是其中进行两次激光照射处理的制造工艺的流程图。首先，借助CAD设计半导体器件。然后，表示用于设计的半导体膜的构图掩模的结构的信息输入到激光照射设备的计算机中。另一方面，在衬底上形成非晶半导体膜，然后将形成有非晶半导体膜的衬底装载在激光照射设备中。借助激光器在半导体膜的表面上形成标记。
在输入到计算机中的掩模信息基础上，参照该标记的位置确定要用第一和第二激光扫描的区域。注意要用第二激光扫描的区域可根据第一激光的扫描方向和第二激光扫描方向之间的角度改变。第一和第二激光的扫描方向之间的角度可预先储存在存储器等中。否则，如果需要的话，可手工输入该角度。参照该标记，第一激光照射在要扫描的区域上，用于局部结晶半导体膜。
接下来，在进行用于局部结晶半导体膜的第二激光照射处理之前，通过确定值使用第一装置改变激光的扫描方向。
用激光照射之后，构图和刻蚀通过激光照射形成的多晶半导体膜，由此获得半导体膜岛。接着，进行由半导体膜岛形成TFT的步骤。用于形成TFT的特殊步骤可根据TFT的结构改变，但是典型地可包括以下步骤：在半导体膜岛上形成用于形成杂质区的栅绝缘膜；按照覆盖栅绝缘膜和栅电极的方式形成层间绝缘膜；在层间绝缘膜中形成用于部分地漏出杂质区的接触孔；和按照经过接触孔与杂质区接触的方式在层间绝缘膜上形成布线。
为了对比的目的，图16示出了半导体器件的常规制造工艺的流程。如图16所示，借助CAD设计半导体器件的掩模。另一方面，在衬底上形成非晶半导体膜，然后将形成有非晶半导体膜的衬底装载在激光照射设备中。然后，扫描激光，用于在非晶半导体膜的整个表面上进行激光照射，由此使整个非晶半导体膜结晶。在如此结晶的多晶半导体膜上形成标记，其中参照该标记构图半导体膜，用于形成半导体膜岛。然后，用该半导体膜岛制造TFT。
与图16中所示的常规制造工艺相比，本发明的工艺如此设置，在利用激光使非晶半导体膜结晶之前，形成标记。接下来，在用于半导体膜的构图掩模的信息基础上用激光扫描半导体膜。
上述设置消除了在半导体膜结晶之后要通过构图去掉的部分上照射激光所花费的时间，由此减少了激光照射所需要的时间并提高了衬底的处理速度。
本发明的制造工艺可包括采用催化剂结晶半导体膜的步骤。在使用催化剂元素的情况下，可优选采用在JP-A-7-130652和JP-A-8-78329中公开的技术。
在制造工艺包括采用催化剂使半导体膜结晶的步骤的情况下，形成非晶半导体膜之后，进行采用Ni(NiSPC)使半导体膜结晶的步骤。在JP-A-7-130652中公开的技术的情况下，结晶工艺包括以下步骤：将含有10ppm(重量)镍的乙酸镍溶液施加于非晶半导体膜上，由此在其上形成含镍层；在500℃下进行去氢处理1小时；500-650℃的温度下对该半导体膜进行热处理4-12小时，或例如在550℃下进行热处理8小时，由此使半导体膜结晶。可用的催化剂元素的例子除了镍(Ni)之外还包括锗(Ge)、铁(Fe)、钯(Pd)、锡(Sn)、铅(Pb)钴(Co)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、等。
接着，激光照射在半导体膜上，由此进一步增强用NiSPC结晶的半导体膜的结晶度。通过激光照射形成的多晶半导体膜含有催化剂元素，因此激光照射之后进行用于从多晶半导体膜除去催化剂元素的步骤(吸杂)。在JP-A-10-135468或JP-A-10-135469中公开的技术可用于吸杂。
具体而言，吸杂工艺包括以下步骤：向通过激光照射形成的一部分多晶半导体膜中注入磷，并在550-800℃下在氮气氛中热处理该半导体膜5-24小时。例如，在600℃下的热处理工艺可在氮气氛中进行12小时。用磷掺杂的多晶半导体膜的区域用作吸杂部位，在该部位中可以分离存在于多晶半导体膜中的磷。接着，通过构图从多晶半导体膜除去含磷的区域，由此形成催化剂元素的浓度减少到1×1017原子/cm3或以下，或更优选减少到约1×1016原子/cm3的半导体膜岛。
这样，本发明设置成不是用激光通过扫描照射半导体膜的整个表面而是用激光扫描用于结晶的至少最小必要区域。上述设置消除了用激光照射在半导体结晶之后要通过构图去掉的区域上所花费的时间，因此明显减少了每个衬底的处理时间。
最佳实施例
下面介绍本发明的最佳实施例。
[实施例1]
通过激光照射形成的结晶半导体膜包括多个晶粒的聚集体。晶粒具有随机的位置和尺寸，因此很难用于形成具有特殊位置和尺寸的晶粒的结晶半导体膜。因而，通过将结晶半导体膜构图成岛状形成的有源层可含有晶粒界面(晶界)。
不象晶粒那样，晶界中含有与非晶结构和晶体缺陷相关的无数个复合中心和捕获中心。都知道，被捕获在捕获中心中的载流子增加了晶界的电位，这形成了阻挡载流子的势垒，因此载流子降低了电流可运输性。因此，存在于TFT的有源层或特别是存在于沟道形成区中的晶界将对TFT特性造成严重影响，如大大降低了TFT的迁移率，或由于电流流过晶界而增加了截止电流。此外，可以获得在特性相同的前提下制造的多个TFT，并由于在有源层中存在晶界而造成特性改变。
在半导体膜上照射激光随机位置产生随机尺寸的晶粒的原因如下。即，在通过激光照射完全熔化的半导体膜中形成固相晶核之前，需要一定的时间。经过一段时间，无数个晶核出现在完全熔化的区域中，并且从各个晶核生长晶体。由于晶核产生在随机位置，因此造成晶核的不规则分布。晶粒生长以互相碰撞，并在那里终止晶体生长工艺。因而，晶粒具有随机位置和尺寸。
另一方面，建议一种方法，其中通过局部熔化半导体膜而不是熔化整个半导体膜形成结晶半导体膜。在这种情况下，激光照射产生其中半导体膜完全熔化的部分和其中存在固相半导体区域的部分，固相半导体区域用作晶核，晶粒从该晶核开始生长。在完全熔化的区域中形成晶核需要一定的时间。直到在完全熔化的区域中产生晶核的时间期间，从作为晶核的固相半导体区域在相对于半导体膜表面的水平方向(以下称为“横向”)生长晶粒。相应地，晶粒在不少于半导体膜厚度的几十倍的长度上生长。一段时间之后，完全熔化区域中的晶粒也开始生长并与从晶核生长的晶粒碰撞，在那里终止横向结晶生长。下面这种现象将称为“超横向生长”。
超横向生长工艺提供相对大的晶粒，相应地减少晶界的数量。不幸的是，用于进行超横向生长的激光在能量范围上十分受限。此外，难以控制形成大晶粒的位置。而且，大晶粒以外的其他区域是含有无数个晶核的次要晶体区域或非晶区域，因此产生不规则晶粒尺寸。
考虑到如果采用在关于完全熔化半导体膜的这个能量范围内的激光并且可以控制横向温度梯度，可以实现位置和方向控制的晶粒生长工艺。已经做了各种尝试以实现这个工艺。
例如，在哥伦比亚大学的James.S.Im等人已经建议了用于实现在任意位置的超横向生长的连续横向固化法(以下称为SLS法)。SLS工艺如此设置，以便通过转移狭缝掩模在每个激光的束点处相隔超横向生长的距离(约0.75μm)进行结晶。
这个实施例示出了SLS工艺应用于本发明的例子。
首先，第一激光照射到半导体膜上。在这种情况下，脉冲振荡型激光器和连续波型激光器都可以使用。第一激光只照射到由掩模限定的区域上。虽然第一激光的能量密度根据半导体膜的厚度而改变，但是第一激光可以具有这种程度的能量密度，以便提高由掩模限定的区域的结晶度。
接着，改变扫描方向并在由掩模限定的区域上照射第二激光。第二激光是从脉冲振荡型激光器发射的，并且以可熔化由掩模限定的区域的局部部分到半导体膜的整个深度的能量密度照射。
图17A示意性地示出了在第二激光的第一次发射刚刚结束之后的半导体膜的状态。半导体膜802等效于通过第一激光的照射而增强结晶度的区域。第二激光的照射在束点801下面的部分局部地使半导体膜802熔化到整个深度。
此时，半导体膜802在束点801下面的部分完全熔化，而束点以外的部分不熔化或在比束点部分更低的温度下熔化。因此，束点部分的边缘形成籽晶粒，它从束点部分的边缘向由图中箭头表示的中心横向生长。
随着晶粒生长的进行，晶粒与来自在完全熔化部分中产生的籽晶粒的晶粒碰撞或与在相反侧上生长的籽晶粒碰撞，由此在束点803的中心部分停止晶粒生长。图17B示意性地示出了在结束晶体生长时半导体膜的状态。该半导体膜具有在束点的中心部分803的不规则表面，在那里存在的细晶体的数量比在其它部分的细晶体的数量多，或晶粒互相碰撞。
接着，施加第二激光的第二次发射。施加的第二次发射的位置稍微偏离第一次发射的束点的位置。图17C示意性地示出了第二次发射刚刚结束之后的半导体膜的状态。在图17C中，第二次发射的束点偏离第一次发射的束点下面的部分801到这样的程度，即第二次发射的束点覆盖由第一次发射形成的中心部分803。
此时，第二次发射的束点804下面的部分完全熔化，而束点以外的部分不熔化或在远低于束点部分的温度下熔化。因此，束点部分的边缘形成籽晶粒，其从束点部分的边缘向由图中的箭头表示的中心横向生长。此时，除了由第一次发射结晶的部分801以外，未被第二次发射的束点照射的部分形成籽晶粒，以使横向生长的晶粒由于第一次发射而沿着扫描方向生长。
晶体随着时间而生长，晶粒与来自全熔化部分中产生的籽晶粒的晶粒或与在相反侧生长的籽晶粒碰撞，以便在第二次发射的束点的中心部分805停止晶粒生长。图17D示意性地示出了在晶体生长结束时半导体膜的状态。该半导体膜具有在束点中心部分805的不规则表面，在该处存在的细晶体的数量比在其它部分的多，或者晶粒互相碰撞。
利用相同的方式，施加第三次发射和后面的发射，稍微偏离束点，由此实现平行于扫描方向延伸的晶体生长，如图17E所示。
根据上述设置，可以实现局部结晶，同时控制晶粒的位置和尺寸。
接下来，介绍将SLS工艺应用于本发明的图17A-17E以外的其它实施例。
首先，第一激光照射到半导体膜上。在这种情况下，脉冲振荡型激光器和连续波型激光器都可以使用。第一激光只照射到由掩模限定的区域上。虽然第一激光的能量密度根据半导体膜的厚度而改变，但是第一激光可以具有这种程度的能量密度，以便提高由掩模限定的区域的结晶度。
接着，改变扫描方向并在由掩模限定的区域上照射第二激光。第二激光是从脉冲振荡型激光器发射的，并且以可熔化由掩模限定的区域的局部部分到半导体膜的整个深度的能量密度照射。
图18A示意性地示出了在第二激光的第一次发射刚刚结束之后的半导体膜的状态。半导体膜812等效于通过第一激光的照射而增强结晶度的区域。第二激光的照射在束点811下面的部分到整个深度局部地使半导体膜812熔化。束点部分的边缘形成籽晶粒，其从束点部分的边缘向由图中箭头表示的中心横向生长。
晶体随着时间而生长，晶粒与来自全熔化部分中产生的籽晶粒的晶粒或与在相反侧生长的籽晶粒碰撞，由此在束点的中心部分813停止晶粒生长。图18B示意性地示出了在晶体生长结束时半导体膜的状态。该半导体膜具有在束点中心部分813的不规则表面，在该处存在的细晶体的数量比在其它部分的多，或者晶粒互相碰撞。
