專利名稱：半導(dǎo)體器件制造方法以及激光輻照設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到高度結(jié)晶的結(jié)晶半導(dǎo)體膜、具有結(jié)晶半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管、以及具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明還涉及到用來(lái)制造結(jié)晶半導(dǎo)體膜、薄膜晶體管、以及半導(dǎo)體器件的結(jié)晶方法。本發(fā)明還涉及到用來(lái)提供結(jié)晶方法的激光輻照設(shè)備。
背景技術(shù)：
新近，有關(guān)采用薄膜晶體管的先進(jìn)半導(dǎo)體器件的研究已經(jīng)有了進(jìn)展。特別是在要求高速和高功能的半導(dǎo)體器件中，必須得到具有高遷移率的薄膜晶體管(以下稱為TFT)。
為了提高半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性，以用來(lái)促進(jìn)晶化的典型為鎳元素(Ni)的金屬元素被加入、形成、或涂敷到半導(dǎo)體膜然后對(duì)其進(jìn)行熱處理的形式而執(zhí)行晶化來(lái)形成半導(dǎo)體膜(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
當(dāng)用來(lái)促進(jìn)晶化的典型為Ni的金屬元素被用于這一晶化步驟中時(shí)，有可能得到大晶粒尺寸的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，并得到其中各個(gè)晶粒邊界很可能連接起來(lái)，從而在晶粒中具有較少缺陷的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
此外，作為與熱處理不同的結(jié)晶方法，已經(jīng)研究了利用激光輻照的結(jié)晶方法。通常以脈沖振蕩的紫外光束被輻照到非晶或多晶硅層以形成包括硅單晶晶粒組的硅薄膜的方式，來(lái)進(jìn)行利用激光輻照的晶化(例如參照專利文獻(xiàn)2)。在根據(jù)專利文獻(xiàn)2的激光晶化中，矩形紫外光束在其結(jié)束輻射的位置與其開(kāi)始下一個(gè)輻射的位置之間的行進(jìn)距離，被設(shè)定為40微米或以下，且此行進(jìn)距離相對(duì)于沿運(yùn)動(dòng)方向測(cè)得的紫外光束的寬度的比例，被設(shè)定為0.1-5％。專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了待要得到的硅單晶晶粒具有對(duì)于基板物質(zhì)表面接近<100>的擇優(yōu)取向。
根據(jù)報(bào)道，當(dāng)偏振激光被用于晶化時(shí)，借助于優(yōu)化激光輻照條件，沿垂直于偏振方向的方向形成了所謂脊(參照非專利文獻(xiàn)1)。此非專利文獻(xiàn)1描述了脊之間的間距依賴于激光的波長(zhǎng)和輻射角，在p偏振激光中表示為λ/(1±sinθ)，其中，λ是激光的波長(zhǎng)，而θ是激光的輻射角。
特別是非專利文獻(xiàn)1在圖2A中公開(kāi)了線性脈沖激光器的第一輻射形成線性脊。而且，非專利文獻(xiàn)1在圖2B中公開(kāi)了相對(duì)于第一激光輻射的方向成90度角度的線性脈沖激光的第二輻射形成脊的網(wǎng)格圖形。
非專利文獻(xiàn)1報(bào)道了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中，在溫度被設(shè)定為與襯底相同的350℃的超高真空成膜工作室中，用脈沖Nd:YAG激光器對(duì)形成在玻璃襯底上的非晶硅膜進(jìn)行輻照。
未經(jīng)審查的專利公開(kāi)H7-161634公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]未經(jīng)審查的專利公開(kāi)H10-41234公報(bào)[非專利文獻(xiàn)1]Y.Nakata，A.Shimoyama，and S.Horita，“AM-LCD 2000”，p.265-268在根據(jù)專利文獻(xiàn)1的晶化方法中，形成了具有200-300微米大尺寸的柱狀晶體的許多聚集體(各個(gè)聚集體也稱為疇)。一個(gè)疇中的各個(gè)晶體具有相同的晶體取向。但相鄰疇中的取向不同，并在其間具有邊界。當(dāng)借助于在一個(gè)疇中形成溝道形成區(qū)而制造TFT時(shí)，能夠得到高的電學(xué)特性。
但疇是隨機(jī)形成的，因而難以將TFT制造成在一個(gè)疇中形成溝道形成區(qū)。因此，難以將分別排列在象素部分和驅(qū)動(dòng)電路中的所有溝道形成區(qū)形成在一個(gè)疇中。
結(jié)果，雖然當(dāng)這種結(jié)晶半導(dǎo)體膜被用作TFT的有源層(包括溝道形成區(qū)和雜質(zhì)區(qū)的島狀半導(dǎo)體膜)時(shí)有高遷移率的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著小的差別的危險(xiǎn)，這是由于溝道形成區(qū)中相鄰疇(各個(gè)疇具有不同的取向)之間的邊界是否存在或由于形成的疇的尺寸差別所造成的各個(gè)TFT之間的特性變化。
排列在象素部分或驅(qū)動(dòng)電路中的TFT的電學(xué)特性的變化引起施加到各個(gè)象素電極的電流和電壓的變化，這就成為觀察者可以看到的顯示不均勻性。
目前，這種變化是可接受的且不會(huì)導(dǎo)致任何問(wèn)題。但將來(lái)，當(dāng)象素尺寸被進(jìn)一步減小并要求更精確的圖象時(shí)這種變化被認(rèn)為會(huì)成為一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。將來(lái)，隨著柵金屬的寬度變窄，溝道形成區(qū)的尺寸(溝道寬度)變得更小。因此存在著形成溝道形成區(qū)中具有各個(gè)疇之間邊界的TFT的危險(xiǎn)。這種TFT的特性(遷移率、S值、開(kāi)態(tài)電流、關(guān)態(tài)電流等)與具有其中沒(méi)有任何邊界的溝道形成區(qū)的TFT的特性相比就有變化，因而認(rèn)為這種變化引起顯示不均勻性。
根據(jù)專利文獻(xiàn)2公開(kāi)的晶化方法，矩形紫外光束從其結(jié)束輻射的位置到其開(kāi)始下一個(gè)輻射的位置的行進(jìn)距離，被設(shè)定為40微米或以下，且此行進(jìn)距離相對(duì)于沿運(yùn)動(dòng)方向測(cè)得的紫外光束的寬度的比例，被設(shè)定為0.1-5％。在專利文獻(xiàn)2的實(shí)施方案1中，非晶硅層中的任何一點(diǎn)被脈沖紫外光束輻照100次。
在這種晶化方法中，由于激光被輻照到硅層許多次，例如100次，故工藝時(shí)間很長(zhǎng)。
特別是當(dāng)借助于利用諸如Ni之類的金屬控制取向而形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜被激光輻照多次時(shí)，不可能保持其取向。換言之，當(dāng)形成具有用專利文獻(xiàn)1所述的金屬元素所控制的取向的結(jié)晶半導(dǎo)體膜之后，在專利文獻(xiàn)2所述的條件下多次輻照激光時(shí)，不可能保持取向受到控制的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
此外，如非專利文獻(xiàn)1所示，僅僅當(dāng)Nd:YAG激光在襯底溫度設(shè)定為350℃的真空成膜工作室中被輻照的條件下，第二激光輻照以相對(duì)于第一激光輻照的方向成90度角被執(zhí)行時(shí)，脊才形成網(wǎng)格圖形。因此，在這種方法中，激光輻照需要很長(zhǎng)時(shí)間。這意味著需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)制造半導(dǎo)體器件即薄膜晶體管，因而此方法不適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問(wèn)題而提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種制造結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法，它包含利用用來(lái)促進(jìn)晶化同時(shí)控制取向的含有金屬的材料來(lái)晶化半導(dǎo)體膜的步驟以及輻照一次激光的步驟以便形成具有規(guī)則間距網(wǎng)格圖形小晶粒的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。本發(fā)明的另一目的是提供一種用上述方法制造的半導(dǎo)體膜。而且，本發(fā)明的另一目的是提供一種具有結(jié)晶半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管、提供一種具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件、以及提供一種用來(lái)制造此薄膜晶體管和半導(dǎo)體器件的方法。
