結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在非單晶半導(dǎo)體膜上一邊使線射束(line beam)形狀的脈沖激光移動、一邊進(jìn)行多次照射(交疊照射)的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般在電視機(jī)和電腦顯示器上使用的薄膜晶體管是用非結(jié)晶硅(以下稱為a -硅)來構(gòu)成的，但如果用某種方法使硅結(jié)晶化(以下稱為P —硅)后使用，就能大大提高TFT的功能。目前，準(zhǔn)分子激光器退火技術(shù)已作為低溫下的Si結(jié)晶化工藝得到實(shí)用，并且被廣泛地運(yùn)用到面向移動電話等的小型顯示器的用途，甚至運(yùn)用到大屏幕顯示器等。
[0003]這種激光退火法是用具有高脈沖能量的準(zhǔn)分子激光來照射非單晶半導(dǎo)體膜，由此使吸收了光能的半導(dǎo)體變成熔融或半熔融狀態(tài)，然后在使其急速地冷卻并凝固時實(shí)現(xiàn)結(jié)晶化。此時，為了大面積地進(jìn)行處理，要使整形成線射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。一般是通過使設(shè)置了單晶半導(dǎo)體膜的設(shè)置臺移動來進(jìn)行脈沖激光的掃描。
[0004]在上述脈沖激光的掃描過程中，是以規(guī)定的間距使脈沖激光沿掃描方向移動(例如參照專利文獻(xiàn)I)，以便對非單晶半導(dǎo)體膜的同一位置進(jìn)行多次照射(交疊照射)。由此能夠?qū)Υ蟪叽绨雽?dǎo)體膜實(shí)施激光退火處理。專利文獻(xiàn)I要解決的問題是，伴隨激光的順序掃描而來的是結(jié)晶性的不均勻(誤差)，而這會導(dǎo)致元件之間的差異。為了解決上述問題，專利文獻(xiàn)I使脈沖激光掃描方向上的溝道區(qū)域尺寸S與脈沖激光的掃描間距P成為大致S=nP(n為除了 O以外的整數(shù))的關(guān)系，作為結(jié)晶性Si膜的結(jié)晶分布在脈沖激光掃描方向上作周期性變化的圖形，使各薄膜晶體管的溝道區(qū)域中的結(jié)晶性Si膜的結(jié)晶性分布圖形的周期性變化相同。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開平10 - 163495號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0009]然而，要根據(jù)溝道區(qū)域的尺寸將掃描間距控制成該尺寸的整數(shù)倍會導(dǎo)致精度方面的困難，而且若要進(jìn)行高精度的掃描會大幅度地增加裝置成本。
[0010]若是射束的短軸方向?qū)挾茸銐虼?，就能增大掃描間距，并且能夠盡量避免每一脈沖的射束邊緣照到溝道區(qū)域。然而在這種狀態(tài)下，會同時存在射束邊緣在溝道區(qū)域照射一次的晶體管和射束邊緣沒有照射到溝道區(qū)域(零次)的晶體管，會在晶體管之間產(chǎn)生特性方面的差異。
[0011]為此，縮小掃描間距，從而使每一脈沖的射束邊緣在溝道區(qū)域內(nèi)必然照射規(guī)定次數(shù)，就能夠減少結(jié)晶性的差異。這樣就不會同時存在被上述邊緣照射的晶體管和未被邊緣部分照射的晶體管。另外，由于將照射次數(shù)的差異控制在一次，因此與有無邊緣照射的差異相比，大幅度減少了特性方面的差異。
[0012]考慮到在這種邊緣部分被照射的半導(dǎo)體上的線狀區(qū)域中，會影響載體在溝道上的移動，因此考慮將脈沖激光的掃描方向設(shè)定成使線狀的邊緣沿著與溝道寬度正交的方向、亦即載體在溝道內(nèi)的移動方向。由此能夠在未實(shí)現(xiàn)射束邊緣照射的溝道區(qū)域部分獲得良好的載體移動特性。
[0013]然而，在上述掃描方向上，如果是那種溝道寬度為溝道長度以下(溝道寬度/溝道長度為I以下)的晶體管，由于與(溝道寬度/溝道長度超過I)的晶體管相比溝道寬度相對較小，因此在溝道區(qū)域內(nèi)，會在寬度方向上同時存在上述邊緣照射到的線狀區(qū)域和邊緣照射不到的區(qū)域。由此會在溝道寬度方向上產(chǎn)生電阻等的不均勻性，且在載體移動方面產(chǎn)生寬度方向的不均勻性，有可能影響晶體管特性。另外還有邊緣照射到源極(source)或漏極(drain)的一部分而導(dǎo)致寬度方向不均勻性的問題。
