專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，更具體地說，涉及包含使至少一部分非單晶半導(dǎo)體薄膜結(jié)晶的半導(dǎo)體器件制造方法。
通常，即使是單晶也涉及原子行的混亂(例如位錯)，并且難以將“單晶”與“接近于單晶的晶體”區(qū)分開，因此，應(yīng)注意，在本說明書中，將“接近于單晶的晶體”也描述為“單晶”。
作為用于實現(xiàn)ULSI(超大規(guī)模集成電路)集成、低功耗和高速的技術(shù)，已知有用于在絕緣材料襯底或者絕緣膜上形成單晶硅的SOI(絕緣體上硅)技術(shù)。這種技術(shù)分為(1)在形成在單晶半導(dǎo)體晶片例如硅晶片上的絕緣膜上形成單晶薄膜的方法，和(2)使形成在絕緣材料襯底或者絕緣膜上的非單晶(非晶或者多晶)半導(dǎo)體薄膜，例如非單晶硅薄膜結(jié)晶或再結(jié)晶的方法。在這兩種方法中，增強硅的結(jié)晶度非常重要。優(yōu)選地，用于形成晶體管的區(qū)域應(yīng)是單晶，晶面取向應(yīng)一致，尤其，表面應(yīng)為(001)面，并且電流流動方向的晶向應(yīng)為(100)面。據(jù)此，廣泛采用方法(1)，利用單晶硅晶片或者晶片鍵合通過注入氧(SIMOX)隔離。
另一方面，在目前的硅ULSI技術(shù)中不采用方法(2)。然而，由于不限制所采用的襯底材料，因此如果可以形成高質(zhì)量的單晶半導(dǎo)體薄膜例如單晶硅薄膜，則可以在各種電子元件或者電子器件中應(yīng)用方法(2)。因此，迫切需要改進方法(2)。
在二十世紀八十年代進行了許多研究，試圖形成具有一致的晶面取向的單晶硅薄膜。在這些研究當(dāng)中，通過射頻感應(yīng)加熱的區(qū)域熔化技術(shù)是重要的技術(shù)，并且已知為能夠形成其晶向具有(001)面的單晶硅矩形區(qū)的技術(shù)。
如Akira Fukami和Yu Kobayashi在“Journal of ElectronicCommunications Society”(1986/9 vol.J69-C No.9，第1089-1095頁)報道的，在區(qū)域熔化法中，首先，通過大氣化學(xué)汽相淀積(CVD)法在石英襯底上淀積多晶Si薄膜，并且將該薄膜圖案化以得到其中彼此分隔且線性排列的大量矩形區(qū)域通過細頸狀部相互連接的圖形。然后，在石英襯底的背面定位細長的射頻感應(yīng)加熱器，以將線性排列的矩形區(qū)域依次加熱到1412℃或者更高，以熔化在對應(yīng)于加熱器的位置放置的多晶硅，形成熔化的硅區(qū)域。接著，在矩形區(qū)域的陣列方向移動加熱器，從而依次熔化多晶硅，并且使整個矩形區(qū)域熔化。在矩形區(qū)域中，由加熱器加熱然后冷卻的部分已經(jīng)單晶化，而其它部分沒有結(jié)晶。通過改變頸狀部的尺寸(長度和寬度)，局部地改變熱流動，并且晶向根據(jù)熱流動而改變。通過優(yōu)化頸狀部的長度和寬度，可以形成具有(001)面取向的結(jié)晶的矩形區(qū)域。
順便提及，在用于增強在液晶顯示器等的驅(qū)動元件中使用的薄膜晶體管性能的技術(shù)中，應(yīng)用了在玻璃或者塑料襯底上形成結(jié)晶硅薄膜的技術(shù)。例如，當(dāng)薄膜晶體管的半導(dǎo)體層從非晶結(jié)構(gòu)變到多晶結(jié)構(gòu)時，晶體管的遷移率變?yōu)?00倍或者更高。
然而，在這種情況下，當(dāng)結(jié)晶時，必須適當(dāng)關(guān)注對襯底的熱損傷(例如，在普通的玻璃襯底中，用于結(jié)晶的加熱溫度必須為600℃或者更低，在塑料襯底中，為150℃或者更低)。
在利用射頻感應(yīng)加熱的區(qū)域熔化法中，將襯底(石英襯底)部分地加熱到超過硅熔點(1410℃)的溫度，因此，在其中襯底由低熔點材料例如玻璃或者塑料形成的液晶顯示器領(lǐng)域不能應(yīng)用該方法。
為了在(001)晶面取向中對準結(jié)晶膜，需要優(yōu)化連接矩形硅區(qū)的頸狀部的形狀，這限制了晶體管和后續(xù)將形成的電路的布圖。
因此，作為使非晶硅薄膜結(jié)晶而不熱損傷襯底的方法，已經(jīng)開發(fā)了準分子激光結(jié)晶法。在該技術(shù)中，通過均化光學(xué)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)準分子激光束，使得強度在截面上均勻，并且通過具有細長矩形形狀開口的金屬掩模將激光束成型為矩形形式(例如，150mm×200μm的截面形狀)。利用這種形狀的激光束，與矩形的長邊方向成直角掃描在玻璃襯底上淀積的非晶硅薄膜的表面，并且利用激光在短邊方向以10μm的間隔照射。已經(jīng)吸收了激光束的硅薄膜熔化，并且冷卻為多晶硅。在該技術(shù)中，即使使用普通的玻璃或者塑料襯底，也不會熱損傷襯底。這是因為準分子激光是具有大約20ns的脈沖寬度的脈沖激光，并且在大約50-100ns內(nèi)完成結(jié)晶。得到的晶粒尺寸取決于激光能量密度，并且可以形成由具有大約0.1至1μm粒徑的晶粒形成的多晶薄膜。至于晶面取向，據(jù)報道通過單激光照射形成的晶粒沒有對準，但是當(dāng)重復(fù)幾百次激光照射時，表面取向調(diào)準到(001)面或者(111)面(對于前者，例如參見D.P.Gosain，A.Machida，T.Fujino，Y.Hitsuda，K.Nakano and J.Sato，“Formation of(100)-Textured Si FilmUsing an Excimer Laser on a Glass Substrate，”Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.42(2003)，pp.L135-L.137；對于后者，例如參見H.Kuriyama等人的“Enlargement of Poly-Si Film Grain Size by Excimer LaserAnnealing and Its Application to High-Performace Poly-Si ThinFilm Transistor，”Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.30(1991)，pp.3700-3703)。
