CN1248287C - 半导体设备的制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据TFT排列，实现了对晶粒的位置控制，同时，提高了在结晶过程中的处理速度。更具体地说，提供了一种半导体设备的制造方法，在这种制造方法中，可以通过人为控制的超级横向生长，来连续形成具有大颗粒尺寸的晶体，并提高在激光结晶过程中的基底处理效率。在这种半导体设备的制造方法中，不用对基底表面内的整个半导体膜进行激光照射，而是形成作为定位参照的标记，以便尽量少地使必需的部分结晶。因此，激光结晶所需的时间周期可以缩短，从而加快基底的处理速度。将上述结构应用到传统的SLS方法中，可以解决传统SLS方法的内在问题，这是因为在传统SLS方法中，基底处理效率很低。

Description

半导体设备的制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有薄膜晶体管的半导体设备的制造方法，并且具体地涉及一种用于形成薄膜晶体管的有源层的形成晶态(crystalline)半导体膜的技术。
背景技术
形成薄膜晶体管(下面被称作TFT)的有源层的方法的一个例子是，已经开发出一种技术，在具有绝缘表面的基底上形成非晶半导体薄膜，以便通过激光退火方法、热退火方法等来使该膜结晶。
激光退火方法是一种结晶技术，利用这种技术，不用显著增加玻璃基底的温度，而仅对非晶半导体膜施加高能量，就可以使该膜结晶。特别是，能产生波长小于或等于400nm的较短波长的光振荡的受激准分子激光器是一种典型的激光器，从开发激光退火方法的初始阶段以来，就一直使用这种激光器。激光退火方法的操作如下：通过光学系统对激光束进行处理，使其在受照射表面上呈点或线形，并将该处理过的激光束扫描整个基底上的受照射表面(该激光的照射位置相对于受照射表面移动)。
然而，在使用激光退火方法形成的晶态半导体膜中，由多个晶粒聚集起来形成了膜(使用传统受激准分子激光器结晶方法获得的颗粒尺寸一般是0.1到0.5μm左右)，且就晶粒的位置和尺寸而言，晶粒是随机排列的。
当为了分隔元件而将晶态半导体膜分隔成岛状图案分布时，形成了在玻璃基底上制造的TFT。因此，不可能指定晶粒的位置和尺寸来形成TFT。因此，如果不通过颗粒边界来施加影响，使用单独的晶态半导体膜很难形成通道(channel)形成区。
晶粒的分界面(颗粒边界)对应一个区，在该区打破了晶体的平移对称性。众所周知，由于受到在载流子的复合中心或俘获中心的势垒或颗粒边界的势垒的影响，这将降低载流子的电流转移特性，其中的势垒是由于晶体缺陷等引起的，并造成在TFT中OFF电流的升高。
这里已知一种称为超级横向生长的技术，该技术可以提供的颗粒尺寸大于传统受激准分子激光器结晶方法中的颗粒尺寸。James S.Im和H.J.Kim在“关于在受激准分子激光器引起的薄硅膜结晶过程中观察到的超级横向生长现象，Appl.Phys.Lett.64(17)，1996年4月25日，pp.2303-2305”中对这种技术进行了具体阐述。
根据超级横向生长，通过外加激光形成一个部分，该部分中的半导体膜完全熔化，并形成另一部分，该部分中固态半导体区保留了下来，并以固态半导体区为晶核来开始晶体生长。由于需要一些时间来使完全熔化的区展示成核现象，所以直到在完全熔化的区成核之前，相对于以固态半导体区作为晶核的半导体膜的膜表面，晶体在水平方向(下面被称作横向)生长。因此，晶粒生长到这样一种程度，使晶粒的长度等于膜厚度的几十倍。例如，对于厚度为60nm的硅膜，出现横向晶体生长，该晶体长度为1μm到2μm。下面将这种现象称为超级横向生长。
在上述的超级横向生长的情况中，可以获得较大的晶粒，但是在要通过超级横向生长实现的激光能量强度区中，能量强度远远高于在一般受激准分子激光器的结晶中使用的能量强度。同样，由于能量密度区的范围非常窄，从控制该晶粒的位置的角度看，不可能控制所获得的具有大尺寸颗粒的晶粒的位置。进一步，除获得具有大颗粒尺寸的晶粒的区之外，其他区成为微晶区，在该微晶区中，成核现象发生在多个位置或非晶区中。在这种区中，晶粒的尺寸不统一，且该晶体的表面粗糙度非常大。因此，一般用于制造半导体设备的照射条件是这样一种条件，在这种条件下可以轻易获得0.1μm到0.5μm的统一颗粒尺寸。
另外，正如Robert S.Sposili和James S.Im在“SiO2上的薄硅膜的顺序横向固化，Appl.Phys.Lett.69(19)，1996年11月4日，pp.2864-2866”中所描述的，James S.Im等人公开了一种顺序横向固化方法(下面被称作SLS方法)，使用这种方法可以在人为控制下，在任意地点实现超级横向生长。在这种方法中，通过一种缝形的掩膜对样本施加脉冲振荡受激准分子激光。在这种方法中，在执行结晶时，样本与激光的相对位置改变一个距离，该距离近似对应于通过每次激光发射引起的超级横向生长所获得的晶体长度(大约0.75μm)，因此，通过使用人为控制的超级横向生长，可以连续地形成晶体。
如上所述，根据SLS方法，当有人为控制时，受超级横向生长影响的晶粒可以形成于任何地点。然而，这会导致以下问题。
首先，作为第一个问题，要提到的是较低的基底处理效率(生产率)。如上所述，在SLS方法中，每次发射激光时，结晶前进大约1μm的距离。因此，必须使在样本基底上的激光光束点的相对移动距离(进给间距(feeding pitch))等于或小于1μm。根据用于使用脉冲振荡受激准分子激光器的一般激光结晶条件，每次发射激光的进给间距是几十μm或更多。然而不用说，在上面的条件下不能制造SLS方法所特有的晶体。SLS方法使用了最大振荡频率为300Hz的脉冲振荡XeCl受激准分子激光器。这只能允许用以下方式形成结晶区：在激光扫描的方向上，结晶每秒的最大前进距离是300μm左右。在上述程度的处理速度下，当基底尺寸增大，例如增大到600mm×720mm时，在传统的SLS方法中每个基底都需要大量的处理时间。
每个基底需要大量的处理时间这一事实，它所导致的不仅仅是时间和花费的问题。实际上在非晶半导体结晶时，对其表面的处理非常重要。例如，作为预处理，使用稀释的氢氟酸等将自然氧化膜除去，然后在一些情况下还要使用激光照射。在基底表面中，与在开始就受到激光照射作用的区相比，在最后才受到激光照射作用的区上可能会出现再生的自然氧化膜。在这种情况中，基底表面中的碳、氧、氮化物元素等元素的数量或如硼等污染杂质的数量可能是不同的，而这些元素将带入到所完成的晶体中来。另外，这可能会导致基底表面中的晶体管的特性存在差异。
