本发明专利技术能利用激光退火将半导体膜均匀地结晶化。包括输出脉冲激光的脉冲激光振荡装置、和将从该脉冲激光振荡装置输出的所述脉冲激光进行传输并照射于半导体膜的光传输单元，将所述脉冲激光照射于半导体膜，使得在半导体膜照射面，由有效功率密度（J/(秒·cm3)）＝脉冲能量密度（J/cm2）/脉冲宽度（秒）×半导体膜的吸收系数（cm－1）这一公式计算出的有效功率密度在3×1012至1.5×1012的范围内，因此，能使半导体膜结晶化而不引起由完全熔融所产生的异常晶粒生长，可得到偏差较小的均匀结晶。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对半导体膜照射脉冲激光以进行激光退火的。
技术介绍
近年来，液晶显示器以高分辨率、驱动帧率的高速化、3D化等为关键词，寻求具有实现上述目的所需的性能的薄膜晶体管。为了提高薄膜晶体管的性能，需要利用激光退化将硅半导体膜结晶化。以往，激光退火装置是将非晶硅(a - Si)结晶化的装置，使用采用受激准分子激光的退火技术。受激准分子激光中，光束的品质较低，因此，无法将光束收缩至微小。因此，结合光学系统、在XY方向上将其光束整形成顶部平坦型的光束后使用。一般使用的受激准分子激光是XeCl (波长308nm)，对a — Si的吸收较高，向非晶硅的浸透深度约为7nm，非常浅，在膜厚方向上产生温度梯度。采用受激准分子激光的退火技术中，利用该温度梯度，以不会使整个非晶硅膜完全熔融的激光输出进行熔融而在膜底部残留结晶生长的核，以该核为基点进行结晶生长。图8中示出该结晶化的示意图。即，对在玻璃基板30上形成的非晶硅膜31照射脉冲激光40，生成熔融硅膜32。该熔融硅膜32在再结晶化而凝固的过程中进行结晶化，从而形成结晶硅膜33。此外，还提出有使用吸收层的激光退火方法(专利文献I)、使用YAG 二次谐波(波长532nm)的激光退火装置(专利文献2)、使用连续振荡激光的装置(专利文献3)。此外，还有为了进行无斑、均匀的结晶化而利用复杂的工序来进行激光退火的方法，例如，专利文献4中提出有使用加热平台的方法。此外，提出有将激光分两次进行照射的方法(专利文献5、6)。此外，还有利用其他波长的激光来解决上述问题的示例，例如，报告有使用Mo膜吸收层和激光二极管的示例(非专利文献I)。此外，提出有使用GaN类蓝色半导体激光的方法(专利文献7)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特开昭62 - 1323311号公报专利文献2:日本专利特开2005 - 294493号公报专利文献3:日本专利特开2010 - 118409号公报专利文献4:日本专利特开2008 - 147487号公报专利文献5:日本专利特开2010 - 103485号公报专利文献6:日本专利特开2001 - 338873号公报专利文献7:日本专利特开2009 - 111206号公报非专利文献非专利文献1:E.P.Donovan,对通过离子注入形成的非晶Si和Ge的结晶和弛豫的量热石开究(Calorimetric studies of crystallization and relaxation ofamorphousSi and Ge prepared by ionimplantation).J.Appl.Phys., Vol.57, pp.1795-1804, 1985.