[0014]本發(fā)明鑒于上述情況而作，目的在于提供一種結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法，該方法無需高精度的脈沖激光掃描就能夠減少晶體管特性的差異，并能實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)晶化。
[0015]解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0016]本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法利用線射束形狀的脈沖激光對非單晶半導(dǎo)體膜相對地進(jìn)行掃描，并按每一脈沖進(jìn)行移動，且照射次數(shù)n，來對所述非單晶半導(dǎo)體膜實(shí)施交疊照射，所述線射束的射束短軸寬度為100?500 μ m，且射束短軸方向的射束斷面形狀具有平坦部，其特征在于，將在所述半導(dǎo)體膜上形成的晶體管的溝道長度設(shè)為b (100 μ m以下)，所述脈沖激光具有照射脈沖能量密度E，該照射脈沖能量密度E比通過該脈沖激光的照射而在所述非單晶半導(dǎo)體膜上發(fā)生微結(jié)晶化的照射脈沖能量密度低，且能通過多次照射使結(jié)晶粒徑成長達(dá)到飽和，將通過所述照射脈沖能量密度E的脈沖激光的照射而使所述結(jié)晶粒徑成長達(dá)到飽和時的照射次數(shù)設(shè)為n0，所述脈沖激光的照射次數(shù)η為(η0-1)以上，將所述脈沖激光的掃描方向設(shè)為所述晶體管的溝道長度方向，并且將所述每一脈沖的移動量c設(shè)為小于b。
[0017]本發(fā)明第二方案的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法是在所述第一方案的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述脈沖激光照射次數(shù)η為(η0 -1)以上，3.η0以下。
[0018]本發(fā)明第三方案的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法是在所述第一或第二方案的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述移動量小于b/2。
[0019]本發(fā)明第四方案的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法是在所述第一到第三方案中任一方案的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述移動量為5 ym以上。
[0020]本發(fā)明第五方案的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法是在所述第一到第四方案中任一方案的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述晶體管的溝道寬度與溝道長度之比(溝道寬度/溝道長度)為I以下。
[0021]本發(fā)明第六方案的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法是在所述第一到第五方案中任一方案的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述非單晶半導(dǎo)體是Si。
[0022]本發(fā)明第七方案的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法是在所述第一到第六方案中任一方案的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述脈沖激光是準(zhǔn)分子激光。
[0023]如上所述，上述脈沖激光在短軸方向的射束斷面形狀里具有強(qiáng)度平坦的平坦部(射束寬度a)。通過將該平坦部的強(qiáng)度加以平均化，就能計算出脈沖激光的最大能量強(qiáng)度。另外，通常在平坦部的兩側(cè)具有強(qiáng)度向著外側(cè)漸漸降低的斜度部。
[0024]將通過上述脈沖激光的照射脈沖能量密度E的脈沖激光照射使結(jié)晶粒徑成長達(dá)到飽和時的照射次數(shù)的最小次數(shù)為n0。另外，將照射脈沖能量密度E設(shè)為比通過脈沖激光的照射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低的值。至于是否發(fā)生了微結(jié)晶化，可以通過電子顯微鏡照相等來判定。