在考慮到上述問(wèn)題而提出的本發(fā)明中，以用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素(以下簡(jiǎn)稱為金屬元素)被加入到非晶半導(dǎo)體膜以便形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜，然后，其偏振方向受到控制的脈沖振蕩激光(以下稱為脈沖激光)被輻照到結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方式，使脊形成網(wǎng)格圖形。要指出的是，此處所用的術(shù)語(yǔ)“脊”意味著一種凸出部分，這是在晶粒互撞位置處不規(guī)則地形成的膜的隆起部分。例如，如圖5的SEM圖象所示，脊被形成在晶?；プ驳奈恢?。
脊被形成在晶粒邊界中，且脊在結(jié)晶半導(dǎo)體膜表面上形成網(wǎng)格圖形意味著結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶粒被形成為網(wǎng)格圖形。而且，脊形成網(wǎng)格圖形意味著在確切地說(shuō)是形成薄膜晶體管的大部分區(qū)域中脊形成網(wǎng)格圖形，而不一定脊要在整個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體膜中形成網(wǎng)格圖形。
確切地說(shuō)，在本發(fā)明中，脊之間的間距幾乎等于輻照到結(jié)晶半導(dǎo)體膜的脈沖激光的發(fā)射波長(zhǎng)。且脊之間的間距受脈沖激光的波長(zhǎng)控制。而且，脊之間的間距可以受輻照到結(jié)晶半導(dǎo)體膜的脈沖激光的入射角θ控制。
此外，借助于輻照一次脈沖激光，脊能夠形成網(wǎng)格圖形。要指出的是，輻照一次脈沖激光意味著將脈沖激光掃描到輻照對(duì)象的結(jié)晶半導(dǎo)體膜一次，且結(jié)晶半導(dǎo)體膜中任何一點(diǎn)(任何一個(gè)輻照點(diǎn))被脈沖激光輻照而多次受照射。
確切地說(shuō)，在本發(fā)明中，脈沖激光在能量和發(fā)射數(shù)目被確定為保持借助于加入金屬元素而形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的取向的條件下被輻射。例如，當(dāng)半導(dǎo)體膜的厚度約為50nm時(shí)，脈沖準(zhǔn)分子激光在能量密度被設(shè)定為350-450mJ/cm2且發(fā)射數(shù)目為20-40的條件下被輻射。
在本發(fā)明中，最好用光學(xué)系統(tǒng)將脈沖激光成形為線性。此處所用的術(shù)語(yǔ)“線性”不意味著嚴(yán)格的線，而是意味著具有大的長(zhǎng)寬比的矩形(或橢圓形)。雖然線性仍然包括在矩形中，但長(zhǎng)寬比為2或以上(優(yōu)選為10-10000)的矩形被稱為線性。結(jié)果，大的面積能夠被輻照，從而提高大規(guī)模生產(chǎn)率。
脈沖激光可以以入射角θ傾斜地被入射到非晶半導(dǎo)體膜中。要指出的是，入射角θ被設(shè)定為滿足不等式0度＜θ＜90度，優(yōu)選為滿足不等式20度≤θ≤45度。例如，當(dāng)入射角θ為30度時(shí)，沿一個(gè)方向(脈沖激光傾斜地入射的方向)的脊之間的間距是脈沖激光波長(zhǎng)的2倍。
根據(jù)本發(fā)明的激光輻照設(shè)備包含至少一個(gè)脈沖激光諧振器、用來(lái)控制脈沖激光偏振方向的裝置、用來(lái)固定被輻射物體的非晶半導(dǎo)體膜的平臺(tái)、以及用來(lái)相對(duì)移動(dòng)非晶半導(dǎo)體膜和脈沖激光的移動(dòng)裝置。此外，本發(fā)明的激光輻照設(shè)備優(yōu)選具有用來(lái)使脈沖激光成形為線性的光學(xué)系統(tǒng)。更優(yōu)選的是，本發(fā)明的激光輻照設(shè)備具有控制裝置，以便脈沖激光被傾斜地輻照到非晶半導(dǎo)體膜。
半波片或鏡能夠被用作用來(lái)控制脈沖激光的偏振方向的裝置。X軸單軸機(jī)械手和Y軸單軸機(jī)械手能夠被用作用來(lái)相對(duì)移動(dòng)平臺(tái)和脈沖激光的移動(dòng)裝置。諸如柱形透鏡、凹透鏡、凸透鏡之類的光學(xué)透鏡能夠被用作使脈沖激光成形為線性的光學(xué)系統(tǒng)。為了將脈沖激光傾斜地輻照到非晶半導(dǎo)體膜，可以將平臺(tái)傾斜。
要指出的是，在本發(fā)明中能夠使用選自鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、銦(In)、錫(Sn)的一種或多種金屬。
選自Ar激光器、Kr激光器、準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器、Y2O3激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、紫翠玉激光器、摻Ti藍(lán)寶石激光器、銅蒸汽激光器、以及金蒸汽激光器的一種或多種激光器，能夠被用作本發(fā)明的脈沖激光器。
例如，當(dāng)采用發(fā)射波長(zhǎng)為527nm的YLF激光器時(shí)，能夠得到其中形成在網(wǎng)格圖形中的晶粒具有大約527nm長(zhǎng)度的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。此外，當(dāng)采用Nd:YAG激光器的二次諧波(發(fā)射波長(zhǎng)為532nm)時(shí)，能夠得到其中形成在網(wǎng)格圖形中的晶粒具有大約532nm長(zhǎng)度的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
要指出的是，內(nèi)部振蕩諧振器或外部振蕩諧振器能夠被用于本發(fā)明中。
在利用諸如本發(fā)明中的用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素的晶化情況下，當(dāng)金屬元素對(duì)TFT的電學(xué)特性有不利影響時(shí)，必須清除或減少此金屬元素。在清除或減少金屬元素的過(guò)程中，采用了吸雜工藝。
在本發(fā)明中，激光輻照對(duì)以脊中Ni為典型的金屬元素進(jìn)行分凝。因此，當(dāng)進(jìn)行吸雜時(shí)，金屬元素能夠被有效地吸除在吸雜沉中。特別是最好以激光輻照之后，加入有稀有氣體的半導(dǎo)體膜作為吸雜沉被形成在形成脊的結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的方式，來(lái)執(zhí)行吸雜。換言之，由于以Ni為典型的所有金屬元素在是為結(jié)晶半導(dǎo)體膜尖端部的脊中分凝，故借助于在緊鄰脊的部分中形成吸雜沉，能夠有效地提高吸雜效率。或者，結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的預(yù)定區(qū)域可以被用作吸雜沉。例如，可以利用成為源區(qū)或漏區(qū)的雜質(zhì)區(qū)作為吸雜沉來(lái)減少或去除成為溝道區(qū)的區(qū)域中的金屬元素。
當(dāng)結(jié)晶半導(dǎo)體膜如本發(fā)明所示被形成時(shí)，金屬元素在形成網(wǎng)格圖形的脊中，例如在脊的尖端部分凝。借助于用氫氟酸等清除脊，也能夠進(jìn)行此吸雜步驟。在此情況下，不必形成吸雜沉。
這樣形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜能夠被用來(lái)制造薄膜晶體管以及至少在象素部分或驅(qū)動(dòng)電路部分內(nèi)具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明能夠提供一種結(jié)晶半導(dǎo)體膜，其中，借助于輻照一次其偏振方向受到控制的脈沖激光，來(lái)控制是為晶粒尺寸的脊之間的間距。而且，利用用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素，能夠控制取向。
當(dāng)這種結(jié)晶半導(dǎo)體膜被用來(lái)制作薄膜晶體管時(shí)，有可能制造電學(xué)特性均勻的薄膜晶體管。此外，借助于將溝道形成區(qū)形成為電流流動(dòng)方向與晶粒排列方向一致，能夠提高薄膜晶體管的遷移率。
