结晶装置和结晶方法制造方法及图纸

一种结晶装置，它包括：掩膜（１）；以及照明系统（２），该照明系统（２）利用一光束照射该掩膜，照明系统发出的光透过该掩膜时变成具有呈反向峰值图案的光强度分布的光束，并照射一多晶半导体膜或一非晶态半导体膜，由此产生一晶化半导体膜。该掩膜（１）包括光吸收层（１ｃ），该吸收层（１ｃ）具有与呈反向峰值图案的光强度分布相应的光吸收特性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体的，并特别涉及一种通过利 用激光束透过掩膜(或掩模)照射多晶半导体膜或非晶态态半导体膜来 产生晶化半导体膜的装置、方法、掩膜等。
技术介绍
用于控制施加到例如液晶显示器(LCD)的像素上的电压的开关元 件或类似物的薄膜晶体管(TFT)的材料通常被粗略地分为非晶硅和多晶娃o多晶硅具有比非晶硅高的电子迁移率。因此，当利用多晶硅形成晶 体管时，与利用非晶硅的情形相比，开关速度被提高，并且显示器的响应速度也被提高。另外，这种晶体管可以用作外围LSI的薄膜晶体管。 另外，利用这种晶体管可以获得诸如可使任何其它元件的设计余量减小 的优点。在将外围电路例如除显示器主体以外的驱动电路或DAC结合到显示 器中的情形下，由晶体管构成这些外围电路能够以较高的速度工作。多晶硅由大量的晶粒组成，其具有比单晶硅或晶化硅更低的电子迁 移率。此外，在利用多晶硅形成的小晶体管中，通道部分晶粒边界数的 不规律性是一个问题。因而，近年来提出了这样一种结晶方法，即产生 大颗粒直径的单晶硅，以便提高电子迁移率并减小通道部分处晶粒边界 数的不规律性。作为一种已知的结晶方法，相位控制ELA (准分子激光退火)法通过利用准分子激光束照射与多晶半导体膜或非晶态半导体膜并行相邻的相移掩膜产生晶化的半导体膜。例如在Surface Science Vol. 21， No. 5， pp. 278-287, 2000中公开了相位控制ELA的详细内容。在相位控制ELA中，相移掩膜产生具有反向峰值图案的光强度分布。 在该图案中，对应于产生相移掩膜的相移部分的点处(中心处的光强度 基本上为0并且向着外围突增的图案)光强度最小或基本上为0。用该光 强度分布具有反向峰值图案的光照射多晶半导体膜或非晶态半导体膜。 结果是，根据光强度分布，在半导体膜的熔融区产生一温度梯度，并且 与光强度为最小或基本上为0的点一致，在首先被固化的部位形成晶核。然后，晶体沿横向从晶核向外围生长(横向生长)，由此产生具有较大颗 粒的单晶晶粒。在现有技术中，通常使用的相移掩膜为所谓的线型相移掩膜，它由 沿一个方向交替重复的两种类型的矩形区域构成。在两种不同类型的区 域之间给出相位差TU (180°)。在此情况下，如图22所示，两个具有不同 厚度或不同相位的不同类型的区域201和202之间的边界构成一个相移 部分。用己经穿过该相移掩膜的光照射多晶半导体膜或非晶态半导体膜。 照射光具有带反向峰值部分RP的光强度分布，从而使得对应于相移部分 200的位置处的线段上的光强度基本上为0或最小，并且该光强度向着周 围一维地增大。如上所述，在利用线型相移掩膜的现有技术中，沿着对应于相移部 分(边界200)的线段温度变得最低，并且沿与对应于相移部分的线段正 交的方向产生一温度梯度。另外，通常在两个相邻反向峰值图案部分RP 之间的中间部分MP的光强度分布(曲线)包含不规则的波动(波形分 布，例如光强度重复性地增大和减小)。在此情况下，希望对于晶核的位置控制是在具有反向峰值图案部分RP的光强度分布中具有较大倾斜的位置或接近最小强度点的位置产生晶 核。但是，在中间部分的波动中具有很低光强度的位置220 (即，不期望 的位置)可能会不方便地产生晶核。另外，即使在不希望的位置产生晶 核，从晶核开始向周围的横向生长也趋于在接近反向峰值部分RP和中间 部分MP之间边界的光强度减小的部位停止。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结晶装置，其可以仅仅在所期望的一个 位置或多个部分产生一个或多个晶核，并且实现起始于晶核的充分的横 向生长，从而由此产生具有较大颗粒的晶化半导体膜。为了实现该目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种结晶装置， 其包括照明系统，其照射一掩膜，并通过利用具有呈反向峰值图案的 光强度分布的光束透过掩膜辐射一多晶半导体膜或一非晶态半导体膜的 方式产生一晶化半导体膜。该掩膜包括光吸收层，其具有与呈反向峰值 图案的光强度分布相应的光吸收特性；具有光散射特性的光散射层；具 有光反射特性的光反射层；具有光折射特性的光折射层；和/或具有光衍 射特性的光衍射层。第一层和第二层中的一个可以由一相移层替代。根据本专利技术的第二方面，提供了一种结晶方法，其包括以下步骤 照射一掩膜，并通过利用具有呈反向峰值图案的光强度分布的光束透过 该掩膜辐射一多晶半导体膜或一非晶态半导体膜的方式产生一晶化半导 体膜。该掩膜包括光吸收层，其具有与呈反向峰值图案的光强度分布相 应的光吸收特性；具有光散射特性的光散射层；具有光反射特性的光反 射层；具有光折射特性的光折射层；和/或具有光衍射特性的光衍射层。如上所述，在根据本专利技术所述方面的技术中，可以通过利用一可任 意形成中等光强度分布的掩膜完全地控制被处理基底上所获得的呈反向峰值图案的光强度分布的形态。因此，可以在所期望的位置产生晶核， 并且可以实现从晶核开始的充分的横向生长，从而由此产生具有较大颗 粒的晶化半导体膜。本专利技术的各个目的和优点将在下面的描述中详细说明，这些目的和 优点可部分地从下面的描述中显而易见，或者可通过本专利技术的实践而获 知。本专利技术的这些目的和优点可以通过以下方式以及它们的组合而获得。附图说明构成本说明书一部分的附图中示出了本专利技术的一些实施例，其与上 面的一般性描述以及下面将给出的关于实施例的详细描述一起用于解释 本专利技术的原理。图1是根据本专利技术第一实施例的结晶装置的结构示意图； 图2示意性地示出了第一实施例中的掩膜的一基本单元部分的结构 和作用；图3示意性地示出了根据第一变型的掩膜的一基本单元部分的结构 以及从该掩膜发出的光束的光强度分布；图4是图3中所示掩膜的光散射层的效果示意图； 图5是光散射的基本视图6A-6E示意性地示出了根据第一变型的掩膜的制造方法以及使用 实施例的一个例子；图7示意性地示出了根据第二变型的掩膜的一基本单元部分的结构 以及从该掩膜发出的光束的光强度分布；图8A-8E示意性地示出了根据第二变型的掩膜的制造实施例以及使 用实施例；图9示意性地示出了根据第三变型的掩膜的一基本单元部分的结构 以及从该掩膜发出的光束的光强度分布；图10表示当根据第三变型的掩膜的折射面形成为阶梯形时获得的光强度分布的模拟结果；图11示意性地示出了根据第四变型的掩膜的一基本单元部分的结构以及从该掩膜发出的光束的光强度分布；图12是根据第四变型的掩膜的基本衍射效果的示意图13是根据第四变型的掩膜的制造方法及使用实施例的示意图14是根据本专利技术第二实施例的结晶装置的结构示意图15是根据本专利技术第三实施例的结晶装置的结构示意图16是根据本专利技术第四实施例的结晶装置的结构示意图17是根据本专利技术第五实施例的结晶装置的主要结构及作用的示意图17A示出了图17中所示掩膜的一种变型；图18A-18C为由光反射层和光吸收层整体构成的掩膜的制造方法及 其使用实施例的一个例子的示意图19A-19D示意性地示出了本专利技术第六实施例的结晶装置的掩膜以 及从该掩膜发出的光束的光强度分布，图19E为表示该掩膜的一种变型 的平面图20为具有二元分布特性的掩膜的制造方法及使用实施例的示意图21A-21E示出了通过利用每个实施例的结晶装置制造电子器件的 方法的一个例子的各个步骤；以及图22示出了当采用常规的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结晶装置，其包括：掩膜（１）；以及照明系统（２），该照明系统（２）利用一光束照射该掩膜，该照明系统发出的光束透过该掩膜时变成具有呈反向峰值图案的光强度分布的光束，并照射一多晶半导体膜或一非晶态半导体膜，由此产生一晶化半导体膜，其 特征在于，所述掩膜（１）包括光吸收层（１ｃ），该光吸收层（１ｃ）具有与呈反向峰值图案的光强度分布相应的光吸收特性。

【技术特征摘要】
JP 2002-11-1 319267/20021.一种结晶装置，其包括掩膜(1)；以及照明系统(2)，该照明系统(2)利用一光束照射该掩膜，该照明系统发出的光束透过该掩膜时变成具有呈反向峰值图案的光强度分布的光束，并照射一多晶半导体膜或一非晶态半导体膜，由此产生一晶化半导体膜，其特征在于，所述掩膜(1)包括光吸收层(1c)，该光吸收层(1c)具有与呈反向峰值图案的光强度分布相应的光吸收特性。2. —种结晶装置，其包括掩膜(11);以及照明系统(2)，该照 明系统(2)利用一光束照射该掩膜，该照明系统发出的光束透过掩膜时 变成具有呈反向峰值图案的光强度分布的光束，并照射到一多晶半导体 膜或一非晶态半导体膜上，由此产生一晶化半导体膜，其特征在于，所述掩膜(ll)包括光散射层(llc)，该光散射层(llc) 具有与呈反向峰值图案的光强度分布相应的光散射特性。3. —种结晶装置，其包括掩膜(21);以及照明系统(2)，该照 明系统(2)利用一光束照射该掩膜，该照明系统发出的光束透过该掩膜 时变成具有呈反向峰值图案的光强度分布的光束，并照射一多晶半导体 膜或一非晶态半导体膜，由此产生晶化半导体膜，其特征在于，所述掩膜(21)包括光反射层(21c)，该光反射层(21c) 具有与呈反向峰值图案的光强度分布相应的光反射特性。4. 一种结晶装置，其包括掩膜(31);以及照明系统(2)，该照 明系统(2)利用一光束照射该掩膜，该照明系统发出的光束透过该掩膜 时变成具有呈反向峰值图案的光强度分布的光束，并照射一多晶半导体 膜或一非晶态半导体膜，由此产生一晶化半导体膜，其特征在于，所述掩膜(31)包括光折射层(31c)，该光折射层(31c)具有与呈反向峰值图案的光强度分布相应的光折射特性。5. —种结晶装置，其包括掩膜(41);以及照明系统(2)，该照 明系统(2)利用一光束照射该掩膜，该照明系统发出的光束透过该掩膜 时变成具有呈反向峰值图案的光强度分布的光束，并照射一多晶半导体 膜或一非晶态半导体膜，由此产生一晶化半导体膜，其特征在于，所述掩膜(41)包括光衍射层(41c)，该光衍射层(41c) 具有与呈反向峰值图案的光强度分布相应的光衍射特性。6. —种结晶装置，其包括掩膜(1,11， 21, 31， 41);以及照明系统(2)，该照明系统(2)利用一光束照射该掩膜，该照明系统发出的光束 透过该掩膜时变成具有呈反向峰值图案的光强度分布的光束，并照射一 多晶半导体膜或一非晶态半导体膜，由此产生一晶化半导体膜，其特征在于，每个所述掩膜(1, 11,21,31,41)包括第一层和第二层， 它们选自具有与呈反向峰值图案的光强度分布相应的光吸收特性的光吸 收层(lc)、具有与呈反向峰值图案的光强度分布相应的光散射特性的光 散射层(llc)、具有与呈反向峰值图案的光强度分布相...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷口幸夫，松村正清，
申请(专利权)人：株式会社液晶先端技术开发中心，
类型：发明
国别省市：JP[日本]