[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本申请是以下申请的分案申请：申请日：2005年8月12日；申请号：200580028275.5；发明名称：“半导体器件及其制造方法”。 

技术领域

本发明涉及一种激光照射设备(包括激光器和将从所述激光器发射的激光束引导至照射目标的光学系统的设备)和激光照射方法，其用于对半导体材料等均匀有效地退火。本发明还涉及一种通过包括激光处理步骤的方法制造的半导体器件及其制造方法。 

背景技术

近年来，在基板上形成薄膜晶体管(以下简称TFT )的技术已经获得了很大进展，并且对有源矩阵显示装置的应用也取得了进步。具体而言，采用多晶半导体膜形成的TFT在场效应迁移率方面优于采用常规非晶半导体膜形成的TFT；因此，有可能实现高速运行。出于这一原因，人们尝试通过与像素形成于同一基板上的驱动电路控制像素，而以前则是通过设置于基板外部的驱动电路对其予以控制的。 

就成本而言，人们希望半导体器件中采用的基板为玻璃基板，而不是石英基板或单晶半导体基板。但是，玻璃基板的耐热性差，并且受热容易变形。因此，当在玻璃基板上采用多晶半导体膜形成TFT时，采用激光照射法(指激光退火)使半导体膜结晶，以防止玻璃基板受热变形。 

与采用辐射热或传导热的其他退火方法相比，激光退火的优点在于，能够极大缩短处理时间，并且能够对基板上的半导体膜有选择地局部加热，几乎不会对基板造成热损害。这里描述的激光退火方法是指使形成于半导体基板或半导体膜中的非晶层或损伤层结晶的技术，以及使形成于基板上的非单晶半导体膜结晶的技术。此外，还包括用于对半导体基板或半导体膜的表面进行平面化处理或修整的技术。 

可以根据振荡方法将激光退火采用的激光振荡器粗略分为两类： 脉冲激光振动器和连续波(CW)激光振荡器。近年来，我们知道，就半导体膜的结晶而言，在采用诸如Ar激光器或YVO₄激光器的CW激光振荡器时形成于半导体膜内的晶粒的尺寸大于采用诸如受激准分子激光器的脉控激光振荡器时所形成的尺寸。当半导体膜内的晶粒尺寸变大时，采用这一半导体膜形成的TFT的沟道形成区中的晶界数量降低；因此，迁移率增大。因此，能够采用所制造的TFT开发更为复杂的装置。这就是CW激光器引起人们关注的原因。 

通常，在采用CW YAG激光器或YVO₄激光器使半导体器件中经常采用的具有几十到几百nm的厚度的硅膜结晶时，采用波长短于基波的二次谐波。这是因为，相对于半导体膜，二次谐波比基波具有更高的吸收系数，其允许硅膜更为有效的结晶。在通过以激光束照射硅膜而使硅膜结晶的步骤中，几乎未采用基波。 

这一步骤的例子如下：将在二次谐波(532nm)上具有10W功率的CW激光束的形状塑造为沿长轴方向具有300μm的长度，沿短轴方向具有10μm的长度的线性斑，并且束斑沿短轴方向移动，以照射半导体膜。通过一次扫描获得的具有大晶粒的区域具有大约200μm的宽度(在下文中将具有大晶粒的区域称为大晶粒区域)。出于这一原因，为了通过激光照射使基板的整个表面结晶，必须通过如下方式实施激光照射，即按照通过束斑的一次扫描获得大晶粒区的宽度使束斑沿长轴方向发生位移。 

在日本专利申请公开文本No.2003-257885中曾披露了一个发明，其中，利用在照射表面处形状为线性斑的激光束照射半导体薄膜。 

发明内容

图20示出了束斑2001在半导体膜上的照射轨迹和束斑2001的截面A处的能量密度分布。 

通常，以TEM₀₀模式(单横模)从CW激光振荡器发射的激光束的截面具有如图20的2002所示的高斯能量分布，不具有均匀的能量密度分布。 

例如，在束斑中心部分2003处的能量密度被设定为高于阈值(y)，在该阈值处，可获得大到足以在其中形成至少一个TFT的一个晶粒。该晶粒在下文中被称为大晶粒。束斑在其端部2004的能量密度高于 形成晶体区的阈值(x)，低于阈值(y)。因此，在用激光束照射半导体膜时，用束斑的端部2004照射的区域的某些部分未被完全熔化。在该未熔化区中，未形成由束斑的中心部分所形成的大晶粒，而仅仅形成了具有较小粒径的晶粒(下文称为微晶)。