專利名稱：多晶態(tài)硅膜的制造方法和制造裝置、以及半導體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶態(tài)硅膜的制造方法和制造裝置、以及半導體裝置及其制造方法。更具體地，涉及用來實現(xiàn)遷移率高的薄膜晶體管的結(jié)晶性能優(yōu)良的多晶態(tài)硅膜的制造方法和制造裝置、以及使用該多晶態(tài)硅膜的半導體裝置及其制造方法。
硅膜的結(jié)晶性能和薄膜晶體管的遷移率的關(guān)系如下所述。通過激光熱處理得到的硅膜一般是多晶態(tài)的。多晶態(tài)的晶粒邊界處局部地存在晶體缺陷，它阻礙薄膜晶體管的活性層的載流子的移動。因此，為了提高薄膜晶體管的遷移率，應當減少載流子在活性層的移動中橫切晶界的次數(shù)，且減小晶體缺陷密度。激光熱處理的目的就是形成晶粒尺寸大且晶界處晶體缺陷少的多晶態(tài)硅膜。
圖18～20是說明現(xiàn)有的多晶態(tài)硅膜的制造方法的剖面圖。首先，如圖18所示，在玻璃襯底31上用例如CVD(化學氣相淀積法)，形成氧化硅膜32。在氧化硅膜32上用例如CVD形成非晶態(tài)硅膜33。
如圖19所示，從箭頭35所示的方向向非晶態(tài)硅膜33照射激態(tài)激光(K2F，波長為248nm)。由此，把激態(tài)激光照射的部分熔化。然后，隨著溫度下降，熔化的硅結(jié)晶化，形成多晶態(tài)硅膜334。
如圖20所示，對多晶態(tài)硅膜334構(gòu)圖，只剩下一部分多晶態(tài)硅膜334。然后在多晶態(tài)硅膜334上形成氧化硅膜和金屬膜(Ta、Cr和Al等的低電阻金屬膜)。通過對金屬膜和氧化硅膜構(gòu)圖，形成柵絕緣膜36a、36b和柵電極37a、37b。由此形成活性區(qū)域39a、39b。然后，以柵電極37a、37b為掩模，用離子摻雜法使源區(qū)和漏區(qū)自整合地形成。由此完成圖20所示的薄膜晶體管。
在現(xiàn)有的方法中，如圖19所示，由于用激態(tài)激光使非晶態(tài)硅膜多晶化，在該多晶態(tài)硅膜上形成的晶體管的載流子的遷移率小。結(jié)果，晶體管難以高速動作，難以實現(xiàn)液晶顯示裝置的高應答性。
另外，作為激光，用例如NdYAG激光的第二諧波使非晶態(tài)硅膜多晶化，用該多晶態(tài)硅膜構(gòu)成薄膜晶體管則可以提高遷移率，如文獻1(T Ogawa et al.，“Thin Film Transistors of PolysiliconRecrystallized by the Second Harmonics of a Q-SwitchedNdYAG Laser”，EuroDisplay’99，The 19th InternationalDisplay Research Conference Late-news papers，September6-9，1999，Berlin，Germany)中公開的。但是，由于YAG激光的第二諧波的輸出小，只能對小面積的非晶態(tài)硅膜進行多晶化。因此，難以進行用于制造大面積的液晶顯示器的多晶態(tài)硅膜的制造。
本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的。
本發(fā)明的一個目的在于，提供適合制作高性能的薄膜晶體管的、面積大的多晶態(tài)硅膜的制造方法和制造裝置。
另外，本發(fā)明的目的還在于提供高性能的薄膜晶體管及其制造方法。
在包括這些步驟的多晶態(tài)硅膜的制造方法中，首先，在(2)所示的步驟中，向非晶態(tài)硅膜的第一區(qū)照射激光形成第一多晶態(tài)部分，然后向非晶態(tài)硅膜的第二區(qū)和第一多晶態(tài)部分的一部分上照射激光，以與第一多晶態(tài)部分相接的方式形成第二多晶態(tài)部分，所以可以形成第一多晶態(tài)部分和第二多晶態(tài)部分。結(jié)果，可以在大的面積上使非晶態(tài)硅膜多晶化，可以形成面積大的多晶態(tài)硅膜。
而且，由于上述波長范圍的激光對非晶態(tài)硅的吸收系數(shù)大，對多晶態(tài)硅的吸收系數(shù)小，如果兩次照射激光的部分由于第一次照射從非晶態(tài)硅向多晶態(tài)硅變化，在第二次照射時，特性就沒有變化。因此，照射激光一次的部分和照射激光兩次的部分的特性沒有差別，可以提供品質(zhì)高的多晶態(tài)硅膜。
激光的波長為390nm以上是因為，如果激光的波長小于390nm，多晶態(tài)硅膜的吸收率大于非晶態(tài)硅膜的吸收率的60％，多晶態(tài)硅膜第二次被照射激光時特性會變化。而激光的波長為640nm以下是因為，如果激光的波長超過640nm，非晶態(tài)硅膜的吸收率為10％以下，生產(chǎn)率低下。