然而，在準分子激光結(jié)晶法中，可以使各個晶粒中的結(jié)晶性為單晶，但是薄膜作為整體是多晶的。因此，當(dāng)形成多個晶體管時，晶界存在于溝道區(qū)中，使得遷移率降低，并且晶體管之間性能(閾值電壓、亞閾值(sub-shred)系數(shù)、遷移率)波動。為了增加晶粒尺寸，必須將激光能量密度(能量密度)設(shè)置到盡可能接近使硅薄膜完全熔化的臨界能量密度的水平。然而，當(dāng)激光能量密度超過總?cè)刍瘲l件時，硅薄膜變成非常精細的晶體，這不是優(yōu)選的。換句話說，激光能量密度對波動的容差窄。由于晶粒尺寸最大大約為1至2μm，因此存在必須將晶體管尺寸控制得更小的限制。例如，當(dāng)使用用于大約1m×1m顯示器的大面積襯底時，需要極其先進的精細加工技術(shù)。此外，為了使表面取向調(diào)準到(001)，必須照射200次或者更多次(或者對于(111)面，大約10次)的激光。因此，需要非常長的處理時間來結(jié)晶。即使提供結(jié)晶膜上側(cè)(一個面)的各個晶粒的表面取向均勻地調(diào)準在(001)，該結(jié)構(gòu)也繞著表面軸無序地旋轉(zhuǎn)，并且薄膜截面的晶體取向沒有對準。即，不能將垂直于結(jié)晶膜表面的面定向到(001)取向。
此外，試圖單獨利用閃光燈代替準分子激光進行結(jié)晶。然而，當(dāng)形成多個晶體管時，盡管如準分子激光結(jié)晶法那樣可以使晶粒內(nèi)的結(jié)晶性為單晶，但是晶界形成在溝道區(qū)中，使得遷移率降低，并且晶體管之間的性能(閾值電壓、亞閾值系數(shù)、遷移率)波動。
作為通過準分子激光結(jié)晶技術(shù)開發(fā)的技術(shù)，還已知稱作順序橫向固化(SLS)的技術(shù)。該技術(shù)例如公開于日本專利No.3204986中。在該技術(shù)中，如

圖12A所示，通過均化光學(xué)系統(tǒng)使光強度均化的準分子激光束11通過金屬掩模12，金屬掩模12具有大約2μm且截面將要成型為矩形的細間隙。當(dāng)設(shè)置通過間隙的激光能量密度(能量密度)，使得非晶硅薄膜13變?yōu)樵诤穸确较蛲耆刍娜廴诠?4，從間隙的外側(cè)區(qū)域向著內(nèi)側(cè)發(fā)生橫向生長，并且形成結(jié)晶硅16(圖12B)。接著，將靶結(jié)構(gòu)向左移動2μm，如箭頭17所示，并發(fā)射激光。然后熔融硅14在通過前面的激光照射形成的結(jié)晶硅16的右端處的籽晶開始橫向生長(圖12C)。通過重復(fù)這種激光照射和靶移動過程，可以形成大晶粒尺寸的多晶硅薄膜。在這種情況下，使掩模12的平面形狀為棋盤圖形掩模19，如圖12D所示。在這種情況下，當(dāng)重復(fù)激光照射時，提高了處理時間，并且增強了結(jié)晶的疊加區(qū)域，使得均勻橫向生長的多晶薄膜形成在襯底表面上。
然而，在SLS方法中，由于幾乎一半的激光束都被金屬掩模遮蔽了，因此不能有效地利用激光能量。結(jié)果，花費較長的時間進行結(jié)晶。此外，由于晶粒的位置分散，因此如準分子激光結(jié)晶的情況那樣，晶體管之間性能波動。因此，晶粒的面取向不均勻，也導(dǎo)致了晶體管之間性能波動。
作為通過準分子激光結(jié)晶法進一步開發(fā)的技術(shù)，還已知相位調(diào)制準分子激光結(jié)晶法(例如參見Masakiyo Matsumura，“SurfaceScience，”Vol.21，No.5，pp.278-287，2000)。該方法的特征在于，如圖13A所示，準分子激光束21通過稱作移相器22的光學(xué)元件(例如，通過形成臺階來加工的石英板)，因此，在空間上調(diào)制了激光束強度分布，如圖13B中的附圖標記23所示。利用如此調(diào)制的激光束照射非晶硅薄膜24一次，并且使被照射的區(qū)域25結(jié)晶，如圖13C所示。
該方法不同于準分子激光結(jié)晶法或者SLS法，不使用均勻的光強度分布，并且不需要多次照射激光。在該方法中，調(diào)制的光強度分布23在利用激光照射的薄膜中提供了傾斜的溫度分布，并且在小能量的位置27處形成了晶核，使得可以精確地確定晶核的位置。此外，如圖13D所示，通過從晶核的橫向生長可以得到大粒徑的晶粒26a、26b。通過該方法，形成了大粒徑的晶粒，并且還可以控制晶核的位置。
然而，在相位調(diào)制準分子激光結(jié)晶技術(shù)中，得到了大粒徑的晶粒，但是進一步需要形成更大的晶粒，以便在一個晶粒中制造多個晶體管，并且緩和對電路布圖的限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，能夠在底層絕緣層上形成具有較大粒徑的半導(dǎo)體晶體薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括利用通過光學(xué)調(diào)制器調(diào)制使其具有光強度分布的激光束照射非單晶半導(dǎo)體薄膜的待結(jié)晶區(qū)域，以使該區(qū)域結(jié)晶的激光照射步驟，所述光強度分布具有最小光強度線或者最小光強度點；以及通過將來自閃光燈的光照射到結(jié)晶區(qū)域上來加熱結(jié)晶區(qū)域的加熱步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括激光照射步驟，利用通過光學(xué)調(diào)制器調(diào)制使其具有光強度分布的激光束照射非單晶半導(dǎo)體薄膜的待結(jié)晶區(qū)域，以形成多個主晶粒及它們周圍的精細晶粒，所述光強度分布具有最小光強度線或者最小光強度點；以及加熱步驟，通過來自閃光燈的光的照射進行加熱，以通過將精細晶粒結(jié)合到主晶粒中而使待結(jié)晶區(qū)域單晶化。
根據(jù)本發(fā)明的第三方案，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括利用具有足以熔化非單晶半導(dǎo)體膜的能量的脈沖激光束照射靶的照射步驟，該靶具有在其上形成的非單晶半導(dǎo)體膜，從而使非單晶半導(dǎo)體膜的至少一部分結(jié)晶；以及利用來自閃光燈的、具有足以熔化非單晶半導(dǎo)體膜的能量的光照射包含結(jié)晶部分的非單晶半導(dǎo)體膜的加熱步驟，從而至少使結(jié)晶部分單晶化。
