專利名稱：結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，通過在非單晶半導(dǎo)體膜上照射多次線光束形狀的脈沖激光(重疊照射)并使該脈沖激光移動(dòng)，來使所述非單晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶。
背景技術(shù)：
在TV或PC顯示器中使用的薄膜晶體管一般由非晶(非結(jié)晶)硅(以下稱為a-Si)構(gòu)成，但通過任意方法使硅結(jié)晶(以下稱為P-Si)并加以利用則能夠大大提高作為TFT的性能。目前，作為低溫下的Si晶化工藝，準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，并在移動(dòng)電話等小型顯示器上得到頻繁的利用，而且正在應(yīng)用到大屏幕顯示器等上。
該激光退火法是通過對非單晶半導(dǎo)體膜照射具有高脈沖能量的準(zhǔn)分子激光，使吸收了光能的半導(dǎo)體變成熔融或半熔融的狀態(tài)，從而在之后急速冷卻而凝固的時(shí)候結(jié)晶的方法。此時(shí)，為了處理大范圍區(qū)域，使整形成線光束形狀的脈沖激光一邊相對地沿短軸方向掃描，一邊進(jìn)行照射。通常是使設(shè)置有單晶半導(dǎo)體膜的設(shè)置臺移動(dòng)來進(jìn)行脈沖激光的掃描。在上述脈沖激光的掃描中，是使脈沖激光沿掃描方向以規(guī)定的間距移動(dòng)，以使脈沖激光多次照射到非單晶半導(dǎo)體膜的同一位置上(重疊照射)(例如參考專利文獻(xiàn)I)。從而，能夠?qū)Υ蟪叽绲陌雽?dǎo)體膜進(jìn)行激光退火處理。此外，專利文獻(xiàn)I中還揭示了以下內(nèi)容由于伴隨激光的依次操作所產(chǎn)生的結(jié)晶不均勻性(偏差)是導(dǎo)致元件之間產(chǎn)生偏差的原因，因此，脈沖激光掃描方向上的溝道區(qū)域的尺寸S和脈沖激光的掃描間距P大致滿足S=nP(n為除0以外的整數(shù))，從而使結(jié)晶硅膜的結(jié)晶分布是沿脈沖激光掃描方向周期性地發(fā)生變化的圖案，且各薄膜晶體管的溝道區(qū)域中的結(jié)晶硅膜的結(jié)晶性分布圖案的周期性變化相等。而且，在以往使用線光束的激光退火處理中，將脈沖激光掃描方向上的光束寬度固定為0. 35 0. 4mm左右，將每一個(gè)脈沖的基板進(jìn)給量設(shè)定為光束寬度的3% 8%左右，為了確保多個(gè)薄膜晶體管的性能均一，需要盡可能地增加激光的照射次數(shù)。例如，對于IXD用的半導(dǎo)體膜，將重疊率設(shè)定為92 95% (照射次數(shù)為12 20次，掃描間距為32 20 ii m)，對于OLED半導(dǎo)體膜，將重疊率設(shè)定為93. 8 97% (照射次數(shù)為16 33次，掃描間距為25 12iim)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利特開平10-163495號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題然而，本發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，掃描間距的值越小，激光照射次數(shù)就越多，而實(shí)際上，像在規(guī)定條件下照射次數(shù)為8次左右那樣，當(dāng)照射次數(shù)為一定次數(shù)以上時(shí)，結(jié)晶粒徑將不再增大，而是達(dá)到飽和。也就是說，即使將照射次數(shù)增加到所需次數(shù)以上，也無法有效地利用激光輸出，反而增大了結(jié)晶處理的時(shí)間。
