專利名稱：半導(dǎo)體薄膜及其改性方法、評(píng)價(jià)方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜改性成多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜用的半導(dǎo)體薄膜的改性方法、改性后的半導(dǎo)體薄膜的評(píng)價(jià)方法、用該半導(dǎo)體薄膜形成的薄膜晶體管、以及包括具有用該薄膜晶體管構(gòu)成的電路的平板型圖像顯示裝置的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
例如液晶顯示裝置等的平板型圖像顯示裝置具有在適合采用玻璃的絕緣基板(以下也簡(jiǎn)稱基板)上形成的半導(dǎo)體薄膜上制成的像素電路和驅(qū)動(dòng)電路。作為構(gòu)成像素電路和驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)元件，多半采用薄膜晶體管(TFT)。作為該薄膜晶體管的活性層，近年來代替非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜(典型地也稱為非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜、或a-Si膜)，而采用多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜(同樣典型地也稱為多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜、或poly-Si膜)，能獲得高度精細(xì)、高質(zhì)量的圖像顯示。
以硅半導(dǎo)體薄膜為例，說明作為薄膜晶體管的活性層用的半導(dǎo)體薄膜。作為該活性層的半導(dǎo)體薄膜用多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜，能獲得比使用非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜優(yōu)異的特性。其理由能舉出多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜與非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜相比，載流子(n溝道時(shí)為電子，p溝道時(shí)為空穴)的遷移率高，其結(jié)果，能使單元尺寸(像素尺寸)小而達(dá)到高精細(xì)化。另外，用通常的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜形成薄膜晶體管時(shí)，需要采用1000℃以上(“以上”即“≥”)的高溫工藝，但通過由激光進(jìn)行的只是硅層的退火，使承載半導(dǎo)體薄膜的基板不致達(dá)到高溫，而采用低溫多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜形成技術(shù)，能使用廉價(jià)的玻璃基板，在這樣的低溫工藝中，能形成遷移率高的薄膜晶體管TFT。
通常，由于多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的晶粒粒徑越大遷移率越高，所以作為形成粒徑大的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的方法，提出了各種各樣的技術(shù)。一般說來，如“專利文獻(xiàn)1”所述，采用這樣的方法將脈沖激光整形為線光束狀，使其強(qiáng)度分布的剖面呈梯形，沿線光束的短軸方向以短軸寬度的1/20左右的間距，錯(cuò)開一個(gè)發(fā)射單位，對(duì)非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜反復(fù)進(jìn)行脈沖照射。非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜由于吸收照射的激光而溫度上升，由于熔化導(dǎo)致溫度下降。伴隨該過程引起硅半導(dǎo)體薄膜的晶體化，非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜向多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜變化(這里，稱其為改性)。多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的平均粒徑依賴于所照射的激光的能量密度而變化，但在非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的晶體化所必要的最低能量密度以上的情況下，如果提高能量密度，則粒徑增大，但在某閾值以上時(shí)，變成粒徑平均為100nm(納米)以下(“以下”即“≤”)的微晶。因此，必須用該微晶的閥值以下的能量密度進(jìn)行照射。
與此不同，在“專利文獻(xiàn)2”中，公開了這樣一種方法使脈沖激光的照射區(qū)域的強(qiáng)度分布的剖面呈梯形，強(qiáng)度分布曲線的最大強(qiáng)度為具有使非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜變化成呈微晶的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的閾值以上的值，用該曲線的邊緣的強(qiáng)度分布進(jìn)行大粒徑化。
以上，是平均粒徑為1μm左右的技術(shù)，在將厚度為例如50nm的非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜變成多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的情況下，粒徑達(dá)到0.3μm以上的激光能量密度的容限(margin)約為10％左右，但其中一半左右突起的PV值為70nm以上。另外，所謂PV值用測(cè)定范圍內(nèi)的最高值和最低值的差來定義。
作為硅半導(dǎo)體薄膜的大粒徑化技術(shù)的另一種方法，有控制光強(qiáng)度分布的方法。作為該現(xiàn)有技術(shù)的一種，如“專利文獻(xiàn)3”中公開的技術(shù)所述，有稱為橫向晶體逐次生長(zhǎng)法(SLS法)的方法。該方法是通過將激光的強(qiáng)度分布細(xì)分成微米尺寸的多條單位光束，沿面內(nèi)方向形成溫度梯度，強(qiáng)制地促進(jìn)橫向的晶體生長(zhǎng)。該方法中，多個(gè)晶粒的晶體生長(zhǎng)方向互相集中在邊界上，在表面上形成突起。
形成該突起的位置對(duì)應(yīng)于各單位光束的光強(qiáng)度的峰值位置。這是因?yàn)樵撐恢玫臏囟茸兊米罡撸詮脑摲逯滴恢玫膬蓚?cè)向該峰值位置進(jìn)行晶體化，晶體生長(zhǎng)集中在峰值位置。該突起比由上述的剖面呈梯形的進(jìn)行了線光束整形的激光照射形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜上的突起高，有時(shí)PV值達(dá)到100nm以上。
“專利文獻(xiàn)4”和“專利文獻(xiàn)7”中提出的方法是“專利文獻(xiàn)2”中公開的方法的改良技術(shù)，是一種通過先用高強(qiáng)度的能量照射激光后，再用強(qiáng)度比它低的能量進(jìn)行照射的強(qiáng)度分布控制，使晶粒增大的方法。關(guān)于該分布控制的方法，通過改變焦點(diǎn)位置和基板表面的位置，能獲得非對(duì)稱的強(qiáng)度分布。但是，利用該方法獲得非對(duì)稱的分布形狀的變化的因果關(guān)系未公開。與此不同，在“專利文獻(xiàn)5”中，同樣通過改變焦點(diǎn)位置和基板表面的位置，從梯形變成倒掛鐘形狀，與“專利文獻(xiàn)4”的結(jié)果矛盾。在“專利文獻(xiàn)6”中，雖然也用同樣的照射分布獲得大顆粒的晶體，但未說明形成激光光束的方法。
上述的現(xiàn)有技術(shù)是使用脈沖激光的技術(shù)。這樣的使用脈沖激光的硅半導(dǎo)體薄膜晶體化方法、即這里所說的改性方法，由于在晶體化后的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的表面上形成突起，所以其表面凹凸大。因此，在該半導(dǎo)體薄膜上例如作成薄膜晶體管的情況下，必須使多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜上形成的柵絕緣膜厚一些。其結(jié)果，存在晶體管的導(dǎo)通電流與柵絕緣膜的厚度成反比地減少的問題。
作為降低由剖面呈梯形的激光的線光束照射形成的多晶態(tài)硅薄膜的突起用的改良方法，“專利文獻(xiàn)8”中公開了采用進(jìn)行多次激光退火、分別用不同的能量密度進(jìn)行照射的方法，來降低突起。專利文獻(xiàn)8中公開的內(nèi)容如下。即，非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜形成時(shí)含有的氫由于激光退火而急劇地釋放，導(dǎo)致膜表面粗糙。這時(shí)，照射引起晶體化的閾值以下的低能量密度的激光，在晶體化退火之前使氫釋放，防止膜表面皺裂。
另外，作為采用SLS法的降低突起的方法，“專利文獻(xiàn)9”中公開了這樣的方法通過激光照射進(jìn)行了晶體化退火后，用完全熔化的能量密度的25％至75％的值，進(jìn)行兩次激光照射，來降低突起。
可是，以上的方法中有以下缺點(diǎn)。即，為了多級(jí)照射激光，有必要在基板上進(jìn)行若干次激光掃描，存在退火工序所需要的時(shí)間長(zhǎng)的問題。另外，在用分別不同的照射時(shí)間進(jìn)行多種能量密度的多次掃描的情況下，由于脈沖激光的重復(fù)頻率是一定的，所以照射時(shí)間不同會(huì)改變掃描速度，在形成了半導(dǎo)體薄膜的基板上的各掃描激光的照射脈沖重疊的情況下，有降低突起的效果在基板上發(fā)生斑駁的缺點(diǎn)。