接着，施加第二激光的第二发射。第二发射施加的位置稍微偏离第一发射的束点。图18C示意性地示出了在第二次发射刚刚结束之后半导体膜的状态。在图18C中，第二发射的束点不覆盖由第一次发射形成的中心部分813，而是偏离该中心部分到第二发射的束点与第一发射的束点的一部分重叠的程度。
第二发射的束点下面的部分的边缘形成籽晶粒，其从束点边缘向由图中箭头表示的中心横向生长。此时，在由第一发射结晶的部分811以外，未被第二发射照射的部分形成籽晶粒，以便横向生长的晶粒由于第一发射而沿着扫描方向进一步生长。
晶体随着时间而生长，晶粒与来自全熔化部分中产生的籽晶粒的晶粒或与在相反侧生长的籽晶粒碰撞，以便在束点的中心部分815停止晶粒生长。图18D示意性地示出了在晶体生长结束时半导体膜的状态。该半导体膜具有在束点中心部分815的不规则表面，在该处存在的细晶体的数量比在其它部分的多，或者晶粒互相碰撞。
通过相同方式，施加第三发射和后面的发射，并稍微偏离束点，由此实现平行于扫描方向延伸的晶体生长，如图18E所示。根据上述设置，可以实现局部结晶，同时控制晶粒的位置和尺寸。
束点的中心部分留在通过如图18A-18E所示的照射法形成的晶体中。由于束点的中心不存在有利的结晶度，因此优选按照防止束点中心位于沟道形成区域或更优选防止束点中心位于有源层的方式布置有源层。
在如图17A-17E和18A-18E所示的激光照射方法中，如果按照晶粒平行于载流子在沟道形成区中移动的方向生长晶粒的方式布置有源层，则沟道形成区含有减少数量的晶界。这将导致载流子迁移率提高和OFF电流降低。另一方面，如果按照晶粒在相对于载流子在沟道形成区中移动的方向的角度方向而不是平行于其的方向生长的方式布置有源层，则沟道形成区含有增加数量的晶界。然而，根据在多个有源层中的对比，各有源层具有在沟道形成区中的总晶界的较小差别的百分比，导致迁移率的改变和最终TFT的截止电流减小了。
虽然该实施例在第二激光的照射中采用了SLS工艺，但是本例不限于这种设置。例如，可以采用SLS工艺进行用于结晶的第一激光照射，并且可以采用脉冲振荡激光器进行第二激光照射，由此消除通过第一激光照射形成的晶粒中的缺陷，并进一步增强结晶度。脉冲振荡激光器一般具有高于连续波激光器的能量密度并提供相对大的束点，因此减少了每个衬底的处理时间并实现了更高的处理效率。
注意为了确定成核区域，该实施例可采用用于成形激光的束点的掩模。可使用的激光器包括脉冲振荡型准分子激光器、YLF激光器等，但不限于此。
[实施例2]
在本例中，将介绍利用多个激光振荡器形成的束点的形状。
图19A表示在照射物体上的激光光束的束点的示意形状，该激光光束是从多个脉冲激光振荡器的每个发射的。图19A中所示的束点为椭圆形。在提供在本发明的半导体制造装置中的激光照射设备中，从各个激光振荡器发射的激光的束点形状不限于椭圆形，束点的形状可根据激光的类型而改变。此外，束点可以借助光学系统成形。例如，由Lambda公司制造的在市场可得到的XeCl准分子激光器L3308(波长：308nm，脉冲宽度：30ns)发射10mm×30mm(光束轮廓的半宽)矩形的激光。另一方面，具有圆柱棒的YAG激光器发射圆形激光，而具有板状棒的YAG激光器发射矩形激光。还可以通过光学系统成形这种激光，由此形成所希望尺寸的激光。
图19B示出了能量密度相对于图19A中所示的束点的纵轴y的分布。椭圆形束点的激光具有朝向椭圆形状的中心O弯曲的能量密度分布。标号α表示相对于纵轴y的宽度，在该宽度中能力密度超过用于形成所希望的晶体所需要的值。
接下来，图20A示出了通过合成具有如图19A和19B所示的束点的激光光束形成的束点的形状。虽然图20A示出了四个激光光束的束点互相重叠以形成单个束点的例子，但是重叠的束点的数量不限于此。
如图20A所示，通过使激光光束的束点相互部分地重叠而形成单个束点，这些束点具有互相对准的纵轴。注意以下将通过互连椭圆形状的各个中心O得到的直线称为“中心轴”。
图20B示出了在图20A中所示的合成激光束点的能量密度的中心轴分布。在未合成束点互相重叠的部分，其各自的能量密度组合在一起。根据图示，重叠的光束部分的能量密度A和B可以组合以得到基本等于每个光束的能量密度的峰值C的值。这样，在椭圆形光束的各个中心O之间能量密度平缓化。理想的是值A和B的和等于值C。然而，实际上，这个和不总是等于值C。A和B的和与值C之间的差优选在值C的±10％、更优选在±5％的范围内。但是，可以由设计者适当确定容差。
从图20B中看到，与多个激光光束不重叠并单独施加的设置相比，其中多个激光光束互相重叠用于补偿各个低能量密度部分的设置更有效地增强了半导体膜的结晶度。例如，假设只有图20B中所示的阴影区域超过用于形成所希望的晶体所需要的能力密度值，则其它区域具有较低的能量密度。在这种情况下，可以只在中心轴宽度α的阴影区域中形成所希望的晶体，除非四个束点互相重叠。另一方面，束点可互相重叠，如图20B所示，以便在中心轴宽度β(β＞4α)的区域内形成所希望的晶体，由此实现本发明的更有效的结晶。
注意，束点的重叠部分可以不是必须具有等于每个束点的最大能量密度的值。例如，重叠部分可以具有在每个束点的能量密度的±10％、更优选在±5％范围内的值。
此外，激光可以改变在其路径上的宽度，同时保持其能量密度在恒定水平。这防止了激光路径的边缘与通过构图形成的半导体器件叠加。此外，可以减少由激光照射到不希望的部分上而造成衬底的损伤。
本例的设置可以与实施例1自由组合。
[实施例3]
在本例中，将介绍根据本发明的多室系统的半导体制造装置的激光照射设备中的光学系统。
图21A-21D示出了根据本例的典型光学系统。图21A中所示的光学系统包括两个柱状透镜401和402。沿着图中箭头的方向入射的激光光束照射到照射物体403上，其束点由两个柱状透镜401和402成形。最靠近照射物体403的柱状透镜402具有小于柱状透镜401的焦距。为了防止返回光和进行均匀的激光照射，激光光束相对于衬底的入射角可优选保持在大于0°或更优选在5-30°的范围内。
图21B中所示的光学系统包括反射镜405和半球状透镜406。沿着图中箭头所示方向入射的激光光束被反射镜405反射，并照射到照射物体407上，其束点被半球状透镜406成形。半球状透镜的曲率可由设计者适当确定。为了防止返回光和进行均匀照射，激光光束相对于衬底的入射角可优选保持在大于0°或更优选在5-30°的范围内。
图21C中所示的光学系统包括电反射镜(galvano mirror)410、411和透镜412-414。沿着图中箭头所示方向入射的激光光束被电反射镜410、411反射，并照射到照射物体415上，其束点被透镜412-414成形。控制电反射镜410、411的倾斜角就可以用激光光束的束点扫描照射物体415。为了防止返回光和进行均匀照射，激光光束相对于衬底的入射角可优选保持在大于0°或更优选在5-30°的范围内。
图21D示出了由实施例2所示并用于将四个束点合成一个束点的光学系统。图21D中所示的光学系统包括6个柱状透镜417-422。沿着图中箭头所示的方向入射的四个激光光束穿过各个柱状透镜419-422。被柱状透镜419、421成形的两个激光光束进入柱状透镜417，以便再次被成形，并照射到照射物体423上。另一方面，被柱状透镜420、422成形的两个激光光束进入柱状透镜418，以便再次被成形，并照射到照射物体423上。
激光光束在照射物体423上的束点部分地互相重叠，以便合成为一个束点。
每个透镜的焦距和入射角可适当地由设计者确定，只要最靠近照射物体423的柱状透镜417、418的焦距确定为小于柱状透镜419-422的焦距即可。例如，最靠近照射物体423的柱状透镜417、418的焦距确定为20mm，则柱状透镜419-422的焦距确定为150mm。在本例中，柱状透镜417、418如此设置以便以25°的入射角将激光光束施加于照射物体423，而柱状透镜419-422如此设置以便以10°的入射角将激光光束施加于照射物体423上。为了防止返回光和进行均匀激光照射，激光束相对于衬底的入射角优选保持在大于0°或更优选在5-30°的范围内。
图21D示出了其中合成四个束点的例子。在这种情况下，光学系统包括单独提供在四个激光振荡器的相应一个上的四个柱状透镜和对应各对透镜提供的两个柱状透镜。要合成的束点的数量不限于此，该数量可以在2-8(包含)的范围内。在合成n个束点(n＝2，4，6，8)情况下，该光学系统包括单独提供在n个激光振荡器的相应一个上的n个柱状透镜和对应n个柱状透镜的n/2个柱状透镜。在合成n个束点(n＝3，5，7)情况下，该光学系统包括单独提供在n个激光振荡器的相应一个上的n个柱状透镜和对应n个柱状透镜的(n+1)/2个柱状透镜。
在合成5个或更多个束点的情况下，优选就光学系统或干涉的部位而言，第五或后面的激光光束可以从衬底相反侧照射。这样，衬底必须具有光透射性。
假设一个垂直于照射面并包括每个激光光束的矩形束点短边或长边的平面确定为入射平面。希望激光光束的入射角θ满足θ≥arctan(W/2d)，其中W表示包含在入射面中的短边或长边的长度，d表示设置在照射面上并可透过激光光束的衬底的厚度。在激光光束的路径在入射面以外的情况下，其入射角θ由其路径在入射面上的激光光束的入射角确定。在入射角θ照射激光光束可提供均匀的激光照射，而不会出现被衬底表面反射的光与被衬底背面反射的光之间干涉的问题。上述逻辑是在假设衬底具有为1的反射率基础上做出的。实际上，很多衬底的反射率在1.5数量级，因此在1.5反射率基础上计算的值大于通过上述逻辑关系确定的角度。然而，束点的能量在纵向相反端衰减，因此在相反端部的干涉效果不明显。这样，上述逻辑值提供足够的效果以衰减干涉。
注意根据本发明的多室系统的半导体制造装置的激光照射设备中的光学系统不限于由本例所示的设置。
本例可以与实施例1或2组合实施。
[实施例4]
在本例中，将介绍在采用多个激光振荡器进行激光照射期间改变激光束点的尺寸的例子。
提供在本发明的半导体制造装置中的激光照射设备如此设置，以便计算机根据输入到计算机内的掩模信息确定要用激光扫描的区域。本例还用于根据掩模的构形改变束点的长度。
图22A表示在进行一次激光照射工艺情况下用于构图半导体膜的掩模的构形与束点的长度之间的典型关系。参考标号560表示用于构图半导体膜的掩模的结构。在通过激光照射结晶之后，采用掩模构图半导体膜。
参考标号561、562表示用激光照射的区域。参考标号561表示利用束点扫描的区域，其中该束点是通过合成从四个激光振荡器输出的激光光束的束点形成的。另一方面，参考标号562表示利用通过叠加从两个激光振荡器输出的激光光束的束点形成的束点扫描的区域。
