專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用薄膜半導(dǎo)體來集成諸如晶體管一類器件(元件)的方法，特別涉及采用無散射特性的線狀激光束制造多個薄膜器件的方法，并涉及由該技術(shù)所制成的薄膜器件。
背景技術(shù)：
近來，對降低制造半導(dǎo)體器件工藝的溫度格外進行了各種研究，因為要求半導(dǎo)體器件必須形成在成本低并具有高加工性能的諸如玻璃一類的絕緣襯底上。為了支持器件的微結(jié)構(gòu)設(shè)計和器件的多層結(jié)構(gòu)也要求降低制作半導(dǎo)體器件的工藝溫度。
在半導(dǎo)體的制作工藝中，往往要求對含在半導(dǎo)體材料中的非晶成分或非晶半導(dǎo)體材料實行結(jié)晶化，來恢復(fù)原先是結(jié)晶的但由于離子輻照而減少了結(jié)晶度的半導(dǎo)體材料的結(jié)晶性，進一步改善已結(jié)晶的半導(dǎo)體材料的結(jié)晶度。對于這些要求，利用熱退火。當用硅作為半導(dǎo)體材料時，通過在600～1100℃經(jīng)0.1～48小時以上的退火，來完成非晶材料(成分)的結(jié)晶化、結(jié)晶性的恢復(fù)、結(jié)晶度的改善等。
在熱退火中，當工藝溫度增高時，處理時間可設(shè)定得短些，然而，在500℃以下可能達不到效果。為降低工藝溫度，需要用另一種方法來替代基于熱退火的工藝。特別是，當使用玻璃襯底時，因玻璃襯底的耐熱溫度大約是600℃，要求其余的方法能與工藝溫度在600℃以下的常規(guī)熱退火相類似。
作為滿足這些要求的方法是公知的一種通過對半導(dǎo)體材料的激光輻照來完成各種退火處理的技術(shù)。對極低溫度的工藝的激光輻照技術(shù)，給予了較多的注意。這是因為能以與熱退火的能量相當?shù)母吣苡?，激光僅輻射到預(yù)期的限定的部分，而且無須使整個襯底經(jīng)受高溫。
對激光輻照主要曾提出兩種方法。第一種方法是使用連續(xù)振蕩激光如氬離子激光，點狀的光束輻照到半導(dǎo)體材料上。使半導(dǎo)體材料熔化，而后由于光束內(nèi)能量分布差及光束的移動而逐漸固化，使半導(dǎo)體材料結(jié)晶。第二種方法是使脈沖振蕩激光如準分子激光將大能量激光脈沖輻照到半導(dǎo)體材料上，然后使半導(dǎo)體材料瞬時熔化和固化來推進半導(dǎo)體材料的晶體生長。
第一種方法的問題在于加工需要長時間。這是因為連續(xù)振蕩激光的最大能量受到限制，因而束斑的最大尺寸被設(shè)定在毫米見方的量級。第二種方法具有極大的最大激光能量，采用數(shù)厘米見方以上的束斑可更進一步改善批量生產(chǎn)。
然而，當用常用的方形或矩形光束來加工具有大面積的襯底時，光束必須在左、右方向、上、下方向移動。于是它需進一步改善批量生產(chǎn)。
通過將光束變換成線狀、將光束的寬度設(shè)定超過待加工襯底的長度，并使光束相對襯底掃描的方法，可獲更大的改善?！鍜呙琛逡辉~的含義是當激光一點一點地移動時，輻照是重疊的。
然而，在一點一點地位移的重疊輻照線狀脈沖激光的技術(shù)中，必定在激光輻照的半導(dǎo)體材料表面形成條帶。這種條帶對在半導(dǎo)體材上形成的或要形成的器件特性有很大效果。特別是，當必須在一塊襯底上形成多個元件，并使各器件特性一致時，這種效果是很關(guān)鍵的。在此情況下，各條帶的特性是均勻的，在條帶之間的特性上出現(xiàn)了分散。
在采用線狀激光退火中存在與輻照效果的均勻性有關(guān)的問題。高均勻性是指當在襯底上的任何部位形成器件時，可以在整個襯底上得到相同的器件特性。改善均勻性是指使半導(dǎo)體材料的結(jié)晶性一致。為改善均勻性采用下列方法。
眾所周知，為了減輕激光輻照效果的非均勻性并改善其均勻性，最好在強脈沖激光輻照(下文稱主輻照)之前，預(yù)先用較弱的脈沖激光輻照(下文稱預(yù)輻照)。其效果很好，這可減少特性的分散，因而可顯著改善半導(dǎo)體器件電路的特性。
預(yù)輻照之所以對獲得膜的均勻性有作用之原因在于，包含非晶部分的半導(dǎo)體材料膜具有一種半導(dǎo)體材料對激光能量的吸收與多晶膜或單晶膜相差很大的特性。即，兩步輻照之作用如下經(jīng)首次輻照工藝，使留下膜中的非晶部分結(jié)晶，然后經(jīng)二次輻照工藝來促進全部結(jié)晶化。通過適度地結(jié)晶化，可以將半導(dǎo)體材料由于線狀激光輻照而出現(xiàn)的條狀不均勻性抑制到某種程度。因而可明顯改善激光輻照效果的均勻性，使條帶從肉眼上比較難以察覺。