此外，如果將光束寬度增大到所需寬度以上，則由于激光脈沖能量是固定的，因此為了獲得規(guī)定的能量密度則必然要縮短線光束長度，這樣在處理大尺寸半導(dǎo)體膜時(shí)的處理效率就會(huì)降低。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，能夠恰當(dāng)?shù)卮_定激光脈沖的照射次數(shù)和脈沖寬度，從而能夠高效地進(jìn)行激光退火處理。用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案 即，本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法通過在非單晶半導(dǎo)體膜上相對地掃描并照射線光束形狀的脈沖激光來使所述非單晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶，其特征在于，所述脈沖激光在掃描方向上的光束截面形狀具有強(qiáng)度均勻的平坦部(光束寬度a)，通過該脈沖激光的照射而結(jié)晶的半導(dǎo)體膜所形成的晶體管在所述掃描方向上的溝道區(qū)域?qū)挾葹閎，所述脈沖激光具有的照射脈沖能量密度E低于通過該脈沖激光的照射而使所述非單晶半導(dǎo)體膜發(fā)生微晶化的照射脈沖能量密度，通過具有所述照射脈沖能量密度E的脈沖激光的照射而使結(jié)晶粒徑生長達(dá)到飽和時(shí)的照射次數(shù)為n0，則脈沖激光的照射次數(shù)n為(n0 — I)以上，所述脈沖激光在所述掃描方向上的每一個(gè)脈沖的移動(dòng)量c為b/2以下。如上所述，所述脈沖激光在掃描方向上的光束截面形狀具有強(qiáng)度均勻的平坦部(光束寬度a)。該平坦部可以用能量強(qiáng)度為最大能量強(qiáng)度90%以上的區(qū)域來表示。通過具有照射脈沖能量密度E的脈沖激光的照射而使結(jié)晶粒徑生長達(dá)到飽和時(shí)的上述脈沖激光照射次數(shù)為nO。此外，照射脈沖能量密度E是低于通過脈沖激光的照射而使所述非單晶半導(dǎo)體膜發(fā)生微晶化的照射脈沖能量密度的值。是否發(fā)生了微晶化可通過電子顯微鏡照片等來進(jìn)行判定。如果照射脈沖能量密度是大于會(huì)發(fā)生微晶化的照射脈沖能量密度的值，則結(jié)晶粒徑將變得非常小，導(dǎo)致作為半導(dǎo)體的電子遷移率變成1/10左右。另外，通過具有照射脈沖能量密度E的脈沖激光的照射而使結(jié)晶粒徑生長達(dá)到飽和，是指各粒徑相一致，即使增加照射次數(shù)粒徑也不再變大的狀態(tài)。而且，如果激光照射次數(shù)沒有達(dá)到(nO-1 )，則結(jié)晶粒徑不能充分生長，會(huì)混合有不同粒徑的結(jié)晶，導(dǎo)致電子遷移率產(chǎn)生偏差。基于同樣的理由，激光照射次數(shù)希望是在nO以上。此外，激光照射次數(shù)n希望是在3 nO以下。如果大于3 nO，則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)率嚴(yán)重下降。此外，基于相同的理由，激光照射次數(shù)n在2 nO以下則更佳。若將通過上述脈沖激光的照射而結(jié)晶的半導(dǎo)體膜中形成的晶體管在掃描方向上的溝道區(qū)域?qū)挾仍O(shè)為b，則脈沖激光的掃描間距、即每一個(gè)脈沖的移動(dòng)量c為b/2以下。從而，在各溝道區(qū)域中出現(xiàn)的激光脈沖的接縫為兩條或三條以上，能夠降低晶體管的性能偏差。另一方面，若移動(dòng)量c大于b/2且在b以下，則溝道區(qū)域中的所述接縫為一條或兩條，若移動(dòng)量c大于b，則溝道區(qū)域中的所述接縫為0條或一條，導(dǎo)致溝道區(qū)域中的晶體管性能偏差變大。根據(jù)上述激光照射次數(shù)n和每一個(gè)脈沖的移動(dòng)量C，脈沖激光的光束寬度a用a =n*c來表示。該光束寬度希望在500 iim以下。如果光束寬度過大，則在能量密度固定的情況下，脈沖激光在長軸方向上的光束長度會(huì)變小，因此，一次掃描能夠處理的面積變小，導(dǎo)致處理效率降低。另外，脈沖激光掃描方向上的溝道區(qū)域?qū)挾认Ｍ窃贗mm以下。若減小晶體管的區(qū)域?qū)挾?，即縮小晶體管，則能夠縮短晶體管中電子流過的時(shí)間，提高信號處理速度，從而得到高性能的薄膜半導(dǎo)體。作為本發(fā)明處理對象的半導(dǎo)體，其材質(zhì)沒有特別限定，可以列舉硅作為優(yōu)選。此夕卜，作為脈沖激光，可以列舉準(zhǔn)分子激光作為優(yōu)選。