通过合成从两个激光振荡器输出的激光光束形成的束点可以通过使四个激光振荡器中的两个去激励而获得。然而，从两个有源激光振荡器输出的两个束点互相叠加在一起是很重要的。
图22B表示在进行两次激光照射工艺的情况下用于构图半导体膜的掩模的结构与束点的长度之间的典型关系。参考标号360表示用于构图半导体膜的掩模的结构。在通过两次激光照射结晶之后，采用掩模构图半导体膜。
参考标号363表示用第一激光照射的区域。虽然根据本例第一激光照射到半导体膜的整个表面上，但是激光可以局部照射，以便在构图之后至少形成有源层的部分被结晶。关键是在构图之后形成有源层的部分不与束点的边缘重叠。
参考标号361、362表示用第二激光照射的区域。参考标号361表示用通过合成从四个激光振荡器输出的激光光束的束点形成的束点扫描的区域。另一方面，参考标号362表示用通过叠加从两个激光振荡器输出的激光光束的束点形成的束点扫描的区域。
通过合成从两个激光振荡器输出的激光光束形成的束点可以通过使四个激光振荡器中的两个去激励而获得。然而，从两个有源激光振荡器输出的两个束点互相叠加在一起。
在选择方案中，第一激光可以局部照射，第二激光可以照射到半导体膜的整个表面上。
在由本例所示的情况下，其中在激光扫描期间改变束点的长度，将较长束点变为较短束点比将较短束点变为较长束点更优选，因为在前种情况下激光振荡器可提供稳定的输出。因而，优选由计算机在关于掩模结构的信息的基础上确定激光扫描顺序，以便较长束点被改变为较短束点。或者，可以考虑到激光扫描顺序而设计掩模。
上述设置允许激光路径的宽度改变，因此可防止激光路径的边缘与通过构图得到的半导体器件叠加。此外，可以进一步减少由激光照射到衬底不希望的部分上而造成的衬底损伤。
本例可以与实施例1-3中的任一个组合实施。
[实施例5]
在本例中，将介绍在通过多个激光振荡器进行激光成照射期间，通过操作光学系统的光栅用于阻挡激光而使激光选择照射到预定部分上的例子。
提供在本发明的半导体制造装置中的激光照射设备可以如此设置，以便计算机根据输入到计算机中的掩模信息确定要用激光扫描的区域。本例还适于用光栅阻挡激光，以便激光选择地照射到要扫描的部分上。在这种情况下，光栅可优选由能阻挡激光并不易于被激光变形或损坏的材料形成。
图23A表示用于构图半导体膜的掩模的结构和要用激光照射的区域之间的典型关系。参考标号570表示用于构图半导体膜的掩模的结构。在通过激光照射进行结晶之后，用该掩模构图该半导体膜。
参考标号571表示用激光照射的部分。虚线表示激光被光栅阻挡的部分。这样，本例设置成使得不要求结晶的部分不用激光照射或用减少能量密度的光照射。因而，可以进一步减少由激光照射到衬底不希望的部分上而造成的衬底损伤。
图23B表示在进行两次激光照射工艺的情况下用于构图半导体膜的掩模的结构和要用激光照射的区域之间的典型关系。参考标号370表示用于构图半导体膜的掩模的结构。在通过激光照射进行结晶之后，用该掩模构图该半导体膜。
参考标号373表示用第一激光照射的区域。虽然根据本例第一激光照射到半导体膜的整个表面上，但是激光可以局部照射，以便在构图之后至少形成有源层的部分被结晶。关键是在构图之后形成有源层的部分不与束点的边缘重叠。
参考标号371表示用第二激光照射的区域。虚线表示激光被光栅阻挡的部分。这样，本例设置成使得不要求结晶的部分不用激光照射或用减少能量密度的光照射。因而，可以进一步减少由激光照射到衬底不希望的部分上而造成的衬底损伤。
在选择方案中，第一激光可以局部照射，第二激光可以照射到半导体膜的整个表面上。
接下来，介绍用于制造半导体显示单元的工艺，其中该半导体显示单元包括像素部分、信号线驱动电路和扫描线驱动电路，在该工艺中光栅用于选择地对像素部分、信号线驱动电路和扫描线驱动电路进行单激光照射工艺。
如图6A所示，激光沿着图中箭头所示方向扫描，由此使信号线驱动路302和像素部分301暴露于激光下。在这个工艺中，激光没有照射到衬底的整个表面上。光栅用于阻挡激光，由此不使激光照射到扫描线驱动电路303上。
接着，如图6B所示，激光沿着图中箭头所示方向扫描，由此使扫描线驱动电路303暴露于激光下。在这个工艺中，信号线驱动电路302和像素部分301不暴露于激光下。
接着，参见图33A和33B，介绍其中使用光栅选择地对像素部分、信号线驱动电路和扫描线驱动电路进行单个激光照射工艺的另一个例子。
如图33A所示，激光沿着图中箭头所示方向扫描，由此使扫描线驱动电路393和像素部分391暴露于激光下。在这个工艺中，激光不照射到衬底的整个表面上，光栅用于阻挡激光，由此不使激光照射到信号线驱动电路392上。
接着，如图33B所示，激光沿着图中箭头所示方向扫描，由此使信号线驱动电路392暴露于激光下。在这个工艺中，信号线驱动电路393和像素部分391不暴露于激光。
可以按照这种的方式使用光栅，用于选择地照射激光，以便激光在每个电路上的扫描方向可以根据每个电路中的有源层的沟道形成区的布置而改变。这防止了双激光照射到相同电路上，由此不需要对激光路径的清晰度和有源层的布置进行限制，以便防止第二激光的边缘与布置的有源层叠加。
下面介绍用大衬底形成多个面板和使用光栅选择地对像素部分、信号线驱动电路和扫描线驱动电路进行单激光照射工艺的例子。
首先，如图37所示，激光沿着图中箭头所示方向扫描，由此使每个面板的信号线驱动电路382和像素部分381暴露于激光下。在这个工艺中，激光不照射到衬底的整个表面上，并用光栅阻挡激光，由此不使激光照射到扫描线驱动电路383上。
然后，激光沿着图中箭头所示方向扫描，由此使扫描线驱动电路383暴露于激光。在这个工艺中，信号线驱动电路382和像素部分381不暴露于激光。顺便提及，参考标号385表示衬底386上的划线。
本例可与实施例1-4中的任一个组合实施。
[实施例6]
在本例中将介绍提供在标记形成部分463上的标记的例子。
图24A表示本例的标记的顶视图。参考标号461和462表示用作形成在半导体膜中的参考点的标记(以下称为“参考标记”)，其中每个参考标记具有矩形形状。所有参考标记461都设置成使矩形的长边在水平方向延伸，各个参考标记461以规则间隔在垂直方向设置。所有参考标记462设置成使矩形的长边在垂直方向延伸，各个参考标记462以规则间隔在垂直方向设置。
参考标记461成为用于在垂直方向确定掩模的位置的参考点，而参考标记462成为用于在水平方向确定掩模的位置的参考点。参考标号464和465表示用于构图半导体膜的掩模的标记，每个标记具有矩形形状。用于半导体构图的掩模的位置如此确定，以便矩形标记464的长边在水平方向设置，矩形标记465的长边在垂直方向设置。此外，用于半导体构图的掩模的位置如此确定，以便掩模精确地设置在确定标记464的两个相邻参考标记461之间的中心处，并且还精确地设置在确定标记465的两个相邻参考标记462之间的中心处。
图24B是形成在半导体膜中的参考标记的透视图。形成在衬底471上的部分半导体膜470被激光切除并成矩形形状，切除部分用作参考标记461和462。
这里应该注意到本例中所述的标记只是例子而已，本发明的标记不限于这些标记。只要可以在用激光光束进行半导体膜结晶之前形成本发明的标记并可以在通过激光光束的照射进行结晶之后采用这些标记，就不会出现问题。
可以与实施例1-5结合实施本例。
[实施例7]
在本例中，将参照图25A-25C、26A-26C、27A-27C和28介绍在照射两次激光光束进行半导体膜的结晶时的制造有源矩阵衬底的方法。为方便起见，将其上一起形成CMOS电路、驱动电路和具有像素TFT的像素部分以及存储电容器的衬底称为有源矩阵衬底。
首先，在本例中使用由玻璃如硼硅酸钡玻璃和硼硅酸铝玻璃形成的衬底600。衬底600可以是石英衬底、硅衬底、其表面上具有绝缘膜的金属衬底或不锈钢衬底。衬底600可以是具有耐热性的塑料衬底，其可承受本例中的处理温度。
接着，利用公知的方法(如溅射法、LPCVD法和等离子体CVD法)在衬底600上形成由氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜构成的基底膜601。在本例中，作为基底膜601，使用两层基底膜601a和601b，然而也可以采用单层绝缘膜、或两层或更多层的叠置层(图25A)。
接着，利用公知方法(如溅射法、LPCVD法和等离子体CVD法)在衬底601上形成厚度为25-80nm(优选为30-60nm)的非晶半导体膜692(图25A)。在本例中，形成非晶半导体膜。然而，也可以形成微晶半导体膜和晶体半导体膜。此外，还可以使用具有非晶结构的化合物半导体膜，如非晶硅锗膜。
采用激光结晶使非晶半导体膜692结晶。激光结晶是采用本发明的激光装置进行的。在本发明中，根据输入到激光装置的CPU中的掩模信息，用激光照射非晶半导体膜两次。当然，不仅可以采用激光结晶，而且可以采用其它公知结晶法(采用RTA和退火炉的热结晶法或采用促进结晶的金属元素)进行结晶。
当进行非晶半导体膜的结晶时，优选采用能连续振荡的固态激光器施加基波的二次谐波到四次谐波，以便获得大粒径的晶体。通常，优选是施加Nd:YVO4激光(1064nm的基波)的二次谐波(波长为532nm)或三次谐波(波长为355nm)。具体而言，采用非线性光学元件将从具有10W输出的连续振荡型YVO4激光器发射的激光光束转换成谐波。而且，发射谐波的方法是通过给谐振器提供YVO4的晶体和非线性元件。然后，更优选的是，激光光束被光学系统形成为矩形形状或椭圆形形状，由此照射被处理的物质。此时，需要约为0.01到100MW/cm2(优选0.1到10MW/cm2)的能量密度。以约10-2000cm/s的速度对应激光束相对地移动半导体膜，以便照射半导体膜。
注意，对于两次激光照射，可以采用气体激光器或者连续振荡型或脉冲振荡型固态激光器。气体激光器如准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器和固态激光器如YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、紫翠玉激光器、Ti：蓝宝石激光器、Y2O3激光器可用作该激光器。而且，其中用Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、Yb或Tm掺杂的YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器可用作固态激光器。激光器的基波可根据掺杂材料而不同，因此获得基波约为1μm的激光光束。可采用非线性光学元件获得对应基波的谐波。
通过上述激光结晶，通过相对于非晶半导体膜的两次激光照射形成了结晶度被提高了的区域693、694和695(图25B)。
