CN1304548A - 激光热处理方法,激光热处理装置以及半导体装置 - Google Patents

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Abstract

把由波长350nm以上至800nm以下的脉冲激光光源(101)发生的聚光激光光束(102)成形为具有宽度(WO)和长度(LO)的线状光束(300),对形成于基板(203)的膜材料(201)照射线状光束(300),对非晶质或者多结晶的硅膜材料进行激光热处理。

Description

激光热处理方法，激光热处理装置以及半导体装置
技术领域
本发明涉及为了实现高迁移率的薄膜晶体管，形成结晶性良好的多结晶的硅膜的激光热处理方法、激光热处理装置以及使用该方法或装置制造的半导体装置。
背景技术
当前，液晶面板的像素部分通过玻璃或者合成石英的基板上的非晶质或者多结晶的硅膜制作的薄膜晶体管的通断来构成图像。如果在该面板上能够同时构成驱动像素晶体管的驱动电路(当前主要独立地设置在外部)，则将在液晶面板的制造成本可靠性等方面产生突出的优点。然而，当前构成晶体管的有源层的硅膜的结晶性差，因此以迁移率为代表的晶体管的性能差，难以制作要求高速性高性能性的集成电路。作为以实现高迁移率的薄膜晶体管为目的的改善硅膜的结晶性的方法，一般实施由激光进行的热处理。
以下说明硅膜的结晶性与薄膜晶体管的迁移率的关系。通过激光热处理得到的硅膜一般是多晶硅。在多结晶的结晶粒界中存在着结晶缺陷，这将阻碍薄膜晶体管的有源层的载流子移动。从而，为了提高薄膜晶体管的迁移率，可以减少载流子沿有源层移动过程中横跨过结晶粒界的次数，而且可以减少结晶缺陷密度。激光热处理的目的是形成结晶粒径大而且结晶粒界中的结晶缺陷少的多结晶的硅膜。
图11示出现有的激光热处理装置的一例。图11中，脉冲激光光源501作为热处理使用的激光器，是发出一般所使用的紫外线光的波长小于350nm的作为代表性的脉冲激光器的受激准分子激光器(KrF(波长：248nm)，XeCl(波长：308nm)等)光源。受激准分子激光器的光502从脉冲激光光源501射出。光束均化器503使受激准分子激光器的光502的强度分布均匀。聚光光学系统504把受激准分子激光器的光502聚光。作为激光热处理的对象配置了非晶质的硅膜505。非晶质的硅膜505形成在玻璃或者石英基板507上的基底氧化硅膜506上。
其次，说明现有的激光热处理方法。从脉冲激光光源501射出的受激准分子激光器的光502经过光束均化器503由聚光光学系统504照射到非晶质的硅膜505上。利用受激准分子激光器的光502的照射熔融照射区域中的非晶质的硅膜505上。然后，随着温度下降，熔融了的硅发生结晶化，形成多结晶的硅膜。这里，对于受激准分子激光器的光，由于硅具有非常高的吸收系数，因此即使很薄的硅膜也能够进行高效的热处理。然而，由于吸收系数过高，故激光在表面附近10nm附近被吸收。非晶质的硅膜505的熔融过程示于图12A～图12D。图12A示出沿以P所示的方向照射激光时，图12B示出照射数10ns后，图12C示出图12B之后进一步照射数10ns后，图12D示出结晶生长后的硅膜505的状态。激光照射时，硅膜505具有基于图12A所示的高斯光束剖面601的熔融深度分布以及温度分布，形成硅膜的熔融部分603。由于热一般以宽的角度传导，因此由于热传导，随着熔融深度的变深，如图12B所示，其分布逐渐衰减，最终如图12C所示成为均匀分布，形成硅膜的熔融部分603。从而，由于沿横向不存在温度分布，因此再结晶生长成为纵向生长，图12D所示那样得到的结晶粒604呈纵长状。即，对于载流子移动的面方向的结晶粒径减小。
