TWI320195B - Laser irradiation method and apparatus for forming a polycrystalline silicon film - Google Patents

Laser irradiation method and apparatus for forming a polycrystalline silicon film Download PDF

Info

Publication number
TWI320195B
TWI320195B TW095106574A TW95106574A TWI320195B TW I320195 B TWI320195 B TW I320195B TW 095106574 A TW095106574 A TW 095106574A TW 95106574 A TW95106574 A TW 95106574A TW I320195 B TWI320195 B TW I320195B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
laser beam
pulsed laser
semiconductor layer
illumination
threshold
Prior art date
Application number
TW095106574A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200633029A (en
Inventor
Hiroshi Okumura
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Publication of TW200633029A publication Critical patent/TW200633029A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI320195B publication Critical patent/TWI320195B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C17/00—Tyres characterised by means enabling restricted operation in damaged or deflated condition; Accessories therefor
    • B60C17/04—Tyres characterised by means enabling restricted operation in damaged or deflated condition; Accessories therefor utilising additional non-inflatable supports which become load-supporting in emergency
    • B60C17/06—Tyres characterised by means enabling restricted operation in damaged or deflated condition; Accessories therefor utilising additional non-inflatable supports which become load-supporting in emergency resilient
    • B60C17/066—Tyres characterised by means enabling restricted operation in damaged or deflated condition; Accessories therefor utilising additional non-inflatable supports which become load-supporting in emergency resilient made-up of plural spherical elements provided in the tyre chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02691—Scanning of a beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B21/00—Rims
    • B60B21/10—Rims characterised by the form of tyre-seat or flange, e.g. corrugated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02678—Beam shaping, e.g. using a mask
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1259—Multistep manufacturing methods
    • H01L27/127—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement
    • H01L27/1274—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor
    • H01L27/1285—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor using control of the annealing or irradiation parameters, e.g. using different scanning direction or intensity for different transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種雷射照射方法及一種雷射照射設備，尤其 關於在雷射退火處理中所採用的—種雷射照射方法及採用此雷射 照射方法之雷射照射設備，該雷射照射方法係藉由將雷射光束照 射至一矽薄膜上以形成一多晶矽薄膜。 【先前技術】 近年來，用以在玻璃基板上形成積體電路之薄膜裝置，已強 力地發展出多晶石夕薄膜電晶體（p〇ly_Sj TFT，polycrystalline silicon thin film transistors)。一般是以準分子雷射結晶技術 (excimer laser crysta丨丨ization technique)來形成多晶矽膜。在此 技術中，一旦非晶石夕（a-Si，amorphous silicon)膜形成，即將該 準刀子缉射光束知、射於該非晶石夕膜上，以熔融及再結晶該非晶石夕 膜，獲得多晶矽膜。在準分子雷射結晶技術中，非晶矽膜之熔融 =態與其臈厚、該膜之光學常數、準分子雷射光束之波長、能量 氆$、脈衝寬度、光束輪靡等有關。一般來說，雷射照射程序控 制係將處，非晶矽膜的厚度及雷射照射設備的能量密度作為待控 制標的’這是因為實質上應加以控制之熔融狀態難以評估及控制。 ^在非晶矽膜之熔融狀態中，熔融深度將依據雷射光束之能量 岔度而增加。熔融狀態改變之重要相（phases)係出現於兩點中。 為，表面開始熔融之相；另一則是在熔融深度達到膜厚度後整 體膜完全溶融之相。前者及後者溶融狀態便分別引發了結晶化及 微，晶化。膜的溫度會因雷射光束照射而升高且部分膜會熔融。 ，著，熔融區域或部分因隨後的冷卻而結晶。若該膜並未完全熔 ，，於結晶期間其成核位置將位在一固液界面上。此外，若熔融 =度相等於膜厚度，成核位置則位在非晶矽膜/基板界面上。在任 例中’該結晶皆與非均質成核（heter〇gene〇us nuc丨eat丨〇n)有 關。此時，晶粒直徑係依能量密度之增加而增加，薄膜電晶體之 1320195 特I1 生尤其疋其遷移率將與晶粒之直徑有關。因此，晶粒之直徑必 須變得愈大愈好。 ▲然而另一方面，當臈完全熔融時，來自液相（已達一熱平衡 狀態）之結晶機制則改變為均質成核（hem〇gene〇us η曰udeation)’其中成核可發生在薄膜上之任何位置，此時形成的 -晶，之晶粒直徑小至2 0 n m。當能量密度過度地增加時所出現晶粒 •直徑快速減少的現象稱為微結晶化，微結晶化發生時的能量密度 •則稱為微結晶化閾值（micro-crystallization threshold value)。在 物理意義中，说結晶閾值為一將膜厚度變化、 化，，且其可評估炫融狀態中的變化。此外 鲁之旎量密度來照射將不利地減少晶粒直徑及降低薄膜電晶體特性 之實際使用的觀點來看’微結晶化閾值為―相當重要的數值f吾 人，/主忍當膜厚度變得越來越薄時，冷卻週期亦縮短。因此，固 化係結束於成核培養期間内，而在一些例子中會造成非結晶部 • 分。此非結晶部分可包含於微結晶化用語中，而在此文中亦稱為 微結晶化。 μ使照射於雷射退火程序中之雷射光束的輸出小於非晶矽膜之 微結晶化閾值的調整技術係說明於日本公開專利公報第 JP-A-2000-114174 號及第 jp-A-2002-8976 號中。 φ 、圖9顯示在日本公開專利公報第JP-A-2000-114174號中所 說明之照射區域分析，其中係藉由激發雷射32來分析該照射區 - 域。此公報教示：首先以單發（one-shot)脈衝雷射光束照射於 f上形成非晶矽膜之基板31上，以形成一初步照射區域，其能量 - 密度係以逐脈衝（pulse-by-pU|se)為基礎來做改變。之後，發射 該激發雷射32以獲得經反射之散射光34，並藉由利用拉曼光譜 儀（f^aman spectroscope) 33而由反射自以單發脈衝雷射所照射 之非晶矽膜中之多晶矽部分的散射光34強度來判斷微結晶化是 否已發生。 根據日本公開專利公報第JP-A-2000-114174號所說明之技
1320195 ，，非晶矽膜之微結晶化閾值係由此類初步照射程序來檢查。接 著，在轉換自非晶矽之多晶矽膜中之待形成TFT的區域内，將一 小於微結晶化閾值t能量密度判定為將纟主要照射冑序中照射於 矽膜上之雷射光束之能量密度。 、同時」亦&出了控制結晶晶粒位置之技術，其中吾人刻意地 以具有能1:密度不小於非晶賴之微結晶化紐的雷射光束進行 照射（見日本公開專利公報第Jp_A_2〇〇3_332346號），係不同於 -般雷射照射技術。在此例中，為了形成可穩定地控制位置之結 晶晶粒，決定微結晶化閾值亦極為重要。 • 【發明内容】 本發明將解決的問題 說明於日本公開專利公報第Jp_A_2〇〇〇114174號及 公報第」P_A_2GQ2·8976號之微結晶化難決定技術涉及 同時亦移動雷射照射位置之該掃描照射技術。另 ^，域則採用單發脈衝照射。勤使 f ^ 多微化間值係相當重要。S忒忿 ϋ言H於主要騎區鱗湖其巾在執行雷射照射之 描】 =ϊ=由一先前脈衝來結晶之多“口 域之非晶係區域—同遭受下—脈衝照射。” j般來說’對於鄰近脈衝而言掃描蹄會涉及到_ 重疊率，因此，該照射區域實質上為多晶石夕區域 ， 有不同於非晶碎膜之光學係數及溶點。因此，^=_具 夕膜相比將會提高。因此，單發;射之微 関值糾描照射之微結晶化_會具有不_㈣且涉 7 1320195 =脈衝雷射光束之掃描間距（移動間距）係長於第二照射區域中 ，第一脈衝雷射光束之掃描間距。