TWI381431B - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents

半導體裝置及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI381431B
TWI381431B TW095105362A TW95105362A TWI381431B TW I381431 B TWI381431 B TW I381431B TW 095105362 A TW095105362 A TW 095105362A TW 95105362 A TW95105362 A TW 95105362A TW I381431 B TWI381431 B TW I381431B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
semiconductor film
laser
film
irradiated
laser light
Prior art date
Application number
TW095105362A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200633028A (en
Inventor
Kazuyuki Sugahara
Naoki Nakagawa
Shinsuke Yura
Atsuhiro Sono
Kazushi Yamayoshi
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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 by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of TW200633028A publication Critical patent/TW200633028A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI381431B publication Critical patent/TWI381431B/zh

Links

Classifications

    • 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
    • H01L21/02686—Pulsed laser beam
    • 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
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • 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
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01L27/1296—Multistep manufacturing methods adapted to increase the uniformity of device parameters

Landscapes

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

Description

半導體裝置及其製造方法
本發明係有關適用於液晶顯示器等顯示裝置的半導體裝置及其製造方法。
液晶顯示器係以藉由使用形成於玻璃或合成石英基板上的非晶或多晶矽膜的薄膜電晶體(TFT：Thin Film Transistor)之開關，來顯示影像的主動矩陣型液晶顯示裝置為主流。此液晶面板係使用目前主要獨立設於外部的驅動像素電晶體的驅動電路來動作。若可將此驅動電路與液晶顯示器的像素電路構成於同一基板上，即能在液晶顯示器的製造成本、可靠性等方面獲得突破性的優點。
然而，由於目前構成TFT的主動層的矽膜的結晶性不良，載子之遷移率(mobility)所代表的TFT性能低，要求高速性及高功能性的驅動電路等的積體電路的製作困難。
以實現具有高遷移率的載子的TFT為目的，為了改善矽膜的結晶性，一般對矽膜進行使用雷射的熱處理。
茲將矽膜的結晶性與TFT中之載子遷移率的關係說明以下。一般而言，藉由對非晶矽膜進行雷射熱處理所得之矽膜係多晶體。於多晶體的晶界局部存在有結晶缺陷，這會妨礙TFT的主動層的載子移動。因此，要提高TFT中的遷移率，可減少載子於主動層移動中橫切晶界的次數，並減小結晶缺陷密度。雷射熱處理的目的在於形成晶粒大，且晶界中結晶缺陷少的多晶矽膜。
其次，說明習知TFT的製造方法。首先，藉由例如電漿CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沉積法)，將氧化矽膜形成於玻璃基板上。藉由例如電漿CVD，將非晶矽膜沉積於此氧化矽膜上。
其次，將準分子雷射(XeCl(氯化氙)(波長：308nm)或Nd(釹)：YAG(yttrium aluminum garnet，釔鋁榴石)雷射的第2高諧波(下稱YAG2 ω)(波長：532nm))照射於非晶矽膜。藉由此雷射的之照射，雷射照射的部分熔融。此後，隨著溫度降低，熔融之矽即結晶化而形成多晶矽膜。
此後，將多晶矽膜予以圖案化。其次，於多晶矽膜上形成氧化矽膜及金屬膜(Ta(鉭)Cr(鉻)及Mo(鉬)等低電阻金屬膜)。
其次，藉由將金屬膜予以圖案化，而形成閘極電極。其次。以閘極電極或形成閘極電極時的抗蝕層(resist)作為遮罩，藉由離子摻雜法，將N型或P型雜質導入多晶矽膜，自行整合地形成源極及汲極區域。此後，沉積氧化矽膜，形成接觸孔於源極、汲極、閘極，沉積金屬膜(Al(鋁)、W(鎢)、Mo等)。藉由將此金屬膜圖案化，進行源極、汲極、閘極的配線。藉此，於導入N型雜質的部分完成n通道型(NMOS(n通道金氧半導體))電晶體的TFT，於導入P型雜質的部分完成p通道型(PMOS(p通道金氧半導體))電晶體的TFT。進而，於此TFT上形成絕緣膜、透明電極而獲得TFT面板。再者，使用該TFT面板，復組合液晶、偏光膜、彩色濾光片等，完成液晶顯示器。
如上所述，使用照射雷射所形成的多晶矽膜，形成TFT面板。此時，重點在於例如於行動電話用TFT面板之情況下，至少雷射的細長剖面光束的長度較此TFT面板的短邊長。其原因在於，在以準分子雷射等紫外雷射光重疊光束端之情況下，於此重疊照射部分(重疊照射部)，特性會大幅劣化，TFT特性(遷移率、臨限值電壓)會降低(參照例如非專利文獻1)。然而，由於通常TV用面板的面板尺寸大，故難以滿足上述條件。
茲揭示有一種為了改善上述重疊照射部的特性，照射波長390nm以上640 nm以下的雷射於非晶矽膜的第1區域，而形成第1多晶矽膜部分，接著，將波長390nm以上640 nm以下的雷射照射於第1多晶矽膜部分的端部以及鄰接此第1多晶矽膜部分的非晶矽膜的第2區域，以鄰接第1多晶矽膜部分之方式形成第2多晶矽膜部分的方法(例如參照專利文獻1、2、非專利文獻1)。
使用上述波長範圍的雷射光的理由如下。