技术实现思路
专利技术所要解决的问题现有的XeCl受激准分子激光退火装置中，由于使用以上方法，因此，将结晶性良好的处理对象瞬间加热至熔点，从而出于防止烧蚀的目的，需要严格控制脱氢工序和激光输出、聚焦。此外，由于进行一次熔融，因此，光束的长轴连接部存在特性劣化的问题，现状中，因光束尺寸的制约而只能应对基板尺寸G4 (730mmX920mm)为止，从而存在难以进行大面积处理的问题。在激光退火中，结晶的状态因激光输出的大小而变化，因此，鉴于上述问题，专利文献I中公开了使激光输出变化的方法，但并没能解决长轴连接的问题。在使用连续振荡激光的专利文献3所公开的装置中，由于需要将多束激光聚焦的光学系统，因此，各激光振荡器所具有的能量的强度产生偏差、干涉，难以实现高精度的均匀化。此外，像专利文献4那样使用加热平台的方法中，伴随加热冷却的节拍时间(takttime)的损耗较大，不适于实用。此外，将激光分两次照射的专利文献5、6所公开的方法中，存在吞吐量变差的问题。此外，在使用其他波长的激光来解决上述问题的非专利文献I所公开的技术中，增加了剥离吸收层等之类的工序，不适于实用。此外，在使用GaN类蓝色半导体激光的专利文献7的方法中，在本质上还是熔融工艺，没有变化，因此，该工艺仅限于GaN类蓝色半导体激光，从而输出极低，在工业上不适用。本专利技术是为了解决上述以往的技术的问题而完成的，其目的在于提供一种，其通过利用被半导体膜吸收的激光，使本申请所示的有效功率密度在某一范围内，从而 无需复杂工序，能将大面积的半导体膜无斑且均匀地结晶化。解决问题所采用的技术方案即，本专利技术的激光退火装置中，第I本专利技术的特征在于，包括输出脉冲激光的脉冲激光振荡装置、和将从该脉冲激光振荡装置输出的所述脉冲激光进行传输并照射于半导体膜的光传输单元，将所述脉冲激光照射于所述半导体膜，使得在半导体膜照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)第2本专利技术的激光退火装置的特征在于，包括:连续激光振荡装置，该连续激光振荡装置输出连续激光；光传输单元，该光传输单元将从该连续激光振荡装置输出的连续激光及从该连续激光提取的脉冲激光进行传输，并将该脉冲激光照射于半导体膜；及脉冲激光生成单元，该脉冲激光生成单元在所述传输的过程中，对所述连续激光进行提取，使其近似地呈脉冲状，以生成脉冲激光，将所述脉冲激光照射于所述半导体膜，使得在半导体膜照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)第3本专利技术的激光退火装置的特征在于，在所述第I或第2本专利技术中，具有调整所述脉冲激光的能量密度的能量调整单元，该能量调整单元中，设定有能量密度，使得由所述公式计算出的所述有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。第4本专利技术的激光退火装置的特征在于，在所述第3本专利技术中，作为所述能量调整单元，包括使脉冲激光以规定的衰减率衰减并透过的衰减器及调整所述激光振荡装置的输出的输出调整单元，该衰减器及所述输出调整单元中设定有所述衰减率及所述输出，使得由所述公式计算出的所述有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。第5本专利技术的激光退火装置的特征在于，在所述第I至第4本专利技术的任一项中，具有调整所述脉冲激光的脉冲宽度的脉冲宽度调整单元，该脉冲宽度调整单元调整所述脉冲激光的脉冲宽度，使得由所述公式计算出的所述有效功率密度在3X IO12至1.5X IO12的范围内。第6本专利技术的激光退火装置的特征在于，在所述第I至第5本专利技术的任一项中，所述半导体膜是硅半导体膜，所述能量密度为100 500mJ/cm2，所述脉冲宽度为50 500η 秒。第7本专利技术的激光退火方法的特征在于，在将脉冲激光照射于半导体膜、进行该半导体膜的激光退火的激光退火方法中，设定所述脉冲激光的脉冲能量密度及脉冲宽度，使得在照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内，将进行该设定后的所述脉冲激光照射于所述半导体膜。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)根据本专利技术，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.31 JP 2010-1947201.一种激光退火装置，其特征在于，包括:脉冲激光振荡装置，该脉冲激光振荡装置输出脉冲激光；及光传输单元，该光传输单元将从该脉冲激光振荡装置输出的所述脉冲激光进行传输并照射于半导体膜，将所述脉冲激光照射于所述半导体膜，使得在半导体膜照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内，有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)。2.一种激光退火装置，其特征在于，包括:连续激光振荡装置，该连续激光振荡装置输出连续激光；光传输单元，该光传输单元将从该连续激光振荡装置输出的连续激光及从该连续激光提取的脉冲激光进行传输，并将该脉冲激光照射于半导体膜；及脉冲激光生成单元，该脉冲激光生成单元在所述传输的过程中，对所述连续激光进行提取，使其近似地呈脉冲状，以生成脉冲激光，将所述脉冲激光照射于所述半导体膜，使得在半导体膜照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内，有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)。3.如权利要求1或2所述的激光退火装置，其特征在于，具有调整所述脉冲激光的能量密度的能量调整单元，该能量...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤亮介，草间秀晃，富樫陵太郎，井崎博大，
申请(专利权)人：株式会社日本制钢所，
类型：
国别省市：
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