CN1407607A - 激光辐照方法、激光辐照装置和半导体器件制造方法 - Google Patents

激光辐照方法、激光辐照装置和半导体器件制造方法 Download PDF

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Abstract

利用位于被辐照表面紧邻的狭缝，清除或减小了激光的衰减区，致使在激光端部获得了陡峭的能量分布。狭缝被置于被辐照表面紧邻的理由是为了抑制激光的扩展。此外，利用平面镜代替狭缝来折叠激光的衰减区，以便相互提高衰减区中的能量密度，致使在激光端部中获得陡峭的能量密度分布。

Description

激光辐照方法、激光辐照装置和半导体器件制造方法
技术领域
本发明涉及到激光辐照方法以及采用此方法的激光辐照装置，该装置包含激光器和用来将激光器输出的激光束引导到被辐照的物体的光学系统。本发明还涉及到制造半导体器件的方法，此方法包括激光辐照步骤。注意，此处所述的半导体器件包括诸如液晶显示器件或发光器件之类的电光器件以及包括以此电光器件作为其组成部分的电子器件。
背景技术
近年来，在对制作于玻璃之类的绝缘衬底上的半导体膜进行激光退火，以便对膜进行晶化从而改善其结晶性以获得结晶半导体膜或激活杂质元素的技术方面，已经进行了广泛的研究。注意，在本说明书中，结晶半导体膜指的是其中存在着结晶区域的半导体膜，并且还包括整个被结晶化的半导体膜。
利用光学系统从准分子激光器之类形成脉冲激光、使之成为被辐照表面上的几厘米的正方形点或被辐照表面上的长度为100mm或以上的线状、并扫描此激光束(或相对于被辐照表面移动激光束的辐照位置)以进行退火的方法，在大批量生产中是优越的，在技术方面是优异的。此处所述“线状”并不意味着严格意义上的“线”，而是具有高形状比的矩形(或拉长的椭圆形)。例如，指的是形状比为10或以上(最好是100-10000)的形状。注意，线状被用来获得对被辐照物体进行充分退火所需的能量密度。于是，若对被辐照的物体进行了充分的退火，就可能是矩形或片形。在目前条件下，市场上有每脉冲15J的准分子激光器。将来也可能进行具有片状激光的退火。
图7A和7B示出了用来在被辐照的表面上形成线状激光的光学系统的构造的例子。此构造是极为一般的。上述的所有光学系统都基于图7A和7B所示的构造。根据此构造，激光的剖面形状被转换成线状，被辐照表面上激光的能量密度分布同时被均匀化。通常，用来使激光能量密度均匀化的光学系统被称为束均化器。
从激光器101发射的激光沿垂直于其行进方向的方向被柱形透镜组(以下称为柱形透镜阵列)103分割，从而确定线状激光沿纵向的长度。在本说明书中，此方向被称为第一方向。假设当平面镜被插入在光学系统的光路中，则第一方向根据光被平面镜弯曲的方向而改变。在图7A的俯视图所示的构造中，柱形透镜阵列被分成7部分。然后，激光在被辐照的表面109上被柱形透镜105合成，从而使线状激光沿纵向的能量密度分布均匀化。
接着，描述图7B剖面图所示的构造。从激光器101发射的激光沿垂直于其行进方向的方向即第一方向被柱形透镜阵列102a和102b分割，从而确定线状激光沿宽度方向的长度。在本说明书中，此方向被称为第二方向。假设当平面镜被插入在光学系统的光路中，则第二方向根据光被平面镜弯曲的方向而改变。在图7B的剖面图中，柱形透镜阵列102a和102b各被分成4部分。被分割的激光被柱形透镜104暂时合成。然后，激光被平面镜107反射，并被双重柱形透镜108会聚，致使在被辐照表面109上再次成为单个激光。双重柱形透镜108是一种有二个柱形透镜组成的透镜。于是，线状激光沿宽度方向的能量密度分布被均匀化。
例如，激光器窗口的尺寸为10mm×30mm(各为束分布的半宽度)的准分子激光器被用作激光器101，并用具有图7A和7B所示构造的光学系统产生激光。则能够在被辐照的表面109上获得具有均匀能量密度分布的尺寸为125mm×0.4mm的线状激光。
此时，例如当石英被用作光学系统的所有基底材料时，获得了高的透射率。注意，光学系统的涂层最好是导电的，使得在所用准分子激光器的频率下得到99％或以上的透射率。
然后，由上述构造形成的线状激光以重叠状态同时沿其宽度方向逐渐移动而被辐射。于是，当对非晶半导体膜的整个表面进行激光退火时，非晶半导体膜就能够被晶化，结晶性能够得到改善，从而获得结晶的半导体膜，或能够激活杂质元素。
用来制造半导体器件的衬底面积也越来越增大。这是因为比起例如象素部分和驱动电路(源驱动电路和栅驱动电路)的TFT被制作在单个玻璃衬底上，从而制造诸如液晶显示器平板之类的单个半导体器件的情况来说，在诸如液晶显示器平板之类的多个半导体器件由单个大面积衬底制造的情况下，能够实现高的产率和低的成本(图9)。目前，例如600mm×720mm的衬底、12英寸(直径约为300mm)的圆形衬底被用作大面积衬底。而且，可望将来还会使用一个边长超过1000mm的衬底。
在由光学系统产生于被辐照表面上的线状、矩形、或片状激光的端部中或其附近，能量密度由于透镜等的光行差而被逐渐衰减(图8A)。在本说明书中，线状、矩形、或片状激光的端部中的能密度被逐渐衰减的区域，被称为衰减区。
同样，随着衬底面积和激光器输出的增加，产生更长的线状激光、更长的矩形激光、以及更长的片状激光。这是因为在利用这种激光进行退火的情况下得到了高的效率。但从振荡激光器发射的激光的端部中的能量密度低于其主要中心区域的能量密度。于是，当激光区域扩大为等于或大于直至目前的光学系统区域时，衰减区域倾向于越来越明显。
比起能量密度均匀性高的区域来说，在激光的衰减区域中，能量密度不是足够的，并逐渐被衰减。于是，当利用具有衰减区的激光进行退火时，无法对被辐照的物体进行均匀的退火(图8B)。此外，即使当用以衰减区重叠激光的执行扫描的方法来进行退火，退火条件也不明显地不同于能量密度均匀性高的区域的。于是，仍然无法对被辐照的物体进行均匀的退火。因此，对于被激光衰减区退火的物体区域和被能量密度均匀性高的激光区退火的物体区域，不能进行相同的退火。
例如，当被辐照的物体是半导体膜时，被激光衰减区退火的膜区的结晶性不同于被能量密度均匀性高的激光区退火的其它膜区。于是，即使当从这种半导体膜制造TFT时，从被激光衰减区退火的膜区制造的TFT的电学特性也要退化，这就成为引起同一个衬底上的各个TFT发生变化的一个因素。实际上几乎不存在从被激光衰减区退火的膜区制造TFT以生产半导体器件的情况。于是，这就成为减少单位衬底可用TFT数目从而降低产率的一个因素。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够清除激光端部中的衰减区以便高效率进行退火的激光辐照装置。此外，本发明的目的是提供一种采用这种激光辐照装置的激光辐照方法以及包括对应于此激光辐照方法的步骤的制造半导体器件的方法。
如图1A所示，根据本发明，利用紧靠被辐照表面附近的狭缝，激光衰减区(特别是平行于其移动方向的激光部分中的衰减区)，被清除或减小，致使如图2A所示在激光端部获得陡峭的能量密度分布。狭缝被置于紧靠被辐照表面附近的理由是为了抑制激光的发散。这样，狭缝就在装置允许的范围内靠近衬底(典型为1cm范围内)。狭缝可以被置于与被辐照的衬底相接触。而且，根据本发明，如图1B所示，利用平面镜将激光的衰减区加以折叠，以便增加衰减区的能量密度并减小衰减区的面积，致使在激光端部得到陡峭的能量密度分布。
若在激光端部特别是在平行于其移动方向的激光部分中得到了陡峭的衰减区，则激光具有高的能量密度均匀性，致使能够对被辐照的物体进行均匀的退火，有效的退火于是成为可能(图2B)。
根据本说明书中公开的激光辐照装置的结构，激光辐照装置的特征是包含：激光器；用来将激光器发射的激光在被辐照表面上的第一能量密度分布转换成第二能量密度分布的第一装置；以及用来使具有第二能量密度分布的激光端部中的能量密度均匀化的第二装置，其中第二装置被提供在被辐照的表面与第一装置之间。
