发明名称 雷射照射方法及雷射照射装置以及半导体装置之制造方法
摘要 本发明之特征在于藉由系倾斜入射到凸透镜的雷射光束,出现诸如像散等的像差,并且雷射光束的形状在照射表面或其周围区域内形成线形。因为本发明具有非常简单的结构,光线调整较容易,并且装置尺寸变小。此外,由于光束相对于被照体为倾斜入射的,可防止返回光束。
申请公布号 TWI279863 申请公布日期 2007.04.21
申请号 TW095137150 申请日期 2002.09.24
申请人 半导体能源研究所股份有限公司 发明人 田中幸一郎;宫入秀和;志贺爱子;下村明久;矶部敦生
分类号 H01L21/324(2006.01);H01L21/312(2006.01);G02B26/10(2006.01);G02F1/13(2006.01) 主分类号 H01L21/324(2006.01)
代理机构 代理人 林志刚 台北市中山区南京东路2段125号7楼
主权项 1.一种半导体装置的制造方法,包含: 在基板上形成半导体膜, 藉由照射第一雷射光束于半导体膜以使该半导体 膜结晶化,而同时使该半导体膜和该第一雷射光束 相对移动, 添加杂质元素到该结晶化之半导体膜,以及 藉由照射第二雷射光束于该半导体膜以激活该杂 质元素,而同时使添加该杂质的半导体膜和该第二 雷射光束相对移动,其中 行经凸透镜之该第一雷射光束和该第二雷射光束 各自的形状被变形,以使该第一雷射光束和该第二 雷射光束各自的该形状在该半导体膜处系呈线形 。 2.一种半导体装置的制造方法,包含: 在基板上形成半导体膜, 藉由照射第一雷射光束于半导体膜上以使该半导 体膜结晶化,而同时使该半导体膜和该第一雷射光 束相对移动, 添加杂质元素到该结晶化之半导体膜,以及 藉由照射第二雷射光束于该半导体膜上以激活该 杂质元素,而同时使添加该杂质的半导体膜和该第 二雷射光束相对移动,其中 行经该凸透镜之该第一雷射光束和该第二雷射光 束各自的形状被变形,以使该第一雷射光束和该第 二雷射光束各自的该形状在该半导体膜处系呈线 形,并且行经该凸透镜的该第一雷射光束和该第二 雷射光束各自相对于该半导体膜为倾斜入射的。 3.一种制造半导体装置的方法,包含: 在基板上形成半导体膜, 藉由照射第一雷射光束于半导体膜上以使该半导 体膜结晶化,而同时使该半导体膜和该第一雷射光 束相对移动, 添加杂质元素到该结晶化之半导体膜,以及 藉由照射第二雷射光束于该半导体膜上以激活该 杂质元素,而同时使添加该杂质的半导体膜和该第 二雷射光束相对移动,其中 行经该凸透镜之该第一雷射光束和该第二雷射光 束各自的形状被变形,以使该第一雷射光束和该第 二雷射光束各自的该形状在该半导体膜处系呈线 形,并且行经该凸透镜之该第一雷射光束和该第二 雷射光束各自相对于该半导体膜为倾斜入射的, 其中,入射进该半导体膜之该第一雷射光束和该第 二雷射光束各自的光束长度w,及该基板厚度d,和该 第一雷射光束和该第二雷射光束各自相对于该半 导体膜入射之该第一雷射光束和该第二雷射光束 各自的入射角满足下面的运算式: ≧arctan(w/(2d))。 4.如申请专利范围第1项的方法,其中,使用非球面 透镜做为该凸透镜。 5.如申请专利范围第2项的方法,其中,使用非球面 透镜做为该凸透镜。 6.如申请专利范围第3项的方法,其中,使用非球面 透镜做为该凸透镜。 7.一种半导体装置的制造方法,包含: 在基板上形成半导体膜, 藉由照射第一雷射光束于半导体膜上以使该半导 体膜结晶化,而同时使该半导体膜和该第一雷射光 束相对移动, 添加杂质元素到该结晶化之半导体膜,以及 藉由照射第二雷射光束于该半导体膜上以激活该 杂质元素,而同时使添加该杂质的半导体膜和该第 二雷射光束相对移动,其中 行经衍射光学装置之该第一雷射光束和该第二雷 射光束各自的形状被变形,以使该第一雷射光束和 该第二雷射光束各自的该形状在该半导体膜处系 呈线形。 8.