[发明专利]激光退火的方法及装置

说明书

技术领域

0001

本发明涉及在半导体装置制造等中，在基板上的硅膜等非结晶半导体膜上照射矩形激光束而改良多晶或单晶半导体膜的技术，以及在基板上的多晶或单晶半导体膜上照射矩形激光束而提高多晶或单晶半导体膜的性能的技术。作为提高性能的对象，即原来的多晶或单晶半导体膜，包括通过固相生长而形成的膜以及通过激光退火而形成的膜。另外，所谓多晶或单晶半导体膜的性能提高，是指(1)晶粒尺寸增大，(2)晶粒中的缺陷减少以及(3)使残留在晶粒间的非结晶部分结晶化。

背景技术

0002

在半导体装置制造等领域中，在基板上形成薄膜晶体管(下面称作TFT(Thin Film Transistor))时，如果使用非结晶硅膜等非结晶半导体膜作为形成TFT的半导体层，则由于载流子迁移率小，所以无法高速动作。因此，通常通过激光退火，将非结晶硅膜转变为结晶的多晶或单晶硅膜。

0003

为了通过激光退火，使非结晶硅膜转变为多晶或单晶硅膜，往往使用与行进方向垂直的截面为矩形的激光束(下面称作矩形激光束)。使已形成非结晶硅膜的基板一边沿矩形的短边方向移动，一边在非结晶硅膜上照射。采用矩形激光束形成多晶或单晶硅膜的方法，例如已在专利文献1中公开。

0004

另外，作为与本发明相关的技术，有非专利文献2和3。在这些文献中有以下记载：如果在固体表面上照射偏振激光束，则在固体表面上激起表面电磁波，由于表面电磁波和入射激光相干涉，在固体表面上产生驻波，由此，在固体表面上形成微小的周期性结构。

专利文献1：特开2003-347210「半导体装置及其制造方法」

非专利文献1：www.nml.co.jp/new-business/SUB2/investigation/ripples/texture.pdf

非专利文献2：激光研究2000年12月、第28卷第12号、页824～828「激光感应表面电磁波引起的金属、半导体的脉动形成入射角依赖性」

非专利文献3：页1384～1401，IEE JOURNAL OF QUANTUMELECTRONICS.VOL.QE-22，NO.8，AUGUST，1986

0005

在通过矩形激光束照射而形成多晶或单晶硅的处理中，晶粒的生长方向受到温度梯度，即激光束的能量梯度的很大影响。如图1所示，因为矩形激光束的长边方向的能量是一定的，所以，对于长边方向，在任意位置上产生核，结果核将以任意尺寸生长。

0006

另外，如图2所示，在矩形激光束的短边方向的能量分布中有大的梯度。所以，结晶生长对于短边方向的能量分布是极其敏感的，因此，使短边方向的晶体尺寸变得均匀是极其困难的。如图3所示，短边方向的晶体尺寸偏差会大于长边方向的晶体尺寸偏差。

0007

这样，以往一直形成具有尺寸不均匀的晶粒的多晶或单晶硅膜。所以，如果在多晶或单晶硅膜上形成TFT，则起因于沟道部中每单位长度的晶粒数不同，在TFT之间性能会有误差。另外，由于晶粒尺寸在短边方向和长边方向明显不同，因此，TFT的性能在长边方向和短边方向会明显不同。这是因为：在沟道部移动的载流子遇到的晶界越多，TFT的性能就越下降。

发明内容

0008

因此，本发明的第一目的在于：提供一种能够沿长边方向得到由尺寸均匀的晶粒形成的多晶或单晶半导体膜的激光退火方法。

0009

另外，本发明的第二目的在于：提供一种能够沿短边方向得到由尺寸均匀的晶粒形成的多晶或单晶半导体膜的激光退火方法及装置。

0010

本发明的第三目的在于：提供一种能够在长边方向与短边方向之间得到由尺寸均匀的晶粒形成的多晶或单晶半导体膜的激光退火方法及装置。

0011

为了实现上述第一目的，根据本发明，提供一种激光退火方法，其特征在于包括如下步骤：生成与行进方向垂直的截面为矩形，且电场朝矩形的长边方向线偏振的矩形激光束或者长轴朝长边方向的椭圆偏振的矩形激光束；使上述矩形激光束入射到基板表面；以及将上述矩形激光束的波长大致设定为驻波方向的所要的晶粒尺寸的长度(权利要求1)。

0012

采用这种方法，能够在半导体膜表面上产生起因于入射矩形激光束在上述半导体膜表面产生的散射光和入射矩形激光束的驻波，沿驻波方向形成由尺寸均匀的晶体构成的多晶或单晶半导体膜。