而且，是為晶粒尺寸的脊之間的間距幾乎等于輻照的激光的波長(zhǎng)，非常短。因此，由于溝道形成區(qū)具有多個(gè)晶粒，故與晶粒數(shù)小的情況相比，有可能降低晶粒邊界中的不利影響，并減小TFT電學(xué)特性的變化。
發(fā)明的詳細(xì)描述以下根據(jù)附圖來(lái)解釋本發(fā)明的實(shí)施方案模式和實(shí)施方案。但由于本發(fā)明能夠在許多不同的模式中被體現(xiàn)，故本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員可以容易地理解的是，本發(fā)明的模式和細(xì)節(jié)能夠以各種方式被改變和修正，除非這種改變和修正偏離了以下定義的本發(fā)明的范圍和內(nèi)容。于是，本發(fā)明不局限于實(shí)施方案模式的描述。此外，在用來(lái)解釋各個(gè)實(shí)施方案模式和實(shí)施方案的所有附圖中，相同的參考號(hào)被給予功能相似的零件。且其解釋將不再重復(fù)。


圖1A-1F是剖面圖，示出了本發(fā)明的制造結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法；圖2A和2B示出了本發(fā)明的加工設(shè)備和激光輻照工作室；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明用來(lái)控制激光偏振方向的方法；圖4A-4E示出了根據(jù)本發(fā)明制造結(jié)晶半導(dǎo)體膜的原理；圖5是本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的SEM圖象；圖6A和6B是本發(fā)明的小島狀結(jié)晶半導(dǎo)體膜的位置；圖7A和7B示出了本發(fā)明的發(fā)光器件；圖8A和8B示出了本發(fā)明的液晶顯示器件；而圖9A-9H示出了本發(fā)明的電子裝置。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施方案模式1)本實(shí)施方案模式詳細(xì)解釋了一種制造結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法。
一開(kāi)始，如圖1A所示，基底膜101被形成在具有絕緣表面的襯底100上。例如，諸如鋇硼硅酸鹽玻璃或鋁硼硅酸鹽玻璃之類的玻璃襯底、石英襯底、或SUS襯底，能夠被用作襯底100。此外，雖然由諸如丙烯酸或以PET、PES、PEN為典型的塑料之類的柔性合成樹(shù)脂組成的襯底在抗熱性方面劣于其它襯底，但當(dāng)柔性合成樹(shù)脂組成的襯底能夠抗制造工藝中產(chǎn)生的熱時(shí)，也能夠采用柔性合成樹(shù)脂組成的襯底。
為了防止包括在襯底100中的諸如Ni的堿土金屬或堿金屬擴(kuò)散進(jìn)入到半導(dǎo)體膜中從而對(duì)半導(dǎo)體器件的特性產(chǎn)生不利影響，提供了基底膜101。因此，基底膜101由諸如氧化硅、氮化硅、硅的氮化物氧化物之類的能夠防止堿土金屬或堿金屬擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體膜的絕緣膜組成。在本實(shí)施方案模式中，用等離子體CVD方法形成了厚度為10-400nm(優(yōu)選為50-300nm)的硅的氮化物氧化物膜。此外，基底膜101可以具有疊層結(jié)構(gòu)，并可以例如依次層疊厚度為10-200nm(優(yōu)選為50-100nm)的氮氧化硅膜(組分比為Si＝32％，O＝27％，N＝24％，H＝17％)和厚度為50-200nm(優(yōu)選為100-150nm)的氮氧化硅膜(組分比為Si＝32％，O＝59％，N＝7％，H＝2％)來(lái)形成基底膜101。
在以諸如玻璃襯底、SUS襯底、或塑料襯底之類的任何方式采用包括堿金屬或堿土金屬的襯底的情況下，就防止雜質(zhì)擴(kuò)散而言，提供基底膜是有效的。當(dāng)雜質(zhì)的擴(kuò)散不導(dǎo)致任何顯著問(wèn)題時(shí)，例如當(dāng)采用石英襯底時(shí)，不總是必須提供基底膜。
非晶半導(dǎo)體膜102被形成在基底膜101上。非晶半導(dǎo)體膜102的膜厚度被設(shè)定為25-100nm(優(yōu)選為30-60nm)。此外，不僅硅，而且硅鍺也能夠被用作非晶半導(dǎo)體。當(dāng)采用硅鍺時(shí)，鍺的濃度最好是0.01-4.5原子百分比。在本實(shí)施方案模式中，厚度為40nm的硅基半導(dǎo)體膜(也稱為非晶硅膜)被用作非晶半導(dǎo)體膜102。
接著，如圖1B所示，金屬元素被加入在非晶半導(dǎo)體膜102中。此處加入金屬元素意味著在非晶半導(dǎo)體膜102的表面上形成金屬元素，使至少晶化被促進(jìn)。例如，用諸如旋涂方法或浸涂方法之類的涂敷防法，Ni溶液(包括水溶液和乙酸媒質(zhì))被涂敷在非晶半導(dǎo)體膜102上，以便形成包括Ni的膜103(但此膜是如此之薄，以至于可能無(wú)法觀察到)。此時(shí)，為了改善非晶半導(dǎo)體膜102表面的浸潤(rùn)性并以Ni溶液涂敷其整個(gè)表面，最好利用使用包括羥基原子團(tuán)的臭氧水的工藝，或利用使用過(guò)氧化氫的工藝，用熱氧化方法，在氧氣氛中利用紫外線輻照形成厚度為10-50埃的氧化物膜(圖中未示出)，是可取的?；蛘?，以Ni離子被離子注入工藝注入的方式、以在包括Ni的水汽氣氛中執(zhí)行熱處理的方式，或以用Ni材料作為靶在Ar等離子體中執(zhí)行濺射的方式，能夠?qū)i加入到非晶半導(dǎo)體膜。在本實(shí)施方案模式中，用旋涂方法來(lái)涂敷包括10ppm的乙酸鎳的水溶液。
然后，在500-550℃的溫度下，非晶半導(dǎo)體膜102被加熱2-20小時(shí)，以便晶化非晶半導(dǎo)體膜，從而形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。在熱處理中，最好逐漸改變加熱溫度。這是因?yàn)橐婚_(kāi)始的低溫?zé)崽幚砟軌驈姆蔷О雽?dǎo)體膜抽取氫等，從而在晶化過(guò)程中降低膜的粗糙度?；蛘?，可以施加磁場(chǎng)，以便結(jié)合其磁能來(lái)晶化半導(dǎo)體膜，也可以采用高輸出的微波。在本實(shí)施方案模式中，利用垂直爐子，在500℃的溫度下熱處理1小時(shí)之后，再在550℃的溫度下進(jìn)行4小時(shí)的熱處理。
接著，用氫氟酸腐蝕掉形成在結(jié)晶半導(dǎo)體膜表面上的氧化物膜。然后，在晶化非晶半導(dǎo)體膜102之后，如圖1C所示，脈沖激光104被輻照到非晶半導(dǎo)體膜102。在本實(shí)施方案模式中，在能量密度設(shè)定為420mJ/cm2和受照射次數(shù)設(shè)定為25的條件下，被脈沖準(zhǔn)分子激光(XeCl，發(fā)射波長(zhǎng)為308nm)輻射。此處的線性激光的尺寸為400微米×120毫米。
然后，如圖1D所示，稱為脊的凸出部分105在結(jié)晶半導(dǎo)體膜表面上形成網(wǎng)格圖形。脊的尺寸依賴于激光輻射的條件。具體地說(shuō)，其尺寸隨能量密度和受照射次數(shù)的增加而增大。要指出的是，脊形成網(wǎng)格圖形意味著晶粒被形成在網(wǎng)格圖形中。圖1D是剖面圖，典型地示出了脊的形狀。具體地說(shuō)，脊形成圖5的SEM圖象所示的網(wǎng)格圖形，在實(shí)施方案1中將解釋這一點(diǎn)。
在此脊中分凝用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素。例如，當(dāng)Ni被用作金屬元素來(lái)形成結(jié)晶硅膜時(shí)，鎳的硅化物(NiSi2、Ni3Si2、Ni2Si等)分凝在脊中。如所述，當(dāng)鎳的硅化物分凝在結(jié)晶硅膜的脊中時(shí)，Ni不再存在于脊外，因此，能夠有效地清除以Ni為典型的金屬元素。
在圖1E中，以加入了諸如Ar的惰性元素的非晶半導(dǎo)體膜106被形成在具有分凝的金屬元素的脊上然后對(duì)其執(zhí)行熱處理的形式，執(zhí)行吸雜步驟?；蛘撸梢詮闹星宄箒?lái)執(zhí)行吸雜步驟。
可以用CVD方法或用采用具有硅的靶的濺射方法來(lái)形成非晶半導(dǎo)體膜106。例如，可以在濺射設(shè)備中用高頻電源將高頻施加到靶，并可以用永久磁鐵進(jìn)一步施加磁場(chǎng)。此外，施加到靶(尺寸為12英寸)的電功率被設(shè)定為0.5-3kW。此時(shí)，最好在室溫(25℃)至300℃的溫度下加熱襯底100。然后，形成成為吸雜沉的非晶半導(dǎo)體膜106。更優(yōu)選的是從襯底100上方供應(yīng)加熱了的Ar氣，并將其噴到與形成了非晶半導(dǎo)體膜106的表面相反的表面。最好將加熱了的Ar氣的流速設(shè)定為10-50sccm。加工時(shí)間要根據(jù)淀積條件或產(chǎn)出來(lái)確定，最好將其設(shè)定為1-20分鐘，優(yōu)選約為5分鐘。