發(fā)明效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，是通過在非單晶半導(dǎo)體膜上相對地掃描并照射線光束形狀的脈沖激光來使所述非單晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶，所述脈沖激光在掃描方向上的光束截面形狀具有強(qiáng)度均勻的平坦部(光束寬度a)，通過該脈沖激光的照射而結(jié)晶的半導(dǎo)體膜所形成的晶體管在所述掃描方向上的溝道區(qū)域?qū)挾葹閎，所述脈沖激光具有的照射脈沖能量密度E低于通過該脈沖激光的照射而使所述非單晶半導(dǎo)體膜發(fā)生微晶化的照射脈沖能量密度，通過具有所述照射脈沖能量密度E的脈沖激光的照射而使結(jié)晶粒徑生長達(dá)到飽和時(shí)的照射次數(shù)為n0，則脈沖激光的照射次數(shù)η為(n0 — I)以上，所述脈沖激光在所述掃描方向上的每ー個(gè)脈沖的移動(dòng)量c為b/2以下，因此，通過用恰當(dāng)?shù)拿}沖激光照射次數(shù)和每ー個(gè)脈沖的移動(dòng)量，能夠高效地進(jìn)行激光退火處理。此外，將脈沖激光的光束寬度設(shè)定為恰當(dāng)?shù)闹担軌虻玫阶銐虻木€光束長度，進(jìn)而能夠更加高效地進(jìn)行處理。


圖I是表示本發(fā)明ー實(shí)施方式中對非單晶半導(dǎo)體膜的脈沖激光照射狀態(tài)的圖。圖2是表不本發(fā)明ー實(shí)施方式的脈沖激光在掃描方向上的光束截面形狀的圖。圖3是表示本發(fā)明ー實(shí)施方式的脈沖激光的照射脈沖能量密度與通過脈沖激光照射而形成的結(jié)晶粒徑大小的關(guān)系圖。圖4是表示本發(fā)明ー實(shí)施方式的脈沖激光具有規(guī)定的照射脈沖能量密度的情況下的照射次數(shù)與結(jié)晶粒徑的關(guān)系圖。圖5是表示本發(fā)明ー實(shí)施方式的在每ー個(gè)脈沖的移動(dòng)量與溝道區(qū)域?qū)挾鹊牟煌P(guān)系下光束接縫的發(fā)生狀況的圖。圖6是表示本發(fā)明ー實(shí)施例中的結(jié)晶半導(dǎo)體的作為附圖的照片。圖7是表示本發(fā)明ー實(shí)施例中照射次數(shù)與粒徑變化的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面，對本發(fā)明的ー實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖I中，示出了對載放在移動(dòng)臺I上的基板照射由線光束狀的準(zhǔn)分子激光所形成的脈沖激光3的狀態(tài)。基板上形成有非晶硅等非單晶半導(dǎo)體膜2。脈沖激光3具有線光束長度L和光束寬度a，通過使移動(dòng)臺I以規(guī)定的間距進(jìn)行移動(dòng)，脈沖激光3進(jìn)行掃描，并以規(guī)定的間距和照射次數(shù)照射在非單晶半導(dǎo)體膜2上。
圖2是表示脈沖激光3在掃描方向上的光束截面形狀的圖。脈沖激光3具有平坦部，該平坦部具有最大能量強(qiáng)度90%以上的能量強(qiáng)度，將該平坦部的寬度表示為光束寬度
B ο此外，將脈沖激光3的照射脈沖能量密度設(shè)定為照射到非單晶半導(dǎo)體膜2上時(shí)該非單晶半導(dǎo)體膜2不會(huì)發(fā)生微晶化的照射脈沖能量密度E。圖3是表示照射脈沖能量密度與通過脈沖激光照射而形成的結(jié)晶粒徑大小的關(guān)系圖。在照射脈沖能量密度較低的區(qū)域，隨著照射脈沖能量密度的増加，結(jié)晶粒徑逐漸變大。例如，當(dāng)照射脈沖能量密度大于中途的照射脈沖能量密度El時(shí)，結(jié)晶粒徑急劇増大。另一方面，當(dāng)照射脈沖能量密度大到一定程度吋，即使照射脈沖能量密度繼續(xù)增大到該一定程度以上，結(jié)晶粒徑也不再増大，若超過某一照射脈沖能量密 度E2，則結(jié)晶粒徑急劇變小而發(fā)生微晶化。因此，上述照射脈沖能量密度E能夠用E < E2來表示。通過將照射脈沖能量密度設(shè)定為上述E的值，從而在對非單晶半導(dǎo)體膜2進(jìn)行照射吋，即使將照射次數(shù)設(shè)定為一定次數(shù)以上，結(jié)晶粒徑生長也會(huì)發(fā)生飽和。結(jié)晶粒徑生長的飽和通過SEM照片進(jìn)行判定。圖4是將照射脈沖能量密度E設(shè)定為上述照射脈沖能量密度El或照射脈沖能量密度E2時(shí)照射次數(shù)與結(jié)晶粒徑的關(guān)系圖。