通过使结晶半导体膜构图处理成所希望的形状，由结晶区域693-695形成岛状半导体膜602-606，其中在所希望的形状中结晶度部分地提高了(图25C)。
形成岛状半导体膜602-606之后，为了控制TFT的阈值，掺杂少量杂质元素(硼或磷)。
接着，形成覆盖岛状半导体膜602-606的栅绝缘膜607。栅绝缘膜607是利用等离子体CVD法或溅射法由含有硅的绝缘膜形成的，并且厚度为40-150nm。在本例中，利用等离子体CVD法形成厚度为110nm的氮氧化硅膜(成分比为：Si＝32％，O＝59％，N＝7％，H＝2％)。应该指出，栅绝缘膜不限于氮氧化硅膜，含有其它硅的绝缘膜也可以用作单层或叠层基底。
当使用氧化硅膜时，利用在反应压力为40Pa、衬底温度为300-400℃和高频(13.56MHz)功率密度为0.5-0.8W/cm2的条件下放电的等离子体CVD法，将原硅酸四乙酯(TEOS)和O2混合，从而形成氧化硅膜。之后在400-500℃下的热退火可以给用这种方式产生的作为栅绝缘膜的氧化硅膜提供良好性能。
然后，在栅绝缘膜607上叠置厚度为20-100nm的第一导电膜608、和厚度为100-400nm的第二导电膜609。在本例中，叠置由厚度为30nm的TaN膜形成的第一导电膜608和由厚度为370nm的W膜形成的第二导电膜609。TaN膜是通过采用Ta靶在含有氮的气氛中进行溅射形成的。W膜是通过采用W靶进行溅射形成的。或者，可以通过利用六氟化钨(WF6)的热CVD法形成。在这两种情况下，栅极的使用需要低电阻。因此，W膜的电阻率最好为20μΩcm或以下。通过增加晶粒尺寸可以获得低电阻的膜。然而，在W膜含有大量杂质元素如氧时，妨碍了结晶，使电阻升高。因而，在本例中，通过采用高纯度(纯度为99.9999％)W靶的溅射法并考虑到在膜形成期间防止引入汽相杂质而形成W膜。因此，可实现9-20μΩcm的电阻率。
在本例中，第一导电膜608是TaN膜，第二导电膜609是W，但不特别限制它们。它们都可通过选自Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr和Nd的元素或主要含有该元素的合金材料或化合物材料形成。或者，也可以采用半导体膜，如掺杂杂质元素如磷的多晶硅膜。可采用AgPdCu合金。也可以采用由钽(Ta)膜形成的第一导电膜和由W膜形成的第二导电膜的组合、由氮化钛(TiN)膜形成的第一导电膜和由W膜形成的第二导电膜的组合、由氮化钽(TaN)膜形成的第一导电膜和由W膜形成的第二导电膜的组合、由氮化钽(TaN)膜形成的第一导电膜和由Al膜形成的第二导电膜的组合、或由氮化钽(TaN)膜形成的第一导电膜和由Cu膜形成的第二导电膜的组合。
此外，本发明不限于两层结构。例如，可采用其中依次叠置钨膜、铝和硅(Al-Si)的合金膜、和氮化钛膜的三层结构。而且，在三层结构的情况下，可用氮化钨代替钨，用铝和钛(Al-Ti)的合金膜代替铝和硅(Al-Si)的合金膜，用钛膜代替氮化钛膜。
注意，根据导电膜的材料适当选择合适的刻蚀方法或刻蚀剂的种类是非常重要的。
接下来，形成用光刻法由抗蚀剂构成的掩模610-615，并且为了形成电极和布线，在其上进行第一刻蚀处理。第一刻蚀处理是在第一和第二刻蚀条件下进行的(图26B)。在本例中第一刻蚀条件将采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀并用CF4和Cl2和O2作为刻蚀气体，这些气体的量分别为25/25/10(sccm)。为产生等离子体，将500W的RF(13.56MHz)功率在1Pa压力下施加于线圈型电极，然后进行刻蚀。还给衬底侧(测试样品台)输送150W的RF(13.56MHz)功率，并施加基本负自偏置电压。在第一刻蚀条件下刻蚀W膜，以便使第一导电层的端部为锥形。
随后，在不去掉由抗蚀剂构成的掩模610-615的情况下将第一刻蚀条件转移到第二刻蚀条件。然后，CF4和Cl2用作刻蚀气体。气体的流量比为30/30(sccm)。在1Pa压力下将500W的RF(13.56MHz)功率施加于线圈型电极，以便产生等离子体，然后进行刻蚀30秒种。还将20W的RF(13.56MHz)功率施加于衬底侧(测试样品台)，并施加基本负自偏置电压。在其中混合了CF4和Cl2的第二刻蚀条件下，W膜和TaN膜被刻蚀到相同程度。为了在不在栅绝缘膜上留下残余物的情况下进行刻蚀，刻蚀的时间可以增加10-20％以上。
在第一刻蚀条件下，当由抗蚀剂构成的掩模的形状合适时，第一和第二导电层的端部的形状由于施加于衬底侧的偏置电压的结果而为锥形。锥形部分的角度为15-45℃。这样，通过刻蚀处理形成包括第一导电层和第二导电层(第一导电层617a-622a，第二导电层617b-622b)的第一种形式的导电层617-622。在栅绝缘膜616中，未被第一种形式的导电层617-622覆盖的区域被刻蚀约20-50nm，以便形成较薄区域。
接着，在不除去由抗蚀剂构成的掩模的情况下进行第二刻蚀处理(图26C)。这里，CF4、Cl2和O2作为刻蚀气体以选择刻蚀W膜。然后，通过第二刻蚀处理形成第二导电层628b-633b。另一方面，第一导电层617a-622a几乎不被刻蚀，形成第二种形式的导电层628-633。
在不除去由抗蚀剂构成的掩模的情况下进行第一掺杂处理，并添加给半导体膜提供n型的低浓度杂质元素。该掺杂处理是通过离子掺杂法或离子注入法进行的。离子掺杂法是在1×1013-5×1014原子/cm2的剂量和40-80KV的加速电压的条件下进行的。在本例中，离子掺杂法是在1.5×1013原子/cm2的剂量和60KV的加速电压的条件下进行的。n型掺杂杂质元素可以是15族的元素，通常为磷(P)或砷(As)。这里，使用磷(P)。在这种情况下，导电层628-633用作n型掺杂杂质元素的掩模。因此以自对准方式形成杂质区623-627。将1×1018-1×1020原子/cm3的密度范围的n型掺杂杂质元素添加到杂质区623-627中。
当除去由抗蚀剂构成的掩模时，形成由抗蚀剂构成的新掩模634a-634c。随后，通过采用比第一掺杂处理中使用的加速电压更高的加速电压进行第二掺杂处理。离子掺杂法是在1×1013-1×1015原子/cm2的剂量和60-120KV的加速电压的条件下进行的。在掺杂处理中，第二导电层628b-632b用作阻挡杂质元素的掩模。如此进行掺杂，以便在第一导电层的锥部的底部将杂质元素添加到半导体膜中。之后，通过低于第二掺杂处理中使用的加速电压的加速电压进行第三掺杂处理，以获得如图27A所示的条件。该离子掺杂法是在1×1015-1×1017原子/cm2的剂量和50-100KV的加速电压的条件下进行的。通过第二和第三掺杂处理，将1×1018-5×1019原子/cm3的密度范围的n型掺杂杂质元素添加到与第一导电层重叠的低密度杂质区636、642、和648中。将1×1019-5×1021原子/cm3的密度范围的n型掺杂杂质元素添加到高密度杂质区635、641、644和647中。
利用适当的加速电压，通过进行第二掺杂处理和第三掺杂处理，可以形成低密度杂质区和高密度杂质区。
接下来，去掉由抗蚀剂构成的掩模之后，形成由抗蚀剂构成的新掩模650a-650c，以进行第四掺杂处理。通过第四掺杂处理，在半导体层中形成给其掺杂了导电类型与上述一种导电类型相反的杂质元素的杂质区653、654、659和660，其中该半导体层是p沟道型TFT的有源层。第二导电层628a-632a用作阻挡杂质元素的掩模，并添加提供p型的杂质元素，以便以自对准方式形成杂质区。在本例中，杂质区653、654、659和660是通过施加采用乙硼烷(B2H6)的离子掺杂法形成的(图27B)。在第四掺杂处理期间，形成n沟道TFT的半导体层被由抗蚀剂构成的掩模650a-650c覆盖。通过第一-第三掺杂处理，不同浓度的磷被掺杂到每个杂质区653、654、659和660中。掺杂处理如此进行，以便两个区域中的p型掺杂杂质元素的浓度可以为1×1019-5×1021原子/cm3。这样，当它们用作p沟道TFT的源区和漏区时，不会出现问题。
通过上述工艺分别在岛状半导体层中形成杂质区。
接下来，去掉由抗蚀剂构成的掩模650a-65c，并在其上形成第一层间绝缘膜661。第一层间绝缘膜661可以是厚度为100-200nm的含硅的绝缘膜，其是通过等离子体CVD法或溅射法形成的。在本例中，利用等离子体CVD法形成厚度为150nm的氮氧化硅。第一层间绝缘膜661不限于氮氧化硅膜，可以是单层或叠置基底的含有硅的其它绝缘膜。
接着，如图27C所示，通过采用激光照射法进行激活处理。当使用激光退火法时，可采用在结晶时用的激光器。当进行激活工艺时，移动速度与结晶相同，并且需要约0.01-100MW/cm2(优选0.01-10MW/cm2)的能量密度。而且，可使用在进行结晶情况时的连续振荡激光器，并且可以使用在进行激活情况时的脉冲振荡激光器。
而且，激活处理可以在形成第一层间绝缘膜之前进行。
在进行热处理(在300-550℃下进行热处理1-12小时)之后，可以进行氢化处理。这个工艺用包含在第一层间绝缘膜661中的氢端接半导体层的悬挂键。或者，氢化处理可以是等离子体氢化处理(采用被等离子体激活的氢)或在含有3-100％氢的气氛中、在300-650℃下进行1-12小时的热处理。
接着，在第一层间绝缘膜661上形成由无机绝缘材料或存机绝缘材料形成的第二层间绝缘膜662。随后，在形成第二层间绝缘膜之后，形成与叠层间绝缘膜662接触的第三层间绝缘膜672。
在驱动电路686中形成分别电连接到杂质区的布线663-667。通过构图由叠加厚度为50nm的Ti膜和厚度为500nm的合金膜(Al和Ti的合金膜)构成的膜，从而形成这些布线。不限于两层结构，可以是一层结构或含有三或更多层的叠置基底。布线的材料不限于Al和Ti。例如，可以通过在TaN膜上形成Al或Cu，然后构图其中形成Ti膜的叠置膜，由此形成布线(图28)。
在像素部分687中，形成像素电极670、栅极布线669和连接电极668。源极布线(层643a和643b的叠层)通过连接电极668与像素TFT电连接。栅极布线669与TFT像素684的栅极电连接。像素电极670与像素TFT的漏区642电连接。此外，像素电极670与用作形成存储电容器的一个电极的岛状半导体膜658电连接。最好是，具有优异反射率的材料如主要含有Al或Ag的膜或叠层膜用作像素电极671。
通过这种方式，可以在同一衬底上形成驱动电路686和像素部分687，其中驱动电路686具有包括n沟道TFT681和p沟道TFT682的CMOS电路以及n沟道TFT683，像素部分687具有像素TFT684和保持电容器685。这样，完成了有源矩阵衬底。