在于半導(dǎo)體膜上形成非晶半導(dǎo)體膜106的情況下，最好形成氧化物膜，以便改善浸潤(rùn)性并防止膜被剝離。借助于用臭氧水或其中硫酸、鹽酸、或硝酸與過(guò)氧化氫混合的水溶液的處理而形成的薄膜(化學(xué)氧化物)，能夠被用作氧化物膜?；蛘撸梢栽诎ㄑ醯臍夥罩杏玫入x子體處理方法，或在包括氧的氣氛中借助于通過(guò)紫外線輻照產(chǎn)生臭氧的方法，來(lái)執(zhí)行氧化。
在本實(shí)施方案模式中，如圖1C所示，當(dāng)用激光輻照結(jié)晶半導(dǎo)體膜時(shí)，氧化物膜(圖中未示出)被形成在半導(dǎo)體膜的表面上。然后，非晶半導(dǎo)體膜106可以被形成在氧化物膜上。
而且，可以以雜質(zhì)元素被注入到部分雜質(zhì)區(qū)中以形成吸雜沉然后對(duì)其執(zhí)行熱處理的方式來(lái)執(zhí)行吸雜步驟。
由于在本實(shí)施方案模式中吸雜步驟在用脈沖激光進(jìn)行晶化之后被執(zhí)行，故能夠在結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的非晶狀態(tài)被降低了之后來(lái)執(zhí)行吸雜步驟。因此，用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素能夠被有效地吸除在吸雜沉中。要指出的是，可以在吸雜步驟之后來(lái)執(zhí)行脈沖激光晶化。
然后，如圖1F所示，用濕法腐蝕方法和干法腐蝕方法，或用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)方法拋光的方法，清除非晶半導(dǎo)體膜106。例如，利用使用以聯(lián)氨或氫氧化四甲基氨(TMAH，化學(xué)式為(CH3)4NOH))為典型的堿性溶液的濕法腐蝕方法，能夠清除非晶半導(dǎo)體膜106。
隨后，利用使用氫氟酸基腐蝕劑的濕法腐蝕方法，清除氧化物膜。表面活化劑最好被包括在氫氟酸劑腐蝕劑中。
此外，當(dāng)在溝道區(qū)、漏區(qū)、或源區(qū)中存在硅化鎳之類時(shí)，它成為電流通路，引起關(guān)態(tài)電流增大。因此，如本實(shí)施方案模式那樣在形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜的步驟中有效地吸雜金屬元素是重要的。
當(dāng)僅僅清除非晶半導(dǎo)體膜106和氧化物膜時(shí)，脊105保留。因此，可以對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體膜的表面執(zhí)行整平工藝。例如，可以借助于根據(jù)CMP方法拋光結(jié)晶半導(dǎo)體膜的表面，來(lái)執(zhí)行整平工藝。當(dāng)結(jié)晶半導(dǎo)體膜表面的平整度不導(dǎo)致任何問(wèn)題時(shí)，就不需要整平工藝。雖然整平工藝可能有一些影響，但晶粒仍然形成在網(wǎng)格圖形中。
此外，當(dāng)脊105被清除時(shí)，可以用氫氟酸基腐蝕劑來(lái)執(zhí)行濕法腐蝕。表面活化劑最好被包括在氫氟酸劑腐蝕劑中。特別是，雖然晶?？赡苁艿角宄沟挠绊?，但晶粒仍然形成在網(wǎng)格圖形中。
當(dāng)脊被清除時(shí)，形成凹陷(凹陷部分)。因此，最好對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體膜的表面執(zhí)行整平工藝。在此情況下，最好在不包括氧的氣氛中即在情性氣氛中進(jìn)行激光輻照。例如，借助于在氮?dú)鈿夥罩校谀芰棵芏缺辉O(shè)定為480mJ/cm2且受照射次數(shù)被設(shè)定為12的條件下輻射脈沖準(zhǔn)分子激光(XeCl，發(fā)射波長(zhǎng)為308nm)，來(lái)執(zhí)行整平工藝。要指出的是，可以借助于用CMP方法對(duì)其進(jìn)行拋光而對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體膜的表面執(zhí)行整平工藝。當(dāng)結(jié)晶半導(dǎo)體膜表面的平整度不導(dǎo)致任何問(wèn)題時(shí)，就不需要整平工藝。要指出的是，雖然在清除脊之后的整平工藝可能有一些影響，但晶粒仍然形成在網(wǎng)格圖形中。
于是，有可能抑制半導(dǎo)體表面的粗糙度，從而抑制由界面態(tài)密度變化所造成的閾值變化。
這樣形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜被圖形化成預(yù)定的形狀，從而形成小島狀結(jié)晶半導(dǎo)體膜。然后就能夠制作具有這種結(jié)晶半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管。
而且能夠制造具有此薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件。此半導(dǎo)體器件例如是集成電路或半導(dǎo)體顯示器件。特別是此薄膜晶體管能夠被用于諸如液晶顯示器件、具有發(fā)光元件，典型為配備在各個(gè)象素中的有機(jī)發(fā)光元件的發(fā)光器件、DMD(數(shù)字微鏡器件)、PDP(等離子體顯示屏)、或FED(場(chǎng)發(fā)射顯示器)之類的半導(dǎo)體顯示器件的象素部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。
由于本發(fā)明能夠使晶粒小，故本發(fā)明適合于諸如具有集成電路的CPU的薄膜晶體管的溝道尺寸小的薄膜晶體管。
此外，可以在半導(dǎo)體顯示器件的象素部分和驅(qū)動(dòng)電路部分中分別地形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。例如，用于驅(qū)動(dòng)電路部分的TFT要求高的遷移率。因此，掩?？梢员惶峁┏墒褂脕?lái)促進(jìn)晶化的金屬元素僅僅被加入到用于驅(qū)動(dòng)電路部分的TFT，然后可以對(duì)象素部分和驅(qū)動(dòng)電路部分執(zhí)行激光晶化。
此外，即使在象素部分中，也可以分別形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。例如，象素部分中TFT，特別是連接到發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)TFT的結(jié)晶性的變化，導(dǎo)致顯示的不均勻性。此外，在象素部分中構(gòu)成電容元件的半導(dǎo)體膜中形成脊可能引起泄漏電流。因此，僅僅對(duì)象素部分中的TFT，特別是對(duì)驅(qū)動(dòng)TFT執(zhí)行激光晶化，并借助于提供掩模而不對(duì)電容元件執(zhí)行激光晶化。
利用上述各個(gè)步驟，有可能提供具有形成在網(wǎng)格圖形中的晶粒的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。當(dāng)用這種結(jié)晶半導(dǎo)體膜制作薄膜晶體管時(shí)，薄膜晶體管具有均勻的電學(xué)特性。而且，當(dāng)溝道形成區(qū)被形成為使電流流動(dòng)方向與晶粒排列更規(guī)則的方向一致時(shí)，能夠提高薄膜晶體管的遷移率。
而且，是為晶粒尺寸的脊之間的間距幾乎等于激光的波長(zhǎng)，非常短。因此，由于溝道形成區(qū)具有多個(gè)晶粒，故與晶粒數(shù)小的情況相比，能夠分散和緩解晶粒邊界中的不利影響。
此外，當(dāng)其中分凝以Ni為典型的金屬元素的脊被清除時(shí)，能夠執(zhí)行吸雜而無(wú)須形成其它的吸雜沉。當(dāng)金屬元素進(jìn)一步分凝時(shí)，此金屬元素不再存在于脊的外面，從而有效地清除金屬元素。
(實(shí)施方案模式2)
本實(shí)施方案模式解釋一種多工作室設(shè)備，它具有激光輻照設(shè)備和激光輻照設(shè)備中的光學(xué)系統(tǒng)。
圖2A示出了一種多工作室設(shè)備，它包括各提供在傳送工作室207周圍的能夠執(zhí)行直至形成非晶半導(dǎo)體膜的各個(gè)工藝的第一處理工作室201、能夠加入金屬元素的第二處理工作室202、能夠執(zhí)行熱處理的第三處理工作室203、能夠卸載襯底的卸載工作室204、執(zhí)行激光輻照的激光輻照工作室205、以及能夠儲(chǔ)藏襯底的裝載工作室206。用各自插入其間的傳送閘門40a-40f，各個(gè)處理工作室等被連接到傳送工作室207。借助于在具有傳送裝置的傳送工作室周圍提供各個(gè)處理工作室，能夠縮短傳送距離和傳送時(shí)間。
第一處理工作室201具有例如電極、高頻電源、真空泵、以及氣體供應(yīng)端口，以便執(zhí)行等離子體CVD工藝。借助于改變供應(yīng)的氣體，能夠形成基底膜和非晶半導(dǎo)體膜。