另外，優(yōu)選地，形成第一多晶態(tài)部分的步驟包含，在非晶態(tài)硅膜上掃描激光，形成在單方向延伸的第一多晶態(tài)部分；形成第二多晶態(tài)部分的步驟包含，在第一多晶態(tài)部分延伸的方向上掃描激光，形成沿第一多晶態(tài)部分延伸的第二多晶態(tài)部分。
此時，由于掃描激光形成第一多晶態(tài)部分和第二多晶態(tài)部分，可以形成在預定方向上延伸的第一和第二多晶態(tài)部分。因此，還可以在面積大的襯底上形成第一和第二多晶態(tài)部分。
另外，優(yōu)選地，形成第一多晶態(tài)部分的步驟包含，在非晶態(tài)硅膜上照射來自第一激光光源的波長為390nm以上、640nm以下的第一激光；形成第二多晶態(tài)部分(34b)的步驟包含，在非晶態(tài)硅膜上照射來自第二激光光源(120b)的波長為390nm以上、640nm以下的第二激光。此時，由于從第一激光光源照射激光形成第一多晶態(tài)部分。從第二激光光源照射激光形成第二多晶態(tài)部分，可以幾乎同時地形成第一和第二多晶態(tài)部分。因此，在提高多晶態(tài)硅膜的生產(chǎn)率的同時，得到穩(wěn)定且大輸出的激光。
另外，優(yōu)選地，上述激光包含從NdYAG激光的第二諧波、NdYVO4激光的第二諧波、NdYLF激光的第二諧波、Nd玻璃激光的第二諧波、YbYAG激光的第二諧波、Yb玻璃激光的第二諧波、Ar離子激光、Ti藍寶石激光的第二諧波、以及Dye激光中選擇的至少一種。此時，通過這些激光器可以產(chǎn)生波長為390nm以上、640nm以下的激光。
另外，優(yōu)選地，多晶態(tài)硅膜的制造方法包括在照射來自第一激光光源的激光后，經(jīng)過一預定時間再照射來自第二激光光源的激光。此時，由于可在從第一激光光源照射激光后再從第二激光光源照射激光，可以連續(xù)地形成第一多晶態(tài)部分和第二多晶態(tài)部分，結(jié)果，可以提高生產(chǎn)效率。
根據(jù)本發(fā)明的多晶態(tài)硅膜的制造裝置，包括振蕩單元、照射單元、移動單元、和控制單元。振蕩單元振蕩產(chǎn)生波長為390nm以上、640nm以下的激光。照射單元把振蕩單元產(chǎn)生的激光照射到在襯底上形成的非晶態(tài)硅膜上。移動單元相對于照射單元移動襯底?？刂茊卧獟呙杓す?，控制移動單元，以向非晶態(tài)硅膜照射波長為390nm以上、640nm以下的激光形成第一多晶態(tài)部分(34a)，并以與第一多晶態(tài)部分重疊的方式向非晶態(tài)硅膜照射波長為390nm以上、640nm以下的激光形成與第一多晶態(tài)部分相接的第二多晶態(tài)部分。
在這樣的多晶態(tài)硅膜的制造裝置中，由于控制單元進行控制，向非晶態(tài)硅膜照射激光形成第一多晶態(tài)部分，且以與第一多晶態(tài)硅膜重疊的方式照射激光形成第二多晶態(tài)部分，可以在大的面積上形成第一和第二多晶態(tài)部分。由此可以提供大面積的多晶態(tài)硅膜。而且，由于上述波長范圍的激光對非晶態(tài)硅的吸收系數(shù)大，對多晶態(tài)硅的吸收系數(shù)小，如果兩次照射激光的部分由于第一次照射從非晶態(tài)硅向多晶態(tài)硅變化，在第二次照射時，特性就沒有變化。因此，照射激光一次的部分和照射激光兩次的部分的特性沒有差別，可以提供品質(zhì)高的多晶態(tài)硅膜。
激光的波長為390nm以上是因為，如果激光的波長小于390nm，多晶態(tài)硅膜的吸收率大于非晶態(tài)硅膜的吸收率的60％，多晶態(tài)硅膜第二次被照射激光時特性會變化。而激光的波長為640nm以下是因為，如果激光的波長超過640nm，非晶態(tài)硅膜的吸收率為10％以下，生產(chǎn)率低下。
另外，優(yōu)選地，照射單元包含第一照射單元和第二照射單元。振蕩單元振蕩產(chǎn)生的激光的一部分通過第一照射單元照射在非晶態(tài)硅膜上。振蕩單元振蕩產(chǎn)生的激光的另一部分通過第二照射單元照射在非晶態(tài)硅膜上。此時，由一個振蕩單元產(chǎn)生的激光通過第一照射單元和第二照射單元照射在非晶態(tài)硅膜上，所以可以以低成本制造裝置。
另外，優(yōu)選地，控制單元控制第一和第二照射單元、振蕩單元和移動單元，使第一照射單元照射激光后，經(jīng)過一預定時間后再由第二照射單元照射激光。此時，由于第一照射單元照射激光后，第二照射單元再照射激光，可以效率更高地制造第一多晶態(tài)部分和第二多晶態(tài)部分。由此，可以提供生產(chǎn)率更高的多晶態(tài)硅膜制造裝置。
