專利名稱：激光輻照裝置和激光輻照方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光輻照裝置(一種包括激光器和用于將自激光器發(fā)出的激光束導(dǎo)向被輻照物體的光學(xué)系統(tǒng)的裝置)，以及一種對例如半導(dǎo)體材料實施均勻和有效退火的激光輻照方法。另外，本發(fā)明還涉及利用所述激光處理制備半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
近年來，在基片上制造薄膜晶體管(下文稱為TFT)的技術(shù)已取得了重大進展，同時其在有源矩陣顯示器件中的應(yīng)用也得到了促進。具體而言，利用多晶半導(dǎo)體膜形成的TFT在場效應(yīng)遷移率(也簡稱為遷移率)方面較利用傳統(tǒng)非晶態(tài)半導(dǎo)體膜形成的TFT更優(yōu)異，因此高速操作變?yōu)榭赡?。因為這一理由，已嘗試通過在與象素相同的基片上形成的驅(qū)動電路控制該象素，而傳統(tǒng)的做法是通過設(shè)置在基片外的驅(qū)動電路控制象素。
從成本考慮，希望用于半導(dǎo)體器件的基片為玻璃基片，而非石英基片或單晶半導(dǎo)體基片。然而，玻璃基片耐熱性較差，同時容易熱形變。因此，當(dāng)在玻璃基片上利用多晶半導(dǎo)體膜形成TFT時，為防止玻璃基片的熱形變，一般利用激光退火以晶化在玻璃基片上形成的半導(dǎo)體膜。
相對于使用輻射熱或傳導(dǎo)熱的其他退火方法，激光退火具有以下優(yōu)勢處理時間大大縮短；可對半導(dǎo)體基片或基片上的半導(dǎo)體膜進行選擇性和局部加熱從而幾乎不對基片造成熱損壞。
依據(jù)振蕩方法，用于激光退火的激光振蕩器分為脈沖激光振蕩器和連續(xù)波(CW)激光振蕩器。近年來，已知在晶化半導(dǎo)體膜的過程中，利用CW激光振蕩器(例如Ar激光器或YVO4激光器)在半導(dǎo)體膜中形成的晶粒較利用脈沖激光振蕩器(例如受激準分子激光器)形成的晶粒變得更大。當(dāng)半導(dǎo)體膜中的晶粒變大時，利用該半導(dǎo)體膜形成的TFT的通道區(qū)的晶粒界面數(shù)量變少，同時載體遷移率變大，從而可開發(fā)出更復(fù)雜的器件。因為這一理由，CW激光振蕩器引人注目。
一般而言，用于半導(dǎo)體膜激光退火的激光束具有線形光斑形狀，同時通過在半導(dǎo)體膜上掃描激光束的線形光斑進行激光退火。通過將激光束整形為線形光斑，可使利用該激光束一次性退火的面積變得更大。在本說明書中，分別將在被輻照表面具有線形形狀和矩形形狀的激光束稱為線形光束和矩形光束。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，本文使用的術(shù)語線形并不是指嚴格意義上的線，而是指具有大的長寬比的矩形(例如長寬比為10或更大(優(yōu)選100-10000))。將激光束整形為線形光斑，因為這樣可確保被輻照物體充分退火所需的能量密度。當(dāng)可對被輻照物體進行充分退火時，可將激光束整形為矩形或平面光斑。未來可利用平面光束進行激光退火。
另一方面，當(dāng)利用YAG激光器或YVO4激光器晶化厚度為幾十至幾百納米的硅膜(通常用于半導(dǎo)體器件)時，使用波長較基波更短的第二諧波。這是因為半導(dǎo)體膜對第二諧波的激光束吸收系數(shù)較基波更高，同時第二諧波可有效晶化半導(dǎo)體膜。在該步驟很少使用基波。
然而，使用CW激光振蕩器的激光退火的問題在于被輻照表面的退火狀態(tài)變得不均勻。其原因在于自CW激光振蕩器發(fā)出的激光束具有高斯分布，其中能量自中心向兩端減弱。因此，均勻退火較難。
本發(fā)明的申請人已提議了一種激光輻照裝置，所述裝置解決了傳統(tǒng)激光輻照裝置具有的問題。
日本專利特許公開2004-128421專利文獻1公開的激光輻照裝置使用兩束激光束。具體而言，同時傳送被轉(zhuǎn)換為第二諧波的CW激光束和基波的CW激光束。
發(fā)明公開圖11示出了光束斑1101在半導(dǎo)體膜上的輻照路徑以及光束斑1101在橫截面A上的能量密度分布1102。
一般而言，如圖11中的能量密度分布1102所示，自TEM00(單橫模)CW激光振蕩器發(fā)出的激光束在橫截面上的能量密度分布不均，而是高斯能量分布。
例如，設(shè)定光束斑中部1103的能力密度大于閾值(y)，在該值獲得一個足夠大的晶粒以致可在其中形成至少一個TFT。下文將該晶粒稱為大晶粒。光束斑端部1104的能量密度大于形成結(jié)晶區(qū)的閾值(x)同時小于閾值(y)。因此，當(dāng)用所述激光束輻照半導(dǎo)體膜時，光束斑端部1104輻照的部分區(qū)域不完全熔融。在該不熔區(qū)域，所形成的不是利用光束斑中部形成的大晶粒，而僅是粒徑相對較小的晶粒(下文稱為微晶)。
在形成微晶的區(qū)域，即用光束斑端部1104輻照的區(qū)域形成的半導(dǎo)體元件不可能具有高性能。為避免這種情況，必須在形成大晶粒的區(qū)域，即用光束斑中部1103輻照的區(qū)域形成半導(dǎo)體元件。在這種情況下，布圖明顯受到了限制。相應(yīng)地，要求降低形成微晶的區(qū)域在整個激光束輻照區(qū)域中的比率。
在用光束斑端部1104輻照的區(qū)域的表面上，形成高度與半導(dǎo)體膜厚度一樣的凹凸(脊)。當(dāng)用有脊的半導(dǎo)體膜制備TFT時，難以形成與有源層接觸的柵極絕緣膜從而厚度均一。因此，柵極絕緣膜變薄較難。結(jié)果，就會出現(xiàn)在此形成的TFT不能微型化等問題。
即便是將具有圖11所示能量分布的激光束整形為線形或矩形光束，所述激光束端部的能量分布仍較其中部低。因此，要求均一化激光束的能量密度分布。當(dāng)進行退火使半導(dǎo)體膜任意部分的晶粒具有相同尺寸時，利用該半導(dǎo)體膜形成的TFT的性能更優(yōu)異且更均勻。
本發(fā)明的一個目的在于解決上述問題，并提供一種可對半導(dǎo)體膜的整個表面進行均勻激光處理的激光輻照裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明使用以下結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，本文描述的激光退火方法指晶化通過例如向半導(dǎo)體基片或半導(dǎo)體膜注入離子形成的非晶態(tài)區(qū)域或受損區(qū)域的技術(shù)；利用激光束輻照在基片上形成的非晶態(tài)半導(dǎo)體膜晶化半導(dǎo)體膜的技術(shù)；向半導(dǎo)體膜引入鎳等結(jié)晶誘導(dǎo)元素(例如鎳)后，通過進行激光輻照使非單晶的晶態(tài)半導(dǎo)體膜(上述非單晶的半導(dǎo)體膜統(tǒng)稱為非晶態(tài)半導(dǎo)體膜)晶化的技術(shù)等。
另外，也包括用于平整化或修正半導(dǎo)體基片或半導(dǎo)體膜表面的技術(shù)。本文描述的半導(dǎo)體器件指所有能利用半導(dǎo)體特性工作的器件，并包括例如液晶顯示器件和發(fā)光器件的電光器件，同時還包括將該電光器件作為其部件的電子器件。
本發(fā)明具有以下結(jié)構(gòu)。
依據(jù)本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)，激光輻照裝置包括第一激光振蕩器；第二激光振蕩器；用于屏蔽自第一激光振蕩器發(fā)出的第一激光束的相對端部的狹縫；聚光透鏡；用于傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第二激光束的裝置，以覆蓋第一激光束輻照的被輻照表面上的范圍；用于在相對于第一激光束和第二激光束的第一方向上移動被輻照表面的裝置；和用于在相對于第一激光束和第二激光束的第二方向上移動被輻照表面的裝置。
依據(jù)本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)，激光輻照裝置包括第一激光振蕩器；第二激光振蕩器；衍射光學(xué)元件；用于屏蔽自第一激光振蕩器發(fā)出的第一激光束的相對端部的狹縫；聚光透鏡；用于傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第二激光束的裝置，以覆蓋第一激光束輻照的被輻照表面上的范圍；用于在相對于第一激光束和第二激光束的第一方向上移動被輻照表面的裝置；和用于在相對于第一激光束和第二激光束的第二方向上移動被輻照表面的裝置。
依據(jù)本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)，自第一激光振蕩器發(fā)出的第一激光束通過狹縫和聚光透鏡，接著入射被輻照表面。同時，傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第二激光束以覆蓋被輻照表面上的第一激光束。另外，相對于被輻照表面掃描第一激光束和第二激光束以對被輻照表面同等程度地退火。
依據(jù)本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)，自第一激光振蕩器發(fā)出的第一激光束通過衍射光學(xué)元件、狹縫和聚光透鏡，接著入射被輻照表面。同時，傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第二激光束以覆蓋被輻照表面上的第一激光束。另外，相對于被輻照表面掃描第一激光束和第二激光束以對被輻照表面同等程度地退火。
在本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，所述聚光透鏡為柱面透鏡或球面透鏡。
在本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，第一激光振蕩器和第二激光振蕩器各自為CW激光振蕩器或重復(fù)頻率為10 MHz或更大的脈沖激光振蕩器。所述CW激光振蕩器為例如具有YAG、YVO4、YLF、YAlO3或GdVO4單晶介質(zhì)，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。另外，也可使用其他固態(tài)激光器，例如翠綠寶石激光器或Ti藍寶石激光器；或者半導(dǎo)體激光器，例如GaN激光器、GaAs激光器或InAs激光器。所述重復(fù)頻率為10 MHz或更大的脈沖激光振蕩器為例如具有YAG、YVO4或GdVO4單晶介質(zhì)，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。第一激光振蕩器和第二激光振蕩器可為不同類型，只要其能量達到可實施本發(fā)明的激光輻照方法的程度即可。