驱动电路686的n沟道TFT681具有沟道形成区637，与第一导电层628a重叠并构成一部分栅极的低浓度杂质区636(GOLD区)和用作源区或漏区的高浓度杂质区652被注入。与n沟道TFT681一起形成CMOS电路并由电极666连接的p型沟道TFT682具有沟道形成区640、用作源区或漏区的高浓度杂质区653和注入p型掺杂杂质元素的杂质区654。n沟道TFT683具有沟道形成区643、与第一导电层630a重叠并构成一部分栅极的低浓度杂质区642、(GLOD区)、和用作源区或漏区的高浓度杂质区656。
像素部分的像素TFT684具有沟道形成区646、形成在栅极外部的低浓度杂质区(LDD区)645和用作源区或漏区的高浓度杂质区658。n型掺杂杂质元素和p型掺杂杂质元素添加到用作存储电容器685的一个电极的半导体中。存储电容器685是用绝缘膜616作介质由电极(层632a和632b的叠层)和半导体层形成的。
本例中的像素结构设置成以便在不使用黑矩阵的情况下在像素电极之间的空间中可以阻挡光，并且像素电极的端部可与源布线叠加。
本例可以通过结合实施例1-6实施。
[实施例8]
下面本例将参照图29介绍用实施例7中制成的有源矩阵衬底制造反射型液晶显示器件的工艺。
首先，在获得根据实施例7的处于图28中的状态的有源矩阵衬底之后，至少在图28的有源矩阵衬底上的像素电极670上形成取向膜867，并进行研磨处理。顺便提及，在本例中，在形成取向膜867之前，对有机树脂膜如丙烯酸树脂膜进行构图，以便在预定位置形成柱状隔离件872，从而有间隔地支撑衬底。同时，代替柱状隔离件，可以在衬底的整个表面上分布球形隔离件。
然后，制备对置衬底869。随后，在对置衬底869上形成有色层870、871和平面化膜873。通过一起叠加红色层870和蓝色层871形成阴影部分。同时，还可以通过部分地叠加红色层和绿色层形成阴影部分。
在本例中采用如实施例7中所示的衬底。需要屏蔽至少栅极布线669和像素电极670之间的间隙、栅极布线669和连接点及668之间的间隙、以及连接电极668和像素电极670之间的间隙。在本例中，通过设置有色层，以便具有有色层的叠层的阴影部分与要被遮蔽的部分叠加，从而将衬底粘接在一起。
通过这种方式，像素之间的间隙被具有有色层的叠层的阴影部分遮蔽，而不形成阴影层，如黑色掩模，由此减少了工艺数量。
然后，至少在像素部分中在平面化膜873上形成透明导电膜的对置电极876。在对置衬底的整个表面上形成取向膜874，并进行研磨处理。
之后，形成有像素部分和驱动电路的有源矩阵衬底和对置衬底通过密封件被粘接在一起。密封件868与填料混合，以便填料和柱状隔离件与两个衬底一起通过均匀的间隔被粘接在一起。之后，在衬底之间注入液晶材料875，并用密封剂(未示出)完全密封。液晶材料875可以是公知的液晶材料。通过这种方式，完成了如图29中所示的反射型液晶显示器件。如果需要的话，可以将有源矩阵衬底或对置衬底分割成所希望的形状。此外，极化板(未示出)只粘接在对置衬底上。然后，利用公知技术粘接FPC。
如上所述制造的液晶显示器件包括由半导体膜制造的TFT，其中照射具有周期性或均匀能量分布的激光光束，并形成大粒径的晶粒。这样，液晶显示器件确保了良好的操作特性和高可靠性。该液晶显示器件可以用作各种电子设备的显示部分。
顺便提及，本例可以通过与实施例1-7组合实施。
[实施例9]
本例说明了采用在实施例7中制造有源矩阵衬底时制造TFT的方法来制造发光器件的例子。在本说明书中，发光器件一般指具有形成在衬底上并密封在衬底和盖件之间的发光元件的显示板，以及具有安装在显示板上的具有TFT等的显示组件。顺便提及，发光元件具有包括通过施加电场获得场致发光的有机化合物的层(发光层)、阳极层和阴极层。同时，在化合物中的场致发光包括从单激发态返回到基态的光发射(荧光)、和从三激发态返回到基态的光发射(磷光)，并包括光发射的任何一种或两种。
注意，在本说明书中，提供在发光元件的阳极和阴极之间的所有层定义为有机发光层。具体而言，有机发光层包括发光层、空穴注入层、电子注入层、空穴输送层、电子输送层等。发光元件的基本结构是阳极层、发光层、和阴极层按顺序的叠层。该基本结构可修改成阳极层、空穴注入层、发光层、和阴极层按顺序的叠层，或阳极层、空穴注入层、发光层、电子输送层、和阴极层按顺序的叠层。
可以单独通过无机化合物、或与有机化合物和无机化合物混合的材料形成包括空穴注入层、电子注入层、空穴输送层、和电子输送层的发光元件。可以通过这些层的混合层形成发光元件。
图30A是制造到第三层间绝缘膜750的本例的发光器件的剖视图。在图30A中，采用实施例7中的制造方法形成提供在衬底700上的开关TFT733和电流控制TFT734。顺便提及，虽然本例是形成有两个沟道形成区的双栅结构，但也可以采用形成有一个沟道形成区的单栅结构或形成有三个沟道形成区的三栅结构。
设置在衬底700上的驱动电路中的n沟道TFT731和p沟道TFT732是采用实施例7中的制造方法形成的。顺便提及，虽然本例是单栅结构的，但也可以采用双栅结构或三栅结构。
在发光器件的情况下，第三层间绝缘膜750对于防止含在第二层间绝缘膜751中的水渗透到有机发光层中是有效的。如果第二层间绝缘膜751具有有机树脂材料，则提供第三层间绝缘膜750很有效，因为有机树脂材料含有很多水。
完成直到实施例7中的形成第三层间绝缘膜的步骤的制造工艺，在第三层间绝缘膜750上形成像素电极711。
同时，参考标号711表示由透明导电膜形成的像素电极(发光元件的阳极)。作为透明导电膜，可采用氧化铟和氧化锡的化合物、氧化铟和氧化锌的化合物、氧化锌、氧化锡或氧化铟。可以采用用镓掺杂的透明导电膜。在形成布线之前，在平面第三层间绝缘膜750上形成像素电极711。在本例中，通过采用由树脂构成的第二层间绝缘膜751平面化由于TFT形成的阶梯是很重要的。后来要形成的发光层由于极薄，可能由于阶梯的存在而产生不良光发射。因而，希望在形成像素电极之前提供平面化步骤，以便形成尽可能平的发光层。
形成像素电极711之后，分别在栅绝缘膜752、第一层间绝缘膜753、第二层间绝缘膜751、第三层间绝缘膜750中形成接触孔。形成导电膜以叠加第三层间绝缘膜750上的像素电极711，并形成抗蚀剂760。通过使用抗蚀剂760刻蚀导电膜，形成电连接到TFT的每个杂质区的布线701-707。注意，为了形成布线，对50nm厚的Ti膜和500nm厚的合金膜(Al和Ti合金膜)的层叠膜构图。关于该两层结构没有限制，当然也可以采用单层结构或具有三层或更多层的叠层结构。此外，布线材料不限于Al和Ti。例如，可以构图其中在TaN膜上形成Al或Cu，然后形成Ti膜的层叠膜，形成布线(图30A)。
布线707是电流控制TFT734的源极布线(对应电流输送线)。参考标号706是通过与电流控制TFT734的像素电极711叠加而连接到像素电极711的电极。
形成布线701-707之后，在去掉抗蚀剂760的情况下形成钝化膜712，如图30B所示。形成的钝化膜712叠加布线701-707、第三层间绝缘膜750和抗蚀剂760。钝化膜712由氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、或含有氮氧化铝的绝缘膜构成。可使用该绝缘膜的单层或叠层。通过刻蚀钝化膜712露出一部分像素电极711。
在像素电极711上形成发光层713。顺便提及，虽然图30B只示出了一个像素，但是本例分开地形成对应各种颜色R(红)、G(绿)和B(蓝)的发光层。同时，在本例中利用淀积法形成低分子量有机发光材料。具体而言，这是一种层叠结构，其具有厚度为20nm并作为空穴注入层的铜酞菁(CuPc)膜以及提供在其上且厚度为70nm并作为发光层的tris-8-qyuinolinolato aluminumcomplex(Alq3)膜。通过给Alq3添加荧光颜料，如quinacridone、苝或DCMl，可以控制发射光的颜色。
然而，前述例子是用于发光层的有机发光材料的例子，但不限于此。通过自由组合发光层、电荷输送层和电荷注入层，可满意地形成发光层(用于光发射的层和，因此载流子运动)。例如，虽然在本例中示出了其中使用有机低分子量发光材料作为发光层的例子，但也可以使用中等分子量有机发光材料或高分子量有机发光材料。在本说明书中，中等分子量有机发光材料可定义为不具有升华或溶解特性的有机化合物的聚集体(优选，具有10或以下的分子性的聚集体)，或具有5μm或以下(优选50nm或以下)的分子链长度的有机化合物。作为采用高分子场致发射材料的例子，形成由通过旋涂法提供的作为空穴注入层的厚度为20nm的聚噻吩(PEDOT)膜、和提供在其上的作为发光层的厚度为100nm的对苯基-1，2-亚乙烯(paraphenylene-vinylene)(PPV)膜构成的层叠膜。通过使用PPV的π-共轭系高分子，光的发射波长可以从红色到蓝色选择。无机材料如碳化硅可用作电荷输送层和电荷注入层。这些有机发光材料和无机发光材料可采用公知材料形成。
接着，在发光层713上提供导电膜的阴极714。在本例中，作为导电膜，采用铝和锂的合金膜。也可以采用公知的MgAg膜(镁和银的合金膜)。作为阴极材料，可使用属于元素周期表1或2族的元素的导电膜，或添加这种元素的导电膜。
在已经形成到阴极714时，就完成了发光元件715。顺便提及，这里发光元件715指的是形成有像素电极(阳极)711、发光层713和阴极714的二极管。
按照这种方式提供保护膜754以完全覆盖发光元件715是很有效的。保护膜754是由包括碳膜、氮化硅膜、或氮氧化硅膜的绝缘膜形成的，并且可使用该绝缘膜的单层或组合叠层。
在这种情况下，最好是采用覆盖率有利的膜作为保护膜754。使用碳膜、特别是DLC(类金刚石的碳)膜)是有效的。能在从室温到100℃或以下的温度范围内淀积的DLC膜可以很容易地淀积在耐热性低的发光层713上。同时，对氧具有高阻挡效果的DLC膜可抑制发光层713氧化。因而，可在下列密封工艺期间防止发光层713中的氧化问题。
在本例中，发光层713与具有高阻挡特性的无机绝缘膜如碳膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、或氮氧化铝膜完全重叠，因此可以有效地防止由于水和氧渗透到发光层中而造成的发光层的退化。
此外，优选使用通过用硅作靶的溅射法形成的氮化硅膜作为第三层间绝缘膜750、钝化膜712、用于有效地防止杂质渗透到发光层中的保护膜754。淀积条件可适当地选择，优选氮化物和氩的混合气体做为溅射气体，通过施加高频电能进行溅射。衬底温度可以设定为室温，并且不需要使用加热装置。如果已经形成有机绝缘膜和有机化合物层，优选在不加热衬底的情况下进行淀积。然而，为完全除去吸收的水或吸附的水，最好通过在约50-100℃下在真空中加热几分钟，进行脱水处理。