但是，當在玻璃襯底上形成大量(數(shù)千或數(shù)萬量級)的半導(dǎo)體器件如薄膜晶體管(TFT)時，例如在有源矩陣型液晶顯示器中，即使采用基于兩步輻照的激光輻照方法，在均勻性上還不能獲滿意的效果。
綜上所述，采用被處理成線狀光速的準分子激光退火，從可與大面積器件設(shè)計相匹配的觀點上看，雖是優(yōu)良的，但是它有效果不均勻的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之目的在于提供一種當通過用被處理成線狀光束的激光輻照退火形成大量的半導(dǎo)體器件時，能極大地抑制各半導(dǎo)體器件特性的分散的技術(shù)。
因此，本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成。
本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；和其中在垂直于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的電特性的變化大于在平行于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的電特性的變化。
本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；其中所述第二次脈沖線性激光的能量密度高于所述第一次脈沖線性激光的能量密度。
本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；和其中在垂直于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的電特性的變化大于在平行于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的電特性的變化；其中所述第二次脈沖線性激光的能量密度高于所述第一次脈沖線性激光的能量密度。
本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；其中所述多個薄膜晶體管形成所述半導(dǎo)體器件的像素電路。
本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；其中所述多個薄膜晶體管形成所述半導(dǎo)體器件的緩沖器電路。
本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；其中所述多個薄膜晶體管形成所述半導(dǎo)體器件的移位寄存器電路。
其中在垂直于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的溝道區(qū)的折射率的變化大于在平行于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的溝道區(qū)的折射率的變化。
其中所述半導(dǎo)體膜通過引入促進結(jié)晶的材料并隨后進行加熱而被結(jié)晶化。
其中所述第一和第二脈沖線性激光是準分子激光器發(fā)出的激光。
其中所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的載流子的流動方向。
線狀激光束的使用必然引起條狀的不均勻性。因而，根據(jù)本發(fā)明，通過將改善半導(dǎo)體材料均勻性的技術(shù)概念轉(zhuǎn)變?yōu)槭乖诎雽?dǎo)體材料上待形成或所形成的器件與由于激光輻照而產(chǎn)生的非均勻性一致匹配的技術(shù)概念，可以克服上述問題。
圖1定量地表示出在半導(dǎo)體材料表面上由于兩步激光輻照所出現(xiàn)的非均勻性的測量結(jié)果。使被處理成1mm寬×125mm長的線狀光束的KrF準分子激光(波長248nm，脈寬30ns)輻照到形成于玻璃襯底上的厚500的非晶硅膜上，同時沿垂直于光束線條的方向掃描，然后測量硅膜的折射率。
在圖1中，掃描方向代表線狀激光束掃描方向，即垂直于線條的方向的折射率分布。光束橫的方向代表線狀激光束的線條方向(長邊方向)的折射率分布。非晶硅膜經(jīng)激光輻照而結(jié)晶，其結(jié)晶性的變化可根據(jù)其折射率的變化進行測量。如果薄膜的厚度是已知的，可用橢圓儀測量硅膜的折射率。圖1的數(shù)據(jù)是由經(jīng)兩步輻照而得到的。