於非晶矽膜及多晶矽膜中，雷射的吸收率係按其波長作種種變化。根據上述專利文獻1，雷射波長在390nm以上640 nm以下。多晶矽膜的上述390nm以上波長帶的雷射光吸收率係如第20圖所示，在非晶矽膜的60%以下，因此。若照射雷射於非晶矽膜，形成多晶矽膜，即使再度將上述波長帶的雷射照射於此多晶矽膜，多晶矽膜仍無法像非晶矽膜吸收那麼多的雷射光能量。結果，多晶矽膜不會因再照射而熔融，其特性並不因雷射的再照射而大幅變化。因此，可獲得多晶矽膜整體大致均質的特性。
再者，由於如上所述，將雷射光的波長帶設在640nm以下，故如第20圖所示，可確保非晶矽膜及多晶矽膜的吸收率在10%以上。結果，非晶矽膜容易吸收雷射光能量，可容易經過熔融而多晶化。
且由於如第20圖所示，若波長在500nm以上550nm以下，非晶矽膜及多晶矽膜的吸收率的差即變得更大，故較為理想。若波長在520nm以上550nm以下，非晶矽膜與多晶矽膜的吸收率的差即變得特別大，故更為理想。
由於在上述專利文獻1中使用YAG2 ω，故即使於矽膜膜厚設定成多種之情況下，波長仍為532nm，因而，由第20圖可知，多晶矽膜的吸收率係較非晶矽膜的吸收率小。
TFT的像素驅動電晶體係如上所述，由NMOS電晶體及PMOS電晶體所構成。此等電晶體中載子的遷移率及臨限值電壓，須就TFT面板整體變動到哪種程度加以檢討。不管NMOS電晶體及PMOS電晶體的哪一種，於雷射二度照射之部分(重疊部)，遷移率均大致保持固定。又，即使是重疊部，遷移率仍與其他部分大致相等。
此外，於NMOS電晶體及PMOS電晶體的任一種電晶體中，在所有位置，臨限值電壓大致相等。這意味於雷射二次照射之部分(重疊部)與雷射僅一次照射之部分，臨限值電壓大致相等。
在如上所述使用波長532nm的雷射光的例子中，由於將雷射光的波長設定於適當範圍，故可提供一種於雷射光一次照射的部分及二次照射的部分的任一部分，遷移率及臨限值電壓均固定的高品質的半導體裝置。
〔專利文獻1〕國際公開第02/31871號小冊子〔專利文獻2〕日本特開200216015號公報〔非專利文獻1〕森川及另外8名「SID 04文摘」(美國)2004年p.1088－1091
然而，若使用上述較佳波長範圍的雷射光實際試製TFT面板，即瞭解人眼會微妙地辨識出重疊區域。其理由在於，人眼會辨識非常微妙的色階差。若人眼辨識出上述重疊部，即使不影響例如顯示性能，仍有影響商品價值的可能性。
因此，本發明之目的在於提供一種於藉由以390nm－640nm波長的細長剖面的雷射束，沿與其剖面的長邊方向交叉的方向一面掃描，一面照射，將非晶矽膜予以多晶化的雷射熱處方法中，可使雷射照射重疊部不為人眼辨識出來的半導體裝置及其製造方法。
一種半導體裝置之製造方法，係具有：第1掃描步驟，將照射面為矩形的脈衝狀振盪之雷射光，朝著與前述照射面的長邊方向交叉的方向，對形成絕緣體上的非晶半導體膜一面進行掃描，一面照射，而形成第1多晶半導體膜；以及第2掃描步驟，將照射面的一部分重疊於第1多晶半導體膜，並將前述雷射光朝與前述照射面的長邊方向交叉的方向，對鄰接於第1多晶半導體膜的非晶半導體膜一面進行掃描，一面照射，而形成第2多晶半導體膜；其特徵在於：雷射光的波長範圍為390nm至640nm，前述非晶半導體膜的膜厚在60nm以上100nm以下。
根據上述半導體之製造方法，於第1多晶半導體膜與第2多晶半導體膜重疊的部分，多晶半導體膜容易藉由第2掃描步驟而熔融，而藉由一次雷射掃描形成的多晶半導體膜與重疊部的多晶半導體膜呈現相同性質。結果，人眼辨識不出此重疊部，可於電晶體特性中獲得均一性能。
 (用以實施發明之最佳形態)
首先，使用圖式對本發明的基本原理加以說明。
詳細評估由最初一次雷射光照射所形成的多晶矽的雷射光端部的狀況。第21圖係表示製作於非晶矽膜經掃描一次能量密度490mJ(毫焦)/cm2 的YAG2 ω脈衝雷射(波長λ＝532nm)而結晶化的多晶矽上的NMOS電晶體(NMOS－TFT)的電氣特性(遷移率、臨限值電壓(Vt h )、次臨限值特性(S值＝閘極電壓在Vt h 以下之區域中增加汲極電流1位數所需之閘極電壓增加份))的位置依存性的圖表。遷移率、Vt h 、S值係以製作於雷射照射區域中心部的TFT的特性予以規格化。YAG2 ω雷射係以1KHz振盪，每照射1脈衝而使基板移動3 μ m。TFT係以36 μ m的間隔，平行於雷射光的長邊方向而配置多數個。非晶矽膜的膜厚為70 nm。於第21圖中，橫軸表示距基準位置的距離，雷射照射區域係距基準900至1600 μ m的區域，而0至900 μ m的區域係非雷射照射區域，在此，雷射照射區域為900 μ m。
由第21圖可知，遷移率(μ)係於靠近雷射照射區域端部之雷射照射區域側200 μ m附近減少，於一旦在雷射照射區域端部上昇後，毫無變化地減少。TFT的臨限值電壓(Vt h )於靠近雷射照射區域端部之雷射照射區域側200 μ m附近增加若干後，進而於非雷射照射區域上昇，於靠近雷射照射區域端部之非雷射照射區域側400 μ m的位置表示最大值。雖然S值亦呈現與Vt h 相同的傾向，惟S值即使遠離雷射照射區域，仍保持很高之值。又，雖未圖示，關斷(off)電流(使閘極電壓自－5V變成10V時的汲極電流的最小值)於Vt h 最大位置亦最大。又，由第21圖可知，Vt h 最大的矽膜區域係寬度30 μ m前後非常狹窄的區域。其原因在於TFT以36 μ m間隔配置。而且，即使是PMOS電晶體(PMOS－TFT)，於矽膜厚50nm情況下，仍進行相同評估，而獲得相同之結果。
其次，層疊雷射照射區域而在結晶化的多晶矽膜上製作TFT，並評估層疊部分的特性。第22圖係使位置從照射一次YAG2 ω雷射的矽膜上第1次之照射區域偏移，於照射第2次雷射光之矽膜的重疊照射雷射光之區域附近的矽膜上製作的NMOS－TFT的特性之位置依存性。矽膜厚係設為50nm。YAG2 ω雷射的能量密度為670mJ/cm2 。雷射之1振盪與每1脈衝的移動距離係與僅照射一次時的條件相同。於第22圖中，橫軸表示距基準位置的距離，第1次雷射照射區域為0至1000 μ m，第2次雷射照射區域為0至2000 μ m。亦即，雷射重疊照射區域為0至1000 μ m。
靠近第1次雷射照射區域端部之雷射照射區域側200 μ m的位置、及於非照射側200至300 μ m的位置的TFT的S值會上昇，且遷移率會劣化。顯然，未圖示之關斷電流亦於此遷移率或S值劣化的位置增大。於Vt h 看不出有顯著的增減。又，S值或遷移率劣化的區域已知為1至2個份的TFT，距離為36至72 μ m左右。
如以上所述，詳細評估TFT特性的雷射照射區域端部及第1次暨第2次雷射照射區域端部的位置依存性，結果發現，人眼微妙辨識重疊區域的問題源自於重疊照射雷射之區域附近產生的遷移率及S值、關斷電流劣化的TFT。於液晶顯示裝置之情況下，若例如驅動像素的TFT的遷移率降低，即無法將存在於像素的電容器於一定的時間內，充電至所希望之電壓。又，若驅動像素的TFT的關斷電流大，則充電於電容器的電荷即會在1圖框時間內漏洩，無法保持所希望之電壓。此劣化量雖然就使液晶穿透的光量而言，為1/256色階左右的小量，但會成為人眼辨識得出的缺陷。再者，雖然特性劣化之區域為30至70 μ m非常狹小，惟TFT液晶顯示器的像素間距為30 μ m左右，而必定會將TFT形成於劣化區域，而成為人眼辨識得出的缺陷。然而，此缺陷無法以例如500 μ m或250 μ m的間隔排列的TFT測試圖案檢測出來。
