激光退火裝置及激光退火方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)能利用激光退火將半導(dǎo)體膜均勻地結(jié)晶化。包括輸出脈沖激光的脈沖激光振蕩裝置、和將從該脈沖激光振蕩裝置輸出的所述脈沖激光進(jìn)行傳輸并照射于半導(dǎo)體膜的光傳輸單元，將所述脈沖激光照射于半導(dǎo)體膜，使得在半導(dǎo)體膜照射面，由有效功率密度（J/(秒·cm3)）＝脈沖能量密度（J/cm2）/脈沖寬度（秒）×半導(dǎo)體膜的吸收系數(shù)（cm－1）這一公式計(jì)算出的有效功率密度在3×1012至1.5×1012的范圍內(nèi)，因此，能使半導(dǎo)體膜結(jié)晶化而不引起由完全熔融所產(chǎn)生的異常晶粒生長(zhǎng)，可得到偏差較小的均勻結(jié)晶。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及對(duì)半導(dǎo)體膜照射脈沖激光以進(jìn)行激光退火的。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，液晶顯示器以高分辨率、驅(qū)動(dòng)幀率的高速化、3D化等為關(guān)鍵詞，尋求具有實(shí)現(xiàn)上述目的所需的性能的薄膜晶體管。為了提高薄膜晶體管的性能，需要利用激光退化將硅半導(dǎo)體膜結(jié)晶化。以往，激光退火裝置是將非晶硅(a - Si)結(jié)晶化的裝置，使用采用受激準(zhǔn)分子激光的退火技術(shù)。受激準(zhǔn)分子激光中，光束的品質(zhì)較低，因此，無(wú)法將光束收縮至微小。因此，結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)、在XY方向上將其光束整形成頂部平坦型的光束后使用。一般使用的受激準(zhǔn)分子激光是XeCl (波長(zhǎng)308nm)，對(duì)a — Si的吸收較高，向非晶硅的浸透深度約為7nm，非常淺，在膜厚方向上產(chǎn)生溫度梯度。采用受激準(zhǔn)分子激光的退火技術(shù)中，利用該溫度梯度，以不會(huì)使整個(gè)非晶硅膜完全熔融的激光輸出進(jìn)行熔融而在膜底部殘留結(jié)晶生長(zhǎng)的核，以該核為基點(diǎn)進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)。圖8中示出該結(jié)晶化的示意圖。即，對(duì)在玻璃基板30上形成的非晶硅膜31照射脈沖激光40，生成熔融硅膜32。該熔融硅膜32在再結(jié)晶化而凝固的過(guò)程中進(jìn)行結(jié)晶化，從而形成結(jié)晶硅膜33。此外，還提出有使用吸收層的激光退火方法(專利文獻(xiàn)I)、使用YAG 二次諧波(波長(zhǎng)532nm)的激光退火裝置(專利文獻(xiàn)2)、使用連續(xù)振蕩激光的裝置(專利文獻(xiàn)3)。此外，還有為了進(jìn)行無(wú)斑、均勻的結(jié)晶化而利用復(fù)雜的工序來(lái)進(jìn)行激光退火的方法，例如，專利文獻(xiàn)4中提出有使用加熱平臺(tái)的方法。此外，提出有將激光分兩次進(jìn)行照射的方法(專利文獻(xiàn)5、6)。此外，還有利用其他波長(zhǎng)的激光來(lái)解決上述問(wèn)題的示例，例如，報(bào)告有使用Mo膜吸收層和激光二極管的示例(非專利文獻(xiàn)I)。此外，提出有使用GaN類藍(lán)色半導(dǎo)體激光的方法(專利文獻(xiàn)7)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本專利特開(kāi)昭62 - 1323311號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本專利特開(kāi)2005 - 294493號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本專利特開(kāi)2010 - 118409號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本專利特開(kāi)2008 - 147487號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5:日本專利特開(kāi)2010 - 103485號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6:日本專利特開(kāi)2001 - 338873號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7:日本專利特開(kāi)2009 - 111206號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1:E.P.Donovan,對(duì)通過(guò)離子注入形成的非晶Si和Ge的結(jié)晶和弛豫的量熱石開(kāi)究(Calorimetric studies of crystallization and relaxation ofamorphousSi and Ge prepared by ionimplantation).J.Appl.Phys., Vol.57, pp.1795-1804, 1985.