相較於第一照射區域中每一脈 衝之移動距離狀定相同於第二照龍域巾每—脈衝之移動距離 之另一例’在此例中將可提高產能。 並且，較佳地於本發明之雷射照射技射，第一脈衝雷射光 ^ίί小於第二脈衝雷射絲之光束大小。職第—照射區域之 k區域最終並非使用作為產品或其相似物。因此，藉由將該並非 =乍為產品之該區域縮的更小’主要照射中所使 域將可變得更大。 ~ 在本發明之雷射騎技術中，基於決定步射該反射光之週 =將可估計出關值。在另—方式中，齡決定來自於該垂直 、u脈衝雷射光束之主軸方向上之反射光的顏色分佈及判斷鄰 改變之高+及/或顏色改變之均勻性間的距離之此等步驟將 =計出賴值。以等於或高於微結晶化閾值之能量密度所形成 的第-照射(1域中，職結晶化區域將職性地出現，而反射光 =示出該週期性改變。因此，藉由_該週期性改變將可獲得 被、、Ό晶化間值。 在本發明之雷射照射技術中，可藉由決定來自於該垂直於主 射光的顏色分佈、及該顏色分佈中之顏色寬度之此 計該雜。舉例來說，當接收反射光賴析度粗於週 楚地區？之該週期時，從反射光中有時候將難以清 在此例中’可藉由觀測反射光分佈中顏色寬 度之改邊來獲知·微結晶化閾值。 根據本發明之雷賴射技術及設備，微結晶化係基於自 二明二!^區域反射之平面光的反射光而加以決定。基於該微結 定出該作為主要照射之能量密度，並以該能量密 m光束於第二照射區域上藉以合適地使該第二照射區域 較佳之可靠度及再現性使基板之表面結晶。 藉由如此使4基板之表面結晶而具有較佳之可#度及再現性，將
S 10 1320195 中。 *當以不小於微結晶化閾值之能量密度執行掃描照射時，藉由 二掃描脈衝之領先光束邊緣而形成的粗晶粒部分將被接續著前一 掃描脈衝的另一掃描脈衝微結晶化。因此，如圖4中之圖(b)所示， 粗晶，部分(g1)及微結晶化部分(g2)將交替地出現，藉由接續的掃 捂訊號之下降緣該粗晶粒部分(gl)將會形成。因此，晶粒 期性改變將根據掃描間距而發生。 玉 ，另一方面，當稍微降低能量密度俾使該微結晶化閾值包含於 ，衝產生之強度變異翻内時，亦即’如果微結晶化閾值為有時 ，超過而其树候不超過時（端視賴射脈衝），其帽結晶化發 之些例子及其中無微結晶化發生之其它例子將非週期性地出 見因此如圖4中之圖⑹戶斤示，將會打破晶粒直徑改變之週期 性，其中該微結晶化部分(g2)將依據照射脈衝之強度而發生。其 ΐίΐΐϊΐ評估於晶粒直徑及部分之週期中的改變而“ 微結晶化閾值。 圖5顯7F藉由CCD感光元件16接收來自照射區域之參考色 變。_及_分別對應於圖4中之_及 ^由執巧描照射來準備該發射區域19藉以獲得圖4所示之晶粒 收SΪ照射區* 19的反射光將由CCD感光元件16所接 Ϊ魅ίΐ例如圖5中之圖⑻所示，當CCD感光元件16之光 度小於粗晶粒之該部分㈣於掃描額的寬麟，在微处晶 參嘱由ccd感光湖所接收的 2:之_所示之狀態，^:二：:二：= 寻 trr靖應於粗晶舞分之顏色的改變高峰、高峰間的ί離 从及其中一糸列之變異將可決定微結晶化閾值。 將雷射絲㈣上平行機光束:编方向來人射之—例納入 里。圖6Α顯不沿著光束次軸方向之照射區域19的剖面圖、。如 13 'S' 1320195 圖6A所示’於照射區域中之多晶石夕膜表面21上將形成粗晶 为23及微結晶化部分22。如果該光線係以平行於光束次轴入射 於該多晶矽膜表面21上，該來自微結晶化部分22之反射光及粗 晶粒部分23之其它反射光會因該週期性地出現及具有粗縫 之粗晶粒部分23的影響而彼此混合。 假設該預測光線係以平行於光束之次軸方向入射，而 f區域19之反射光將由CCD感光元件16所接收。接著，如圖、 6B概要性地顯示，顏色之滲色或混色將發生在微結晶化部分μ …粗晶粒部分25間之邊界上，使得這些邊界變得不清楚。如 預測光線係傾斜地被接收，在影像之末端部分因CCD景 of focus)之影響其光徑長度將改變，因而改 色之 因此，顏色改變之該區域26將會出現。另一方面^ 係以平行於光束之主軸方向來入射，而來自照射區以= 將由CCD感光讀彳6所接收。接著，在微結晶化部分24盘 晶粒部分25間的邊界則為清楚的。 I刀24與粗 圖6D為顯示在圖6B及6(：之八七方 ^圖。因光學影響之故，參考腕之輝度改變將上 27及28，其中該曲線係沿著圖昍及6〇之CCD影像於於 =之次軸（或掃描）方向的斷面AB。當曲線”及四比 3 27中將無法清楚地觀察到週期性。然而，曲線28中 清楚的週期性。為了以足夠可靠度與再現性來^定 在本實施例中，於掃描照射期間改變能量 個照射區域19即準備完成。該照射區域19以5=以= 照射來決定該多晶石夕膜之微結晶化閾值。基 巧’便完成了主要照射，匕方式將;獲二斤== 直仅n性衫晶賴。藉由使用該高性能之多晶頻來形^ 1320195 膜電晶體將可獲得具有高遷移率之薄膜電晶體。 同樣地在本實施例中，係於實質平行於延伸光束之主轴上（亦 即垂直於掃描方向之方向）將平面光照射於照射區域19。從參考 顏色輝度之改變週期性中將可決定一多晶矽膜之微結晶化閾值。 因此，平面光便在實質平行於光束主軸上照射。因此，在減少光 散射，影響制時亦可⑽越的可靠度及再現性來決定該多晶石夕 膜之，，晶化閾值。根據本實施例，藉由自動地決定該脈衝雷射 光之能量密度並使其略低於微結晶化閾值，故將可提供一種雷射 隳射技術及一種可實現以扃產能形成多晶矽膜的雷射照射設備。 接下來說明的將是本發明之第一例子。在此例中，在一 550mmx650mm之玻璃基板上形成一 2〇〇〇A之s丨·〇2薄膜。其上 則形成- 6QGA之非晶之後，在—初步照射區域2Q内以一 準，子雷射光束照射基板之周邊區域來形成複數個蹄區域19。 