追究於重疊部的第1次照射區附近TFT特性略微降低的原因，結果得知下述情形。亦即，如第1圖所示，細長剖面的雷射光的剖面長邊方向的光強度分布係梯形，其端部在寬度上衰減，形成傾斜區域。於僅掃描、照射1次具有此種剖面光強度分布的光束時，在上述傾斜區域中接受超過熔融臨限值的光強度的雷射光的非晶矽膜變成晶粒徑非常小的微晶的多晶矽膜。另一方面，接受較此高的光強度的雷射光的非晶矽膜係依據光強度的增大，而使晶粒徑增大。於晶粒徑較小的多晶矽膜，每單位體積的晶界數(面積)係比晶粒徑較大的多晶矽膜多。由於晶界係發揮對載子的電位障壁的作用，故晶粒徑小的多晶矽膜的遷移率會減少，且Vt h 會上昇。再者，晶界亦發揮載子的陷阱的作用。由於在閘極電壓在Vt h 以下的次臨限區域產生的少數載子會由晶界所陷捕而不會成為汲極電流，故晶粒徑小的多晶矽膜的S值會增大。而且，雖然於非晶矽膜不存在晶界，惟由於存在有非常多的矽原子的未結合鍵，故遷移率成為接近O的值，且S值變成非常大。
又得知雷射照射區域內的遷移率的降低、Vt h 及S值的些許上昇係由雷射光的干擾造成。對此詳加說明。
第2圖表示將雷射照射於非晶質薄膜的裝置的構成。第2圖的雷射照射裝置係由在YAG2 ω等390至640nm區域振盪的雷射振盪器20、將自雷射振盪器20振盪的雷射照射於形成在基板上的非晶矽膜的照射手段10、相對於照射手段10使基板移動的移動手段30、以及控制使雷射掃描的移動手段30的控制手段40所構成。
照射手段10係由鏡11及光束成形光學系統12所構成。光束成形光學系統12係將自雷射振盪器20射出的雷射束成形為預定形狀(例如沿著光束的送出方向以數百μ m至數十μ m級的光束寬度，沿著與其正交的方向具有數百mm長度的極細細長剖面光束)。並且，自射束成形光學系統12射出的雷射係由鏡11反射而成為長方形形狀的光束35，照射於非晶矽膜33。光束成形光學系統12及鏡11均定位於非晶矽膜33上。
移動手段30係由可動載台1及驅動可動載台1的驅動馬達2所構成。可動載台1係支持玻璃基板31，亦可相對於雷射振盪器20及照射手段10移動。因此，若可動載台1移動，則載置於其上的玻璃基板31及非晶矽膜33亦移動。
可動載台1係連接於驅動馬達2，驅動馬達2係驅動可動載台1。而且，可動載台1係可於預定平面上朝所有方向移動。
控制手段40係連接於驅動馬達2及雷射振盪器20。控制手段40係對驅動馬達2發送訊號，俾於預定時期驅動可動載台1。接收此訊號的驅動馬達2係朝預定方向移動可動載台1。又，控制手段40係對雷射振盪器20發送訊號，將自雷射振盪器20射出的雷射光導向光束成形光學系統12。
雷射振盪器20使雷射振盪，透過光束成形光學系統12及鏡11將此雷射照射於第3圖所示之非晶矽膜33的固定區域。於此狀態下，控制手段40係將訊號發送至驅動馬達2，驅動馬達2朝第2圖所示之箭頭1a指示的方向便可動載台1移動。此時，形成細長的光束35係照射於非晶矽膜33，此部分會結晶化成多晶矽膜34。而且，如第3圖所示，以一部分(A)與多晶矽膜34重疊的方式照射光束35。藉此，將非晶矽膜33的所希望部分結晶化成多晶矽膜34。
於第2圖中，光束成形光學系統12係將來自雷射振盪器20的圓形或橢圓形之雷射光分割成5至10部分，改變光路，使其分別成為長方形的光束形狀。為使雷射功率沿第1圖所示之長方形的長邊方向固定，分割的光束係重疊整形至某程度。此時，由於分割的光束的光路長不同，故重疊的光束造成干擾。由於光束端部與光束中央間的距離大，故光束端部的干擾會變大。第4圖(a)係模式性顯示雷射光的長邊方向位置的光束端部的光強度的圖式。於光束端部，因雷射光的干擾而使雷射光強度減小。於因此干擾而使雷射光強度變小的區域中，矽膜的晶粒徑為較小者。若雷射光強度變得極端小，此區域的晶粒即變得更小，有時亦變成微晶。因此，製作於靠近雷射照射區域端部之照射區域側的內側200 μ m的TFT的遷移率、Vt h 、S值會劣化。
第4圖(b)係表示對應雷射照射區域端部的矽膜的結晶性的圖式。於雷射照射區域側的內側200 μ m的區域及外側300至400 μ m的區域形成小結晶區域，製作的TFT會劣化。第5圖表示於僅如此掃描、照射1次雷射光時形成的矽膜結晶性的俯視模式圖。若僅掃描、照射1次雷射光，照射區域即成為多晶矽膜34。於距此多晶矽膜34的端部200 μ m之內側形成小結晶區域38，並於距此多晶矽膜34的端部300至400 μ m之外側形成小結晶區域38。
對掃描1次第5圖所示之雷射光而製作的多晶矽膜34及小結晶區域38，使雷射光偏移，而進行第2次雷射光掃描，使第2次雷射光照射區域的一部分與第1次掃描區域重疊。此時，小結晶區域38會多晶化，根據第20圖所示之非晶矽膜及多晶矽膜中之雷射波長與吸收率的關係，在多晶矽膜中，光的吸收率會降低，即使照射同能量密度的雷射，仍不會再熔融。
因此，在小結晶區域38中不會因第2次雷射光掃描而熔融，殘留小結晶，而造成特性劣化的原因。這是第22圖所示之TFT的遷移率或S值劣化的原因，因該特性劣化，雷射光的重疊部遂構成人眼可辨識的缺陷。又由於此特性劣化之區域通常為36 μ m，即使大到72 μ m，仍非常狹小，故無法利用習知以500 μ m或250 μ m間隔排列的測試用TFT檢測出。
本發明係根據上述見識者，其改善上述重疊部的特性，俾在面板上辨識不出重疊區域中特性的些微特性之不同。
以下，說明其具體態樣。
實施形態1
第6至8圖係本發明實施形態1中TFT製造方法的程序別剖視圖。於第6(a)圖中，分別藉由電漿CVD法，依序於玻璃基板3上形成100nm的氮化矽膜(SiN膜)4、100nm的氧化矽膜(SiO2 膜)5、70nm的非晶矽膜33。玻璃基板3係使用康寧公司製1737。氮化矽膜4係為防止玻璃基板中的雜質於半導體層擴散而形成，惟不限於此，可使用SiON(氮氧化矽)、SiC(碳化矽)、AlN(氮化鋁)、Al2 O3 (氧化鋁)等材料。又，此次雖然使用SiO2 膜5及SiN膜4的2層構造作為非晶矽膜33的底膜，惟亦可省略此等膜，更可形成層疊構造。其次，於真空中熱處理非晶矽膜，並去除不必要的氫。
接著，如第6圖(b)所示，將波長532nm的YAG2 ω雷射調整成於非晶矽膜33上功率密度為0.5J/cm2 ，並照射於非晶矽膜33。使非晶矽膜33多晶化成多晶矽膜34。所使用之雷射光的長邊方向的長度為100nm，短邊方向的寬度為40 μ m。雷射光的振盪頻率為1KHz，每1脈衝沿短邊方向，使雷射光之照射區域移動3 μ m而結晶化。
於第1次雷射光掃描後，以長邊方向與第1次雷射照射區域重疊0.5mm的方式移動玻璃基板3，以進行第2次雷射光掃描。藉由反覆此掃描，使玻璃基板3上的非晶矽膜33成為多晶矽膜34。多晶矽膜34係由雷射照射部37及雷射重疊部36所構成。所得之多晶矽膜的粒徑為0.5 μ m左右。
接著，如第6(c)圖所示，藉由光微影(photolithography)步驟，形成抗蝕層遮罩，藉由乾蝕多晶矽膜34，而形成多晶矽膜34的島部(island)。此後，藉由灰化處理(ashing)及藥液處理去除抗蝕層。雖然於第6圖(c)中，雷射重疊部36直接形成1個多晶矽的島部，但只要不刻意調整重疊部分及島部位置，即未必如此，亦有多晶矽膜的島部的一部分為雷射重疊部36，或於島部全無雷射重疊部36之情形。本實施形態係就雷射重疊部36直接形成1多晶矽的島部的情形加以說明。