從圖1可見，在平行于線狀激光的線條上由方塊標記指示的折射率的均勻性優(yōu)于在基本垂直于線狀激光束(由圓圈標記指示的激光掃描方向)的直線的均勻性。折射率緊密地與膜的結(jié)晶度相關(guān)，折射率無分散就意味著結(jié)晶度無分散。因而，可以推論在平行于線狀激光的直線上的結(jié)晶度的均勻性一直優(yōu)于垂直于線狀激光的直線上的均勻性。另外，在線條方向上由線狀激光的退火效果是優(yōu)良的，因為沒有分散，但在掃描方向上有大的分散。
在線狀激光的線條方向上的分散大約是0.6％。然而，掃描方向上的分散是1.3％，大約是0.6％的兩倍。因而，當用線狀激光束進行退火，同時使線狀激光束沿垂直于線條方向掃描時，線條方向上的退火效果大約比垂直于線條的掃描方向的效果高一倍。
可以預(yù)期不僅對硅半導(dǎo)體薄膜，而且對其它薄膜半導(dǎo)體同樣都是滿意的。圖1中經(jīng)激光退火的效果不僅適用于非晶硅膜的結(jié)晶性，而且也適用于半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶性，結(jié)晶性的增強和改善，摻雜雜質(zhì)的激活等等。
在采用線狀激光束的各種退火處理中，當在線條方向的退火效果與掃描方向的退火效果有雙倍或更大差別時，本發(fā)明更為有效。
當制造形成于半導(dǎo)體材料上的各個器件時，電路設(shè)計是這樣設(shè)定的，使要求具有相同特性的器件盡可能排成一直線，使線狀激光輻照到器件排成一到的器件區(qū)(或?qū)⒁兂善骷^(qū)的區(qū)域)上，實施各種退火處理。因而，可使激光的退火效果對每個使器件排成一列的器件區(qū)是均勻的，使多個排成一列的器件的特性不分散。
當用圖1的有退火效果的線狀激光束形成結(jié)晶硅膜，然后用結(jié)晶硅膜形成薄膜晶體管(TFT)時，設(shè)定連接TFT源、漏的線與線狀激光的線條方向(長度方向)相重合或基本重合，由此可使載流子運動方向上的結(jié)晶度均勻。在此情況下，因為載流子在結(jié)晶度均勻的區(qū)域內(nèi)運動，對載流子的運動沒有干擾，所以可改善其特性。
當在具有絕緣表面的襯底，如玻璃襯底上形成TFT時，采用以上步驟。通過后文所述的實施例中指出的光學系統(tǒng)將準分子激光整形成線狀而形成線狀激光。激光束輻照所沿的長度方向是指呈線狀的激光輻照區(qū)的直線方向。
在本發(fā)明中，半導(dǎo)體制造方法包括對薄膜半導(dǎo)體輻照激光的步驟，其中使線狀激光輻照到多個半導(dǎo)體器件排列成至少一條直線的區(qū)上，以使線狀激光的直線方向與器件的排列方向相吻合。
在本發(fā)明中，半導(dǎo)體制造方法包括對薄膜半導(dǎo)體輻照激光的步驟，其中，使具有線狀圖形的線狀激光沿著與形成TFT源區(qū)的區(qū)域與形成TFT漏區(qū)的區(qū)域的連接方向相重合的方向輻照。
TFT可能是錯列型、倒錯列型、平面型和倒平面型中的任意一種。當采用每個源、溝道和漏區(qū)都形成在一個有源層中的平面型TFT時，它是特別有用的。為結(jié)晶化、促進結(jié)晶化、改善結(jié)晶化、激活雜質(zhì)以及各種退火處理而輻照激光。
在用具有線狀光束圖形的激光退火半導(dǎo)體時，可以通過利用沿激光圖形的直線方向上的退火效果的均勻性，使在激光圖形的直線方向上所形成的多個薄膜的特性均勻。
借助于使半導(dǎo)體器件的載流子運動方向與線狀激光圖形的直線方向相重合，可改善半導(dǎo)體器件的電學特性。這是因為載流子在結(jié)晶度均勻的區(qū)域內(nèi)運動。
設(shè)定結(jié)晶硅膜在載流子運動方向的折射率的分散度大約兩倍地優(yōu)于垂直于載流子運動方向的方向的折射率的分散度，因此可獲得特性良好的TFT。


圖1表示輻照線狀激光的硅膜的折射率的結(jié)果；圖2是激光輻照設(shè)備的示意圖；圖3A～3C表示形成具有線狀圖形的激光的光學系統(tǒng)；圖4是有源矩陣型液晶顯示裝置的示意圖；圖5表示在玻璃襯底上所形成的薄膜晶體管(TFT)的圖形及激光的輻照狀態(tài)；圖6A和6B是TFT的圖形的示意圖。
具體實施例方式
實施例1在本實施例中，本發(fā)明適用于使形成于玻璃襯底上的非晶硅膜結(jié)晶的情況。使線狀激光進一步輻照到經(jīng)加熱而結(jié)晶的晶體硅膜上，以改善結(jié)晶度。另外，用該結(jié)晶硅膜形成具有相同特性的薄膜晶體管(TFT)。特別是，使TFT集成在一塊玻璃襯底上構(gòu)成一個有源矩陣型液晶顯示裝置。