作为第二个问题，要提到在传统SLS方法中趋于复杂的光学系统。需要在该光学系统中加入一种掩膜，来对激光进行处理，使之在基底表面上呈缝形。通常，用于多晶硅薄膜晶体管的有源层硅的膜厚度是几十nm或更多。当使用脉冲振荡受激准分子激光器时，进行激光结晶需要至少200mJ/cm2(作为一个典型的例子，对于厚度为50nm的非晶硅膜，使用脉冲宽度为30纳秒的XeCl受激准分子激光器进行激光结晶所需要的激光能量密度是400mJ/cm2)的激光能量密度。在SLS方法中，根据超级横向生长的最佳条件，必须有比上述能量密度稍高的区。很难制造出能抵抗这样高的激光能量密度的缝形掩膜。在使用金属制成的掩膜的情况中，当施加具有高能量密度的脉冲激光时，膜的某些部分会受到温度的突然上升或突然下降的影响。这就涉及到，例如，经过长时间的使用，会出现膜的脱落现象或微小图案形状的破碎现象(在实施防曝光的光刻法中，使用了例如铬的坚硬掩膜材料，但与硅结晶所需的激光能量密度相比，这里使用的激光能量密度较低，所以不会出现膜的脱落以及微小图案形状的破碎等问题)。如上所述，传统的SLS方法涉及复杂的光学系统和设备难于维护的因素。
进一步，为了实现超级横向生长，需要使激光的空间光束强度轮廓比较陡(从而尽量消除位于激光的照射区和非照射区之间的光强衰减区)。在SLS方法中可以想象，既然仅使用在受激准分子激光器振荡时使用的一般光学系统，不能获得超级横向生长所必需的陡峭的温度斜坡特性，就需要用缝形掩膜来部分地挡住激光。
发明内容
考虑到上述内容，提出了本发明，因此本发明的一个目的是解决上述的问题，并对应TFT排列，达到对晶粒的位置控制，同时在结晶过程中加快处理速度。更具体地说，本发明的一个目的是提供一种半导体设备的制造方法，使用这种方法，可以通过人为控制的超级横向生长，来连续形成具有大颗粒尺寸的晶体，并提高在激光结晶过程中的基底处理效率。
进一步，本发明的另一个目的是提供一种半导体设备的制造方法，使用这种方法，可以通过人为控制的超级横向生长，来连续形成具有大颗粒尺寸的晶体，并提高在激光结晶过程中的基底处理效率，另外，采用了一种简单的激光照射方法，使用这种方法，不需要像在传统SLS方法中那样，在光学系统中加入掩膜，来对激光进行处理，使之在基底表面上呈缝形状。
本发明中应用的一种激光照射仪器包括用于控制激光在待处理的物体上的照射位置的第一装置，用于使激光振荡的第二装置(激光振荡仪器)，用于处理激光的第二装置(光学系统)，和第四装置，该第四装置用于控制第二装置的振荡，并控制第一装置，使得经第三装置处理的激光的光束点覆盖一个基于有关光掩膜形状的数据(图案信息)来确定的位置。
作为控制激光在待处理物体上的照射位置的第一装置，可以使用两种方法：一种方法是使用载物台控制器驱动载物台，即，这种方法是改变位于载物台上的待处理物体的位置；另一种方法是在固定载物台的位置的同时，使用激光光学系统改变激光点的照射位置。本发明可以使用上述两种方法的任一个，也可以将它们结合使用。
需要注意的是，基于有关光掩膜形状的数据(图案信息)来确定的位置，对应于起晶体管的通道形成区、源区和漏区作用的每个部分，这些部分是通过光刻法，在结晶之后将半导体膜分布成岛状半导体层从而获得的。
在第四装置中，根据有关光掩膜形状的数据，可以对将绝缘表面上形成的半导体分布开之后，在基底上以呈岛状半导体层的形式保留下来的部分进行控制。
接下来，为了至少使包含以岛状半导体层的形式保留下来的部分的区结晶，需确定第一激光的扫描部分，并通过控制第一装置，使光束点覆盖扫描的部分，从而使该半导体膜部分地结晶。
如上所述，根据本发明，不用通过激光扫描基底表面内的整个半导体膜来实现照射，只要求通过该激光的扫描，尽量少地使必需的部分结晶。就是说，可以省去对某些部分施加激光的时间周期，这些部分通过对半导体膜进行分布来形成岛状半导体层时得到删除。于是，激光结晶所需的时间周期可以缩短，另外，可以加快基底的处理速度。将上述结构应用到传统的SLS方法中，就可以成为解决传统SLS方法的内在问题的一种装置，这是因为在传统SLS方法中，基底处理效率(生产率)很低。
进一步，根据本发明，除了可以缩短激光结晶时间周期和加快基底处理速度的方法外，还提供了一种简单的方法，在这种方法中，不用像传统的SLS方法一样，在光学系统中加入掩膜来处理激光，使之在基底表面上呈缝形。
为了实现超级横向生长，需要使激光的空间光束强度轮廓比较陡(从而尽量消除位于激光的照射区和非照射区之间的光强衰减区)。在传统SLS方法中可以想象，既然仅通过在受激准分子激光器振荡时应用的一般光学系统，不能获得超级横向生长所必需的陡峭的温度斜坡特性，就需要用缝形掩膜来部分地挡住激光。用于发射激光的仪器是发射脉冲振荡固体激光振荡仪器的二次谐波(或三次谐波，或四次谐波)的仪器。在固体激光器中，发射的激光的发散角度比受激准分子激光器的发散角度小，所以使用这种激光结构，可以仅通过用作一般光学系统透镜的柱面透镜，来使光束会聚，从而获得了对超级横向生长是最佳的激光的空间光束强度轮廓。
另外，为了增加基底处理效率，最好采用一种对SLS方法是最佳的重复频率和进给间距。下面将描述其条件。进给间距是指基底载物台对应激光的每次脉冲的移动距离。在SLS方法中，对于每次激光发射，超级横向生长的距离都有限制，因此，只通过增加进给间距是不能提高基底处理效率的。如果增加进给间距，必须相应地提高激光的重复频率。SLS方法中使用的XeCl受激准分子激光器具有最大值为300Hz的频率。另一方面，在本发明的脉冲振荡的固体激光振荡仪器中，重复频率可以最大增到几MHz。所以，使用脉冲振荡固体激光振荡仪器就可以实现高重复频率的照射，以便使生产率比传统的SLS方法的生产率有显著的提高。重复频率的上限可以被定在一个范围内，在这个范围，可以确保对于每次发射的激光，都具有超级横向生长必需的能量密度，该能量密度是由脉冲振荡固体激光振荡仪器主体的最大输出决定的(这是因为如果其他条件相同，当频率增加时，对应每次激光发射的能量密度减小)。
进一步，在固体激光振荡仪器中，最好使用采用半导体激光激励的固体激光振荡仪器，而不使用采用传统脉冲电子管激励的固体激光振荡仪器，这是因为前者使激光能量的稳定性大幅增加。
使用上述的结构，可以得到一种半导体设备的制造方法，在该制造方法中，通过人为控制的超级横向生长，可以连续地形成具有大颗粒尺寸的晶粒，且可以提高在激光结晶过程中的基底处理效率，并且，采用了一种简易的激光照射方法，使用这种方法，不用像在传统SLS方法中一样在光学系统中加入掩膜来处理激光，使之在基底表面上呈缝形状。