接著，如第7圖(a)所示，藉由電漿CVD法形成100nm的SiO2 膜作為閘極絕緣膜14。使用TEOS(四乙氧基矽烷)及O2 作為CVD的原料。其次，為控制臨限值，藉由離子摻雜法，將硼(B)植入多晶矽的島部。此植入係在無抗蝕層遮罩下全面進行。植入量為101 2 cm－ 2 ，加速能量為60keV。亦可依需要省略此步驟。其次，藉由光微影步驟，形成抗蝕層13a，以70keV將101 5 cm－ 2 的磷(P)植入於所希望的多晶矽膜34，而形成保持電容下部電極15。此後，藉由灰化處理及藥液處理去除抗蝕層13a。
接著，如第7圖(b)所示，藉由濺射法形成200nm的鉻(Cr)，藉由光微影步驟，僅於形成PMOS－TFT的位置形成抗蝕層13b。藉由Cr的濕蝕刻而形成閘極電極16。此時，製作NMOS－TFT的區域的抗蝕層13b係覆蓋製作NMOS－TFT的區域全面，俾不形成閘極電極16的圖案。
接著，如第7圖(c)所示，以40keV的加速能量植入2×101 5 cm－ 2 的硼(B)。此後，藉由灰化(ashing)處理及藥液處理去除抗蝕層13b。藉此步驟而形成PMOS－TFT的源極區域41及汲極區域51。製作NMOS－TFT的區域係不植入硼，俾如第7圖(b)所示，由抗蝕層13b所覆蓋。
接著，如第8圖(a)所示，藉由光微影步驟，於形成NMOS－TFT的區域及形成保持電容的區域形成抗蝕層13b。此後，藉由Cr的濕蝕刻，而形成NMOS－TFT區域的閘極電極16及保持電容上部電極17。當進行閘極電極16濕蝕刻時，並對Cr進行過蝕刻，並對Cr側面蝕刻，調整蝕刻時間，俾使Cr圖案比抗蝕層13c小。此後，在殘留抗蝕層13c之情形下，以－60keV的加速能量植入2×101 5 cm－ 2 的磷(P)。藉此步驟形成NMOS－TFT的源極區域42a、42b、汲極區域52a、52b。
接著，如第8圖(b)所示，於藉由灰化處理及藥液處理去除抗蝕層13後，以－70keV的加速能量植入1×101 3 cm－ 2 的磷(P)。藉此步驟，將NMOS－TFT的LDD(Lightly Doped Drain(輕微摻雜汲極))區域6a、6b形成在較源極區域42a、42b、汲極區域52a、52b更接近閘極電極16之處。且於保持電容省略LDD的顯示。
其次，藉由電漿CVD法形成400nm的SiO2 膜以作為層間絕緣膜18。藉由光微影步驟，形成抗蝕層遮罩(未圖示)，藉由乾蝕層間絕緣膜18及閘絕緣膜14，而形成接觸孔。更形成Cr及Al之層疊膜，藉由光微影步驟及濕蝕刻而形成源極電極71、72a、72b、汲極電極81、82a、82b。實際上，在此時形成於顯示部的像素電晶體中亦同時形成像素電極。如以上所述，形成保持電容、NMOS－TFT、PMOS－TFT。實施形態1中製作於重疊雷射光掃描之區域的電晶體係NMOS－TFT，且係具有第8圖(c)之源極72b、汲極82b的電晶體。雖然亦有按雷射光重疊部的位置，於重疊部形成PMOS－TFT的情形，或形成保持電容的情形，但於任一情形下，均不會發生特性劣化的問題。通常，保持電容及NMOS－TFT係使用於像素部(顯示部)，NMOS－TFT及PMOS－TFT係用於驅動電路等的周邊電路。
以36 μ m間隔評估藉由上述製造方法製作的電晶體的電氣特性。第9圖係表示藉由實施形態1製作的NMOS－TFT的遷移率、Vt h 、S值的位置依存性。且第10圖係同樣地表示PMOS－TFT之遷移性、Vth、S值的位置依存性。可知NMOS－TFT、PMOS－TFT均不會造成遷移率的減少或S值的增大，而可獲得良好特性的電晶體。亦即，呈現雷射光端部及重疊掃描之區域的矽晶的結晶性良好。
其原因在於，由於矽膜的膜厚厚達70 μ m，故充分吸收波長532nm的雷射光，因此，因第1次雷射光掃描而產生的照射區域內的小結晶及照射區域外的小結晶會藉由重疊照射的第2次雷射光掃描完全熔融，而成為尺寸充分的多晶矽。
第11圖係表示波長532nm的YAG2 ω雷射的功率密度及各種矽膜的結晶狀態的圖式。於玻璃基板上形成100nm的氮化矽膜(SiN膜)、100nm的氧化矽膜(SiO2 膜)。此後，藉由電漿CVD法形成自40nm至200nm範圍的非晶矽膜。然後，於真空中熱處理非晶矽膜，以去除不必要的氫。
接著，改變功率密度，並將波長532nm的YAG2 ω雷射照射於非晶矽膜，使非晶矽膜多晶化成多晶矽膜。此雷射照射係重疊照射2次。塞科蝕刻(重鉻酸鉀溶液與氫氟酸的混合液的蝕刻)此多晶矽膜的結晶狀態，顯露晶界而加以觀察。
第11圖表示各種膜厚的多晶化矽膜的結晶狀態。於第11圖中，熔融功率係表示非晶矽膜熔融的最小功率密度。亦即，在熔融功率以下，多晶矽膜不會熔融。由於若增大照射的雷射功率，熔融矽膜的溫度即上昇，若達到某功率密度以上，表面張力即降低，故發生熔融矽膜局部變薄的現象。此時，矽膜會凝聚且固化，而在基板之各處存在有未具有矽膜之區域。將使此矽膜凝聚、並使不存在矽膜的區域存在的功率密度稱之為剝離功率。亦即，在剝離功率以上，無法獲得均質的多晶矽膜。
雖於此熔融功率及剝離功率的範圍內，獲得無凝聚剝離的多晶矽膜，惟所獲得的結晶未必成為均一之尺寸。第11圖表示獲得相對於種種矽膜膜厚尺寸均一的雷射功率密度。第11圖中均一熔融下限係指獲得均一尺寸的結晶的雷射功率密度的最小值。在此功率密度以下，因雷射光的功率密度之參差而造成功率密度小的雷射光照射區域的矽結晶尺寸變得不大，而成為小結晶。
第11圖中均一熔融上限係獲得均一尺寸的結晶的雷射功率密度的最大值。在此功率密度以上，因雷射光的功率密度參差而造成功率密度大的雷射光照射區域的矽會產生小結晶。其由於功率密度大之區域的熔融矽的溫度高，故熔融時間較周邊的熔融矽長，最後固化。因此，妨礙於其附近業已固化的結晶之結晶成長，而產生小結晶。因此，於自均一熔融下限至均一熔融上限的功率密度範圍內獲得均一尺寸的結晶。在此範圍外，無法獲得多晶矽膜，或成為含有小結晶的矽膜。即使於含有小結晶的矽膜製作TFT，仍無法獲得電氣特性良好的TFT。
根據第11圖，於多晶矽膜的膜厚自55nm至150nm的範圍內獲得均勻之結晶。因此，使用此膜厚範圍的非晶矽膜而製作的TFT係於雷射光重疊部分亦獲得良好的電氣特性。
而且，在照射波長532nm的雷射光之情況下，熔融非晶矽膜所需之功率密度係於非晶矽膜的膜厚為70nm時最小。其原因在於，由於波長532nm的雷射光的透入長度為1000nm，故若非晶矽膜的膜厚很薄，大部分雷射光會穿透矽膜，為避免助長矽膜的溫度上昇，需要熔融所需之高功率密度。又由於若矽膜的膜厚在70nm以上，於雷射光照射時，矽中之橫向熱擴散很大，故熔融所需之密度功率會上昇。
第12圖係表示波長390nm的Ti：藍寶石2 ω雷射的功率密度及各種矽膜的結晶狀態的圖式。於玻璃基板上形成100nm的氮化矽膜(SiN膜)、100nm的氧化矽膜(SiO2 膜)。此後，藉由電漿CVD法形成自45nm至150nm範圍的非晶矽膜。接著，於真空中熱處理非晶矽膜，以去除不必要的氫。
然後，改變功率密度，將波長390nm的Ti：藍寶石2 ω雷射照射於非晶矽膜，使非晶矽膜多晶化成多晶矽膜。此雷射照射係重疊照射2次。塞科蝕刻此多晶矽膜的結晶狀態，顯露晶界而加以觀察。
第12圖表示各種膜厚的多晶化矽膜的結晶狀態與功率密度的關係。熔融功率、剝離功率、均一熔融下限、均一熔融上限的定義係與實施形態4相同。根據第20圖，在非晶矽膜的膜厚自60 nm至100 nm的範圍內獲得均勻的結晶。因此。在照射390 nm的雷射光時，使用此膜厚範圍的非晶矽膜而製作的TFT係於雷射光重疊部分獲得良好的電氣特性。