現(xiàn)在描述一種輻照激光的設(shè)備。圖2是用于本實施例的激光退火設(shè)備的示意圖。由振蕩器2使激光振蕩。由振蕩器2振蕩的激光是KrF準分子激光(波長248nm，脈寬30ns)。也可使用其它準分子激光器或其它類型的激光器。通過全反射鏡5和6經(jīng)放大器3使由振蕩器2振蕩的激光放大，然后經(jīng)全反射鏡7和8進入光學系統(tǒng)4。在鏡8和光學系統(tǒng)4之間放置一個推入和拉出衰減濾光片的機構(gòu)(未示出)。使用具有不同透射率的濾光片的組合的光束衰減濾光片，以獲得預(yù)期的輻照強度。
在將要進入光學系統(tǒng)4之前的激光光束圖形具有3×2cm2的矩形。讓激光通過光學系統(tǒng)4，可以獲得長10～30cm寬0.1～1cm的細長光束。通過光學系統(tǒng)4的激光能量最大約為1000mJ/次(發(fā)射)。
將激光處理成這種細長的光束，以改善輻照效率。即，通過光學系統(tǒng)4后，使線狀光束通過全反射鏡9，然后輻照到襯底(樣品)11上。在此情況下，設(shè)定光束的寬度寬于襯底的寬度，讓襯底沿一個方向運動，可使激光輻照到襯底的全表面。在結(jié)構(gòu)上可簡化為一個放置襯底的臺和驅(qū)動臺的驅(qū)動裝置10，而且便于對它進行維護。另外便于進行設(shè)定襯底的定位(對準)。另外，因為通過襯底僅沿一個方向的運動即可使激光輻照到目標的全表面，可達到激光輻照工藝的簡化和優(yōu)良的可控性。
由一臺計算機(未圖示)來控制放置待激光輻照的襯底11的臺10，讓它以預(yù)期的速度沿垂直于線狀激光的方向運動。倘若放置襯底的臺可在其平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，這就便于改變激光掃描的方向。在臺10的下邊安排一個加熱器，以便在激光輻照過程中使襯底保持在預(yù)期的溫度。
圖3A～3C表示光學系統(tǒng)4中的光路。圖3A是光路的頂視圖，圖3B是其側(cè)視圖。入射到光學系統(tǒng)4的激光通過沿橫向的柱面凹透鏡A、柱面凸透鏡B和飛眼透鏡(flyeye Lenses)C和D，以使激光從高斯分布型轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦畏植夹?。激光通過柱面凸透鏡E和F和反射鏡G，然后用柱面透鏡H匯聚，以獲得線狀激光。在圖3B中的反射鏡G對應(yīng)于圖2中的反射鏡9。另外，在反射鏡9和襯底(樣品)11之間設(shè)置柱面透鏡H(圖2中未圖示)。
由激光輻照形成于玻璃襯底上的結(jié)晶硅膜的情況表示如下。制備一塊10cm見方的玻璃襯底(例如，Corning 7959玻璃襯底或Corning 1737玻璃襯底)。用TEOS作原材料，通過CVD法在玻璃襯底上形成厚2000的氧化硅膜。該氧化硅膜起到一種底膜作用，防止雜質(zhì)由玻璃襯底擴散到半導(dǎo)體膜中。
通過等離子CVD或低壓熱CVD形成厚500的非晶硅膜。該厚度可被設(shè)定到預(yù)期值。
將襯底浸入過氧化氫氨中，在70℃保持5分鐘，以便在非晶硅膜表面形成氧化硅膜。接著，用旋涂法，將液相乙酸鎳涂敷到非晶硅膜表面。Ni元素起到一種促進非晶硅膜結(jié)晶化的元素作用。要求Ni元素在硅膜中的量在1×1016～5×1019/cm3。具體地講，調(diào)整乙酸鎳溶液中的鎳濃度，以便控制待引入到硅膜中的Ni元素的量。在本實施例中，使用Ni元素，但是可使用Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au中的一種元素來替代Ni。
將襯底在450℃的氮氣氣氛中保持1小時，以便從非晶硅膜中除去氫。這是因為，通過有意在非晶硅中形成懸空鍵來降低后序結(jié)晶化工藝的閾值能量。通過在550℃的氮氣氣氛中4小時的熱處理，使非晶硅膜結(jié)晶化。借助于Ni元素的作用，可將結(jié)晶化溫度設(shè)定在550℃。當熱處理溫度為550℃時，對變形點為593℃的Corning 7059玻璃襯底來講，有個熱損傷的問題。一般，必須在低于待用的玻璃襯底的變形點的溫度進行熱處理。
通過以上工藝，可以在襯底上獲得結(jié)晶硅膜。另外，由圖2的裝置，將KrF準分子激光(波長248nm，脈寬25ns)輻照到結(jié)晶硅膜上。激光輻照進一步增強了結(jié)晶度。
當使用促進硅結(jié)晶化的金屬元素，通過熱處理獲得結(jié)晶硅膜時，所獲得的膜雖然有一定的結(jié)晶性，但是含有大量的非晶成分。因而，用激光輻照，對增強膜的結(jié)晶度是很有效的。
用圖3A～3C中的光學系統(tǒng)，將激光整形成線狀光束圖形，并假定線狀激光在輻照部分具有125mm×1mm的光束圖形。