即使采用降低突起的有效方法形成多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜，但由于存在激光功率隨時(shí)間變化或晶體化前非晶態(tài)硅薄膜厚的面內(nèi)變化，所以如果不包括晶體化后進(jìn)行突起的檢查、檢測(cè)突起高的區(qū)域、換句話說檢測(cè)表面粗糙度大的區(qū)域，使該區(qū)域再次結(jié)晶等的工序，則不能使基板全部表面呈管理基準(zhǔn)以下的表面粗糙度。作為測(cè)量這樣的表面粗糙度的眾所周知的技術(shù)，有利用原子間力顯微鏡進(jìn)行的評(píng)價(jià)方法?？墒?，在該方法中為了評(píng)價(jià)10μm×10μm的微小區(qū)域至少需要幾分鐘，所以在時(shí)間上不可能評(píng)價(jià)全部基板的表面粗糙度。
作為快速評(píng)價(jià)該表面粗糙度的方法，在“專利文獻(xiàn)10”中示出了用表面光潔度(反射率)進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。該方法由于用反射率進(jìn)行評(píng)價(jià)，所以有存在由多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的厚度或玻璃基板和多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜之間的基底膜的厚度引起的干涉的缺點(diǎn)。關(guān)于快速評(píng)價(jià)多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的粒徑的面內(nèi)分布的方法，如“專利文獻(xiàn)11”所述，已知用雜散光的角度分布的幅寬測(cè)量粒徑的方法。
日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_昭64-76715號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平9-246183號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]WO97/45827號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平10-64815號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)5]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平10-312963號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)6]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2000-11417號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)7]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2002-313724號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)8]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2000-353664號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)9]WO01/71791號(hào)公報(bào) 日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平11-274078號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)11]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2003-109902號(hào)公報(bào)為了降低對(duì)非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行激光退火而晶體化了的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的表面上形成的突起，在用多種能量密度的激光照射非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的方法中，每一種照射的激光的能量密度的掃描次數(shù)增多，存在晶體化工序的時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。另外，由掃描間距不同的多個(gè)掃描重疊引起的降低突起的效果，有在基板上(玻璃等基板上形成的半導(dǎo)體薄膜上，下同)出現(xiàn)斑駁的缺點(diǎn)。用圖說明該缺點(diǎn)。
圖22是激光照射能量密度隨時(shí)間變化的說明圖。圖22的縱軸上的Eth表示引起晶體化的下限的閾值。另外，圖23是通過多個(gè)激光掃描實(shí)施圖22中的時(shí)間變化時(shí)引起的副作用的說明圖，實(shí)線表示激光的照射能量密度E1的掃描間距，虛線表示激光的照射能量密度E2的掃描間距。這里，如圖22所示，考慮對(duì)基板的同一個(gè)地方，在第一次用能量密度E1照射時(shí)間T1、第二次用能量密度E2照射時(shí)間T2的條件下，一邊掃描基板總體，一邊照射激光的情況。由于脈沖激光的重復(fù)頻率是一定的，所以第一次的掃描間距是與1/T1成正比的值(∝1/T1)，第二次的掃描間距是與1/T2成正比的值(∝1/T2)。于是，考慮了上述兩種掃描間距的重合時(shí)，如圖23所示，基板上的重合斑駁狀變得不均勻。由于其影響，突起的平均高度呈斑駁狀面內(nèi)變化的分布。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于，提供一種沒有這樣的周期性的突起高的區(qū)域的發(fā)生的降低突起的方法、采用使其成為可能的激光退火方法的半導(dǎo)體薄膜的制造方法及其制造裝置。另外，本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種用本發(fā)明的制造方法制造的半導(dǎo)體薄膜。
另外，即使采用大粒徑化而且降低突起的方法進(jìn)行了晶體化，但由于激光功率隨時(shí)間變化或非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜厚的基板面內(nèi)變化，所以粒徑及突起的高度在管理基準(zhǔn)以內(nèi)形成沒有限制。因此，本發(fā)明的第三個(gè)目的在于，提供一種在基板的全部表面上用除了粒徑以外還能檢測(cè)全部突起的高度的測(cè)量方法，評(píng)價(jià)所制造的半導(dǎo)體薄膜的特性的評(píng)價(jià)方法及其評(píng)價(jià)裝置。
還有，本發(fā)明的第四個(gè)目的在于，提供一種用本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜形成的薄膜晶體管。而且，本發(fā)明的第五個(gè)目的在于，提供一種備有利用該薄膜晶體管構(gòu)成的電路的圖像顯示裝置。
本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜的制造方法是一種通過激光的照射進(jìn)行熔化和凝固，用所謂激光退火方法，在將非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜變成多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜時(shí)，為了降低多晶化了的硅半導(dǎo)體薄膜的表面粗糙度，通過多級(jí)能量密度照射進(jìn)行退火的方法。在該退火方法中，在照射光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置控制激光透射率的面內(nèi)分布的透射率分布濾光器，將激光整形成其長(zhǎng)軸方向沿著與掃描方向正交的方向的線光束。而且，主要特征在于通過控制作為整形成了線光束的激光的掃描方向的該線光束的短軸方向的光強(qiáng)度分布，在掃描方向上通過一次掃描，進(jìn)行多種能量密度的照射。
參照后面所述的實(shí)施例的說明中也使用的各圖，說明本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜的改性方法、以及改性后的半導(dǎo)體薄膜的評(píng)價(jià)方法的特征。另外，在此先說明，這里的說明和后面所述的實(shí)施例的說明有重復(fù)的地方。
圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜的制造方法用的激光退火光學(xué)系統(tǒng)。圖1所示的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)由短軸均化器5和長(zhǎng)軸均化器4形成強(qiáng)度均勻的線光束分布。短軸均化器5由相對(duì)的一組柱面透鏡陣列5A和5B構(gòu)成。使來自激光光源2的激光透過衰減器3及長(zhǎng)軸均化器4，入射到該短軸均化器5中。衰減器3是為了使從激光光源2發(fā)生的激光光束有規(guī)定的能量而進(jìn)行調(diào)節(jié)用的。
利用設(shè)置在短軸均化器5后面的透鏡10，使透過了短軸均化器5內(nèi)的柱面透鏡陣列5A和5B的各透鏡元件的激光9重合在一次成像面上。所謂重合在該一次成像面上，是短軸均化器5的前一級(jí)的柱面透鏡陣列5A的各透鏡元件內(nèi)部的光強(qiáng)度分布。柱面透鏡陣列5的各透鏡元件越小、個(gè)數(shù)越多，一次成像面上的光強(qiáng)度分布越均勻。
將形成了透射率的面內(nèi)分布的濾光器(透射率分布濾光器)6設(shè)置在該一次成像面的位置上。該透射率分布濾光器6是用透明石英制成的，如圖2所示，通過對(duì)表面進(jìn)行反射率涂敷，成為用±0.5％左右的精度控制透射率的面內(nèi)分布的濾光器。另外，透射率分布濾光器6的詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在實(shí)施例中說明。根據(jù)該濾光器的透射率分布，用±0.5％左右的精度控制一次成像面的光強(qiáng)度分布，具有該光強(qiáng)度分布的激光利用反射鏡7和透鏡8，在形成了半導(dǎo)體薄膜的基板1的表面上進(jìn)行縮小投影。將以上的短軸分布控制法稱為一次成像面控制方法。