在該初步照射區域20 Θ ’振盈頻率設$ 3〇〇Hz，而該雷射光束之 =小則藉由遮蔽- 275mmxa4mm之線性雷射以設為3〇mmx 〇_4mm。掃描間距蚊設為aimm。能量密度係以伽」/加2之 間隔自470mJ/cm2改變至5! 〇mJ/cm2。對每一能量密度而言 描照射寬度設為1cm。 ^ 該已形成之騎區域19便以平行於該光束絲之白面 預測光照射’並以-彩色CCD接收其反射光。一 5〇倍放大 CCD前方’2並進行調整俾使其解析度為〇心m。 設s⑹時’於實質遍布整個照射區域表面上 斤獲付衫像.之顏色為固定的且為黃色。為48〇m」/cm2時，於 區域中將非週雛地觀_線性紅色區域。該 有來 微結晶化區域反射光的顏色，不同於粗晶粒部分之黃 ，上，將可祕沿著平行於絲:欠軸方向之斷 g 呈現的改變類似於圖5中之圖(b)。 畔又又复向所 隸im〇mJ/Cm2以上之能量密度卿成之照射區域19中， 線性貫色區域及雜紅色區鱗職地㈣呈現。具有當能量密 1320195 度增加時黃色區域之寬度變窄_向。同樣地將 色=輝〗度改變:現 面19中==數個高峰。然而，其高峰間之距離H表 490ml ί 縣，鮮晶賴之赌晶化經決定為 條件則如下所示。振盈頻率完整地保 了2 ==mm。掃描間距則設在如 用之能量密度為470mJ/cm2，苴不女於姑,n〜 所才木
=!=2(a))所獲得的微結晶化間值為伽二J :以;; 昭勒ΐίΓΓ/掃描間距係基於下列原因於初步照射區域與主要 °亦即’薄膜電晶體之特性與均勻性將仰賴 間距降低，均勻性將可改善。'然而，當間距變 、>^序的產能將會降低。對於主要照射區域而言， 另掃描間距係為了優先考量薄難晶體之性質。 ，；初步照射區域而言，因僅需決定一多晶矽膜之微 1320195 二=^閾值，較大之掃描間距係較符合產能之要求。如果該間距 =里i增大，照射於初步照射區域之脈衝數目將會降低而在一些 =中將難以足夠之可靠度來決定該微結晶化雜^考慮以上& 步照射區域之間距設為Q彳議，其大約數倍大於主要照 射區域之間距。 為y提向細電晶體產品之產率，雷射大小於初步照射區域 ;。要照射區域間亦進行改變。因為初步照射區域並不適合作為 之區域最後將浪費掉。因此，作為決賴結晶化閾值 最疋僅在最少所雜域上發揮效用。基於此賴，故以 二，束大小或尤其是該於主軸方向減少之絲大小在 域上完成照射。 Γ將說明的是本發明H仔。第二例子如日本公開專利 = ΐ^Α-2ίΚ)3·332346 所說明者，係採用一高效能薄膜電 曰曰體製k技術’其中形成具有—膜厚度變異之非晶梦膜。如 子’於玻璃基板上形成一 2〇〇〇A之Si〇2薄膜。其上則形 800A之非晶石夕臈。其上選擇性的沉積一光阻，並完成乾式， 糟以選擇性地形成具有膜厚為5〇〇A之薄膜區域。此後如同第一例 即形产一初步照射區域2〇。此時，雷射光束之能量密度 1〇mJ/cm 之間隔自 400mJ/cm2 改變至 450mJ/cm2。 接下來’類似於第-例子，該已形成之初步照射區域 以，色ί面光照射’並以—彩色CCD接收其反射光。此反射光之 測量係藉由選擇其巾形細厚度為5_之義並轉薄膜 膜間之界面達7/zm以上的光點來完成。當能量密度高、至 420mJ/cm時，於實質遍布整個表面上所獲得之影像為固定的且 為紫色。當能f密度為43Gm」/cm2時，藍色條紋出現且不具週期 性。當能量密度為440mJ/cm2以上時，將可獲得其上紫色及藍舍 條紋係以0.1mm之間隔週期性地分佈的影像。 · 從以十評估結果，該多晶矽膜之微結晶化閾值則決 440mJ/cm，並在整個基板表面上完成主要照射。主要照射=
17 1320195 妳法—少。所採用之能量密度為445mJ/cm2，其係不小於該 涛膜厚區域中多晶石夕膜之微結晶化閾值440mJ/cm2。在 =中’係^以不小於薄膜區域之微結晶化閾值來完成主要照射。 將可形成位置控制晶粒（position-controlled crystal =’#係自薄顺顧位置間之該界_向細位置生長。 、設置於？置控制晶粒上方並製造出薄膜電晶體。因此’將 .具ί較高效能及較高均勻性之電晶體，其中該平均遷移率 為430cm /Vs而其變異則落在4〇/〇之範園内。 a ί 了第二實施例之CCD感光元件16的光學解析度在掃描方 向上^於粗晶粒部分的寬度之外’根據本發明第二實施例之雷射 射設備具有類似於第一實施例之雷射照射設備的結構。基於該 藉由接收來自照射區域之反射光所獲得的影像，該於掃描方向上 粗於粗晶粒部分的寬度之該CCD歧猶16之光學解析度將無 法允許/月楚地分辨微結晶化部分與粗晶粒部分間的顏色改變。亦 即，實質上僅偵測到微結晶化部分之顏色。 〆 ▲圖7顯示以CCD感光元件16所接收到參考色光的輝度改 變。為了達到圖4中圖(b)所示之狀態’係完成掃描照射以製^出 該照射區域19。來自照射區域19之反射光則由CCD感光元件 16接收’ CCD感光元件16所接收到參考色光的輝度將如圖7中 φ 圖(a)改變。在此例中，實質上僅偵測到微結晶化部分之顏色，而 實質上固定之顏色係以一相當細微規律出現於單一週期内。此允 許於整個區域上觀測到一致的顏色。 為了達到圖4中圖(c)之狀態，係完成掃描照射以製備出該昭 射區域。來自照射區域之反射光則由CCD感光元件16接收， 感光元件16所接收到參考色光的輝度將如圖7中圖(b)改變。在 此例中，於CCD影像中觀察到該藉由不大於微結晶化間值之脈 強度所獲得的非微結晶化區域具有不同於微結晶化部分之顏色。 因此，該非微結晶化部分將以一具有清楚大小之寬顏色變^的波 峰。 1320195 如上所述，顏色改變之程度在照射脈衝之能量密度不小於微 結晶化閾值之該例與能量密度小於微結晶化閾值之該例間將有所 不，。在本實施例中，係依據參考顏色之顏色改變的寬度大小來 決定微結晶化閾值。類似於第一實施例，此後用於主要照射之能 置逾度便基於3玄經決疋之微結晶化閾值來決定。因此，將可獲得 具有大晶粒直徑之多晶石夕膜。