第二處理工作室202具有例如用來(lái)涂敷包括金屬元素的水溶液的噴嘴以及用來(lái)旋轉(zhuǎn)襯底的裝置。
第三處理工作室203具有借以能夠逐漸提高加熱溫度的用來(lái)控制加熱溫度的系統(tǒng)。
此外，能夠控制各處理工作室和激光輻照工作室的氣氛。例如，能夠降低工作室中的壓力，或工作室能夠具有惰性氣氛。
利用這種多工作室設(shè)備，能夠改善產(chǎn)率。而且，當(dāng)采用多個(gè)這樣的多工作室設(shè)備時(shí)，即使在對(duì)一個(gè)工作室進(jìn)行維修時(shí)，也能夠處理襯底而不中斷步驟。
圖2B示出了激光輻照工作室205的具體結(jié)構(gòu)。
從激光諧振器300振蕩的激光，被入射到束擴(kuò)展器301中。束擴(kuò)展器301抑制入射激光的發(fā)散，并調(diào)節(jié)束截面的尺寸。
從束擴(kuò)展器301發(fā)射的束的截面通過(guò)柱形透鏡302被成形為矩形、橢圓形、或線性。
而且，激光被鏡303反射并匯聚成線性，然后被輻照到激光輻照工作室205中的加工物體306。
換言之，束擴(kuò)展器、柱形透鏡、以及鏡相當(dāng)于一種用來(lái)將激光成形為線性的裝置。
此時(shí)，激光輻照工作室205具有窗口315，它具有半波片，用以將脈沖激光控制成偏振方向?yàn)?0度偏振。此半波片可以被插入在激光器光軸上的任何地方。但考慮到半波片的尺寸，最好插入在激光的束直徑小的位置。例如，半波片最好被固定在是為輻照目標(biāo)的非晶半導(dǎo)體膜的表面附近。
此外，如圖3所示，鏡可以被用來(lái)控制激光的偏振方向。具體地說(shuō)，垂直偏振的激光320被第一鏡321反射，然后再被第二鏡322反射。于是能夠得到水平偏振的激光323。
在激光輻照工作室205中，加工物體306被安置在平臺(tái)307上，平臺(tái)307的位置由是為位置控制裝置的單軸機(jī)械手308、309、310控制。具體地說(shuō)，θ軸的單軸機(jī)械手308能夠在水平表面中旋轉(zhuǎn)平臺(tái)307。要指出的是，其上固定有輻照物體的平臺(tái)可以被傾斜，以便進(jìn)行傾斜輻照。
X軸的單軸機(jī)械手309能夠沿X軸方向移動(dòng)平臺(tái)307。Y軸的單軸機(jī)械手310能夠沿Y軸方向移動(dòng)平臺(tái)307。而且，在輻射沿Y軸方向伸長(zhǎng)的線性束斑的情況下，加工物體沿X軸被掃描?？刂聘鱾€(gè)位置控制裝置工作的，是中央處理裝置311。X軸的單軸機(jī)械手和Y軸的單軸機(jī)械手相當(dāng)于一種用來(lái)相對(duì)移動(dòng)輻照物體和激光的裝置。
當(dāng)使用脈沖激光時(shí)，每個(gè)脈沖的襯底推進(jìn)間距最好被設(shè)定為1-30微米。
要指出的是，可以提供采用諸如CCD之類的光探測(cè)器的監(jiān)視器312，以便了解加工物體306的準(zhǔn)確位置。
借助于在剛要輻照激光之前清除氧化物膜，能夠降低對(duì)半導(dǎo)體膜的雜質(zhì)沾污。
利用這種激光輻照設(shè)備的系統(tǒng)，能夠執(zhí)行基于準(zhǔn)確位置控制的激光加工。而且，有可能將其上固定有加工物體的平臺(tái)水平地或傾斜地安置，以便垂直或傾斜地執(zhí)行激光輻照。
(實(shí)施方案模式3)本實(shí)施方案模式作為具有結(jié)晶半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體器件的例子而解釋了一種發(fā)光器件。
圖7A示出了一種發(fā)光器件，其中，信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200、掃描線驅(qū)動(dòng)電路1201、以及象素部分1202被形成在第一襯底1210上。
圖7B是沿圖7A中A-A’的顯示器件剖面圖，示出了第一襯底1210上的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200，它配備有具有n溝道TFT 1223和p溝道TFT 1224的CMOS電路。利用借助于用其偏振方向受到控制的脈沖激光執(zhí)行激光退火而得到的高質(zhì)量結(jié)晶半導(dǎo)體膜，來(lái)制作n溝道TFT 1223和p溝道TFT 1224。形成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200和掃描線驅(qū)動(dòng)電路1201的TFT，可以由CMOS電路、PMOS電路、或NMOS電路組成。
象素部分1202具有開(kāi)關(guān)TFT 1211和驅(qū)動(dòng)TFT 1212。開(kāi)關(guān)TFT 1211和驅(qū)動(dòng)TFT 1212具有借助于用其偏振方向受到控制的脈沖激光執(zhí)行激光退火而得到的高質(zhì)量的結(jié)晶半導(dǎo)體膜。與信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200和掃描線驅(qū)動(dòng)電路1201的TFT相比，象素部分1202的TFT不需要高的結(jié)晶性。象素部分1202具有絕緣體1214，它覆蓋著連接到驅(qū)動(dòng)TFT1212的一個(gè)電極的發(fā)光元件的第一電極1213；開(kāi)關(guān)TFT 1211；以及驅(qū)動(dòng)TFT 1212，并在對(duì)應(yīng)于發(fā)光元件第一電極1213的位置具有窗口。象素部分1202還具有發(fā)光元件1218，其中，電致發(fā)光層1215被提供在第一電極1213上，且發(fā)光層的第二電極1216被進(jìn)一步提供在電致發(fā)光層1215上。要指出的是，電致發(fā)光層由有機(jī)材料或無(wú)機(jī)材料組成，并借助于適當(dāng)組合電子注入層、電子輸運(yùn)層、發(fā)光層、空穴輸運(yùn)層、空穴注入層等而構(gòu)成。
絕緣體1214可以由諸如抗蝕劑、聚酰亞胺、或丙烯酸之類的有機(jī)樹(shù)脂膜組成，或可以由諸如氮化硅或氧化硅之類的包括硅的無(wú)機(jī)絕緣膜組成。此處，絕緣體1214由正性光敏丙烯酸樹(shù)脂膜組成。在采用有機(jī)樹(shù)脂膜等的情況下，最好形成包括氮化硅或氮氧化硅作為其主要成分的絕緣膜，或形成包括氫的DLC(類金剛石碳)膜，以便防止潮氣或氧滲透到其中。
要指出的是，為了改善對(duì)隨后形成的電極或電致發(fā)光層的臺(tái)階的覆蓋性，最好形成其上部或其底部具有曲率的絕緣體1214。例如，當(dāng)絕緣體1214由正性光敏丙烯酸組成時(shí)，最好僅僅絕緣體1214的上部具有曲率半徑(0.2-3微米)。此外，無(wú)論由于光照而變得不溶于腐蝕劑的負(fù)性光敏丙烯酸或由于光照而變得溶于腐蝕劑的正性光敏丙烯酸，都能夠被用作絕緣體1214。
由于發(fā)光元件的第一電極1213與驅(qū)動(dòng)TFT 1212的第一電極相接觸，故至少發(fā)光元件第一電極1213的底部表面最好由與半導(dǎo)體膜的第一電極區(qū)具有歐姆接觸的材料組成，且其接觸電致發(fā)光層的表面最好由具有高功函數(shù)的材料組成。例如，發(fā)光元件的第一電極1213可以由單層氮化鈦膜組成，或可以借助于層疊3個(gè)或更多個(gè)層而組成。
而且，當(dāng)發(fā)光元件的第一電極1213和第二電極1216由透光導(dǎo)電膜組成時(shí)，有可能制造雙向發(fā)射型的發(fā)光器件。
第一電極1213可以由不透光的導(dǎo)電膜組成，此導(dǎo)電膜最好具有高的反射率，而第二電極1216可以由透光的導(dǎo)電膜組成。這可以制造頂部發(fā)射型的發(fā)光器件，其中，光僅僅向密封襯底側(cè)發(fā)射。
相反，當(dāng)?shù)谝浑姌O1213由透光導(dǎo)電膜組成，而第二電極1216由不透光的導(dǎo)電膜組成時(shí)，此導(dǎo)電膜最好具有高的反射率，這有可能制造底部發(fā)射型的發(fā)光器件，其中，光僅僅向襯底側(cè)發(fā)射。
要指出的是，利用具有高反射率的導(dǎo)電膜作為提供在不向其發(fā)射光的一側(cè)中的發(fā)光元件的電極，光能夠得到有效的使用。
要指出的是，根據(jù)象素的結(jié)構(gòu)，第一電極和第二電極都可以是陽(yáng)極或陰極。例如，下面解釋了當(dāng)?shù)谝浑姌O是陽(yáng)極時(shí)以及當(dāng)?shù)诙姌O是陰極時(shí)的具體電極材料。
最好采用具有高功函數(shù)(功函數(shù)為4.0eV或以上)的金屬、合金、導(dǎo)電化合物、或它們的混合物等作為陽(yáng)極材料。更具體地說(shuō)，ITO(氧化銦錫)、包括混合有2-20％的氧化錫(ZnO)的氧化銦的IZO(氧化銦鋅)、金(Au)、鉑(Pt)鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)、或諸如TiN之類的金屬氮化物，能夠被用作陽(yáng)極材料。