其次，參照?qǐng)D5及圖6說明控制短軸方向的強(qiáng)度分布的另一種方法?？刂贫梯S方向的強(qiáng)度分布的另一種方法，是在短軸均化器5的前一級(jí)，用透射率分布濾光器16控制構(gòu)成該短軸均化器5的柱面透鏡陣列5A的各透鏡元件內(nèi)部的光強(qiáng)度分布，來控制合成的分布的形狀的方法。如圖5所示，透射率分布濾光器16設(shè)置在短軸均化器5的前面。如圖6所示，設(shè)置該情況下的透射率分布濾光器16，使其透射率分布對(duì)應(yīng)于柱面透鏡陣列5A，呈條紋狀形成反射率控制涂敷膜，以便控制各透鏡元件的短軸方向的光強(qiáng)度分布。最終，基板1的表面上的光強(qiáng)度分布形狀呈各透鏡元件內(nèi)的強(qiáng)度分布重合的分布。圖6表示3個(gè)透鏡元件大小的條紋。將該方法稱為均化器元件內(nèi)分布控制方法。另外，透射率分布濾光器16的詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在實(shí)施例中說明。
上述的兩種短軸分布控制方法，雖然是將激光整形為線光束形狀的激光退火裝置中的光學(xué)系統(tǒng)及晶體化方法的改良，但也能適用于不是線光束的激光退火方法。以下說明本發(fā)明對(duì)專利文獻(xiàn)1中公開的SLS法的適用方法。
如圖13所示，一般的SLS晶體化裝置由光源2、衰減器3、均化器25、透鏡29、掩模26、成像透鏡27、以及放置形成了非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的基板1的移動(dòng)臺(tái)30構(gòu)成。在衰減器3和均化器25之間、以及在成像透鏡27和移動(dòng)臺(tái)30之間，分別配置以規(guī)定的角度反射入射的激光，改變激光的方向用的反射鏡23、24、28。均化器25是進(jìn)行激光光束整形和使整形后的激光光束內(nèi)光強(qiáng)度均勻用的光學(xué)系統(tǒng)，通過與透鏡29的組合，在掩模26的位置形成均勻的光束內(nèi)強(qiáng)度分布。
該掩模26的位置對(duì)應(yīng)于圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)的一次成像面。是一種利用該掩模26，在基板1的表面上形成光強(qiáng)度的明暗圖形，通過在面內(nèi)方向形成溫度梯度，促進(jìn)橫向(與掃描方向正交的方向、寬度方向)的晶體生長(zhǎng)，形成粒徑大的晶體的方法。如用下面的圖14要說明的那樣，本發(fā)明的透射率面內(nèi)分布控制濾光器即透射率分布濾光器31設(shè)置在掩模26附近，控制透過該掩模內(nèi)的各圖形的光強(qiáng)度。
圖14中示出了圖13中的掩模圖形和濾光器透射率圖形的組合的一例。掩模的開口部即狹縫26A的長(zhǎng)軸沿著基板1的掃描方向。掩模的結(jié)構(gòu)如下。區(qū)域A和區(qū)域B使狹縫26A的間隔的排列周期的相位相對(duì)于掃描方向錯(cuò)開1/2周期，同樣區(qū)域C和區(qū)域D也互相使相位相對(duì)于掃描方向錯(cuò)開1/2周期，而且使區(qū)域A和區(qū)域C的周期相位的偏移與互相錯(cuò)開1/2周期不同，例如設(shè)定為1/4周期。這樣設(shè)定的理由，是為了將非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜改性成多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜時(shí)使通過區(qū)域A和區(qū)域B的圖形的照射形成的突起的位置與通過區(qū)域C和區(qū)域D的圖形的照射形成的突起的位置相對(duì)地錯(cuò)開。
對(duì)應(yīng)于上述掩模26的透射率分布濾光器31有形成了反射防止膜的區(qū)域32和形成了反射膜的區(qū)域33，這兩個(gè)區(qū)域的透射率的差達(dá)10％以上。將該透射率分布濾光器31設(shè)置在掩模26附近。設(shè)置位置既可以設(shè)置在掩模26的設(shè)置位置的上游側(cè)，也可以設(shè)置在下游側(cè)。相對(duì)于脈沖激光的反復(fù)振蕩頻率，調(diào)整掃描間距，掩模圖形的各區(qū)域只照射一次發(fā)射。參照?qǐng)D15說明一次掃描中的照射過程。如果區(qū)域A的圖形一次發(fā)射照射在圖15(a)所示的基板上形成的非晶態(tài)硅膜1A上，則會(huì)留下未被照射的區(qū)域。該未被照射的區(qū)域?qū)?yīng)于區(qū)域A的被掩蔽的部分，是未晶體化的部分。
如圖15(b)所示，在作為晶體化了的區(qū)域的區(qū)域A中，兩個(gè)沿橫向生長(zhǎng)的晶粒36和37呈將形成了突起35的晶界夾在中間而存在的形狀。下一次發(fā)射時(shí)用相同的能量密度對(duì)區(qū)域B的圖形照射一次發(fā)射(圖15(c))。由于該發(fā)射，前一次發(fā)射時(shí)未晶體化的區(qū)域?qū)蓚?cè)的晶體作為晶種，晶體向中心生長(zhǎng)。其結(jié)果，形成突起之間的距離成為平均晶界尺寸的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜。此后，用低10％以上的能量的激光照射圖15(d)所示的區(qū)域C的圖形、圖15(e)所示的區(qū)域D的圖形。
在此情況下，用低10％以上的能量密度照射，使得形成突起的位置不同。用該能量密度的激光，不可能熔化厚度方向的全部硅半導(dǎo)體薄膜，只能熔化硅半導(dǎo)體薄膜的表層，所以不能形成晶界，在硅半導(dǎo)體薄膜的表層上只能形成突起。其結(jié)果，如圖15(d)所示，在不是晶界位置的地方能形成低的突起40。由于原來高的突起形成低的突起，所以半導(dǎo)體薄膜移動(dòng)，區(qū)域B照射后形成的突起39的高度降低。如上所述，本發(fā)明的特征在于，為了降低突起，通過一次掃描實(shí)施采用多級(jí)能量密度的SLS法。
另外，有利用與上述SLS法不同的方法促進(jìn)橫向的晶體生長(zhǎng)的方法。該技術(shù)如日本專利申請(qǐng)?zhí)卦?002-284735中所述，與在SLS方法中利用呈周期性的狹縫圖形的掩模不同，如圖8所示，利用該相位移動(dòng)掩模進(jìn)行晶體化的方法，是將呈相位移動(dòng)條紋圖形的掩模(相位移動(dòng)條紋掩模)41設(shè)置在在基板上形成的非晶態(tài)硅膜1A的附近，通過在該硅膜表面上調(diào)制激光的照射強(qiáng)度，在基板的全部表面上一邊掃描一邊形成橫向生長(zhǎng)的晶體的技術(shù)。該技術(shù)無須象SLS法那樣在掩模和試樣之間使用透鏡，具有能適用于數(shù)條100mm長(zhǎng)的線光束的優(yōu)點(diǎn)。下面說明將本發(fā)明的透射率面內(nèi)分布濾光器應(yīng)用于該相位移動(dòng)條紋法中，降低突起的方法。
圖8表示使脈沖激光透過設(shè)置在基板1上的相位移動(dòng)條紋掩模41，照射在基板上形成的非晶態(tài)硅膜1A上時(shí)的光強(qiáng)度分布和硅晶粒的晶體生長(zhǎng)方向的關(guān)系。相位移動(dòng)條紋掩模41的條紋圖形的周期約為3μm。一次發(fā)射照射區(qū)域全部表面形成沿橫向生長(zhǎng)的晶粒。晶體的生長(zhǎng)方向與SLS法相同，從激光強(qiáng)度低的方向向高的方向生長(zhǎng)。因此，對(duì)應(yīng)于激光強(qiáng)度的峰值位置形成突起42。
圖7是將透射率分布濾光器應(yīng)用于相位移動(dòng)條紋法時(shí)的晶體化裝置的光學(xué)系統(tǒng)，能利用使用線光束的通常的受激準(zhǔn)分子激光退火裝置。另外，設(shè)置本發(fā)明的透射率分布濾光器6的位置也與圖1或圖5相同。圖7表示使濾光器6的設(shè)置位置與圖1相同時(shí)的裝置結(jié)構(gòu)。相位移動(dòng)條紋掩模41設(shè)置在基板1上。圖9是從基板1上看到的照射區(qū)域的圖，表示基板1的掃描方向、相位移動(dòng)條紋掩模41的圖形方向、以及線光束50的關(guān)系。相位移動(dòng)條紋掩模41的條紋圖形相對(duì)于基板1的掃描方向成一定的角度。這是因?yàn)樵诿}沖激光的反復(fù)振蕩間隔之間，相位移動(dòng)條紋和基板1的相對(duì)的移動(dòng)量在掃描方向的條紋圖形的一周期以內(nèi)，而且每一次發(fā)射都錯(cuò)開進(jìn)行。因此，每一次發(fā)射形成突起的排列位置錯(cuò)開。
利用透射率分布濾光器6，線光束50的短軸方向的強(qiáng)度分布設(shè)定成使圖10所示的區(qū)域N的能量密度比區(qū)域M低10％以上。參照?qǐng)D10說明這樣設(shè)定的情況下的晶體化的進(jìn)行情況。對(duì)圖10(a)所示的基板上形成的非晶態(tài)硅膜1A進(jìn)行區(qū)域M的一次發(fā)射照射，照射區(qū)域內(nèi)一并形成沿橫向生長(zhǎng)的晶粒。這時(shí)的平均晶粒約為突起間隔的1/2。通過反復(fù)進(jìn)行該區(qū)域M的發(fā)射，總體沿多晶膜厚度方向反復(fù)呈現(xiàn)熔化現(xiàn)象，生長(zhǎng)方向的平均粒徑與突起間隔相等(圖10(b))。但，突起的形成位置為用最后的發(fā)射形成的突起35最高，該位置主要成為晶界。在此以前通過發(fā)射形成的突起40低，多半情況下仍保留下來(圖10(c))。區(qū)域N的發(fā)射由于比將總體厚度熔化的能量低，所以不能形成晶界，但只能形成低的突起。形成該低突起時(shí)，區(qū)域M的用最后的發(fā)射形成的高突起35，由于用來進(jìn)行區(qū)域N照射引起的突起形成的表層的硅的流動(dòng)而降低(圖10(d))。
其次，即使采用上述的降低突起的方法進(jìn)行晶體化，也存在激光功率隨時(shí)間變化、以及晶體化前非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的厚度的面內(nèi)變化。因此，晶體化后進(jìn)行檢查(表面粗糙度評(píng)價(jià))，檢測(cè)到了存在高突起的區(qū)域時(shí)，通過再次使該區(qū)域晶體化，能在基板全部表面上使突起的高度在管理基準(zhǔn)以下。