一般來說，如果CCD的解析度太低，聚焦深度（depth 〇f focus)將會增加。因此，如果採用具有低光學解析度之CCD作 為CCD感光元件16，其優點在於微結晶化閾值之決定較不受基 板厚度改變之影響。亦可獲得減少設備花費之另一優點。 接下來，即將說明的是本發明之第三例子。同如第一例子， 於玻璃基板上形成-SiQ2^-非晶賴。接著完餘步照射以 形成形成照射區域19。之後每一照射區域19便以白色平面光照 射’並以一 CCD接收其反射光。一 5倍放大之透鏡則設置於cCD 前方，並進行調整俾使其解析度為3//m。在能量密度設為47〇 mJ/cm時，於實質遍布整個照射區域19表面上所獲得的影像為 固疋的且為黃色。當能量密度為48〇mJ/cm2時，於黃色區域中將 非週期性地觀測到肥大的紅色條紋。以黃色作為參考顏色之輝度 分佈呈現如II 7巾之圖⑼所示者。當能量密度為49Qm<J/em2以^ 時，於實質整個表面上皆觀測為紅色。以黃色作為參考顏色之 度分佈呈現如圖7中之圖(a)所示者。 針對每-照射區域19 ’取得輝度資料之最大強度與最小強度 間的差值。如圖8所示’在能量密度設為48Qm」/cm2之照射區域 19處可獲得-大數值。之後，在能量密度設為49Qm」/cm2之昭射 ，域19處差值則，低。吾^則判斷差值—度上升後隨即下^能 置畨度490mJ/cm2為微結晶化閾值。 此後’賴似於第-併之方式減主要騎。作為主要照 密！f，2係採用45_/Cm2作為不大於該決定之微結晶 化閾值490mJ/cm2的值。藉由主要照射而獲得的多晶石夕膜之使用 19 1320195 來製備薄膜電晶體。薄膜電晶體之遷移率為18Qcm2/v 在5%以下之範園内。 叉/、⑴ 在上述實關巾’此等說鶴6構成其巾於單 微結ί化間值之歧之該例子。本發明並不侷限ί 何侧地使職触抑的基板 _ ’設備的尺稍會增加。_，光源及 CCD感先讀的大小將可增加而不受限於其他元件。因此，便能 以較佳之可靠度及再現性來決额結晶化閾值1外初步照射 區域及主要照射區域並不需要形成在單一基板上。可在另一且 ^質，於其上形成主要照射區域之該基板之膜厚度的基板^形 成初步照射區域藉以決定該微結晶化閾值。 在上述例子中，本發明係基於較佳實施例來作說明。根據本 發明之，雜龍術及雷射照射設備並不侷限於上述實施例。本 發明之範圍意欲包含料藉由對於上述實關及例子之結構進行 不同之變化及修改所衍生出的技術及設備。 【圖式簡單說明】 圖1為顯不根據本發明一實施例之雷射照射設備之結構的方 塊圖。 圖2為顯示藉由雷射照射設備以_雷射光束照射 平面圖。 圖3為顯示雷射光束之能量密度與多晶矽之晶粒直徑間及表 面粗糙度間的關係圖。 圖4描緣顯示出在不同照射例子中於雷射照射後該基板每一 立置上之晶粒直徑（表面粗縫度）的圖示。 圖5描繪顯示出藉由CCD感光元件所接收反色光之輝度的 改變圖。
，6八為顯示光線散射的概要剖面圖，圖6B及6C之每一個 :、’、顯示CCD感光元件之影像的概要圖，圖6D為顯示對應於圖6B
20 1320195 及6C所觀測到的顏色改變圖。 圖7描繪顯示出以CCD感光元件所接收到反射光的輝度改 變圖。 圖8描繪顯示出該能量密度與該反射光之最大輝度與最小輝 度間的差異之間的關係圖。 圖9為顯示習用雷射退火設備之結構的立體斜視圖。 - 【主要元件符號說明】 〜雷射照射設備 11〜雷射光源 Φ I2〜光學系統 13〜基板台 14〜雷射 15〜白色平面光源 16〜CCD感光元件 17〜控制系統 18〜基板 19〜照射區域 20〜初步照射區域 21〜多晶矽膜表面 22〜微結晶化部分 23〜粗晶粒部分 24〜微結晶化部分 - 25〜粗晶粒部分 26〜顏色改變之區域 27=著圖6B之CCD影像的斷面AB之參考顏色的輝度改 變 2巧著圖6C之CCD影像的斷面AB之參考顏色的輝度改 21 1320195 31〜基板 32〜激發雷射 33〜拉曼分光光度計 34〜散射光 g 1〜粗晶粒部分 g2〜微結晶化部分

Claims (1)

  1. Ί320195 十、申請專利範圍： 1. 一種將半導體層的相由非結晶狀態改變至結晶狀態的 含如下步驟： 々古，包 以複數個不同能量密度，將具有一特定振盪頻率之長條狀 了脈衝雷射光束照射於一半導體層上，同時以垂直於該第一脈= 雷射光束之主軸的方向進行掃描，以藉此形成複數個對應於 同能量密度之第一照射區域； 、Μ不 ' 以實質上平行於該第一脈衝雷射光束之該主軸的方向，將一平 面光照射至該第一照射區域，以接收來自該第一照射區 一個的反射光； 4丫〈母 • 分析該反射光，以估算微結晶化能量密度之閾值； 基於該估算閾值來決定一第一能量密度；以及 以該第一能量密度’將一具有該特定振盪頻率之長條狀的第二 脈，雷射光束照射於該半導體層上，同時以垂直於該第二脈衝雷 射光束之主軸的方向進行掃描，以形成一第二照射區域。 2. s如申/青專利範圍第1項之將半導體層的相由非結晶狀態改變至 結晶狀態的方法，其中，在該第一照射區域之每一個中之該第一 脈衝雷射光束之掃描間距大於在該第二照射區域中之該第二脈衝 Φ 雷射光束之掃描間距。 3· a如申A請專利範圍第1項之將半導體層的相由非結晶狀態改變至 結晶狀態的方法’其中，該第一脈衝雷射光束之光束大小小於該 第二脈衝雷射光束者。 4.如t請專利範圍第1項之將半導體層的相由非結晶狀態改變至 結晶狀態的方法，其中在該決定步驟中，該閾值係基於該反射光 之週期性來估算。 1320195 5·如申s月專利範圍第1項之將半導體層的相由非結晶狀態改變至 結晶狀，的方法’其中該閾值係藉由下列步驟加以估算：由與該 第-脈，雷射光束之該主_直方向的反射光決定顏色分佈；、乂 判斷顏色變化之相《峰關雜及/或鋪色變狀均勻性。 6.曰如申請專利範_ 1項之將半轉層_由非結晶狀態改變至 結晶狀態的方法，其中關值係藉由下列步驟加以估算：由與該 主轴垂直之方向的該反射光決定-顏色分佈；及蚊在該顏ϋ 佈中之顏色寬度。 巴刀