而且，根据本说明书中公开的激光辐照装置的另一种结构，激光辐照装置的特征是包含：激光器；用来将激光器发射的激光的剖面形状改变成第一形状，以便将其辐射到被辐照的表面的第一装置；以及用来使改变成第一形状的激光端部中的能量密度均匀化的第二装置，其中第二装置被提供在光学系统与被辐照的表面之间。
而且，根据本说明书中公开的激光辐照方法的结构，激光辐照方法的特征是包含：利用第一装置，将激光器发射的激光在被辐照表面上的第一能量密度分布转换成第二能量密度分布；以及利用第二装置，使具有第二能量密度分布的激光端部中的能量密度均匀化，并在相对移动的情况下，将具有被均匀化的能量密度的激光辐射到被辐照的表面。
而且，根据本说明书中公开的激光辐照方法的另一种结构，激光辐照方法的特征是包含：利用第一装置，将激光器发射的激光的剖面形状改变成第一形状，以便将其辐射到被辐照的表面；以及利用第二装置，使改变成第一形状的激光端部中的能量密度均匀化，并在相对移动的情况下，将具有被均匀化的能量密度的激光辐射到被辐照的表面。
而且，根据本说明书中公开的制造半导体器件的方法的结构，制造方法的特征是包含：利用第一装置，将激光器发射的激光在被辐照表面上的第一能量密度分布转换成第二能量密度分布；以及利用第二装置，使具有第二能量密度分布的激光端部中的能量密度均匀化，并在相对移动的情况下，将具有被均匀化的能量密度的激光辐射到被辐照的表面。
而且，根据本说明书中公开的制造半导体器件的方法的另一种结构，制造方法的特征是包含：利用第一装置，将激光器发射的激光的剖面形状改变成第一形状，以便将其辐射到被辐照的表面；以及利用第二装置，使改变成第一形状的激光端部中的能量密度均匀化，并在相对移动的情况下，将具有被均匀化的能量密度的激光辐射到被辐照的表面。
而且，在上述结构中，其特征在于，第一装置是定位成与激光的光轴正交的均化器。
而且在上述结构中，其特征在于，第一装置是平行排列的多个柱形透镜阵列，以便与激光的光轴正交并沿排列方向分割激光。
而且，在上述结构中，其特征在于，光学系统由多个柱形透镜组和透镜组成，柱形透镜组被平行排列，以便正交于激光的光轴并沿排列方向分割激光，透镜被置于柱形透镜组的透射侧并合成被分割的激光。
而且，在上述结构中，其特征在于，第一装置是定位成正交于激光光轴并分割激光的蝇眼透镜。
而且，在上述结构中，其特征在于，第一装置由蝇眼透镜和球面透镜组成，蝇眼透镜定位成正交于激光光轴并分割激光，而球面透镜位于蝇眼透镜的透射侧并合成被分割的激光。
而且，在上述结构中，其特征在于，第二装置是狭缝或平面镜，狭缝被置于邻近被辐照表面，而平面镜对应于具有第二能量密度分布的激光端部定位。
而且，在上述结构中，其特征在于，激光端部是平行于激光移动方向的区域。
根据上述结构，激光可以被非线性光学元件转换成谐波。例如，已知YAG激光器发射波长为1065nm的激光作为基波。硅膜的激光吸收系数非常低。于是，在这种情况下，技术上就难以将非晶硅膜晶化成半导体膜。但此激光能够被非线性光学元件转换成波长更短的光。作为谐波，有二次谐波(532nm)、三次谐波(355nm)、四次谐波(266nm)、或五次谐波(213nm)。非晶硅膜对这些谐波具有高的吸收系数。于是能够被用来晶化非晶硅膜。
在上述构造中，其特征是激光器选自连续振荡固体激光器、连续振荡气体激光器、脉冲振荡固体激光器、以及脉冲振荡气体激光器中的一种。注意，作为固体激光器，可列举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、翠绿宝石激光器、掺Ti的蓝宝石激光器等，而作为气体激光器，可列举准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器等。
而且，在上述构造中，激光可以被非线性光学元件转换成谐波。
在上述构造中，其特征是激光器选自连续振荡固体激光器、连续振荡气体激光器、脉冲振荡固体激光器、以及脉冲振荡气体激光器中的一种。注意，作为固体激光器，可列举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、翠绿宝石激光器、掺Ti的蓝宝石激光器等，而作为气体激光器，可列举准分子激光器、Ar激光器、Kr激光器等。
狭缝被放置在被辐照的表面紧邻或被辐照的表面上，或当平面镜位于激光衰减区中时，通常靠近衰减区的中部。于是，能够在被辐照表面上或其附近获得激光能量密度分布的优异均匀性，致使能够对被辐照物体进行均匀的退火。
至此，为了减小衰减区，被分割的激光被图7A和7B所示的柱形透镜105合成。根据本发明，即使当不对光学系统提供柱形透镜105时，也能够在激光端部获得陡峭的能量密度分布。于是，减少了用于光学系统的透镜的数目，使光学调整容易，并能够进行均匀的退火。注意，当采用柱形透镜105时，能够减小激光衰减区。于是，能够减小激光辐照的面积、位于被辐照表面紧邻或与被辐照表面接触的狭缝的面积、或位于激光衰减区中部附近的平面镜的面积。结果，就具有能够采用尺寸更小的平面镜或狭缝的效果。
为了使被辐照的物体的性质均匀，均匀的退火是非常重要的。此外，在对大面积衬底进行退火的情况下，本发明特别有效。例如，当宽度小于大面积衬底的长度的激光被辐射以退火被辐照的物体时，必须对大面积衬底进行多次退火相对扫描。本发明产生的激光具有非常优越的能量分布，特别是在平行于其移动方向的部分。于是，即使在被激光扫描的区域的邻近部分中，也能够均匀地进行退火。结果，在大面积衬底的任何部分都不引起退火的变化，致使衬底能够被没有浪费地利用，从而能够改善产率。例如，当半导体膜被制作在大面积衬底上时，由均匀退火产生的半导体膜的性质变得均匀。因此，能够减小从这种半导体膜制造的TFT的特性的变化。此外，能够改善从这种TFT制造的半导体器件的工作特性和可靠性。
附图说明
在附图中：
图1A示出了在放置狭缝情况下的光路的例子，而图1B示出了在有平面镜情况下的光路的例子；
图2A示出了根据本发明的激光能量密度分布的例子，而图2B示出了用图2A所示激光对大面积衬底进行退火的例子；
图3A和3B示出了本发明的光学系统的例子；
图4示出了本发明的光学系统的例子；
图5A-5F示出了蝇眼透镜的例子；
图6A和6B示出了利用本发明产生的激光对大面积衬底进行退火的例子；
图7A和7B是常规光学系统例子的俯视图和剖面图；
图8A示出了常规光学系统产生的激光能量密度分布的例子，而图8B示出了利用图8A所示激光对大面积衬底进行退火的例子；
图9A和9B示出了大面积衬底的例子；
图10A-10C是剖面图，示出了制造象素TFT和驱动电路TFT的各个步骤；
图11A-11C是剖面图，示出了制造象素TFT和驱动电路TFT的各个步骤；
图12是剖面图，示出了制造象素TFT和驱动电路TFT的各个步骤；
图13是俯视图，示出了象素TFT的结构；
图14是有源矩阵液晶显示器件的剖面图；
图15是剖面图，示出了发光器件的驱动电路和象素部分；
图16A-16F示出了半导体器件的例子；
图17A-17D示出了半导体器件的例子；
图18A-18C示出了半导体器件的例子；而
图19示出了均化器的例子。
具体实施方案
[实施方案模式]
在本实施方案摸式中，利用图3A和3B来描述用狭缝清除衰减区的方法。图3A示出了从垂直方向观察纵向情况下的光学系统，而图3B示出了从垂直方向观察宽度方向情况下的光学系统。
从激光器1101发射的激光被束扩展器(1102a和1102b)沿纵向和宽度方向扩展大约二倍。注意，在从激光器发射的激光的尺寸小时，束扩展器是特别有效的。根据激光的尺寸等，也可以不采用。
从束扩展器发射的激光，被入射到作为第一形成装置的柱形透镜阵列1103a和1103b以及柱形透镜1104。这3个透镜被排列成使激光的弯曲部分平行于其纵向。于是，激光的能量密度分布沿纵向被均匀化。
从柱形透镜1104发射的激光，被入射到作为第三形成装置的由柱形透镜阵列1105a和1105b、柱形透镜1106、以及二个柱形透镜1107a和1107b组成的双重柱形透镜1107。这些透镜被排列成使激光的弯曲部分平行于其宽度方向。于是，激光的能量密度分布沿宽度方向被均匀化，其宽度同时被缩短。