在上述兩種照射脈沖能量密度的情況下，在達(dá)到一定照射次數(shù)之前，結(jié)晶粒徑都是隨著照射次數(shù)的増加而逐漸増大，但在達(dá)到一定照射次數(shù)之后，結(jié)晶粒徑就停止生長，達(dá)到飽和。這ー照射次數(shù)在本發(fā)明中表示為照射次數(shù)nO。實(shí)際照射次數(shù)η設(shè)定為相對于所述照射次數(shù)nO為(nO — I)以上且3 · nO以下。由此，能夠有效且高效地使非單晶半導(dǎo)體膜2結(jié)晶。通過上述脈沖激光照射而結(jié)晶的結(jié)晶半導(dǎo)體膜中，以規(guī)定的間隔形成薄膜半導(dǎo)體。薄膜半導(dǎo)體分別具有規(guī)定的溝道區(qū)域?qū)挾萣，該間隔最好設(shè)定在1_以下。圖5中示出非單晶半導(dǎo)體膜2上的薄膜半導(dǎo)體10的排列預(yù)定狀態(tài)。各薄膜半導(dǎo)體10具有源極11、漏極12、以及位于源極和漏極之間的溝道部13，該溝道部13在脈沖激光掃描方向上的寬度構(gòu)成溝道區(qū)域?qū)挾萣。若以掃描間距(姆ー個(gè)脈沖的移動(dòng)量)c對上述非單晶半導(dǎo)體膜2照射脈沖激光3并使脈沖激光3移動(dòng)，則對應(yīng)于每一個(gè)脈沖的移動(dòng)，在結(jié)晶化半導(dǎo)體膜上將出現(xiàn)光束的接縫3a。圖5 Ca)表示每ー個(gè)脈沖的移動(dòng)量c大于所述溝道區(qū)域?qū)挾萣時(shí)光束接縫3a的發(fā)生狀況。在該例中，光束接縫3a并不出現(xiàn)在溝道部13中，或在溝道部13中只出現(xiàn)一條光束接縫3a，從而使得薄膜半導(dǎo)體10的性能偏差很大。圖5 (b)表示每ー個(gè)脈沖的移動(dòng)量c大于所述溝道區(qū)域?qū)挾萣的1/2時(shí)光束接縫3a的發(fā)生狀況。在該例中，光束接縫3a在溝道部13中出現(xiàn)一條或兩條，雖然能夠減小薄膜半導(dǎo)體10的性能偏差，但并不能充分減小。圖5 (c)是本發(fā)明所限定的情況，表示每ー個(gè)脈沖的移動(dòng)量c在所述溝道區(qū)域?qū)挾萣的1/2以下時(shí)光束接縫3a的發(fā)生狀況。在該例中，光束接縫3a在溝道部13中出現(xiàn)兩條或三條，從而能夠有效地減小薄膜半導(dǎo)體10的性能偏差。在上述每ー個(gè)脈沖的移動(dòng)量為c的情況下，若將照射次數(shù)設(shè)定為η次，則光束寬度a用a = n 來表示。通過上述設(shè)定，能夠?qū)⒚恳粋€(gè)脈沖的移動(dòng)量c設(shè)定得較小，且照射次數(shù)也是能夠很好地進(jìn)行結(jié)晶的次數(shù)，而不會(huì)多到所需范圍以上。結(jié)果，能夠?qū)⒐馐鴮挾葴p小到例如500 μ m以下，從而能夠增大光束長度，高效地處理大尺寸的非單晶半導(dǎo)體膜。實(shí)施例I下面，說明本發(fā)明的ー實(shí)施例。將50nm厚的非晶硅作為非單晶半導(dǎo)體膜，并在以下的條件下改變照射次數(shù)來進(jìn)行脈沖激光照射。準(zhǔn)分子激光器LSX315C/波長308nm，頻率300Hz光束尺寸光束長度500mmX光束寬度O. 13mm光束寬度是指能量強(qiáng)度為最大能量強(qiáng)度90%以上的平坦部掃描間距32.5ym 6.5ym 照射脈沖能量密度320mJ/cm2溝道區(qū)域?qū)挾?0 μ m對于上述脈沖激光，照射脈沖能量密度在會(huì)發(fā)生微晶化的照射脈沖能量密度以下，且照射次數(shù)在4次 8次之間，確認(rèn)結(jié)晶粒徑逐漸生長，但在照射次數(shù)8次以后，結(jié)晶粒徑生長達(dá)到飽和。對以規(guī)定的照射次數(shù)照射了脈沖激光的部位，通過SEM照片進(jìn)行觀察，圖6中示出了該照片。如圖6所示，在照射次數(shù)為8次時(shí)，很好地發(fā)生了結(jié)晶，而照射次數(shù)即使增加到12次、16次、20次，也沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)晶粒徑増大。圖7是表示與照射次數(shù)相應(yīng)的結(jié)晶粒徑的變化圖，在照射次數(shù)達(dá)到8次之前，結(jié)晶粒徑都是隨著照射次數(shù)的增加而増大。照射次數(shù)達(dá)到8次之后，沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)晶粒徑増大。標(biāo)號說明I 移動(dòng)臺2 非單晶半導(dǎo)體膜3 脈沖激光3a光束接縫10薄膜半導(dǎo)體11 源極12 漏極13溝道部