另外，優(yōu)選地，照射單元包含第一照射單元和第二照射單元。振蕩單元包含第一振蕩單元和第二振蕩單元。第一振蕩單元振蕩產(chǎn)生的激光通過第一照射單元照射單元射在非晶態(tài)硅膜上。第二振蕩單元振蕩產(chǎn)生的激光通過第二照射單元照射單元射在非晶態(tài)硅膜上。此時，由于兩個振蕩單元分別產(chǎn)生激光，可以穩(wěn)定地產(chǎn)生輸出足夠大的激光，可以高效率地形成第一和第二多晶態(tài)部分。
另外，優(yōu)選地，控制單元控制第一和第二照射單元、第一和第二上述振蕩單元和移動單元，使第一照射單元照射激光后，經(jīng)過一預定時間再由第二照射單元照射激光。此時，由于可以在第一照射單元照射之后，再由第二照射單元照射激光，可以高效率地制造多晶態(tài)硅膜。
另外，優(yōu)選地，振蕩單元振蕩產(chǎn)生的激光包含從NdYAG激光的第二諧波、NdYVO4激光的第二諧波、NdYLF激光的第二諧波、Nd玻璃激光的第二諧波、YbYAG激光的第二諧波、Yb玻璃激光的第二諧波、Ar離子激光、Ti藍寶石激光的第二諧波、以及Dye激光中選擇的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的半導體裝置的制造方法，包括下列步驟在襯底上形成具有第一區(qū)和與該第一區(qū)相接的第二區(qū)的非晶態(tài)硅膜的步驟；以及向非晶態(tài)硅膜上照射激光形成多晶態(tài)硅膜的步驟。形成多晶態(tài)硅膜的步驟包括在非晶態(tài)硅膜的第一區(qū)上照射波長390nm以上、640nm以下的激光，形成第一多晶態(tài)部分的步驟；以及在非晶態(tài)硅膜的第二區(qū)和與第二區(qū)相接的第一多晶態(tài)部分的一部分區(qū)域上照射390nm以上、640nm以下的激光，與第一多晶態(tài)部分相接地形成第二多晶態(tài)部分的步驟。
根據(jù)這樣的方法，由于向非晶態(tài)硅膜的第一區(qū)照射激光形成第一多晶態(tài)部分，然后向非晶態(tài)硅膜的第二區(qū)和第一多晶態(tài)部分的一部分上照射激光，以與第一多晶態(tài)部分相接的方式形成第二多晶態(tài)部分，所以可以形成第一多晶態(tài)部分和第二多晶態(tài)部分。結(jié)果，可以在大的面積上使非晶態(tài)硅膜多晶化，可以形成面積大的多晶態(tài)硅膜。
而且，由于上述波長范圍的激光對非晶態(tài)硅的吸收系數(shù)大，對多晶態(tài)硅的吸收系數(shù)小，如果兩次照射激光的部分由于第一次照射從非晶態(tài)硅向多晶態(tài)硅變化，在第二次照射時，特性就沒有變化。因此，照射激光一次的部分和照射激光兩次的部分的特性沒有差別，可以提供品質(zhì)高的多晶態(tài)硅膜。
激光的波長為390nm以上是因為，如果激光的波長小于390nm，多晶態(tài)硅膜的吸收率大于非晶態(tài)硅膜的吸收率的60％，多晶態(tài)硅膜第二次被照射激光時特性會變化。而激光的波長為640nm以下是因為，如果激光的波長超過640nm，非晶態(tài)硅膜的吸收率為10％以下，生產(chǎn)率低下。
另外，根據(jù)本發(fā)明的半導體裝置，用通過上述方法制造的多晶態(tài)硅膜作為活性區(qū)。此時，由于用遷移率大且面積大的多晶態(tài)硅膜作為活性區(qū)，可以提供面積大且高性能的半導體裝置。


圖1是展示根據(jù)本發(fā)明的實施方案1的多晶態(tài)硅膜的制造方法的第1步驟的剖面圖；圖2是展示根據(jù)本發(fā)明的實施方案1的多晶態(tài)硅膜的制造方法的第2步驟的剖面圖；圖3是詳細地展示圖2的步驟的圖；圖4是展示根據(jù)本發(fā)明的實施方案1的多晶態(tài)硅膜的制造方法的第3步驟的剖面圖；圖5是詳細地展示圖4的步驟的圖；圖6是展示根據(jù)本發(fā)明的實施方案1的多晶態(tài)硅膜的制造方法的第3步驟的剖面圖；圖7是展示非晶態(tài)硅膜和多晶態(tài)硅膜中的激光波長和吸收率的關(guān)系的曲線；圖8是展示非晶態(tài)硅膜和多晶態(tài)硅膜中的硅膜厚度和吸收率的關(guān)系的曲線；圖9是展示根據(jù)本發(fā)明得到的多晶態(tài)硅膜中，照射位置和遷移率的關(guān)系的曲線；圖10是展示根據(jù)本發(fā)明得到的多晶態(tài)硅膜中，激光照射位置和閾值電位的關(guān)系的曲線；圖11是展示用現(xiàn)有的激態(tài)激光時，非晶態(tài)硅膜和多晶態(tài)硅膜中的膜厚和吸收率的關(guān)系的曲線；圖12是展示用激態(tài)激光制造多晶態(tài)硅膜時的激光能量密度和遷移率的關(guān)系的曲線；圖13是展示根據(jù)本發(fā)明的實施方案2的多晶態(tài)硅膜的制造步驟的斜面視圖；圖14是展示圖13中的激光掃描方法的一例的圖；圖15是展示圖13中的激光掃描方法的另一例的圖；圖16是展示重疊的線狀光束的圖；圖17是展示根據(jù)本發(fā)明的實施方案3的多晶態(tài)硅膜的制造方法的圖；圖18是展示現(xiàn)有的多晶態(tài)硅膜的制造方法的第1步驟的剖面圖；圖19是展示現(xiàn)有的多晶態(tài)硅膜的制造方法的第2步驟的剖面圖；圖20是展示現(xiàn)有的多晶態(tài)硅膜的制造方法的第3步驟的剖面圖；