通过溅射法在以下条件下形成氮化硅膜：在室温下使用硅作靶；施加13.56MHz高频电能；和使用氮化物气体，其特征在于不仅没有观察到N-H缔合和Si-H缔合的吸收峰，而且也没有观察到在红外吸收光谱中的Si-O的吸收峰。氧化物的浓度和氢的浓度不大于1原子％。这样，可以更有效地防止杂质如氧和水渗透到发光层中。
此外，提供密封件717以叠加发光层715，从而粘接盖件718。对于密封件717，可使用紫外固化树脂。提供具有吸湿效应或抗氧化效应的物质是有效的。同时，在本例中，对于盖件718，使用具有形成在其两个表面上的碳膜(优选类金刚石的碳)的玻璃衬底、石英衬底或塑料衬底(包括塑料膜)。
因此，完成了具有如图30B所示结构的发光器件。顺便提及，在不释放空气的情况下，在形成钝化膜712之后利用多室设计方案(或一字形设计方案)的淀积装置连续进行处理以形成保护膜是有效的。此外，还可以在不释放空气的情况下，进一步发展，连续进行该工艺直到粘接盖件718的步骤。
通过这种方式，在衬底700上形成n沟道TFT731、p沟道TFT732、开关TFT(n沟道TFT)733、和电流控制TFT(p沟道TFT)734。
此外，如参照图30A和30B所述的，提供通过绝缘膜与栅极叠加的杂质区，可以形成n沟道TFT，以防止由于热载流子效应造成的性能退化。因此可以实现可靠的发光器件。
同时，本例只示出了像素和驱动电路的结构。但是，根据本例的制造工艺，除此之外，还可以在同一衬底上形成逻辑电路，如信号分配电路、D/A转换器、工作放大器、γ-校正电路。此外，还可以形成存储器或微处理器。
在发光器件的制造中，其中照射了具有周期性或均匀能量分布的激光并形成大粒径的晶粒。这样，确保发光器件具有良好的工作性能和高度可靠性。发光器件可以用作各种电子设备的显示部分。
顺便提及，可以通过实施例1-7的任何一个而实施本例。
[实施例10]
本例介绍了作为本发明的半导体器件之一的发光器件的像素结构。图31示出了本例的发光器件的像素的剖视图。
参考标号911表示衬底，参考标号912表示成为图31中的基底(以下称为基底膜)的绝缘膜。通常为玻璃衬底、石英衬底、玻璃陶瓷衬底、或结晶玻璃衬底的透光衬底可用作衬底911。然而，使用的衬底必须能够承受制造工艺期间的最高处理温度。
参考标号8201表示开关TFT，参考标号8202表示电流控制TFT，两者分别是由n沟道TFT和p沟道TFT形成的。当从发光层发射的光的方向朝向衬底的底部(其中不形成TFT和有机发光层的表面)时，上述结构是优选的。然而，本发明不限于这种结构。开关TFT和电流控制TFT可以是n沟道TFT或p沟道TFT。
开关TFT8201具有含源区913、漏区914、LDD区915a-915d、分离区916的有源层和包括沟道形成区917a和917b、栅绝缘膜918、栅极919a和919b、第一层间绝缘膜920、源极信号线921、和漏极布线922。注意栅绝缘膜918和第一层间绝缘膜920可以在衬底上的所有TFT之间公用，或者根据电路或元件而不同。
此外，图31中所示的开关TFT 8201电连接到栅极917a和917b，即成为双栅结构。不仅可以使用双栅结构，而且也可以使用多栅结构(含有有源层的结构，该有源层具有串联连接的两个或多个沟道形成区)，如三栅结构。
多栅结构在减小截止电流上非常有效，如果充分降低开关TFT的截止电流，则连接到电流控制TFT8202的栅极的电容器的电容量可减少到所需要的最小值。即，电容器的表面面积做的很小，因此采用多栅结构对扩大发光元件的有效光发射表面面积很有效。
此外，形成LDD区915a-915d，以便通过开关TFT8201中的栅绝缘膜918不与栅极919a和919b叠加。这种类型的结构对于减小截止电流非常有效。而且，LDD区915a-915d的长度(宽度)可以设置为0.5-3.5μm，典型为2.0-2.5μm。此外，当使用具有两个或多个栅极的多栅结构时，分离区916(其中掺杂了与掺杂到源区或漏区中的相同浓度的相同杂质元素的区域)对于在减小截止电流方面有效。
接着，形成电流控制TFT8202，其具有含有源区926、漏区927、和沟道形成区929的有源层；栅绝缘膜918；栅极930；第一层间绝缘膜920；源极布线931；和漏极布线932。在本例中电流控制TFT8202是p沟道TFT。
此外，开关TFT8201的漏区914连接到电流控制TFT8202的栅极930。虽然图中未示出，具体地说，电流控制TFT8202的栅极930通过漏极布线(还称为连接布线)922电连接到开关TFT8201的漏区914。在本例中栅极930是单栅结构，然而，也可以使用多栅结构。电流控制TFT8202的源极布线931连接到电源线(图中未示出)。
上面已经介绍了形成在像素内部的TFT的结构，但是也可以同时形成驱动电路。成为用于形成驱动电路的基本电路的CMOS电路示于图31中。
具有在不使工作速度过度下降的情况下减小热载流子注入的结构的TFT用作图31中的CMOS电路的n沟道TFT8204。注意术语驱动电路在这里表示源信号线驱动电路和栅信号线驱动电路。还可以形成其它逻辑电路(如电平移位器、A/D转换器、和信号分配电路)。
CMOS电路的n沟道TFT8204的有源层含有源区935、漏区936、LDD区937和沟道形成区962。LDD区937通过栅绝缘膜918与栅极939叠加。
只在漏区936上形成LDD区937以便不使工作速度下降。此外，不需要涉及到n沟道TFT8204的截止电流，并且重点主要放在工作速度上。因此，希望形成的LDD区937完全叠加栅极，以便使电阻分量降低到最小值。因此最好是消除所谓的偏置。
而且，几乎不需要涉及到由于热载流子注入造成的CMOS电路的p沟道TFT8205的退化问题，因此不需要特别形成LDD区。因此有源层含有源区940、漏区941、和沟道形成区961，并且栅绝缘膜918和栅极943形成在有源层上。当然，还可以通过形成与n沟道TFT8204相同的LDD区而采取抑制热载流子注入的措施。
参考标号961-965是形成沟道形成区942、938、917a、917b和929的掩模。
此外，n沟道TFT8204和p沟道TFT8205分别具有通过第一层间绝缘膜920形成在它们的源区上的源极布线944和945。此外，n沟道TFT8204的漏区和p沟道TFT8205的漏区由漏极布线946互相电连接。
下面说明采用半导体膜的形成、有源层的结晶、激活、或使用激光退火步骤制造器件的本发明的半导体。
本发明的发光器件的制造流程示于图35中。首先，使用CAD进行半导体器件的设计。然后，将涉及用于构图半导体膜的每个设计掩模可以的信息输入到属于激光装置的计算机中。
另一方面，根据形成在衬底上的标记形成栅极。形成覆盖栅极的栅绝缘膜，并形成与栅绝缘膜接触的非晶半导体膜。在衬底上形成非晶半导体膜之后，将其上已经形成非晶半导体膜的衬底设置在激光装置中。
在涉及掩模的输入信息的基础上，计算机参考标记的位置确定要用激光扫描的每个部分。然后，参考形成的标记，将激光照射到要用激光扫描的部分上，由此部分地结晶半导体膜。
然后，在照射激光光束之后，对通过照射激光光束得到的多晶半导体膜构图和刻蚀，由此形成岛状半导体膜。构图多晶半导体膜的时间可以根据TFT设计适当改变。之后，进行由这些岛状半导体膜制造TFT的步骤。用于制造TFT的具体步骤根据TFT的形状而不同。然而，代表性地，形成栅绝缘膜并在岛状半导体膜中形成杂质区。然后，形成覆盖岛状半导体膜的层间绝缘膜，并在层间绝缘膜中形成接触孔。通过这种方式，获得杂质区的露出部分。随后，在层间绝缘膜上形成布线，以便通过接触孔接触杂质区。
该半导体制造装置不仅可用于进行从形成非晶半导体膜到激光光束结晶的步骤，而且可以在不暴露于大气的情况下连续进行从形成栅绝缘膜到通过激光光束结晶的步骤，或者连续添加其它步骤。
本例的结构可以通过与实施例1-9自由组合而实施。
[实施例11]
下面给出采用通过本发明的激光装置形成的半导体器件的电子设备的例子：视频摄像机；数字摄像机；护目镜型显示器(头部安装型显示器)；导航系统；声音再现装置(汽车音响、音响部件等)；膝上计算机；游戏机构；便携式信息终端(可移动计算机、移动电话、便携式游戏机构、电子笔记本等)；和设有记录介质(具体而言，设有能再现记录介质如数字通用盘(DVD)并能显示图像的显示器的装置)的图像再现装置。这些电子设备的具体例子示于图32A-32H中。
图32A表示显示器件，其包括壳体2001、支撑基座2002、显示部分2003、扬声器部分2004、视频输入端2005等。通过本发明形成的发光器件可用于显示部分2003。该半导体器件是自发光的，并且不需要背底光，因此可以使显示部分做得比液晶显示器件更薄。术语显示器件包括用于显示信息的每种显示器件，例如个人计算机的显示器件、用于接收TV广播的显示器件、和用于广告的显示器件。
图32B表示数字摄像机，包括本体2101、显示部分2102、图像接收部分2103、操作键2104、外部连接口2105、快门2106等。通过本发明形成的发光器件可用于显示部分2102和其它电路。
图32C表示膝上计算机，包括本体2201、壳体2202、显示部分2203、键盘2204、外部连接口2205、点击鼠标2206等。通过本发明形成的发光器件可用于显示部件2203和其它电路。
图32D表示便携式计算机，包括本体2301、显示部分2302、开关2303、操作键2304、和红外线入口2305等。通过本发明形成的发光器件可用于显示部分2302和其它电路。
图32E表示设有记录介质(具体为DVD播放机)的便携式图像再现装置。该装置包括本体2401、壳体2402、显示部分A2403、显示部分B2404、记录介质(DVD等)读取部分2404、操作键2406、扬声器部分2407等。显示部分A2403主要显示图像信息，而显示部分B2040主要显示文本信息。通过本发明形成的发光器件可用于显示部分A2403和B2404以及其它电路。术语设有记录介质的图像再现装置包括家用游戏机构。
图32F表示护目镜型显示器(头部安装型显示器)，包括本体2501、显示部分2502、和臂部2503。通过应用本发明形成的发光器件可用于显示部分2502和其它电路。
图32G表示视频摄像机，包括本体2601、显示部分2602、壳体2603、外部连接口2604、遥控接收部分2605、图像接收部分2606、电池2607、声音输入部分2608、操作键2609、目镜部分2610等。通过应用本发明形成的发光器件可用于显示部分2602和其它电路。