在本發(fā)明中，激光照射步驟可以包括形成晶粒的步驟，所述晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為預(yù)定晶面，并且其生長快于其它晶粒；并且加熱步驟可以包括在半導(dǎo)體薄膜中利用所述晶粒作為晶核的晶粒生長步驟，所述晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為預(yù)定晶面。
而且在本發(fā)明中，激光照射步驟可以包括形成晶粒的步驟，當(dāng)從一側(cè)觀察時，該晶粒具有三角形形狀，并且在晶體生長方向上的晶面取向為(100)面，加熱步驟可以包括在半導(dǎo)體薄膜中利用三角形晶粒作為晶核的晶粒生長步驟，當(dāng)從一側(cè)觀察時，所述晶粒具有近似矩形表面形狀，并且在晶體生長方向上的晶面取向為(100)面。
通常，在激光照射步驟中，通過光學(xué)調(diào)制器形成具有最小光強度線或者最小光強度點的光強度分布的激光束。
此外，在本發(fā)明中，光學(xué)調(diào)制器可以具有移相器，通過調(diào)制入射激光束的相位，移相器可以輸出具有最小光強度線或者最小光強度點的光強度分布的激光束。
附圖簡述圖1是示出本發(fā)明基本概念的半導(dǎo)體器件制造方法的流程圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明沿著光路從激光源到靶的光學(xué)系統(tǒng)的圖；圖3是用于說明本發(fā)明一個實施例的激光束的光強度分布的圖；圖4A是示出相位調(diào)制的準分子激光照射之后薄膜表面的圖；圖4B是示出閃光燈照射之后結(jié)晶薄膜表面的圖；圖5A是示意性示出具有三角反峰圖形的光強度分布的激光照射的透視圖；圖5B是示出激光照射之后的移相器和在二維位置控制的晶粒之間關(guān)系的圖；圖6A至6C是示出具有形成在其上的取向表示標識的圓形襯底的三個例子的平面圖；圖6D至6F是示出具有形成在其上的取向表示標識的矩形襯底的三個例子的平面圖；圖7A至7D是用于按照步驟順序說明本發(fā)明結(jié)晶方法的第一實施例的圖；圖8A至8D是用于按照步驟順序說明本發(fā)明結(jié)晶方法的第二實施例的圖；圖9A至9C是在本發(fā)明中可以使用的相互不同的相位調(diào)制準分子激光結(jié)晶裝置的示意圖；圖10是在本發(fā)明中可以使用的閃光燈加熱裝置的示意圖；圖11A是用于退火的移相器的透視圖；
圖11B是用于定位的移相器的透視圖；圖11C和11D是示出具有相互不同結(jié)構(gòu)的移相器的透視圖，其中用于退火的移相器與用于定位的移相器結(jié)合成一體；圖12A至12D是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的SLS方法的說明圖；并且圖13A至13D是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的相位調(diào)制準分子激光結(jié)晶法的說明圖。
發(fā)明的詳細描述首先說明本發(fā)明的基本原理。
圖1是示出本發(fā)明基本原理的半導(dǎo)體器件制造方法的流程圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明沿著光路從激光源到靶的光學(xué)系統(tǒng)的圖。
首先，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法3包含利用激光束照射非單晶半導(dǎo)體薄膜的待結(jié)晶區(qū)域，以使被照射的區(qū)域結(jié)晶，通過光學(xué)調(diào)制器調(diào)制所述激光束，使其具有光強度分布，該光強度分布具有最小光強度線或者最小光強度點(步驟1)。然后，利用來自閃光燈的光照射結(jié)晶區(qū)域，以加熱結(jié)晶區(qū)(步驟2)。
在步驟1中，通過使用其表面加工成線性臺階的石英襯底制成的移相器121作為光學(xué)調(diào)制器，如圖11A所示，調(diào)制來自光源的激光束，以具有按三角形形狀在最小光強度J1和最大光強度J2之間改變的激光束強度分布31，如圖3所示。如此調(diào)制的激光束照射待結(jié)晶的靶薄膜(例如，非晶硅薄膜)，以實施結(jié)晶(在這種情況下，以形成多晶硅)。在本說明書中，希望最終結(jié)晶的區(qū)域稱作“待結(jié)晶區(qū)域”。
通過掃描電子顯微鏡(SEM)法和電子背散射衍射(EBSD)法測量結(jié)晶薄膜的晶粒表面形態(tài)和單個晶粒的結(jié)晶取向。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)可以將晶粒歸為三種類型，即，小直徑晶粒、帶狀晶粒和三角形晶粒(后面參考圖4A具體描述)。三角形晶粒意味著在橫向從激光束照射的最小光強度線或者最小光強度點開始生長的晶粒，并且在下一個步驟將形成為籽晶。它不限于純粹的三角形形狀，例如，可以包括部分多邊形或者弧形。許多晶粒形成為三角形形狀，并且將它們稱為三角形晶粒。
這里，發(fā)現(xiàn)三角形晶粒的生長距離長，并且晶體生長方向的面取向為(100)平面，與晶體生長方向垂直的兩個方向中、在薄膜平面中的垂直方向為(010)面或者(011)面。
此外，可以利用具有圖5A所示激光束強度分布61的相位調(diào)制準分子激光照射非結(jié)晶膜60。通過使用圖11A所示的移相器121，激光束強度分布61具有最小光強度線，其恒定間距為P，或者，通過使用圖11A和11B所示的移相器121和122，激光束強度分布61具有最小光強度點，其恒定間距為P，例如10μm的多個最小光強度點(反峰點)42a。在圖5A中，用附圖標記62表示結(jié)晶起始點，用附圖標記63表示結(jié)晶終結(jié)位置。因此，得到了如圖5B所示的二位置控制的晶體，如后面所描述的。間距P指的是表面中形成的窄溝槽和表面之間的臺階，即，移相線之間的間隔，如后面參考圖11A至11D所說明的。
即，為了生成其表面形態(tài)四邊形晶體被一維定位控制并且其至少在生長方向上的晶面取向為(100)的結(jié)晶膜，可以通過使用如圖11A所示的一維移相器121形成一維激光束強度分布，并且可以利用所產(chǎn)生的激光束照射非晶硅薄膜表面，以形成在一個方向上生長的晶粒。在這種情況下，設(shè)計將要使用的激光束的光強度分布，使得晶體生長的起始點和終點具有激光束強度，例如900mJ/cm2的能量光的最小值J1(起始位置)和最大值J2(終止位置)。通過這種激光照射進行周期性退火，在非晶硅薄膜的整個照射區(qū)域中形成橫向生長的晶粒。