在本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，第一激光束通過非線性光學(xué)元件，例如BBO(β-BaB2O4，硼酸鋇)、LBO(Li2B4O7，硼酸鋰)、KTP(KTiOPO4，磷酸鈦氧鉀)、LiNbO3(鈮酸鋰)、KDP(KH2PO4，磷酸二氫鉀)、LiIO3(碘酸鋰)、ADP(NH4H2PO4，磷酸二氫銨)、BIBO(BiB3O6，三硼酸鉍)、CLBO(CsLiB6O10，硼酸銫鋰)或KB5(KB5O8-4H2O，五硼酸鉀)轉(zhuǎn)換為諧波。
在本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，第一方向和第二方向彼此相交。這使得有效輻照被輻照表面的整個表面而不形成脊，同時保持光束斑寬度恒定成為可能。
在本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，自第一激光振蕩器發(fā)出的第一激光束從任意方向入射被輻照表面。
在本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，自第二激光振蕩器發(fā)出的第二激光束傾斜入射被輻照表面。
在本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，第二激光束的光束斑完全覆蓋被輻照表面上的第一激光束的光束斑。
本發(fā)明可提供能形成以下半導(dǎo)體膜的激光處理裝置該半導(dǎo)體膜晶粒直徑均一，同時在整個表面不形成凹凸。


在附圖中圖1示意性地示出了本發(fā)明的激光輻照裝置；圖2示意性地示出了本發(fā)明的激光輻照裝置；圖3A-3F示出了實施本發(fā)明時激光束的能量密度；圖4示意性地示出了本發(fā)明的狹縫；圖5示意性地示出了本發(fā)明的激光輻照裝置；圖6A-6C示意性地示出了本發(fā)明的激光輻照；圖7A-7D示意性地示出了本發(fā)明TFT的制備方法；圖8A和8B示意性地示出了本發(fā)明的激光輻照；圖9A-9C示意性地示出了本發(fā)明象素的形成；圖10A和10E示出了本發(fā)明電器的實例；圖11示出了激光束的能量密度；圖12A-12D示出了本發(fā)明晶化半導(dǎo)體膜的方法；圖13A-13C示出了本發(fā)明晶化半導(dǎo)體膜的方法；圖14A-14D示出了本發(fā)明制備半導(dǎo)體器件的方法；圖15A-15D示出了本發(fā)明制備半導(dǎo)體器件的方法；圖16A和16B示出了本發(fā)明制備半導(dǎo)體器件的方法；圖17A和17B示出了本發(fā)明制備半導(dǎo)體器件的方法；圖18A和18B示出了本發(fā)明制備半導(dǎo)體器件的方法；圖19A和19B示出了本發(fā)明制備半導(dǎo)體器件的方法；和圖20A-20C示出了本發(fā)明半導(dǎo)體器件的實例。
本發(fā)明的最佳實施方式下面參照附圖對實施方式和實施例進行描述。然而，由于本發(fā)明可在許多不同的實施方式中體現(xiàn)，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可在本發(fā)明范圍內(nèi)對本發(fā)明的實施方式和具體內(nèi)容作出多種改變。因此，本發(fā)明并不局限于以下實施方式和實施例的描述。
參考圖1和圖3A-3F對本實施方式進行描述。依據(jù)本發(fā)明，當(dāng)用諧波CW線形激光束對半導(dǎo)體膜進行激光退火時，利用狹縫將CW線形光束的相對端部屏蔽掉。與此同時，傳送基波CW激光束從而使得諧波和基波的激光束在被輻照表面彼此相疊。
激光振蕩器101和102為已知的CW激光振蕩器。例如可使用介質(zhì)為YAG、YVO4、YLF、YAlO3或GdVO4單晶，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。另外，也可使用其他固態(tài)激光器，例如翠綠寶石激光器或Ti藍寶石激光器；或者半導(dǎo)體激光器，例如GaN激光器、GaAs激光器或IsAs激光器。激光振蕩器101為TEM00(單橫模)CW激光振蕩器，利用已知的非線性光學(xué)元件(例如BBO、LBO、KTP、KDP、LiNbO3、LiIO3、CLBO、ATP、BIBO或KB5)將其發(fā)出的激光束轉(zhuǎn)換為第二諧波。激光振蕩器101和102可以是相同類型也可以是不同類型。
自激光振蕩器101發(fā)出的激光束通過狹縫103。設(shè)置狹縫103的目的在于在線形或矩形光束108的長軸方向發(fā)揮作用，從而盡可能去除位于線形或矩形光束108相對端部的低能量部分。同時，可在長軸方向上對線形或矩形光束108的長度進行調(diào)節(jié)。亦即，剛從激光振蕩器發(fā)出的激光束具有圖3A的能量密度分布，而通過狹縫103的激光束具有圖3B所示的能量密度分布。
接著，利用反射鏡104改變激光束的行進方向。經(jīng)反射鏡104變向的激光束方向可垂直于基片也可相對于基片傾斜。
之后，利用分別在線形或矩形光束105的長軸方向和短軸方向上起作用的柱面透鏡106和107在被輻照表面上形成線形或矩形光束108。在本實施方式中，將兩個柱面透鏡106和107用作聚光透鏡。柱面透鏡106和107中的一個用于在長軸方向上對線形或矩形光束進行整形，另一個則用于在短軸方向上對線形或矩形光束進行整形。使用柱面透鏡106和107的優(yōu)勢在于可分別在長軸方向和短軸方向獨立聚集激光束。在可直接使用初始光束的光束直徑、輸出功率和形狀時，兩個柱面透鏡不是必需的。另外，當(dāng)在聚集激光束的同時保持初始光束長軸和短軸的比值時，可用球面透鏡替代柱面透鏡106和107。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，對柱面透鏡106進行布置以使狹縫103和被輻照表面為共軛面。柱面透鏡106的該種布置防止了光束通過狹縫103時產(chǎn)生的衍射光在被輻照表面上形成干涉圖。
激光振蕩器102為發(fā)射基波的CW激光振蕩器。自激光振蕩器102發(fā)出的激光束通過光纖109，并被傳送至被輻照表面，從而形成光束斑110。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，優(yōu)選光束斑110足夠大以覆蓋線形或矩形光束108的光束斑。輻照基波前，激光束具有圖3C虛線所示的能量密度，而輻照基波后，激光束具有圖3C實線所示的能量密度，該能量密度足以形成大晶粒區(qū)。
其上形成有半導(dǎo)體膜的基片111由玻璃制成，并固定在吸臺112上以使其在激光輻照過程中不致墜落。利用X-平臺113和Y-平臺114在平行于半導(dǎo)體膜表面的平面沿X-方向和Y-方向重復(fù)掃描吸臺112，從而晶化半導(dǎo)體膜。盡管本實施方式示例了利用X-平臺113和Y-平臺114移動其上形成有半導(dǎo)體膜的基片111的結(jié)構(gòu)，但仍可通過以下方式實現(xiàn)激光束掃描移動激光束被傳送到達的位置并固定基片111；移動基片111并固定激光束被傳送到達的位置；或者移動激光束被傳送到達的位置和基片111?？衫脵z流反射鏡和多角鏡等移動激光束被傳送到達的位置。
一般而言，波長為約1000nm的基波幾乎不被固相半導(dǎo)體膜所吸收。然而，基波很容易為液相半導(dǎo)體膜所吸收，因為液相半導(dǎo)體膜的吸收系數(shù)比固相半導(dǎo)體膜的吸收系數(shù)高1000倍。因此，當(dāng)同時傳送諧波和基波時，基波僅在被諧波熔融的半導(dǎo)體膜部分被大量吸收，從而使得傳至半導(dǎo)體膜的能量增加。
利用線形或矩形光束108的相對端部形成微晶區(qū)，因為相對端部的能量不足以完全熔融半導(dǎo)體膜。然而，由于部分半導(dǎo)體膜被熔融，基波在該熔融部分被吸收。因為這一理由，本發(fā)明可對線形或矩形光束108相對端部不充足的能量進行補給，從而使諧波輻照的部分半導(dǎo)體膜可完全熔融。
當(dāng)僅利用諧波進行激光退火時，則會形成微晶區(qū)。然而，本發(fā)明改善晶體，以成為與利用激光束中部形成的晶體類似的晶體。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，沒有被諧波熔融的半導(dǎo)體膜部分不吸收基波，因此這部分半導(dǎo)體膜不會熔融。
在依據(jù)本發(fā)明獲得的半導(dǎo)體膜的整個表面，晶粒直徑均一且沒有形成脊。因此，即便是在相鄰結(jié)晶區(qū)之間仍可制備TFT。這使得消除對布圖和尺寸的限制以及在半導(dǎo)體膜內(nèi)不對位置進行選擇而制備TFT成為可能。
本發(fā)明對半導(dǎo)體膜的整個表面進行均勻退火。因此，利用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體膜制備的所有TFT均具有優(yōu)異和均一的性能。
此外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)用CW激光束輻照半導(dǎo)體膜時，不再需要制備用于確定輻照位置的標記。另外，可大大放松制備半導(dǎo)體器件的設(shè)計規(guī)則。
利用由此獲得的半導(dǎo)體膜，可依據(jù)已知方法制備例如有源矩陣液晶顯示器等。
雖然本實施方式示例了使用CW激光器的實例，但也可用重復(fù)頻率為10MHz或更大的脈沖激光器替代CW激光器。作為可用的激光器，有重復(fù)頻率為10MHz或更大，同時具有YAG、YVO4或GdVO4單晶介質(zhì)，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。
在本實施例中，使用衍射光學(xué)元件(也稱為衍射光學(xué)器件)以更均勻地晶化半導(dǎo)體膜。利用衍射光學(xué)元件將CW激光束諧波整形為具有均勻能量分布的線形或矩形激光束，用狹縫屏蔽該激光束的相對端部，然后將激光束傳送至半導(dǎo)體膜。此外，同時傳送基波CW激光束使其與被輻照表面上的線形或矩形光束相疊。
本實施例所示的激光輻照裝置包括激光振蕩器201和202、衍射光學(xué)元件203、狹縫205、反射鏡206、聚光透鏡208和209、吸臺213、X-平臺215以及Y-平臺216。
圖2示出了所述激光輻照裝置的一個實例。首先，制備其上形成有非晶態(tài)半導(dǎo)體膜的基片214。將基片214固定在吸臺213上。利用X-平臺215和Y-平臺216在X-軸方向和Y-軸方向上自由移動吸臺213。吸臺213可通過多種平臺，例如電動平臺、滾珠平臺以及線性電動平臺在X-軸方向和Y-軸方向移動。