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)所要解決的問(wèn)題現(xiàn)有的XeCl受激準(zhǔn)分子激光退火裝置中，由于使用以上方法，因此，將結(jié)晶性良好的處理對(duì)象瞬間加熱至熔點(diǎn)，從而出于防止燒蝕的目的，需要嚴(yán)格控制脫氫工序和激光輸出、聚焦。此外，由于進(jìn)行一次熔融，因此，光束的長(zhǎng)軸連接部存在特性劣化的問(wèn)題，現(xiàn)狀中，因光束尺寸的制約而只能應(yīng)對(duì)基板尺寸G4 (730mmX920mm)為止，從而存在難以進(jìn)行大面積處理的問(wèn)題。在激光退火中，結(jié)晶的狀態(tài)因激光輸出的大小而變化，因此，鑒于上述問(wèn)題，專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了使激光輸出變化的方法，但并沒(méi)能解決長(zhǎng)軸連接的問(wèn)題。在使用連續(xù)振蕩激光的專利文獻(xiàn)3所公開(kāi)的裝置中，由于需要將多束激光聚焦的光學(xué)系統(tǒng)，因此，各激光振蕩器所具有的能量的強(qiáng)度產(chǎn)生偏差、干涉，難以實(shí)現(xiàn)高精度的均勻化。此外，像專利文獻(xiàn)4那樣使用加熱平臺(tái)的方法中，伴隨加熱冷卻的節(jié)拍時(shí)間(takttime)的損耗較大，不適于實(shí)用。此外，將激光分兩次照射的專利文獻(xiàn)5、6所公開(kāi)的方法中，存在吞吐量變差的問(wèn)題。此外，在使用其他波長(zhǎng)的激光來(lái)解決上述問(wèn)題的非專利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的技術(shù)中，增加了剝離吸收層等之類的工序，不適于實(shí)用。此外，在使用GaN類藍(lán)色半導(dǎo)體激光的專利文獻(xiàn)7的方法中，在本質(zhì)上還是熔融工藝，沒(méi)有變化，因此，該工藝僅限于GaN類藍(lán)色半導(dǎo)體激光，從而輸出極低，在工業(yè)上不適用。本專利技術(shù)是為了解決上述以往的技術(shù)的問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種，其通過(guò)利用被半導(dǎo)體膜吸收的激光，使本申請(qǐng)所示的有效功率密度在某一范圍內(nèi)，從而 無(wú)需復(fù)雜工序，能將大面積的半導(dǎo)體膜無(wú)斑且均勻地結(jié)晶化。解決問(wèn)題所采用的技術(shù)方案即，本專利技術(shù)的激光退火裝置中，第I本專利技術(shù)的特征在于，包括輸出脈沖激光的脈沖激光振蕩裝置、和將從該脈沖激光振蕩裝置輸出的所述脈沖激光進(jìn)行傳輸并照射于半導(dǎo)體膜的光傳輸單元，將所述脈沖激光照射于所述半導(dǎo)體膜，使得在半導(dǎo)體膜照射面，由下述公式計(jì)算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范圍內(nèi)。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脈沖能量密度(J/cm2) /脈沖寬度(秒)X半導(dǎo)體膜的吸收系數(shù)(cm—O…(公式)第2本專利技術(shù)的激光退火裝置的特征在于，包括:連續(xù)激光振蕩裝置，該連續(xù)激光振蕩裝置輸出連續(xù)激光；光傳輸單元，該光傳輸單元將從該連續(xù)激光振蕩裝置輸出的連續(xù)激光及從該連續(xù)激光提取的脈沖激光進(jìn)行傳輸，并將該脈沖激光照射于半導(dǎo)體膜；及脈沖激光生成單元，該脈沖激光生成單元在所述傳輸?shù)倪^(guò)程中，對(duì)所述連續(xù)激光進(jìn)行提取，使其近似地呈脈沖狀，以生成脈沖激光，將所述脈沖激光照射于所述半導(dǎo)體膜，使得在半導(dǎo)體膜照射面，由下述公式計(jì)算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范圍內(nèi)。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脈沖能量密度(J/cm2) /脈沖寬度(秒)X半導(dǎo)體膜的吸收系數(shù)(cm—O…(公式)第3本專利技術(shù)的激光退火裝置的特征在于，在所述第I或第2本專利技術(shù)中，具有調(diào)整所述脈沖激光的能量密度的能量調(diào)整單元，該能量調(diào)整單元中，設(shè)定有能量密度，使得由所述公式計(jì)算出的所述有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范圍內(nèi)。