图13示出把这样形成的多结晶硅膜作为有源层制作的MOS晶体管的迁移率(n沟道)对于激光器的照射能量密度的依存性。图13示出作为脉冲激光光源501(图11)使用KrF受激准分子激光器光源的结果，其脉冲时间宽度大约是15nsec(FWHM)。另外，氧化硅膜506，非晶质的硅膜505的厚度分别是200nm,50nm。这里，被激光照射的面积规定为由照射强度达到峰值的1/e2以上的部分构成的面积，照射能量密度从照射的激光能量算出。如由图13所知，在上述的激光热处理条件下，通过把受激准分子激光器的照射能量密度设定为230mJ/cm2可以得到最高迁移率为80cm2/Vs，另外在±5mJ/cm2的范围内可以得到最高迁移率的八成以上的迁移率。然而，在这种程度的迁移率下，用于制作高速、高性能的集成电路是不够的。另外，如从图13所见，迁移率对于激光能量密度的依存性很大，在把同样方法导入到生产线时，如果不能够继续严密地控制激光器输出以及光学系统的聚光性，则存在所制作的晶体管的特性分散的问题。考虑这是因为由于硅中的受激准分子激光器的光的吸收率很大，因微小的噪声能量密度的变化而使熔融状态不同导致再结晶过程发生变化的缘故。
从多结晶硅膜的大粒径化观点出发，使用波长350nm以上的长波长激光进行激光热处理的试验在论文层次(文献1(Appl.Phys.Lett.39,1981,p425-p427)，文献2(Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.4,1982,p523-528)，以及文献3(Vol.358,1995,p915-920))中完成。这里作为波长350nm以上的长波长激光，使用Nd：YAG激光器的第2高次谐波(波长：532nm)。在这些报告例中，照射位置中的光束剖面是轴对称高斯分布。如果依据文献1以及2，则使用Nd：YAG激光器的第2高次谐波的激光热处理的再结晶过程说明如下。使用图14A～图14G进行说明。如图14A所示，如果从聚光光学系统504沿以P所示的方向向硅膜505照射高斯分布剖面601的聚光激光光束611，则由于在硅膜505内形成极其接近于高斯分布的温度分布612，因此如图14B所示，在熔融状态下形成熔融部分613。在图14B中，在熔融深度浅的位置C上，主要起因于朝向基板一侧的热损失，沿纵向形成温度分布。其结果，如图14C所示那样结晶生长614向纵向三维地各向同性地产生，再结晶粒径被熔融深度的较浅部分所限制，成为数100nm小的粒径。然而，在图14B中由于到与基板的界面为止，熔融的部分D沿横向具有很大温度梯度，因此如图14D所示那样示出不同的再结晶过程615。即以基于纵向生长的小粒径结晶为种子向温度高的中心沿横向进行再结晶生长。其结果，在载流子移动的面内，形成数μm径的大结晶粒。
但是，在这些报告中，高斯光束剖面呈轴对称这一点成为很大的问题。由于照射位置下的剖面是轴对称，因此结晶粒616如图15所示，呈放射形地生长。从而，如果把该多结晶的硅膜用作有源层制作MOS晶体管，则成为如图16所示那样的结构。在图16中，晶体管具备源极701，漏极702，源极701与漏极702之间被夹持的沟道704和沿沟道704上横贯形成的栅极703。有源层包括源极701，漏极702以及沟道704，由多结晶的硅膜形成。在载流子移动的沟道704中的结晶粒616的方位不对齐，在方位不同的结晶粒616的边界面上载流子被散射，因此载流子的迁移率下降。另外，由于各个结晶粒呈中心对称地生长，因此在各个结晶粒之间易于发生间隙、即作为结晶缺陷一种的移位，导致结晶缺陷密度的增大。因此，激光热处理后的多晶硅硅膜质的面内均匀性非常差，没有制作了薄膜晶体管的报告例。
这里，说明硅膜厚与MOS晶体管的关系。一般，由于构成有源层的硅膜厚度越薄，则以dVG/d(logIDS)(VG：栅极电压，IDS：漏极电流)定义的s因子越小，因此阈值电压降低。其结果，晶体管的驱动电压降低，功耗很小。从而，在装到作为液晶面板的主要用途的便携信息终端设备中时，具有非常大的优点。然而，由于文献1以及2中使用的硅膜的膜厚是比较厚的0.2～1μm，阈值电压高，功耗大，因此予想不能起到作为晶体管的功能。