一种半导体装置的制造方法,包含: 在基板上形成半导体膜, 藉由照射第一雷射光束于半导体膜上以使该半导 体膜结晶化,而同时使该半导体膜和该第一雷射光 束相对移动, 添加杂质元素到该结晶化之半导体膜,以及 藉由照射第二雷射光束于该半导体膜上以激活该 杂质元素,而同时使添加该杂质的半导体膜和该第 二雷射光束相对移动,其中 行经衍射光学装置之该第一雷射光束和该第二雷 射光束各自的形状被变形,以使该第一雷射光束和 该第二雷射光束各自的该形状在该半导体膜处系 呈线形,并且行经该衍射光学装置之该第一雷射光 束和该第二雷射光束各自相对于该半导体膜为倾 斜入射的。 9.一种半导体装置的制造方法,包含: 在基板上形成半导体膜, 藉由照射第一雷射光束于半导体膜上以使该半导 体膜结晶化,而同时使该半导体膜和该第一雷射光 束相对移动, 添加杂质元素到该结晶化之半导体膜,以及 藉由照射第二雷射光束于该半导体膜上以激活该 杂质元素,而同时使添加该杂质的半导体膜和该第 二雷射光束相对移动,其中 行经衍射光学装置之该第一雷射光束和该第二雷 射光束各自的形状被变形,以使该第一雷射光束和 该第二雷射光束各自的该形状在该半导体膜处系 呈线形,并且行经该衍射光学装置之该第一雷射光 束和该第二雷射光束各自相对于该半导体膜为倾 斜入射的, 其中,入射到该半导体膜之该雷射光束的光束长度 w,及该基板厚度d,和该第一雷射光束和该第二雷射 光束各自相对于该半导体膜入射之该第一雷射光 束和该第二雷射光束各自的入射角满足下面的 运算式: ≧arctan(w/(2d))。 10.如申请专利范围第1项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自连续振荡或脉波振荡的固态雷射器、气 体雷射器或金属雷射器。 11.如申请专利范围第2项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自连续振荡或脉波振荡的固态雷射器、气 体雷射器或金属雷射器。 12.如申请专利范围第3项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自连续振荡或脉波振荡的固态雷射器、气 体雷射器或金属雷射器。 13.如申请专利范围第7项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自连续振荡或脉波振荡的固态雷射器、气 体雷射器或金属雷射器。 14.如申请专利范围第8项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自连续振荡或脉波振荡的固态雷射器、气 体雷射器或金属雷射器。 15.如申请专利范围第9项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自连续振荡或脉波振荡的固态雷射器、气 体雷射器或金属雷射器。 16.如申请专利范围第1项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之YAG雷射器、 YVO4雷射器、YLF雷射器、YA103雷射器、玻璃雷射器 、红宝石雷射器、金绿宝石雷射器、Ti:蓝宝石雷 射器其中之一的雷射器。 17.如申请专利范围第2项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之YAG雷射器、 YVO4雷射器、YLF雷射器、YA103雷射器、玻璃雷射器 、红宝石雷射器、金绿宝石雷射器、Ti:蓝宝石雷 射器其中之一的雷射器。 18.如申请专利范围第3项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之YAG雷射器、 YVO4雷射器、YLF雷射器、YA103雷射器、玻璃雷射器 、红宝石雷射器、金绿宝石雷射器、Ti:蓝宝石雷 射器其中之一的雷射器。 19.如申请专利范围第7项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之YAG雷射器、 YVO4雷射器、YLF雷射器、YA103雷射器、玻璃雷射器 、红宝石雷射器、金绿宝石雷射器、Ti:蓝宝石雷 射器其中之一的雷射器。 20.如申请专利范围第8项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之YAG雷射器、 YVO4雷射器、YLF雷射器、YA103雷射器、玻璃雷射器 、红宝石雷射器、金绿宝石雷射器、Ti:蓝宝石雷 射器其中之一的雷射器。 