將其上形成硅膜的襯底(樣品)放置在臺10上。讓臺以2mm/s的速度移動，可使激光輻照到襯底的全表面。根據(jù)硅膜的質(zhì)量和膜形成條件，須由實驗確定臺10的運動速度。
實行兩步輻照。即，進行150～300mJ/cm2的輻照作為預(yù)輻照，然后進行200～400mJ/cm2的輻照作為主輻照。脈寬為30ns，脈沖次數(shù)為30脈沖/秒。進行兩次輻照，以便抑制膜表面的均勻性由最大的激光輻照導(dǎo)致的退化，因而形成有良好結(jié)晶度的膜。
使用組合衰減濾光片來變換激光能量(例如，從預(yù)輻照到主輻照的能量轉(zhuǎn)換)。因此，可以在比激光振蕩裝置能量自身的調(diào)整短的時間完成能量轉(zhuǎn)換。
當輻照激光時，將襯底保持在200℃。這是因為襯底表面溫度因激光輻照而上升和下降的速度是緩慢的。在本實施例中，襯底溫度為200℃，但是為獲得激光退火的最佳溫度，可從大約100～600℃(由玻璃襯底變形點限定的上限)的溫度范圍具體選擇。對氣氛不作特定控制，并在大氣(壓力)下進行輻照。
因而，獲得形成于玻璃襯底上的晶體硅膜。在以下的說明中，用激光退火來制作用于有源矩陣型液晶顯示裝置的TFT。
以往，如圖4所示，有源(矩陣)型液晶顯示裝置20主要有象素部分21和外圍電路部分22和23。在象素部分20，將象素(數(shù)百X數(shù)百)電極排列成矩陣形狀，并在每個象素上設(shè)置至少一個TFT作為開關(guān)元素。外圍電路驅(qū)動安排在象素部分21的TFT并具有一個移位寄存電路和緩沖電路(具有低阻抗的輸出電路)，以允許電流流過。外圍電路也主要由TFT構(gòu)成。
在本實施例中，將設(shè)置在象素電路中的TFT和設(shè)置在外圍電路中的TFT排列成一直線。另外，這些TFT是這樣排列的，使源與漏的連線方向與線狀激光的直線方向相重疊。
圖5表示TFT的實施排列圖形。在圖5中，標號51代表安排在外圍電路的并可大電流驅(qū)動的TFT的圖形。標號52代表安排在象素電路中的TFT的圖形。在激光輻照時，這些TFT尚未形成。因而，圖形51和52可被看作是最終形成TFT的區(qū)域。
在圖6A和6B中詳細地表示出TFT51和52。在圖6A和6B中，將這些TFT排列成一條直線。將連接源與漏的直線設(shè)置成與線狀激光的長邊方向一致或基本上一致。
當在圖1的退火中輻照線狀激光時，在光束圖形的直線方向上的退火效果是極其均勻的。因而，通過將TFT排列在激光束的長邊方向上，可以使排成一列的TFT的特性相互一致。另外，因為通過將每個TFT的源、漏之間的連接線與線狀光束的長邊方向排成一列可使載流子在結(jié)晶度均勻的區(qū)域內(nèi)運動，而可獲得高遷移率。在源、漏的連接線上的均勻結(jié)晶度是指在源/漏方向上由于結(jié)晶態(tài)的不連續(xù)導(dǎo)致的陷阱效應(yīng)是小的。該陷阱能級效應(yīng)引起一些問題，諸如加大了工作的不穩(wěn)定性和增大了截止電流。因而，通過減小源、漏連接方向上的陷阱能級的影響，對制造具有低截止電流的穩(wěn)定元件是有用的。
如上所述，使用兩步輻照作為激光輻照方法。
實施例2在本實施例中，使激光輻照到形成于玻璃襯底上的非晶硅膜上，以獲得結(jié)晶硅膜，并用該結(jié)晶硅膜制造構(gòu)成有源矩陣型液晶顯示裝置的外圍電路部分和象素電路部分的TFT。
用濺射法，在玻璃襯底上形成厚3000的氧化硅膜作為底膜。另外，通過等離子CVD或低壓熱CVD形成厚500的非晶硅膜。在此狀態(tài)下，在400℃的氮氣氣氛中進行1小時熱處理。以便從非晶硅膜中除去氫。
使線狀準分子激光輻照到非晶硅膜(圖5中)上，使光與待形成一條直線的TFT所在的線狀區(qū)一致，以便獲得結(jié)晶硅膜。
在獲得結(jié)晶硅膜后，經(jīng)TFT制作工藝制造TFT，是按圖5的狀態(tài)排成一線。即，TFT沿輻照激光的線條方向排成一列，并使排成一列的TFT的源與漏的連線與線狀激光的線條方向相吻合。用圖2的裝置掃描，使激光輻照到全表面。
實施例3在本實施例中，本發(fā)明適用于TFT制作工藝所需的激活源、漏區(qū)的工藝。
在用結(jié)晶硅膜形成TFT的情況下，當用柵電極作掩模，以自對準方式通過離子摻雜或等離子摻雜將提供一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子，如磷或硼離子摻入源和漏區(qū)時，由于加速的離子的撞擊，使摻雜區(qū)變成非晶，或使其結(jié)晶度明顯下降。于是要求用于恢復(fù)源、漏區(qū)結(jié)晶度的退火工藝。若不進行熱處理，則摻入的雜質(zhì)離子起不到控制導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的作用。于是要求用于激活雜質(zhì)離子的退火。