通常，为了进行大面积激光热处理，在使基板移动的同时进行激光热处理，而为了达到热处理后膜质的均匀性，一般使各个激光脉冲照射期间的基板的移动量比照射光束宽度窄，在同一个位置进行多次激光照射。如果依据文献3，向同一个位置的照射次数可以达到200次以上。这是以激光热处理后的硅膜的X线衍射峰值强度的增大以及电阻值的减少为根据的。在文献3中，没有谈到表面皲裂，然而一般情况下，如果增多照射次数，则表面皲裂增大，另外硅膜部分地从基板剥离。在把多结晶硅膜作为有源层制作共平面型或者正交错型MOS晶体管时，如果表面皲裂大，则存在栅极氧化膜短路的问题，另外如果硅膜部分地剥离，也往往不能够形成MOS晶体管。
在把现有的波长350nm以下的作为代表性的脉冲激光器的受激准分子激光器作为光源进行的热处理中，由于再结晶生长是纵向生长，因此结晶粒径小，存在只能够得到薄膜晶体管的迁移率为80cm2/Vs左右的低值这样的问题。另外，由于迁移率对于照射能量密度的依存性极大因此不能够得到恒定的迁移率，在所制作的晶体管的特性方面具有离散性也是一个问题。
另一方面，在以结晶粒的增大引起的薄膜晶体管的迁移率增大为目标的使用了现有的Nd：YAG激光器的第2高次谐波的激光热处理中，由于使用轴对称高斯光束，因此存在在各个结晶粒的方位未对齐而制作了薄膜晶体管时迁移率低、结晶粒界中的结晶缺陷密度高这样的问题。
另外，以提高结晶品质为目标，由于向同一个位置的激光照射次数达到200次以上，因此存在表面皲裂增大，MOS晶体管的栅极氧化膜短路，硅膜剥离从而不能够制作薄膜晶体管的问题。
本发明的目的在于提供形成用于制作高性能的薄膜晶体管而所需要的结晶性良好的薄膜的激光热处理方法。
另外，本发明的另一个目的在于提供生产率高，稳定的激光热处理方法。
本发明的再一个目的在于提供能够以低成本进行高速工作的半导体装置。
本发明的再一个目的在于提供实施形成结晶性良好的薄膜的激光热处理的激光热处理装置。
发明的公开
本发明一个方案的激光热处理方法具备把从作为波长350nm以上800nm以下的脉冲激光光源发生的激光光束成形为具有宽度和长度的线状光束的步骤和对基板上形成的膜材料照射线状光束的步骤。如果依据该激光热处理方法，则能够稳定地得到结晶的粒径大且品质高的薄膜。
在该本发明的激光热处理方法中，线状光束的长度最好是线状光束的宽度的10倍以上。这种情况下，能够可靠地进行结晶的横向生长，可以得到高品质的多结晶膜。
本发明另一个方案的激光热处理方法具备把作为从波长350nm以上至800nm以下的脉冲激光光源发生的激光光束成形为具有宽度和长度的线状光束的步骤和对基板上形成的膜材料照射线状光束的步骤，进而，线状光束沿横向具有3mJ/cm2/μm以上的能量密度梯度。如果依据该激光热处理方法，则能够稳定地得到结晶的粒径更大而且品质更高的薄膜。
在本发明另一个方案的激光热处理方法中，线状光束的宽度方向的能量密度分布的形状最好是大致高斯分布。这种情况下可以期待后退火的效果。
在本发明另一个方案的激光热处理方法中，线状光束的宽度方向的能量密度分布的形状最好是大致顶部平坦形。这种情况下，能够抑制成为磨蚀原因的峰值的高度，能够加大照射能量密度分布的梯度。
在本发明另一个方案的激光热处理方法中，线状光束的长度方向的能量密度分布最好是具有大致顶部平坦形状且在把平坦部分的平均强度取为1时标准偏差为0.3以下的分布。这时，缓和关于光束剖面照明光学系统性能的要求，能够降低成本。
在该本发明的激光热处理方法中，脉冲激光光源最好是把Nd离子掺杂或者Yb离子掺杂的结晶或者玻璃作为激励媒质的Q开关振荡固体激光器的高次谐波。这种情况下，能够进行高效稳定的热处理。