激光振蕩器201和202各為已知的CW激光振蕩器，即具有YAG、YVO4、YLF、YAlO3或GdVO4單晶，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。另外，也可使用其他固態(tài)激光器，例如翠綠寶石激光器或Ti藍寶石激光器；或者半導(dǎo)體激光器，例如GaN激光器、GaAs激光器或InAs激光器。由于半導(dǎo)體激光器通過自身發(fā)光抽運(pumped)，因此其能效較通過使用閃光燈抽運的固態(tài)激光器高。通過將這些激光器中的任一激光器用作激光振蕩器201和202，有可能有效制備具有足夠大的晶粒以在其中形成至少一個TFT的半導(dǎo)體膜。
激光振蕩器201為發(fā)射TEM00(單橫模)激光束的CW激光振蕩器，利用已知的非線性光學(xué)元件(例如BBO、LBO、KTP、KDP、LiNbO3、LiIO3、CLBO、ATP、BIBO或KB5)將所述激光束轉(zhuǎn)換為第二諧波。依據(jù)不同條件，可利用非線性光學(xué)元件將自激光振蕩器201發(fā)出的激光束轉(zhuǎn)換為第二皆波外的諧波。另外，第一激光振蕩器201和第二激光振蕩器202可以是相同類型也可以是不同類型。
衍射光學(xué)元件203也稱為衍射光學(xué)器件，其為利用光的衍射而獲得光譜的元件。衍射光學(xué)元件203為表面具有許多溝槽的衍射光學(xué)元件，因此也起到聚光透鏡的作用。利用該衍射光學(xué)元件203，可將自CW激光振蕩器發(fā)出的具有高斯能量分布的激光束整形為具有均勻能量分布的線形或矩形光束。
狹縫205為一置于衍射光學(xué)元件的成像點的平板式部件。具體而言，將狹縫205設(shè)置在具有均勻能量分布的線形或矩形光束通過衍射光學(xué)元件成像的位置上。概述見圖3A-3F和圖4。
剛從激光振蕩器發(fā)出的激光束具有圖3A所示的能量密度分布；而通過衍射光學(xué)元件203后，其能量密度分布變?yōu)閳D3A所示的情形。亦即，激光束中部的能量分布被均一化。然而，所述激光束的端部能量不足，因此，熔融不完全。于是，利用圖4所示的狹縫屏蔽這些端部。
所述狹縫在其中部具有矩形狹長開口401，并在其狹長開口401長邊方向上的相對端部具有屏蔽板402。屏蔽板402-依據(jù)發(fā)射諧波的激光振蕩器201的類型而開放和閉合以調(diào)節(jié)能量分布。
因此，依據(jù)激光器的類型，通過調(diào)節(jié)位于狹長開口401相對端部的屏蔽板402，有可能顯著地去除通過衍射光學(xué)元件形成的、在長邊方向上的相對端部具有不均勻能量分布的矩形激光束的一部分。
利用該結(jié)構(gòu)，自激光振蕩器201發(fā)出的激光束通過衍射光學(xué)元件203被整形為具有均勻能量分布的線形或矩形光束，然后在狹縫205成像。之后，激光束具有低能量密度分布的部分為狹縫205所屏蔽，激光束為反射鏡206反射，然后成為線形或矩形光束207。接著，激光束為柱面透鏡208和209聚集成線形或矩形光束210，并垂直或傾斜入射形成有非晶態(tài)半導(dǎo)體膜的基片214。
同時，自激光振蕩器202發(fā)出的激光束通過光纖211，并被傳送至被輻照表面，從而形成光束斑212，并使其與被輻照表面上線形或矩形光束210的光束斑相疊。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，在被輻照表面上，光束斑212覆蓋由光束210形成的整個光束斑，并傾斜入射被輻照表面。輻照基波前，激光束具有圖3F虛線所示的能量密度，而通過輻照基波，激光束具有圖3F實線所示的能量密度分布，該能量密度分布足以形成具有大晶粒的結(jié)晶區(qū)并提供均勻能量。
形成有半導(dǎo)體膜的基片214由玻璃制成，并固定在吸臺213上以使其在激光輻照過程中不致墜落。利用X-平臺215和Y-平臺216在平行于半導(dǎo)體膜表面的平面重復(fù)掃描吸臺213。
在該實施例中，將兩個柱面透鏡208和209用作聚光透鏡。激光束垂直入射這兩個柱面透鏡。由于柱面透鏡在一個方向上具有曲率，因此可僅在一維方向聚集或擴大激光束。因此，通過分別使兩個柱面透鏡208和209的曲率方向與X-軸方向和Y-軸方向一致，可任意改變被輻照表面X-Y方向上的光束斑大小。這使得光學(xué)調(diào)校變得容易，可自由精細調(diào)校。在可直接使用自激光振蕩器201發(fā)出的初始激光束的光束直徑、輸出功率和形狀時，柱面透鏡的數(shù)目可能是最少的。當(dāng)在聚集激光束的同時保持初始光束長軸和短軸的比值時，可用球面透鏡替代柱面透鏡208和209。
當(dāng)使用輸出功率為10W的激光束時，入射基片214的線形或矩形光束210在短軸方向上的尺寸約為1-10μm。由于光學(xué)設(shè)計方面的限制，短軸方向長度的下限為約1μm。
基于激光振蕩器201的輸出功率和短軸方向的長度，可確定長軸方向的長度從而使能量密度充足。例如，當(dāng)使用輸出功率為10W的激光束時，長軸方向的長度為約300μm。通過光束210形成的光束斑具有線形或矩形形狀，因為在基片上掃描橢圓光束斑時，會在基片上出現(xiàn)凹凸不平。
依據(jù)上述方法，可均勻地晶化基片214上的半導(dǎo)體膜。本發(fā)明并不局限于上述結(jié)構(gòu)，但可在本發(fā)明范圍內(nèi)適當(dāng)改變該設(shè)計。
在通過本發(fā)明獲得的半導(dǎo)體膜的整個表面，晶粒直徑均一且沒有形成脊。因為這一理由，即便是在相鄰結(jié)晶區(qū)之間仍可制備TFT。這使得消除對布圖和尺寸的限制以及在半導(dǎo)體膜內(nèi)不對位置進行選擇而制備TFT成為可能。
本發(fā)明可對半導(dǎo)體膜的整個表面進行均勻退火。因此，利用本發(fā)明方法形成的半導(dǎo)體膜制備的所有TFT均具有優(yōu)異和均一的性能。
此外，通過實施本發(fā)明，當(dāng)用CW激光束輻照半導(dǎo)體膜時，不再需要制備用于確定輻照位置的標記。另外，可大大放松制備半導(dǎo)體器件的設(shè)計規(guī)則。
雖然本實施例傳送諧波CW激光和基波CW激光從而使其在半導(dǎo)體膜上彼此相疊，但可用重復(fù)頻率為10MHz或更大的脈沖激光器替代CW激光器?？捎玫募す馄鳛橹貜?fù)頻率為10MHz或更大，同時具有YAG、YVO4或GdVO4單晶介質(zhì)，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。
在本實施例中，將自兩個諧波CW激光振蕩器發(fā)出的激光束分開，并將具有不同能量分布的激光束彼此相疊從而形成具有均勻能量分布的激光束。此外，利用狹縫屏蔽激光束的端部進一步對激光束的能量分布進行均一化后，將激光束傳送至半導(dǎo)體膜。同時，傳送基波CW激光束使其與被輻照表面上的諧波激光束相疊。參考圖5和圖6A-6F進行概述。
附圖標記501和502表示激光振蕩器。激光振蕩器501和502為已知的CW激光振蕩器，例如具有YAG、YVO4、YLF、YAlO3或GdVO4單晶介質(zhì)，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。另外，也可使用其他固態(tài)激光器，例如翠綠寶石激光器或Ti藍寶石激光器；或者半導(dǎo)體激光器，例如GaN激光器、GaAs激光器或InAs激光器。由于半導(dǎo)體激光器通過自身發(fā)光抽運，因此其能效較通過使用閃光燈抽運的固態(tài)激光器高。利用已知的非線性光學(xué)元件(例如BBO、LBO、KTP、KDP、LiNbO3、LiIO3、CLBO、ATP、BIBO或KB5)將自激光振蕩器501和502發(fā)出的各個激光束轉(zhuǎn)換為諧波。在本實施例中，激光振蕩器501和502使用CW YAG激光器，并具有非線性光學(xué)元件以將激光束轉(zhuǎn)換第二諧波。必要時，可將激光束轉(zhuǎn)換為第二諧波外的諧波。
附圖標記503和504表示光隔離器。當(dāng)對某被輻照物具有高反射率的激光束垂直入射該被輻照物時，在被輻照物上反射的激光束沿著入射被輻照物時相同的光程返回。該反射的激光束為所謂的回光?；毓馐且鸩焕绊?，例如激光器輸出功率、重復(fù)頻率的波動以及激光介質(zhì)棒的受損的因素。因此，需要用于分離回光和發(fā)射光的元件。該元件稱為光學(xué)單向元件，光隔離器就是其典型實例。用于本實施例的光隔離器為只在一個方向傳輸光并屏蔽與所述方向反向行進的光的元件。由于本實施例的光學(xué)系統(tǒng)是對稱布置的，一束發(fā)射光在被輻照表面上的反射光可能會以與回光相同的方式不利地影響另一發(fā)射光。因此，理想的是設(shè)置光隔離器503和504。
利用擴束器505和506或擴束器507和508擴大發(fā)射的激光束。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，當(dāng)自激光振蕩器發(fā)出的激光束的橫截面形狀較小時，擴束器505、506、507和508特別有效。擴束器不是必需的，取決于激光束的大小等?？稍谝粋€方向和兩個方向擴大激光束。理想的是用由合成石英玻璃制成的柱面透鏡作為擴束器505、506、507和508，因為可獲得高透光率。
優(yōu)選在擴束器505、506、507和508的表面涂覆涂層從而使其對所用激光束的波長的透光率為99％或更大。此外，依據(jù)激光束的波長，通過改變合成石英玻璃表面上的涂層材料，擴束器可應(yīng)用于各種激光束。
自擴束器505和506或507和508發(fā)出的激光束被反射鏡509或510分成兩個方向。參考圖6A-6C對其進行描述。
圖6A和6B示出了從垂直于激光束的行進方向觀察所得的激光束橫截面形狀。如圖6A所示，自激光振蕩器501發(fā)出的激光束被反射鏡509分成第一激光束和第二激光束。第一激光束在倒空器(dumper)513被吸收，第二激光束在反射鏡511上反射后入射狹縫515。同樣，如圖6B所示，自激光振蕩器502發(fā)出的激光束被反射鏡510分成第三激光束和第四激光束。第三激光束在反射鏡512上反射后入射狹縫515，第四激光束在倒空器514被吸收。
入射狹縫515的兩束激光束自不同的激光振蕩器發(fā)出，因此，所述激光束即便是在合并后仍不會彼此干涉。此外，自激光振蕩器501發(fā)出的激光束中的第二激光束入射狹縫515，自激光振蕩器502發(fā)出的激光束中的第三激光束入射狹縫515。由于具有不同能量分布的激光束在狹縫515或其附件合并，因此形成了能量分布均一性優(yōu)異的矩形激光束(圖6C)。
在本實施例中，使用兩個激光振蕩器，同時將激光束分成兩束光束。然而，本發(fā)明并不局限于此。優(yōu)選使用約十個激光振蕩器。然而，當(dāng)所用激光振蕩器的數(shù)目較少時，優(yōu)選使用偶數(shù)個激光振蕩器，同時將激光束分成偶數(shù)束激光束。不要求激光振蕩器必須是相同類型。