權(quán)利要求
1.一種結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，通過在非單晶半導(dǎo)體膜上相對地掃描并照射線光束形狀的脈沖激光來使所述非單晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶，其特征在于， 所述脈沖激光在掃描方向上的光束截面形狀具有強(qiáng)度均勻的平坦部，通過該脈沖激光的照射而結(jié)晶的半導(dǎo)體膜所形成的晶體管在所述掃描方向上的溝道區(qū)域?qū)挾葹閎， 所述脈沖激光具有的照射脈沖能量密度E低于通過該脈沖激光的照射而使所述非單晶半導(dǎo)體膜發(fā)生微晶化的照射脈沖能量密度， 通過具有所述照射脈沖能量密度E的脈沖激光的照射而使結(jié)晶粒徑生長達(dá)到飽和時(shí)的照射次數(shù)為nO，則脈沖激光的照射次數(shù)n為(nO — I)以上， 所述脈沖激光在所述掃描方向上的每一個(gè)脈沖的移動(dòng)量c為b/2以下。
2.如權(quán)利要求I所述的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，其特征在于， 所述脈沖激光的照射次數(shù)n為(nO — I)以上且3 nO以下。
3.如權(quán)利要求I或2所述的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，其特征在于， 所述光束寬度為500 u m以下。
4.如權(quán)利要求I至3的任一項(xiàng)所述的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，其特征在于， 所述溝道區(qū)域?qū)挾葹镮mm以下。
5.如權(quán)利要求I至4的任一項(xiàng)所述的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，其特征在于， 所述非單晶半導(dǎo)體為硅。
6.如權(quán)利要求I至5的任一項(xiàng)所述的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，其特征在于， 所述脈沖激光為準(zhǔn)分子激光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，在對非單晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行激光退火時(shí)，能夠用恰當(dāng)?shù)膾呙栝g距和照射次數(shù)來使所述半導(dǎo)體膜結(jié)晶。該結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法是在非單晶半導(dǎo)體膜上照射線光束形狀的脈沖激光來使非單晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶，其中，脈沖激光在掃描方向上的光束截面形狀具有強(qiáng)度均勻的平坦部(光束寬度a)，通過脈沖激光照射而結(jié)晶的半導(dǎo)體膜所形成的晶體管的溝道區(qū)域?qū)挾葹閎，脈沖激光具有的照射脈沖能量密度E低于使非單晶半導(dǎo)體膜發(fā)生微晶化的照射脈沖能量密度，通過具有照射脈沖能量密度E的脈沖激光的照射而使結(jié)晶粒徑生長達(dá)到飽和的照射次數(shù)為n0，則脈沖激光的照射次數(shù)n為(n0-1)以上，脈沖激光在掃描方向上的移動(dòng)量c為b/2以下。
文檔編號H01L21/20GK102630336SQ20108005245
公開日2012年8月8日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者次田　純一, 澤井　美喜, 政志 町田 申請人:株式會(huì)社日本制鋼所