且雖然於實施形態5中雷射係使用Ti：藍寶石2 ω雷射，惟亦可使用Dye(染料)雷射。
第13圖係表示波長640nm的Ti：藍寶石2 ω雷射的功率密度與各種矽膜的結晶狀態的圖式。於玻璃基板上形成100nm的氮化矽膜(SiN膜)、100nm的氧化矽膜(SiO2 膜)。此後，藉由電漿CVD法形成自40nm至250nm範圍的非晶矽膜。接著，於真空中熱處理非晶矽膜，以去除不必要的氫。
接著，改變功率密度，將波長640nm的Ti：藍寶石2 ω雷射照射於非晶矽膜，使非晶矽膜多晶化成多晶矽膜。於此，使用藍寶石的基本波。此雷射照射係重疊照射2次。塞科蝕刻此多晶矽膜的結晶狀態，顯露晶界而加以觀察。
第13圖表示各種膜厚的多晶化矽膜的結晶狀態與功率密度的關係。熔融功率、剝離功率、均一熔融下限、均一熔融上限的定義係與實施形態4相同。根據第13圖，在非晶矽膜的膜厚自50 nm至200 nm的範圍內獲得均勻的結晶。因此。在照射640 nm的雷射光時，使用此膜厚範圍的非晶矽膜而製作的TFT係於雷射光重疊部分獲得良好的電氣特性。
而且，波長308nm的準分子雷射光亦進行相同實驗。第14圖表示各種膜厚的多晶化矽膜的結晶狀態與準分子雷射的功率密度的關係。
藉由電漿CVD法，形成自45 nm至80 nm範圍的非晶矽膜。其他膜的形成條件係與上述相同。由第14圖可知，雖然於準分子雷射照射中，膜厚自45 nm至70 nm範圍的非晶矽膜會熔融，惟不管於哪一種膜厚中，都無法獲得不會發生小結晶的均勻尺寸的多晶矽膜。
第15圖表示使用上述各種波長的雷射照射的實驗結果。第15圖係表示雷射光波長與獲得良好結果之矽膜膜厚的關係。於第15圖中，下限係表示雷射光掃描重疊部分及其周邊部分TFT特性不會劣化的最小矽膜之膜厚。由於若雷射光波長變短，對矽膜的透入長度即減少，故熔融微晶矽所需之矽膜膜厚會增加。例如，實驗確定波長390nm的光對矽膜的透入長度為147nm，矽膜膜厚在60nm以上，微晶即完全熔融，周圍及特性不會劣化。然而，波長308nm的雷射光於重疊部分無法獲得良好結晶。
又，第15圖所示之上限值係表示可獲得良好結晶的最大矽膜的膜厚。此上限膜厚係在雷射光波長為390nm的雷射光下為100nm，隨著波長變長而增大，在雷射光波長640nm時為200nm。由於若波長變長，光透入矽膜的長度會增大，故即使較厚矽膜，仍獲得良好結晶。然而，於超過此上限值之情況下，即使表面熔融而結晶化，仍無法於矽膜下部進行充分結晶化。如以上所述，波長自390至640nm的雷射光係於矽膜膜厚60至100nm的範圍內，在雷射光掃描的重疊部分獲得良好結晶。
又，於本發明實施形態1中，將雷射光掃描的重疊部分(第6圖(b)的A)設定為0.5mm。如前所述，因雷射光的干擾而出現於雷射照射區域內的微結晶區域係產生於距雷射光端部的內側200 μ m處。因此，為了於第2次雷射光掃描完全熔融此微結晶區域，獲得充分尺寸的多晶矽膜，須將第1次與第2次的雷射光掃描重疊部分至少設定在0.2mm以上，最好設定在0.3mm以上。由於發生小結晶之區域為36 μ m左右，非常狹小，故若重疊0.2mm的雷射光掃描區域，小結晶區域即消失。而且，雖然根據本發明的基本原理，顯然不存在有雷射光掃描的重疊部分的寬度上限，惟要增大重疊部分的寬度，為了在大面積的玻璃基板上形成多晶矽，即需要更多的雷射光掃描，造成製造成本之上昇而不佳。重疊部分的寬度係考慮玻璃基板的尺寸及雷射束的長邊方向的長度來決定。通常以考慮量產性，最好設定雷射束的長邊方向等，俾使重疊部分的寬度在2mm以內。
實施形態2
於第6圖中，雷射重疊部36的表面凹凸係較形成於未重疊掃描部分的雷射照射部37的表面凹凸大。藉由雷射干擾式3次元表面形狀測定機(維可(Veeco)公司製NT3000解析能力0.1nm)測定此表面的平均凹凸，在雷射重疊部36為Ra＝8nm，在雷射照射部37為Ra＝6nm。以第16圖說明此重疊雷射光掃描的雷射重疊部36的表面凹凸大的理由。為了一面以3 μ m步進，一面照射短邊方向的寬度40 μ m的雷射光，某一點非晶矽(於第2次以後的脈衝照射後為多晶矽)係接受13次雷射光照射。
接受雷射照射的非晶矽會熔融而變成液晶200。液晶200會冷卻，一部分係如第16圖(a)所示固化。亦即，於熔融區域中以島狀存在有固體矽201。此時，由於液晶200的密度較固體矽201的密度大，故固體矽201之體積較液晶200更為增大，一面推壓液晶200，一面使之固化。
由於存在多數個島狀固體矽201，最後固化的液晶200係自兩側推壓至固體矽201，故如第16圖(b)所示，自周邊隆起而固化。由於最後固化區域係自兩側結晶成長(固化)之部位，故於此形成晶界202。此熔融及固化合計進行13次。
波長532nm的YAG2 ω雷射對於結晶化矽的吸收係數為104 cm－ 1 。亦即，雷射光強度變成1/e(e為自然對數的底數)的透入長度為1000nm(1 μ m)。另一方面，矽膜的膜厚係相較於實施形態1，為60nm至100nm。由於相較於透入長度，此種矽膜的膜厚十分薄，故膜厚較厚者吸收更多雷射光，且溫度更為上昇。因此，若一旦形成表面凹凸，則此膜的膜厚較厚的部分(凸部)與較薄部分(凹部)的溫差係於下一次雷射脈衝照射時較上次雷射脈衝照射時更為增大，如第16圖(c)(d)所示，於固化時更為隆起。如此，若對矽的透入長度相較於膜厚非常長時，雷射照射次數越多，則結晶化的矽膜表面凹凸即越增大。
另一方面，波長308nm的準分子雷射的晶矽的吸收係數為106 cm－ 1 ，透入長度僅10nm。因此，即使藉由準分子雷射照射形成表面凹凸，仍因雷射光僅為矽膜表面所吸收，凸部的溫度不會較凹部的溫度更為上昇，因此，即使雷射脈衝的照射次數增多，表面凹凸仍不會增大。
此外，在雷射光掃描重疊部分中，使所照射之雷射脈衝的次數成為未重疊部分的2倍所得的雷射重疊部36的表面凹凸會變大。結果，於本發明中使用390至640nm的雷射光，若將矽膜厚設為60nm以上100nm以下，即可獲得雷射光掃描重疊部分的表面凹凸較未重疊部分大的矽膜。
第17圖表示於如上述表面凹凸增大的矽上製成NMOS－TFT，測定漏電流的結果。於第17圖中，－2000至0 μ m係雷射重疊照射部分，係表面凹凸大的部分，0至2000 μ m係表面凹凸少的部分。
由此結果可知，表面凹凸大的部分的漏電流少。
以下對此機制加以說明。
如前所述，於突起部一定有晶界。其原因在於矽最後固化的點為突起部。由於在雷射光掃描重疊之區域，亦即表面凹凸增大之部位，因突起部的高度變高，故晶界的面積會增大。
此晶界係發揮陷捕矽的能量帶中作成位準的雜質(Fe(鐵)、Cr、Ni(鎳)等)的位置的作用。具有於所謂半導體中稱為吸取雜質(gettering)的效果。
因此，在雷射光掃描重疊之區域亦即表面凹凸增大的部位晶界的面積大，故雜質的吸取雜質效果變大。因此，可減少矽晶中雜質的密度。
因此，在雷射光掃描重疊之區域亦即表面凹凸增大的部位，製作於此矽膜的TFT的漏電流(Io f f )會減少。
亦即，藉由增大表面凹凸，可獲得漏電流較少的TFT。
實施形態3