然后将狭缝1108放置在被辐照的表面紧邻作为第二形成装置。狭缝1108的宽度和位置被设定成使激光的衰减区被狭缝1108屏蔽，从而不达及被辐照的表面1109。于是，能够获得其端部具有陡峭能量密度分布的线状激光。
当用这种激光辐照装置对半导体膜进行退火时，半导体膜就能够被晶化，结晶性能够被改善以获得结晶的半导体膜，或能够激活杂质元素。
在本实施方案模式中使用了狭缝。但本发明不局限于此，也可使用平面镜。当平面镜被使用并被置于激光衰减区中，特别在平行于其移动方向的激光部分的衰减区中，通常是沿宽度方向靠近各个衰减区的中部时，靠近各个衰减区中心部分的激光被反射。衰减区中不反射区域和反射区域的能量密度被合成。于是，能够得到与能量密度分布均匀的区域相同的能量密度。
而且，当涂敷在人造石英玻璃表面上的涂层根据所用激光器的波长被改变成适当的涂层时，各种激光器就能够被用于本发明。
注意，在本实施方案模式中产生了其被辐照表面上的形状成为线状的激光。但本发明不局限于此。此外，此形状依赖于从激光器发射的激光的种类而改变。于是，即使激光由光学系统形成，也容易受到原来形状的影响。例如，从XeCl准分子激光器发射的激光(波长为308nm，脉冲宽度为30ns)具有10mm×30mm(各为束分布的半宽度)的矩形形状。对于从固体激光器发射的激光的形状，当棒的形状为柱形时，激光的形状成为圆形。此外，在片型的情况下，激光的形状为矩形。在任何一种形状中，若激光具有足以对被辐照的物体进行退火的能量密度，就没有问题并能够应用本发明。
下面通过各个实施方案来更详细地描述由上述各部分组成的本发明。
[实施方案1]
在本实施方案中，用图3A和3B来描述利用狭缝来获得线状激光端部中的陡峭能量密度分布的方法。图3A示出了从垂直方向看激光纵向情况下的光学系统，而图3B示出了从垂直方向看激光宽度方向情况下的光学系统。
注意，在有关本说明书中的透镜安排的描述中，假设正面是激光的行进方向。此外，对于透镜，假设激光入射侧表面是第一表面，而投射侧表面是第二表面。第一表面的曲率半径用R1表示，而第二表面的曲率半径用R2表示。当从透镜看时，在曲率中心位于激光入射侧的情况下，所用曲率半径的符号为负。此外，在曲率中心位于投射侧的情况下，符号为正。在平面情况下，假设为∞。而且，所用的所有透镜都由人造石英玻璃制成(折射率为1.485634)。但本发明不局限于此。
从激光器1101发射的激光被束扩展器沿纵向和宽度方向扩展大约二倍。束扩展器由球面透镜(半径为50mm，厚度为7mm，R1＝-220mm，R2＝∞)1102a和位于离球面透镜1102a的距离为400mm处的球面透镜(半径为50mm，厚度为7mm，R1＝∞，R2＝-220mm)1102b组成。
从束扩展器发射的激光被入射到离束扩展器的球面透镜1102b前方距离为50mm的柱形透镜阵列1103a。然后，激光通过离柱形透镜阵列1103a前方距离为80mm的柱形透镜阵列1103b被透射，并入射到离柱形透镜阵列1103b前方距离为120mm的柱形透镜1104。柱形透镜阵列1103a包括40个位于阵列中的柱形透镜(各个的长度为60mm，宽度为2mm，厚度为5mm，R1＝28mm，R2＝∞)。柱形透镜阵列1103b包括40个位于阵列中的柱形透镜(各个的长度为60mm，宽度为2mm，厚度为5mm，R1＝-13.33mm，R2＝∞)。柱形透镜1104是长度为150mm，宽度为60mm，厚度为20mm，R1＝2140mm，R2＝∞的柱形透镜。柱形透镜阵列1103a和1103b以及柱形透镜1104各被排列成使弯曲平行于纵向。激光束被柱形透镜阵列1103a和1103b分割。被分割的激光束由柱形透镜1104彼此重叠，以便使能量密度分布均匀化。于是，激光的能量密度分布沿纵向被这3个透镜均匀化。
从柱形透镜1104发射的激光被入射到离柱形透镜1104前方距离为395mm的柱形透镜阵列1105a。然后，激光通过离柱形透镜阵列1105a前方距离为65mm的柱形透镜阵列1105b被透射，并入射到离柱形透镜阵列1105b前方距离为1600mm的柱形透镜1106。柱形透镜阵列1105a包括16个位于阵列中的柱形透镜(各个的长度为150mm，宽度为2mm，厚度为5mm，R1＝100mm，R2＝∞)。柱形透镜阵列1105b包括16个位于阵列中的柱形透镜(各个的长度为150mm，宽度为2mm，厚度为5mm，R1＝∞，R2＝80mm)。柱形透镜1106是长度为900mm，宽度为60mm，厚度为20mm，R1＝∞，R2＝-486mm的柱形透镜。柱形透镜阵列1105a和1105b以及柱形透镜1106各被排列成使弯曲平行于宽度方向。利用这3个透镜，激光的能量密度分布沿宽度方向被均匀化，其宽度同时被缩短。于是在离柱形透镜1106前方距离为800mm处产生宽度为2mm的线状激光。
为了进一步缩短上述宽度为2mm的线状激光，双重柱形透镜1107被放置在离柱形透镜1106前方距离为2050mm处。双重柱形透镜1107由二个柱形透镜1107a和1107b组成。柱形透镜1107a是长度为400mm，宽度为70mm，厚度为10mm，R1＝125mm，R2＝77mm的柱形透镜。柱形透镜1107b是长度为400mm，宽度为70mm，厚度为10mm，R1＝97mm，R2＝-200mm的柱形透镜.此外，柱形透镜1107a和1107b被放置成间距为5.5mm。柱形透镜1107a和1107b各被排列成使弯曲平行于宽度方向。
在离双重柱形透镜1107前方距离为237.7mm处的表面1109上产生长度为300mm而宽度为0.4mm的线状激光。此时，产生的线状激光的能量密度分布中其端部沿纵向逐渐衰减。为了清除这种能量衰减区，狭缝1108被放置在被辐照的表面紧邻。狭缝1108的宽度和位置被设定成使对应于能量衰减区的激光束被狭缝1108阻挡，从而不达及被辐照的表面1109。于是，能够获得具有陡峭能量密度分布的线状激光。在本实施方案中，狭缝位于离衬底的距离为2mm处。
而且，可以采用图19所示的均化器来代替3个透镜，亦即柱形透镜阵列1103a和1103b以及柱形透镜1104或柱形透镜阵列1105a和1105b以及柱形透镜1106。而且，当采用均化器时，被辐照表面上或其附近的激光在端部具有衰减区。于是提供狭缝，从而清除衰减区，以便产生具有陡峭能量密度分布的线状激光。
当采用这种激光辐照装置时，能够对被辐照表面进行均匀的退火。例如，当用半导体膜作为被辐照的物体进行退火时，半导体膜能够被晶化，结晶性能够得到改善，从而获得具有均匀结晶性的半导体膜，或能够激活杂质元素。
[实施方案2]
在本实施方案中，描述利用平面镜来获得激光端部中陡峭的能量密度分布的方法。
利用实施方案1所述的光学系统来产生线状激光。注意，如图1B所示，平面镜被提供在狭缝的侧表面上，并位于能量衰减区的基本上中心附近。能量衰减区的激光束被平面镜反射以辐照其余的能量衰减区。于是，衰减区被减小，致使在被辐照的表面上产生其端部具有陡峭能量密度分布的线状激光。
当采用这种激光辐照装置时，能够对被辐照表面进行均匀的退火。例如，当用半导体膜作为被辐照的物体进行退火时，半导体膜能够被晶化，结晶性能够得到改善，从而获得具有均匀结晶性的结晶半导体膜，或能够激活杂质元素。
[实施方案3]
在本实施方案中，用图4和5A-5F来描述在片状激光端部中获得陡峭能量密度分布的方法。
从激光器1101发射的激光被入射到蝇眼透镜1302。注意，为了将入射激光的形状比设定为1∶1，可以插入柱形透镜作为振荡装置与蝇眼透镜之间的束扩展器。如图5A所示，借助于安置各具有R1＝10mm，R2＝∞，厚度为5mm，1mm见方的球面透镜，来获得蝇眼透镜1302。注意，这一阵列安排被优化，以便根据入射激光的形状而对能量分布进行均匀化(安排的例子为图5B)。此外，为了使阵列几何上相似于被辐照的半导体膜，可考虑采用例如图5C(矩形)、图5D(平行四边形)、5E(菱形)、或5F(常规六角形)所示的形状。球面透镜1303被置于离蝇眼透镜1302前方距离为20mm处。球面透镜1303的R1＝300mm，R2＝∞，厚度为20mm，150mm见方。
被蝇眼透镜1302分割的激光束，被球面透镜1303彼此重叠。于是在离蝇眼透镜1302前方距离为600mm处，在被辐照的表面上产生其能量分布被均匀化的30mm×30mm的片状激光。此时，对于产生的片状激光，端部的能量被衰减。因此，为了清除这一衰减，狭缝1304被置于被辐照表面紧邻。图4示出了从激光束入射侧看时的狭缝1304。狭缝1304的宽度和位置被设定成使对应于能量衰减区的激光束被阻挡，从而不达及被辐照表面1305。于是在被辐照的表面1305上产生其端部具有陡峭能量密度分布的片状正方形激光。在本实施方案中，狭缝位于离衬底距离为2mm处。注意，即使当此狭缝被平面镜代替时，也能够相似地产生线状激光或片状激光。
当采用这种激光辐照装置时，能够对被辐照表面进行均匀的退火。例如，当用半导体膜作为被辐照的物体进行退火时，半导体膜能够被晶化，结晶性能够得到改善，从而获得具有均匀结晶性的结晶半导体膜，或能够激活杂质元素。
[实施方案4]
在本实施方案中，用图6A和6B来描述对大面积衬底进行激光退火的情况。
首先，根据实施方案1-3中任何一个产生能量密度高度均匀的激光。然后，在相对移动的情况下，激光被辐照到大面积衬底(图6A)。此时，激光沿纵向的长度比大面积衬底的一边短，致使仅仅靠沿一个方向扫描无法进行整个退火。于是要求在激光沿至少二个方向移动的情况下进行多次扫描，从而用激光扫描的形成区如图6B所示彼此邻近。但本发明产生的激光在端部具有陡峭的能量密度分布，致使不产生衰减区。因此，对于激光扫描彼此邻近的区域也能够实现均匀的退火。结果，能够无浪费地利用大面积衬底，从而明显地改善产率。
[实施方案5]
在本实施方案中，用图10A-13来解释有源矩阵衬底的制造方法。为方便起见，其上一起制作CMOS电路、驱动电路、以及具有TFT象素和存储电容器的象素部分的衬底，被称为有源矩阵衬底。
首先，诸如钡硼硅酸盐玻璃和铝硼硅酸盐玻璃的玻璃组成的衬底400被用于本实施方案。注意，诸如衬底表面上形成有绝缘膜的石英衬底、硅衬底、金属衬底、和不锈钢衬底之类的衬底，也可以被用作衬底400。而且，具有能够承受本实施方案所用的加工温度的抗热性的塑料衬底，也可以被使用。由于本发明能够利用能量分布极为均匀的激光进行退火，故能够采用大面积衬底。
接着，用熟知的方法，在衬底400上制作由诸如氧化硅膜、氮化硅膜、或氮氧化硅膜之类的绝缘膜组成的基底膜401。在本实施方案中，二层结构(401a和401b)被用作基底膜401。但也可以采用上述绝缘膜的单层，并也可以采用二层以上被层叠的结构。
接着，在基底膜上制作半导体层402-406。首先，用熟知的方法(诸如溅射方法、LPCVD方法、等离子体CVD方法等)制作厚度为25-80nm(最好是30-60nm)的半导体膜。然后用激光晶化方法使半导体膜晶化。此激光晶化方法是借助于使用实施方案1-4而将激光器发射的激光施加到半导体膜的方法。当然，不仅激光晶化方法，还能够组合其它熟知的晶化方法(RTA，利用炉子退火的热晶化方法，利用促进晶化的金属元素的热晶化方法)。在得到的结晶半导体膜上执行所需形状的图形化，以便形成半导体层402-406。半导体膜可以是非晶半导体膜、微晶半导体膜、或结晶半导体膜。作为变通，半导体膜可以是具有诸如非晶硅锗膜那样的非晶结构的化合物半导体膜。
在本实施方案中，用等离子体CVD方法制作厚度为55nm的非晶硅膜。在非晶硅膜上执行去氢化(500℃下1小时)之后，从输出为10W的连续振荡YVO4激光器发射的激光被非线性光学元件转换成更高次的二次谐波，然后形成激光并从实施方案1-实施方案3所示的光学系统之一辐射。此时，能量密度必须大约每平方厘米0.01-100MW(最好是每平方厘米0.1-10MW)。当采用准分子激光器时，最好假设脉冲振荡频率300MHz，并假设激光能量密度为每平方厘米100-1000mJ(最好是每平方厘米200-700mJ)。平台以大约0.5-2000cm/s的速度相对于激光移动，并辐照，然后形成结晶的硅膜。借助于在其上用光刻方法执行图形化工艺，来制作半导体层402-406。
在制作半导体层402-406之后，可以执行非常少量杂质元素(硼或磷)的掺杂，以便控制TFT的阈值。
接着，制作覆盖半导体层402-406的栅绝缘膜407。利用等离子体CVD或溅射方法，用绝缘膜制作厚度为40-150nm的含硅的栅绝缘膜407。在本实施方案中，用等离子体CVD方法，制作厚度为110nm的氮氧化硅膜(组分比为：Si＝32％，0＝59％，N＝7％，H＝2％)。栅绝缘膜当然不局限于氮氧化硅膜，含硅的其它绝缘膜也可以被用于单层结构或叠层结构。
而且，若采用氧化硅膜，则能够用等离子体CVD方法，利用TEOS(原硅酸四乙酯)与O2的混合物，在反应压力为40Pa，衬底温度为300-400℃，高频(13.56MHz)功率密度为0.5-0.8W/cm2下来形成。借助于随后在400-500℃下对这样制造的氧化硅膜进行热退火，能够得到良好的栅绝缘膜特性。
然后，厚度为20-100nm的第一导电膜408与厚度为100-400nm的第二导电膜409，被层叠在栅绝缘膜407上。在本实施方案中，用厚度为30nm的TaN膜制作的第一导电膜408与用厚度为370nm的W膜制作的第二导电膜409被层叠。TaN膜是利用溅射方法形成的，且Ta靶的溅射在氮气氛中执行。而且，W膜是利用W靶进行溅射而形成的。此外，也可以利用六氟化钨(WF6)用热CVD方法来形成W膜。无论采用哪种方法，都必须能够使膜成为低阻，以便用作栅电极，且最好使W膜的电阻率低于20μΩcm。
注意，在本实施方案中，虽然第一导电膜408是TaN而第二导电膜409是W，但对导电膜没有特别的限制。第一导电膜408和第二导电膜409也可以由选自Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Nd的元素或由以这些元素之一作为其主要成分的合金材料或这些元素的化合物材料制作。而且，如可以采用AgPdCu合金那样，也可以采用掺入了诸如磷的杂质元素的通常为多晶硅膜的半导体膜。
接着，用光刻方法，由抗蚀剂形成掩模410-415，并执行第一腐蚀过程，以便形成电极和布线。第一腐蚀过程根据第一和第二腐蚀条件来执行(图10B)。在本实施方案中，ICP(感应耦合的等离子体)腐蚀方法被用作第一腐蚀条件。CF4、Cl2和O2的气体混合物被用作腐蚀气体，气体流量比被分别设定为25∶25∶10(sccm)，借助于在1Pa的压力下，将500W的RF(13.56MHz)功率施加到线圈型电极，来产生等离子体，并执行腐蚀。150W的RF(13.56MHz)功率也被施加到衬底侧(样品平台)，从而有效地施加负的自偏压。W膜在第一腐蚀条件下被腐蚀，以便第一导电膜的边沿部分成为锥形。
腐蚀条件被改变到第二腐蚀条件而不清除抗蚀剂掩模410-415。CF4和Cl2的气体混合物被用作腐蚀气体。气体流量比分别被设定为30∶30(sccm)，借助于在1Pa的压力下，将500W的RF(13.56MHz)功率施加到线圈型电极，来产生等离子体，并执行大约30秒钟腐蚀。20W的RF(13.56MHz)功率也被施加到衬底侧(样品平台)，从而有效地施加负的自偏压。W膜和TaN膜被采用CF4和Cl2的气体混合物的第二腐蚀条件腐蚀相同的程度。注意，为了执行腐蚀而不在栅绝缘膜上留下残留物，可以增加大约10-20％的腐蚀时间。
借助于使抗蚀剂掩模的形状适合于上述第一腐蚀条件，根据施加到衬底侧的偏压的作用而使第一导电膜和第二导电膜的边沿部分成为锥形。锥形部分的角度为15-45度。于是，利用第一腐蚀过程，从第一导电膜和第二导电膜就形成第一形状导电膜417-422(第一导电膜417a-422a和第二导电膜417b-422b)。参考号416表示栅绝缘膜，未被第一形状导电膜417-422覆盖的区域通过腐蚀被减薄大约20-50nm。
然后执行第二腐蚀过程而不清除抗蚀剂掩模(图10C)。此处，利用CF4、Cl2和O2作为腐蚀气体，对W膜进行选择性腐蚀。此时，用第二腐蚀过程来形成第二导电层428b-433b。另一方面，第一导电层417a-422a不太被腐蚀，从而形成第二形状导电层428-433。
然后执行第一掺杂过程而不清除抗蚀剂掩模，并将提供n型的低浓度杂质元素加入到半导体层。可以用离子掺杂方法或离子注入方法来执行掺杂过程。离子掺杂方法在剂量为每平方厘米1×1013-5×1014而加速电压为40-80keV的工艺条件下被执行。在本实施方案中，离子掺杂方法在剂量为每平方厘米1.5×1013而加速电压为60keV的条件下被执行。属于Va族的元素，典型为磷(P)或砷(As)，被用作提供n型的杂质元素。此处采用磷(P)。在此情况下，导电层428-433用作提供n型导电性的杂质元素的掩模，并以自对准方式形成杂质区423-427。浓度范围为每立方厘米1×1018-1×1020的提供n型的杂质元素被加入到杂质区423-427。
接着，在清除抗蚀剂掩模之后，制作新的抗蚀剂掩模434a-434c，并在比第一掺杂过程更高的加速电压下执行第二掺杂过程。离子掺杂在剂量为每平方厘米1×1013-1×1015而加速电压为60-120keV的工艺条件下被执行。利用第二导电层428b-432b作为掩模来执行掺杂过程，杂质元素被加入到第一导电层锥形部分下方的半导体层。使加速电压连续地降低到低于第二掺杂过程，完成第三掺杂过程，得到图11A所示的状态。离子掺杂方法在剂量为每平方厘米1×1015-1×1017而加速电压为50-100keV的工艺条件下被执行。利用第二掺杂过程和第三掺杂过程，浓度范围为每立方厘米1×1018-5×1019的提供n型的杂质元素被加入到连续成为第一导电层的低浓度杂质区436、442和448。且浓度范围为每立方厘米1×1019-5×1021的提供n型的杂质元素被加入到高浓度杂质区435、441、444和447。
当然，借助于使加速电压适当，第二掺杂过程和第三掺杂过程能够成为同时掺杂过程，并也有可能形成低浓度杂质区和高浓度杂质区。
接着，在清除抗蚀剂掩模之后，制作由抗蚀剂组成的新掩模450a-450c，并执行第四掺杂过程。根据第四掺杂过程，在成为p沟道TFT的有源层的半导体膜中形成加入了与上述一种导电类型相反的导电类型的杂质元素的杂质区453、454、459和460。第二导电层428a-432a被用作杂质元素的掩模，且提供p型导电性的杂质元素被加入，以致以自对准方式形成杂质区。在本实施方案中，利用离子掺杂方法，用双硼烷(B2H6)形成杂质区453、454、459和460(图11B)。在执行第四掺杂过程时，形成n沟道TFT的半导体层被抗蚀剂掩模450a-450c覆盖。利用第一掺杂过程和利用第三掺杂过程，不同浓度的磷被加入到各个杂质区439、447、448中。但借助于执行掺杂，使各个区域中的提供p型导电性的杂质元素的浓度成为每立方厘米1×1019-5×1021原子，在使这些区域用作p沟道TFT的源区和漏区时，就不会出现问题。
利用至此的各个步骤，杂质区就被形成在各个半导体层中。
接着，在清除抗蚀剂掩模450a-450c之后，制作第一层间绝缘膜461。此第一层间绝缘膜461用等离子体CVD方法或溅射方法从含硅的绝缘膜制作成厚度为100-200nm。在本实施方案中，用等离子体CVD方法制作了厚度为150nm的氮氧化硅膜。第一层间绝缘膜461当然不局限于氮氧化硅膜，而也可以采用含硅的其它单层或叠层结构的绝缘膜。
如图11C所示，借助于辐射激光，执行恢复半导体层的结晶性并激活加入到各个半导体层的杂质元素。此时，激光的能量密度必须约为每平方厘米0.01-100MW(最好是每平方厘米0.01-10MW)，并以0.5-2000cm/sec的速度相对于激光移动衬底。此外，可以采用热退火方法、或快速热退火方法(RTA方法)。
而且，也可以在制作第一层间绝缘膜之前进行热处理工艺。但若被采用的布线材料抗热性弱，则为了保护像本实施方案中那样的布线等，最好在制作层间绝缘膜(以硅作为其主要成分的绝缘膜，例如氮化硅膜)之后执行热处理工艺。
然后，也可以执行氢化热处理工艺(300-550℃下1-12小时)。此工艺用包含在第一层间绝缘膜461中的氢来终止半导体层中的悬挂键。半导体层能够被氢化而不管是否存在第一层间绝缘膜。作为其它的氢化方法，也可以执行等离子体氢化(采用等离子体激发的氢)以及在包含3-100％的氢的气氛中于300-450℃温度下进行1-12小时的热处理工艺。
接着，在第一层间绝缘膜461上，制作由无机绝缘膜材料或有机绝缘膜材料组成的第二层间绝缘膜462。在本实施方案中，制作了厚度为1.6μm的丙烯酸树脂膜，所用的材料可以具有10-1000cp，最好是40-200cp的粘度。采用了其表面上形成有不平整性的材料。
在本实施方案中，为了防止镜面反射，借助于制作构成不平整表面的第二层间绝缘膜，将象素电极的表面作成不平整。而且，象素电极的表面能够被作成不平整并具有光散射特性，因此能够在象素电极下面的区域中形成突出部分。可以利用相同于制作TFT用的掩模来形成突出部分，因此能够形成突出部分而不增加工艺步骤数目。注意，也可以在除了布线和TFT之外的象素部分区域的衬底上适当地形成突出部分。以这种方式，不平整性就沿形成在覆盖突出部分的绝缘膜表面上的不平整性，被制作在象素电极的表面中。
具有平坦表面的膜也可以被用作第二层间绝缘膜462。在此情况下，最好利用诸如熟知的喷沙工艺或腐蚀工艺之类的外加工艺，将表面作成不平整，以便防止镜面反射，从而借助于弥散反射光而提高白度。
然后在驱动电路506中制作电连接各个杂质区的布线463-467。注意，为了形成布线，对厚度为50nm的Ti膜与厚度为500nm的合金膜(Al和Ti的合金膜)的叠层膜进行图形化。当然，不局限于二层结构，而也可以是单层结构或3层或更多层的层叠结构。而且，布线的材料也不局限于Al和Ti。例如，可以在TaN膜上形成Al或Cu，并借助于图形化而形成构成叠层的Ti膜和形成布线(图12)。
而且，在象素部分507中，制作象素电极470、栅布线469和连接电极468。用连接电极468形成象素TFT与源布线(433a和433b的叠层)的电连接。而且，栅布线469形成与象素TFT栅电极的电连接。象素电极470形成与象素TFT的漏区471的电连接，还形成与作为形成存储电容器的一个电极的半导体层459的电连接。最好采用诸如以Al或Ag作为其主要成分的膜或这些膜的叠层膜之类的具有优异反射性的材料作为象素电极470。
于是，能够在同一个衬底上制作包含n沟道TFT501和p沟道TFT502的CMOS电路、具有n沟道TFT503的驱动电路506、以及具有象素TFT504和存储电容器505的象素部分507。这样就完成了有源矩阵衬底。
驱动电路506的n沟道TFT501具有：沟道形成区437；与构成栅电极一部分的第一导电层428a重叠的低浓度杂质区436(GOLD区)；以及用作源区或漏区的高浓度杂质区452。借助于电连接而与n沟道TFT501和电极466组成CMOS电路的p沟道TFT502具有：沟道形成区440；与构成栅电极一部分的第一导电层429a重叠的低浓度杂质区454(GOLD区)；以及用作源区或漏区的高浓度杂质区453。而且，n沟道TFT503具有：沟道形成区443、与构成栅电极一部分的第一导电层430a重叠的低浓度杂质区442(GOLD区)；以及用作源区或漏区的高浓度杂质区456。
象素部分的象素TFT504具有：沟道形成区446；形成在栅电极外面的低浓度杂质区445(LDD区)；以及用作源区或漏区的高浓度杂质区458。而且，提供n型的杂质元素和提供p型的杂质元素，被加入到用作存储电容器的一个电极的半导体层。存储电容器505包含电极(432a和432b的叠层)和半导体层，以绝缘膜416作为介质。
利用本实施方案的象素结构，象素电极的边沿部分被安排成与源布线重叠，使象素电极之间的间隙遮挡光，而无须使用黑矩阵。
图13示出了用本实施方案制造的有源矩阵衬底的象素部分的俯视图。注意，相同的参考号被用于对应于图10A-13中的部分。图12中的虚线A-A’对应于沿图13中虚线A-A’的剖面图。而且，图12中的虚线B-B’对应于沿图13中虚线B-B’的剖面图。
[实施方案6]
下面在本实施方案中来解释从实施方案5中制造的有源矩阵衬底来制造反射型液晶显示器件的工艺。图14被用于解释。
首先，根据实施方案5得到图12状态的有源矩阵衬底，然后至少在图12的有源矩阵上的象素电极470上制作定向膜567，并对其执行摩擦工艺。注意，在本实施方案中，在制作定向膜567之前，借助于对诸如丙烯树脂膜之类的有机树脂膜进行图形化而在所希望的位置形成柱形间隔572，以便在衬底之间保持间隙。而且，也可以在衬底的整个表面上分布球形间隔来代替柱形间隔。
然后制备反衬底569。再在反衬底569上制作彩色层570和571以及整平膜573。红色层570与蓝色层571被重叠以形成遮光部分。而且，也可以借助于使部分红色层与绿色层重叠来形成遮光部分。
在本实施方案中，采用了实施方案5所示的衬底。因此，利用图13所示的实施方案5的象素部分俯视图，需要至少对栅布线469与象素电极470之间的间隙、栅布线469与连接电极468之间的间隙、以及连接电极468与象素电极470之间的间隙进行遮光。各个彩色层被安置成使由彩色层叠层形成的遮光部分被形成在必须遮光的位置，然后连接到反衬底。
于是有可能借助于用彩色层的叠层组成的遮光层对象素之间的各个间隙进行遮光而无须制作诸如黑掩模之类的遮光层，以减少工艺步骤的数目。
在至少象素部分上的整平膜573上，制作透明导电膜组成的反电极576，在反衬底的整个表面上制作定向膜574，并对其执行摩擦工艺。
用密封材料568，将其上形成有象素部分和驱动电路的有源矩阵衬底与反衬底接合到一起。填充剂被混合在密封材料568中，二个衬底被接合，同时根据填充剂与柱形间隔而保持均匀的间隙。然后，将液晶材料575注入二个衬底之间，并用密封剂(图中未示出)完全密封衬底。熟知的液晶材料可以被用作液晶材料575。这样就完成了图14所示的反射型液晶显示器件。然后，如有需要，有源矩阵衬底或反衬底可以被切割成所希望的形状。此外，偏振片(图中未示出)仅仅被固定在反衬底。然后用熟知的技术固定FPC。
用上述方法制造的液晶显示器件具有由因为辐照能量分布极为均匀的激光而被充分退火的半导体膜制作的TFT。有可能成为具有足够工作特性和可靠性的上述液晶显示器件。这种液晶显示器件能够被用作各种类型电子设备的显示部分。
注意，本实施方案能够与实施方案1-5自由组合。
[实施方案7]
在本实施方案中，解释用制造有源矩阵衬底的TFT的制造方法来制造发光器件的例子。在本说明书中，发光器件是一般术语，指的是密封在上述衬底与覆盖元件之间的制作在衬底上的发光元件的显示屏以及在上述显示屏上配备有TFT的显示模块。顺便说一下，发光元件具有包括借助于施加电场而获得电致发光的化合物层(发光体)、阳极、以及阴极。同时，化合物中的电致发光包括从单重激发态返回到基态时的光发射(荧光)以及从三重激发态返回到基态时的光发射(磷光)，包括任何一种或二种光发射。
在本说明书中，所有制作在发光元件中阳极与阴极之间的层都被定义为发光体。具体地说，发光体包括发光层、空穴注入层、电子注入层、空穴输运层、以及电子输运层等。发光元件基本上具有阳极层、发光层、以及阴极层顺序层叠的结构。除了这种结构之外，偶尔具有由阳极层、空穴注入层、发光层、阴极层、或由阳极层、空穴注入层、发光层、电子输运层、以及阴极层顺序层叠的结构等。
图15是本实施方案的发光器件的剖面图。在图15中，提供在衬底700上的开关TFT603利用图15的n沟道TFT503组成。因此，有关结构的解释可参照对n沟道TFT503的解释。
顺便说一下，虽然本实施方案是以二个沟道区形成的双栅结构，但有可能采用以一个沟道区形成的单栅结构或以3个沟道区形成的三栅结构。
提供在衬底700上的驱动电路是用图12的CMOS电路形成的。因此，有关结构的解释，可参照n沟道TFT501和p沟道TFT502的解释。顺便说一下，虽然本实施方案是单栅结构，但有可能采用双栅结构或三栅结构。
同时，布线701和703用作CMOS电路的源布线，而布线702用作漏布线。同时，布线704用作电连接在开关TFT的源布线708与源区之间的布线，而布线705用作电连接在开关TFT的漏布线与漏区之间的布线。
顺便说一下，电流控制TFT604由图12的p沟道TFT502组成。因此，有关结构的解释，可参照有关p沟道TFT502的解释。顺便说一下，虽然本实施方案是单栅结构，但有可能采用双栅结构或三栅结构。
同时，布线706是电流控制TFT604的源布线(相当于电流馈线)，而布线707是待要借助于在其上叠加电流控制TFT的象素电极711而电连接到象素电极711的电极。
同时，711是由透明导电膜形成的象素电极(发光元件的阳极)。氧化铟与氧化锡的化合物、氧化铟与氧化锌的化合物、氧化锌、氧化锡或氧化铟，能够被用作透明导电膜，或者可以采用如上所述加入了镓的透明导电膜。在制作布线之前，象素电极711被制作在平整的层间绝缘膜710上。在本实施方案中，用树脂整平膜710来整平TFT造成的台阶，这是非常重要的。稍后要形成的发光层，由于厚度极小而可能由于台阶的存在引起不良的光发射。因此，在制作象素电极之前，希望提供整平，使发光层能够被制作得尽可能平整。
在形成布线701-707之后，如图15所示形成堤坝712。可以借助于对厚度为100-400nm的含硅的绝缘膜或有机树脂膜进行图形化来形成堤坝712。
顺便说一下，由于堤坝712是绝缘膜，故必须小心淀积过程中发生元件静电击穿。在本实施方案中，碳颗粒或金属颗粒被加入到作为堤坝712材料的绝缘膜，从而降低了电阻率，并抑制了静电的出现。在这种情况下，碳或金属颗粒的加入量可以被调整，以提供1×106-1×1012欧姆厘米(最好是1×108-1×1010欧姆厘米)的电阻率。
发光体713被制作在象素电极711上。顺便说一下，虽然图15仅仅示出了一个象素，但本实施方案分别制作了对应于各个颜色R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的发光体。同时，在本实施方案中，用淀积工艺制作了低分子量有机电致发光材料。具体地说，这是一种以厚度为20nm的酞菁铜(CuPc)膜作为空穴注入层而厚度为70nm的三-8-喹啉铝络合物(Alq3)膜作为发光层的叠层结构。借助于将诸如二氢喹吖啶二酮、二萘嵌苯或DCM1之类的荧光颜料加入到Alq3中，能够控制发射光的颜色。
但上述例子是用作发光层的有机电致发光材料的例子，而不必局限于此。借助于自由组合发光层、电荷输运层和电子注入层，就足以形成发光体(因而也是用于发光和载流子运动的层)。例如，虽然在本实施方案中被示为低分子量有机电致发光材料被用于发光层的例子，但有可能采用中等分子量有机电致发光材料和高分子量有机电致发光材料。在本说明书中，中等分子量有机材料能够被定义为不具有升华性质或分解性质的有机电致发光材料的聚合体(最好是分子性为20或更小的聚合体)，或分子链长度为10μm或更小(最好是50nm或更小)的有机电致发光材料(称为中等分子量有机电致发光材料)。作为采用高分子量有机电致发光材料的例子，可以用甩涂方法制作厚度为20nm的聚噻吩(PEDOT)膜作为空穴注入层，并在其上提供的厚度约为100nm的包含聚亚苯基乙烯(PPV)的叠层结构作为发光层是很好的。利用PPV的π共轭高分子，能够选择从红色到蓝色的发光波长。同时，有可能采用诸如碳化硅的无机材料作为电子输运层或电荷注入层。这些有机电致发光材料或无机材料可以是熟知的材料。
接着，在发光体713上提供导电膜组成的阴极714。在本实施方案中，铝与锂的合金膜被用作导电膜。当然可以采用熟知的MgAg膜(锰与银的合金膜)。属于周期表I族或II族的元素导电膜，或加入有这种元素的导电膜，可以被用作阴极材料。
在直至制作了阴极714时，就完成了发光元件715。顺便说一下，此处的发光元件715指的是制作有象素电极(阳极)711、发光层713、以及阴极714的二极管。
可以提供钝化膜716来完全覆盖发光元件715。钝化膜716由包括碳膜、氮化硅膜、或氮氧化硅膜的绝缘膜制作，而所用的是单层或组合叠层绝缘膜。
在此情况下，最好采用有利于覆盖的膜作为钝化膜。采用碳膜是有效的，特别是DLC(类金刚石碳)膜。能够在室温到不超过100℃的温度范围内淀积的DLC膜，能够被容易地淀积在抗热性低的发光层713上。同时，对氧具有高阻挡作用的DLC膜能够抑制发光层713的氧化。因此，能够防止发光层713在随后的密封工艺过程中的氧化问题。
而且，密封元件717被提供在钝化膜716上，以便键合覆盖元件718。可紫外线固化的树脂可以被用作密封元件717。可以在其中提供具有吸潮作用或抗氧化作用的物质。同时，在本实施方案中，其二个表面上形成有碳膜(最好是类金刚石碳膜)的玻璃衬底、石英衬底、或塑料衬底(包括塑料膜)，被用作覆盖元件718。
这样就完成了具有图15所示结构的发光器件。顺便说一下，利用多工作室淀积方案(即在线方案)，可以在形成堤坝712之后连续地进行制作钝化膜716的工艺而不暴露于空气。此外，随着进一步发展，有可能连续地执行工艺直至键合覆盖元件718而不暴露于空气。
以这种方式，在衬底700上制作了n沟道TFT601、p沟道TFT602、开关TFT(n沟道TFT)603、以及电流控制TFT(n沟道TFT)604。
而且，如用图15解释的那样，借助于提供通过绝缘膜与栅电极重叠的杂质区，有可能制作抗热载流子效应引起的退化的n沟道TFT。从而能够实现可靠的发光器件。
同时，本实施方案仅仅示出了象素部分和驱动电路的构造。但根据本实施方案的制造工艺，除此之外，还有可能在同一个绝缘元件上制作诸如信号除法电路、D/A转换器、运算放大器、Y修正电路之类的逻辑电路。
用上述方法制造的发光器件具有由因为被能量分布极为均匀的激光辐照而被充分退火的半导体膜制作的TFT。因此，获得了具有足够工作特性和可靠性的上述发光器件。这种发光器件能够被用作各种电子设备的显示部分。
本实施方案能够与实施方案1-5自由组合。
[实施方案8]
利用本发明，能够制作各种半导体器件(有源矩阵型液晶显示器件、有源矩阵型发光器件、或有源矩阵型EC显示器件)。具体地说，本发明能够在任何在其显示部分组合有这种电光器件的电子设备中被实施。
这种电子设备是：摄象机、数码相机、投影仪、头戴式显示器(风镜式显示器)、车辆导航系统、汽车立体声、个人计算机、或移动信息终端(诸如移动计算机、移动电话、或电子记事本)。图16、17和18示出了其例子。
图16A示出了一种个人计算机，它包含主体3001、图象输入部分3002、显示部分3003、键盘3004等。本发明能够被应用于显示部分3003。
图16B示出了一种摄象机，它包括主体3101、显示部分3102、声音输入部分3103、操作开关3104、电池3105、图象接收部分3106等。本发明能够被应用于显示部分3102。
图16C示出了一种移动计算机，它包括主体3201、照相机部分3202、图象接收部分3203、操作开关3204、显示部分3205等。本发明能够被用于显示部分3205。
图16D示出了一种风镜式显示器，它包括主体3301、显示部分3302、镜臂部分3303等。本发明能够被用于显示部分3302。
图16E示出了一种使用其上记录了程序的记录媒质(以下称为记录媒质)的游戏机，此游戏机包括主体3401、显示部分3402、扬声器部分3403、记录媒质3404、操作开关3405等。此游戏机采用DYD(数字万能碟盘)、CD等作为记录媒质，并使用户能够欣赏音乐、电影、游戏、和上网。本发明能够被应用于显示部分3402。
图16F示出了一种数码相机，它包含主体3501、显示部分3502、目镜部分3503、操作开关3504、图象接收单元(未示出)等。本发明能够被应用于显示部分3502。
图174示出了一种正投式投影仪，它包含投影装置3601和屏幕3602等。本发明能够被应用于组成部分投影装置3601以及其它驱动电路的液晶显示器件3808。
图17B示出了一种背投式投影仪，它包含主体3701、投影装置3702、平面镜3703、屏幕3704等。本发明能够被应用于组成部分投影装置3702以及其它驱动电路的液晶显示器件3808。
图17C示出了分别示于图17A和图17B中的各个投影装置3601和3702的结构的例子。各个投影装置3601或3702由光源光学系统3801、平面镜3802和3804-3806、分色镜3803、棱镜3807、液晶显示器件3808、相位差片3809、以及投影光学系统3810组成。投影光学系统3810由包括投影透镜的光学系统组成。本实施方案8是三片式的例子，但不局限于此例子，而也可以是单片式。此外，在图17C的箭头所示的光路中，实施本发明的人员可以适当地安排诸如光学透镜、具有偏振功能的膜、用来调整相位差的膜、或红外膜之类的光学系统。
图17D示出了图17C所示的光源光学系统3801的结构例子。在实施方案8中，光源光学系统3801由反射器3811、光源3812、透镜阵列3813和3814、偏振转换元件3815、以及会聚透镜3816组成。顺便说一下，图17D所示的光源光学系统是一个例子，且本发明不特别局限于所示的构造。例如，实施本发明的人员可以适当地安排诸如光学透镜、具有偏振功能的膜、用来调整相位差的膜、或红外膜之类的光学系统提供到光源光学系统。
图174-17D所示的投影仪是采用透射型电光器件的投影仪，但未示出本发明应用于反射型电光器件和发光器件的例子。
图18A示出了一种便携式电话，它包括主体3901、声音输出部分3902、声音输入部分3903、显示部分3904、操作开关3905、天线3906等。本发明能够被应用于显示部分3904。
图18B示出了一种便携式记事本(电子记事本)，它包括主体4001、显示部分4002和4003、存储媒质4004、操作开关4005、天线4006等。本发明能够被应用于显示部分4002和4003。
图18C示出了一种显示器，它包括主体4101、底座4102、显示部分4103等。本发明能够被应用于显示部分4103。本发明对大屏幕显示器特别有利，并对对角线尺寸为10英寸或以上(特别是30英寸或以上)的显示器是有利的。
如从上述描述可见，本发明的应用范围极为广阔，并可应用于任何种类的电子设备。利用组合实施方案1-6和7中任何一个而成的结构，能够实现根据本发明的电子设备。
当采用本发明的构造时，能够获得下列基本的意义。
(a)能够在被辐照的表面上或其附近的表面上产生能量密度分布非常优异的激光。
(b)能够对被辐照的物体进行均匀的退火。这在大面积衬底的情况下是特别有效的。
(c)产率能够得到改善。
(d)当满足上述优点时，能够实现以有源矩阵液晶显示器件为代表的半导体器件的工作特性和可靠性的改善。而且，能够实现半导体器件制造成本的降低。

Claims (46)

1.一种激光辐照装置，它包含：
激光器；
用来将激光器发射的激光的第一能量密度分布转换成被辐照表面上的第二能量密度分布的第一装置；以及
用来使具有第二能量密度分布的激光端部中的能量密度均匀化的第二装置，
其中第二装置被提供在被辐照的表面与第一装置之间。
2.一种激光辐照装置，它包含：
激光器；
用来将激光器发射的激光的剖面形状改变成第一形状，以便用激光辐照被辐照的表面的第一装置；以及
用来使改变成第一形状的激光端部中的能量密度均匀化的第二装置，
其中第二装置被提供在被辐照的表面与第一装置之间。
3.一种激光辐照装置，它包含：
激光器；
用来将激光器发射的激光的第一能量密度分布转换成被辐照表面上的第二能量密度分布的第一装置；以及
用来使具有第二能量密度分布的激光端部中的能量密度均匀化的第二装置，
其中第二装置被提供在离被辐照表面1cm以内。
4.一种激光辐照装置，它包含：
激光器；
用来将激光器发射的激光的剖面形状改变成第一形状，以便用激光辐照被辐照的表面的第一装置；以及
用来使改变成第一形状的激光端部中的能量密度均匀化的第二装置，
其中第二装置被提供在离被辐照表面1cm以内。
5.根据权利要求1-4中任何一个的激光辐照装置，其中第一装置包含被定位成与激光的光轴正交的均化器。
6.根据权利要求1-4中任何一个的激光辐照装置，其中第一装置包含平行排列以便与激光的光轴正交并沿排列方向分割激光的多个柱形透镜组。
7.根据权利要求1-4中任何一个的激光辐照装置，其中第一装置包含多个柱形透镜组和透镜，柱形透镜组被平行排列，以便正交于激光的光轴并沿排列方向分割激光，而透镜被置于柱形透镜组的透射侧并合成被分割的激光。
8.根据权利要求1-4中任何一个的激光辐照装置，其中第一装置包含定位成正交于激光光轴并分割激光的蝇眼透镜。
9.根据权利要求1-4中任何一个的激光辐照装置，其中第一装置包含蝇眼透镜和球面透镜，此蝇眼透镜定位成正交于激光光轴并分割激光，而球面透镜位于蝇眼透镜的透射侧并合成被分割的激光。
10.根据权利要求1-4中任何一个的激光辐照装置，其中第二装置包含至少狭缝和平面镜之一。
11.根据权利要求1-4中任何一个的激光辐照装置，其中激光端部是平行于激光移动方向的区域。
12.根据权利要求1-4中任何一个的激光辐照装置，其中的激光器包含选自连续振荡固体激光器、连续振荡气体激光器、脉冲振荡固体激光器、以及脉冲振荡气体激光器的至少一种。
13.根据权利要求1-4中任何一种的激光辐照装置，其中的激光器包含选自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、翠绿宝石激光器、以及掺Ti的蓝宝石激光器的至少一种。
14.根据权利要求1-4中任何一种的激光辐照装置，其中的激光器包含选自准分子激光器、Ar激光器、以及Kr激光器的至少一种。
15.一种激光辐照方法，它包含：
利用第一装置，将激光器发射的激光的第一能量密度分布转换成被辐照表面上的第二能量密度分布；
利用第二装置，使具有第二能量密度分布的激光端部中的能量密度均匀化；以及
在相对移动被辐照表面的情况下，用具有被均匀化的能量密度的激光辐射被辐照的表面。
16.一种激光辐照方法，它包含：
利用第一装置，将激光器发射的激光的剖面形状改变成第一形状，以便用激光辐射被辐照的表面；利用第二装置，使具有第一形状的激光端部中的能量密度均匀化；以及
在相对移动被辐照表面的情况下，用具有被均匀化的能量密度的激光辐射被辐照的表面。
17.根据权利要求15和16中任何一个的激光辐照方法，其中第一装置包含定位成与激光的光轴正交的均化器。
18.根据权利要求15和16中任何一个的激光辐照方法，其中第一装置包含平行排列以便与激光的光轴正交并沿排列方向分割激光的多个柱形透镜阵列。
19.根据权利要求15和16中任何一个的激光辐照方法，其中第一装置包含多个柱形透镜组和透镜，柱形透镜组被平行排列，以便正交于激光的光轴并沿排列方向分割激光，而透镜被置于柱形透镜组的透射侧并合成被分割的激光。
20.根据权利要求15和16中任何一个的激光辐照方法，其中第一装置包含定位成正交于激光光轴并分割激光的蝇眼透镜。
21.根据权利要求15和16中任何一个的激光辐照方法，其中第一装置包含蝇眼透镜和球面透镜，此蝇眼透镜定位成正交于激光光轴并分割激光，而球面透镜位于蝇眼透镜的透射侧并合成被分割的激光。
22.根据权利要求15和16中任何一个的激光辐照方法，其中第二装置包含至少狭缝和平面镜之一。
23.根据权利要求15和16中任何一个的激光辐照方法，其中激光端部是平行于激光移动方向的区域。
24.根据权利要求15和16中任何一个的激光辐照方法，其中的激光器包含选自连续振荡固体激光器、连续振荡气体激光器、脉冲振荡固体激光器、以及脉冲振荡气体激光器的至少一种。
25.根据权利要求15和16中任何一种的激光辐照方法，其中的激光器包含选自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、翠绿宝石激光器、以及掺Ti的蓝宝石激光器的至少一种。
26.根据权利要求15和16中任何一种的激光辐照方法，其中的激光器包含选自准分子激光器、Ar激光器、以及Kr激光器的至少一种。
27.一种制造半导体器件的方法，它包含：
利用第一装置，将激光器发射的激光的第一能量密度分布转换成被辐照表面上的第二能量密度分布；
利用第二装置，使具有第二能量密度分布的激光端部中的能量密度均匀化；以及
在相对移动被辐照表面的情况下，用具有被均匀化的能量密度的激光辐射被辐照的表面。
28.一种制造半导体器件的方法，它包含：
利用第一装置，将激光器发射的激光的剖面形状改变成第一形状，以便用激光辐射被辐照的表面；利用第二装置，使改变成第一形状的激光端部中的能量密度均匀化；以及
在相对移动被辐照表面的情况下，用具有被均匀化的能量密度的激光辐射被辐照的表面。
29.根据权利要求27和28中任何一个的制造半导体器件的方法，其中第一装置包含定位成与激光的光轴正交的均化器。
30.根据权利要求27和28中任何一个的制造半导体器件的方法，其中第一装置包含平行排列以便与激光的光轴正交并沿排列方向分割激光的多个柱形透镜阵列。
31.根据权利要求27和28中任何一个的制造半导体器件的方法，其中第一装置包含多个柱形透镜组和透镜，柱形透镜组被平行排列，以便正交于激光的光轴并沿排列方向分割激光，而透镜被置于柱形透镜组的透射侧并合成被分割的激光。
32.根据权利要求27和28中任何一个的制造半导体器件的方法，其中第一装置包含定位成正交于激光光轴并分割激光的蝇眼透镜。
33.根据权利要求27和28中任何一个的制造半导体器件的方法，其中第一装置包含蝇眼透镜和球面透镜，此蝇眼透镜定位成正交于激光光轴并分割激光，而球面透镜位于蝇眼透镜的透射侧并合成被分割的激光。
34.根据权利要求27和28中任何一个的制造半导体器件的方法，其中第二装置包含至少狭缝和平面镜之一。
35.根据权利要求27和28中任何一个的制造半导体器件的方法，其中激光端部是平行于激光移动方向的区域。
36.根据权利要求27和28中任何一个的制造半导体器件的方法，其中的激光器包含选自连续振荡固体激光器、连续振荡气体激光器、脉冲振荡固体激光器、以及脉冲振荡气体激光器的至少一种。
37.根据权利要求27和28中任何一种的制造半导体器件的方法，其中的激光器包含选自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、翠绿宝石激光器、以及掺Ti的蓝宝石激光器的至少一种。
38.根据权利要求27和28中任何一种的制造半导体器件的方法，其中的激光器包含选自准分子激光器、Ar激光器、以及Kr激光器的至少一种。
39.根据权利要求27和28中任何一种的制造半导体器件的方法，其中的半导体器件是选自个人计算机、摄象机、移动计算机、风镜式显示器、采用记录媒质的游戏机、数码相机、投影仪、便携式电话、以及便携式电子笔记本的至少一种。
40.一种制造半导体器件的方法，它包含：
从激光器发射激光；
将激光的第一能量密度分布转换成被辐照表面上的第二能量密度分布；
利用提供在离被辐照表面1cm以内的狭缝，清除激光第二能量密度分布的端部；以及
在相对移动被辐照表面的情况下，在切除步骤之后，用激光辐射被辐照的表面。
41.一种制造半导体器件的方法，它包含：
从激光器发射激光；
将激光的剖面形状改变成第一形状，以便用激光辐射被辐照的表面；
利用提供在离被辐照表面1cm以内的狭缝，清除改变成第一形状的激光端部的能量密度；以及
在相对移动被辐照表面的情况下，在切除步骤之后，用激光辐射被辐照的表面。
42.根据权利要求40和41中任何一个的制造半导体器件的方法，其中激光端部是平行于激光移动方向的区域。
43.根据权利要求40和41中任何一个的制造半导体器件的方法，其中的激光器包含选自连续振荡固体激光器、连续振荡气体激光器、脉冲振荡固体激光器、以及脉冲振荡气体激光器的至少一种。
44.根据权利要求40和41中任何一种的制造半导体器件的方法，其中的激光器包含选自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、翠绿宝石激光器、以及掺Ti的蓝宝石激光器的至少一种。
45.根据权利要求40和41中任何一种的制造半导体器件的方法，其中的激光器包含选自准分子激光器、Ar激光器、以及Kr激光器的至少一种。
46.根据权利要求40和41中任何一种的制造半导体器件的方法，其中的半导体器件是选自个人计算机、摄象机、移动计算机、风镜式显示器、采用记录媒质的游戏机、数码相机、投影仪、便携式电话、以及便携式电子笔记本的至少一种。
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