在本发明的激光热处理方法中，脉冲激光光源更理想的是Nd：YAG激光器的第2高次谐波或者第3高次谐波，Nd：玻璃激光器的第2高次谐波或者第3高次谐波，Nd：YLF激光器的第2高次谐波或者第3高次谐波，Yb：YAG激光器的第2高次谐波或者第3高次谐波，或者Yb：玻璃激光器的第2高次谐波或者第3高次谐波的某一种。这种情况下，能够以低成本进行稳定而且生产率高的热处理。
在该发明的激光热处理方法中，由脉冲激光光源发生的激光光束的每一个脉冲的能量最好是0.5mJ以上。这种情况下能够进行生产率高的热处理。
在该发明的激光热处理方法中，由脉冲激光光源发生的激光光束的脉冲时间宽度最好是小于200nsec。这种情况下能够进行有效的热处理。
在该发明的激光热处理方法中，作为膜材料最好使用非晶质或者多结晶的硅膜。这种情况下能够进行特性稳定的热处理。
在该发明的激光热处理方法中，非晶质或者多结晶的硅膜的膜厚最好是小于200nm。这种情况下，能够得到大的结晶粒，能够进行良好的激光热处理。
在该发明的激光热处理方法中，在非晶质或者多结晶的硅膜的同一位置照射的脉冲激光的脉冲数最好小于100个脉冲。这种情况下能够得到表面状态良好的多结晶膜。
在该发明的激光热处理方法中，照射到非晶质或者多结晶硅膜的表面的照射能量密度最好是1500mJ/cm2以下至100mJ/cm2以上。这种情况下，能够得到表面状态良好的多结晶膜。
本发明其它方案的半导体装置具备多个晶体管，该晶体管包括有源层，通过把由波长350nm以上800nm以下的脉冲激光光源发生的激光光束形成为具有宽度和长度的线状光束照射到基板上的膜材料上，从被热处理了的基板上的膜材料形成有源层，多个晶体管中的至少一个晶体管最好是在更高频率下工作的晶体管漏极电流的流动方向大致与线状光束的宽度方向平行。这种情况下，能够以低成本得到高速工作的装置。
本发明另一个方案的激光热处理装置具备波长350nm以上至800nm以下的脉冲激光光源和把由该脉冲激光光源发生的激光光束成形为线状光束的光束成形光学装置。通过使用该激光热处理装置，在多结晶薄膜的制作中，能够进行高品质的热处理。
在该发明的激光热处理装置中，脉冲激光光源最好是把Nd离子掺杂或者Yb离子掺杂的结晶或者玻璃作为激光激励媒质的开关振荡固体激光器的高次谐波。这种情况下，能够提供稳定的装置。
在该发明的激光热处理装置中，脉冲激光光源更理想是Nd：YAG激光器的第2高次资谐波或者第3高次谐波，Nd：玻璃激光器的第2高次谐波或者第3高次谐波，Nd：YLF激光器的第2高次谐波或者第3高次谐波，Yb：YAG激光器的第2高次谐波或者第3高次谐波，或者Yb：玻璃激光器的第2高次谐波或者第3高次谐波的某一种。这种情况下，能够以低成本提供稳定高效的装置。
附图的简单说明
图1作为该发明的实施形态示出激光热处理装置的概念性结构。
图2是示出实施图1的激光热处理的目标的结构的模式剖面图。
图3示出向同一位置多次照射激光的状态。
图4A示意性地示出本发明的线状光束剖面，图4B示意性地示出基板上的膜材料熔融的状态。
图5是示出根据本发明的激光热处理方法形成的多结晶硅膜的示意图。
图6示出把根据本发明的激光热处理方法得到的多结晶的硅膜用作为有源层制作的NMOS晶体管的迁移率对于照射能量密度的依存性。
图7是示出把根据本发明的激光热处理方法形成的多结晶的硅膜用作有源层制作的MOS晶体管的示意图。
图8是示出具有干涉的线状光束剖面的线方向的光束强度分布的示意图。
图9是示出基于本发明的激光热处理方法的再结晶过程的示意图。
图10按照每一个照射能量密度梯度示出把根据本发明的激光热处理方法得到的多结晶的硅膜用作有源层制作的NMOS晶体管的迁移率对于照射能量密度的依存性。
图11示出基于受激准分子激光器的现有的激光热处理装置的概念性结构。
图12A～图12D示意性地说明基于受激准分子激光器的现有的热处理过程。
图13示出把根据受激准分子激光器热处理得到多结晶的硅膜用作有源层制作的现有的NMOS晶体管的迁移率对于照射能量密度的依存性。