通過激光輻照進行為達上述目的的退火工藝。根據(jù)實施例1或2，按圖5所示的排列，用該結(jié)晶硅膜形成TFT。在把雜質(zhì)離子注入到TFT的源、漏區(qū)后，輻照圖5中的線狀激光。在此情況下，因為源、漏區(qū)是設(shè)置在線狀激光的線條方向上的，可使退火效果在一個TFT內(nèi)均勻。另外，因為TFT排列的方向與線狀激光的線條方向是相互重疊的，可使對每個TFT的退火效果均勻。
在本實施例中，制造構(gòu)成有源矩陣型液晶顯示裝置的TFT。然而，本發(fā)明也可適用于各種集成電路的制造工藝。本發(fā)明不限TFT，也可適用于制造各種半導(dǎo)體器件，如薄膜二極管，雙極型晶體管。
本發(fā)明的效果是把在對半導(dǎo)體材料進行線狀激光輻照同時使激光沿一個方向掃描的工藝中導(dǎo)致半導(dǎo)體材料特性的非均勻性引發(fā)的缺點抑制到最小限度。即，當用半導(dǎo)體薄膜形成液晶顯示裝置中的多個薄膜器件時，將多個TFT排列一條直線，并使線狀激光沿排成一列的方向輻照，因而，可使各個TFT的特性相互配匹。
用線狀激光輻照，同時使TFT的源、漏的方向與線狀激光的線條方向吻合，因而可使載流子運動方向上的結(jié)晶態(tài)均勻。因此，各TFT具有高的載流子遷移率、低的截止電流值以及穩(wěn)定的特性。
本發(fā)明可適用于所有的用于半導(dǎo)體器件工藝中的激光處理工藝。特別是，當使用TFT作半導(dǎo)體器件，用于制作TFT液晶板時，因為可使每個TFT的特性均勻，則可獲得高質(zhì)量的液晶顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成。
2.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；和其中在垂直于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的電特性的變化大于在平行于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的電特性的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中在垂直于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的溝道區(qū)的折射率的變化大于在平行于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的溝道區(qū)的折射率的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述半導(dǎo)體膜通過引入促進結(jié)晶的材料并隨后進行加熱而被結(jié)晶化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述第一和第二脈沖線性激光是準分子激光器發(fā)出的激光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的載流子的流動方向。
7.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；其中所述第二次脈沖線性激光的能量密度高于所述第一次脈沖線性激光的能量密度。
8.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；和其中在垂直于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的電特性的變化大于在平行于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的電特性的變化；其中所述第二次脈沖線性激光的能量密度高于所述第一次脈沖線性激光的能量密度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其中在垂直于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的溝道區(qū)的折射率的變化大于在平行于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的溝道區(qū)的折射率的變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其中所述半導(dǎo)體膜通過引入促進結(jié)晶的材料并隨后進行加熱而被結(jié)晶化。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其中所述第一和第二脈沖線性激光是準分子激光器發(fā)出的激光。
