結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法及制造裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及通過(guò)在半導(dǎo)體膜上邊多次照射截面為長(zhǎng)方形形狀的脈沖激光（重疊(overlap)照射）邊使其移動(dòng)，從而對(duì)非晶質(zhì)膜進(jìn)行結(jié)晶化、對(duì)結(jié)晶膜進(jìn)行改質(zhì)的結(jié)晶半導(dǎo) 體膜的制造方法及制造裝置。
【背景技術(shù)】
[000引通常，TV、PC顯示器所使用的薄膜晶體管由非晶（非結(jié)晶）娃（W下稱(chēng)為a-娃） 構(gòu)成，通過(guò)采用某些方法來(lái)使娃結(jié)晶化（W下稱(chēng)為P-娃）并加W利用，能夠大幅度提高作 為T(mén)FT的性能。目前，作為低溫下的Si結(jié)晶化工藝，準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)已得W實(shí)用化，頻 繁利用于面向智能手機(jī)等小型顯示器的用途，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)向大畫(huà)面顯示器等的實(shí)用化。
[0003] 該激光退火法是通過(guò)對(duì)非結(jié)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)體變成烙融或半烙融的狀態(tài)，然后在被冷卻從而凝固時(shí)進(jìn)行結(jié)晶的方法。 此時(shí)，為了處理大范圍區(qū)域，沿相對(duì)較短的短軸方向掃描并照射整形成線(xiàn)射束形狀的脈沖 激光。通常，通過(guò)使設(shè)置有非結(jié)晶半導(dǎo)體膜的設(shè)置臺(tái)移動(dòng)來(lái)進(jìn)行脈沖激光的掃描。 在上述脈沖激光的掃描中，按規(guī)定的間距使脈沖激光沿掃描方向移動(dòng)，W使得在非結(jié) 晶半導(dǎo)體膜的同一位置照射多次（重疊照射）脈沖激光。由此，能夠進(jìn)行尺寸較大的半導(dǎo) 體膜的激光退火處理。
[0004] 于是，在現(xiàn)有的使用線(xiàn)射束的激光退火處理中，考慮將激光脈沖的掃描方向的射 束寬度固定為例如0. 35~0. 4mm左右，將每個(gè)脈沖的基板輸送量設(shè)定為射束寬度的3%~ 8%左右，并且為了確保多個(gè)薄膜晶體管性能的均勻性，需要盡可能地增加激光的照射次 數(shù)。 例如，在LCD(Liquid化ystalDisplay;液晶顯示器）用的半導(dǎo)體膜中，將重疊率設(shè)定 為92~95%(在照射次數(shù)為12~20次，射束寬度為0. 4mm時(shí)掃描間距為32~20ym)， 在OL邸Organicli曲t-EmittingDiode;有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體）用的半導(dǎo)體膜中，將重疊率 設(shè)定為93. 8%~97%(在照射次數(shù)為16~33次，射束寬度為0. 4mm時(shí)掃描間距為25~ 12ym)。
[0005] 在該種激光退火處理中，通常，力圖將射束截面的強(qiáng)度分布形成為平坦形狀，實(shí)現(xiàn) 短軸方向、長(zhǎng)軸方向的處理的均勻性。對(duì)此，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中提出了W下方法：對(duì)于由于激 光能量的偏差，而生成的結(jié)晶化不良區(qū)域，在充分的結(jié)晶化處理后，通過(guò)W較低能量照射激 光，在維持已充分結(jié)晶或已活性化的部分的同時(shí)，對(duì)因能量強(qiáng)度的偏差而導(dǎo)致膜質(zhì)發(fā)生劣 化的部分進(jìn)行再結(jié)晶化或再活性化。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 ; 日本專(zhuān)利特開(kāi)平10-12548號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1中作為課題的激光能量的偏差是由激光光源的輸出偏差引起的。該激 光光源的輸出偏差可通過(guò)起振電路的改進(jìn)、激光光源自身的改進(jìn)等來(lái)獲得較大的改善，從 而因輸出偏差而引起的結(jié)晶化的不良該樣的課題逐漸變得不那么重要。并且，若進(jìn)行多次 重疊，則由于對(duì)同一照射面重疊照射多次脈沖激光，因此，因輸出偏差而產(chǎn)生的結(jié)晶化不良 區(qū)域再次烙融并進(jìn)行結(jié)晶化，從而可實(shí)現(xiàn)不良區(qū)域的消除。
[000引然而，根據(jù)本發(fā)明人的深度觀(guān)察可知，即使在當(dāng)前狀況下，因脈沖激光的照射而結(jié) 晶化的半導(dǎo)體中也認(rèn)為存在有照射不均，該照射不均成為將半導(dǎo)體形成為器件時(shí)會(huì)對(duì)其性 能產(chǎn)生影響的原因。 根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明人的研究，認(rèn)為上述照射不均是由線(xiàn)射束的掃描方向（通常為短軸方 向）的邊緣部（掃描方向后端側(cè)）所形成的多晶娃膜的突起而引起的。該部分相當(dāng)于因激 光照射而產(chǎn)生的半導(dǎo)體膜的烙融部與未被激光照射而保持固體狀態(tài)的部分之間的分界線(xiàn)。 該突起會(huì)與照射能量的強(qiáng)度成正比地變大。目P，隨著照射能量變大，半導(dǎo)體膜的膜厚方向的 烙融加快，并且在整個(gè)膜烙融之后成為液體的半導(dǎo)體膜層的溫度也增大。認(rèn)為在該液相部 分隨著溫度下降而進(jìn)行結(jié)晶化時(shí)，液體被吸引至溫度較先開(kāi)始下降的固液界面即線(xiàn)射束短 軸邊緣部，并發(fā)生固化，從而產(chǎn)生突起。此外，激光的能量變動(dòng)、線(xiàn)射束短軸形狀的變化、與 射束進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的半導(dǎo)體膜的位置錯(cuò)亂等導(dǎo)致所述"突起部"的高度、間隔的錯(cuò)亂，被認(rèn) 為是照射不均。 因此，若降低照射能量密度來(lái)照射脈沖激光，則能夠減少上述照射不均，但為此需要在 同一照射面上W更多的照射次數(shù)來(lái)照射激光，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率變差。此外，若照射脈沖能 量密度變得過(guò)低，則會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶粒徑不夠大的問(wèn)題。