如圖2和3所示，在非晶態(tài)硅膜33的第一區(qū)33a上照射Q開關(guān)的NdYAG的第二諧波激光(波長523nm)。由此，被激光35照射的部分被多晶化，形成第一多晶態(tài)部分34a。此時，激光的照射采用圖3所示的裝置。
如圖3所示，多晶態(tài)硅膜的制造裝置100，包括振蕩產(chǎn)生波長為390nm以上、640nm以下的激光的振蕩器120；把激光振蕩器120產(chǎn)生的激光照射到在襯底上形成的非晶態(tài)硅膜的照射單元110；相對于照射單元移動襯底的移動單元130；以及控制單元140，其掃描激光，控制移動單元，以向上述非晶態(tài)硅膜照射波長為390nm以上、640nm以下的激光形成第一多晶態(tài)部分，并以與第一多晶態(tài)部分重疊的方式向非晶態(tài)硅膜照射波長為390nm以上、640nm以下的激光形成與第一多晶態(tài)部分相接的第二多晶態(tài)部分。
激光振蕩器120是Q開關(guān)NdYAG激光第二諧波振蕩器，振蕩產(chǎn)生激光，該激光通過照射單元110照射到在玻璃襯底31上形成的非晶態(tài)硅膜33上。圖3中，省略了玻璃襯底31和非晶態(tài)硅膜33之間的氧化硅膜。
照射單元110由鏡面111和光束成形光學系統(tǒng)112構(gòu)成。光束成形光學系統(tǒng)112把從激光振蕩器120射出的激光束成形為預定的形狀。之后從光束成形光學系統(tǒng)112射出的激光被鏡面111反射，照射在非晶態(tài)硅膜33上。光束成形光學系統(tǒng)112和鏡面111還在非晶態(tài)硅膜33上進行位置確定。
移動單元130由可動臺131和驅(qū)動可動臺131的驅(qū)動馬達132構(gòu)成。可動臺131支撐玻璃襯底31，可以相對于激光振蕩器120和照射單元110進行移動。由此，如果可動臺131移動，其上載置的玻璃襯底31和非晶態(tài)硅膜33也一起移動。
可動臺131與驅(qū)動馬達132連接，驅(qū)動馬達132驅(qū)動可動臺131。另外，可動臺131可以在預定的平面上的任一方向上移動。
控制單元140與驅(qū)動馬達132和激光振蕩器120連接。控制單元140對驅(qū)動馬達132發(fā)送在預定的時期中驅(qū)動可動臺131的信號。接收該信號的驅(qū)動馬達132沿預定方向移動可動臺131。另外，控制單元140向激光振蕩器發(fā)送信號，激光振蕩器120振蕩產(chǎn)生激光。
用這樣的裝置，控制單元140向激光振蕩器120發(fā)送信號。激光振蕩器120產(chǎn)生激光，該激光通過光束成形光學系統(tǒng)112和鏡面111照射到非晶態(tài)硅膜33的第一區(qū)33a上。在該狀態(tài)下控制單元140向驅(qū)動馬達132發(fā)送信號，驅(qū)動馬達132沿箭頭131a所示方向移動可動臺131。由此，被激光照射的部分被結(jié)晶化，形成第一多晶態(tài)部分34a。
如圖4和5所示，如果形成第一多晶態(tài)部分34a，停止激光振蕩器120的激光產(chǎn)生。用可動臺131移動非晶態(tài)硅膜33，使得把線狀的激光35照射在第一多晶態(tài)部分34a和第二區(qū)33b上。在該狀態(tài)下通過掃描激光35，形成第二多晶態(tài)部分34b。即，形成第一多晶態(tài)部分34a的步驟包含，在非晶態(tài)硅膜33上掃描激光35，形成在單方向延伸的第一多晶態(tài)部分34a。形成第二晶態(tài)部分34b的步驟包含，在第一多晶態(tài)部分34a延伸的方向上掃描激光35，形成沿第一多晶態(tài)部分34a延伸的第二多晶態(tài)部分34b。
反復進行該動作，使非晶態(tài)硅膜33的大部分多晶化，形成多晶態(tài)硅膜34。
如圖6所示，對多晶態(tài)硅膜34構(gòu)圖，只殘留預定的部分的多晶態(tài)硅膜34，形成活性區(qū)39a和39b。然后在多晶態(tài)硅膜34上形成氧化硅膜。在氧化硅膜上形成Ta、Cr、Al等的低電阻金屬構(gòu)成的金屬膜。通過按預定的形狀對金屬膜和氧化硅膜進行構(gòu)圖，形成柵絕緣膜36a和36b、以及柵電極37a和37b。之后，以柵電極37a和37b為掩模，用離子摻雜法自整合地形成源和漏。由此完成薄膜晶體管。