具体地，本发明提供一种用于具有薄膜晶体管的半导体设备的制造方法，该方法包含：在绝缘表面上形成非晶半导体膜；在非晶半导体膜上形成标记；和根据以标记用作参照的薄膜晶体管的排列信息，有选择性地对其中形成薄膜晶体管的有源层的区照射激光，以执行结晶，其中：该激光是脉冲振荡激光；该激光在非晶半导体膜上移动的方向平行于载流子在薄膜晶体管中的通道形成区中移动的方向；和通过该激光的照射，使非晶半导体膜熔化在其整个厚度上。
本发明还提供一种用于具有薄膜晶体管的半导体设备的制造方法，该方法包含：在绝缘表面上形成非晶半导体膜；在非晶半导体膜上形成标记；根据以标记用作参照的薄膜晶体管的排列信息，有选择性地对其中形成薄膜晶体管的有源层的区照射激光，以执行结晶，其中：使用半导体激光激励从固体激光振荡仪器中发射出激光；其中该激光在非晶半导体膜上移动的方向与载流子在薄膜晶体管中的通道形成区中移动的方向平行；和通过该激光的照射，使非晶半导体膜熔化在其整个厚度上。
本发明又提供一种用于具有薄膜晶体管的半导体设备的制造方法，该方法包含：在绝缘表面上形成非晶半导体膜；在非晶半导体膜上形成标记；和根据以标记用作参照的薄膜晶体管的排列信息，有选择性地对其中形成薄膜晶体管的有源层的区辐射激光，以执行结晶，其中：该激光是脉冲振荡激光并使用半导体激光激励从固体激光振荡仪器中发射出该激光；和其中该激光在非晶半导体膜上移动的方向与载流子在薄膜晶体管中的通道形成区中移动的方向平行。
需要注意的是，在本发明中，“半导体设备”这一名词泛指这样一些设备，这些设备可通过使用半导体特性来实现其功能。(例如，以液晶显示面板为代表的电子设备，以及包含这些电子设备作为其中部分的电子仪器)
附图说明
在附图中：
图1表示本发明中使用的激光照射仪器的结构；
图2A和2B表示一种状态，其中对于每个脉冲，相对于待处理的物体移动激光点；
图3表示一种状态，其中当改变激光点在基底上的相对移动方向时，进行激光照射；
图4A和4B表示激光点相对于TFT的有源层的相对移动的方向；
图5A和5B表示标记形成位置；
图6A到6C表示有源矩阵基底的制造方法；
图7A到7C表示有源矩阵基底的制造方法；
图8A到8C表示有源矩阵基底的制造方法；
图9表示有源矩阵基底的制造方法；
图10A和10B表示根据本发明的具体实施方式1的激光照射仪器的光学系统；
图11A和11B分别表示通过SEM观察到的表面图像和激光结晶后的颗粒边界的状态；
图12A和12B表示标记的结构；
图13A表示在平行于通道长度方向的方向中移动激光扫描方向时扫描激光以执行结晶的TFT特性；
图13B表示在垂直于通道长度方向的方向中移动激光扫描方向时扫描激光以执行结晶的TFT特性；和
表1是表示移动性和亚阈值(S-值)。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
图1是表示本发明的激光照射方法的框图。作为控制脉冲激光相对于待处理的物体107的照射位置的第一装置，图1显示了两种方法：一种方法是使用载物台控制器101来驱动载物台108，即，这种方法是改变位于载物台的待处理的物体107(基底)的位置，另一种方法是固定载物台的位置的情况下，通过光学系统103来移动激光点的照射位置。本发明可以使用上述两种方法的任一个，也可以将它们结合使用。
上述两种方法都涉及改变激光点相对于基底的位置，为了方便起见，将其称为“(激光点的)扫描”。
另外，激光照射仪器100还包括一种对应用于振荡脉冲激光的第二装置的脉冲激光振荡仪器102。该脉冲激光振荡仪器102可以根据处理的目的进行适当改动。在本发明中，可使用一种众所周知的激光器。将脉冲振荡气体激光振荡仪器或固体激光振荡仪器用作激光器。当使用脉冲振荡气体激光器时，结构与SLS方法中的结构基本相同，除了通过计算机104使用与光掩膜形状相关的数据模式来对位置进行了控制。在本实施方式中，将会描述应用脉冲振荡固体激光振荡仪器的情况。
脉冲振荡固体激光器样例包含YAG激光器，YVO4激光器，YLF激光器，YAlO3激光器，玻璃激光器，紫翠玉激光器，蓝宝石激光器和镁橄榄石激光器(Mg2SiO4)，还有一种用作激光介质晶体并掺杂了作为杂质的Cr3+，Cr4+，Nd3+，Er3+，Ce3+，Co2+，Ti3+，Yb3+或V3+的激光器。所述激光的基波根据掺杂的材料改变，但可获得具有大约1μm的基波的激光。可以通过使用非线性光学元件来获得相对于基波的二次谐波，三次谐波和四次谐波。
进一步，激光照射仪器100包括对应第三装置的光学系统103，该光学系统103可以处理在待处理的物体上，经过激光振荡仪器102振荡的激光的光束点。在棒的形状为圆柱形时，从激光振荡仪器102发射出来的激光的形状呈圆形；在棒的形状为板形时，激光的形状呈矩形。通过光学系统进一步将上述激光定形，可以使激光的光束点在待处理的物体107的表面上形成需要的形状。
另外，激光照射仪器100包括对应第四装置的计算机104。该计算机104控制激光振荡仪器102的振荡，同时控制对应第一装置的载物台控制器101，以便可以根据有关掩膜形状的数据来确定激光的光束点的覆盖位置。
需要注意的是，除了上述四种装置，还可以向该激光照射方法提供一种用来控制待处理的物体的温度的装置。
参照图2A和2B，将描述一种在半导体膜500上进行激光扫描的方法，其中的半导体膜500是为了制造有源矩阵半导体设备而形成的。在图2A中，虚线501、502和503所示的部分分别对应形成象素部分、信号线驱动电路和扫描线驱动电路的部分。
图2B显示了这样一种状态，其中对于每个激光脉冲，基底和激光点的相对位置就发生移动(扫描)，并放大显示了光束点507a、507b和507c。
图2B所示的光束点507a对应在某脉冲照射时刻的激光的光束点位置，光束点507b对应下一次脉冲照射时刻的激光的光束点位置，光束点507c对应再下一次脉冲照射时刻的激光的光束点位置。另外，509a和509b表示的是对于每次激光脉冲，基底载物台移动的距离(进给间距)。该进给间距要求大于等于0.3μm并小于等于5μm，最好是大于等于0.7μm并小于等于3μm。
进一步，与其他部分比较，通常激光在光束点边缘部分的能量密度较低，因此在一些情况中，可以对待处理的物体进行不统一的处理。因此，最好以这样一种方式照射激光：激光光束点507a的纵向边缘部分不与对应岛状半导体膜的部分506重叠，该岛状半导体膜是在结晶之后，通过分布半导体膜获得的。例如，当用线性光束点进行扫描时，应以这样一种方式进行照射：图2B所示的区508不与对应岛状半导体膜的部分506重叠。
