[发明专利]激光退火处理装置及激光退火处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种向半导体膜照射脉冲激光来进行激光退火的激光退火处理装置及激光退火处理方法。

背景技术

对于液晶显示器或有机EL（Electro-Luminescence：电致发光）显示器的像素开关、驱动电路所使用的薄膜晶体管，使用激光进行激光退火是其低温工艺制造方法中的一环。该方法是对在基板上成膜的非单晶半导体膜照射激光，在局部加热熔融之后或加热但不发生溶融之后，在冷却过程中使半导体薄膜结晶成多晶或单晶。结晶后的半导体薄膜的载流子迁移率变高，因此能够得到高性能的薄膜晶体管。另外，通过对结晶半导体薄膜进行激光退火处理，也能改良品质。

提出有如下的退火方法：在上述激光的照射过程中，将脉冲激光整形成矩形或线形，一边用该脉冲激光进行扫描，一边进行重叠照射，由此来对半导体进行退火（例如专利文献1）。

上述激光照射需要在整个半导体膜上均匀地进行处理，而为了使所照射的脉冲激光具有稳定的脉冲能量密度，通常进行在规定范围内调节激光输出的控制、或利用可变衰减器在规定范围内调节脉冲能量的控制。

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平6-5537号公报

发明内容

发明所要解决的问题

另外，在受脉冲激光照射而结晶的半导体膜中，粒径较大的晶粒均匀存在，从而作为半导体元件能够得到优异的特性。因此，进行激光退火时照射的脉冲激光的能量密度不能过大也不能过小，该能量密度必须在适合结晶的范围内。

从而，虽然要在激光退火时在适合结晶的范围内对激光输出如此进行控制，但以往脉冲激光的合适范围即容限（margin）较小，用于控制的装置负担较大，而且容易由输出变动导致结晶特性发生偏差。

以往的脉冲激光如图6所示，上升沿和下降沿都具有急剧变化的脉冲波形，本发明人发现通过将该脉冲变成宽脉冲波形，适合结晶的能量密度本身就会变大，且上述范围变得更大。

但是，适合结晶的能量密度变大意味着如果输出脉冲能量不发生变化，就必须减小脉冲激光的照射面积来增大脉冲能量密度。若减小脉冲激光的照射面积，则用于对半导体膜的一个面进行处理的脉冲照射次数必然增加，将导致处理量下降。

本发明以上述情况为背景，其目的在于提供一种激光退火处理装置及处理方法，尽可能地抑制处理量下降，并能增大适合结晶等的能量密度的范围即合适容限。

解决问题的技术方案

即，本发明的激光退火处理装置中，第一项本发明的特征在于，包括：输出脉冲激光的激光光源；对所述脉冲激光进行整形并引导至作为处理对象的半导体膜的光学系统；以及设置被所述脉冲激光照射的所述半导体膜的工作台，照射到所述半导体膜上的所述脉冲激光的脉冲能量密度从最大高度的10%到该最大高度为止的上升时间为35ns以下，从所述最大高度到该最大高度的10%为止的下降时间为80ns以上。

第二项本发明的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一项本发明中，所述上升时间为30ns以下，所述下降时间为85ns以上。

第三项本发明的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一项或第二项本发明中，具备波形整形部，该波形整形部将所述激光光源输出的脉冲激光整形成具有所述上升时间和所述下降时间的脉冲波形。

第四项本发明的激光退火处理装置的特征在于，在所述第三项本发明中，所述波形整形部具备：将所述激光光源输出的脉冲激光分割成多个光束的光束分割部件、使所分割的各光束发生延迟的延迟部件、以及将所分割的各光束合成的光束合成部件。

第五项本发明的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一至第四项本发明的任一项发明中，具有多个激光光源，各激光光源输出的脉冲激光叠加而得到照射到所述半导体膜上的脉冲激光。

第六项本发明的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一至第五项发明的任一项发明中，被所述脉冲激光照射的半导体膜是非单晶硅。

第七项本发明的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一至第六项发明的任一项发明中，所述脉冲激光是准分子激光。

另外，本发明的激光退火处理方法的特征在于，获取具有如下脉冲波形的脉冲激光：在该脉冲波形中，脉冲能量密度从最大高度的10%到最大高度为止的上升时间为35ns以下，从所述最大高度到最大高度的10%为止的下降时间为80ns以上，一边用该脉冲激光照射半导体膜，一边进行相对扫描来对该半导体膜进行表面处理。