即，根據(jù)本發(fā)明的半導體裝置的制造方法中，包括在玻璃襯底31上形成具有第一區(qū)33a和與該第一區(qū)33a相接的第二區(qū)33b的非晶態(tài)硅膜33。然后向非晶態(tài)硅膜33照射激光形成多晶態(tài)硅膜34。形成多晶態(tài)硅膜34的步驟中在非晶態(tài)硅膜33的第一區(qū)33a上照射波長390nm以上、640nm以下的激光，形成第一多晶態(tài)部分34a，然后，在上述非晶態(tài)硅膜33的第二區(qū)33b和與第二區(qū)33b相接的第一多晶態(tài)部分34a的一部分區(qū)域上照射390nm以上、640nm以下的激光，與第一晶態(tài)部分34a相接地形成第二多晶態(tài)部分34b。另外，這樣得到的半導體裝置以由上述的步驟制造的多晶態(tài)硅膜作為活性區(qū)39a和39b。
圖7是展示非晶態(tài)硅膜和多晶態(tài)硅膜中的激光波長和吸收率之間的關(guān)系的曲線。如圖7所示，非晶態(tài)硅膜和多晶態(tài)硅膜中激光的吸收率隨其波長變化。在本發(fā)明中，由于激光的波長為390nm以上，多晶態(tài)硅膜的吸收率為非晶態(tài)硅膜的吸收率的60％以下。因此，如果向非晶態(tài)硅膜照射激光而形成多晶態(tài)硅膜，即使向該多晶態(tài)硅膜照射激光，多晶態(tài)硅膜也幾乎不吸收激光能量。結(jié)果，多晶態(tài)硅的特性不變化，可以發(fā)揮出對多晶態(tài)硅膜全體幾乎相同的特性。
另外，由于激光的波長為640nm以下，非晶態(tài)硅膜的吸收率為10％以上。結(jié)果，非晶態(tài)硅更容易吸收激光的熱，可以使非晶態(tài)硅更容易多晶化。
另外，如果波長為500nm以上、550nm以下，非晶態(tài)硅膜和多晶態(tài)硅膜的吸收率的差更大，所以是優(yōu)選的。
另外，如果波長為520nm以上、550nm以下，非晶態(tài)硅膜和多晶態(tài)硅膜的吸收率的差特別大，所以是更加優(yōu)選的。
圖8是展示在本發(fā)明中使用的激光(NdYAG的第二諧波(波長λ＝532nm))的情況下，硅膜厚和吸收率的關(guān)系的曲線。在本發(fā)明中使用的激光的狀態(tài)下，即使隨意設(shè)定硅膜的厚度，多晶態(tài)硅膜的吸收率也比非晶態(tài)硅膜的吸收率小。
另外，制作圖6所示的結(jié)構(gòu)的n溝道型和p溝道型的晶體管，在圖9和圖10中展示了該晶體管的遷移率和閥值電位。
如圖9所示，實線201包圍的部分表示兩次照射激光的部分。圖9中，無論是形成n溝道型晶體管和p溝道型晶體管的場合中的哪一個，遷移率都基本上保持為恒定。另外，即使是兩次照射激光的部分，遷移率與其它部分也基本上相等。
如圖10所示，實線202包圍的部分表示兩次照射激光的部分。圖10中，無論是形成n溝道型晶體管和p溝道型晶體管的場合中的哪一個，任一位置上的閾值電位都基本上相等，另外，即使是兩次照射激光的部分，閾值電位也基本上相等。
這樣地，根據(jù)本發(fā)明，由于激光的波長是最佳范圍，可以提供無論是在照射激光一次的部分和照射激光兩次的部分的哪一個上，遷移率和閾值電壓都恒定的品質(zhì)高的半導體裝置。
即，在通常的形成薄膜晶體管的場合下，硅膜的膜厚為100nm以下，在該區(qū)域中非晶態(tài)硅膜和雜的吸收率差別很大，多晶態(tài)硅膜的吸收率比非晶態(tài)硅膜的吸收率小。結(jié)果，如果向多晶態(tài)硅膜以對非晶態(tài)硅膜最佳的照射能量密度照射激光，多晶態(tài)硅膜吸收的能量少，多晶態(tài)硅膜不熔化。即，由于只有非晶態(tài)硅膜的部分被選擇地激光熱處理，受到兩次激光熱處理的部分和只受到一次激光熱處理的部分的特性沒有差別，可以在襯底的整個區(qū)域上形成特性均勻的多晶態(tài)硅膜。另外，在作為激光照射的膜采用晶體缺陷多、吸收率高的多晶態(tài)硅膜時，也可以得到同樣的效果。
圖11是展示現(xiàn)有的非晶態(tài)硅膜、和用激態(tài)激光制造的多晶態(tài)硅膜的膜厚和吸收率的關(guān)系的曲線。圖11中，多晶態(tài)硅膜和非晶態(tài)硅膜的吸收率是相同程度的。這樣的非晶態(tài)硅膜在一次照射激光變成多晶態(tài)硅膜的場合下，之后再次向該多晶態(tài)硅膜照射激光時，多晶態(tài)硅膜吸收激光的能量。由此，多晶態(tài)硅膜再次熔化，多晶態(tài)硅膜的特性變化。因此，一次照射激光的部分和兩次照射激光的部分的多晶態(tài)硅膜的特性不同，不能得到在整個膜中具有均勻特性的多晶態(tài)硅膜。