通过图2B所示的方法，如图2A所示，激光扫描过形成象素部分、信号线驱动电路和扫描线驱动电路的部分。
需要注意的是，在图2A中，对于象素部分501、信号线驱动电路502和扫描线驱动电路503，激光的扫描方向相同。然而，本发明不限于这种结构。
图3显示了一种情况，在这种情况中，激光在扫描线驱动电路503区内的扫描方向与在其他区内的扫描方向不同。在这种情况中，在扫描线驱动电路503中，激光在Y方向进行扫描，而在象素部分501、信号线驱动电路502上扫描的激光则在与Y方向垂直的X方向进行扫描。
进一步，当使用结晶之后的半导体膜作为TFT的有源层时，最好将扫描的方向确定为平行于载流子在通道形成区内的移动方向。结合图4A和4B将会对这一点进行解释。
图4A是一种具有单通道形成区的单-栅TFT的有源层的样例，其中形成了作为源/漏区的杂质区521、522，以便使通道形成区520夹在该杂质区521、522之间。当使用本发明的激光振荡仪器将半导体膜结晶时，将激光的扫描方向确定为平行于通道形成区内的载流子沿箭头所指移动的方向(通道长度方向)。参照数字523代表一个在箭头所指方向进行扫描的激光的光束点。
同样，图4B是一种具有三个通道形成区的三-栅TFT的有源层的样例，其中形成了杂质533、534，以便使通道形成区530夹在该杂质区533、534之间。同样，形成杂质区534和杂质区535，使通道形成区531夹在杂质区534和535之间。还有，形成杂质区535和杂质区536，以便使通道形成区532夹在杂质区535和536之间。当使用本发明的激光振荡仪器将半导体膜结晶时，该激光在箭头所指的方向进行扫描。
需要注意的是，为了确定激光的扫描部分，需要在半导体膜上形成标记，这些标记用于确定掩膜对于该半导体膜的相对位置，图5A和5B显示了在半导体膜上形成标记的位置，为了制造有源矩阵半导体设备而在半导体膜上形成这些标记。需要注意的是，图5A显示了一种情况，在这种情况中，在一个基底上形成一个半导体设备，而图5B显示了一种情况，在这种情况中，在一个基底上形成四个半导体设备。
在图5A中，参照数字540代表在基底上形成的半导体膜，用虚线541、542和543代表的部分分别对应形成象素部分、信号线驱动电路和扫描线驱动电路的部分。参照数字544表示形成于半导体膜的四个角落的部分，在这些部分中形成了标记(标记形成部分)。
在图5A中，四个标记形成部分544分别形成于四个角落，但本发明不限于这种结构。只要激光在半导体膜上的扫描部分能与用于分布半导体膜的掩膜的位置对准，标记形成部分的位置和数目就不限于上述的形式。
在图5B中，550代表的是在基底上形成的半导体膜，551代表的是在之后的步骤中将基底分开时使用的划线。在图5B中，沿划线551将基底分开，来制造四个半导体设备。需要注意的是，通过这样分开而获得的半导体设备数目不限于此。
参照数字552表示形成于半导体膜的四个角落的部分，在这些部分中形成了标记(标记形成部分)。在图5B中，四个标记形成部分552分别形成于四个角落，但本发明不限于这种结构。只要激光在半导体膜上的扫描部分能与用于分布半导体膜的掩膜的位置对准，标记形成部分的位置和数目就不限于上述的形式。
需要注意的是，使用激光器来形成标记是最简单的方法。当标记形成时，所使用的激光器的典型例子有YAG激光器、CO2激光器等。然而不用说，可以用其他激光器来形成标记。预先将金属掩膜或玻璃掩膜处理成标记形状，然后用上述激光器通过该金属掩膜或玻璃掩膜对半导体膜进行照射，这样就可以形成标记。另外，当扫描时，使用有点尺寸为10μm或更少的会聚激光进行照射，同样可以形成标记。
使用上述结构，可以省去对某些部分施加激光的时间周期，这些部分在半导体膜结晶之后形成岛状半导体膜时得到删除。于是可以缩短激光照射所需的时间周期，还可以提高基底的处理速度。
具体实施方式1
在本实施方式中，参照图6A到9，将会描述一种有源矩阵基底的制造方法。这里为了方便，将CMOS电路、驱动电路、具有象素TFT的象素部分和储能电容器等全部形成于其上的基底称为有源矩阵基底。
首先，在本实施方式中，使用了由例如硼硅酸钡玻璃或硼硅酸铝玻璃的玻璃制成的基底600。进一步，可以使用石英基底或硅基底或金属基底或其表面覆盖了绝缘膜的不锈钢基底作为基底600。作为替换，可以使用其热阻能抵抗本实施方式的处理温度的塑胶基底。
接下来，在基底600上，使用已知的方法(溅射方法、LPCVD方法、等离子CVD方法等)来用例如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的绝缘膜来形成基膜601。在本实施方式中，可以使用包含两层，即基膜601a和601b，的基膜来作为基膜601。然而，可以使用一种单-层膜，或一种结构，在该结构中用上述的绝缘膜将使其分为两层或更多层层叠结构(图6A)。
接下来，使用已知的方法(溅射方法、LPCVD方法、等离子CVD方法等)来在基膜上形成厚度为25到150nm(最好是30到120nm)的非晶半导体膜692(图6A)。需要注意的是，在本实施方式中，形成了非晶半导体膜，但是可能形成微晶半导体膜或晶态半导体膜。同样可以使用具有如非晶硅锗膜的非晶结构的化合物半导体膜。
接下来，通过一种激光结晶方法来使非晶半导体膜692结晶。使用本发明的激光照射方法来进行激光的结晶。具体来说，根据输入到激光振荡仪器的计算机中的有关掩膜的信息，只是有选择性地对在指定区内的非晶半导体进行激光照射。不用说，可以将激光结晶方法与其他已知的结晶方法(使用RTA或炉内退火的热结晶方法，使用金属元素加速结晶的热结晶方法等)结合使用，来进行激光结晶。
根据本发明的激光照射方法，在已知的激光源中，可以使用脉冲振荡气体激光振荡仪器或固体激光振荡仪器。当使用脉冲振荡气体激光器时，只是通过计算机利用有关光掩膜形状的数据图案来进行控制，其他的结构遵循一般的SLS方法。在本实施方式中，将描述使用脉冲振荡Nd:YLF激光器的情况。
图10A显示了一种激光结晶处理仪器。在图10A中，用例子来表示一种情况，在这种情况中，在输出为1.5W、重复频率为1kHz的条件下使用Nd:YLF激光振荡仪器101。激光源101应用了一种系统，该系统中，将YLF晶体和非线性光学元件放入谐振腔中，并发射波长为527nm的二次谐波。不用说，可以将非线性光学元件放在该谐振腔的外部。进一步，将激光源101设置成：棒的形状为圆柱形，且从该激光源101刚发射出来的光束点的形状为圆形。然而，即使该棒的形状应该为板形，且刚发射出来的光束点的形状为矩形，也可以通过下面描述的光学系统来使光束点具有需要的形状。