12.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其中所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的載流子的流動方向。
13.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；其中所述多個薄膜晶體管形成所述半導(dǎo)體器件的像素電路。
14.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；其中所述多個薄膜晶體管形成所述半導(dǎo)體器件的緩沖器電路。
15.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個襯底上形成一個半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第一脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述第二脈沖線性激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管的所述有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；其中所述第一次照射和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖的照射區(qū)域覆蓋的方式進行；和其中每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成；其中所述多個薄膜晶體管形成所述半導(dǎo)體器件的移位寄存器電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求13、14或15的方法，其中在垂直于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的溝道區(qū)的折射率的變化大于在平行于所述縱向的方向上所述薄膜晶體管的溝道區(qū)的折射率的變化。
17.根據(jù)權(quán)利要求13、14或15的方法，其中所述半導(dǎo)體膜通過引入促進結(jié)晶的材料并隨后進行加熱而被結(jié)晶化。
18.根據(jù)權(quán)利要求13、14或15的方法，其中所述第一和第二脈沖線性激光是準分子激光器發(fā)出的激光。
19.根據(jù)權(quán)利要求13、14或15的方法，其中所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的載流子的流動方向。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底上形成半導(dǎo)體膜；用第一脈沖線性激光第一次照射所述半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述激光的縱向的方向移動襯底；用第二脈沖線性激光第二次照射半導(dǎo)體膜，同時在垂直于所述激光的縱向的方向移動所述襯底；利用所述半導(dǎo)體膜形成多個含有有源區(qū)的薄膜晶體管，每個有源區(qū)包括源區(qū)、漏區(qū)和在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)；所述第一和第二次照射的步驟以每個激光脈沖的照射區(qū)域部分地被下一個激光脈沖覆蓋的方式進行；和每個上述有源區(qū)以使所述源區(qū)和漏區(qū)連成的直線平行于所述第一和第二脈沖線性激光的縱向的方式形成。根據(jù)本發(fā)明，能極大地抑制各半導(dǎo)體器件特性的分散。
文檔編號H01L21/77GK1614756SQ200410097478
公開日2005年5月11日 申請日期1995年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月16日
發(fā)明者山崎舜平, 楠本直人, 田中幸一郎 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所