構(gòu)成激光束結(jié)晶裝置4，例如，如圖2所示。在從光源5開始的激光光路中設(shè)置均化器6，并且使激光束的光強度分布均化。在如此均化的激光的光學(xué)路徑中設(shè)置光調(diào)制器7，并且該光調(diào)制器7調(diào)制均化的激光束，以具有反峰形狀的光強度分布。成像透鏡8設(shè)置在通過調(diào)制器7的激光束的光學(xué)路徑中，以在靶9上聚焦圖像。如此構(gòu)成結(jié)晶裝置4。通過結(jié)晶裝置4，完成了通過激光束的結(jié)晶步驟1。
接著，進行通過燈退火的結(jié)晶步驟2。在該步驟中，通過利用氙閃光燈作為光源照射以得到大晶粒晶體，來進行結(jié)晶。
可以利用如圖10所示的閃光燈加熱裝置110進行閃光燈加熱步驟。加熱裝置110包括在腔室117中設(shè)置的與靶108相對的多個條形氙閃光燈114。在氙閃光燈114之上，設(shè)置反射器115，以向著靶108反射向上發(fā)射的燈束。來自氙閃光燈114的光通過透光板112例如石英照射到靶108上，所述透光板112能夠透射紫外線到可見光區(qū)域的光。為了提高加熱的均勻性，可以在到靶108的入射光路中設(shè)置光擴散器113。此外，用于支撐靶108的板116可以設(shè)置有用于預(yù)熱的加熱裝置(例如，250至550℃)。氙閃光燈114是其內(nèi)密封氙氣的玻璃管，具有連接到電容器、設(shè)置在其兩端的陽極和陰極。在驅(qū)動電源電路的電容器中積聚的電流流到玻璃管中，并且此時通過焦耳熱加熱氙氣，以發(fā)光。在該氙閃光燈中，由于預(yù)先積聚的靜電能量轉(zhuǎn)換為0.1ms至10ms的短光脈沖，因此與連續(xù)發(fā)光型光源相比，能夠發(fā)射非常強烈的光。閃光燈的脈沖寬度優(yōu)選為0.5至2ms。閃光燈的可控制性高，通常一個快閃過程就足夠了。通過單一照射，可以使半導(dǎo)體襯底的熱損傷最小化，同時增加產(chǎn)量。然而，可以進行兩次或者多次燈退火，以便增強結(jié)晶度。通過控制電壓、電流密度、氣壓和燈內(nèi)徑，希望氙閃光燈的發(fā)射光譜特性具有從具有硅膜的高吸收系數(shù)的紫外線到可見光區(qū)的高強度。具體地說，如試驗中所發(fā)現(xiàn)的，對于硅的單晶化而言，用于得到有效紫外發(fā)射強度的條件范圍為3000A/cm2至10000A/cm2的電流密度。作為具體條件，電壓為3.5kV，電流密度為4200A/cm2，氣壓為400Torr(5.3×104Pa)。由于等離子溫度增加，并且短波長元件的能量密度的比率變高，因此優(yōu)選高電流密度。
優(yōu)選在真空或惰性氣體氣氛中進行加熱步驟。但是，本發(fā)明并不受該技術(shù)所限。
在通過氙閃光燈照射之前和之后的結(jié)晶薄膜表面分別示于圖4A和4B。通過在氙閃光燈照射之前和之后追蹤結(jié)晶薄膜表面的掃描電子顯微鏡圖像來繪制圖4A和4B。利用氙閃光燈照射，通過激光照射形成的三角形晶粒的底部區(qū)域52作為籽晶，并且通過激光照射形成的小直徑晶粒55和帶狀晶粒53再次熔化，且結(jié)合到從籽晶生長的晶體中。因此，通過氙閃光燈照射，形成了四邊形表面形態(tài)的晶粒54b(圖4B)。結(jié)晶晶粒54b為方形，并且結(jié)晶度如單晶那樣優(yōu)異。對于在控制它們的位置的情況下形成晶核，需要相位調(diào)制的激光照射，但是對于晶粒的二次擴展來說，并不總是需要空間調(diào)制的激光束。因此，由于其優(yōu)異的可控制性、均勻性、產(chǎn)量、可保持性和生產(chǎn)率以及設(shè)備的低成本，通過能夠發(fā)射均勻光束的氙閃光燈來進行加熱是有利的。如上所述，氙閃光燈的脈沖寬度短，并且可以將脈沖寬度和發(fā)射光譜特性控制到一定的程度，使得考慮對底層襯底的影響更容易優(yōu)化硅膜的溫度增加。
即，通過激光束照射結(jié)晶的區(qū)域是取決于激光束直徑的區(qū)域。因此，必須移動待照射區(qū)域，以便達到寬的結(jié)晶。相反，閃光燈照射覆蓋了寬的區(qū)域，并且可以影響寬范圍的結(jié)晶。
現(xiàn)在將參考附圖描述基于上述基本概念的本發(fā)明的各個實施例。
首先，參考圖3、4A、4B、5A、5B、6A至6C以及7A至7D、尤其圖7A至7D描述具有四邊形結(jié)晶區(qū)域陣列的半導(dǎo)體器件的制造方法實施例，所述四邊形結(jié)晶區(qū)域具有均勻的晶面取向，形成在具有圖6A至6C所示的取向表示標記例如取向平面71、凹口72和襯底標志73的圓形襯底(通過圖7的附圖標記81表示)上。
首先，制備具有待結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜(也稱作靶)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)80。如圖7A所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)80具有半導(dǎo)體襯底81(例如，Si、Ge、Si1-xGex、Si1-x-yGexCy、GaAs、GaP、InAs、GaN、ZnTe、CdSe、CdTe等的半導(dǎo)體晶片)，并且在半導(dǎo)體襯底81上形成絕緣層82(例如，膜厚500nm)。絕緣層82例如是通過熱氧化、CVD(例如，等離子CVD或者低壓CVD)或者濺射法形成的SiO2膜。可以選擇的是，絕緣層82可以是例如SiN膜和SiO2膜的疊層結(jié)構(gòu)。其可以是SOG(玻璃上的旋涂)，或者可以是SOG與SiN膜和/或SiO2膜的疊層結(jié)構(gòu)。絕緣層82防止襯底污染，防止擴散，由于絕緣層的熱絕緣特性帶來的熱聚積效果，在激光或者氙閃光燈的加熱步驟之后緩慢冷卻半導(dǎo)體薄膜83，絕緣層82還起到促進較大晶體生長的作用。在半導(dǎo)體襯底81的整個表面上形成絕緣層82?？梢栽瓨诱w使用絕緣層，或者通過圖案化來部分地除去。這里，將對當(dāng)絕緣層形成在半導(dǎo)體襯底81的整個表面上時在下列步驟中使用該絕緣層的情況進行說明。在絕緣層82上，即，在半導(dǎo)體襯底81的一側(cè)上，通過CVD(等離子CVD或者低壓CVD等)或者濺射法形成非晶或者多晶半導(dǎo)體薄膜83(例如，厚度大約30至200nm的Si、Si1-xGex、或者Si1-x-yGexCy膜)。半導(dǎo)體薄膜83可以形成在絕緣層82的整個表面上，或者通過圖案化形成在絕緣層的部分區(qū)域上。這里，在絕緣層82的整個表面上形成半導(dǎo)體薄膜83。在半導(dǎo)體薄膜83的整個表面上，形成保護膜84(例如，SiO2、SiON、SiN、SOG或者它們的疊層膜)，以具有40至500nm的厚度，例如大約300nm。保護膜84防止外部污染，防止粒子污染，并且由于絕緣層的熱絕緣特性帶來的熱聚積效果，在通過激光或者氙閃光燈的加熱步驟之后緩慢冷卻半導(dǎo)體薄膜83，保護膜84還起到生長較大晶體的作用。當(dāng)對絕緣層82和半導(dǎo)體薄膜83進行圖案化時，保護膜可以形成在襯底的整個表面上。