如圖6A-6C所示，雖然本實施例在垂直于激光束行進方向的平面將其分成相同寬度，但本發(fā)明并不局限于此。
此外，本實施例中具有不同能量分布的激光束在被輻照表面或其附近被合并。然而，可適當(dāng)選定合并方法，因為最優(yōu)合并方法取決于激光束的模式。例如，由于TEM00模式的激光束的性質(zhì)高度對稱，因此可通過合并兩束被分激光束中一束的左邊部分和另一束的右邊部分獲得均一性相對較高的激光束。通過將激光束分成更多的激光束可獲得均一性更高的激光束。用其他模式的激光束也可通過相同的方法獲得均一性高的激光束。
通過狹縫515的激光束516在反射鏡517上被反射，并為作用于激光束516長軸的柱面透鏡518和作用于激光束516短軸的柱面透鏡519所聚集，然后傳送至形成有半導(dǎo)體膜的基片520。圖5中，激光束516先通過作用于激光束長軸的柱面透鏡518，然后通過作用于短軸的柱面透鏡519，然而，該順序并不局限于此。在本實施例中，兩個柱面透鏡518和519作為聚光透鏡。當(dāng)在聚集激光束的同時保持初始光束長軸和短軸的比值時，可用球面透鏡替代柱面透鏡518和519。
此外，同時向被輻照表面?zhèn)魉突–W激光束從而使其覆蓋由激光束516形成的光束斑521。激光振蕩器522為發(fā)射基波的CW激光振蕩器。自激光振蕩器522發(fā)出的激光束通過光纖523，并被傳送至被輻照表面，從而形成光束斑524并使其與光束斑521相疊。光束斑524的大小必須足以完全覆蓋光束斑521。
形成有半導(dǎo)體膜的基片520由玻璃制成，并固定在吸臺525上以使其在激光輻照過程中不致墜落。利用X-平臺526和Y-平臺527在平行于半導(dǎo)體膜表面的平面沿X-Y方向重復(fù)掃描吸臺525。由此晶化半導(dǎo)體膜。
當(dāng)利用該激光輻照裝置對半導(dǎo)體膜進行退火時，可晶化非晶態(tài)半導(dǎo)體膜，可提高結(jié)晶度從而獲得晶態(tài)半導(dǎo)體膜，或者可活化摻雜元素。
在通過實施本發(fā)明獲得的半導(dǎo)體膜的整個表面上，晶粒直徑均一且沒有形成脊。因為這一理由，即便是在相鄰結(jié)晶區(qū)之間仍可制備TFT。另外，布圖和尺寸不再受限，可不對位置進行選擇而在半導(dǎo)體膜內(nèi)制備TFT。
本發(fā)明對半導(dǎo)體膜的整個表面進行均勻退火。因此，利用通過本方法退火的半導(dǎo)體膜制備的所有TFT均具有優(yōu)異和均一的性能。
此外，通過實施本發(fā)明，當(dāng)用CW激光束輻照半導(dǎo)體膜時，不再需要制備用于確定輻照位置的標記。另外，可大大放松制備半導(dǎo)體器件的設(shè)計規(guī)則。
雖然本實施例傳送諧波CW激光和基波CW激光從而使其在半導(dǎo)體膜上彼此相疊，但可用重復(fù)頻率為10MHz或更大的脈沖激光器替代CW激光器。可用的激光器為重復(fù)頻率為10MHz或更大，同時具有YAG、YVO4或GdVO4單晶介質(zhì)，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。
本實施例示例了利用本發(fā)明的激光退火裝置制造薄膜晶體管(TFT)的方法。雖然本實施例描述了上部柵極(top-gate)(堆疊型(staggeredtype))TFT的制備方法，但下部柵極(反轉(zhuǎn)堆疊型)TFT也可以同樣方式使用本發(fā)明。
如圖7A所示，在具有絕緣表面的基片700上形成基底膜701。在本實施例中，用玻璃基片作為基片700。例如，可將由硼硅酸鋇玻璃或硼硅酸鋁玻璃制成的玻璃基片、石英基片、陶瓷基片、不銹鋼基片等用作基片700。此外，就耐熱性而言，雖然由撓性材料(以塑料或丙烯酸類為代表)制成的基片較其他基片差，但仍可使用撓性基片，只要所述基片可耐受該制備過程的熱即可。
設(shè)置基底膜701以防止包含在基片700中的堿土金屬或堿金屬(例如Na)擴散至半導(dǎo)體中。當(dāng)半導(dǎo)體中存在金屬時，堿土金屬或堿金屬會對半導(dǎo)體元件的性能造成不利影響。因此，用可抑制堿土金屬和堿金屬擴散至半導(dǎo)體中的絕緣材料(例如氧化硅、氮化硅或氧氮化硅)形成基底膜?；啄?01可具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。在本實施例中，通過等離子CVD(化學(xué)氣相沉積)法形成厚度為10-400nm的氧氮化硅膜。
就防止雜質(zhì)擴散而言，在使用僅包含少量堿金屬或堿土金屬的基片(例如玻璃基片或塑料基片)作為基片700的情況下，設(shè)置基底膜是一種有效方式。當(dāng)雜質(zhì)的擴散不會引起任何顯著問題時，例如當(dāng)使用石英基片時，通常并不必須設(shè)置基底膜701。
接下來，通過已知方法(濺射法、LPCVD法、等離子CVD法等)在基底膜701上形成厚度為25-100nm(優(yōu)選30-60nm)的非晶態(tài)半導(dǎo)體膜702?？蓪⒐杌蚬桄N等用作非晶態(tài)半導(dǎo)體膜702。本實施例使用硅。當(dāng)使用硅鍺時，優(yōu)選鍺的濃度為約0.01-4.5％原子。
然后，如圖7B所示，利用本發(fā)明的激光退火裝置，通過用激光束703和705輻照對非晶態(tài)半導(dǎo)體膜702進行晶化。在本實施例中，激光束703自提供10W TEM00模式(單橫模)第二諧波的Nd:YVO4激光器發(fā)出，并通過球面透鏡704傳送至被輻照表面。激光束705自提供100WTEM00模式基波的Nd:YVO4激光器發(fā)出。傳送激光束705使其完全覆蓋激光束703的光束斑。
除上述激光振蕩器外，可使用具有YAG、YVO4、YLF、YAlO3或GdVO4單晶，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。另外，也可使用其他固態(tài)激光器，例如翠綠寶石激光器或Ti藍寶石激光器；或者半導(dǎo)體激光器，例如GaN激光器、GaAs激光器或InAs激光器。利用已知的非線性光學(xué)元件(例如BBO、LBO、KTP、KDP、LiNbO3、LiIO3、CLBO、ATP、BIBO或KB5)將激光束703轉(zhuǎn)換為諧波。雖然通過非線性光學(xué)元件將激光束703轉(zhuǎn)換為第二諧波，但必要時可將激光束轉(zhuǎn)換為第二諧波外的諧波。由于半導(dǎo)體激光器通過自身發(fā)光抽運，因此其能效較高。
該方法不僅能在掃描方向形成連續(xù)生長的晶粒，而且還可防止在相鄰激光輻照區(qū)的交界形成微晶區(qū)和脊。此外，在確保不形成微晶區(qū)和脊的情況下，使諧波輻照的相鄰區(qū)域稍稍相疊是一種有效措施。
如上所述，通過均勻地對半導(dǎo)體膜進行退火，可使由該半導(dǎo)體膜制備的電器性能優(yōu)異且均一。
由于可利用狹縫屏蔽激光束的低強度部分，因此可傳送具有預(yù)定強度或更大強度的線形或矩形激光束。
接著，對利用激光輻照形成的晶態(tài)半導(dǎo)體膜706進行構(gòu)圖，從而形成如圖7C所示的島狀半導(dǎo)體膜707。然后，形成柵極絕緣膜708使其覆蓋島狀半導(dǎo)體膜707?？衫醚趸?、氮化硅或氧氮化硅等，通過等離子CVD法或濺射法形成柵極絕緣膜708。在本實施例中，通過等離子CVD法形成厚度為115nm的氧氮化硅膜。
接著，在柵極絕緣膜708上形成導(dǎo)電膜，并對其進行構(gòu)圖以形成柵極電極709。然后，利用柵極電極709或防構(gòu)圖材料作為掩膜將形成n-型或p-型傳導(dǎo)層的摻雜元素選擇性地加入島狀半導(dǎo)體膜707中，從而形成源極區(qū)710、漏極區(qū)711和LDD區(qū)712等。依據(jù)上述方法，可在同一基片上形成N-通道TFT713和714以及P-通道TFT715。
然后，如圖7D所示，形成絕緣膜716以保護這些TFT。通過等離子CVD法或濺射法形成氮化硅膜或氧氮化硅膜單層或多層結(jié)構(gòu)的絕緣膜716，其厚度為100-200nm。在本實施例中，通過等離子CVD法形成厚度為100nm的氮氧化硅膜。通過設(shè)置絕緣膜716，可獲得屏蔽各種離子雜質(zhì)(例如空氣中的氧氣和濕氣)入侵的屏蔽效果。
接著，進一步形成絕緣膜717。在本實施例中，可使用有機樹脂膜(例如聚酰亞胺、聚酰胺、BCB(苯并環(huán)丁烯)、丙烯酸樹脂或硅氧烷)、TOF膜、無機夾層絕緣膜(含硅(例如氮化硅或氧化硅)的絕緣膜)或低k(低介電常數(shù))材料等。硅氧烷具有硅氧鍵骨架結(jié)構(gòu)，并具有至少包含氫的材料。用至少包含氫的有機基團(例如烷基或芳烴)作取代基。也可用氟基團作取代基?；蛘撸赏瑫r使用至少包含氫的有機基團和氟基團。由于形成絕緣膜717的目的主要是為了減輕和平整在玻璃基片上形成TFT時所產(chǎn)生的脊，因此優(yōu)選平整度好的膜。
此外，通過光刻法對絕緣膜和有機絕緣膜進行構(gòu)圖以形成到達摻雜區(qū)的接觸孔。
接著，利用導(dǎo)電材料形成傳導(dǎo)膜，并通過對傳導(dǎo)膜進行構(gòu)圖形成布線718。接著，形成絕緣膜719作為保護膜，從而制成圖7D所示的半導(dǎo)體器件。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，使用本發(fā)明的激光器退火方法制備半導(dǎo)體器件的方法并不局限于上述制備TFT的方法。
激光晶化步驟前，可設(shè)置使用催化劑元素的晶化步驟。可將鎳(Ni)、鍺(Ge)、鐵(Fe)、鈀(Pd)，、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈷(Co)、鉑(Pt)、銅(Cu)或金(Au)用作催化劑元素。使用催化劑金屬晶化后，激光輻照熔融半導(dǎo)體膜的上部分，但不熔融半導(dǎo)體膜的下部分。因此，半導(dǎo)體膜下部分保持不熔的晶體變?yōu)榫Ш耍瑫r從半導(dǎo)體膜的下部分向上部分促進晶化。
因此，相對于僅用激光輻照晶化半導(dǎo)體膜的情況，可進一步提高半導(dǎo)體膜的結(jié)晶度，并可減少激光晶化后半導(dǎo)體膜表面的凹凸不平。從而，可更大程度地降低之后形成的半導(dǎo)體元件(以TFT為代表)的性能波動，同時可抑制關(guān)態(tài)電流(off-current)。
應(yīng)當(dāng)引起注意的是，可按照以下方式進行晶化加入催化劑元素后，進行熱處理以促進晶化，然后進行激光輻照。或者，可省略熱處理。另外，熱處理后，可在保持溫度的同時進行激光處理。
雖然本實施例示例了通過本發(fā)明的激光輻照方法晶化半導(dǎo)體膜的實例，但所述激光輻照方法可用于活化摻雜在半導(dǎo)體膜中的摻雜元素。此外，本發(fā)明制備半導(dǎo)體器件的方法可應(yīng)用于制備集成電路和半導(dǎo)體顯示器件的方法。