在这种Nd:YLF激光器中，光束的发散角度为3毫弧度，且光束的直径在光发射端口处为2mm，但是在离开光发射端口20cm处，该直径扩展到1cm。当在这个位置放置焦距f＝600mm的单凸透镜102时，该光束的尺寸将变为直径大约10mm，从而获得了平行光。通过具有在图10A和10B的Y方向的曲率的凸柱面透镜106，可以使经图10A所示的光学镜103到105反射的激光发生会聚。在这种情况中，Y方向对应激光的光束点在半导体膜表面上移动的方向，即，光束点的横方向。同样，图10B的X方向对应半导体膜表面上的激光的光束点的纵方向，该纵方向垂直于半导体膜表面的激光的光束点的移动方向(没有提供光学镜103到105，这是由于尽管从实质上讲是需要的，但也必须根据仪器的设计布局来提供)。使用上述的结构，可以获得一种线性光束，该线性光束在作为受照射表面的半导体膜上具有10mm×10μm的光束点。
这里，使激光束在受照射表面成为矩形或椭圆形或线性激光的方法不限于此。尽管没有示出，可以将凹柱面透镜置于光镜103和凸柱面透镜106之间，来在纵方向增大光束点。同样，在凹柱面透镜和激光源101之间，可以加入用于将激光变为平行光的光束准直仪，或加入用于扩展激光的光束扩展器。进一步，这里显示一种方法，在这种方法中，使用输出为1.5W的激光源来获得具有10mm×10μm的光束点的线性光束，但是当使用具有更高输出的激光源时，最好光束点仅在纵方向增大，而不在横方向增大(目前，一种Nd:YLF激光振荡仪器已经商业化了，该仪器使用LD激励，可用输出为20W)。
为了移动激光的光束点在半导体膜表面上的相对位置，要使基底载物台101在Y方向(光束点的横方向)扫动。假设激光脉冲的重复频率为1kHz，且基底载物台的扫动速度为3.0mm/sec，那么每当激光脉冲被照射一次时，基底与光束点的相对位置在Y方向变化3μm(进给间距3μm)。
在使用本实施方式的激光照射方法而结晶的硅膜上进行干燥蚀刻，使得颗粒边界变得明显之后，通过SEM观察到的图像显示在图11A上。图11B以易于理解的方式显示了图11A中的晶体的尺寸和颗粒边界。从图11A和11B中可以清楚地看出，受超级横向生长作用的晶体在激光光束点扫描的Y方向连续形成。需要注意的是，在垂直于激光光束点的扫描的方向，周期性地出现颗粒边界，且其周期正好对应于3μm，它是每当激光脉冲照射一次时获得的进给间距。
使用上述的激光结晶方法，在非晶半导体膜中，形成了其中连续形成具有大尺寸颗粒的晶粒的区693、694和695，其中的晶粒是通过人为控制的超级横向生长来获得的(图6B)。
下面，将半导体膜组分布成需要的形状，并从结晶区693、694和695形成岛状半导体膜602到606(图6C)。
在形成岛状半导体膜602到606之后，为了控制TFT的阈值电压，可以掺杂微量的杂质元素(硼或磷)。同样，为控制阈值电压而进行的杂质掺杂可以在激光结晶之前或栅绝缘膜形成之后进行。
接下来，形成了覆盖岛状半导体膜602到6.06的栅绝缘膜607。通过等离子CVD方法或溅射方法，将厚度为40到150nm的含硅绝缘膜形成栅绝缘膜607。在本实施方式中，通过等离子CVD方法，将厚度为110nm的氮氧化硅膜(成分比例：Si＝32％，0＝59％，N＝7％，和H＝2％)形成栅绝缘膜607。不用说，栅绝缘膜不限于氮氧化硅膜，而是可以应用单层或具有其他含硅绝缘膜的多层结构。
进一步，当使用氧化硅膜时，可以通过混合TEOS(四乙基的原硅酸酯)和O2，且在反应压力为40帕，基底温度为300到400℃，高频(13.56MHz)的功率密度为0.5到0.8W/cm2的条件下，通过等离子CVD方法进行放电来形成该氧化硅膜。这样形成的氧化硅膜通过随后的400到500℃的热退火就可以得到具有令人满意的特性的栅绝缘膜。
下面，将膜厚度为20到100nm的第一导电膜608和膜厚度为100到400nm的第二导电膜609叠加在栅绝缘膜607上。在本实施方式中，将由厚度为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叠加。TaN膜是通过溅射方法形成的，此时，使用Ta靶在含氮的空气中进行溅射。W膜是使用W靶通过溅射方法形成的。W膜也可以通过使用六氟化钨(WF6)的热CVD方法来形成。在任意一种情况中，需要使用于栅电极的膜的电阻很低，并且W膜的电阻率最好是20μΩcm或更低。可以通过增大颗粒尺寸来使W膜获得低电阻率，但是当W膜中包含大量例如氧的杂质元素时，结晶就会受到抑制从而使该膜具有较高的电阻。因此在本实施方式中，通过使用高纯度W(纯度：99.9999％)靶的溅射方法来形成W膜，进一步，要充分考虑到在膜形成的时候没有汽相的杂质混入。因此，可以获得电阻率为9到20μΩcm的W膜。
需要注意的是，在本实施方式中，尽管第一导电膜608和第二导电膜609分别由TaN和W制成，但并不对其加以特殊限制。对于这两种膜，也可以使用Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、和Nd中的一种元素或主要由上述元素组成的合金材料化合物材料。同样，也可以使用掺杂了例如磷的杂质，并以多晶硅膜为代表的半导体膜。另外，也可以使用AgPdCu合金。同样，可以使用下列组合：由钽(Ta)膜形成的第一导电膜和由W膜形成的第二导电膜；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；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；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；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。
另外，该结构不限于两-层结构，也可以采用三-层结构，在该三层结构中，钨膜、铝硅合金(Al-Si)膜和氮化钛膜按叙述顺序层叠。在这种情况中，可以使用氮化钨代替钨，铝钛合金(Al-Si)膜代替铝硅合金(Al-Si)膜，或钛膜代替氮化钛膜。
需要注意的是，根据导电膜的材料来适当地选择最佳蚀刻方法或蚀刻剂是非常重要的。