    7. —種雷射照射設備，包含： 一，射，源，用以產生一脈衝雷射光束； 二光學系統’用以將該脈衝雷射光束轉換成長條狀的第一脈衝 雷射光束， 一移動裝置’用以沿著垂直於該第一脈衝雷射光束之該主軸之 方向而相對於該第一脈衝雷射光束掃描移動一基板座台； ”一平面光源’沿著平行於該第一脈衝雷射光束之該主軸之方向 而照射出平面光； 一感光襄置’用以接收由該半導體層反射而來之該平面光。 麵’其中’該光學系統能
    24
TW095106574A 2005-02-28 2006-02-27 Laser irradiation method and apparatus for forming a polycrystalline silicon film TWI320195B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005053921A JP2006237525A (ja) 2005-02-28 2005-02-28 レーザ照射方法及び装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200633029A TW200633029A (en) 2006-09-16
TWI320195B true TWI320195B (en) 2010-02-01

Family

ID=36932415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW095106574A TWI320195B (en) 2005-02-28 2006-02-27 Laser irradiation method and apparatus for forming a polycrystalline silicon film

Country Status (5)

Country Link
US (2) US7473657B2 (zh)
JP (1) JP2006237525A (zh)
KR (1) KR100837128B1 (zh)
CN (2) CN101521156A (zh)
TW (1) TWI320195B (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006075525A1 (en) * 2004-12-24 2006-07-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light exposure apparatus and manufacturing method of semiconductor device using the same
JP4339330B2 (ja) * 2006-04-19 2009-10-07 日本電気株式会社 レーザ照射方法及びレーザ照射装置
US8026158B2 (en) * 2007-06-01 2011-09-27 Electro Scientific Industries, Inc. Systems and methods for processing semiconductor structures using laser pulses laterally distributed in a scanning window
JP2009065101A (ja) * 2007-09-10 2009-03-26 Hitachi Displays Ltd 平面表示装置の製造方法
JP5498659B2 (ja) * 2008-02-07 2014-05-21 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ照射位置安定性評価方法及びレーザ照射装置
JP5316846B2 (ja) * 2008-08-01 2013-10-16 Ｎｌｔテクノロジー株式会社 多結晶薄膜の粒径均一性の判定装置及びレーザ照射装置
US8377804B2 (en) * 2008-10-02 2013-02-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of semiconductor substrate and semiconductor device
KR101094294B1 (ko) 2009-11-17 2011-12-19 삼성모바일디스플레이주식회사 유기 발광 표시 장치 제조 방법
TWI582837B (zh) * 2012-06-11 2017-05-11 應用材料股份有限公司 在脈衝式雷射退火中使用紅外線干涉技術之熔化深度測定
KR102105075B1 (ko) 2013-05-02 2020-04-28 삼성디스플레이 주식회사 비정질 실리콘 박막의 결정화 모니터링 방법 및 시스템, 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 제조 방법
KR101493600B1 (ko) * 2013-07-12 2015-02-13 주식회사 에프에스티 비정질 실리콘 박막의 다결정 결정화 방법
JP6011598B2 (ja) * 2014-11-18 2016-10-19 トヨタ自動車株式会社 レーザ溶接方法