接著，如圖7B所示，在與保護膜84表面上的預(yù)定位置對準的情況下，根據(jù)相位調(diào)制準分子激光結(jié)晶法照射具有如圖5A所示的激光束強度分布61的準分子脈沖激光束85。在該相位調(diào)制準分子激光結(jié)晶法中，使用后面將詳細描述的如圖9A至9C所示的激光結(jié)晶裝置。在這種激光束照射中，通過預(yù)先設(shè)置在襯底或者半導(dǎo)體晶片上的標志來確定照射位置。
在該激光照射中，在脈沖激光束的單一照射中使用具有多個反峰的光強度分布，但是為了簡單起見，圖7B示出了三個反峰。該光強度分布包含一對主梯度方向(光強度從最小光強度點幾乎線性變得更強的方向)86和/或86a，取每個反峰(最小光強度點)作為中心。這對主梯度方向86和86a具有在附圖紙面中相互旋轉(zhuǎn)180度的關(guān)系。為了使主梯度方向86或者86a和半導(dǎo)體襯底81的取向表示標識具有預(yù)定的關(guān)系，預(yù)先設(shè)置半導(dǎo)體襯底81和光調(diào)制器，例如移相器。這里，將主梯度方向86設(shè)置為平行于取向平面71。
在該激光照射中，優(yōu)選激光的能量密度，使得如圖3所示，光強度的最小值超過橫向生長條件的臨界值j1，并且光強度的最大值不大于半導(dǎo)體薄膜83的蒸發(fā)臨界值j2。這些臨界值j1和j2主要由激光的吸收系數(shù)和半導(dǎo)體薄膜83的膜厚確定。
通過利用激光束85的照射，使半導(dǎo)體薄膜83的照射區(qū)域熔化，當(dāng)切斷激光照射時，冷卻熔化區(qū)域。熔化區(qū)域溫度根據(jù)圖3的光強度分布下降，但是通過絕緣膜82和保護膜84的熱聚積功能，極大地降低了溫度下降速度，并且從最小值j1位置到最大值j2位置橫向生長晶體。結(jié)果，使半導(dǎo)體薄膜83的照射區(qū)域結(jié)晶，并且轉(zhuǎn)化為多晶半導(dǎo)體薄膜87。沿著主梯度方向86、86a使多晶半導(dǎo)體薄膜87的表面形態(tài)在橫向上結(jié)晶。在該階段，當(dāng)通過蝕刻去除保護膜84時，通過掃描電子顯微鏡法和電子回散射衍射法觀察和分析半導(dǎo)體薄膜83的表面，發(fā)現(xiàn)各個晶粒從激光束強度低(最小值J1)的位置開始晶體生長，并且沿著主梯度方向86、86a繼續(xù)晶體生長。估計每個晶粒從一個晶核開始生長，并且形成了小直徑晶粒、帶狀晶粒和三角形晶粒。其中，在三角形晶粒中觀察到橫向上最長的生長距離，當(dāng)通過電子回散射衍射法分析各個晶粒的晶體取向時，三角形晶粒的生長方向(即，主梯度方向86、86a)上的面取向為(100)。三角形晶粒的生長距離至少為2μm，在本實施例中為5μm。另一方面，小直徑晶粒和帶狀晶粒的主梯度方向上的晶面取向為(111)或者(110)面。
接著，如圖7C所示，不蝕刻保護膜84，將閃光燈光88照射到至少包含部分結(jié)晶區(qū)域的半導(dǎo)體薄膜83上。即，通過打開閃光燈88，加熱和熔化半導(dǎo)體薄膜83的照射區(qū)域。在關(guān)閉燈之后的溫度下降過程中，照射區(qū)域結(jié)晶。例如，在閃光燈加熱之前，如圖4A所示形成了小直徑晶粒55、帶狀晶粒53和三角形晶粒54a。通過閃光燈加熱，半導(dǎo)體薄膜83的結(jié)晶區(qū)域87的加熱區(qū)域轉(zhuǎn)化為大晶粒尺寸的半導(dǎo)體區(qū)域89(參見圖7D)，如圖4B所示。
晶粒54b的表面形狀(從上面觀察的半導(dǎo)體區(qū)域89的形狀，即水平平面的形狀)接近于四邊形(矩形)，并且光強度分布的主梯度方向86、86a上的晶粒的面取向為(100)。半導(dǎo)體區(qū)域89的結(jié)晶區(qū)的結(jié)晶性為單晶。在圖4B中，如上所述，在圖4A中觀察到的小直徑晶粒、帶狀晶粒和三角形晶粒幾乎不存在。這是因為在閃光燈加熱中，通過激光照射形成的三角形晶粒54a不完全熔化，僅表面被激活或者部分熔化，而小直徑晶粒55和帶狀晶粒53完全再熔化。認為在這些現(xiàn)象中可能涉及單晶硅和多晶硅之間閃光燈波長區(qū)中吸收系數(shù)的不同。因此考慮通過使用三角形晶粒54a作為籽晶進一步促進了結(jié)晶，同時保持晶體取向(100)。在主梯度方向具有(111)面或者(110)面的小直徑晶粒55和帶狀晶粒53消失了，并且轉(zhuǎn)化為在(100)面定向的晶粒。
從上面的說明可以理解，在沿著半導(dǎo)體襯底81的取向平面的方向上，本實施例中形成的半導(dǎo)體區(qū)域89的晶粒的晶面取向為(100)面。
因此，根據(jù)本實施例，能夠形成在截面的一個方向具有(100)晶面取向并且由接近于四邊形晶粒構(gòu)成的單晶區(qū)陣列。在上述方法中，在圖中，看起來半導(dǎo)體薄膜83的一部分單晶化，但是通過重復(fù)相同的工藝，可以使半導(dǎo)體薄膜83徹底單晶化。
通過參考圖6D至6F和8A至8D、尤其參考圖8A至8D說明具有四邊形結(jié)晶區(qū)域陣列的半導(dǎo)體器件制造方法的第二實施例，所述四邊形結(jié)晶區(qū)域陣列在晶面取向上均勻地設(shè)置在絕緣材料襯底上。
首先，制備具有如圖6D至6F所示側(cè)邊74、凹口75或者標記76(可以在襯底的前表面上或者后表面上)的絕緣材料襯底91(例如，石英玻璃、蘇打玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鉛玻璃、氟化物玻璃、藍寶石、塑料、聚酰亞胺等)(圖8A)。絕緣層92(例如，膜厚500nm)形成在該絕緣材料襯底91上。例如，該絕緣層92是通過CVD(例如等離子CVD或者低壓CVD法)或者濺射法形成的SiO2膜。可以選擇的是，絕緣層92可以是不同材料的疊層結(jié)構(gòu)，例如SiN和SiO2。此外，其可以是SOG，或者可以是SOG與SiN膜和/或SiO2膜的疊層結(jié)構(gòu)。絕緣層92防止襯底污染，防止擴散，并且由于絕緣層的熱絕緣特性帶來的熱聚積效果，在激光或者氙閃光燈的加熱步驟之后緩慢冷卻半導(dǎo)體薄膜，絕緣層92還起到生長較大晶體的作用。絕緣層92形成在半導(dǎo)體襯底91的整個表面上，或者通過圖案化形成在絕緣材料襯底的部分區(qū)域中。這里，其形成在絕緣材料襯底91的整個表面上。在絕緣層92上，通過CVD(等離子CVD或者低壓CVD等)或者濺射法形成非晶或者多晶半導(dǎo)體薄膜93(例如，厚度大約30至200nm的Si、Ge、Si1-xGex、或者Si1-x-yGexCy膜)。半導(dǎo)體薄膜93可以形成在絕緣層92的整個表面上，或者通過圖案化留下的絕緣層92的部分區(qū)域上。