雖然於實施形態1中，在雷射光掃描的重疊部分的矽膜，亦在非此部分的矽膜上製作TFT，NMOS電晶體全部以相同之電源電壓動作，PMOS電晶體全部以相同之電源電壓動作，惟最近製造使用不同電源電壓的顯示裝置。其原因在於，不限於閘極驅動電路、源極驅動電路，訊號控制電路、對向電極驅動電路、階調電壓電路、電源昇壓電路等用來使顯示裝置動作的電路皆由玻璃基板上的TFT所製作。如此，裝載所有電路的液晶顯示裝置之情況下，必須以因電路而異的電源電壓驅動TFT電晶體。於第18圖所示之液晶顯示裝置中，例如訊號控制電路105須以5V動作，雙向電極驅動電路103、階調電壓電路106、閘極驅動電路102、源極驅動電路101須以5V動作，電源昇壓電路104須以7V動作。雖然液晶顯示部107通常以5V動作，惟於再生動畫之情況下，亦有為了使液晶高速動作而施加7V的情形。於此情況下，亦對源極驅動電路101施加7V。
其次，如前所述，在雷射重疊部36矽膜的表面凹凸會增大。因此，閘絕緣膜耐壓降低些許。為了提高顯示裝置的可靠性，將雷射重疊部36設定於製作電源電壓低的訊號控制電路105的場所。第19圖係表示藉由實施形態1所說明的製造方法製作的TFT的圖式。於第19圖中圖示電晶體A91、電晶體B92、電晶體C93及保持電容94，其中電晶體B92係製作於雷射光掃描的雷射重疊部36。此電晶體B92係使用於電源電壓低的訊號控制電路105。
由於以於雷射光掃描的重疊部分製作電源電壓低的TFT之方式設定，故高電壓不會施加於製作在表面凹凸大的矽膜上的TFT，故可避免閘極絕緣膜劣化，且TFT不動作的問題。
於本實施形態中雖然將YAG2 ω雷射用於結晶化，惟不限於此。只要在Nd：YVO4 雷射的第2高諧波、Nd：YLF雷射的第2高諧波、Nd：玻璃雷射的第2高諧波、Yb：YAG雷射的第2高諧波、Yb：玻璃雷射的第2高諧波、氬離子雷射、Ti：藍寶石雷射的第2高諧波等波長390nm至640nm的範圍即可。
又，於上述實施形態中雖然表示製作液晶顯示裝置的例子，惟顯示裝置不限於液晶，無庸贅言，可使用OLED(Organic Light Emitting Diode(有機發光二極體))。
如上所述，雖然對本發明實施形態加以說明，惟以上揭示的本發明實施形態畢竟是例示，本發明的範圍不限於本發明實施形態。本發明的範圍係如申請專利範圍的記載所示，進而包含與申請專利範圍的記載均等的意義及範圍內的所有變更。
1．．．可動載台
2．．．驅動馬達
3、31．．．玻璃基板
4．．．氮化矽膜(SiN膜)
5．．．氧化矽膜(SiO2 膜)
6a、6b．．．LDD區域
10．．．照射手段
11．．．鏡
12．．．光束成形光學系統
13a、13b、13c．．．抗蝕層
14．．．閘極絕緣膜
15．．．保持電容下部電極
16．．．閘極
17．．．保持電容上部電極
18．．．層間絕緣膜
20．．．雷射振盪器
30．．．移動手段
33．．．非晶矽膜
34．．．多晶矽膜
35．．．光束
36．．．雷射重疊部
37．．．雷射照射部
38．．．小結晶區域
40．．．控制手段
41、42a、42b．．．源極區域
51、52a、52b．．．汲極區域
71、72a、72b．．．源極
81、82a、82b．．．汲極
91．．．電晶體A
92．．．電晶體B
93．．．電晶體C
94．．．保持電容
101．．．源極驅動器
102．．．閘極驅動器
103．．．對向電極驅動電路
104．．．電源昇壓電路
105．．．訊號控制電路
106．．．階調電壓電路
107．．．液晶顯示部
200．．．液體矽
201．．．固體矽
202．．．晶界
第1圖係表示本發明實施形態1之長邊方向的雷射束剖面的光強度分布的圖式。
第2圖係表示本發明實施形態1的雷射掃描裝置的圖式。
第3圖係表示本發明實施形態1的雷射掃描方法的斜視體圖。
第4圖(a)及(b)係表示本發明實施形態1之長邊方向的雷射束光強度分布與所得矽膜的對應的圖式。
第5圖係表示本發明實施形態1進行一次雷射光掃描時的矽膜結晶狀態的俯視圖，第6圖(a)至(c)係表示本發明實施形態1中TFT製造方法的程序別剖視圖。
第7圖(a)至(c)係表示本發明實施形態1中TFT製造方法的程序別剖視圖。
第8圖(a)至(c)係表示本發明實施形態1中TFT製造方法的程序別剖視圖。
第9圖係表示本發明實施形態1中NMOS－TFT的載子遷移率、臨限值電壓、S值的相對值的分布圖表。
第10圖係表示本發明實施形態1中PMOS－TFT的載子遷移率、臨限值電壓、S值的相對值的分布圖表。
第11圖係表示本發明實施形態1的非晶矽膜膜厚與波長532nm的雷射光功率密度的關係的圖表。
第12圖係表示本發明實施形態1的非晶矽膜膜厚與波長390nm的雷射光功率密度的關係的圖表。
第13圖係表示本發明實施形態1的非晶矽膜膜厚與波長640nm的雷射光功率密度的關係的圖表。
第14圖係表示非晶矽膜膜厚與波長308nm的雷射光功率密度的關係的圖表。
第15圖係表示本發明實施形態1的雷射光波長與矽膜膜厚的關係的圖表。
第16圖(a)至(d)係表示本發明實施形態2的矽膜表面形狀之形成過程的圖式。
第17圖係表示本發明實施形態2的NMOS－TFT的漏電流分布的圖表。
第18圖係表示本發明實施形態3的液晶顯示裝置的圖式。
第19圖係表示本發明實施形態3的TFT的剖面構造的圖式。
第20圖係表示本發明實施形態2的非晶矽膜及多晶矽膜的吸收率與雷射光波長的關係的圖表。
第21圖係表示習知方法的雷射光掃描端部的TFT的載子遷移率、臨限值電壓、S值的相對值的分布圖表。
第22圖係表示習知方法的TFT的載台遷移率、臨限值電壓、S值的相對值的分布圖表。
1．．．可動載台
2．．．驅動馬達
10．．．照射手段
11．．．鏡
12．．．光束成形光學系統
20．．．雷射振盪器
30．．．移動手段
31．．．玻璃基板
33．．．非晶矽膜
35．．．光束
40．．．控制手段

Claims (13)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，係藉由第1掃描步驟，使用剖面形成細長的脈衝狀振盪之雷射光，將前述雷射光朝著與此細長剖面的長邊方向交叉的方向，對形成在絕緣體上的非晶半導體膜一面進行掃描，一面照射，而形成第1多晶半導體膜；以及藉由第2掃描步驟，將一部分重疊於前述第1多晶半導體膜，並將前述雷射光對鄰接前述第1多晶半導體膜的非晶半導體膜一面進行掃描，一面照射，而形成第2多晶半導體膜；其特徵在於：前述雷射光的波長範圍為390nm至640nm，前述非晶半導體膜的膜厚在60nm以上100nm以下，並且，使雷射光照射重疊區域之半導體膜之表面凹凸大於不重疊區域之半導體膜之表面凹凸。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，雷射光係由Nd：YAG雷射的第2高諧波(harmonic wave)、Nd：YVO4 雷射的第2高諧波、Nd：YLF雷射的第2高諧波、Nd：玻璃雷射的第2高諧波、Yb：YAG雷射的第2高諧波、Yb：玻璃雷射的第2高諧波、氬(Ar)離子雷射、Ti：藍寶石雷射的第2高諧波及Dye雷射的任一者振盪。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，第1多晶半導體膜與第2多晶半導體膜重疊區域之相對於掃描方向的寬度係在0.2mm以上2mm以下。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其 中，非晶半導體膜係含有矽。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中，絕緣體係玻璃基板或石英基板。