即，如圖11所示，向非晶態(tài)硅膜和多晶態(tài)硅膜照射KrF激態(tài)激光(波長為248nm)的場合下，非晶態(tài)硅膜和多晶態(tài)硅膜的吸收率的差為約7％。非晶態(tài)硅膜的激光熱處理時，照射能量密度設(shè)成非晶態(tài)硅膜的最佳值。
圖12是展示制造圖11中所示的多晶態(tài)硅膜的不同激光能量密度與n溝道型晶體管的遷移率的關(guān)系的曲線。如圖12所示，用激態(tài)激光熱處理時，由于照射能量密度的最佳的值的允許寬度非常狹窄，吸收率有7％的差別，成為問題。即，多晶態(tài)硅膜的部分由于激態(tài)激光照射而熔化后，進行了再結(jié)晶生長，但是由于照射能量密度處于最佳值的允許寬度之外，變成接受兩次激光照射的區(qū)域特性差的多晶態(tài)硅膜。
即，在現(xiàn)有的多晶態(tài)硅膜中，一次照射激光的部分和兩次照射激光的部分的激光能量密度不同，由此，n溝道型晶體管的遷移率不同，不能在整個多晶態(tài)硅膜上得到均勻的特性。結(jié)果，不能得到優(yōu)良特性的薄膜晶體管。(實施方案2)圖13是展示根據(jù)本發(fā)明的實施方案2的多晶態(tài)硅膜的制造方法的斜視圖，在圖13所示的多晶態(tài)硅膜制造裝置180中，與圖3所示的多晶態(tài)硅膜制造裝置100相比，照射單元不同。即，圖13所示的多晶態(tài)硅膜制造裝置180中，作為照射單元，有第一照射單元110a、第二照射單元110b和第三照射單元110c。第一、第二、第三照射單元110a、110b、110c分別由鏡面111和光束成形光學系統(tǒng)112構(gòu)成。鏡面111和光束成形光學系統(tǒng)112與圖3所示的相同。各光束成形光學系統(tǒng)112分別與作為第一振蕩單元的激光振蕩器120a、作為第二振蕩單元的激光振蕩器120b、和作為第三振蕩單元的激光振蕩器120c相連接。各激光振蕩器120a、120b、120c都是Q開關(guān)NdYAG激光第二諧波振蕩器。從各激光振蕩器120a、120b、120c射出的光照射到光束成形光學系統(tǒng)中。另外，各激光振蕩器120a、120b、120c與控制單元140相連接。
從激光振蕩器120a振蕩產(chǎn)生的激光通過第一照射單元110a照射在非晶態(tài)硅膜33上。從激光振蕩器120b振蕩產(chǎn)生的激光通過第二照射單元110b照射在非晶態(tài)硅膜33上。控制單元140控制第一和第二照射單元110a和110b、激光振蕩器120a和120b、以及移動單元130，使第一照射單元110a照射激光35a后，經(jīng)過一預定時間再由第二照射單元110b照射激光35b。
即，如圖13所示，向非晶態(tài)硅膜33照射激光35a、35b、35c，在該狀態(tài)下移動單元130沿箭頭131a方向移動玻璃襯底31，由此向非晶態(tài)硅膜33的表面照射激光35a、35b、35c，可以在非晶態(tài)硅膜33上形成多晶態(tài)硅膜。
圖14展示了向非晶態(tài)硅膜照射激光的狀態(tài)。也可以如圖14所示，首先，相對于箭頭131a所示的可動臺的移動方向把激光35a配置在前面，然后是激光35b，再往后是激光35c。
如圖15所示，也可以是沿箭頭131a所示的前進方向上，把激光35a、35c配置在前面，把激光35b配置在后側(cè)。這些方法中，各線狀光束平行且交差地排列，并以使線狀光束的熱處理軌跡重合的方式，使線狀光束的邊緣與相鄰部分略微重合。可以一邊同時或有時間差地照射這樣構(gòu)成的多條線狀光束，一邊掃描平臺。
而且，也可以如圖16所示，也可以以各光束35a、35b、35c重疊的方式配置光束。圖16中，各線狀光束如圖所示合成一條線狀光束。激光照射是在掃描平臺時有時間間隔地分別照射各激光，而不是同時照射相連的兩條。
用這樣的多晶態(tài)硅膜制造裝置180，也可以用與實施方案1的方法相同的方法制造具有多晶態(tài)硅膜的半導體裝置。而且，由于在該裝置中用3臺激光振蕩器，生產(chǎn)率提高，可以效率更高地制造大面積的多晶態(tài)硅膜。(實施方案3)圖17是展示根據(jù)本發(fā)明的實施方案3的多晶態(tài)硅膜的制造裝置的斜面視圖。如圖17所示，根據(jù)本發(fā)明的實施方案3的多晶態(tài)硅膜制造裝置190的不同之處在于，從一個激光振蕩器420發(fā)出的激光照射到三個照射單元上。即，照射單元具有第一照射單元210a、第二照射單元210b、和第三照射單元210c。各照射單元210a、210b和210c具有與實施方案1相同的光束成形光學系統(tǒng)112和鏡面111。鏡面111反射從激光振蕩器420振蕩產(chǎn)生的波長為390nm以上、640nm以下的激光，該激光通過該光束成形光學系統(tǒng)112和鏡面111被作為激光35a、35c和35c照射到非晶態(tài)硅膜33上。即，該多晶態(tài)硅膜制造裝置190中，照射單元包含第一照射單元210a和照射單元210b。從激光振蕩器420振蕩產(chǎn)生的激光的一部分通過第一照射單元210a照在非晶態(tài)硅膜33上。從激光振蕩器420振蕩產(chǎn)生的激光的另一部分通過第二照射單元210b照在非晶態(tài)硅膜33上。另外，控制單元140控制第一和第二照射單元210a、210b、激光振蕩器420和移動單元130，使第一照射單元210a照射激光后，經(jīng)過一預定時間再由第二照射單元210b照射激光。