图32H表示移动电话，包括本体2701、壳体2702、显示部分2703、声音输入部分2705、操作键2706、外部连接口2707、天线2707等。通过应用本发明形成的发光器件可用于显示部分2703和其它电路。如果显示部分2703在黑色背景上显示白色字符，可以减小该移动电话的功耗。
除了上述电子设备之外，该发光器件还可以用在前或后部投影仪中。
如上所述，应用了本发明的发光器件的适用范围很宽，并且每个领域的电子设备都可采用该器件。本例中的电子设备可以采用实施例1-10中所示的半导体器件的任何结构。
[实施例12]
在本例中，将介绍利用本发明的半导体制造装置制造的发光器件的像素的结构。图34是表示根据本例的发光器件的像素的剖视图。
参考标号1751表示n沟道TFT，而参考标记1752表示p沟道TFT。n沟道TFT1751包括半导体膜1753、第一绝缘膜1770、第一电极1754和1755、第二绝缘膜1771、以及第二电极1756和1757。半导体膜1753包括第一浓度的一种导电类型杂质区1758、第二浓度的一种导电类型杂质区1759、和沟道形成区1760、1761。
第一电极1754、1755和沟道形成区1760、1761叠加，并且第一绝缘膜1770置于其间。第二电极1756、1757和沟道形成区1760、1761叠加，并且第二绝缘膜1771置于其间。
P沟道TFT1752包括半导体膜1780、第一绝缘膜1770、第一电极1781、第二绝缘膜1771、和第二电极1782。半导体膜1780包括第三浓度的第一导电类型杂质区1783和沟道形成区1784。
第一电极1781和沟道形成区1784叠加，并且第一绝缘膜1770置于其间。第二电极1782和沟道形成区1784叠加，并且第二绝缘膜1771置于其间。
第一电极1781和第二电极1782经过布线1790电互连。
本发明的半导体制造装置可用在形成、结晶和激活半导体膜502、503的步骤中以及采用激光退火的其它工艺中。
根据本例，用作开关器件的TFT(本例中为n沟道TFT1751)给第一电极施加恒定电压。与包括单电极的设置相比，给第一电极施加恒定电压有利于减小阈值的变化，并且可减小截止电流。
在产生比用作开关器件的TFT更大的电流的TFT(本例中为p沟道TFT1752)中，第一电极和第二电极电互连。给第一电极和第二电极施加相同的电压可提供正好在厚度减小的半导体膜中的耗尽层的快速扩散，由此导致减小的亚阈值电压摆动和增强了的场效应迁移率。因此，该TFT实现比包括单电极的TFT更大的导通电流。于是，在驱动电路中采用本结构的TFT导致减小的驱动电压。此外，增加的导通电流允许TFT的尺寸减小(特别是沟道宽度)。这导致封装密度增加。
图36是表示根据本发明的制造发光器件的步骤的流程图。首先，借助CAD设计半导体器件。然后，将表示用于设计的半导体膜的构图掩模结构的信息输入到激光照射设备的计算机中。
另一方面，在形成在衬底上的标记的基础上形成第一电极。在这个工艺中，可以形成与标记平行的第一电极。接着，按照覆盖第一电极的方式形成第一绝缘膜。然后形成与第一绝缘膜接触的非晶半导体膜。在衬底上形成非晶半导体膜之后，形成有非晶半导体膜的衬底被装载到激光照射设备上。
根据输入到计算机中的掩模信息，计算机参考标记的位置确定要用激光扫描的区域。参考形成的标记，激光照射到要扫描的区域上，用于局部结晶半导体膜。
激光照射之后依次形成第二绝缘膜和第二电极。通过激光照射形成的多晶半导体膜被构图和刻蚀，由此形成半导体膜岛。构图半导体膜的时间可以根据TFT设计适当改变。在接下来的步骤中，用半导体膜岛形成TFT。虽然具体步骤根据TFT的结构而改变，但是典型的步骤包括：在半导体膜岛中形成杂质区；按照覆盖第二绝缘膜和第二电极的方式形成层间绝缘膜；在层间绝缘膜中形成接触孔以便部分地露出杂质区；和按照经过接触孔与杂质区接触的方式在层间绝缘膜上布置布线。
代替使用只用于形成非晶半导体膜和用于结晶而照射激光，本发明的半导体制造装置还可以用在形成第一绝缘膜和形成第二绝缘膜之间的工艺中，以便这些步骤可以连续进行而不暴露于大气。此外，本发明的装置还可以用于上述步骤和其它步骤的连续性能而工作。
注意本例可以与实施例1-11中的任何一个组合实施。
[实施例13]
本例示出了其中采用本发明的半导体装置形成借助TAB或COG安装在由非晶半导体膜形成的像素部分上的驱动电路(信号线驱动电路或扫描线驱动电路)的例子。
图38A表示其中驱动电路安装在TAB上的例子，该TAB用于互连像素部分和形成有外部控制器等的印刷布线板。像素部分5001形成在玻璃衬底5000上，并经过TAB5005与驱动电路5002连接，该驱动电路是通过本发明的半导体制造装置制造的。驱动电路5002还经过TAB5005与印刷布线板5003连接。印刷布线板5003提供有用于连接外部接口的端子5004。
图38B表示借助COG安装驱动电路和像素部分的例子。像素部分5101形成在玻璃衬底5100上，在该玻璃衬底上安装利用本发明的半导体制造装置制造的驱动电路5102。衬底5100还提供有用于连接外部接口的端子5104。
利用本发明的半导体制造装置制造的TFT还提供了沟道形成区的结晶度，因此能够高速工作。这样，该TFT更适用于形成需要比像素部分更快的工作速度的驱动电路。此外，通过分开制造像素部分和驱动电路可以实现更高的产量。
注意本例可以与实施例1-12中的任何一个组合实施。
[实施例14]
在本例中，将介绍互相重叠的束点的中心间距和能量密度之间的关系。
图39是曲线图，其中实线表示每个束点的能量密度的中心轴分布，虚线表示合成束点的能量密度的分布。束点的中心轴能量密度的值一般符合高斯分布。
在未合成束点中，X定义为峰值与峰值间的距离，其中中心轴间距定义为1，而能量密度不小于峰值的1/e2。在合成束点中，Y定义为峰值相对于合成之后的峰值与谷值之间的平均值的增量。图40以曲线形式表示通过模拟获得的X和Y之间的关系。顺便提及，图40中Y以百分比表示。
在图40中，能量差Y由下列近似等式1表示。
[等式1]
Y＝60-293X+340X2(X是两个答案中较大的一个)
等式1表示为了获得5％数量级的能量差，X=0.584。虽然Y＝O是理想的，但是这将导致束点的长度减小。可以考虑到平衡全局而确定最佳值X。
接着，说明Y的可允许的范围。图41以曲线表示YVO4激光器的输出(W)相对于椭圆形束点的中心轴束宽的分布。阴影区域表示为获得有利结晶度所需要的输出能量的范围。该曲线表示合成激光可具有在3.5-6W范围内的输出能量。
当合成束点的输出能量的最大值和最小值分别在有效结晶度所需要的输出能量范围的上限和下限时，有效结晶度所需要的能量的差Y具有最大范围。因此，根据图41，能量差Y为±26.3％。如果能量差Y在这个范围内，则可以获得有效结晶度。
用于有效结晶度所需要的输出能量的范围可以根据基于有效结晶度的标准而改变。此外，输出能量的分布可以根据束点形状而改变。相应地，能量差Y的可允许范围不总是被上述值限制。设计者必须根据要采用的激光器的输出能量分布确定用于有效结晶度所需要的输出能量的合适范围和确定能量差Y的可允许范围。
注意本例可与实施例1-13中的任何一个组合实施。
[实施例15]
下面介绍本发明的半导体制造装置的激光照射设备的一个实施例。
图42表示根据本例的激光照射设备的设置。从激光振荡器1500发射的激光被偏振器1507线性偏振，然后入射到射束放大器1508上。另一方面，从激光振荡器1501发射的激光被偏振器1504线性偏振，然后入射到偏振片1506上，在那里偏振光的偏振角改变90°。然后，偏振光与来自激光振荡器1500的激光一起被偏振器1507朝向射束放大器1508引导。
虽然本例中在激光振荡器1500和偏振器1507之间插入用于阻挡激光的光栅1502，但是该光栅不是必须的。另一方面，光栅1503置于激光振荡器1501和偏振器1504之间，但不是必需的。
射束放大器1508可以调整入射激光的束点尺寸，同时抑制其扩大。
从射束放大器1508输出的激光被柱状透镜1509按照束点具有矩形、椭圆形或线形形状的方式会聚。由此被会聚的激光被电反射镜1510反射，并入射到透镜1511上。入射激光再次被透镜1511会聚，以便聚焦到激光照射室1513中的衬底1514上。本例采用Fθ焦阑系统作为透镜1511。
电反射镜1510的倾斜角由中心处理单元1519控制，由此控制激光相对于衬底1514的入射角θ。
根据本例，在光学系统中包括偏振器1504和1507、射束放大器1508、偏转片1506、光栅1502和1503、柱状透镜1509、电反射镜1510以及透镜1511。
在激光照射室1513中，衬底1514位于工作台1515上，其位置由位置控制装置1516-1518控制。具体而言，φ方向位置控制装置1516使工作台1515在水平面旋转。X方向位置控制装置1517使工作台1515沿着水平面的X方向运动。Y方向位置控制装置1518使工作台1515沿着水平面的Y方向运动。各位置控制装置的操作由中心处理单元1519控制。
可以通过控制上述三个位置控制装置和电反射镜1510的操作来控制在衬底1514上的激光照射位置。
如本例所示，可提供采用光电检测器如CCD的监视器1512，用于精确确定衬底的位置。
注意本例可以与实施例1-14中的任何一个组合实施。
本发明设置成用激光扫描用于结晶的半导体膜的最小必须面积，而不是在半导体膜的整个表面上照射激光。上述设置消除了用于在要在半导体膜结晶之后通过构图去掉的部分上照射激光所花费的时间，由此实现了每个衬底的处理时间的显著减少。
上述设置还防止了在激光照射之下的半导体膜吸收洁净室内的杂质如硼等，吸收杂质可能影响TFT的阈值电压或结晶度，因此进一步提高了TFT的迁移率和阈值特性。

Claims (37)

1、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
至少一个激光振荡器；
用于会聚来自激光振荡器的激光的光学系统；和
计算机，
其中第二室包括用于控制衬底的位置的位置控制装置，
其中计算机根据形成在半导体膜上的标记和表示形成在衬底上的一组器件的图形的信息识别形成该器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
2、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
至少一个激光振荡器；
用于会聚来自激光振荡器的激光的光学系统；
计算机；和
用于储存关于形成在衬底上的一组器件的图形信息的存储装置，
其中第二室包括用于控制衬底的位置的位置控制装置，