  6. 一種半導體裝置之製造方法，係藉由第1掃描步驟，使用剖面形成細長的脈衝狀振盪之雷射光，將前述雷射光朝與此細長剖面的長邊方向交叉的方向，對形成在絕緣體上的非晶半導體膜一面進行掃描，一面照射，而將照射區域形成第1多晶半導體膜；並藉由第2掃瞄步驟，將一部分重疊於前述第1多晶半導體膜，且將前述雷射光對鄰接於前述第1多晶半導體膜的非晶半導體膜一面進行掃瞄一面照射，而將照射區域形成第2多晶半導體膜，其特徵在於，前述雷射光的波長為532nm，前述非晶半導體膜的膜厚在55nm以上150nm以下，並且，使雷射光照射重疊區域之半導體膜之表面凹凸大於不重疊區域之半導體膜之表面凹凸。
  7. 一種半導體裝置之製造方法，係藉由第1掃描步驟，使用剖面形成細長的脈衝狀振盪之雷射光，將前述雷射光朝與此細長剖面的長邊方向交叉的方向，對形成在絕緣體上的非晶半導體膜一面進行掃描，一面照射，而將照射區域形成第1多晶半導體膜；並藉由第2掃瞄步驟，將一部分重疊於前述第1多晶半導體膜，且將前述雷射光對鄰接於前述第1多晶半導體膜的非晶半導體膜一面進行掃瞄一面照射，將照射區域形成第2多晶半導體 膜，其特徵在於，前述雷射光的波長為390nm，前述非晶半導體膜的膜厚在60nm以上100nm以下，並且，使雷射光照射重疊區域之半導體膜之表面凹凸大於不重疊區域之半導體膜之表面凹凸。
  8. 一種半導體裝置之製造方法，係藉由第1掃描步驟，使用剖面形成細長的脈衝狀振盪之雷射光，將前述雷射光朝與此細長剖面的長邊方向交叉的方向，對形成在絕緣體上的非晶半導體膜一面進行掃描，一面照射，而將照射區域形成第1多晶半導體膜；並藉由第2掃瞄步驟，將一部分重疊於前述第1多晶半導體膜，且將前述雷射光對鄰接於前述第1多晶半導體膜的非晶半導體膜一面進行掃瞄一面照射，而將照射區域形成第2多晶半導體膜，其特徵在於：前述雷射光的波長為640nm，前述非晶半導體膜的膜厚在50nm以上200nm以下，並且，使雷射光照射重疊區域之半導體膜之表面凹凸大於不重疊區域之半導體膜之表面凹凸。
  9. 一種半導體裝置，係藉由以下步驟而形成：第1掃描步驟，使用剖面形成細長的脈衝狀振盪之波長範圍為390nm至640nm的雷射光，將前述雷射光朝著與此細長剖面的長邊方向交叉的方向，對形成在絕緣體上的膜厚在60nm以上100nm以下的非晶半導體膜，一面進行掃描，一面照射而形成第1多晶半導體膜；以及第2掃描 步驟，將一部分重疊於前述第1多晶半導體膜，且將前述雷射光對鄰接於前述第1多晶半導體膜的非晶半導體膜一面進行掃描一面照射，而形成第2多晶半導體膜，其特徵在於：前述第1多晶半導體膜與前述第2多晶半導體膜的重疊部的表面凹凸係比非重疊部分的表面凹凸更大，並且，使雷射光照射重疊區域之半導體膜之表面凹凸大於不重疊區域之半導體膜之表面凹凸。
  10. 如申請專利範圍第9項之半導體裝置，其中，形成於前述第1多晶半導體膜與前述第2多晶半導體膜的重疊部的電晶體的驅動電壓係比形成於其他區域的電晶體更低。
  11. 如申請專利範圍第9項之半導體裝置，其中，非晶半導體膜係含有矽。
  12. 如申請專利範圍第9項之半導體裝置，其中，雷射光係由Nd：YAG雷射的第2高諧波、Nd：YVO4 雷射的第2高諧波、Nd：YLF雷射的第2高諧波、Nd：玻璃雷射的第2高諧波、Yb：YAG雷射的第2高諧波、Yb：玻璃雷射的第2高諧波、氬離子雷射、Ti：藍寶石雷射的第2高諧波及Dye雷射的任一者振盪。
  13. 如申請專利範圍第9項之半導體裝置，其中，絕緣體係玻璃基板或石英基板。
TW095105362A 2005-02-17 2006-02-17 半導體裝置及其製造方法 TWI381431B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005040347 2005-02-17
JP2005337903A JP4935059B2 (ja) 2005-02-17 2005-11-23 半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200633028A TW200633028A (en) 2006-09-16
TWI381431B true TWI381431B (zh) 2013-01-01

Family

ID=36816195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW095105362A TWI381431B (zh) 2005-02-17 2006-02-17 半導體裝置及其製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7553778B2 (zh)
JP (1) JP4935059B2 (zh)
KR (1) KR100697497B1 (zh)
TW (1) TWI381431B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100749421B1 (ko) * 2006-03-06 2007-08-14 삼성에스디아이 주식회사 박막 트랜지스터 및 이를 구비한 표시 장치
JP5068975B2 (ja) * 2006-09-29 2012-11-07 富士フイルム株式会社 レーザアニール技術、半導体膜、半導体装置、及び電気光学装置
US8080450B2 (en) * 2007-04-18 2011-12-20 Mitsubishi Electric Corporation Method of manufacturing semiconductor thin film
JP4551459B2 (ja) * 2008-02-19 2010-09-29 信越化学工業株式会社 磁気記録用シリコン基板および磁気記録用媒体の製造方法
JP2010056433A (ja) * 2008-08-29 2010-03-11 Hitachi Displays Ltd 平面表示装置の製造方法
KR101901362B1 (ko) * 2011-11-07 2018-09-27 삼성디스플레이 주식회사 결정화 장치, 결정화 방법 및 유기 발광 표시 장치의 제조 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002016015A (ja) * 2000-04-28 2002-01-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
US20030038122A1 (en) * 2001-08-10 2003-02-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser annealing apparatus and semiconductor device manufacturing method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4112655B2 (ja) * 1997-09-25 2008-07-02 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社 多結晶薄膜の製造方法
JPH11298005A (ja) 1998-04-08 1999-10-29 Toshiba Corp 薄膜トランジスタ及び液晶表示装置の製造方法