在此，如先前在背景技術(shù)中所述的那樣，說明不受多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的厚度的干涉的影響的表面粗糙度的評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明的表面粗糙度評(píng)價(jià)方法是通過測(cè)定多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的透射率和反射率，根據(jù)“1-(反射率+透射率)”，求“全散射斷面積+吸收斷面積”，由此評(píng)價(jià)表面粗糙度的方法。在該方法中，干涉的影響被反射率和透射率的和的值抵消。即，由于反射率因干涉的影響而增大的部分成為透射率減少的部分，所以反射率和透射率的和不受干涉的影響。在將本測(cè)量方法應(yīng)用于非晶態(tài)硅半導(dǎo)體膜的情況下，表面粗糙度小，所以能忽視散射斷面積，能根據(jù)吸收斷面積，不受干涉的影響地評(píng)價(jià)非晶態(tài)硅半導(dǎo)體膜的厚度。
在多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜、單晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜、以及能忽視多重散射引起的多重吸收的效果的薄膜中能同樣地考慮吸收斷面積，在多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜中成為依賴于平均厚度和波長(zhǎng)的量。厚度分布的變化在1米見方的大型基板中約為±5％，能看成是恒定的。全散射斷面積有依賴于粒徑的部分和依賴于表面粗糙度的部分。通過將它與粒徑評(píng)價(jià)方法組合，能測(cè)量表面粗糙度。即，在本發(fā)明中，通過在全部基板上測(cè)定按照粒徑評(píng)價(jià)方法進(jìn)行的粒徑和“全散射斷面積+吸收斷面積”這兩種量，作為評(píng)價(jià)表面粗糙度的方法。
以下說明評(píng)價(jià)突起的高度的上述以外的方法。該方法適合于評(píng)價(jià)用上述的SLS法或相位移動(dòng)條紋掩模法形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的突起的排列周期及其高度的方法。在該方法中，利用來自光繞射圖形的突起的繞射點(diǎn)的強(qiáng)度，評(píng)價(jià)突起的高度。即，這是一種繞射點(diǎn)的強(qiáng)度越強(qiáng)，評(píng)價(jià)為突起的高度越高的方法。
另外，在本發(fā)明中，使用利用上述的改性方法制造的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜，獲得遷移率高的薄膜晶體管，用該薄膜晶體管構(gòu)成高速且高精細(xì)的圖像顯示裝置。
如果采用本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜的改性方法，則能用一次掃描實(shí)現(xiàn)多種能量密度的激光照射。另外，通過多次掃描進(jìn)行的多種能量密度的激光照射具有降低突起的效果，減少了由于掃描之間的脈沖間隔的不同而在基板面內(nèi)發(fā)生班駁的現(xiàn)象，沒有表面粗糙度達(dá)到PV值為70nm以上的區(qū)域。另外，即使由于任何故障致使表面粗糙度達(dá)到了70nm以上，也會(huì)通過全部表面的檢查，檢測(cè)出70nm以上的區(qū)域，通過對(duì)該區(qū)域進(jìn)行再次晶體化，降低該突起的高度，最終能將突起降低到70nm以下。由于是使用突起為70nm的多晶態(tài)硅膜的TFT，所以作為不發(fā)生絕緣破壞不良用的柵絕緣膜的厚度，在一般使用的四乙氧基硅酸鹽(TEOS)膜的情況下，能在110nm以下。
另外，本發(fā)明的薄膜晶體管能獲得高的遷移率，如果采用使用該薄膜晶體管的圖像顯示裝置，則能使驅(qū)動(dòng)電路和像素電路的薄膜晶體管高速化且高精細(xì)化，提高顯示品質(zhì)。


圖1是說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體制造方法的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)之一例的模式圖。
圖2是說明圖1中的透射率分布濾光器的表面結(jié)構(gòu)例的模式圖。
圖3是通過設(shè)置圖1中的透射率分布濾光器獲得的短軸方向的光強(qiáng)度分布的說明圖。
圖4是不使用透射率分布濾光器，通過數(shù)次掃描改變激光的照射能量密度時(shí)的硅半導(dǎo)體晶體的暗視場(chǎng)光學(xué)顯微鏡照片。
圖5是說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體制造方法的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)的另一例的模式圖。
圖6是說明圖5中的透射率分布濾光器的表面結(jié)構(gòu)例的模式圖。
圖7是說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體制造方法的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)的又一例的模式圖。
圖8是用相位移動(dòng)條紋掩模進(jìn)行硅半導(dǎo)體薄膜的晶體化的方法的說明圖。
圖9是透射率分布濾光器、相位移動(dòng)條紋掩模的圖形、以及基板掃描方向的說明圖。
圖10是使用透射率分布濾光器和相位移動(dòng)條紋掩模時(shí)的硅半導(dǎo)體薄膜的晶體化的說明圖。
圖11是將透射率分布濾光器應(yīng)用于和未應(yīng)用于相位移動(dòng)條紋掩模法時(shí)用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察到的硅半導(dǎo)體的晶體的照片。
圖12是將透射率分布濾光器應(yīng)用于相位移動(dòng)條紋掩模法時(shí)突起的高度和透射率分布濾光器中的透射率差的關(guān)系的說明圖。
圖13是說明將透射率分布控制濾光器應(yīng)用于SLS法中的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)的模式圖。
圖14是采用SLS法的激光退火裝置中使用的透射率分布控制濾光器的一例的說明圖。
圖15是將透射率分布濾光器用于SLS法中獲得的硅半導(dǎo)體薄膜的晶體化的說明圖。
圖16是實(shí)現(xiàn)將表面粗糙度評(píng)價(jià)功能追加到粒徑評(píng)價(jià)裝置中的本發(fā)明的粒徑評(píng)價(jià)方法的粒徑評(píng)價(jià)裝置的光學(xué)系統(tǒng)的模式圖。
圖17是用圖16所示的粒徑評(píng)價(jià)裝置測(cè)定的表面粗糙量和用原子間力顯微鏡評(píng)價(jià)的表面粗糙度之間的相關(guān)關(guān)系的說明圖。
圖18是用圖16所示的粒徑評(píng)價(jià)裝置能評(píng)價(jià)的關(guān)于粒徑的量和關(guān)于表面粗糙度的量的二維分布的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的測(cè)定結(jié)構(gòu)之一例的說明圖。
圖19是說明本發(fā)明的實(shí)施例3的不使用透射率分布濾光器而利用3μm間距的相位移動(dòng)條紋圖形形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的光繞射圖形的照片。
圖20是本發(fā)明的實(shí)施例3和實(shí)施例4中形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的繞射圖形上的繞射點(diǎn)的位置和突起的間隔之間的關(guān)系的說明圖。
圖21是說明作為包括使用按照本發(fā)明的制造方法形成的多晶態(tài)硅薄膜的薄膜晶體管的顯示裝置的有源矩陣型液晶顯示裝置的主要部分結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
圖22是激光照射能量密度隨時(shí)間變化的說明圖。
圖23是通過多個(gè)掃描實(shí)施圖22所示的時(shí)間變化時(shí)引起的副作用的說明圖。
圖24是表示在相位移動(dòng)條紋掩模法中，使受激準(zhǔn)分子激光強(qiáng)度變化形成的多晶態(tài)硅膜的光繞射圖形和表面電阻的關(guān)系曲線圖。
圖25是表示在相位移動(dòng)條紋掩模法中形成的多晶態(tài)硅膜表面的突起的排列位置變化的周期和退火掃描間距的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明通過利用有透射率面內(nèi)分布的濾光器，能使掃描方向的激光的光束剖面的光強(qiáng)度分布為多級(jí)分布，由此通過使照射能量密度進(jìn)行多級(jí)照射，能通過一次激光退火的掃描實(shí)施降低突起的方法。下面，展示關(guān)于該制造方法的實(shí)施例和評(píng)價(jià)突起的實(shí)施例。
圖1說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體改性方法的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)之一例的模式圖。本實(shí)施例是將本發(fā)明的透射率分布控制濾光器應(yīng)用于通常用的受激準(zhǔn)分子激光退火裝置的實(shí)施例。在圖1中，激光器2是ラムダフイジツクス公司制的STEEL1000型XeCl受激準(zhǔn)分子激光器。輸出的激光的波長(zhǎng)為308nm，脈沖時(shí)間寬度約為27納秒(nS)，重復(fù)頻率為300赫茲(Hz)，脈沖能量為1J/脈沖。該激光退火裝置由日本制鋼所制作，呈這樣的結(jié)構(gòu)利用由Microlas公司制的長(zhǎng)軸均化器光學(xué)系統(tǒng)4和短軸均化器光學(xué)系統(tǒng)5、柱面透鏡10、柱面透鏡8、以及反射鏡7，將激光整形成長(zhǎng)軸為365mm、短軸為400μm的線光束，照射在基板1上。為了控制照射在基板1上的激光的強(qiáng)度分布，將透射率分布濾光器6設(shè)置在一次成像面上。如以下用圖2說明的那樣，該透射率分布濾光器6構(gòu)成為，對(duì)石英板實(shí)施控制了反射率的表面涂敷，控制透射率分布。