這里，在絕緣層92的整個表面上形成半導(dǎo)體薄膜93。
然后，如圖8A所示，在半導(dǎo)體薄膜93的整個表面上形成保護膜94(例如，SiO2、SiON、SiN、SOG或者它們的疊層膜)，厚度大約300nm。保護膜94防止外部的污染，防止粒子污染，并且由于保護層的熱絕緣特性帶來的熱聚積效果，在通過激光或者氙閃光燈的加熱步驟之后緩慢冷卻半導(dǎo)體薄膜，保護膜94還起到生長較大晶體的作用。當(dāng)對絕緣層92和半導(dǎo)體薄膜93進行圖案化時，保護膜可以形成在襯底的整個表面上。后續(xù)工藝與第一實施例基本上相同，下面只簡要描述。
如圖8B所示，利用具有上述光強度分布的激光束85照射保護膜94的表面?；诮^緣材料襯底91上標記的取向表示標識來設(shè)置該激光照射中光強度的主梯度方向96、96a。在本實施例中，主梯度方向96、96a與取向表示標識表示的方向一致。通過該激光照射，半導(dǎo)體薄膜93的照射區(qū)域轉(zhuǎn)化為結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜97。
接著，如圖8C所示，進行閃光燈加熱。結(jié)果，如圖8D所示，結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜97變?yōu)閱尉Щ雽?dǎo)體薄膜99。結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜97的晶粒的表面形態(tài)是四邊形的，并且在沿著絕緣材料襯底91的取向平面的方向上的晶面取向為(100)面。因此，根據(jù)本實施例的方法，可以形成在絕緣材料襯底的截面(section)的一個方向上具有(100)面的四邊形單晶區(qū)域陣列。
參考圖9A至9C、10和11A至11D說明半導(dǎo)體器件的結(jié)晶方法和結(jié)晶裝置的實施例。在這些實施例中，使用準分子激光器101(例如，XeCl、KrF、ArF)作為光源，但是本發(fā)明應(yīng)不限于此。
如圖9A所示，在發(fā)射脈沖激光束102a的準分子激光器101的輸出側(cè)，依次設(shè)置了用于控制激光束102a的能量密度(具有圖3所示的最小值J1和最大值J2)的衰減器103和用于使激光束的強度均化的均化光學(xué)系統(tǒng)104。附圖標記100a表示的位置是均化光學(xué)系統(tǒng)104的圖像聚焦平面(焦平面)。在均化光學(xué)系統(tǒng)104的輸出側(cè)，通過90度反射器設(shè)置用于均等地放大(multiplying)或者縮小均化光學(xué)系統(tǒng)焦平面的投影透鏡105。第一移相器106a設(shè)置在投影透鏡105的圖像聚焦平面100b(聚焦位置)處，而第二移相器107a設(shè)置在偏離焦點位置的位置(散焦位置)。第二移相器107a可以由多個移相器構(gòu)成，例如設(shè)置成相移方向垂直相交的兩個移相器。第一移相器106a是要形成圖5A所示激光束強度分布61中的陡峭底部。第二移相器107a是要形成圖5A所示激光束強度分布61中橫向晶體生長所需的梯度。即，在圖5A所示的激光束強度分布61中，通過第一移相器106a形成在最小光強度點42a處激光束強度分布的陡峭底部形狀。在激光束強度分布61中，從最小光強度點42a的最大激光束強度分布的形狀是橫向晶體生長所需的梯度，并且通過第二移相器107a形成。
第一和第二移相器106a、107a通過固定器(未示出)固定在光軸上。固定器安裝到驅(qū)動機構(gòu)DM例如角度計中，驅(qū)動機構(gòu)DM具有在沿著光軸方向和與其垂直的方向上移動固定器的機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)兩個軸的機構(gòu)。
通過使用這樣兩個移相器(106a、107a)，可以形成最小光強度點42a，作為在兩個軸向上的最小點。然而，通過僅使用一個移相器，并且使用在直線上具有最小部分的最小光強度線，該線上的照射部分充當(dāng)了晶粒產(chǎn)生的點，而且可以生長具有類似三角形晶粒54a的晶粒，如本發(fā)明人所確認的那樣。因而，不是總需要使用兩個移相器。
在第二移相器107a的輸出側(cè)，將安裝在平臺109上的靶108定位。該平臺109在X方向和Y方向上可移動，并且可以在水平方向上相對于第二移相器107a移動靶108。
通過利用閃光燈加熱裝置中的閃光燈的加熱步驟，使上面利用激光照射的靶108單晶化。在閃光燈加熱裝置中(圖10)，靶108安裝在支撐板116上。該板可以設(shè)置有用于預(yù)熱的加熱裝置。
在通過連接到閃光燈加熱裝置的抽真空設(shè)備(未示出)抽真空之后，或者在閃光燈加熱裝置中引入惰性氣體例如Ar或者N2之后，開始閃光燈加熱過程。為了實現(xiàn)理想的閃光燈照明條件，適當(dāng)調(diào)節(jié)電壓、電流密度和氣壓，并且通過一次或者多次的閃光燈照射來處理靶108。
上述閃光燈加熱裝置是與激光照射裝置分離的裝置，但是其可以形成為具有連接到激光照射裝置的多腔室的群(cluster)。在這種情況下，可以減少來自空氣的污染或者粒子的污染。
下面將描述上述結(jié)構(gòu)的激光照射裝置中的結(jié)晶作用。
通過衰減器103控制從準分子激光器101發(fā)射的脈沖激光束102a的能量密度，并且發(fā)射的激光束進入均化光學(xué)系統(tǒng)104，在此形成為均勻強度的激光束102b，然后到達反射器。在反射器處，激光束102b向著靶108偏轉(zhuǎn)90度，并且到達投影透鏡105。投影透鏡105將入射的激光束102b發(fā)送到靶的表面，作為通過第一和第二移相器106a、107a調(diào)制的激光束102d。靶108實際上是具有例如在圖7A至7D和8A至8D所示的半導(dǎo)體薄膜83或者93的疊層薄膜襯底。