在通過實施本發(fā)明獲得的半導(dǎo)體膜的整個表面，晶粒直徑均一且沒有形成脊。因為這一理由，即便是在相鄰結(jié)晶區(qū)之間仍可形成TFT。這使得消除對布圖和尺寸的限制以及在半導(dǎo)體膜內(nèi)不對位置進行選擇而制備TFT成為可能。
本發(fā)明可對半導(dǎo)體膜的整個表面進行均勻退火。因此，利用本發(fā)明方法形成的半導(dǎo)體膜制備的所有TFT均具有優(yōu)異和均一的性能。
此外，通過實施本發(fā)明，當(dāng)用CW激光輻照半導(dǎo)體膜時，不再需要制備用于確定輻照位置的標記。另外，可大大放松制備半導(dǎo)體器件的設(shè)計規(guī)則。
雖然本實施例傳送諧波CW激光和基波CW激光從而使其在半導(dǎo)體膜上彼此相疊，但可用重復(fù)頻率為10MHz或更大的脈沖激光器替代CW激光器?？捎玫募す馄鳛橹貜?fù)頻率為10MHz或更大，同時具有YAG、YVO4、YLF、YAlO3或GdVO4單晶介質(zhì)，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。
本實施例參考圖8A和8B以及圖9A-9C描述了通過實施本發(fā)明制備的TFT的布圖的實例。
在圖8A和8B中，附圖標記801表示半導(dǎo)體膜；802、804、805和806為諧波光束斑；803為利用基波激光束輻照半導(dǎo)體膜801形成的光束斑；807為激光間距；以及808為相鄰光束斑彼此相疊的區(qū)域。
一般而言，在相鄰晶化區(qū)的交界形成微晶區(qū)和脊。因此，相鄰晶化區(qū)上不能形成TFT。然而，在某些情況，因為設(shè)計的原因需要在各個位置均形成TFT。亦即，當(dāng)有限面積內(nèi)的集成度增加時，要求在相鄰晶化區(qū)上布置TFT。然而，以這種方式形成TFT時，各TFT中的半導(dǎo)體膜的晶化狀態(tài)不同。由于電器的性能取決于包括在遷移率最低的電路中的TFT，因此該部分是瓶頸。
然而，通過實施本發(fā)明，均勻晶化了諧波光束斑輻照的部分半導(dǎo)體膜。因此，在相鄰晶化區(qū)的交界不形成微晶區(qū)和脊，從而使得可任意進行布圖設(shè)計。圖8A中，相鄰晶化區(qū)的交界對應(yīng)于諧波光束斑802和諧波光束斑804的交界。
如圖8B所示，可通過相疊相鄰諧波光束斑避免產(chǎn)生微晶區(qū)和脊。
圖9A-9C示出了用作發(fā)光元件象素的TFT的布圖，其為圖8A和8B所述的激光輻照后的TFT的布圖實例。附圖標記900表示半導(dǎo)體膜；901為源極信號線；902為柵極信號線；903為電流供應(yīng)線；904為開關(guān)型TFT；905為驅(qū)動型TFT；906為電容；以及907為發(fā)光元件。圖9C中(1)和(2)相疊的部分對應(yīng)于圖8B中相鄰光束斑彼此相疊的區(qū)域808。
由于利用本發(fā)明的激光輻照裝置進行激光輻照時，晶粒直徑均一，且在半導(dǎo)體膜的整個表面不形成脊，因此即便是在如圖9C(1)和(2)所示的相鄰晶化區(qū)之間仍可制備TFT。
因此，可有效、隨意地制備TFT，而不受限于相鄰晶化區(qū)交界的位置。當(dāng)用CW激光束輻照半導(dǎo)體膜時，不再需要作標記以確定輻照位置。結(jié)果，可實現(xiàn)成本的降低，同時提高設(shè)計TFT時的自由度。此外，由于沒有形成脊，因此可制備沒有性能波動的高品質(zhì)TFT。
可使用利用本發(fā)明對其進行了激光輻照的半導(dǎo)體材料制成各種電器。由于本發(fā)明可均勻地對整個基片表面進行退火，因此可提高設(shè)計半導(dǎo)體元件布圖和尺寸時的自由度以及集成度。由于基片任何部分的晶化程度均相同，因此制備的半導(dǎo)體元件具有優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量，同時沒有波動。具體實例參考附圖描述。
圖10A示出了包括機殼1001、支架1002、顯示部分1003、揚聲器部分1004以及視頻輸入端子1005等的顯示器件。該顯示器件將通過上述實施例所示的制備方法制備的薄膜晶體管應(yīng)用于顯示部分1003制成。所述顯示器件包括液晶顯示器件和發(fā)光器件等。具體而言，包括所有計算機、電視接受裝置和廣告箱等的信息顯示器件。
圖10B示出了包括機殼1011、顯示部分1012、鍵盤1013、外設(shè)接口1014和觸摸鼠標1015等的計算機。其他實施例所示的制備方法可應(yīng)用于顯示部分1012和電路等。此外，本發(fā)明可應(yīng)用于主機中的半導(dǎo)體器件，例如CPU和存儲器。
圖10C示出了移動電話，其是移動終端的典型實例。該移動電話包括機殼1021、顯示部分1022和操作鍵1023等。由于上述移動電話、PDA(個人數(shù)字助理)、數(shù)碼相機和集成游戲機等電器均為移動終端，因此其顯示屏較小。因此，當(dāng)利用本發(fā)明其他實施例所示的微薄膜晶體管形成如CPU和存儲器等功能電路時，可使所述電器更小更輕。
可將在其他實施例中制備的晶體管用于薄膜集成電路或非接觸式薄膜集成電路器件(也稱為射頻IC標識或RFID(射頻識別))。通過應(yīng)用其他實施例所示的制備方法，可將薄膜集成電路和非接觸式薄膜集成電路用作標識或存儲器。
圖10D示出了其上貼有IC標識1042的護照1041?；蛘撸蓪C標識1042包埋在護照1041中。同樣，可將IC標識貼在或包埋在駕照、信用卡、鈔票、硬幣、證書、商品券、車票、旅行支票(T/C)、健康保險卡、居住證或戶口簿等中。通過該方式使用所述標識，可辯明真?zhèn)巍?br> 可以以下方式使用具有射頻功能的IC標識。在結(jié)帳處，將已結(jié)帳的信息寫入射頻IC標識，同時利用出口處的檢驗設(shè)備檢驗射頻IC標識，確認其中是否寫有已結(jié)帳的信息。如果沒有結(jié)帳就將IC標識帶出商場，就會響起警報。通過該方法，可防止忘記結(jié)帳和入店行竊。
此外，IC標識可用作存儲器。圖10E示出了用IC標識1051作為貼在一袋蔬菜上的標簽的實例。或者，可將IC標識直接貼在包裝袋上或包埋在包裝袋中。在IC標識1051中，可記錄產(chǎn)區(qū)、生產(chǎn)商、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)過程中所用的方法(例如加工方法)、產(chǎn)品的流通方式、價格、數(shù)量、用途、形狀、重量、過期日等各種鑒別信息。IC標識1051中的信息為射頻讀出器1052的天線部分1053接收并讀出，同時顯示在讀出器的顯示部分1054上。因此，批發(fā)商、零售商和消費者均可輕易知曉所述信息。此外，可為各個生產(chǎn)商、經(jīng)銷商和消費者設(shè)置訪問權(quán)限。沒有訪問權(quán)限就不能讀出、寫入、重寫和擦除IC標識中的數(shù)據(jù)。
由于上述IC標識的制作成本比傳統(tǒng)使用的條形碼高，因此需要降低成本。然而，本發(fā)明即便是在相鄰晶化區(qū)的交界仍可有效形成半導(dǎo)體元件，因此能有效降低成本。此外，由于沒有形成脊，因此可制備沒有性能波動的高品質(zhì)IC標識。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明制備的半導(dǎo)體器件應(yīng)用范圍十分廣，同時依據(jù)本發(fā)明制備的半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于各種電器。
本實施例描述了將利用本發(fā)明激光輻照裝置的晶化方法和利用催化劑元素的晶化方法結(jié)合以更有效地進行晶化的實例。
首先，參照實施例2，如圖12A所示，在基片1200上形成基底膜1201，并在基底膜1201上形成半導(dǎo)體膜1202。接著，如圖12B所示，利用旋涂法將包含10-100ppm(重量)Ni的溶液(醋酸鎳溶液)涂覆在半導(dǎo)體膜1202的表面，從而在半導(dǎo)體膜1202表面及其附近形成加鎳區(qū)域。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，圖12B中的虛線表示已加入催化劑元素。不僅可利用上述方法加入催化劑，還可利用其他方法加入催化劑，例如濺射法、蒸發(fā)法或等離子法。
接著，在500-650℃熱處理4-24小時，例如在570℃熱處理14小時。所述熱處理形成半導(dǎo)體膜1203，其中從添加催化劑元素的區(qū)域到未添加催化劑元素的區(qū)域，亦即從半導(dǎo)體膜1202表面到基片1200，如箭頭所示在垂直方向上晶化得到促進。由此形成晶化的半導(dǎo)體膜1203(圖12C)。
可通過使用燈作為熱源輻照的RTA(快速熱退火)或通過使用加熱氣體的RTA(氣體RTA)在740℃的設(shè)定溫度熱處理180秒。設(shè)定溫度為高溫計測定的基片的溫度，同時所述測定溫度在本文中定義為熱處理中的設(shè)定溫度。也可使用條件如下的其他方法利用退火爐在550℃熱處理4小時。正是在具有催化能力的金屬元素的作用下，晶化過程中的溫度降低，時間縮短。
雖然本實施例用鎳(Ni)作為催化劑元素，但也可使用其他元素，例如鍺(Ge)、鐵(Fe)、鈀(Pd)，、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈷(Co)、鉑(Pt)、銅(Cu)或金(Au)。
接著，用激光束輻照半導(dǎo)體膜1202。以與其他實施例相同的方式，發(fā)射諧波CW激光束，利用狹縫將該激光束的相對端部屏蔽，并利用光學(xué)系統(tǒng)將激光束整形為線形、矩形或橢圓光束。接著，將激光束傳送至半導(dǎo)體膜?；蛘?，發(fā)射諧波CW激光束，利用衍射光學(xué)元件使激光束的能量分布均一化，利用狹縫將該激光束的相對端部屏蔽，并利用光學(xué)系統(tǒng)將激光束整形為線形、矩形或橢圓激光束。接著，將諧波激光束傳送至半導(dǎo)體膜。將基波CW激光束傳送至被輻照表面，使其完全覆蓋在半導(dǎo)體膜上形成的諧波CW激光束的光束斑。此時，相對于兩束激光束1204掃描半導(dǎo)體膜，從而可均勻地對半導(dǎo)體膜的整個表面進行退火。當(dāng)依據(jù)本發(fā)明進行晶化時，晶粒直徑均一，且在半導(dǎo)體膜的整個表面不形成脊。與其他實施例相同，可用重復(fù)頻率為10MHz或更大的脈沖激光器替代CW激光器。