圖2是說明圖1中的透射率分布濾光器6的表面結(jié)構(gòu)例的模式圖。透射率分布濾光器6的區(qū)域11是其透射率比區(qū)域12較高的區(qū)域。具體地說，對(duì)區(qū)域11的表面實(shí)施了反射率為1％的涂層，對(duì)區(qū)域12的表面實(shí)施了反射率為11％的涂層。而且，對(duì)全部背面實(shí)施了反射率為1％的涂層，結(jié)果區(qū)域11的透射率為98％，區(qū)域12的透射率為88％以下。
圖3是通過設(shè)置圖1所示的透射率分布濾光器6獲得的短軸方向的光強(qiáng)度分布的說明圖。雖然用可變衰減器3調(diào)節(jié)圖3所示的分布區(qū)域X1的最大的照射能量強(qiáng)度，但其下限設(shè)定在基板1上形成的非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜成為高能量照射密度側(cè)的微晶的閾值以上，調(diào)節(jié)的上限調(diào)節(jié)成，分布的后半個(gè)區(qū)域X3的能量密度至少為表層熔化的能量密度與透射率分布濾光器相比，ΔE的值為0.1Emax以上。在此情況下，區(qū)域X1中生成的高能量側(cè)的微晶用區(qū)域X2的能量密度照射而融合，成為大粒徑，在區(qū)域X3中由于只是表層熔化，所以能降低突起。
用圖2中的區(qū)域11和區(qū)域12的透射率的差為13％的濾光器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果，平均粒徑為0.5μm以上的照射能量密度的容限，在固定為區(qū)域X1和區(qū)域X3的寬度相等的條件的情況下為12％。在衰減器的透射率超過上述容限的80％至99％的范圍內(nèi)，突起的高度都在70nm以下。
圖4是不使用透射率分布濾光器，通過數(shù)次掃描改變激光的照射能量密度時(shí)的硅半導(dǎo)體晶體的暗視場(chǎng)光學(xué)顯微鏡照片。這里，改變衰減器的透射率，進(jìn)行兩次掃描，進(jìn)行了晶體化。第一次晶體化的掃描間隔為24μm，第二次晶體化的掃描間隔為14μm。圖4(a)是第一次的衰減器透射率為94％，第二次的透射率比第一次低6％進(jìn)行照射的圖。在該條件下，第二次的照射能量密度也超過高能量密度側(cè)的微晶的閾值，變成微晶區(qū)域，以14μm的間距能觀察到微晶筋。分布的邊緣部由于能量密度低，所以微晶局部地融合，在圖4所示的照片中能觀察到發(fā)白的區(qū)域。
圖4(b)是第一次的衰減器透射率為88％，第二次的透射率比第一次低6％進(jìn)行照射的圖。照片中所看到的發(fā)黑的區(qū)域是通過第一次照射，發(fā)生高能量密度側(cè)的微晶，通過第二次的低能量密度的照射，使變成相當(dāng)于第一次的間距的24μm的周期的區(qū)域進(jìn)行微晶融合，變成粒徑大的區(qū)域。
這樣，在不使用透射率分布濾光器，通過多級(jí)掃描、而且用多級(jí)能量密度照射激光的情況下，隨著能量密度的不同，在硅半導(dǎo)體薄膜的試樣中呈現(xiàn)形狀不同的掃描間距。與此不同，在使用透射率分布濾光器的情況下，試樣上呈現(xiàn)的掃描間距只有一種。在本實(shí)施例中，用掃描速度規(guī)定掃描間距，等于激光器2的反復(fù)振蕩的1/300秒的時(shí)間間隔的移動(dòng)量。
其次，用圖5和圖6說明實(shí)施例2。圖5是說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體制造方法的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)的另一例的模式圖。圖6是說明圖5中的透射率分布濾光器6的表面結(jié)構(gòu)例的模式圖。該實(shí)施例基本上與用圖1說明的實(shí)施例1的用激光器2和激光退火裝置構(gòu)成的結(jié)構(gòu)相同。本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)是，透射率分布濾光器16的設(shè)置位置在短軸均化器5之前、以及如圖6所示透射率分布濾光器16的透射率分布呈條紋狀，以便控制短軸均化器5內(nèi)的柱面透鏡陣列元件的內(nèi)部強(qiáng)度分布。另外，短軸均化器5的柱面透鏡陣列5A的透鏡元件個(gè)數(shù)為5個(gè)，且其中用虛線13包圍著示出入射了寬度為3條激光光束的情況。與圖1中的實(shí)施例相同，實(shí)際上用9個(gè)構(gòu)成，用虛線13包圍的區(qū)域即激光透射區(qū)域設(shè)定為9個(gè)以內(nèi)的區(qū)域。
在圖6中，被虛線13包圍的各區(qū)域(圖6中為3個(gè)區(qū)域)是光透過各透鏡元件的內(nèi)部的區(qū)域，用透射率不同的區(qū)域14和區(qū)域15所示的兩種條紋區(qū)域控制該各個(gè)區(qū)域內(nèi)部的強(qiáng)度分布。試樣基板的表面上的照射光強(qiáng)度分布成為短軸均化器5的透鏡陣列5A的內(nèi)部強(qiáng)度分布的合成，所以該透射率分布濾光器16用區(qū)域14和區(qū)域15的透射率的差，控制強(qiáng)度分布的臺(tái)階。
以下說明將透射率分布濾光器應(yīng)用于采用相位移動(dòng)條紋掩模的晶體化方法中的實(shí)施例。圖7是說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體制造方法的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)的又一例的模式圖，示出了采用相位移動(dòng)條紋法的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)。本實(shí)施例是利用采用上述的實(shí)施例1及實(shí)施例2的線光束的通常的受激準(zhǔn)分子激光退火裝置的實(shí)施例。設(shè)置透射率分布濾光器6的位置可以是與圖1或圖5相同的位置。圖7中使透射率分布濾光器的設(shè)置位置與圖1的情況相同。在本實(shí)施例中，將相位移動(dòng)條紋掩模41設(shè)置在基板1附近。該掩模的設(shè)置位置也可以是一次成像面。
圖8是用相位移動(dòng)條紋掩模進(jìn)行硅半導(dǎo)體薄膜的晶體化的方法的說明圖。如圖8所示，相位移動(dòng)條紋掩模41是對(duì)波長(zhǎng)308nm來說使相位大致移動(dòng)180度的圖形以3μm的間距在石英基板上形成了凹凸條紋圖形的掩模，沿著與整形為線光束的激光的長(zhǎng)軸方向大致垂直的方向設(shè)置條紋圖形。而且，從基板上形成的非晶態(tài)硅膜1A的表面離開0.9mm設(shè)置。其他結(jié)構(gòu)與圖1相同。透過相位移動(dòng)掩模后的強(qiáng)度分布，由于脈沖受激準(zhǔn)分子激光器隨著均化器光學(xué)系統(tǒng)的不同，各種相位的光混合在一起，所以透過相差180度的相位移動(dòng)掩模后強(qiáng)度分布的谷的強(qiáng)度不為零。因此，如果使其最低強(qiáng)度在晶體化的閾值以上，通過一次發(fā)射不會(huì)殘留非晶態(tài)硅。
圖8表示脈沖激光透過設(shè)置在基板上形成的非晶態(tài)硅膜1A上的相位移動(dòng)條紋掩模41，照射在基板上的非晶態(tài)硅薄膜1A上時(shí)光強(qiáng)度分布和試樣的晶體生長(zhǎng)的關(guān)系。相位移動(dòng)條紋掩模41的條紋圖形的周期約為3μm。如圖所示，在本實(shí)施例中，通過一次發(fā)射，透鏡光的照射區(qū)域全部表面沿橫向形成生長(zhǎng)了的晶粒。晶體的生長(zhǎng)方向與SLS法相同，從激光強(qiáng)度低的一側(cè)向高的一側(cè)生長(zhǎng)，在激光強(qiáng)度的峰值位置形成突起42。
圖9是透射率分布濾光器、相位移動(dòng)條紋掩模的圖形、以及基板掃描方向的說明圖，是從基板1上看到的激光照射區(qū)域的圖。相位移動(dòng)條紋圖形和基板掃描方向構(gòu)成的角度設(shè)定為1度，掃描速度為7.2mm/秒。這時(shí)脈沖之間的移動(dòng)間距約為24μm。另外脈沖之間的相位移動(dòng)條紋圖形和基板1的相對(duì)的移動(dòng)量在掃描方向的條紋圖形的一周期以內(nèi)約為0.5μm。每一次發(fā)射形成突起的排列位置都偏移該量大小。圖25中示出了突起的排列位置變化的周期和掃描間距的關(guān)系。隨著掃描，一次發(fā)射時(shí)晶體化的區(qū)域每一掃描間距都發(fā)生偏移。這時(shí)突起的排列也偏移。因此，突起的排列位置變化的周期等于掃描間距。晶體生長(zhǎng)的方向?yàn)檠谀D形的間距方向，與掃描方向大致呈垂直的方向。
如圖9所示，這樣設(shè)置透射率分布濾光器平行于用虛線表示的線光束、而且成為透射率的M區(qū)和N區(qū)的邊界設(shè)置在線光束內(nèi)。該透射率分布濾光器用石英制成，在M區(qū)的表面上進(jìn)行了反射率為1％的涂敷，在N區(qū)的表面上進(jìn)行了反射率為11％的涂敷，在全部背面上進(jìn)行了反射率為1％的涂敷。因此，M區(qū)和N區(qū)的能量密度差為10％以上。
圖10是使用透射率分布濾光器和相位移動(dòng)條紋掩模時(shí)的硅半導(dǎo)體薄膜的晶體化的說明圖。在上述的結(jié)構(gòu)中，通過對(duì)在圖10(a)所示的基板上形成的非晶態(tài)硅膜1A進(jìn)行M區(qū)的一次發(fā)射照射，在照射區(qū)域內(nèi)一并形成沿橫向生長(zhǎng)的晶粒。這時(shí)的平均晶粒的大小約為突起間隔的1/2(圖10(b))。伴隨基板的掃描，對(duì)M區(qū)進(jìn)行通過過程中的多次發(fā)射，沿多晶膜厚度方向反復(fù)呈現(xiàn)總體的熔化現(xiàn)象，所以生長(zhǎng)方向的平均粒徑與突起間隔相等(圖10(c))。但是，突起的形成位置在由最后發(fā)射形成的突起35最高，該位置主要成為晶界。在此以前的發(fā)射形成的突起40多半情況下殘留得低。由于N區(qū)的照射比使全部厚度的膜熔化的能量低，所以不能形成晶界，只能形成低的突起。