[0025]如果將照射脈沖能量密度的值設(shè)定為比使微結(jié)晶化發(fā)生的照射脈沖能量密度的值大，結(jié)晶粒徑就會變得極小，而且作為半導(dǎo)體的電子移動速度會變成1/10。
[0026]另外，所謂通過照射脈沖能量密度E的脈沖激光的照射而使結(jié)晶粒徑成長達(dá)到飽和，是指各個粒徑一致、增加照射次數(shù)也不會使粒徑增大的狀態(tài)。
[0027]另外，如果激光照射次數(shù)未達(dá)(n0 -1)，則結(jié)晶粒徑的成長不充分，會有不同粒徑的結(jié)晶混雜，且會發(fā)生電子移動速度不均?；谕瑯拥睦碛?，希望在n0以上。
[0028]另外，激光照射次數(shù)η希望是3.η0以下。如果超過3.η0，會顯著降低生產(chǎn)率。而基于同樣的理由，最好是在2.η0以下。
[0029]如果將受到上述脈沖激光照射的半導(dǎo)體膜上的晶體管的溝道長度設(shè)為b，則脈沖激光的掃描間距、即每一脈沖的移動量c小于b。由此使在各溝道區(qū)域出現(xiàn)的激光脈沖的接縫變成一根或兩根以上，能夠減少晶體管的性能差異。另一方面，如果移動量c小于b/2，則溝道區(qū)域內(nèi)的所述接縫就變成η根或(η+1)根以上(η是2以上的整數(shù))。如果移動量c比b大，就會使溝道區(qū)域內(nèi)的所述接縫變成零根或一根，會增大溝道區(qū)域內(nèi)的晶體管的性能差升。
[0030]不過，晶體管既可以是在脈沖激光照射時形成溝道區(qū)域，也可以在之后形成溝道區(qū)域。
[0031]另外，本發(fā)明所針對的半導(dǎo)體膜的溝道長度設(shè)為100μπι以下。只要是在上述范圍內(nèi)本發(fā)明就無特別限定，但最好溝道長度為6?40 μπι。
[0032]利用上述激光照射次數(shù)η及每一脈沖的移動量C，脈沖激光的射束寬度a可以用a= n*c來表示。該射束寬度最好設(shè)定為100?500 μ m。如果射束寬度過大，則當(dāng)能量密度固定時，脈沖激光的長軸方向上的射束長度就會變小，因此每一掃描能夠處理的面積就會減少，導(dǎo)致處理效率低下。而如果射束寬度小于100 μ m，則掃描間距會變小，會導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。
[0033]另外，對于每一脈沖的移動量，本發(fā)明雖未限定成特定的量，但可以將5 μπι以上作為較佳例子。
[0034]成為本發(fā)明處理對象的半導(dǎo)體不限定為特定的材質(zhì)，但可以將Si作為較佳例子。另外，作為脈沖激光，可以將準(zhǔn)分子激光作為較佳例子。另外，本發(fā)明的制造方法除了使非晶質(zhì)的半導(dǎo)體膜結(jié)晶化外，還包括使結(jié)晶質(zhì)的半導(dǎo)體膜單晶化等變換的方法。
[0035]發(fā)明效果
[0036]如上所述，本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的制造方法利用線射束形狀的脈沖激光對非單晶半導(dǎo)體膜相對地進(jìn)行掃描，并按每一脈沖進(jìn)行移動，且照射次數(shù)η，來對所述非單晶半導(dǎo)體膜實(shí)施交疊照射以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶化，所述線射束的射束短軸寬度為100?500 μ m，且射束短軸方向的射束斷面形狀具有平坦部，將在所述半導(dǎo)體膜上形成的晶體管的溝道長度設(shè)為b (100 μπι以下)，所述脈沖激光具有照射脈沖能量密度Ε，該照射脈沖能量密度E比通過該脈沖激光的照射而在所述非單晶半導(dǎo)體膜上發(fā)生微結(jié)晶化的照射脈沖能量密度低，且能通過多次照射使結(jié)晶粒徑成長達(dá)到飽和，將通過所述照射脈沖能量密度E的脈沖激光的照射而使所述結(jié)晶粒徑成長達(dá)到飽和時的照射次數(shù)設(shè)為η0，所述脈沖激光的照射次數(shù)η為(η0-1)以上，由于設(shè)所述脈沖激光的掃描方向?yàn)樗鼍w管的溝道長度方向，并且使所述每一脈沖的移動量c小于b，因此能夠利用適當(dāng)?shù)拿}沖激光照射次數(shù)以及每一脈沖的移動量而更有效地實(shí)施激光退火處理。另外，能夠減少射束邊緣的照射