利用上述方法，可形成結(jié)晶度得到提高的半導(dǎo)體膜1205。應(yīng)當(dāng)考慮到的是，利用催化劑元素晶化的半導(dǎo)體膜1205包含濃度為約1×1019原子/cm3的催化劑元素(本實施例為Ni)。因此，接著吸除存在于半導(dǎo)體膜1205中的催化劑元素。由于可通過吸除去除半導(dǎo)體膜1205中的金屬元素，因此可降低關(guān)態(tài)電流。
如圖13A所示，首先在半導(dǎo)體膜1205的表面形成氧化膜1206。通過形成厚度為約1-10nm的氧化膜1206，可防止半導(dǎo)體膜1205的表面在隨后的蝕刻過程中變得粗糙?？赏ㄟ^已知方法形成氧化膜1206。例如，可利用以下試劑氧化半導(dǎo)體膜1205的表面形成氧化膜1206臭氧水或混有硫酸、鹽酸或硝酸等的過氧化氫溶液?；蛘?，可在含氧氣氛中通過等離子法、熱處理或紫外線輻照等形成氧化膜1206。此外，可單獨通過等離子CVD法、濺射法或蒸發(fā)法等形成氧化膜1206。
通過濺射法在氧化膜1206上形成用于吸除的半導(dǎo)體膜1207，所述半導(dǎo)體膜包含濃度為1×1020原子/cm3或更大的稀有氣體元素，其厚度為25-250nm。為提高蝕刻時對半導(dǎo)體膜1205的選擇率，理想的是用于吸除的半導(dǎo)體膜1207的質(zhì)量密度比半導(dǎo)體膜1205低。用選自氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)的一種或多種元素作為稀有氣體元素。
接著，如圖13B所示，用爐退火法或RTA法熱處理進行吸除。當(dāng)使用爐退火法時，在450-600℃和氮氣氣氛中熱處理0.5小時-12小時。當(dāng)使用RTA法時，打開用于加熱的燈光源1-60秒，優(yōu)選30-60秒，如此重復(fù)1-10次，優(yōu)選2-6次。設(shè)定燈光源的亮度從而使在600-1000℃，優(yōu)選約700-750℃瞬間加熱半導(dǎo)體膜。
通過熱處理，半導(dǎo)體膜1205內(nèi)的催化劑元素由于擴散而移至用于吸除的半導(dǎo)體膜1207(如箭頭所示)，從而吸除催化劑元素。
接著，通過選擇性蝕刻將用于吸除的半導(dǎo)體膜1207去除。通過使用ClF3的干蝕刻進行蝕刻，而不使用等離子；或者通過使用堿溶液，例如包含肼或氫氧化四乙銨((CH3)4NOH)的溶液的濕蝕刻進行蝕刻。在這種情況下，氧化膜1206可防止半導(dǎo)體膜1205被蝕刻。
接著，利用鹽酸去除氧化膜1206后，對半導(dǎo)體膜1205進行構(gòu)圖以形成島狀半導(dǎo)體膜1208(圖13C)?？衫脥u狀半導(dǎo)體膜1208形成各種半導(dǎo)體元件，尤其是TFT。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，本發(fā)明的吸除方法并不局限于本實施例示例的方法。也可用其他方法減少半導(dǎo)體膜中的催化劑元素。
應(yīng)當(dāng)引起注意的是，本實施例描述了通過加入催化劑元素后進行熱處理促進晶化，并通過激光輻照進一步增加結(jié)晶度的方法。然而，本發(fā)明并不局限于此，可省略熱處理。具體而言，加入催化劑元素后，可進行激光輻照代替熱處理以增加結(jié)晶度。
在本實施例中，可將TFT用作薄膜集成電路器件或非接觸式薄膜集成電路器件(也稱為射頻IC標識或RFID(射頻識別))。應(yīng)用其他實施例所示的制備方法，薄膜集成電路器件和非接觸式薄膜集成電路器件可用作標識或存儲器。
本發(fā)明可對半導(dǎo)體的整個表面進行均勻激光輻照。因此，半導(dǎo)體元件布圖和尺寸的自由度以及集成度均可得到提高。此外，制備的薄膜集成電路器件和非接觸式薄膜集成電路器件的產(chǎn)品質(zhì)量很高，從而抑制了品質(zhì)波動。下文是對具體實例的描述。
本實施例示例了用電隔離式TFT作為用于射頻IC標識集成電路的半導(dǎo)體元件的實例。然而，可用于射頻IC標識集成電路的半導(dǎo)體元件并不局限于TFT，也可使用其他元件。例如，通常有存儲元件、二極管、光電轉(zhuǎn)換元件、電阻元件、線圈、電容元件和電感器等。
參考以下附圖對射頻IC標識的制備方法進行描述。實際上，在長度為1m或更長的基片的一面同時形成許多半導(dǎo)體元件后，將基片切成單獨封裝的單個半導(dǎo)體元件。
首先，如圖14A所示，制備第一基片1400。第一基片1400可為例如由硼硅酸鋇玻璃或硼硅酸鋁玻璃制成的玻璃基片、石英基片或陶瓷基片。此外，也可使用其上形成有絕緣膜的半導(dǎo)體基片。此外，可使用例如丙烯酸樹脂或塑料(以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚醚砜(PES)為代表)的撓性合成樹脂?？捎煤铣蓸渲骰?，只要所述合成樹脂可耐受射頻IC標識制備步驟中的處理溫度即可。
當(dāng)使用上述材料時，不對第一基片1400的尺寸和形狀作出限定。因此，當(dāng)?shù)谝换?400的一面具有矩形形狀和例如1m或更長的尺寸時，可大幅提高產(chǎn)量。對環(huán)狀硅基片而言，該優(yōu)勢更為突出。
可通過CMP法等打磨由上述材料制成的基片表面使其平整。例如，也可使用經(jīng)打磨變薄的玻璃基片、石英基片或半導(dǎo)體基片。
制備第一基片1400后，在第一基片1400上形成絕緣膜1402(圖14A)?？尚纬蓡螌踊蚨鄬咏Y(jié)構(gòu)的絕緣膜1402，所述絕緣膜包含氧或氮，例如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)(x＞y)或氧氮化硅(SiNxOy)(x＞y)。在本實施例中，用氮氧化硅形成厚度為100nm的絕緣膜1402?？赏ㄟ^高密度等離子法氧化或氮化絕緣膜1402。
利用例如2.45GHz的微波產(chǎn)生高密度等離子。具體而言，使用電子密度為1011-1013/cm3、電子溫度為2eV或更小以及離子能量為5eV或更低的高密度等離子。在如上所述的其特征在于低電子溫度的高密度等離子中，活性類物質(zhì)具有低動能。因此，與傳統(tǒng)等離子法相比，可形成幾乎沒有等離子損壞和缺陷的膜?？衫檬褂脧较蚩p隙天線的微波抽運等離子處理裝置產(chǎn)生等離子。將基片1400和用于產(chǎn)生微波的天線間的距離設(shè)為20-80mm(優(yōu)選20-60mm)。
接著，形成剝離層1404(圖14A)?？衫媒饘倌ば纬蓜冸x層1404，或者形成金屬膜和金屬氧化膜多層結(jié)構(gòu)的剝離層1404。形成單層或多層結(jié)構(gòu)金屬膜，所述金屬膜為選自鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鋯(Zr)、鋅(Zn)、釕(Ru)、銠(Rh)、鉛(Pb)、鋨(Os)和銥(Ir)的元素的金屬膜，或者由包含上述元素并將其作為其主組分的合金材料或復(fù)合材料制成。可通過已知方法形成這些材料(濺射法或CVD法，例如等離子CVD法)。在本實施例中，通過等離子CVD法形成厚度為30nm的鎢。
形成剝離層1404時，在其表面形成氧化物、氮化物或氧氮化物?？稍诙虝r間內(nèi)輕易剝離這些化合物，因為其與蝕刻氣體，尤其是三氟化氯(ClF3)的反應(yīng)速度很快。亦即，當(dāng)通過蝕刻氣體去除任一金屬、金屬氧化物、金屬氮化物或金屬氧氮化物時，可實現(xiàn)剝離。
當(dāng)在剝離層1404表面形成氧化物、氮化物或氧氮化物時，化學(xué)條件可以改變。例如，形成包含W的氧化膜，氧化鎢(WOx(x＝2-3))的化合價發(fā)生改變。結(jié)果，氧化膜處于通過物理方法可輕易剝離的狀態(tài)。除化學(xué)方法外，可使用可在短時間更易去除氧化膜的物理方法。
形成剝離層1404后，形成作為基底膜的絕緣膜1406。在本實施例中，通過濺射法形成厚度為200nm的氧化硅。
接著，形成半導(dǎo)體膜1408。半導(dǎo)體膜1408可以是非晶態(tài)半導(dǎo)體膜、微晶態(tài)半導(dǎo)體膜或晶態(tài)半導(dǎo)體膜。不對半導(dǎo)體膜的材料作具體限定，然而，優(yōu)選使用硅或硅鍺(SiGe)。在本實施例中，形成厚度為50nm的非晶態(tài)硅膜。形成半導(dǎo)體膜1408后，可進行去除包含在半導(dǎo)體膜1408中氫的步驟。具體而言，可在500℃加熱半導(dǎo)體膜1408 1小時。
接著，利用本發(fā)明的激光輻照裝置，用激光束輻照半導(dǎo)體膜1408使其晶化(圖14B)。在本實施例中，利用球面透鏡和自Nd:YVO4激光器(提供10W TEM00模式(單橫模)第二諧波作為第一激光束)發(fā)出的激光束進行輻照。同時，將自Nd:YVO4激光器(提供100W TEM00模式基波)發(fā)出的激光束作為第二激光束予以傳送并使其完全覆蓋第一激光束的光束斑。掃描速度設(shè)為約10-2000cm/s。
與其他實施例相同，通過使第一激光束通過狹縫，去除第一激光束長軸方向上低強度的相對端部，同時，可對第一激光束長軸方向的長度進行調(diào)整。此外，通過在被輻照表面上疊合作為第二激光束的高能基波，可均勻地晶化半導(dǎo)體膜。
可用于本實施例的激光器為氣體激光器和固態(tài)激光器。所述氣體激光器為例如Ar激光器、Kr激光器或受激準分子激光器。所述固態(tài)激光器為例如具有YAG、YVO4、鎂橄欖石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4單晶介質(zhì)，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶(陶瓷)介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器。此外，可使用玻璃激光器、紅寶石激光器、翠綠寶石激光器、Ti藍寶石激光器、銅蒸氣激光器或金蒸氣激光器。
具有YAG、YVO4、鎂橄欖石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4單晶介質(zhì)，或者YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶(陶瓷)介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的激光器、Ar離子激光器或Ti藍寶石激光器可發(fā)射CW激光束，同時也可通過進行Q-變換操作或模式同步時發(fā)射脈沖重復(fù)頻率為10MHz或更大的激光束。當(dāng)以10MHz或更大的重復(fù)頻率發(fā)射激光束時，在半導(dǎo)體膜被先前激光束熔融后，在半導(dǎo)體膜固化前，用激光束輻照半導(dǎo)體膜。因此，與使用具有低重復(fù)頻率的脈沖激光器的情況不同，半導(dǎo)體膜內(nèi)固相和液相的界面可連續(xù)移動，因此，可獲得在掃描方向連續(xù)生長的晶粒。
