[发明专利]用于制造半导体装置的激光辐射设备和方法有效

专利信息
申请号: 200680048612.1 申请日: 2006-12-13
公开(公告)号: CN101346800A 公开(公告)日: 2009-01-14
发明(设计)人: 田中幸一郎;山本良明 申请(专利权)人: 株式会社半导体能源研究所
主分类号: H01L21/268 分类号: H01L21/268;B23K26/08;H01L21/20
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 王岳;刘宗杰
地址: 日本神*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 用于 制造 半导体 装置 激光 辐射 设备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种利用激光束辐射来处理被辐射对象的激光辐射设备,该激光束被引入到该被辐射对象上。特别地,本发明涉及一种用于对半导体等材料进行均匀、高效的退火处理的激光辐射设备,一种使用该激光辐射设备的激光辐射方法,和一种使用该激光辐射设备和该激光辐射方法制造的半导体装置,以及一种用于制造该半导体装置的方法。

背景技术

近几年来,在基板上制造薄膜晶体管(下文中称为TFT)的技术正在发生激烈的变革,它在有源矩阵显示装置、薄膜集成电路装置等上的应用和发展都得到了推进。特别地,使用多晶半导体膜的TFT比使用常规非单晶半导体膜的TFT具有更高的电子场效应迁移率(也称为迁移率),因此可以进行高速操作。因而,在将TFT用于显示装置的情形中,试图在与像素相同的基板上形成的驱动电路中执行通常在基板外部提供的驱动电路中执行的像素控制。

同时,关于用于半导体装置的基板,玻璃基板被认为是在成本方面比单晶半导体基板更有前途的基板。玻璃基板在耐热性方面比较差,容易受热变形,因此,当在玻璃基板上使用多晶半导体膜结晶半导体膜来形成TFT的情形中,应用激光退火来避免玻璃基板的受热变形。

特别地,在其上形成半导体膜的玻璃基板被放置在XYθ台(stage)上进行激光束辐射。这里,用于辐射半导体膜的激光束由光学系统成形以使得在辐射面上形成的束斑形状为线形。这种激光束也被称为线性激光。当通过使该XYθ台与激光束辐射一起移动而相对激光对该基板进行扫描时,在被该激光束完全熔融的半导体膜中会产生无数的晶核,并且由于固液界面的移动,从每个晶核到该激光束的扫描方向上都会发生晶体生长。以这种方式,形成具有较大晶粒尺寸的晶体。

然而,该线性激光的“线性”并不仅仅是严格意义上的“直线”,而且还包括具有高纵横比的四边形和椭圆形(作为指导,可以是10或更大的纵横比,优选为100或更大)。在被辐射对象上形成束斑被形成为线形、或具有高纵横比的四边形或椭圆形以确保达到用于在该被辐射对象上进行充分退火的能量密度。因此,即使当束斑具有四边形或椭圆形也没问题,只要能够在该被辐射对象上进行充分退火即可。

线性波束在短轴方向上的长度需要大约为几微米(μm)以便不会在熔融的半导体膜上产生湍流(turbulence)。如果产生了湍流,当该被激光束熔融的半导体膜结晶时,晶体生长方向会变得随机,因此在一些情况下不能形成大晶粒尺寸区域。另一方面,线性波束在长轴方向上的长度由激光振荡器发射的激光束类型或输出、或者半导体膜的类型或厚度来决定。该激光束的输出最大为大约20W以防止该激光振荡器的激光晶体受热破坏。当该激光在短轴方向上的长度是几微米时,其在长轴方向上的长度就是大约500μm。

当基板被扩大时,该激光束的扫描数量也被增加。为了高效地执行这种处理,最好同时使用多个激光振荡器来进行该处理以得到满意的生产率。然而,由于激光振荡器的数量增加,需要有放置该激光振荡器的空间和放置用于会聚激光束的光学系统的空间。而且,还需要抑制该多个激光振荡器中的激光束强度的变化。在使用多个激光振荡器进行激光辐射处理之后的晶体状态差别会影响一个基板中的成品率(yield)。

另外,还需要调节每个激光辐射的位置和精确控制激光束轮廓。作为一种解决这些问题的方式,可以给出以下方法。

第一种方法是一种使得激光束进入光纤一端并且通过该光纤传播该激光束、从而利用从该光纤另一端发射的该激光束来辐射被辐射对象的方法(例如参见专利文献1:日本公开专利申请第H6-79487号)。

第二种方法是使得激光束进入管道一端,使用一种包括位于连接管道的铰接部分中的镜子的传播单元,从而在该管道中传播该激光束同时该激光束被该铰接部分中的镜子反射的方法(例如参见专利文献2:日本公开专利申请第H4-138892号)。

第三种方法是将激光头和用于形成激光束的光学系统设置在Y轴、将玻璃基板设置在Xθ台上,并且通过调节该激光头之间的距离来调节激光辐射的使用位置的方法。

发明内容

然而,需要在对于半导体膜进行激光退火的步骤中精确地控制激光束的光束轮廓、能量分布、强度分布等。因此,很难直接使用上述技术。下面将说明理由。

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