第4本專利技術(shù)的激光退火裝置的特征在于，在所述第3本專利技術(shù)中，作為所述能量調(diào)整單元，包括使脈沖激光以規(guī)定的衰減率衰減并透過(guò)的衰減器及調(diào)整所述激光振蕩裝置的輸出的輸出調(diào)整單元，該衰減器及所述輸出調(diào)整單元中設(shè)定有所述衰減率及所述輸出，使得由所述公式計(jì)算出的所述有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范圍內(nèi)。第5本專利技術(shù)的激光退火裝置的特征在于，在所述第I至第4本專利技術(shù)的任一項(xiàng)中，具有調(diào)整所述脈沖激光的脈沖寬度的脈沖寬度調(diào)整單元，該脈沖寬度調(diào)整單元調(diào)整所述脈沖激光的脈沖寬度，使得由所述公式計(jì)算出的所述有效功率密度在3X IO12至1.5X IO12的范圍內(nèi)。第6本專利技術(shù)的激光退火裝置的特征在于，在所述第I至第5本專利技術(shù)的任一項(xiàng)中，所述半導(dǎo)體膜是硅半導(dǎo)體膜，所述能量密度為100 500mJ/cm2，所述脈沖寬度為50 500η 秒。第7本專利技術(shù)的激光退火方法的特征在于，在將脈沖激光照射于半導(dǎo)體膜、進(jìn)行該半導(dǎo)體膜的激光退火的激光退火方法中，設(shè)定所述脈沖激光的脈沖能量密度及脈沖寬度，使得在照射面，由下述公式計(jì)算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范圍內(nèi)，將進(jìn)行該設(shè)定后的所述脈沖激光照射于所述半導(dǎo)體膜。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脈沖能量密度(J/cm2) /脈沖寬度(秒)X半導(dǎo)體膜的吸收系數(shù)(cm—O…(公式)根據(jù)本專利技術(shù)，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2010.08.31 JP 2010-1947201.一種激光退火裝置，其特征在于，包括:脈沖激光振蕩裝置，該脈沖激光振蕩裝置輸出脈沖激光；及光傳輸單元，該光傳輸單元將從該脈沖激光振蕩裝置輸出的所述脈沖激光進(jìn)行傳輸并照射于半導(dǎo)體膜，將所述脈沖激光照射于所述半導(dǎo)體膜，使得在半導(dǎo)體膜照射面，由下述公式計(jì)算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范圍內(nèi)，有效功率密度(J/(秒.cm3))=脈沖能量密度(J/cm2) /脈沖寬度(秒)X半導(dǎo)體膜的吸收系數(shù)(cm—O…(公式)。2.一種激光退火裝置，其特征在于，包括:連續(xù)激光振蕩裝置，該連續(xù)激光振蕩裝置輸出連續(xù)激光；光傳輸單元，該光傳輸單元將從該連續(xù)激光振蕩裝置輸出的連續(xù)激光及從該連續(xù)激光提取的脈沖激光進(jìn)行傳輸，并將該脈沖激光照射于半導(dǎo)體膜；及脈沖激光生成單元，該脈沖激光生成單元在所述傳輸?shù)倪^(guò)程中，對(duì)所述連續(xù)激光進(jìn)行提取，使其近似地呈脈沖狀，以生成脈沖激光，將所述脈沖激光照射于所述半導(dǎo)體膜，使得在半導(dǎo)體膜照射面，由下述公式計(jì)算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范圍內(nèi)，有效功率密度(J/(秒.cm3))=脈沖能量密度(J/cm2) /脈沖寬度(秒)X半導(dǎo)體膜的吸收系數(shù)(cm—O…(公式)。3.如權(quán)利要求1或2所述的激光退火裝置，其特征在于，具有調(diào)整所述脈沖激光的能量密度的能量調(diào)整單元，該能量...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：佐藤亮介，草間秀晃，富樫陵太郎，井崎博大，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：株式會(huì)社日本制鋼所，
類型：
國(guó)別省市：