該低的突起形成中，M區(qū)的由最后的發(fā)射形成的高的突起35由于N區(qū)照射引起的突起形成用的表層硅的流動(dòng)而變低(圖10(d))。圖10(d)模式地示出了衰減器3的透射率為90％、進(jìn)行了晶體化的基板上的硅半導(dǎo)體薄膜。成為在晶界上存在的突起和晶粒內(nèi)存在的突起的晶體。而且由于突起的排列位置變化的周期由一次掃描間距決定，所以在約24μm的周期中獲得了只能形成一種的多晶態(tài)硅膜。
圖11是將透射率分布濾光器應(yīng)用于和未應(yīng)用于相位移動(dòng)條紋掩模法時(shí)用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察到的硅半導(dǎo)體的晶體的照片。圖11(a)是用透射率分布濾光器進(jìn)行了晶體化的晶體的SEM照片，圖11(b)是不用透射率分布濾光器進(jìn)行了晶體化的晶體的SEM照片。在圖11所示的照片中觀察到發(fā)白的地方是對(duì)應(yīng)于表面上形成了突起的部分。圖11(a)(b)中的標(biāo)號(hào)L表示平均粒徑，另外圖11(b)中的Po主要表示排列著晶體晶界上的突起的地方，Pi主要表示排列著晶粒內(nèi)的突起的地方。
在不使用圖11(b)所示的透射率分布濾光器的情況下，雖然斷定在晶體晶界的位置及晶粒內(nèi)能形成可觀察到發(fā)白的高的突起，但在使用透射率分布濾光器的圖11(a)中情況中，由于突起低，所以不能清楚地觀察SEM照片中能觀察到發(fā)白的高的突起。該情況下的突起的PV值為70nm以下。
圖12是將透射率分布濾光器應(yīng)用于相位移動(dòng)條紋掩模法時(shí)，突起的高度和透射率分布濾光器的透射率差的關(guān)系的說明圖。圖12是在10μm見方的區(qū)域中用原子間力顯微鏡對(duì)圖9中的透射率分布濾光器的M區(qū)和N區(qū)的透射率的差進(jìn)行了評(píng)價(jià)，將評(píng)價(jià)結(jié)果作成了曲線的圖。根據(jù)圖12所示的結(jié)果，判明了透射率的差在10％以上具有降低突起的效果，如果在15％以上，則PV值變?yōu)?0nm以下。
關(guān)于晶粒的尺寸，由于相位移動(dòng)條紋圖形的間距為3μm，晶體生長(zhǎng)到該間距的一半的尺寸，生長(zhǎng)方向上的晶粒約為1.5μm。與晶體的生長(zhǎng)方向垂直的方向上的晶界尺寸為0.5μm以下。通過正交的兩個(gè)方向上的退火掃描，能使平均粒徑在兩個(gè)方向上都為1.5μm。
其次，說明將透射率分布控制濾光器應(yīng)用于SLS法的實(shí)施例。圖13是說明將透射率分布控制濾光器應(yīng)用于SLS法的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)的模式圖。另外，圖14是SLS法的激光退火裝置中使用的透射率分布控制濾光器的一例的說明圖。如圖13所示，SLS法的激光退火裝置(SLS晶體化裝置)的光源2利用與實(shí)施例1同樣結(jié)構(gòu)的光源。即，在激光光源2的后級(jí)依次排列著衰減器3、均化器25、透鏡29、掩模26、成像透鏡27、以及放置形成了非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的基板1的移動(dòng)臺(tái)30。而且，本發(fā)明的透射率分布控制濾光器31被插入透鏡29和掩模26之間。在衰減器3和均化器25之間及成像透鏡27和移動(dòng)臺(tái)30之間，分別排列著以規(guī)定的角度反射輸入的光，改變光的方向用的反射鏡23、24、28。
均化器25是對(duì)光束進(jìn)行整形和使光束內(nèi)的光強(qiáng)度均勻用的光學(xué)系統(tǒng)，通過與透鏡29組合，在掩模26的位置形成均勻的光束內(nèi)強(qiáng)度分布。圖14中的掩模26是用鋁制成的，作為掩模開口的狹縫26A的寬度為15μm，A區(qū)和B區(qū)相對(duì)于基板的掃描方向使狹縫26A的間隔的排列周期的相位互相偏移15μm。同樣C區(qū)和D區(qū)也互相偏移15μm，而且A區(qū)和C區(qū)的周期相位的偏移互相設(shè)定得與15μm不同。
利用透鏡27把掩模圖形縮小1/5，投影到試樣面上。由此在基板上形成周期為6μm、寬度為3μm的明暗的強(qiáng)度分布。掩模26的尺寸為50mm×50mm。掩模26上的A、B、C、D各區(qū)的寬度分別為10毫米。
圖14所示的透射率分布濾光器31與掩模26的尺寸相同，在石英基板的表面上形成形成了反射率為1％的涂敷膜的區(qū)域32、以及形成了反射率為16％的涂敷膜的區(qū)域33，在背面上全部形成反射率為1％的涂敷膜。由此在掩模附近靠近上游側(cè)設(shè)置了區(qū)域32和區(qū)域33的透射率的差為15％的濾光器。為了只進(jìn)行一次發(fā)射照射，這樣設(shè)定掩模圖形的各區(qū)域脈沖間隔為1/300秒間的掃描移動(dòng)量與圖形的各區(qū)域在試樣面上的間隔一致。
圖15是將透射率分布濾光器用于SLS法中獲得的硅半導(dǎo)體薄膜的晶體化的說明圖。在上述的條件下，對(duì)圖15(a)所示的基板表面的非晶態(tài)硅薄膜1A，按照照射區(qū)域A(圖15(b))→照射區(qū)域B(圖15(c))→照射區(qū)域C(圖15(d))→照射區(qū)域D(圖15(e))的程序進(jìn)行激光退火。其結(jié)果，如圖15(e)所示，晶體化了的硅半導(dǎo)體薄膜獲得了有存在于晶界位置上的突起39A、以及存在于晶粒內(nèi)的突起40的晶體。而且，突起的高度都在70nm以下。
這時(shí)晶體生長(zhǎng)方向的尺寸為3μm。另外，這時(shí)與生長(zhǎng)方向正交的方向的晶界的尺寸與實(shí)施例3的情況相同，為0.5μm以下。通過大致正交的兩個(gè)方向的退火掃描，兩個(gè)方向的晶界尺寸為3μm也是可能的。
其次，說明本發(fā)明的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的粗糙度評(píng)價(jià)方法的實(shí)施例。圖16是實(shí)現(xiàn)將表面粗糙度評(píng)價(jià)功能追加到粒徑評(píng)價(jià)裝置中的本發(fā)明的粒徑評(píng)價(jià)方法的、粒徑評(píng)價(jià)裝置的光學(xué)系統(tǒng)的模式圖。該裝置的基本結(jié)構(gòu)與專利文獻(xiàn)11中公開的技術(shù)相同。在圖16中，標(biāo)號(hào)69是框，在該框69中設(shè)置著由以下部分構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)形成了半導(dǎo)體薄膜的基板1的檢查用(評(píng)價(jià)用)的波長(zhǎng)為532nm的連續(xù)振蕩激光光源60；由使激光照射在基板1上用的反射鏡62、透鏡65及開口63構(gòu)成的照射光學(xué)系統(tǒng)；檢測(cè)來自基板1的散射光角度分布的光檢測(cè)器陣列67。為了在其中增加本實(shí)施例的粗糙度評(píng)價(jià)功能，所以增加了測(cè)定反射率和透射率用的結(jié)構(gòu)。
用來測(cè)定增加粗糙度評(píng)價(jià)功能用的反射率和透射率的結(jié)構(gòu)，該激光照射光學(xué)系統(tǒng)中增加了半反射鏡64、監(jiān)視反射光強(qiáng)度用的光檢測(cè)器66、以及監(jiān)視透射光強(qiáng)度用的光檢測(cè)器68這6個(gè)系統(tǒng)部分。另外，還增加了監(jiān)視激光的入射強(qiáng)度用的光檢測(cè)器61。通過該增加，能測(cè)定反射率和透射率。
在本實(shí)施例中，為了在短時(shí)間內(nèi)測(cè)量基板全部表面，采用6個(gè)系統(tǒng)的多光束結(jié)構(gòu)，但每一個(gè)系統(tǒng)的激光照射強(qiáng)度約20mW以上即可，所以如果將功率大的激光器作為檢查用光源，則能進(jìn)一步增多系統(tǒng)個(gè)數(shù)，所以能進(jìn)一步縮短檢查時(shí)間。
圖17是用圖16所示的粒徑評(píng)價(jià)裝置測(cè)定的表面粗糙度和用原子間力顯微鏡評(píng)價(jià)的表面粗糙度之間的相關(guān)關(guān)系的說明圖。圖17是將測(cè)定了上述實(shí)施例3的各種條件的多晶膜的基板的結(jié)果與用原子間力顯微鏡測(cè)量的PV值進(jìn)行比較的曲線圖?？v軸是用原子間力顯微鏡測(cè)量的PV值，橫軸是“1-(T+R)”。這里，T表示透射率，R表示反射率。圖17中的直線α和直線β分別是共同斜率相關(guān)直線，表示PV值分布的上限和下限。這樣就知道了PV值和“1-(T+R)”之間有相關(guān)關(guān)系。
圖18是用圖16所示的粒徑評(píng)價(jià)裝置能評(píng)價(jià)的關(guān)于粒徑的量和關(guān)于表面粗糙度的量的二維分布的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的測(cè)定結(jié)構(gòu)之一例的說明圖。圖18是根據(jù)專利文獻(xiàn)11中公開的內(nèi)容中的散射角度分布寬度，用粒徑和1-(T+R)的二維分布表示的多晶膜的評(píng)價(jià)結(jié)果的例子。如圖17所示，關(guān)于粒徑和表面粗糙度兩者，對(duì)多晶膜設(shè)定管理基準(zhǔn)，實(shí)施激光退火工序的管理。即，平均粒徑的管理基準(zhǔn)為0.5μm，作為平均粗糙度設(shè)定PV值為70nm以下，不管哪一種管理基準(zhǔn)，如果不清除，則再次晶體化，一直反復(fù)到滿足兩個(gè)管理基準(zhǔn)為止。因此，所形成的多晶膜全部滿足兩個(gè)管理基準(zhǔn)。
實(shí)施例5的粗糙度評(píng)價(jià)方法對(duì)實(shí)施例1、2、3、4中晶體化了的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的表面粗糙度都能適用，但關(guān)于實(shí)施例3和實(shí)施例4的橫向生長(zhǎng)的晶體，突起排列是有規(guī)則的，所以說明能評(píng)價(jià)突起排列間隔和突起的高度這兩者的方法。