當(dāng)用陶瓷(多晶)作為激光器介質(zhì)時，可在短時間內(nèi)、以低成本將所述介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗栊螤?。在使用單晶的情況下，一般使用直徑為幾個毫米、長度為幾十個毫米的柱狀介質(zhì)。另一方面，當(dāng)使用陶瓷時，尺寸可更大。
由于無論是在單晶中或是在多晶中，不能大幅改變介質(zhì)中對發(fā)光有直接貢獻的摻雜劑(例如Nd或Yb)的濃度，通過提高濃度而提高激光器的輸出功率受到一定程度的限制。然而，當(dāng)使用陶瓷時，由于介質(zhì)尺寸可比單晶大出很多，因此可期待輸出功率的大幅提高。
此外，就陶瓷而言，可輕易形成具有平行六面體形狀或立方體形狀的介質(zhì)。當(dāng)振蕩光在具有所述形狀的介質(zhì)中曲折行進時，可使振蕩光的光程更長。因此，光被大幅放大從而使振蕩具有高輸出功率。由于自所述形狀介質(zhì)發(fā)出的激光束在發(fā)射時具有矩形橫截面形狀，因此與圓形光束相比，所述激光束在轉(zhuǎn)換成線形形狀方面具有優(yōu)勢。通過利用光學(xué)系統(tǒng)整形由此發(fā)射的激光束，可輕易獲得短軸長度為1mm或更小、長軸長度為幾毫米至幾米的線形光束。此外，通過利用抽運光均勻輻照介質(zhì)，線形光束在長軸方向具有均勻的能量分布。
當(dāng)本實施例的激光晶化方法與使用誘導(dǎo)晶化的金屬元素(例如鎳(Ni)、鍺(Ge)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈷(Co)、鉑(Pt)、銅(Cu)或金(Au))的晶化方法結(jié)合時，可更有效地進行晶化。
用賦予P-型導(dǎo)電性的摻雜元素摻雜由此形成的晶體半導(dǎo)體膜1410。本實施例加入硼(B)作為摻雜元素(圖14C)。
接著，選擇性蝕刻晶態(tài)半導(dǎo)體膜1410，從而形成第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414(圖14D)。
然后，形成抗蝕掩膜1416以覆蓋第一半導(dǎo)體膜1412后，用賦予P-型導(dǎo)電性的摻雜元素摻雜第二半導(dǎo)體膜1414(圖15A)。在該實施例中，加入硼(B)作為摻雜元素。
接著，去除抗蝕掩膜1416，并利用等離子法氧化或氮化第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414，從而在第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414的表面形成第一絕緣膜1418和1420(氧化膜或氮化膜)(圖15B)。在本實施例中，在包含氧氣的氣氛中進行等離子處理以氧化第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414，從而形成氧化硅(SiOx)第一絕緣膜1418。當(dāng)形成氮化硅第一絕緣膜1418和1420時，可在氮氣氣氛中進行等離子處理。一般而言，由于通過CVD法或濺射法形成的氧化硅膜或氮氧化硅膜在膜內(nèi)含有缺陷，因此膜的質(zhì)量不夠高。因此，可通過在氧氣氣氛中進行等離子處理以氧化第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414的表面，在第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414上形成絕緣膜，該膜比通過CVD法或濺射法等形成的絕緣膜更致密。當(dāng)經(jīng)由通過CVD法或濺射法等形成的絕緣膜在第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414上設(shè)置傳導(dǎo)膜時，因第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414的端部絕緣膜的步驟引起的破裂，存在可能發(fā)生覆蓋缺陷的風(fēng)險，從而導(dǎo)致例如半導(dǎo)體膜和傳導(dǎo)膜的短路。然而，當(dāng)通過等離子法氧化或氮化第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414的表面時，可抑制第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414端部絕緣膜的覆蓋缺陷。
然后，形成第二絕緣膜1422使其覆蓋第一絕緣膜1418和1420。利用氮化硅(SiNx)或氧氮化硅(SiNxOy)(x＞y)形成第二絕緣膜1422。在本實施例中，利用氮化硅形成厚度為4-20nm的絕緣膜1422(圖15C)。
接著，在氧氣氣氛中通過等離子處理氧化第二絕緣膜1422的表面，形成第三絕緣膜1424(圖15C)?？稍谏鲜鰲l件進行等離子處理。本實施例中，通過等離子處理在第二絕緣膜1422表面形成厚度為2-10nm的氧化硅膜或氮氧化硅膜作為第三絕緣膜1424。
接著，在第一半導(dǎo)體膜1412和第二半導(dǎo)體膜1414上形成用作柵極電極的傳導(dǎo)膜1426和1428(圖15D)。在本實施例中，形成具有多層結(jié)構(gòu)(第一傳導(dǎo)膜1426a和1428a和第二傳導(dǎo)膜1426b和1428b)的傳導(dǎo)膜1426和1428。本實施例中，利用氮化鉭形成第一傳導(dǎo)膜1426a和1428a，利用鎢形成第二傳導(dǎo)膜1426b和1428b。用作柵極電極的傳導(dǎo)膜可具有單層結(jié)構(gòu)。用于傳導(dǎo)膜的材料并不局限于上述材料，可使用包含選自鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)和鈮(Nb)中的一種或多種元素的合金，或者包含這些元素的化合物。此外，也可使用以摻有摻雜元素(例如磷)的多晶硅為代表的半導(dǎo)體材料。
接著，利用傳導(dǎo)膜1426作為掩膜將賦予P-型導(dǎo)電性的摻雜元素引入第一半導(dǎo)體膜1412，利用傳導(dǎo)膜1428作為掩膜將賦予N-型導(dǎo)電性的摻雜元素引入第二半導(dǎo)體膜1414。通過該步驟，形成源極區(qū)和漏極區(qū)。接著，形成絕緣膜1430使其覆蓋傳導(dǎo)膜1426和1428(圖16A)。
在絕緣膜1430上形成傳導(dǎo)膜1432，使其與第一半導(dǎo)體膜1412的源極區(qū)或漏極區(qū)電連接，從而得到將第一半導(dǎo)體膜1412用作通道形成區(qū)的P-型薄膜晶體管1434和將第二半導(dǎo)體膜1414用作通道形成區(qū)的N-型薄膜晶體管1436(圖16A)。雖然本實施例示例了制備上部柵極(堆疊型)TFT的實例，但本發(fā)明也可用于制備下部柵極(反轉(zhuǎn)堆疊型)TFT的情況。
本實施例中，由于這些半導(dǎo)體膜具有圓形邊緣部分(從基片1400的上方觀察)，優(yōu)選同時形成第一半導(dǎo)體膜1412、第二半導(dǎo)體膜1414和傳導(dǎo)膜1432(即布線)。圖19A和19B示意性地示出了布線等的邊緣被圓整的狀態(tài)。
圖19A示出了常規(guī)的形成方法，而圖19B則示出了布線和半導(dǎo)體膜的邊緣被圓整的狀態(tài)。當(dāng)如圖19B所示將邊緣圓整時，可防止形成布線時產(chǎn)生的灰塵留在布線的邊緣。因此，可降低由灰塵引起的半導(dǎo)體器件缺陷，從而提高產(chǎn)量。
接著，形成絕緣膜1438使其覆蓋傳導(dǎo)膜1432，在該絕緣膜1438上形成用作天線的傳導(dǎo)膜1440。此外，形成絕緣膜1442以覆蓋傳導(dǎo)膜1440(圖16B)。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，一般將設(shè)置在薄膜晶體管1434和1436上的傳導(dǎo)膜1430等(虛線包括的區(qū)域)稱為元件組1444。
各絕緣膜1430、1438和1442可具有單層或多層結(jié)構(gòu)，同時可使用相同材料或不同材料。可使用以下材料(1)包含氧或氮(例如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)(x＞y)或氧氮化硅(SiNxOy)(x＞y))的絕緣膜；(2)含碳(例如DLC(鉆石樣碳))的膜；或者(3)有機材料膜，例如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯基酚、苯并環(huán)丁烯、丙烯酸樹脂或硅氧烷材料。
由于可通過旋涂法、微滴排放法(droplet-discharging method)或印刷法等形成上述(3)給出的材料，因此可有效進行平整化，同時縮短處理時間。此外，可通過等離子法將絕緣膜1430、1438和1442氧化或氮化。
可利用包含選自銅(Cu)、鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鎳(Ni)和碳中的一種或多種元素的導(dǎo)電材料以及包含上述金屬元素的金屬化合物形成傳導(dǎo)膜1440。
接著，通過激光輻照法等在元件組1444外的其他區(qū)域形成開口1446以暴露剝離層1404。從該開口1446引入蝕刻劑以去除剝離層1404(圖17A)?？赏耆コ齽冸x層1404，或者留下部分剝離層1404。當(dāng)留有剝離層1404時，即便是利用蝕刻劑去除剝離層1404后，薄膜晶體管1434和1436仍可保留在基片1400上。此外，可依以下步驟輕易處理晶體管。所述蝕刻劑為例如包含鹵素或氟化鹵(例如三氟化氯)的氣體或液體。例如，可使用CF4、SF6、NF3或F2等。
接著，將具有粘性的第一片材1448貼在絕緣膜1442上，從而從基片1400剝離元件組1444(圖17B)。
貼第一片材1448的目的在于在以下步驟保持待剝離元件組1444的機械強度。因為這一理由，優(yōu)選第一片材1448的厚度為50μm或更厚?？蓪⒃谄渲辽僖粋€表面具有粘合劑的撓性膜用作第一片材1448。作為第一片材1448的實例，可使用具有聚酯基底和在一個粘合表面具有粘合劑的材料。所述粘合劑可為例如包含丙烯酸樹脂等的樹脂材料或包含合成橡膠材料的材料。
接著，利用撓性膜封裝已剝離的元件組1444。本實施例中，將元件組1444貼在第二片材1450上，同時進一步利用第三片材1452封裝元件組1444(圖18A和18B)。
第二片材1450和第三片材1452可為撓性膜，例如聚丙烯膜、聚酯膜、乙烯基膜、聚氟乙烯膜或氯乙烯膜；紙；基底膜(聚酯、聚酰胺、無機沉積膜或紙等)和粘合合成樹脂膜(丙烯酸合成樹脂或環(huán)氧合成樹脂等)的多層膜等。通過熱壓被處理物體對其進行熱處理和加壓處理。在熱處理和加壓處理時，設(shè)置在膜最外層的粘合層或設(shè)置在最外層的層(不是粘合層)通過熱處理而熔融，并通過加壓而粘合。當(dāng)用第一片材1448和第二片材1450封裝元件形成層時，也可用相同材料形成第一片材1448。