從激光振蕩器420射出的NdYAG的第二諧波(波長532nm)激光通過與各激光對應的光束成形光學系統(tǒng)112形成線狀光束圖形。
這樣的方法也具有與實施方案1同樣的效果。而且，由于由一個激光振蕩器420構(gòu)成裝置，所以可降低裝置的成本。
以上，雖然說明了本發(fā)明的實施方案，但是這里示出的實施方案也可以進行各種變形。首先，在圖17所示的裝置中，作為激光的照射方法，也可以用實施方案2所示的從圖14到圖16所示的各種方法。而且，作為激光振蕩器，雖然示出了振蕩產(chǎn)生NdYAG激光的第二諧波的裝置，但另外也可以采用振蕩產(chǎn)生NdYVO4激光的第二諧波、NdYLF激光的第二諧波、Nd玻璃激光的第二諧波、YbYAG激光的第二諧波、Yb玻璃激光的第二諧波、Ar離子激光、Ti藍寶石激光的第二諧波、以及Dge激光的激光振蕩器。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明可以用于液晶屏中用的薄膜晶體管的制造方法的領(lǐng)域中。
權(quán)利要求
1.一種多晶態(tài)硅膜的制造方法，包括下列步驟；在襯底(31)上形成具有第一區(qū)(33a)和與該第一區(qū)(33a)相接的第二區(qū)(33b)的非晶態(tài)硅膜(33)的步驟在上述非晶態(tài)硅膜(33)的第一區(qū)(33a)上照射波長390nm以上、640nm以下的激光(35)，形成第一多晶態(tài)部分(34a)的步驟；以及在上述非晶態(tài)硅膜(33)的第二區(qū)(33b)和與上述第二區(qū)(33b)相接的上述第一多晶態(tài)部分(34a)的一部分區(qū)域上照射390nm以上、640nm以下的激光(35)，與上述第一多晶態(tài)部分(34a)相接地形成第二多晶態(tài)部分(34b)的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的多晶態(tài)硅膜的制造方法，其中上述形成第一多晶態(tài)部分(34a)的步驟包含，在上述非晶態(tài)硅膜(33)上掃描激光(35)，形成在單方向延伸的上述第一多晶態(tài)部分(34a)；上述形成第二多晶態(tài)部分(34b)的步驟包含，在上述第一多晶態(tài)部分(34a)延伸的方向上掃描上述激光(35)，形成沿上述第一多晶態(tài)部分(34a)延伸的上述第二多晶態(tài)部分(34b)。
3.如權(quán)利要求1所述的多晶態(tài)硅膜的制造方法，其中上述形成第一多晶態(tài)部分(34a)的步驟包含，在上述非晶態(tài)硅膜(33)上照射來自第一激光光源(120a)的波長為390nm以上、640nm以下的第一激光(35a)；上述形成第二多晶態(tài)部分(34b)的步驟包含，在上述非晶態(tài)硅膜(33)上照射自由第二激光光源(120b)的波長為390nm以上、640nm以下的第二激光(35b)。
4.如權(quán)利要求1所述的多晶態(tài)硅膜的制造方法，其中上述激光(35)包含從NdYAG激光的第二諧波、NdYVO4激光的第二諧波、NdYLF激光的第二諧波、Nd玻璃激光的第二諧波、YbYAG激光的第二諧波、Yb玻璃激光的第二諧波、Ar離子激光、Ti藍寶石激光的第二諧波、以及Dye激光中選擇的至少一種。
5.如權(quán)利要求3所述的多晶態(tài)硅膜的制造方法，其中包括在照射來自上述第一激光光源(120a)的激光后，經(jīng)過一預定時間再照射來自上述第二激光光源(120b)的激光。
6.一種多晶態(tài)硅膜的制造裝置，包括振蕩產(chǎn)生波長為390nm以上、640nm以下的激光(35)的振蕩單元(120)；把上述振蕩單元(120)產(chǎn)生的激光(35)照射到在襯底(31)上形成的非晶態(tài)硅膜(33)的照射單元(110)；相對于上述照射單元(110)移動上述襯底(31)的移動單元(130)；以及控制單元(140)，其掃描激光(35)，控制移動單元(130)，以向上述非晶態(tài)硅膜(33)照射波長為390nm以上、640nm以下的激光形成第一多晶態(tài)部分(34a)，并以與上述第一多晶態(tài)部分(34a)重疊的方式向上述非晶態(tài)硅膜(33)照射波長為390nm以上、640nm以下的激光(35)形成與上述襯底一多晶態(tài)部分(34a)相接的第二多晶態(tài)部分(34b)。