在該方法中，使用實(shí)施例5所示結(jié)構(gòu)的裝置，將測(cè)量散射光的角度分布的陣列檢測(cè)器作為二維檢測(cè)器。因此，根據(jù)來自突起的繞射光點(diǎn)的角度信息，評(píng)價(jià)突起間隔，用光點(diǎn)的強(qiáng)度評(píng)價(jià)突起的高度。
圖19是說明本發(fā)明的實(shí)施例3的不使用透射率分布濾光器而利用3μm間距的相位移動(dòng)條紋圖形形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的光繞射圖形的照片。圖19(a)是沿一個(gè)方向進(jìn)行退火掃描形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的光繞射圖形，圖19(b)是沿正交的兩個(gè)方向進(jìn)行退火掃描形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的光繞射圖形。
從圖19(a)、(b)能觀察到分別來自突起的繞射光點(diǎn)，可知其排列依賴于退火掃描方向。繞射光點(diǎn)的強(qiáng)度依賴于突起的高度、檢查用激光中包含的突起的個(gè)數(shù)、以及突起的排列秩序。檢查用的激光的直徑是一定的，所以突起的個(gè)數(shù)一定，在使用間距一定的相位移動(dòng)掩模的情況下，由于排列秩序一定，所以繞射光點(diǎn)的光強(qiáng)度變成只依賴于突起的高度的量。
圖24是不使用本發(fā)明的實(shí)施例3的透射率分布濾光器，而利用間距為2μm的相位移動(dòng)條紋圖形，改變照射能量密度，通過一個(gè)方向的退火掃描形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的光繞射圖形和表面電阻的關(guān)系。橫軸上的透射率與照射激光強(qiáng)度成正比。粒徑越大，表面電阻越小，大致成倒數(shù)關(guān)系。如圖11所示，如果晶粒細(xì)長(zhǎng)，晶體沿長(zhǎng)軸方向的表面電阻值與短軸方向的表面電阻值相比，可知透射率為84％，約為一半大小。如果將這時(shí)的光繞射圖形(B)中的晶體沿長(zhǎng)軸方向的角度分布和短軸方向的角度分布進(jìn)行比較，則可知長(zhǎng)軸方向的角度分布的寬度約為一半。與此不同，在透射率為72％、激光強(qiáng)度太弱的情況下，晶粒的長(zhǎng)軸方向和短軸方向的表面電阻值的比率近似于1，但與此相對(duì)應(yīng)，可知散射光的長(zhǎng)軸方向的角度分布的寬度和短軸方向的角度分布的寬度大致相等。由以上可知，在晶粒細(xì)長(zhǎng)的情況下，也能用散射光的角度分布寬度評(píng)價(jià)粒徑。
圖20是本發(fā)明的實(shí)施例3和實(shí)施例4中形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的繞射圖形上的繞射點(diǎn)的位置和突起的間隔之間的關(guān)系的說明圖。圖20中的λ是激光的波長(zhǎng)，d是在基板上形成的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜上形成的突起(這里用t表示)的間隔，L是試樣和繞射圖形面的距離，p是“p＝L×tan(arcsin(mλ)/d)”。如圖20所示，利用繞射面上的繞射光點(diǎn)的位置p，能評(píng)價(jià)突起t的間隔d。即，利用從各突起發(fā)生的散射光的光程差與波長(zhǎng)的整數(shù)倍成正比獲得形成繞射光點(diǎn)的方向的函數(shù)，能根據(jù)繞射光點(diǎn)的位置評(píng)價(jià)突起間隔。該突起的評(píng)價(jià)方法能適用于利用SLS法形成的多晶態(tài)硅薄膜的突起的評(píng)價(jià)。
如上所述，如相位移動(dòng)條紋法或SLS法所示，在突起呈有規(guī)則排列的晶體化的制造工序中，采用了利用透射率分布濾光器的降低突起的方法，再測(cè)定光繞射點(diǎn)的強(qiáng)度，對(duì)該測(cè)定值設(shè)定管理基準(zhǔn)。如果是超過管理基準(zhǔn)的強(qiáng)度的區(qū)域，則改變照射該區(qū)域的能量密度，通過反復(fù)進(jìn)行再次晶體化，直到滿足管理基準(zhǔn)，能使突起的高度的PV值全部在70nm以下。
其次，說明利用按照上述的各方法作成的多晶薄膜形成的薄膜晶體管、和用包含該薄膜晶體管的驅(qū)動(dòng)電路或像素電路構(gòu)成的顯示裝置的實(shí)施例。
圖21是說明作為包括使用按照本發(fā)明的制造方法形成的多晶態(tài)硅薄膜的薄膜晶體管的顯示裝置的、有源矩陣型液晶顯示裝置的主要部分結(jié)構(gòu)例的剖面圖。該液晶顯示裝置如下構(gòu)成。即，使液晶512夾在備有薄膜晶體管515、濾色片510及像素電極511的玻璃基板501與具有相對(duì)電極513的相對(duì)玻璃基板514的相對(duì)間隙中，進(jìn)行封裝。另外，在液晶512和各基板的邊界上形成取向控制膜，但圖中未示出。
在玻璃基板501的表面上形成底部涂層(氧化硅膜及氮化硅膜)502，在它上面形成非晶態(tài)硅半導(dǎo)體層，如上述制造方法的實(shí)施例中所述，通過本發(fā)明的激光退火，使多晶態(tài)硅薄膜層改性。在通過該激光退火獲得的多晶態(tài)硅薄膜層上形成薄膜晶體管515。即，通過將雜質(zhì)摻雜在由多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的半導(dǎo)體層503的兩側(cè)，形成多晶態(tài)硅的源半導(dǎo)體層504a及多晶態(tài)硅的漏層504b，在它上面通過柵氧化膜(柵絕緣層)505，形成柵極506。
源/漏極508通過在層間絕緣膜507上形成的連接孔(接觸孔)，分別連接在源半導(dǎo)體層504a及漏半導(dǎo)體層504b上，在它上面設(shè)置保護(hù)膜509。然后，在保護(hù)膜509上形成濾色片510及像素電極511。特別是在本發(fā)明的實(shí)施例3及實(shí)施例4的激光退火法中，由一次掃描形成的晶體由于晶粒的尺寸隨著方向的不同而不同，使薄膜晶體管515的源/漏極508的方向(即，溝道方向)與多晶態(tài)硅半導(dǎo)體晶粒的尺寸大的方向一致。另外，在使掃描方向?yàn)閮蓚€(gè)方向進(jìn)行退火的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體晶體中，沒有必要這樣一致。
該薄膜晶體管構(gòu)成液晶顯示裝置的像素電路，用來自圖中未示出的掃描線驅(qū)動(dòng)電路的選擇信號(hào)進(jìn)行選擇，用從圖中未示出的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路供給的圖像信號(hào)，驅(qū)動(dòng)像素電極511。在被驅(qū)動(dòng)的像素電極511和相對(duì)玻璃基板514的內(nèi)表面上具有的相對(duì)電極513之間形成電場(chǎng)。利用該電場(chǎng)，控制液晶512的分子取向，進(jìn)行顯示。
另外，也能用與上述像素電路同樣的多晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜形成構(gòu)成上述的掃描線驅(qū)動(dòng)電路或信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路的薄膜晶體管。另外，本發(fā)明不限于液晶顯示裝置，也能適用于有源矩陣型的其他顯示裝置，例如有機(jī)EL顯示裝置或等離子體顯示裝置、以及其他各種顯示裝置，或者同樣能適用于構(gòu)成太陽電池的半導(dǎo)體薄膜的制造。
如上所述，通過采用使用本發(fā)明的激光退火法的半導(dǎo)體制造方法及其評(píng)價(jià)方法，能批量地生產(chǎn)呈現(xiàn)優(yōu)異特性的本發(fā)明的薄膜晶體管，用該薄膜晶體管能以非常高的合格率制造高品質(zhì)的本發(fā)明的顯示裝置。
在用玻璃等制的絕緣基板上形成以薄膜晶體管為代表的有源元件，形成圖像顯示裝置的情況下，或者在形成太陽電池的情況下該半導(dǎo)體薄膜能作為降低了表面粗糙度的半導(dǎo)體基板利用。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體薄膜的改性方法，通過使呈線光束形狀的激光一邊沿著與該線光束的長(zhǎng)軸方向交叉的方向進(jìn)行掃描，一邊照射非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，進(jìn)行晶體化，將該非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜改性成多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，該方法的特征在于通過透過把上述線光束內(nèi)的光強(qiáng)度分布控制成一定的透射率面內(nèi)分布的透射率分布濾光器，進(jìn)行上述晶體化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體薄膜的改性方法，其特征在于上述透射率分布濾光器的上述透射率面內(nèi)分布，由上述激光的透射率在上述線光束的短軸方向上不同的區(qū)域構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體薄膜的改性方法，其特征在于上述透射率分布濾光器的上述透射率面內(nèi)分布，呈上述激光的透射率不同的區(qū)域在上述線光束的短軸方向上交替地分布的分布形狀。
4.一種半導(dǎo)體薄膜的改性方法，通過使激光一邊進(jìn)行掃描，一邊照射非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，進(jìn)行晶體化，將該非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜改性成多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，該方法的特征在于將上述激光在上述掃描方向上的照射激光內(nèi)的光強(qiáng)度分布控制成，由具有使改性后的上述多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜在厚度方向上全部熔化的能量的區(qū)域、以及具有使該多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜在厚度方向上只熔化表層的能量的區(qū)域構(gòu)成的強(qiáng)度分布，進(jìn)行晶體化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體薄膜的改性方法，其特征在于通過使上述激光透過具有一定的透射率面內(nèi)分布的透射率分布濾光器和相位移動(dòng)掩模，控制上述照射激光內(nèi)的光強(qiáng)度分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體薄膜的改性方法，其特征在于上述透射率分布濾光器的上述透射率面內(nèi)分布，由上述激光的透射率在上述線光束的短軸方向上不同的區(qū)域構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體薄膜的改性方法，其特征在于上述透射率分布濾光器的上述透射率面內(nèi)分布，呈上述激光的透射率不同的區(qū)域在上述線光束的短軸方向上交替地分布的分布形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體薄膜的改性方法，通過使激光一邊進(jìn)行掃描，一邊照射非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，進(jìn)行晶體化，將該非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜改性成多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，該方法的特征在于通過使照射激光束內(nèi)的光強(qiáng)度分布透過具有一定的透射率面內(nèi)分布的透射率分布濾光器和狹縫掩模，控制上述照射激光內(nèi)的光強(qiáng)度分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體薄膜的改性方法，其特征在于上述透射率分布濾光器，由上述激光的透射率在上述線光束的短軸方向上不同的區(qū)域構(gòu)成。
10.一種激光退火裝置，通過使激光一邊掃描，一邊照射非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，進(jìn)行晶體化，將該非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜改性成多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，該裝置的特征在于通過將把上述線光束內(nèi)的光強(qiáng)度分布控制成一定的透射率面內(nèi)分布的透射率分布濾光器設(shè)置在裝置內(nèi)光學(xué)系統(tǒng)的成像面附近，控制照射光束強(qiáng)度分布曲線，進(jìn)行上述晶體化。
11.一種多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，該薄膜是通過使呈線光束形狀的激光一邊沿著與該線光束的長(zhǎng)度方向交叉的方向進(jìn)行掃描，一邊照射非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，進(jìn)行晶體化而改性成的多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，其特征在于上述改性后的多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的晶粒有沿一個(gè)方向橫向生長(zhǎng)而成的形狀，在上述晶粒的晶界和晶粒內(nèi)存在突起，且上述突起的上述一個(gè)方向的排列位置變化的周期只存在一種。
12.一種多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，該薄膜是通過使呈線光束形狀的激光一邊沿著與該線光束的長(zhǎng)度方向交叉的方向進(jìn)行掃描，一邊照射非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，進(jìn)行晶體化而改性成的多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，其特征在于上述改性后的多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的晶粒具有沿面內(nèi)兩個(gè)方向呈橫向生長(zhǎng)而成的形狀，在上述晶粒的晶界和晶粒內(nèi)存在突起，而且上述突起的上述方向的排列位置變化的周期沿各方向只存在一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，其特征在于上述多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜包含其晶界尺寸沿其一個(gè)方向?yàn)椤?.5μm、且沿著與上述一個(gè)方向大致正交的另一個(gè)方向的晶界的尺寸為≤0.5μm的晶粒，表面的上述突起的高度在數(shù)微米見方的面積內(nèi)的PV值為≤70nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，其特征在于上述多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜包含其晶界尺寸沿其一個(gè)方向?yàn)椤?.5μm、且沿著與上述一個(gè)方向大致正交的另一個(gè)方向的晶界的尺寸也為≥1.5μm的晶粒，表面的上述突起排列在大致正交的直線上，且該突起的高度在數(shù)微米見方的面積內(nèi)PV值為≤70nm。
15.一種半導(dǎo)體膜評(píng)價(jià)裝置，是評(píng)價(jià)透明基板上的半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體膜評(píng)價(jià)裝置，其特征在于將激光照射在上述半導(dǎo)體膜上，測(cè)定反射率和透射率，測(cè)定“1-(反射率+透射率)”的值。
16.一種多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜評(píng)價(jià)裝置，是評(píng)價(jià)多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜評(píng)價(jià)裝置，其特征在于通過測(cè)量上述多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的光繞射圖形面上的繞射光點(diǎn)的強(qiáng)度及散射光強(qiáng)度的角度分布，進(jìn)行多晶態(tài)的表面粗糙度和粒徑的評(píng)價(jià)。
17.一種薄膜晶體管，其特征在于用下述的多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜形成，該多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜包含其晶界的一個(gè)方向的尺寸為≥1.5μm、且沿著與上述一個(gè)方向大致正交的晶界的另一個(gè)方向的尺寸為≤0.5μm的晶粒，且表面上有呈直線狀排列的突起，該突起的高度在數(shù)微米見方的面積內(nèi)的PV值為≤70nm。
18.一種薄膜晶體管，其特征在于包含下述的多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，該多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜包含其晶界的一個(gè)方向的尺寸為≥1.5μm、且沿著與上述一個(gè)方向大致正交的晶界的另一個(gè)方向的尺寸也為≥1.5μm的晶粒，且表面上有排列在大致正交的直線上的突起，用PV值表示的該突起的高度在數(shù)微米見方的面積內(nèi)為≤70nm。
19.一種圖像顯示裝置，其特征在于包含用多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜形成的薄膜晶體管電路，該多晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜包含其晶界的一個(gè)方向的尺寸為≥1.5μm、且沿著與上述一個(gè)方向大致正交的晶界的另一個(gè)方向的尺寸為≤0.5μm的晶粒，且表面上有排列在大致正交的直線上的突起，用PV值表示的該突起的高度在數(shù)微米見方的面積內(nèi)為≤70nm。
20.一種圖像顯示裝置，其特征在于包含多晶態(tài)半導(dǎo)體膜，該多晶態(tài)半導(dǎo)體膜包含其晶界的一個(gè)方向的尺寸為≥1.5μm、且沿著與上述一個(gè)方向大致正交的晶界的另一個(gè)方向的尺寸也為≥1.5μm的晶粒，且表面上有排列在大致正交的直線上的突起，用PV值表示的該突起的高度在數(shù)微米見方的面積內(nèi)為≤70nm。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體薄膜及其改性方法、評(píng)價(jià)方法和應(yīng)用。在用激光退火法形成多晶態(tài)半導(dǎo)體的方法中，降低多晶態(tài)半導(dǎo)體膜的表面粗糙度。在激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置透射率分布濾光器，將形成了非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的基板上的掃描方向的照射光強(qiáng)度分布，控制成有高能量光強(qiáng)度側(cè)的微晶閾值以上的能量區(qū)和只熔化表層的能量區(qū)的分布，通過應(yīng)用于利用通常的線光束的受激準(zhǔn)分子激光退火法、或相位移動(dòng)條紋掩模法、或SLS法中，能降低用各種方法獲得的多晶的表面突起的高度。
文檔編號(hào)B23K26/06GK1610061SQ20041005904
公開日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月24日
發(fā)明者武田一男, 佐藤健史, 齋藤雅和, 后藤順 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立顯示器