US11437236B2 (en) * 2016-01-08 2022-09-06 The Trustees Of Columbia University In Thf City Of New York Methods and systems for spot beam crystallization
JP6616368B2 (ja) * 2017-09-14 2019-12-04 ファナック株式会社 レーザ加工前に光学系の汚染レベルに応じて加工条件を補正するレーザ加工装置
JP7366529B2 (ja) 2017-10-27 2023-10-23 キヤノン株式会社 造形物の製造方法および造形物
CN110441200B (zh) * 2018-05-04 2022-07-15 长沙青波光电科技有限公司 一种激光测量装置
US20200101566A1 (en) * 2018-09-27 2020-04-02 Ipg Photonics Corporation System and Method for Visualizing Laser Energy Distributions Provided by Different Near Field Scanning Patterns

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10144621A (ja) 1996-09-10 1998-05-29 Toshiba Corp 多結晶シリコンの製造方法、半導体装置の製造方法、液晶表示装置の製造方法、及びレーザアニール装置
JP3204307B2 (ja) * 1998-03-20 2001-09-04 日本電気株式会社 レーザ照射方法およびレーザ照射装置
JP4016504B2 (ja) * 1998-10-05 2007-12-05 セイコーエプソン株式会社 半導体膜の製造方法及びアニール装置
JP2000174286A (ja) * 1998-12-08 2000-06-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜トランジスタの製造方法およびレーザアニール装置
JP2000216087A (ja) 1999-01-20 2000-08-04 Sony Corp 半導体薄膜製造方法及びレ―ザ照射装置
JP2000208769A (ja) * 1999-01-08 2000-07-28 Sony Corp 薄膜半導体装置の製造方法及びレ―ザ照射装置
JP2001110861A (ja) * 1999-10-06 2001-04-20 Seiko Epson Corp 半導体膜の検査方法、薄膜トランジスタの製造方法、および半導体膜の検査装置
JP2001308009A (ja) * 2000-02-15 2001-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非単結晶膜、非単結晶膜付き基板、その製造方法及びその製造装置並びにその検査方法及びその検査装置並びにそれを用いた薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタアレイ及び画像表示装置
JP2002008976A (ja) * 2000-06-20 2002-01-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置
JP2002009012A (ja) 2000-06-21 2002-01-11 Toshiba Corp 液晶表示装置の製造方法およびレーザアニール装置
JP4664512B2 (ja) * 2001-01-15 2011-04-06 東芝モバイルディスプレイ株式会社 レーザアニール方法
JP5091378B2 (ja) * 2001-08-17 2012-12-05 株式会社ジャパンディスプレイセントラル レーザアニール方法及びレーザアニール条件決定装置
JP3782954B2 (ja) * 2001-09-03 2006-06-07 株式会社日本製鋼所 結晶化膜の評価方法及びその装置
US6700096B2 (en) 2001-10-30 2004-03-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser apparatus, laser irradiation method, manufacturing method for semiconductor device, semiconductor device, production system for semiconductor device using the laser apparatus, and electronic equipment
US7135389B2 (en) * 2001-12-20 2006-11-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Irradiation method of laser beam
JP4190798B2 (ja) 2002-05-08 2008-12-03 Ｎｅｃ液晶テクノロジー株式会社 薄膜トランジスタ及びその製造方法
TW577135B (en) 2002-10-21 2004-02-21 Au Optronics Corp Die size control for polysilicon film and the inspection method thereof