[0009] 本發(fā)明是W上述情況為背景而完成的，其一個(gè)目的在于提供一種能夠在極力抑制 生產(chǎn)性下降的基礎(chǔ)上，消除由脈沖激光的掃描方向邊緣部引起的半導(dǎo)體膜上的照射不均的 結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法及制造裝置。 解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0010] 目P，在本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法中，第1本發(fā)明是通過(guò)在非單晶半導(dǎo)體 膜上沿短軸方向相對(duì)地掃描并重疊照射脈沖激光來(lái)進(jìn)行結(jié)晶化的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方 法，其特征在于， 將照射脈沖能量密度設(shè)為E0,該照射脈沖能量密度低于利用所述脈沖激光的照射從而 使所述非單晶半導(dǎo)體膜產(chǎn)生微結(jié)晶化的照射脈沖能量密度，且適于基于多次即N次照射的 結(jié)晶化， 所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法包括；W與所述照射脈沖能量密度E0相同的照射脈沖 能量密度E1來(lái)照射所述脈沖激光的第1階段；W及 W照射脈沖能量E2來(lái)照射所述脈沖激光的第2階段，所述照射脈沖能量E2低于所述 照射脈沖能量密度E1，且在為了使結(jié)晶再次烙融而所需的照射能量密度W上， 對(duì)于同一照射面，所述第1階段和所述第2階段中的總計(jì)照射次數(shù)在N次W上。
[0011] 第2本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第1本發(fā)明中，將適于 所述結(jié)晶化的照射脈沖能量設(shè)為通過(guò)多次即N次照射而使得結(jié)晶粒徑成長(zhǎng)達(dá)到飽和的照 射脈沖能量密度E，且在EX0. 98~EX1. 03的范圍內(nèi)。
[0012] 第3本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第1或第2本發(fā)明中， 所述照射脈沖能量密度E2在E1X0. 95W上。
[0013] 第4本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第3本發(fā)明的 任一發(fā)明中，所述總計(jì)照射次數(shù)在NX1.5W下。
[0014] 第5本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第4本發(fā)明的 任一發(fā)明中，利用所述第1階段，邊掃描所述脈沖激光邊依次對(duì)同一照射面進(jìn)行N1次的多 次照射，然后，對(duì)于所述規(guī)定面，利用所述第2階段，邊掃描所述脈沖激光邊依次對(duì)同一照 射面進(jìn)行N2次的多次照射，所述N1與所述N2的和作為所述總計(jì)照射次數(shù)在N次W上。
[0015] 第6本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第5本發(fā)明中，所述N1 設(shè)為大于等于所述N2的次數(shù)。
[0016] 第7本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第6本發(fā)明的 任一發(fā)明中，在所述脈沖激光的掃描方向的射束截面強(qiáng)度分布中，處于掃描方向后端的掃 描方向后方側(cè)具有比掃描方向前方側(cè)的強(qiáng)度要低的強(qiáng)度，在所述掃描方向前方側(cè)按照所述 強(qiáng)度進(jìn)行所述第1階段的照射，在所述掃描方向后方側(cè)按照所述強(qiáng)度進(jìn)行所述第2階段的 照射。
[0017] 第8本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第7本發(fā)明中，所述掃 描方向前方側(cè)的掃描方向?qū)挾仍谒鰭呙璺较蚝蠓絺?cè)的掃描方向?qū)挾萕上。
[0018] 第9本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第8本發(fā)明的 任一發(fā)明中，所述脈沖激光的波長(zhǎng)在400nmW下。
[0019] 第10本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第9本發(fā)明的 任一發(fā)明中，所述脈沖激光的半寬在2(K)nsW下。
[0020] 第11本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第10本發(fā)明 的任一發(fā)明中，所述非單晶半導(dǎo)體為娃。
[0021] 第12本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造裝置包括；輸出脈沖激光的一個(gè)或兩個(gè)W上 的激光光源； 對(duì)所述脈沖激光進(jìn)行整形并將其導(dǎo)入非單晶半導(dǎo)體的光學(xué)系統(tǒng)； 對(duì)所述脈沖激光的照射能量密度進(jìn)行調(diào)整的能量調(diào)整部； 對(duì)所述非單晶半導(dǎo)體相對(duì)地掃描所述脈沖激光的掃描裝置；W及 對(duì)所述激光光源、所述能量調(diào)整部W及所述掃描裝置進(jìn)行控制的控制部，該結(jié)晶半導(dǎo) 體膜的制造裝置的特征在于， 所述控制部執(zhí)行第1階段和第2階段，在所述第1階段中，所述控制部對(duì)所述能量調(diào)整 部進(jìn)行控制，調(diào)整為與照射脈沖能量密度E0相同的照射脈沖能量密度E1，并控制所述掃描 裝置邊W該照射脈沖能量密度E1掃描所述脈沖激光，邊依次對(duì)所述非單晶半導(dǎo)體進(jìn)行N1 次（其中N1 <腳的多次照射，所述照射脈沖能量密度E0低于利用脈沖激光