接下来，通过一种光刻方法，形成了由抗蚀剂形成的掩膜610到615，并进行了第一蚀刻处理，以便形成电极和配线。在第一和第二蚀刻条件下进行第一蚀刻处理(图7B)。在本实施方式中，将使用下面的条件作为第一条件。也就是说，使用一种感应耦合等离子体(ICP)蚀刻方法，使用CF4、Cl2和O2作为蚀刻气体，分别将这些气体中的流率设定为25∶25∶10(sccm)，并将500W的RF(13.56MHz)功率施加到1Pa的压力下的线圈类型的电极，来生成用于蚀刻的等离子体。同时将150W的RF(13.56MHz)功率施加到基底一侧(样本载物台)，这样就向那里施加了实质上为负的自偏电压。在第一蚀刻条件下对W膜进行蚀刻，并将第一导电层的末端部分形成为锥形。
下面，不去掉由抗蚀剂形成的掩膜610到615，条件改为第二蚀刻条件，并在下面所说的作为第二蚀刻条件的条件中进行30秒的蚀刻。就是说，使用CF4和CL2作为蚀刻气体，分别将这两种气体中的流率设定为30∶30(sccm)，并将500W的RF(13.56MHz)功率施加到1Pa的压力下的线圈类型的电极，来生成等离子体。同时将20W的RF(13.56MHz)功率施加到基底一侧(样本载物台)，这样就向那里施加了实质上为负的自偏电压。在使用CF4和Cl2的混合物的第二蚀刻条件下，对W和TaN膜进行了相同程度的蚀刻。需要注意的是，为了进行蚀刻并不在栅绝缘膜上遗留未蚀刻的部分，需要将蚀刻时间增加10到20％。
在上述第一蚀刻过程中，将由抗蚀剂形成的掩膜形成需要的形状，这就可能会导致这样一种现象：由于向基底一侧所施加的偏置电压的效应，造成第一和第二导电层的末端部分成锥形。可以将这些锥形部分的锥角设定为15到45。因此，通过第一蚀刻处理，形成了具有由第一和第二导电层组成的第一形状(包括第一导电层617a到622a和第二导电层617b到522b)的导电层617到622。616表示的是栅绝缘膜，在该栅绝缘膜中，将未被具有第一形状的导电层617到622覆盖的区蚀刻掉20到50nm左右，并使其变薄。
接下来，不去掉由抗蚀剂形成的掩膜，来进行第二蚀刻处理(图7C)。这里使用CF4、Cl2和O2作为蚀刻气体，对W膜进行选择性的蚀刻。此时，通过第二蚀刻处理形成了第二导电层628b到633b。另一方面，几乎不对第一导电层617a到622a进行蚀刻，并形成具有第二形状的导电层628到633。
于是，不去掉由抗蚀剂形成的掩膜，来进行第一掺杂处理，将带来n-类型导电性的杂质元素以低浓度加入到岛状半导体膜中。可以通过离子掺杂方法或离子注入方法来进行该掺杂处理。离子掺杂方法的条件如下：将剂量设定为1×1013到5×1014原子/cm2，并将加速电压设定为40到80kV。在本实施方式中，进行离子掺杂方法的条件是：剂量是1.5×1013原子/cm2，加速电压为60kV。可以使用属于组15的元素，典型地是磷(P)或砷(As)，作为带来n-类型导电性的杂质元素。这里使用了磷(P)。在这种情况中，对于带来n-类型导电性的杂质元素来说，导电层628到633起掩膜的作用，杂质区623到627以自对准的方式形成。将带来n-类型导电性的杂质元素以1×1018到1×1020原子/cm3的浓度范围加入杂质区623到627。
当去掉由抗蚀剂形成的掩膜之后，新形成了由抗蚀剂形成的掩膜634a到634c，并在高于第一掺杂过程中的加速电压下，进行第二掺杂处理。该离子掺杂方法的条件如下：将剂量设定为1×1013到1×1015原子/cm2，并将加速电压设定为60到120kV。掺杂处理以这样的一种方式进行：对于杂质元素，使用第二导电层628b到632b作为掩膜，将杂质元素加入位于第一导电层的锥形部分之下的岛状半导体膜中。接下来，使用低于第二掺杂过程中的加速电压来进行第三掺杂处理，来获得图8A所示的状态。离子掺杂方法的条件如下：将剂量设定为1×1015到1×1017原子/cm2，并将加速电压设定为50到100kV。通过第二和第三掺杂处理，将带来n-类型导电性的杂质元素在1×1018到5×1019原子/cm3的浓度范围内，加入到与第一导电层重叠的低浓度杂质区636、642和648，将带来n-类型导电性的杂质元素在1×1019到5×1021原子/cm3的浓度范围内，加入到高浓度杂质区635、641、644和647。
不用说，也可以通过将加速电压设定为适当的值，用一次掺杂处理代替第二和第三掺杂处理来形成低和高浓度杂质区。
接下来，在去掉抗蚀掩膜之后，新形成了抗蚀掩膜650a到650c，来进行第四掺杂处理。通过该第四掺杂处理，在每个都起p-通道TFT的有源层作用的岛状半导体膜中，形成了加入带来导电性的杂质元素的杂质区653、654、659和660，其中的导电性与上述的导电性相反。对于杂质元素来说，使用导电层629a到632a作为掩膜，并通过自对准的方式，将带来p-类型导电性的杂质加入到其中来形成杂质区。在本实施方式中，通过离子方法，使用乙硼烷(B2H6)形成杂质区653、654、659和660(图8B)。在第四掺杂过程中，在每个都形成n-通道TFT的岛状半导体膜上覆盖了由抗蚀剂形成的掩膜650a到650c。通过第一到第三掺杂处理，将磷以不同浓度加入杂质区639、647和648。然而，在任何区内，掺杂处理以这种方式进行：将带来p-类型导电性的杂质元素在1×1019到5×1021原子/cm3的浓度范围内加入其中。因此，当上述杂质区的每个都起p-通道TFT的源/漏区作用时，不会产生问题。
通过到此为止的处理，在岛状半导体膜上分别形成了杂质区。去掉由抗蚀剂形成的掩膜650a到650c，下面是一种激发处理。可以根据已知的激光激发、热激发和RTA激发来进行激发处理。并且，应将进行激光激发处理的时间定在第一层间绝缘膜的形成之后。
接下来，形成了第一层间绝缘膜661。通过等离子CVD方法或溅射方法，使厚度为50到200nm的含硅绝缘膜形成第一层间绝缘膜661。在本实施方式中，通过等离子CVD方法形成厚度为50nm的氮氧化硅膜。不用说，第一层间绝缘膜661不限于氮氧化硅膜，也可以使用单层或多层结构，该多层结构使用了其他含硅的绝缘膜。
然后，进行热处理(在300到550℃进行1到12小时的热处理)来达到氢化作用。在该步骤中，包含于第一层间绝缘膜661中的氢用于终止岛状半导体膜中的悬空键。在这种情况中，考虑第一层间绝缘膜的存在，可以对岛状半导体膜进行氢化。作为氢化的其他方法，可以使用等离子氢化(使用等离子激励的氢)或使用在包含3到100％的氢的空气中，在300到650℃的温度下进行1到12个小时的热处理。