依據(jù)上述步驟，可獲得具有存儲元件和能以非接觸方式交換數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件。本實施例示例的半導(dǎo)體器件具有撓性。當(dāng)將元件組1444貼在撓性基片上時，得到薄而輕的半導(dǎo)體器件，同時即便是墜落也難以受損。此外，當(dāng)使用廉價撓性基片時，可得到廉價半導(dǎo)體器件。此外，甚至可將所述器件貼在具有彎曲表面或變形形狀的物體上。通過再利用基片1400，可低成本制備半導(dǎo)體器件。
本實施例可與上述實施方式和實施例中的任何一個任意結(jié)合。
本實施例參照圖20A-20C，描述了將利用本發(fā)明的激光輻照裝置和激光輻照方法晶化的半導(dǎo)體膜用作可以非接觸方式交換數(shù)據(jù)的射頻IC標識的實例。
射頻IC標識2001可以非接觸方式交換數(shù)據(jù)，其包括電源電路2002、時鐘產(chǎn)生電路2003和2004、用于控制其他電路的控制電路2005、接口電路2006、存儲器2007、數(shù)據(jù)總線2008和天線(天線線圈)2009(圖20A)。
電源電路2002為基于從天線2009輸入的變化信號而產(chǎn)生各種電源的電路，所述電源供給半導(dǎo)體器件中的各個電路。時鐘產(chǎn)生電路2003為基于從天線2009輸入的變化信號而產(chǎn)生各種時鐘信號的電路，所述時鐘信號供給半導(dǎo)體器件中的各個電路。時鐘產(chǎn)生電路2004可解調(diào)制和調(diào)制與讀/寫器2010交換的數(shù)據(jù)。控制電路2005可控制存儲器2007。天線2009可交換電磁場或電波。讀/寫器2010控制半導(dǎo)體器件并與其交換數(shù)據(jù)，同時控制已控制和已交換數(shù)據(jù)的加工處理。RFID并不局限于上述結(jié)構(gòu)。例如，可添加其他元件，例如電源電壓的限幅電路和僅用于處理代碼的硬件。
此外，可使用以下方法為射頻IC標識2001中的電路供應(yīng)電源電壓(1)通過利用天線接收電波供應(yīng)電源電壓，而不安裝電源(電池)；(2)通過安裝電源(電池)供應(yīng)電源電壓，而不通過天線；或者(3)通過電波和電源供應(yīng)電源電壓。
當(dāng)將本發(fā)明的半導(dǎo)體器件用于射頻IC標識時，所述IC標識具有如下優(yōu)勢以非接觸方式進行通訊；可讀出許多數(shù)據(jù)；可在IC標識中寫入數(shù)據(jù)；可將IC標識轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N形狀；高定向特性以及依據(jù)所選頻率獲得較寬識別范圍等。所述射頻IC標識可用于以下方面能以非接觸射頻通訊識別個人信息或物品信息的標識；可通過貼標處理貼在物品上的標簽；事件或娛樂活動的腕帶等。可利用樹脂材料使所述射頻IC標識成型。所述射頻IC標識可用于操作系統(tǒng)，例如進/出口管理、結(jié)帳和倉儲控制。
描述的實例將利用本發(fā)明制備的半導(dǎo)體器件用作射頻IC標識。在具有顯示部分2020的移動終端2021的側(cè)面設(shè)置讀/寫器2022，并在物品2024的側(cè)面設(shè)置射頻IC標識2026(圖20B)。當(dāng)將讀/寫器2022置于設(shè)置在物品2024上的射頻IC標識2026上時，顯示部分2020就會顯示產(chǎn)品信息，例如材料和產(chǎn)區(qū)、各生產(chǎn)步驟的檢驗結(jié)果、流通過程的記錄以及物品2024的描述等。
此外，當(dāng)物品2030通過傳送帶傳送時，可利用讀/寫器2032和設(shè)置在物品2030上的射頻IC標識2034對其進行檢測(圖20C)。因此，在該系統(tǒng)中可利用射頻IC標識輕易獲得信息，這使得功能性和附加值變高。此外，獲得如下其他優(yōu)勢可在同倉儲控制和船運系統(tǒng)保持同步的情況下通過使用射頻IC標識降低過量倉儲以及簡化盤點工作。
本實施例可與上述實施方式和實施例中的任何一個任意結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種激光輻照裝置，所述裝置包括第一激光振蕩器；第二激光振蕩器；用于屏蔽自第一激光振蕩器發(fā)出的第一激光束的端部的狹縫；聚光透鏡；用于傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第二激光束的裝置，從而使其覆蓋被輻照表面上第一激光束輻照的范圍；用于在相對于第一激光束和第二激光束的第一方向上移動被輻照表面的裝置；和用于在相對于第一激光束和第二激光束的第二方向上移動被輻照表面的裝置。
2.一種激光輻照裝置，所述裝置包括第一激光振蕩器；第二激光振蕩器；衍射光學(xué)元件；用于屏蔽自第一激光振蕩器發(fā)出的第一激光束的端部的狹縫；聚光透鏡；用于傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第二激光束的裝置，從而使其通過衍射光學(xué)元件后覆蓋被輻照表面上第一激光束輻照的范圍；用于在相對于第一激光束和第二激光束的第一方向上移動被輻照表面的裝置；和用于在相對于第一激光束和第二激光束的第二方向上移動被輻照表面的裝置。
3.權(quán)利要求1或2的激光輻照裝置，其中所述第一激光束為經(jīng)非線性光學(xué)元件轉(zhuǎn)換的諧波。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的激光輻照裝置，其中所述第一激光振蕩器和所述第二激光振蕩器為連續(xù)波固態(tài)激光器或半導(dǎo)體激光器，其中所述連續(xù)波固態(tài)激光器各自具有YAG、YVO4、YLF、YAlO3、GdVO4、翠綠寶石或Ti藍寶石單晶介質(zhì)，或YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自用選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑摻雜，和其中所述半導(dǎo)體激光器為GaN激光器、GaAs激光器和InAs激光器。
5.權(quán)利要求1-3中任一項的激光輻照裝置，其中所述第一激光振蕩器和所述第二激光振蕩器為重復(fù)頻率為10MHz或更大，同時具有YAG、YVO4、YLF、YAlO3或GdVO4單晶介質(zhì)，或YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的脈沖激光器。
6.權(quán)利要求1-5中任一項的激光輻照裝置，其中所述聚光透鏡為柱面透鏡或球面透鏡。
7.權(quán)利要求1-6中任一項的激光輻照裝置，其中所述第一方向和第二方向彼此相交。
8.一種激光輻照方法，所述方法包括以下步驟第一激光振蕩器發(fā)出第一激光束；第一激光束通過狹縫形成第二激光束；利用聚光透鏡聚集第二激光束形成第三激光束；將第三激光束傳送至被輻照表面；傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第四激光束使其覆蓋被輻照表面上的第三激光束；和相對于被輻照表面掃描第三激光束和第四激光束。
9.一種激光輻照方法，所述方法包括以下步驟第一激光振蕩器發(fā)出第一激光束；第一激光束通過衍射光學(xué)元件形成第二激光束；第二激光束通過狹縫形成第三激光束；利用聚光透鏡聚集第三激光束形成第四激光束；將第四激光束傳送至被輻照表面；傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第五激光束使其覆蓋被輻照表面上的第四激光束；和相對于被輻照表面掃描第四激光束和第五激光束。
10.權(quán)利要求8或9的激光輻照方法，其中所述第一激光束為經(jīng)非線性光學(xué)元件轉(zhuǎn)換的諧波。
11.權(quán)利要求8-10中任一項的激光輻照方法，其中所述第一激光振蕩器和所述第二激光振蕩器為連續(xù)波固態(tài)激光器或半導(dǎo)體激光器，其中所述連續(xù)波固態(tài)激光器各自具有YAG、YVO4、YLF、YAlO3、GdVO4、翠綠寶石或Ti藍寶石單晶介質(zhì)，或YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑，和其中所述半導(dǎo)體激光器為GaN激光器、GaAs激光器和InAs激光器。
12.權(quán)利要求8-10中任一項的激光輻照方法，其中所述第一激光振蕩器和所述第二激光振蕩器為重復(fù)頻率為10MHz或更大，同時具有YAG、YVO4、YLF、YAlO3或GdVO4單晶介質(zhì)，或YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4多晶介質(zhì)，并各自添加選自Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta的一種或多種元素作為摻雜劑的脈沖激光器。
13.權(quán)利要求8-12中任一項的激光輻照方法，其中所述聚光透鏡為柱面透鏡或球面透鏡。
14.權(quán)利要求8-13中任一項的激光輻照方法，其中所述第二激光束的激光光斑覆蓋被輻照表面上第一激光束的整個光束斑。
15.一種激光輻照裝置，所述裝置包括第一激光振蕩器；第二激光振蕩器；用于屏蔽自第一激光振蕩器發(fā)出的第一激光束的端部的狹縫；用于傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第二激光束的光纖，從而使其覆蓋被輻照表面上第一激光束輻照的范圍。
全文摘要
本發(fā)明的一個目的在于提供對半導(dǎo)體膜的整個表面進行均勻激光處理的激光輻照裝置和激光輻照方法。自第一激光振蕩器發(fā)出的第一激光束通過狹縫和聚光透鏡，接著入射被輻照表面。同時，傳送自第二激光振蕩器發(fā)出的第二激光束使其與被輻照表面上的第一激光束相疊。接著，相對于被輻照表面掃描激光束使被輻照表面均勻退火。
文檔編號H01L29/786GK101027757SQ20058003255
公開日2007年8月29日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者田中幸一郎, 山本良明, 小俁貴嗣 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所