[發明專利]激光退火方法以及激光退火裝置

有效

• 申請號: 200680050867.1
• 申請日: 2006-11-07
• 公開（公告）號: CN101356624A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 西田健一郎;川上隆介;河口紀仁;正木深雪
• 申請（專利權）人: 株式會社IHI
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/268;H01L21/336;H01L29/786
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 閆小龍;劉宗杰

技術領域

本發明涉及對非晶半導體膜的表面照射來自固體激光器光源的激光而使非晶半導體膜多晶化的激光退火方法以及激光退火裝置。

背景技術

在半導體、液晶領域中，在薄膜晶體管(TFT)的制造工序中，為了提高載流子的遷移率，進行如下的激光退火：對形成在基板上的非晶硅膜(下面稱為a—Si膜)照射激光束，使其熔融、固化，并使其再結晶化，從而形成多晶硅。

該激光退火中，采用光學系統將從激光器光源射出的脈沖激光加工成截面細長的矩形光束，一邊使該矩形光束在基板上的a—Si膜上在光束的短軸方向相對于被照射面進行相對移動一邊進行照射。

作為這樣的激光退火的激光器光源，過去主要采用受激準分子激光器，但是，近些年來，將YAG、YLF、YVO₄等固體激光器的基波波長變換到可見區域加以利用的激光退火裝置受到矚目(例如，參照下述專利文獻1～3)。這是因為，采用固體激光器在成本方面、維護方面比受激準分子激光器有利。

此外，還受到矚目的是，在多晶硅或結晶硅的器件中，還能夠在雜質的活性化等工藝中利用固體激光器的波長變換光。

專利文獻1：特開2004—342954號公報

專利文獻2：特開2004—63924號公報

專利文獻3：特開2003—347237號公報

在采用了固體激光器的可見光的激光退火裝置中，在矩形光束的長軸方向對能量分布進行均勻化，但是，在矩形光束的短軸方向未進行加工地利用原來光束所具有的高斯形狀的能量分布，使半導體膜的結晶在膜的面方向生長(稱其為一個方向生長)，從而得到大粒徑的晶粒。

但是，由于一個方向生長而在晶粒中產生各向異性，此外，激光脈沖每一次發射的能量的偏差對生長距離有影響，所以難以制作各向同性的均勻的晶粒。因此，存在晶體管特性變得不均勻這樣的問題。

此外，由于硅膜對于可見區域光的吸收系數低，所以在采用了固體激光器的可見區域光的激光退火中，存在入射激光能量的利用效率低、結晶化時需要大量能量、處理能力低這樣的問題。

此外，以低能量密度照射激光，使高斯形狀的能量分布的梯度變緩和，從而抑制一個方向生長距離，就可以采用固體激光器得到各向同性的均勻的晶粒。但是，這樣進行低能量密度的照射時，存在處理能力越發降低的問題。

發明內容

本發明是鑒于這樣的情況完成的，目的是提供一種能夠采用在成本方面以及維護方面有利的固體激光器得到各向同性的均勻的晶粒、并且能夠提高處理能力的激光退火方法以及激光退火裝置。

為了解決上述問題，第1發明是一種激光退火方法，將從固體激光器光源射出的激光在非晶半導體膜的表面上聚光為矩形光束，一邊使該矩形光束在其短軸方向相對于非晶半導體膜進行相對移動一邊進行照射，使該非晶半導體膜多晶化，其特征在于，對所述非晶半導體膜照射將所述矩形光束的短軸方向的能量分布進行均勻化后的激光。

此外，第2發明是一種激光退火裝置，將從固體激光器光源射出的激光在非晶半導體膜的表面上聚光為矩形光束，一邊使該矩形光束在其短軸方向相對于非晶半導體膜進行相對移動一邊進行照射，使該非晶半導體膜多晶化，其特征在于，在所述激光的光路上具有對所述矩形光束的短軸方向的能量分布進行均勻化的短軸方向均勻化單元。

此外，上述“矩形光束”是視覺上直線狀的光束，但是，作為細長的矩形光束，也包含在其中。

關于采用了固體激光器的可見光的結晶化機制，通過熱凝固分析進行研究的結果是，可知為了制作各向同性并且均勻的晶粒，需要照射某固定值以上的能量(稱其為“有效能量”)。并且，可知結晶粒徑由有效能量的入射次數決定，有效能量以下的能量無助于晶粒的增大。過去，因為照射到非晶半導體膜上的矩形光束的短軸方向的能量分布成高斯形狀，所以有效能量的范圍是高斯形狀的中心部附近的極其有限的范圍，因此，如果不減慢基板的搬送速度就不能得到需要的照射次數。

與此相對，在上述第1及第2發明中，將矩形光束的短軸方向的能量分布均勻化，由此，將該能量分布從高斯形狀變形為平頂形狀。通過這樣對能量分布進行變形，即使采用與過去相同的投入功率，也能夠使有效能量區域增大，因此被照射到非晶半導體膜上的有效能量范圍也變寬，并且能夠加速基板的搬送速度。因此激光退火處理能力提高。

此外，由于矩形光束的短軸方向的能量分布被均勻化，所以，不會引起結晶的一個方向生長，從而能夠制作各向同性的均勻的晶粒。