21.如申请专利范围第9项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之YAG雷射器、 YVO4雷射器、YLF雷射器、YA103雷射器、玻璃雷射器 、红宝石雷射器、金绿宝石雷射器、Ti:蓝宝石雷 射器其中之一的雷射器。 22.如申请专利范围第1项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自Ar雷射器、Kr雷射器和CO2雷射器其中 一种的雷射器。 23.如申请专利范围第2项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自Ar雷射器、Kr雷射器和CO2雷射器其中 一种的雷射器。 24.如申请专利范围第3项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自Ar雷射器、Kr雷射器和CO2雷射器其中 一种的雷射器。 25.如申请专利范围第7项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自Ar雷射器、Kr雷射器和CO2雷射器其中 一种的雷射器。 26.如申请专利范围第8项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自Ar雷射器、Kr雷射器和CO2雷射器其中 一种的雷射器。 27.如申请专利范围第9项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自Ar雷射器、Kr雷射器和CO2雷射器其中 一种的雷射器。 28.如申请专利范围第1项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之氦-镉雷射器 、铜蒸汽雷射器和金蒸汽雷射器其中一种的雷射 器。 29.如申请专利范围第2项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之氦-镉雷射器 、铜蒸汽雷射器和金蒸汽雷射器其中一种的雷射 器。 30.如申请专利范围第3项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之氦-镉雷射器 、铜蒸汽雷射器和金蒸汽雷射器其中一种的雷射 器。 31.如申请专利范围第7项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之氦-镉雷射器 、铜蒸汽雷射器和金蒸汽雷射器其中一种的雷射 器。 32.如申请专利范围第8项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之氦-镉雷射器 、铜蒸汽雷射器和金蒸汽雷射器其中一种的雷射 器。 33.如申请专利范围第9项的方法,其中,该雷射光束 系振荡自选自连续振荡或脉波振荡之氦-镉雷射器 、铜蒸汽雷射器和金蒸汽雷射器其中一种的雷射 器。 34.如申请专利范围第1项的方法,其中,该雷射光束 经由一非线性光学元件而被转换成高次谐波。 35.如申请专利范围第2项的方法,其中,该雷射光束 经由一非线性光学元件而被转换成高次谐波。 36.如申请专利范围第3项的方法,其中,该雷射光束 经由一非线性光学元件而被转换成高次谐波。 37.如申请专利范围第7项的方法,其中,该雷射光束 经由一非线性光学元件而被转换成高次谐波。 38.如申请专利范围第8项的方法,其中,该雷射光束 经由一非线性光学元件而被转换成高次谐波。 39.如申请专利范围第9项的方法,其中,该雷射光束 经由一非线性光学元件而被转换成高次谐波。 40.如申请专利范围第1项的方法,其中,该半导体膜 为含矽的膜。 41.如申请专利范围第2项的方法,其中,该半导体膜 为含矽的膜。 42.如申请专利范围第3项的方法,其中,该半导体膜 为含矽的膜。 43.如申请专利范围第7项的方法,其中,该半导体膜 为含矽的膜。 44.如申请专利范围第8项的方法,其中,该半导体膜 为含矽的膜。 45.