其中计算机根据形成在半导体膜上的标记和储存在存储装置中的图形信息识别形成一组器件的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光照射设备和位置控制设备同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
3、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
至少一个激光振荡器；
用于会聚来自激光振荡器的激光的光学系统；和
计算机，
其中第二室包括用于在第一或第二方向移动衬底的位置控制装置，第一和第二方向互相交叉，和
其中计算机根据形成在半导体膜上的标记和表示形成在衬底上的一组器件的图形的信息识别形成该器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
4、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
至少一个激光振荡器；
用于会聚来自激光振荡器的激光的光学系统；
计算机，
其中光学系统包括用于相对于衬底控制用会聚的激光照射的位置的位置控制装置，和
其中计算机根据形成在半导体膜上的标记和表示形成在衬底上的一组器件的图形的信息识别形成该器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
5、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
至少一个激光振荡器；
用于会聚来自激光振荡器的激光的光学系统；
计算机；和
用于储存关于形成在衬底上的一组器件的图形信息的存储装置，
其中光学系统包括用于相对于衬底控制用会聚的激光照射的位置的位置控制装置，和
其中计算机根据形成在半导体膜上的标记和储存在存储装置中的图形信息识别形成器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
6、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
至少一个激光振荡器；
用于会聚来自激光振荡器的激光的光学系统；
计算机；
其中光学系统包括用于相对于衬底在第一或第二方向移动用会聚的激光照射的位置的位置控制装置，第一和第二方向互相交叉，和
其中计算机根据形成在半导体膜上的标记和表示形成在衬底上的一组器件的图形的信息识别形成该器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
7、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
用于会聚激光的光学系统；和
计算机；
其中第二室包括用于控制衬底的位置的位置控制装置，和
其中计算机根据形成在半导体膜上的标记和表示形成在衬底上的一组器件的图形的信息识别形成该器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由比在第二室内对特定区域进行激光照射。
8、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
用于会聚激光的光学系统；
计算机；和
用于储存关于形成在衬底上的一组器件的图形信息的存储装置，
其中第二室包括用于控制衬底的位置的位置控制装置，和
其中计算机根据表示衬底位置的信息工作以确定标记的位置，根据形成在半导体膜上的标记和储存在存储装置中的图形信息识别形成器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
9、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
用于会聚激光的光学系统；和
计算机；
其中第二室包括用于在第一或第二方向移动衬底的位置控制装置，第一和第二方向互相交叉，和
其中计算机根据形成在半导体膜上的标记和表示形成在衬底上的一组器件的图形的信息识别形成该器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
10、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
用于会聚激光的光学系统；
计算机；
其中光学系统包括用于相对于衬底控制用会聚的激光照射的位置的位置控制装置，和
其中计算机根据形成在半导体膜上的标记和表示形成在衬底上的一组器件的图形的信息识别形成该器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
11、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
用于会聚激光的光学系统；
计算机；和
用于储存关于形成在衬底上的一组器件的图形信息的存储装置，
其中光学系统包括用于相对于衬底控制用会聚的激光照射的位置的位置控制装置，和
其中计算机根据表示衬底位置的信息工作以确定标记的位置，根据形成在半导体膜上的标记和储存在存储装置中的图形信息基础上识别形成器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
12、一种装置，包括：
用于在衬底上形成半导体膜的第一室；
用于在半导体膜上照射激光的第二室；
运输室，其借助阀门与第一和第二室分开并在不将衬底暴露于大气的情况下输送衬底；
用于会聚激光的光学系统；
计算机；
其中光学系统包括用于相对于衬底在第一或第二方向移动用会聚的激光照射的位置的位置控制装置，和
其中计算机根据表示衬底位置的信息工作以确定标记的位置，根据形成在半导体膜上的标记和表示形成在衬底上的一组器件的图形的信息识别形成该器件组的有源层的区域，参照标记确定包括有源层形成区的半导体膜的特定区域并进行激光照射，以及使激光振荡器和位置控制装置同步，由此在第二室内对特定区域进行激光照射。
13、根据权利要求1-12任一项的装置，其中第一和第二室保持在真空中或惰性气体气氛中。
14、根据权利要求1-12任一项的装置，其中使用SLS技术将激光照射在特定区域上。
15、根据权利要求1-12任一项的装置，其中激光是连续波型激光。
16、一种用于具有薄膜晶体管的半导体器件的制造方法，包括：
在绝缘表面上形成非晶半导体膜；
在所述非晶半导体膜上形成一个标记；
根据关于所述薄膜晶体管的配置的信息使用所述标记作为参考有选择地照射激光来对其中形成有薄膜晶体管的有源层的区域进行结晶化，其中：
所述激光是脉冲振荡激光；
所述激光在所述非晶半导体膜上移动的方向平行于载流子在薄膜晶体管的沟道形成区中移动的方向；并且
所述非晶半导体膜通过所述激光的照射在其整个厚度范围内被熔化。
17、根据权利要求16的半导体器件的制造方法，其中一个固态激光振荡装置被用作所述激光的激光源。
18、根据权利要求16的半导体器件的制造方法，其中从YAG激光振荡装置，YVO4激光振荡装置，YLF激光振荡装置，YAlO3激光振荡装置，玻璃激光振荡装置，红宝石激光振荡装置，紫翠玉激光振荡装置，蓝宝石激光振荡装置和镁橄榄石激光振荡装置中选出的至少一种或多种作为所述激光的激光源。
19、根据权利要求16的半导体器件的制造方法，其中所述激光是二次谐波，三次谐波或者四次谐波。
20、根据权利要求16的半导体器件的制造方法，其中所述激光通过一个柱状透镜被会聚到所述非晶半导体膜上。
21、一种用于具有薄膜晶体管的半导体器件的制造方法，包括：
在绝缘面上形成非晶半导体膜；
在所述非晶半导体膜上形成一个标记；
根据关于所述薄膜晶体管的配置的信息使用所述标记作为参考确定激光点被移动的方向以便与载流子在所述薄膜晶体管的沟道形成区中移动方向平行，和
根据关于所述薄膜晶体管的配置的信息使用所述标记作为参考有选择地照射激光来对其中形成有薄膜晶体管的有源层的区域进行结晶化，其中：
所述激光是脉冲振荡激光；并且
所述非晶半导体膜通过所述激光的照射在其整个厚度范围内被熔化。
22.根据权利要求21的半导体器件的制造方法，其中一个固态激光振荡装置被用作所述激光的激光源。
23、根据权利要求21的半导体器件的制造方法，其中从YAG激光振荡装置，YVO4激光振荡装置，YLF激光振荡装置，YAIO3激光振荡装置，玻璃激光振荡装置，红宝石激光振荡装置，紫翠玉激光振荡装置，蓝宝石激光振荡装置和镁橄榄石激光振荡装置中选出的至少一种或多种作为所述激光的激光源。
24、根据权利要求21的半导体器件的制造方法，其中所述激光是二次谐波，三次谐波或者第次谐波。
25、根据权利要求21的半导体器件的制造方法，其中所述激光通过一个柱状透镜被会聚到所述非晶半导体膜上。
26、根据权利要求1的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
27、根据权利要求2的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
28、根据权利要求3的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
29、根据权利要求4的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
30、根据权利要求5的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
31、根据权利要求6的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
32、根据权利要求7的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
33、根据权利要求8的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
34、根据权利要求9的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
35、根据权利要求10的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
36、根据权利要求11的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
37、根据权利要求12的装置，其中根据掩模的信息使用所述标记作为参考来确定要用激光扫描的部分。
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