CN1270367C (zh) 2002-11-19 2006-08-16 友达光电股份有限公司 多晶硅薄膜的晶粒尺寸的控制及其检测方法
JP2004311906A (ja) 2003-04-10 2004-11-04 Phoeton Corp レーザ処理装置及びレーザ処理方法
TW200503057A (en) * 2003-06-11 2005-01-16 Adv Lcd Tech Dev Ct Co Ltd Crystallization apparatus, crystallization method, method of manufacturing thin film transistor, thin film transistor, and display apparatus
CN1290154C (zh) 2003-07-16 2006-12-13 友达光电股份有限公司 激光结晶系统和控制准分子激光退火制程能量密度的方法
JP2005294801A (ja) * 2004-03-11 2005-10-20 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd レーザー結晶化装置及びレーザー結晶化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1828838A (zh) 2006-09-06
KR20060095531A (ko) 2006-08-31
JP2006237525A (ja) 2006-09-07
CN101521156A (zh) 2009-09-02
CN100481332C (zh) 2009-04-22
US7473657B2 (en) 2009-01-06
KR100837128B1 (ko) 2008-06-11
US20060194354A1 (en) 2006-08-31
TW200633029A (en) 2006-09-16
US20090086327A1 (en) 2009-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI320195B (en) Laser irradiation method and apparatus for forming a polycrystalline silicon film
TWI364066B (zh)
JP5789011B2 (ja) 薄膜の直線走査連続横方向凝固
TWI363374B (en) Single scan irradiation for crystallization of thin films
TW548748B (en) Thin film crystal growth by laser annealing
TWI271690B (en) Display panel and method for manufacturing the same
KR100779319B1 (ko) 박막 반도체 장치 및 화상 표시 장치
TWI248546B (en) Thin film transistor and method for fabricating same
US8735233B2 (en) Manufacturing method for thin film semiconductor device, manufacturing method for thin film semiconductor array substrate, method of forming crystalline silicon thin film, and apparatus for forming crystalline silicon thin film
WO2008072454A1 (ja) 結晶質半導体膜の製造方法および半導体膜の加熱制御方法ならびに半導体結晶化装置
TWI302345B (en) A thin film semiconductor device having arrayed configurated of semiconductor crystals and a method for producing it
TW201248691A (en) Laser processing device
JP4339330B2 (ja) レーザ照射方法及びレーザ照射装置
JP4408667B2 (ja) 薄膜半導体の製造方法
JP2004172424A (ja) 結晶の周期性構造の形成方法及びその装置並びに結晶の周期性構造
JP5309059B2 (ja) 微結晶化判定方法及び装置
JP2004119617A (ja) 半導体装置とその製造方法および製造装置
CN1901231A (zh) 薄膜晶体管、制造薄膜晶体管的方法、以及使用薄膜晶体管的显示器
JP2009267110A (ja) 薄膜材料の結晶化方法及びその装置
JP2006165176A (ja) 光強度分布の測定方法、測定装置、光強度分布の可視化方法、光強度分布の可視化装置、結晶化装置および結晶化方法
JP2005228808A (ja) 半導体デバイスの製造方法
JP2005340373A (ja) アニール方法、結晶化方法及び半導体装置
JPH08293466A (ja) 半導体薄膜の製造方法
JP2004336013A (ja) アニール方法、アニール装置および表示装置
JP2008300867A (ja) 多結晶薄膜の粒径均一性の判定方法及びレーザ照射装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees