用于半导体膜的激光退火方法和退火装置制造方法及图纸

在激光退火中，不管激光输出中如何波动，都要确保结晶化的均匀性。在将脉冲激光照射到非单晶半导体膜上来施加退火的激光退火方法中，执行对脉冲激光的能量控制，以使激光的脉冲波形的最大峰值高度达到预定高度，并且该控制能够通过激光退火设备执行。该激光退火设备包括激光：振荡器（１），其输出脉冲激光；光学系统（４），其将脉冲激光引导至非单晶半导体薄膜；最大峰值高度测量单元，其测量脉冲激光的最大峰值高度；以及控制单元（８），其通过最大峰值高度测量单元接收测量结果并控制激光振荡器的脉冲激光的输出能量；或者可变衰减器（２），其调节脉冲激光的衰减率以使得最大峰值高度达到预定高度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造用于薄膜晶体管的多晶硅或单晶硅半导体膜的方法和装置， 这些薄膜晶体管用作液晶显示器和有机EL显示器的像素开关和驱动电路。
技术介绍
对于用作液晶显示器和有机EL显示器的像素开关和驱动电路的薄膜晶体管，采 用激光的激光退火被用作低温工艺中的制造方法的一部分。这个方法将激光照射到形成于 衬底上的非单晶半导体表面，因此局部加热和融化半导体膜，然后在后续的冷却工艺中将 半导体膜结晶化成为多晶体或者单晶体。结晶的半导体膜呈现高载流子迁移率，结果提升 了薄膜晶体管的性能。为了进行激光的照射，在半导体膜上执行一致的处理是必要的，并因 此通常执行控制用于保持恒定的激光输出，以使照射的激光具有稳定的照射能量。然而，当激光振荡器的振荡条件改变或者当脉冲波形由于激光气体的退化而改 变，但激光输出仍然恒定时，存在不能获得恒定的晶体化特性的情形。图3示出当激光脉冲 能量改变时激光脉冲波形的改变，并且应当理解，该脉冲波形的轮廓本身随着激光脉冲能 量波动而改变。因此，通常，一般使用一种用功率表或光电二极管来探测激光从而控制激光的输 出等，以使激光波形的能量积分值保持恒定的方法。另外，已经提出一种脉冲气体激光振荡设备，其获取激光的脉冲波形中多个最大 值之间的比率，当这个比率超过预定值时，控制注入用于激光气体的密封容器中的激发气 体的量或者从电源供应到充电/放电电路的电压值中的至少一个(参考专利文献1)。日本特许公开专利申请(公开)No.H10-12549
技术实现思路
常规方法和装置如上所描述地配置，因而具有下述问题。1.当卤素气体被注入作为激光气体时，激光振荡是不稳定的，直到该激光气体的 组分比率稳定。2.当卤素气体的组分比率升高时，脉冲能量的稳定性下降。3. “将最大值之间的比率保持在预定的范围内”需要特定的时间段。4. “将最大值之间的比率保持在预定的范围内”以及激光器中呈现小能量波动的 稳定振荡彼此是相对立的。5.由于光束发散等的影响，激光振荡器的原始脉冲波形和照射到要照射的物体上 的脉冲波形彼此是不同的。设计本专利技术是为了解决上面所描述的常规方法和装置的问题，且其一个目的是提3供一种用于半导体膜的激光退火方法和退火设备，其保持贡献至结晶化的激光能量的稳定 性，并提供具有恒定的晶体特性的半导体膜。用于本专利技术的第一方面的半导体膜的激光退火方法是一种在非单晶半导体膜上 照射脉冲激光来施加退火的用于半导体膜的激光退火方法，其中执行对脉冲激光的能量控 制，以使该激光的脉冲波形的最大峰值高度保持预定的高度。根据本专利技术的第二方面的用于半导体膜的激光退火方法，在本专利技术的第一方面， 可测量激光的脉冲波形的最大峰值高度，并且可调节脉冲激光的输出能量和/或脉冲激光 在输出之后的能量，以使该最大峰值高度达到预定的高度。根据本专利技术，通过将激光波形的最大峰值高度保持在预定的高度，激光所照射的 半导体膜的晶体特性是恒定的。应该注意，脉冲波形的脉冲宽度通常等于或者小于1000纳 秒，优选等于或者小于500纳秒。然而，本专利技术并不限于具有特定脉冲宽度的情形。另外， 脉冲波形的预定高度能被适当地选择并被设置成使得晶体特性恒定和出色。通常，定义预 定高度的范围并执行控制，以使脉冲波形的最大峰值高度被保持在这个范围内。图4示出在激光的照射位置处关于激光脉冲能量的对结晶化最佳的最大峰值高 度和对结晶化最佳能量密度(由激光能量表测量)。