接下来，在第一层间绝缘膜661上形成由无机绝缘膜材料或有机绝缘膜材料形成的第二层间绝缘膜。在本实施方式中，形成了厚度为1.6μm的丙烯酸类树脂膜。在这种情况中，使用的膜粘度为10到1000cp，最好是40到200cp，且其表面为平面。在形成表面为平面的膜的情况中，在形成象素电极之后，要加入使用已知方法的步骤来使表面为平面，该方法例如喷砂处理方法或蚀刻方法。然后，通过防止镜面反射来使反射光散射，因而白度级别得到了令人满意的增加。
在本实施方式中，在表面上形成平面，然而，可以在象素电极的表面形成表面不平整的第二层间绝缘膜，以便使象素电极的表面不平整，从而防止镜面反射。另外，可以在象素电极之下的区形成凸起部分，以便通过使象素电极的表面不平整来得到光散射性质。在这种情况中，可以使用像在形成TFT中一样的光掩膜来形成凸起部分，以便可以形成该凸起部分而不增加步骤数。这里，该凸起部分可以恰当地形成于基底上除配线和TFT部分之外的象素部分区。因此，形成于象素电极表面的不平整度与形成于覆盖凸起部分的绝缘膜表面上的不平整一致。
接下来，在形成第二层间绝缘膜662之后，形成了第三层间绝缘膜672，以便与第二层间绝缘膜662相连。
接下来，在驱动电路686中，形成了每个都与杂质区实现电气连接的配线663和667。需要注意的是，通过分布由厚度为50nm的Ti膜和厚度为500nm的合金膜(由Al和Ti制成的合金)组成的层合膜来形成配线。不用说，该膜不限于二-层结构，也可以是单-层结构，还可以是具有三层或更多层的层状结构。同样，配线使用的材料也不限于Al和Ti。例如，可以将Al和Cu沉积在TaN膜上，并将Ti膜形成于其上作为层合膜，然后再分布该层合膜来形成配线(图9)。
同样，形成了象素部分687，象素电极670，栅配线669和连接电极668。通过连接电极668，实现了源配线与象素TFT的电气连接。栅配线669与象素TFT的栅电极实现了电气连接。象素电极670与象素TFT的漏区和岛状半导体膜659实现了电气连接，其中该岛状半导体膜659起组成储能电容器的一个电极的作用。进一步，令人满意的是，象素电极670由主要包含Al或Ag的膜制成，或由例如层合膜的反射率较高的材料制成。
如上所述，可以在相同基底上形成包含n-通道TFT681与p-通道TFT682的CMOS电路，包含n-通道TFT683的驱动电路686，和包含象素TFT684与储能电容器685的象素部分687。到此完成了有源的矩阵基底。
驱动电路686的n-通道TFT681包含通道形成区637，与第一导电层628a部分相重合组成栅电极的低浓度杂质区636(金区)，和起源/漏区作用的高浓度杂质区652。通过电极666，与n-通道TFT681相连来组成CMOS电路的p-通道TFT682，该CMOS电路包括通道形成区640、起源/漏区作用的高浓度杂质区653和杂质区654，在杂质区中，引入了带来n-类型导电性和p-类型导电性的杂质元素。同样，n-通道TFT683包含通道形成区643、与第一导电层630a部分相重合来组成栅电极的低浓度杂质区642(金区)和起源/漏区作用的高浓度杂质区656。
象素部分中的象素TFT684包含通道形成区646、形成于栅电极之外的低浓度杂质区645(LDD区)和起源/漏区作用的高浓度杂质区658。将带来n-类型导电性和p-类型导电性的杂质元素加入起储能电容器685的一个电极作用的岛状半导体膜。该储能电容器685是由电极(由导电层632a和第二导电层632b层叠组合而成)和岛状半导体膜形成的，该岛状半导体膜使用绝缘膜616作为绝缘材料。
在本实施方式的象素结构中，为了在不使用黑色矩阵的情况下给象素电极之间的间隙遮挡住光线，需要将象素电极排列并使其末端部分与源配线重叠。
具体实施方式2
在本实施方式的情况中，包含使用催化剂来使半导体膜结晶的步骤。这里只显示与具体实施方式1不同的一点。当使用催化剂时，最好使用JP 7-130652A和JP 8-078329A中公开的技术。
当非晶半导体膜形成之后，对其使用Ni来进行固相结晶。例如，当使用JP 7-130652A中公开的技术时，将包含重量为10ppm的镍的乙酸镍溶液加到非晶半导体膜上，来形成含镍层。在500℃的温度下进行1小时的脱氢步骤之后，需要在500到650℃的温度下进行4到12小时的热处理，例如，在550℃的温度下进行8小时的热处理来达到结晶。需要注意的是，下面的元素是除镍(Ni)之外的可用的催化元素，即锗(Ge)、铁(Fe)、钯(Pd)、锡(Sn)、铅(Pb)、钴(Co)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)等。
接下来，使用本发明的激光照射方法，进一步增强了由NiSPC结晶获得的半导体膜的结晶度。经激光照射获得的多晶半导体膜包含催化元素，且在激光结晶之后，要进行从晶态半导体膜中去除催化元素(吸气法)的步骤。JP 10-135468A和JP 10-135469A中公开的技术可以用于吸气法。
具体地说，将磷部分地加入经激光照射获得的多晶半导体膜，然后在含氮的空气中，在550到800℃的温度下进行5到24小时的热处理，例如在600℃的温度下进行12小时的热处理。此时，多晶半导体膜中被加入磷的区域起吸气场所的作用，存在于多晶半导体膜中的磷与该吸气场所隔离。接下来，通过分布，将多晶半导体膜中的加入磷的区域去除，这样可以获得岛状半导体膜，该岛状半导体膜中的催化元素浓度被降为1×1017原子/cm3或更少，最好是1×1016原子/cm3左右。
具体实施方式3
在本实施方式中，描述了在标记形成部分423中形成的标记的样例。本实施方式可以与具体实施方式1或2结合执行。
图12A是显示本实施方式的标记的顶视图。参照数字421和422代表半导体膜中形成的作为参照的标记(下面被称作参照标记)，该标记每个都具呈矩形。将参照标记421排列成矩形的长边位于所有标记的水平方向，每个参照标记421在垂直方向按照规律间隔进行排列。将参照标记422排列成矩形的长边位于所有标记的垂直方向。每个参照标记422在水平方向按照规律间隔进行排列。
参照标记421用作对掩膜在垂直方向进行定位的参照，而参照标记422用作对掩膜在水平方向进行定位的参照。424和425表示用于分布该半导体膜的掩膜的标记，该标记每个都呈矩形。进一步，标记424和425将用于分布该半导体膜的掩膜定位成矩形的长边分别位于水平和垂直方向。然后，将用于分布该半导体膜的掩膜以以下方式定位：标记424位于两个确定的相邻参照标记421的正中点，425位于两个确定的相邻参照标记422的正中点。
图12B是显示形成于半导体膜中的参照标记的透视图。使用激光，将形成于基底431上的半导体膜430部分地雕刻成矩形，该雕刻部分起参照标记421和422的作用。
