[發明專利]結晶半導體膜的制造方法及制造裝置

有效

• 申請號: 201380051586.8
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN104718600B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 次田純一;町田政志;鄭石煥
• 申請（專利權）人: 株式會社日本制鋼所
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/268
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 胡秋瑾

技術領域

本發明涉及通過在半導體膜上邊多次照射截面為長方形形狀的脈沖激光(重疊(overlap)照射)邊使其移動，從而對非晶質膜進行結晶化、對結晶膜進行改質的結晶半導體膜的制造方法及制造裝置。

背景技術

通常，TV、PC顯示器所使用的薄膜晶體管由非晶(非結晶)硅(以下稱為a-硅)構成，通過采用某些方法來使硅結晶化(以下稱為p-硅)并加以利用，能夠大幅度提高作為TFT的性能。目前，作為低溫下的Si結晶化工藝，準分子激光退火技術已得以實用化，頻繁利用于面向智能手機等小型顯示器的用途，并進一步實現向大畫面顯示器等的實用化。

該激光退火法是通過對非結晶半導體膜照射具有高脈沖能量的準分子激光，使吸收了光能的半導體變成熔融或半熔融的狀態，然后在被冷卻從而凝固時進行結晶的方法。此時，為了處理大范圍區域，沿相對較短的短軸方向掃描并照射整形成線射束形狀的脈沖激光。通常，通過使設置有非結晶半導體膜的設置臺移動來進行脈沖激光的掃描。

在上述脈沖激光的掃描中，按規定的間距使脈沖激光沿掃描方向移動，以使得在非結晶半導體膜的同一位置照射多次(重疊照射)脈沖激光。由此，能夠進行尺寸較大的半導體膜的激光退火處理。

于是，在現有的使用線射束的激光退火處理中，考慮將激光脈沖的掃描方向的射束寬度固定為例如0.35～0.4mm左右，將每個脈沖的基板輸送量設定為射束寬度的3％～8％左右，并且為了確保多個薄膜晶體管性能的均勻性，需要盡可能地增加激光的照射次數。

例如，在LCD(Liquid Crystal Display：液晶顯示器)用的半導體膜中，將重疊率設定為92～95％(在照射次數為12～20次，射束寬度為0.4mm時掃描間距為32～20μm)，在OLED(Organic light-Emitting Diode：有機發光半導體)用的半導體膜中，將重疊率設定為93.8％～97％(在照射次數為16～33次，射束寬度為0.4mm時掃描間距為25～12μm)。

在這種激光退火處理中，通常，力圖將射束截面的強度分布形成為平坦形狀，實現短軸方向、長軸方向的處理的均勻性。對此，在專利文獻1中提出了以下方法：對于由于激光能量的偏差，而生成的結晶化不良區域，在充分的結晶化處理后，通過以較低能量照射激光，在維持已充分結晶或已活性化的部分的同時，對因能量強度的偏差而導致膜質發生劣化的部分進行再結晶化或再活性化。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：

日本專利特開平10-12548號公報

發明內容

發明所要解決的技術問題

專利文獻1中作為課題的激光能量的偏差是由激光光源的輸出偏差引起的。該激光光源的輸出偏差可通過起振電路的改進、激光光源自身的改進等來獲得較大的改善，從而因輸出偏差而引起的結晶化的不良這樣的課題逐漸變得不那么重要。并且，若進行多次重疊，則由于對同一照射面重疊照射多次脈沖激光，因此，因輸出偏差而產生的結晶化不良區域再次熔融并進行結晶化，從而可實現不良區域的消除。

然而，根據本發明人的深度觀察可知，即使在當前狀況下，因脈沖激光的照射而結晶化的半導體中也認為存在有照射不均，該照射不均成為將半導體形成為器件時會對其性能產生影響的原因。

根據本申請發明人的研究，認為上述照射不均是由線射束的掃描方向(通常為短軸方向)的邊緣部(掃描方向后端側)所形成的多晶硅膜的突起而引起的。該部分相當于因激光照射而產生的半導體膜的熔融部與未被激光照射而保持固體狀態的部分之間的分界線。該突起會與照射能量的強度成正比地變大。即，隨著照射能量變大，半導體膜的膜厚方向的熔融加快，并且在整個膜熔融之后成為液體的半導體膜層的溫度也增大。認為在該液相部分隨著溫度下降而進行結晶化時，液體被吸引至溫度較先開始下降的固液界面即線射束短軸邊緣部，并發生固化，從而產生突起。此外，激光的能量變動、線射束短軸形狀的變化、與射束進行相對移動的半導體膜的位置錯亂等導致所述“突起部”的高度、間隔的錯亂，被認為是照射不均。

因此，若降低照射能量密度來照射脈沖激光，則能夠減少上述照射不均，但為此需要在同一照射面上以更多的照射次數來照射激光，從而導致生產效率變差。此外，若照射脈沖能量密度變得過低，則會產生結晶粒徑不夠大的問題。

本發明是以上述情況為背景而完成的，其一個目的在于提供一種能夠在極力抑制生產性下降的基礎上，消除由脈沖激光的掃描方向邊緣部引起的半導體膜上的照射不均的結晶半導體膜的制造方法及制造裝置。

解決技術問題所采用的技術方案