从附图中显而易见，对于不同的激光脉 冲能量最佳的能量密度是不同的，因而应该理解，即使在执行保持脉冲波形的恒定积分值 的控制时，如果激光脉冲能量发生波动则对结晶化最佳的条件也不能得到保持。另一方面， 就最大峰值高度而言，对于不同的激光脉冲能量最佳的最大峰值高度近似于恒定，因而即 使激光脉冲能量发生波动，也有可能通过保持波形的恒定最大峰值高度来保持对结晶化最 佳的条件。结晶化的条件是否是最佳的能够通过使用电子显微镜等观测晶粒直径来确定。另外，图5示出脉冲能量(由功率表或者能量表测量的数值)、脉冲面积(脉冲波 形的积分值)和最大峰值高度之间的关系。如从图中显而易见，脉冲能量和最大峰值高度 并不成正比例关系，因而即使脉冲能量保持恒定，也不可能保持对结晶化最佳的状态。根据本专利技术的第二方面，在测量最大峰值高度时，通过调节激光的输出能量或者 能量，将脉冲波形的最大峰值高度适当地保持在预定高度是可能的。调节输出能量的方法 可包括调节激光振荡器的注入激发气体的量和调节激光振荡器的放电电压值。另外，在输 出之后的脉冲激光的能量的调节可通过可变衰减器来执行，该可变衰减器能调节从激光振 荡器输出的脉冲激光的衰减率。可变衰减器可以是任何衰减器，其能够适当地改变激光的 衰减率，且并不限于本专利技术中的特定的一个衰减器。根据本专利技术的第三方面的用于半导体膜的激光退火方法，在本专利技术的第一或第二 方面中，非单晶半导体膜可以是硅膜。根据本专利技术的第四方面的用于半导体膜的激光退火方法，在本专利技术的第一至第三 方面中的任一个中，脉冲激光可以是准分子激光。根据本专利技术的第五方面的用于半导体膜的激光退火方法，在本专利技术的第一至第四 方面中的任一个中，脉冲波形的最大峰值高度可对照射到非单晶半导体膜上的激光的脉冲 波形进行测量。本专利技术的第六方面的用于半导体膜的激光退火设备，包括激光振荡器，其输出脉 冲激光；光学系统，其将脉冲激光引导至非单晶半导体膜；最大峰值高度测量单元，其测量脉冲激光的最大峰值高度；以及控制单元，其通过最大峰值高度测量单元接收测量结果，并 控制激光振荡器的脉冲激光的能量以使得最大峰值高度达到预定高度。本专利技术的第七方面的用于半导体膜的激光退火设备，包括激光振荡器，其输出脉 冲激光；可变衰减器，其调节脉冲激光的衰减率；光学系统，其将脉冲激光引导至非单晶半 导体膜；最大峰值高度测量单元，其测量脉冲激光的最大峰值高度；以及控制单元，其通过 最大峰值高度测量单元接收测量结果并控制可变衰减器的衰减率以使得最大峰值高度达 到预定高度。该控制单元可控制激光振荡器中的脉冲激光的能量和可变衰减器的衰减率两者。根据本专利技术的第八方面的用于半导体膜的激光退火装置，在本专利技术的第六或第七 方面中，最大峰值高度测量单元可包括分束器，其设置于脉冲激光的光程上；脉冲波形检 测单元，其检测被分束器分割的一部分脉冲激光的波形；以及最大峰值高度确定单元，其确 定由脉冲波形检测单元检测的脉冲波形的最大峰值高度。如前所述，根据本专利技术的用于半导体膜的激光退火方法，在用于在非单晶半导体 膜上照射脉冲激光来施加退火的半导体膜的激光退火方法中，执行对脉冲激光的能量控 制，以使该激光的脉冲波形的最大峰值高度保持预定高度，因而提供以下的效果。1.根据与晶体特性高度相关的脉冲波形的最大峰值高度，控制激光照射的能量密 度，因而总是能获得恒定的晶体特性。2.即使当脉冲波形由于激光振荡器的振荡条件改变而改变时，也总是能获得恒定 的晶体特性。3.当脉冲波形由于激光气体的退化而改变但输出(W)恒定时，根据与晶体特性高 度相关的脉冲波形的最大峰值高度控制激光照射的能量密度，因而总是能获得恒定的晶体 特性。附图说明图1为示意性地示出根据本专利技术一个实施例的激光退火设备的示图。图2为示出保持对结晶化最佳的状态的步骤的流程图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在非单晶半导体膜上照射脉冲激光来施加退火的用于半导体膜的激光退火方法，其特征在于，执行对脉冲激光的能量控制，以使所述激光的脉冲波形的最大峰值高度保持预定高度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：次田纯一，郑石焕，
申请(专利权)人：株式会社日本制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]