TW445545B (en) 1999-03-10 2001-07-11 Mitsubishi Electric Corp Laser heat treatment method, laser heat treatment apparatus and semiconductor device
JP4986332B2 (ja) 2000-03-21 2012-07-25 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
US6872607B2 (en) 2000-03-21 2005-03-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor device
US7662677B2 (en) 2000-04-28 2010-02-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of fabricating semiconductor device
JP4290349B2 (ja) * 2000-06-12 2009-07-01 セイコーエプソン株式会社 半導体装置の製造方法
US6602765B2 (en) * 2000-06-12 2003-08-05 Seiko Epson Corporation Fabrication method of thin-film semiconductor device
KR100473245B1 (ko) 2000-10-06 2005-03-10 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 다결정 실리콘막의 제조 방법, 제조 장치 및 반도체장치의 제조 방법
JP2002141301A (ja) 2000-11-02 2002-05-17 Mitsubishi Electric Corp レーザアニーリング用光学系とこれを用いたレーザアニーリング装置
JP2003124230A (ja) * 2001-10-12 2003-04-25 Hitachi Ltd 薄膜トランジスタ装置、その製造方法及びこの装置を用いた画像表示装置
US6767799B2 (en) * 2001-12-28 2004-07-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser beam irradiation method
JP2004265897A (ja) * 2003-01-20 2004-09-24 Sharp Corp 結晶化半導体素子およびその製造方法ならびに結晶化装置
JP2004273698A (ja) * 2003-03-07 2004-09-30 Casio Comput Co Ltd 半導体薄膜の製造方法
JP2004337903A (ja) * 2003-05-14 2004-12-02 Hamamatsu Photonics Kk レーザ加工装置及びレーザ加工方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002016015A (ja) * 2000-04-28 2002-01-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
US20030038122A1 (en) * 2001-08-10 2003-02-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser annealing apparatus and semiconductor device manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP4935059B2 (ja) 2012-05-23
US20060183304A1 (en) 2006-08-17
JP2006261634A (ja) 2006-09-28
KR100697497B1 (ko) 2007-03-20
KR20060092152A (ko) 2006-08-22
US7553778B2 (en) 2009-06-30
TW200633028A (en) 2006-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5997802B2 (ja) 半導体装置
KR100817879B1 (ko) 반도체장치 제작방법
US8044372B2 (en) Laser apparatus, laser irradiation method, semiconductor manufacturing method, semiconductor device, and electronic equipment
US6844523B2 (en) Laser apparatus, laser irradiation method, manufacturing method for a semiconductor device, semiconductor device and electronic equipment
TWI381431B (zh) 半導體裝置及其製造方法
KR101015844B1 (ko) 박막트랜지스터, 그의 제조방법 및 그를 구비하는유기전계발광표시장치의 제조방법
JP2007035812A (ja) 多結晶シリコン膜の製造方法および薄膜トランジスタ
KR101133827B1 (ko) 박막 트랜지스터의 제조 방법 및 박막 트랜지스터
JP4169073B2 (ja) 薄膜半導体装置および薄膜半導体装置の製造方法
JP2011165717A (ja) 表示装置及び表示装置の製造方法
JP4169072B2 (ja) 薄膜半導体装置および薄膜半導体装置の製造方法
JP4860055B2 (ja) 半導体装置の作製方法
JP2010165744A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2004039660A (ja) 多結晶半導体膜の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法、表示装置、およびパルスレーザアニール装置
JP4256087B2 (ja) 半導体装置の作製方法
JP2004193201A6 (ja) レーザー照射方法
JP4397599B2 (ja) 半導体装置の作製方法
JP2011009294A (ja) 半導体基板およびその製造方法、並びに半導体装置
JP2010113098A (ja) アクティブマトリクス型表示装置用基板、アクティブマトリクス型表示装置およびアクティブマトリクス型表示装置用基板の製造方法
JP2011009658A (ja) 薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法、並びにその利用

Legal Events

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