另一方面，最好采用具有低功函數(shù)(功函數(shù)為3.8eV或以下)的金屬、合金、導(dǎo)電化合物、或它們的混合物等作為陰極材料。具體地說(shuō)，陰極可以由諸如屬于周期表第一族或第二族的元素之類的材料，亦即諸如Li或Cs的堿金屬；Mg、Ca、或Sr；包括諸如Mg:Ag或Al:Li這些的合金；諸如LiF、CsF、或CaF2的化合物；或包括稀土金屬的過(guò)渡金屬組成。但當(dāng)陰極透光時(shí)，借助于極薄地形成這些金屬或包括這些金屬的合金以及借助于層疊諸如ITO的金屬(包括合金)，來(lái)形成陰極。
可以用氣相淀積方法和濺射方法等來(lái)形成這些陽(yáng)極和陰極。
此外，當(dāng)進(jìn)行全色顯示時(shí)，借助于使用各自淀積掩模的氣相淀積方法，或用噴墨方法，選擇性地形成各顯示紅色(R)、綠色(G)、以及藍(lán)色(B)發(fā)射的材料，來(lái)形成電致發(fā)光層1215。具體地說(shuō)，CuPc或PEDOT被用作HIL(空穴注入層)，α-NPD被用作HTL(空穴輸運(yùn)層)，BCP或Alq3被用作ETL(電子輸運(yùn)層)，BCP:Li或CaF2被用作EIL(電子注入層)。此外，摻有根據(jù)R、G、B的各自顏色的摻雜劑(在R情況下是DCM等，在G情況下是DMQD等)的Alq3，可以被用作EML(發(fā)光層)。
電致發(fā)光層1215的更具體的疊層結(jié)構(gòu)解釋如下。例如，在形成顯示紅色發(fā)光的電致發(fā)光層的情況下，形成厚度為30nm的CuPc，然后形成厚度為60nm的α-NPD。然后，同一個(gè)掩模被用來(lái)形成厚度為40nm的摻有DCM2和紅熒烯的Alq3作為紅色發(fā)光層，形成厚度為40nm的BCP作為電子輸運(yùn)層，以及形成厚度為1nm的摻有Li的BCP作為電子注入層。此外，例如在形成顯示綠色發(fā)光的電致發(fā)光層的情況下，形成厚度為30nm的CuPc，然后形成厚度為60nm的α-NPD。然后，同一個(gè)氣相淀積掩模被用來(lái)形成厚度為40nm的摻有545T的Alq3作為綠色發(fā)光層，形成厚度為40nm的BCP作為電子輸運(yùn)層，以及形成厚度為1nm的摻有Li的BCP作為電子注入層。此外，例如在形成顯示藍(lán)色發(fā)光的電致發(fā)光層的情況下，形成厚度為30nm的CuPc，然后形成厚度為60nm的α-NPD。然后，同一個(gè)掩模被用來(lái)形成厚度為10nm的二[2-(2-羥苯基)苯并噁唑]鋅(bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolate]zinc)Zn(PBO)2作為發(fā)光層。然后，形成厚度為40nm的BCP作為電子輸運(yùn)層，以及形成厚度為1nm的摻有Li的BCP作為電子注入層。要指出的是，電致發(fā)光層的結(jié)構(gòu)不局限于上述有機(jī)化合物層的疊層結(jié)構(gòu)。
在這些顏色的電致發(fā)光層中，所有顏色共用的CuPc層和α-NPD層能夠被形成在整個(gè)象素部分上。此外，這些顏色能夠共用掩模。例如，在形成紅色電致發(fā)光層之后，此掩模被移動(dòng)來(lái)形成綠色電致發(fā)光層。然后，此掩模被再次移動(dòng)來(lái)形成藍(lán)色電致發(fā)光層。此外，各個(gè)顏色的電致發(fā)光層的形成順序可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
此外，，在白色光發(fā)射的情況下，借助于分別提供濾色器或顏色轉(zhuǎn)換層，可以執(zhí)行全色顯示。濾色器或顏色轉(zhuǎn)換層可以在提供之后被貼到第二襯底。
為了防止發(fā)光元件由于潮氣或氧等而退化，保護(hù)膜1217被提供成覆蓋發(fā)光元件的第二電極。在本實(shí)施方案模式中，保護(hù)膜1217由用直流濺射方法或射頻濺射方法得到的包括氮化硅或氮氧化硅作為其主要成分的絕緣膜組成，或由包括氫的DLC(類金剛石碳)膜組成。
如圖7A和7B所示，發(fā)光元件的第二電極1216通過(guò)引線布線從提供在絕緣體1214中的連接區(qū)處的窗口(接觸)被連接到連接布線1208。連接布線1208被各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂(ACF)連接到柔性印刷電路(FPC)1209。而且，是為外部輸入信號(hào)的視頻信號(hào)或時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)FPC 1209被接收。雖然此處僅僅示出了FPC，但在此FPC中可以提供印刷布線板(PWB)。
本實(shí)施方案模式示出了具有集成制作的驅(qū)動(dòng)器的發(fā)光器件，其中，信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200和掃描線驅(qū)動(dòng)電路1201被制作在第一襯底1210上。但信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路和掃描線驅(qū)動(dòng)電路可以由IC形成，并可以用SOG方法或TAB方法連接到信號(hào)線或掃描線。
當(dāng)ACF被加壓或加熱粘貼時(shí)，要注意不由于襯底的柔性或加熱軟化而產(chǎn)生裂紋。例如，硬度高的襯底可以被設(shè)定為待要粘貼區(qū)域的支持。
在第一襯底外圍，提供了密封劑1205，用來(lái)粘貼并密封第一襯底和第二襯底1204。最好采用環(huán)氧樹(shù)脂作為密封劑1205。
當(dāng)?shù)谝灰r底和第二襯底1204被密封時(shí)，在第二襯底與保護(hù)膜1217之間形成一個(gè)空間。用惰性氣體例如氮?dú)馓畛浯丝臻g，或在空間中形成具有高吸潮特性的材料，以便防止潮氣或氧滲透到其中。在本實(shí)施方案模式中，形成了具有高吸潮特性的透光樹(shù)脂1230。由于樹(shù)脂1230是透光的，故即使在光從發(fā)光元件向第二襯底側(cè)發(fā)射時(shí)，透射率也不降低。
于是，能夠制造具有晶粒對(duì)準(zhǔn)的高功能性的薄膜晶體管的發(fā)光器件。
(實(shí)施方案模式4)本實(shí)施方案模式解釋一種液晶顯示器件，作為具有結(jié)晶半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體器件的例子。
圖8A示出了一種液晶顯示器件，其中，信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200、掃描線驅(qū)動(dòng)電路1201、以及象素部分202被形成在第一襯底1210上。
圖8B是沿圖8A中A-A’的顯示器件剖面圖，示出了第一襯底1210上的配備有具有n溝道TFT 1223和p溝道TFT 1224的CMOS電路的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200。利用借助于用其偏振方向受到控制的脈沖激光執(zhí)行激光退火而得到的高質(zhì)量結(jié)晶半導(dǎo)體膜，來(lái)制作n溝道TFT 1223和p溝道TFT 1224。TFT形成的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200和掃描線驅(qū)動(dòng)電路1201，可以由CMOS電路、PMOS電路、或NMOS電路組成。
象素部分1202具有開(kāi)關(guān)TFT 1211和電容元件1245。開(kāi)關(guān)TFT 1211由借助于用其偏振方向受到控制的脈沖激光執(zhí)行激光退火而得到的高質(zhì)量的結(jié)晶半導(dǎo)體膜組成。電容元件1245由夾在加入有雜質(zhì)的半導(dǎo)體膜與柵電極之間的柵絕緣膜構(gòu)成。要指出的是，與信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200和掃描線驅(qū)動(dòng)電路1201的TFT相比，象素部分1202的TFT不需要具有高的結(jié)晶性。提供了使象素電極連接到開(kāi)關(guān)TFT 1211的一個(gè)電極的絕緣體1214，以便覆蓋n溝道TFT 1223、p溝道TFT 1224、象素電極1250、以及開(kāi)關(guān)TFT 1211。
在要成為反襯底的第二襯底1240中，黑矩陣1253被提供在對(duì)應(yīng)于信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1200的位置，且濾色器1252至少被提供在對(duì)應(yīng)于象素部分的位置。對(duì)形成有反電極1251的第二襯底1204執(zhí)行摩擦處理，并粘貼第一襯底1210和第二襯底1204，其間插入空間1255。
液晶層被注入在第一襯底1210與第二襯底1204之間。最好在真空氣氛中注入液晶層?；蛘?，借助于滴入將液晶層排放到第一襯底1210中，然后將第一襯底1210與第二襯底1204粘貼。特別是在使用大襯底的情況下，借助于滴落而排放液晶層比注入液晶層更優(yōu)選。
利用密封劑1205來(lái)粘貼第一襯底1210和第二襯底1204。最好借助于在第一襯底1210和第二襯底204中適當(dāng)?shù)靥峁┢衿瑏?lái)提高反差。
如上所述，能夠制造具有晶粒形成在網(wǎng)格圖形中的先進(jìn)薄膜晶體管的液晶顯示器件。
(實(shí)施方案模式5)本實(shí)施方案模式解釋利用本發(fā)明制造的電子裝置的例子，有數(shù)碼相機(jī)、汽車音響之類的放聲裝置、筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(移動(dòng)電話、移動(dòng)游戲機(jī)等)、配備有記錄媒質(zhì)的諸如家用游戲機(jī)之類的放像裝置等。圖9A-9H示出了這些電子裝置的具體例子。
圖9A示出了一種顯示器件，它包括機(jī)殼2001、支座2002、顯示部分2003、揚(yáng)聲器部分2004、視頻輸入端子2005等。顯示部分2003具有發(fā)光元件或液晶元件，并具有用其偏振方向受到控制的脈沖激光所晶化的半導(dǎo)體膜。
圖9B示出了一種數(shù)碼靜物相機(jī)，它包括主體2101、顯示部分2102、圖象接收部分2103、操作鍵2104、外部連接端口2105、快門2106等。顯示部分2102具有發(fā)光元件或液晶元件，并具有用其偏振方向受到控制的脈沖激光所晶化的半導(dǎo)體膜。
圖9C示出了一種筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)，它包括主體2201、機(jī)殼2202、顯示部分2203、鍵盤2204、外部連接端口2205、鼠標(biāo)2206等。顯示部分2203具有發(fā)光元件或液晶元件，并具有用其偏振方向受到控制的脈沖激光所晶化的半導(dǎo)體膜。
圖9D示出了一種移動(dòng)計(jì)算機(jī)，它包括主體2301、顯示部分2302、開(kāi)關(guān)2303、操作鍵2304、紅外端口2305等。顯示部分2302具有發(fā)光元件或液晶元件，并具有用其偏振方向受到控制的脈沖激光所晶化的半導(dǎo)體膜。
圖9E示出了一種配備有記錄媒質(zhì)的移動(dòng)放像裝置，它包括主體2401、機(jī)殼2402、顯示部分A2403、顯示部分B2404、記錄媒質(zhì)讀出器2405、操作鍵2406、揚(yáng)聲器部分2407等。顯示部分A2403主要顯示圖象信息，而顯示部分B2404主要顯示文本信息。顯示部分A2403和B2404具有發(fā)光元件或液晶元件，并具有用其偏振方向受到控制的脈沖激光所晶化的半導(dǎo)體膜。
圖9F示出了一種風(fēng)鏡式顯示器，它包括主體2501、顯示部分2502、以及鏡臂部分2503。顯示部分2502具有發(fā)光元件或液晶元件，并具有用其偏振方向受到控制的脈沖激光所晶化的半導(dǎo)體膜。
圖9G示出了一種攝象機(jī)，它包括主體2601、顯示部分2602、機(jī)殼2603、外部連接端口2604、遙控接收機(jī)2605、圖象接收機(jī)2606、電池2607、聲音輸入部分2608、操作鍵2609等。顯示部分2602具有發(fā)光元件或液晶元件，并具有用其偏振方向受到控制的脈沖激光所晶化的半導(dǎo)體膜。
圖9H示出了是為一種個(gè)人數(shù)字助理的移動(dòng)電話機(jī)，它包括主體2701、機(jī)殼2702、顯示部分2703、聲音輸入部分2704、聲音輸出部分2705、操作鍵2706、外部連接端口2707、天線2708等。顯示部分2703具有發(fā)光元件或液晶元件，并具有用其偏振方向受到控制的脈沖激光所晶化的半導(dǎo)體膜。
上述電子裝置能夠用根據(jù)本發(fā)明的高功能性薄膜晶體管來(lái)制造。
本實(shí)施方案模式能夠與上述各個(gè)實(shí)施方案模式中的任何一個(gè)自由地組合。
實(shí)施例(實(shí)施例1)本實(shí)施例解釋用本發(fā)明形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶粒。
圖5是SEM圖象，示出了一種結(jié)晶硅膜，其中，脊形成網(wǎng)格圖形。要指出的是，準(zhǔn)分子激光器被用作激光器，并在能量密度被設(shè)定為400mJ/cm2和受照射次數(shù)被設(shè)定為25的情況下執(zhí)行激光輻照。此外，在圖5中，成形為線性的脈沖激光束500沿箭頭所示方向相對(duì)于半導(dǎo)體膜被掃描。此方向被稱為脈沖激光的掃描方向或輻照方向。
圖5示出了脊通常形成網(wǎng)格圖形。特別是當(dāng)沿平行于箭頭的方向排列的脊與沿垂直于箭頭的方向排列的脊進(jìn)行比較時(shí)，脊沿平行于箭頭的方向被形成得更規(guī)則。
而且，脊以300nm的間距形成網(wǎng)格圖形，此間距幾乎等于準(zhǔn)分子激光的波長(zhǎng)。
在薄膜晶體管被設(shè)計(jì)在這種結(jié)晶硅膜中的情況下，可以如圖6A和6B所示提供溝道形成區(qū)。亦即，電流流動(dòng)的方向最好平行于沿脊的網(wǎng)格圖形的方向。確切地說(shuō)，如圖6A所示，電流最好沿其中脊形成得更規(guī)則的平行于箭頭的方向流動(dòng)。
(實(shí)施例2)本實(shí)施例參照?qǐng)D4A-4E來(lái)解釋脊形成網(wǎng)格圖形的原理。
圖4A示出了被脈沖激光輻照之前的硅膜。
如圖4B所示，當(dāng)被脈沖激光輻照而第一次受照射時(shí)，脊被形成。然后，在硅膜中加入用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素然后對(duì)硅膜執(zhí)行熱處理的情況下，脊被形成在從形成于熱處理中的核生長(zhǎng)的晶粒最后相碰的位置。當(dāng)不執(zhí)行使用金屬元素的熱處理時(shí)，脊被形成在隨機(jī)位置中。
如圖4C所示，當(dāng)被脈沖激光輻照而第二次受照射時(shí)，由于形成在硅膜表面上的脊造成的凹狀和凸?fàn)?，故激光輻照中的散射光和反射?二者被統(tǒng)一稱為擴(kuò)散反射光)增加，導(dǎo)致入射光與擴(kuò)散反射光之間的干涉。
而且，如圖4D所示，當(dāng)被脈沖激光輻照而第三次或更多次受照射時(shí)，激光由于干涉而被增強(qiáng)的區(qū)域因?yàn)闇囟雀叨詈蟊痪Щ?。因此，脊被重新形成在激光被增?qiáng)的地方。當(dāng)進(jìn)一步輻照激光時(shí)，脊產(chǎn)生另一擴(kuò)散反射光，在另一地方引起干涉。
這種干涉被認(rèn)為出現(xiàn)在所有的脊中，脊的數(shù)目從而增加。而且，較高的脊產(chǎn)生更強(qiáng)的擴(kuò)散反射光。當(dāng)存在脈沖激光波長(zhǎng)(例如準(zhǔn)分子激光具有約為0.3微米的波長(zhǎng))內(nèi)的二個(gè)脊時(shí)，較高的脊隨著受照射次數(shù)的增加而生長(zhǎng)，而較低的脊在熔化時(shí)消失。
因此，雖然脊一開(kāi)始被隨機(jī)排列，但隨著受脈沖激光照射次數(shù)的增加，高的脊逐漸形成網(wǎng)格圖形。此外，當(dāng)脊形成網(wǎng)格圖形到一定程度時(shí)，溫度分布變得更顯著，促進(jìn)了脊的網(wǎng)格圖形的形成。
脊被認(rèn)為就是這樣形成了網(wǎng)格圖形。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟將用來(lái)促進(jìn)晶化的含有金屬的材料加入到非晶半導(dǎo)體膜，借助于加熱非晶半導(dǎo)體膜而形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜，以及用其偏振方向受到控制的脈沖激光輻照半導(dǎo)體膜，以便在結(jié)晶半導(dǎo)體膜表面上形成網(wǎng)格間距幾乎等于脈沖激光發(fā)射波長(zhǎng)的脊的網(wǎng)格圖形。
2.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟將用來(lái)促進(jìn)晶化的含有金屬的材料加入到非晶半導(dǎo)體膜，借助于加熱非晶半導(dǎo)體膜而形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜，以及用其偏振方向受到控制的脈沖激光輻照一次半導(dǎo)體膜，以便在結(jié)晶半導(dǎo)體膜表面上形成網(wǎng)格間距幾乎等于脈沖激光發(fā)射波長(zhǎng)的脊的網(wǎng)格圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，金屬元素被分凝在脊中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，金屬元素被分凝在脊中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，脈沖激光沿脊網(wǎng)格圖形的方向被掃描。