通過第二移相器107a調(diào)制形成的激光束強度分布(圖像)的特征在于，例如，如圖5A中的激光束強度分布61所示，在毫米級的宏觀上是均勻強度，而在微米級的微觀上是調(diào)制的強度。通過利用具有這樣的激光束強度分布61的激光束的激光照射，可以形成具有控制在圖5B的掃描電子顯微圖像所示位置的晶粒的結(jié)晶薄膜。在圖5B中，附圖標記62a是結(jié)晶起始點，63a是結(jié)晶終止點。
在通過衰減器103優(yōu)化激光束能量密度的情況下，當(dāng)激光束102d照射到靶108表面上時，靶108的半導(dǎo)體薄膜吸收激光束102d，并且溫度升高。這里，在激光束102d的強度調(diào)制區(qū)域中，希望在最小強度處的半導(dǎo)體薄膜處于熔化狀態(tài)，向下直到與底層交界的界面附近，并且在最大強度處，溫度處于不蒸發(fā)半導(dǎo)體薄膜的水平。
第一和第二移相器106a、107a由透明襯底制成，如圖11A和11B中的附圖標記121和122所示，例如，在合成石英板121a(122a)的一側(cè)上形成彼此間隔恒定的細長矩形溝槽121b(122b)，使得該結(jié)構(gòu)具有臺階。臺階高度(溝槽深度)Δt對應(yīng)于輸出激光束的相差θ。該相差θ作為θ＝2πΔt(n-1)/λ給出。這里，λ是激光的波長，n是合成石英板的折射率。例如，當(dāng)使用波長為248nm的KrF準分子激光器時，折射率為1.508，當(dāng)臺階高度Δt為244nm時，相差變?yōu)?80度。該移相器121(106a)、122(107a)設(shè)置在圖9A所示的位置，并且它們的溝槽(groves)垂直相交。為了在合成石英板121a(122a)的表面上形成臺階，可應(yīng)用的方法包含通過反應(yīng)離子蝕刻的蝕刻法、使用聚焦離子束的直接加工法，以及其中在合成石英基板上形成非晶硅薄膜并且在圖案化之后將其熱氧化的方法。在圖中，移相器121、122的溝槽尺寸和間距P(移相線之間的間隔)不同，但是它們也可以均等地形成。
除了表面臺階之外，移相器還可以具有通過光吸收形成光強度分布的作用。為此，例如，在合成石英板121a(122a)的一側(cè)形成光吸收膜(SiN、SiON、Ge等的膜)并且圖案化。通過使用這樣的移相器121(122)，通過光吸收膜的吸收系數(shù)和膜厚改變光強度分布。當(dāng)在移相器的需要抑制光強度波動的區(qū)域形成時，該方法是實用的。
通過在移相器表面上形成微透鏡，也可以增加形成光強度分布的效果。
如圖11C所示，通過在設(shè)置在角落處的四個隔離物123的兩側(cè)進行設(shè)置，第一移相器121和第二移相器122可以形成為一體的結(jié)構(gòu)。此外，為了防止塵埃粒子進入移相器之間的空間，可以在四個邊設(shè)置框形屏蔽隔離物，來取代這四個隔離物?？梢赃x擇的是，如圖11D所示，第一移相器和第二移相器可以形成為形成在一個合成石英基板(普通透明基板)上的一體的移相器124。在這種情況下，在一側(cè)，形成第一移相器的溝槽或者臺階，并且在另一側(cè)，形成第二移相器的溝槽或者臺階。此外，第一移相器和第二移相器可以在光路上交換位置。
通過這樣的第一和第二移相器106a、107a得到的光強度分布由透明基板(合成石英基板)的表面臺階的幾何結(jié)構(gòu)、入射光的角度或者光的空間干涉來確定。根據(jù)需要的光強度，單獨的第二移相器107a可能就足夠了。
在圖9A所示的實施例中，靶108表面的位置可以設(shè)置在投影透鏡105的焦平面處，并且，例如，移相器106a可以設(shè)置在均化光學(xué)系統(tǒng)104的焦平面100a處。在這種情況下，與圖9A的模式相比，可能限制了光強度分布的設(shè)計自由度，但是增強了均勻性。
在下述裝置的進一步的不同實施例中，與圖9A的實施例基本上相同的元件或者部分用相同的附圖標記表示，并且省略了重復(fù)說明。
激光照射裝置的另一個實施例示于圖9B。
在圖9B所示的裝置中，第一移相器106a設(shè)置在均化光學(xué)系統(tǒng)104的焦平面100a上，靶108的表面設(shè)置在投影透鏡105的焦點位置。第二移相器107a設(shè)置在投影透鏡105的焦點以外的位置。在這種情況下，與圖9A實施例的上述變化相比，提高了光強度分布的設(shè)計自由度，但是第一移相器106a的強度調(diào)制受投影透鏡分辨率的限制。
圖9C示出了激光照射裝置的另一種模式。
在圖9C所示的裝置中，第一移相器106a設(shè)置在均化光學(xué)系統(tǒng)104的焦平面100a上，第二移相器107a設(shè)置在均化光學(xué)系統(tǒng)104的焦點之外的位置。靶108的表面設(shè)置投影透鏡105的焦點位置。在該裝置中，由于移相器不存在于靶表面附近，因此提高了平臺109周圍的自由度。然而，光強度調(diào)制受投影透鏡分辨率的限制。
在前述實施例中，作為通過激光束的結(jié)晶過程，說明了使用光調(diào)制器7的橫向晶體生長。然而，設(shè)想通過具有足以熔化非單晶半導(dǎo)體薄膜的能量的均化激光束照射來進行結(jié)晶，而不通過光調(diào)制器7的調(diào)制。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括激光照射步驟，利用通過光學(xué)調(diào)制器調(diào)制使其具有光強度分布的激光束照射非單晶半導(dǎo)體膜的待結(jié)晶區(qū)域，以使該區(qū)域結(jié)晶，所述光強度分布具有最小光強度線或者最小光強度點；以及加熱步驟，通過將來自閃光燈的光照射到所述結(jié)晶區(qū)域上來加熱所述結(jié)晶區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述激光照射步驟包括形成晶粒的步驟，所述晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為預(yù)定晶面，并且其生長快于其它晶粒；并且所述加熱步驟包括在所述半導(dǎo)體薄膜中利用所述晶粒作為晶核來生長晶粒的步驟，該晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為所述預(yù)定晶面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