需要注意的是，这里仅通过举例的方法描述了本实施方式的标记，本发明的标记不限于上述内容。本发明可以应用任何标记，只要在半导体结晶之前通过激光来形成该标记，进一步，也可以在结晶之后通过激光照射来形成该标记。
具体实施方式4
在本实施方式中，将会描述相对于通道形成区中载流子移动的方向(通道长度方向)，激光光束点扫描的方向(激光扫描方向)所产生的影响，这种影响在使用结晶后的半导体膜作为TFT的有源层时，使用数据的方式施加在TFT特性上。
为了确定激光扫描的方向，如图5A和5B所示，在半导体膜上形成了标记，这些标记用于确定掩膜相对于半导体膜的位置。这里，在图5A中，在四个角落分别形成了四个标记形成部分544，但本发明不限于这种结构。只要半导体膜上的激光扫描部分可以与用于分布半导体膜的掩膜的位置对准，标记形成部分的位置和数量就不限于上述形式。
图13A和13B分别显示了两种分别情况中的TFT特性，一种情况是激光扫描方向在平行于通道长度方向的方向中移动时，扫描激光以执行结晶；另一种情况是激光扫描方向在垂直于通道长度方向的方向中移动时，扫描激光以执行结晶。同样在表1中显示了分别从这两幅图中计算出的移动性和亚阈值(S-值)。
如表1所示，移动性和亚阈值都清楚地展示出各向异性的性质。移动性的值在平行扫描时高于在垂直扫描时，平行扫描时该值为240.4cm2/Vs，垂直扫描时该值为213.8cm2/Vs。S-值在平行扫描时低于在垂直扫描时，平行扫描时该值为0.219V/dec，垂直扫描时该值为0.262V/dec。从半导体特性的角度看，希望得到的是高移动性和低S-值。因此，优选方案是激光扫描的方向平行于载流子在通道形成区内移动的方向。
同样也可以从图11A和11B中看到，当使用SLS方法进行结晶时，受超级横向生长作用的晶体在激光光束点扫描的方向上连续形成。此时，在平行于激光扫描的方向出现造成载流子分散的颗粒边界(GB)。因此，可以想象：如果载流子移动方向垂直于激光的扫描方向，GB则在垂直于载流子移动的方向出现，这将使TFT特性恶化。
根据本发明可以提供半导体设备的制造方法，使用这种方法，可以通过人为控制的超级横向生长，来连续形成具有大颗粒尺寸的晶粒，且在激光结晶步骤中可以提高基底处理效率，这种方法还采用了简易的激光照射方法，该激光照射方法不像传统SLS方法中一样需要专门的光学系统。
进一步，使用标记，可以使载流子在通道形成区内移动的方向与激光点移动的方向对准，借此制造出具有令人满意特性的TFT。
                       表1
  激光扫描相对于通道长度的方向   μFE[cm2/Vs]   S·value[V/dec.]
  平行扫描   240.4   0.219
  垂直扫描   213.8   0.262

Claims (17)

1.一种用于具有薄膜晶体管的半导体设备的制造方法，该方法包含：
在绝缘表面上形成非晶半导体膜；
在非晶半导体膜上形成标记；和
根据以标记用作参照的薄膜晶体管的排列信息，有选择性地对其中形成薄膜晶体管的有源层的区照射激光，以执行结晶，其中：
该激光是脉冲振荡激光；
该激光在非晶半导体膜上移动的方向平行于载流子在薄膜晶体管中的通道形成区中移动的方向；和
通过该激光的照射，使非晶半导体膜熔化在其整个厚度上。
2.根据权利要求1的半导体设备的制造方法，其中使用固体激光振荡仪器作为该激光的光源。
3.根据权利要求1的半导体设备的制造方法，其中从由以下构成的组中选择的至少一种或多种类型的激光振荡仪器用作该激光的光源：YAG激光振荡仪器、YVO4激光振荡仪器、YLF激光振荡仪器、YAlO3激光振荡仪器、玻璃激光振荡仪器、红宝石激光振荡仪器、紫翠玉激光振荡仪器、蓝宝石激光振荡仪器和镁橄榄石激光振荡仪器。
4.根据权利要求1的半导体设备的制造方法，其中该激光是二次谐波、三次谐波或四次谐波。
5.根据权利要求1的半导体设备的制造方法，其中通过柱面透镜，使激光会聚在非晶半导体膜上。
6.根据权利要求1的半导体设备的制造方法，其中每当激光振荡一个脉冲时，在非晶半导体膜的表面上的激光点位置就相对地移动一个固定距离，该固定距离大于等于0.3μm并小于等于5μm。
7.根据权利要求6的半导体设备的制造方法，其中激光点位置在非晶半导体膜的表面上的相对移动方向垂直于该激光点的纵向。
8.一种用于具有薄膜晶体管的半导体设备的制造方法，该方法包含：
在绝缘表面上形成非晶半导体膜；
在非晶半导体膜上形成标记；
根据以标记用作参照的薄膜晶体管的排列信息，有选择性地对其中形成薄膜晶体管的有源层的区照射激光，以执行结晶，其中：
使用半导体激光激励从固体激光振荡仪器中发射出激光；
其中该激光在非晶半导体膜上移动的方向与载流子在薄膜晶体管中的通道形成区中移动的方向平行；和
通过该激光的照射，使非晶半导体膜熔化在其整个厚度上。
9.根据权利要求8的半导体设备的制造方法，其中该激光是二次谐波、三次谐波或四次谐波。
10.根据权利要求8的半导体设备的制造方法，其中通过柱面透镜，使该激光会聚在非晶半导体膜上。
11.根据权利要求8的半导体设备的制造方法，其中每当激光振荡一个脉冲时，在非晶半导体膜的表面上的激光点位置就相对地移动一个固定距离，该固定距离大于等于0.3μm并小于等于5μm。
12.根据权利要求11的半导体设备的制造方法，其中在非晶半导体膜的表面上激光点位置的相对移动方向垂直于该激光点的纵向。
13.一种用于具有薄膜晶体管的半导体设备的制造方法，该方法包含：
在绝缘表面上形成非晶半导体膜；
在非晶半导体膜上形成标记；和
根据以标记用作参照的薄膜晶体管的排列信息，有选择性地对其中形成薄膜晶体管的有源层的区辐射激光，以执行结晶，其中：
该激光是脉冲振荡激光并使用半导体激光激励从固体激光振荡仪器中发射出该激光；和
其中该激光在非晶半导体膜上移动的方向与载流子在薄膜晶体管中的通道形成区中移动的方向平行。
14.根据权利要求13的半导体设备的制造方法，其中该激光是二次谐波、三次谐波或四次谐波。
15.根据权利要求13的半导体设备的制造方法，其中通过柱面透镜，将该激光会聚在非晶半导体膜上。
16.根据权利要求13的半导体设备的制造方法，其中每当激光振荡1个脉冲时，在非晶半导体膜的表面上的激光点位置就相对地移动一个固定距离，该固定距离大于等于0.3μm和小于等于5μm。
17.根据权利要求16的半导体设备的制造方法，其中在非晶半导体膜的表面上激光点位置的相对移动方向垂直于该激光点的纵向。
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