如申请专利范围第9项的方法,其中,该半导体膜 为含矽的膜。 46.如申请专利范围第1项的方法,其中,该半导体装 置被组合进选自由个人电脑、视频照相机、移动 式电脑、护目镜式显示器、使用记录媒体之播放 器、数位照相机、正投式投影机、背投式投影机 、移动式电话以及电子图书所组成之组的其中一 种之中。 47.如申请专利范围第2项的方法,其中,该半导体装 置被组合进选自由个人电脑、视频照相机、移动 式电脑、护目镜式显示器、使用记录媒体之播放 器、数位照相机、正投式投影机、背投式投影机 、移动式电话以及电子图书所组成之组的其中一 种之中。 48.如申请专利范围第3项的方法,其中,该半导体装 置被组合进选自由个人电脑、视频照相机、移动 式电脑、护目镜式显示器、使用记录媒体之播放 器、数位照相机、正投式投影机、背投式投影机 、移动式电话以及电子图书所组成之组的其中一 种之中。 49.如申请专利范围第7项的方法,其中,该半导体装 置被组合进选自由个人电脑、视频照相机、移动 式电脑、护目镜式显示器、使用记录媒体之播放 器、数位照相机、正投式投影机、背投式投影机 、移动式电话以及电子图书所组成之组的其中一 种之中。 50.如申请专利范围第8项的方法,其中,该半导体装 置被组合进选自由个人电脑、视频照相机、移动 式电脑、护目镜式显示器、使用记录媒体之播放 器、数位照相机、正投式投影机、背投式投影机 、移动式电话以及电子图书所组成之组的其中一 种之中。 51.如申请专利范围第9项的方法,其中,该半导体装 置被组合进选自由个人电脑、视频照相机、移动 式电脑、护目镜式显示器、使用记录媒体之播放 器、数位照相机、正投式投影机、背投式投影机 、移动式电话以及电子图书所组成之组的其中一 种之中。 图式简单说明: 图1系显示本发明之光学系统实例的图形; 图2系显示用以获得相对于被照射物体之雷射光束 入射角的图形; 图3系显示根据本发明在照射表面上所形成之雷射 光束的形状实例的图形; 图4系显示在使用多个雷射光束的情况下本发明的 一个光学系统实例的图形; 图5系显示在使用多个雷射光束的情况下本发明的 一个光学系统实例的图形; 图6系显示在使用多个雷射光束的情况下本发明的 一个光学系统实例的图形; 图7系显示一习如光学系统实例的图形; 图8A到8C系用以解释一图素TFT和一用于驱动电路之 TFT的制造步骤之剖面图; 图9A到9C系用以解释一图素TFT和一用于驱动电路的 TFT的制造步骤之剖面图; 图10系用以解释一图素TFT和一用于驱动电路的TFT 的制造步骤之剖面图; 图11系用以解释图素TFT结构的顶视图; 图12系一主动矩阵型液晶显示装置的剖面图; 图13系一发光装置之驱动电路和图素部分之剖面 结构图形; 图14A到14F系显示半导体装置实例的图形; 图15A到15D系显示半导体装置实例的图形; 图16A到16C系显示半导体装置实例的图形; 图17系显示藉由使用本发明来实施半导体膜结晶 化和透过SEM来观察半导体膜实例的图形; 图18系显示藉由使用本发明来实施半导体膜结晶 化和透过SEM来观察半导体膜实例的图形; 图19A到19H系显示藉由使用本发明来制造TFT实例的 图形; 图20A到20B系显示藉由使用本发明来制造TFT并测量 电气性能实例的图形; 图21A到21C系显示藉由使用本发明来制造TFT实例的 图形; 图22A到22B系显示藉由使用本发明来制造TFT并测量 电气性能实例的图形; 图23A到23B系显示藉由使用本发明来制造TFT并测量 电气性能实例的图形;以及 图24系显示本发明之光学系统实例的图形; 图25A到25C系显示TFT的ID-VG性能和对通道长度依赖 性的曲线图,该TFT系在结晶化过程中藉由将雷射光 束照射和使用具有催化作用之镍的热结晶法组合 起来予以制造的; 图26A到26C系显示在结晶化过程中使用雷射光束照 射制造之TFT的ID-VG性能和对通道长度依赖性的曲 线图; 图27系显示完全抑制型之膜厚为66 nm的TFT之ID-VG性 能的曲线图; 图28系显示局部空乏型之膜厚为150 nm的TFT之ID-VG性 能的曲线图。
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