7.如權(quán)利要求6所述的多晶態(tài)硅膜的制造裝置，其中上述照射單元包含第一照射單元(210a)和第二照射單元(210b)；上述振蕩單元(420)振蕩產(chǎn)生的激光的一部分通過上述第一照射單元(210a)照射在非晶態(tài)硅膜(33)上；上述振蕩單元(420)振蕩產(chǎn)生的激光的另一部分通過上述第二照射單元(210b)照射在非晶態(tài)硅膜(33)上。
8.如權(quán)利要求6所述的多晶態(tài)硅膜的制造裝置，其中上述控制單元(140)控制上述第一和第二照射單元(210a、210b)、上述振蕩單元(120)和上述移動單元(130)，使上述第一照射單元(210a)照射激光(35a)后，經(jīng)過一預定時間再由上述第二照射單元(210b)照射激光(35b)。
9.如權(quán)利要求6所述的多晶態(tài)硅膜的制造裝置，其中上述照射單元包含第一照射單元(110a)和第二照射單元(110b)，上述振蕩單元包含第一振蕩單元(120a)和第二振蕩單元(120b)；上述第一振蕩單元(120a)振蕩產(chǎn)生的激光(35a)通過上述第一照射單元(110a)照射單元射在非晶態(tài)硅膜(33)上；上述第二振蕩單元(120b)振蕩產(chǎn)生的激光(35b)通過上述第二照射單元(110b)照射單元射在非晶態(tài)硅膜(33)上；
10.如權(quán)利要求9所述的多晶態(tài)硅膜的制造裝置，其中上述控制單元(140)控制上述第一和第二照射單元(110a、110b)、上述第一和第二振蕩單元(120a、120b)和上述移動單元(130)，使上述第一照射單元(110a)照射激光(35a)后，經(jīng)過一預定時間再由上述第二照射單元(110b)照射激光(35b)。
11.如權(quán)利要求6所述的多晶態(tài)硅膜的制造裝置，其中上述振蕩單元(120)振蕩產(chǎn)生的激光包含從NdYAG激光的第二諧波、NdYVO4激光的第二諧波、NdYLF激光的第二諧波、Nd玻璃激光的第二諧波、YbYAG激光的第二諧波、Yb玻璃激光的第二諧波、Ar離子激光、Ti藍寶石激光的第二諧波、以及Dye激光中選擇的至少一種。
12.一種半導體裝置的制造方法，包括下列步驟在襯底(31)上形成具有第一區(qū)(33a)和與該第一區(qū)(33a)相接的第二區(qū)(33b)的非晶態(tài)硅膜(33)的步驟；以及在上述非晶態(tài)硅膜(33)上照射激光(35)形成多晶態(tài)硅膜(34)的步驟，且上述形成多晶態(tài)硅膜(34)的步驟包括在上述非晶態(tài)硅膜(33)的第一區(qū)(33a)上照射波長390nm以上、640nm以下的激光(35)，形成第一多晶態(tài)部分(34a)的步驟；以及在上述非晶態(tài)硅膜(33)的第二區(qū)(33b)和與上述第二區(qū)(33b)相接的上述第一多晶態(tài)部分(34a)的一部分區(qū)域上照射390nm以上、640nm以下的激光(35)，與上述第一多晶態(tài)部分(34a)相接地形成第二多晶態(tài)部分(34b)的步驟。
13.一種以權(quán)利要求12中所述的多晶態(tài)部分(34)作為活性區(qū)(39a、39b)的半導體裝置。
全文摘要
一種多晶態(tài)硅膜的制造方法，包括下列步驟在襯底(31)上形成具有第一區(qū)(33a)和與該第一區(qū)(33a)相接的第二區(qū)(33b)的非晶態(tài)硅膜(33)的步驟；在上述非晶態(tài)硅膜(33)的第一區(qū)(33a)上照射波長390nm以上、640nm以下的激光(35)，形成第一多晶態(tài)部分(34a)的步驟；以及在上述非晶態(tài)硅膜(33)的第二區(qū)(33b)和與上述第二區(qū)(33b)相接的上述第一多晶態(tài)部分(34a)的一部分區(qū)域上照射390nm以上、640nm以下的激光(35)，與上述第一多晶態(tài)部分(34a)相接地形成第二多晶態(tài)部分(34b)的步驟。
文檔編號C23C14/58GK1408122SQ00816776
公開日2003年4月2日 申請日期2000年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月6日
發(fā)明者小川哲也, 時岡秀忠, 西前順一, 岡本達樹, 佐藤行雄, 井上滿夫, 宮坂光敏, 次六寬明 申請人:三菱電機株式會社, 精工愛普生股份有限公司