述激光照射步驟包括形成晶粒的步驟，當(dāng)從一側(cè)觀察時該晶粒具有三角形形狀，并且該晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為(100)面，并且所述加熱步驟包括在所述半導(dǎo)體薄膜中利用所述三角形晶粒作為晶核來生長晶粒的步驟，當(dāng)從一側(cè)觀察時，該晶粒具有近似矩形的表面形狀，并且該晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為(100)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述激光照射步驟中，通過所述光學(xué)調(diào)制器形成具有最小光強度線或者最小光強度點的光強度分布的激光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)調(diào)制器具有移相器，通過調(diào)制入射激光束的相位，所述移相器輸出具有最小光強度線或者最小光強度點的光強度分布的激光束。
6.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括激光照射步驟，利用通過光學(xué)調(diào)制器調(diào)制使其具有光強度分布的激光束照射非單晶半導(dǎo)體薄膜的待結(jié)晶區(qū)域，以形成多個主晶粒及它們周圍的精細晶粒，所述光強度分布具有最小光強度線或者最小光強度點；以及加熱步驟，通過來自閃光燈的光的照射進行加熱，以通過將所述精細晶粒結(jié)合到所述主晶粒中而使所述待結(jié)晶區(qū)域單晶化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述激光照射步驟包括形成晶粒的步驟，所述晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為預(yù)定晶面，并且其生長快于其它晶粒；并且所述加熱步驟包括在所述半導(dǎo)體薄膜中利用所述晶粒作為晶核來生長晶粒的步驟，該晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為所述預(yù)定晶面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述激光照射步驟包括形成晶粒的步驟，當(dāng)從一側(cè)觀察時該晶粒具有三角形形狀，并且其在晶體生長方向上的晶面取向為(100)面，并且所述加熱步驟包括在所述半導(dǎo)體薄膜中利用所述三角形晶粒作為晶核來生長晶粒的步驟，當(dāng)從一側(cè)觀察時，該晶粒具有近似矩形的表面形狀，并且該晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為(100)面。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述激光照射步驟中，通過所述光學(xué)調(diào)制器來形成具有最小光強度線或者最小光強度點的光強度分布的激光束。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)調(diào)制器具有移相器，通過調(diào)制入射激光束的相位，所述移相器輸出具有最小光強度線或者最小光強度點的光強度分布的激光束。
11.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括激光照射步驟，利用具有足以熔化非單晶半導(dǎo)體膜的能量的脈沖激光束照射其上形成有所述非單晶半導(dǎo)體膜的靶，從而使所述非單晶半導(dǎo)體膜的至少一部分結(jié)晶，以及加熱步驟，利用來自閃光燈、具有足以熔化所述非單晶半導(dǎo)體膜的能量的光照射包含所述結(jié)晶部分的所述非單晶半導(dǎo)體膜，從而至少使所述結(jié)晶部分單晶化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述激光照射步驟包括形成晶粒的步驟，所述晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為預(yù)定晶面，并且其生長快于其它晶粒；并且所述加熱步驟包括在所述半導(dǎo)體薄膜中利用所述晶粒作為晶核來生長晶粒的步驟，該晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為所述預(yù)定晶面。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述激光照射步驟包括形成晶粒的步驟，當(dāng)從一側(cè)觀察時該晶粒具有三角形形狀，并且該晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為(100)面，并且所述加熱步驟包括在所述半導(dǎo)體薄膜中利用所述三角形晶粒作為晶核來生長晶粒的步驟，當(dāng)從一側(cè)觀察時，該晶粒具有近似矩形的表面形狀，并且該晶粒在晶體生長方向上的晶面取向為(100)面。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述激光照射步驟中，通過所述光學(xué)調(diào)制器形成具有最小光強度線或者最小光強度點的光強度分布的激光束。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)調(diào)制器具有移相器，通過調(diào)制入射激光束的相位，所述移相器輸出具有最小光強度線或者最小光強度點的光強度分布的激光束。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括利用通過光學(xué)調(diào)制器調(diào)制以使其具有光強度分布的激光束照射非單晶半導(dǎo)體膜的待結(jié)晶區(qū)域，以使該區(qū)域結(jié)晶，所述光強度分布具有最小光強度線或者最小光強度點；以及通過將來自閃光燈的光照射到結(jié)晶區(qū)域來加熱結(jié)晶區(qū)域。
文檔編號H01L21/268GK1728334SQ20051008759
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者中村弘喜, 蕨迫光紀, 松村正清 申請人:株式會社液晶先端技術(shù)開發(fā)中心