6.根據(jù)權(quán)利要求2中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，脈沖激光沿脊網(wǎng)格圖形的方向被掃描。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，脈沖激光具有線性形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求2中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，脈沖激光具有線性形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，從選自由Ar激光器、Kr激光器、準(zhǔn)分子激光器、CO2激光器、YAG激光器、Y2O3激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、紫翠玉激光器、Ti藍(lán)寶石激光器、銅蒸汽激光器、以及金蒸汽激光器組成的組的一種或多種激光器發(fā)射脈沖激光。
10.根據(jù)權(quán)利要求2中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，從選自由Ar激光器、Kr激光器、準(zhǔn)分子激光器、CO2激光器、YAG激光器、Y2O3激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、紫翠玉激光器、Ti藍(lán)寶石激光器、銅蒸汽激光器、以及金蒸汽激光器組成的組的一種或多種激光器發(fā)射脈沖激光。
11.根據(jù)權(quán)利要求1中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，用來(lái)促進(jìn)晶化的含有金屬的材料包含選自由Ni、Fe、Co、Pd、Pt、Cu、Au、Ag、In、Sn組成的組的金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求2中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，用來(lái)促進(jìn)晶化的含有金屬的材料包含選自由Ni、Fe、Co、Pd、Pt、Cu、Au、Ag、In、Sn組成的組的金屬。
13.根據(jù)權(quán)利要求1中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，用旋涂方法、浸涂方法、離子注入方法、或?yàn)R射方法，將包括用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素的溶液涂敷到非晶半導(dǎo)體膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求2中任何一個(gè)的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，用旋涂方法、浸涂方法、離子注入方法、或?yàn)R射方法，將包括用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素的溶液涂敷到非晶半導(dǎo)體膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包含下列步驟在脈沖激光輻照之后，對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行圖形化，以及在圖形化的結(jié)晶半導(dǎo)體膜中形成源區(qū)和漏區(qū)，其中，以結(jié)晶半導(dǎo)體膜中脊排列的方向與電流流動(dòng)通過(guò)源區(qū)和漏區(qū)的方向一致的方式，對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行圖形化。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包含下列步驟在脈沖激光輻照之后，對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行圖形化，以及在圖形化的結(jié)晶半導(dǎo)體膜中形成源區(qū)和漏區(qū)，其中，以結(jié)晶半導(dǎo)體膜中脊排列的方向與電流流動(dòng)通過(guò)源區(qū)和漏區(qū)的方向一致的方式，對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行圖形化。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包含下列步驟其中用半波片來(lái)控制脈沖激光的偏振方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包含下列步驟其中用半波片來(lái)控制脈沖激光的偏振方向。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包含下列步驟其中用多個(gè)鏡來(lái)控制脈沖激光的偏振方向。
20.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，還包含下列步驟用多個(gè)鏡來(lái)控制脈沖激光的偏振方向。
21.一種激光輻照設(shè)備，它包含發(fā)射脈沖激光的激光諧振器，用來(lái)控制脈沖激光的偏振方向的裝置，用來(lái)相對(duì)移動(dòng)脈沖激光和被輻照物體的裝置，以及用來(lái)使脈沖激光成形為線性的裝置，其中，用來(lái)控制脈沖激光的偏振方向的裝置具有半波片。
22.一種激光輻照設(shè)備，它包含發(fā)射脈沖激光的激光諧振器，用來(lái)控制脈沖激光的偏振方向的裝置，用來(lái)相對(duì)移動(dòng)脈沖激光和被輻照物體的裝置，以及用來(lái)使脈沖激光成形為線性的裝置，其中，用來(lái)控制脈沖激光的偏振方向的裝置具有多個(gè)鏡。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的激光輻照設(shè)備，其中，從選自由Ar激光器、Kr激光器、準(zhǔn)分子激光器、CO2激光器、YAG激光器、Y2O3激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、紫翠玉激光器、Ti藍(lán)寶石激光器、銅蒸汽激光器、以及金蒸汽激光器組成的組的一種或多種激光器發(fā)射脈沖激光。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的激光輻照設(shè)備，其中，從選自由Ar激光器、Kr激光器、準(zhǔn)分子激光器、CO2激光器、YAG激光器、Y2O3激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、紫翠玉激光器、Ti藍(lán)寶石激光器、銅蒸汽激光器、以及金蒸汽激光器組成的組的一種或多種激光器發(fā)射脈沖激光。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種制造結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法，它包含利用用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素進(jìn)行晶化以便控制取向的步驟，以及輻照一次激光以便形成具有以規(guī)則間距排列在網(wǎng)格圖形中的小晶粒的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的步驟。在根據(jù)上述目的提出的本發(fā)明中，以借助于將用來(lái)促進(jìn)晶化的金屬元素加入到非晶半導(dǎo)體膜而形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜并將其偏振方向受到控制的脈沖激光輻照到其上的方式，及在結(jié)晶半導(dǎo)體膜表面上形成網(wǎng)格圖形。半波片或鏡被用作用來(lái)控制偏振方向的裝置。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1581440SQ20041005884
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
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