图14A～图14D示意性地说明基于现有的Nd：YAG激光器的第2高次谐波的热处理过程。
图15是示出基于现有的高斯型剖面的Nd：YAG激光器的第2高次谐波的热处理形成的结晶粒的示意图。
图16是示出把基于现有的高斯型剖面的Nd：YAG激光器的第2高次谐波的热处理形成的多结晶膜用作为有源层制作的MOS晶体管的示意图。
用于实施发明的最佳形态
实施形态1
图1是把本发明的激光热处理方法具体化了的装置的结构图。  图1中，作为脉冲激光光源Nd：YAG激光器的第2高次谐波振荡装置101射出激光(波长为532nm)102。可变衰减器103是用于调整激光102的强度的装置。线状光束成形光学系统104用于把激光102变换为线状光束。靶200设置在移动台105上。激光102用可变衰减器103调整到预定的强度以后，入射到线状光束成形光学系统104。利用线状光束成形光学系统104变换为线状的激光剖面以后，照射到靶200上，进行激光热处理。靶200的基板设置在移动台105上，在激光照射时基板能够移动。另外，靶200的详细情况示于图2中。如图2所示，在玻璃基板203上作为基底膜202由CVD(化学汽相淀积)法形成厚度200nm的氧化膜硅膜，在其上面，作为基板上的膜材料，利用LPCVD(低压CVD)形成厚度70nm的非晶质的硅膜201作为靶200。
在使移动台移动的同时，激光光束朝向与具有大致矩形的横剖面的线状光束的长度方向正交的方向、即线状光束的宽度方向进行照射。在激光照射的各个脉冲间隔内，如果使支架移动的距离比线状光束的宽度长，则激光器向同一个位置的脉冲的照射次数为1次，如果比线状光束的宽度短，则如图3所示成为在同一位置多次照射激光。图3中，激光脉冲向以P表示的方向照射。通过在使基板203向以Q表示的方向移动的同时，向以P表示的方向照射激光脉冲，由此，上上次的脉冲具有以P1表示的激光光束剖面，上一次的脉冲具有以P2表示的激光光束剖面，当前的脉冲具有以P3表示的激光光束剖面。各个脉冲的激光光束剖面由于具有重叠部分，因此在硅膜201的同一位置上多次照射激光。
图4A～图4D示出照射激光光束非晶质的硅膜201熔融时的概念图。利用位于图1的线状光束成形光学系统104输出部分的聚光透镜1041，在非晶质的硅膜201上聚光并且照射具有长度L0和宽度W0的线状光束300。聚光激光光束剖面301如用图4A中的虚线所示，线状光束300的长度方向L是作为均匀剖面的顶部平面形，宽度方向W的剖面例如是高斯分布形。本发明中，如果使用基于Nd：YAG激光器的第2高次谐波的线状光束的热处理方法，则由于对于非晶质的硅膜的第2高次谐波的吸收系数小因此对于膜厚方向大致均匀地加热，由激光照射发生的硅膜201内的横向温度分布302仅形成在与线状光束300的长度方向正交的方向。从而，如图4B所示，作为基板上膜材料的非晶质的硅膜201的某种强度以上的光束在深度方向总体上熔融。即，扩展到整个深度方向，产生线状分布的熔融部分303。由此，由于在深度方向以及线状光束300的长度方向L上温度分布少，因此结晶生长成为向线状光束300的宽度方向W的一维横向生长，结晶粒径形成数μm左右的大结晶粒。另外，激光热处理后形成的多结晶硅膜的结晶粒306如图5所示，在与线状光束的长度方向相正交的作为结晶生长方向的线状光束宽度方向W、即移动台的移动(扫描)方向上对齐。
这里必须注意的一点是以往至今一直在受激准分子激光器的热处理中使用线状光束，而这一点是根据与本发明完全不同的概念进行的。如使用图12A～图12D说明基于受激准分子激光器的再结晶生长那样，由于是对于膜的厚度方向的生长因此各个结晶粒的面内方位不规则，边界面处的结晶方位是随机的，因此不能够如本发明的基于Nd：YAG激光器的第2高次谐波的线状光束的热处理的情况那样去除各个结晶粒的边界面中的结晶方位的偏移，从这方面看，在获得晶体管的高迁移率方面本质上也具有界限。在受激准分子激光器热处理中使用线状光束只是为了确保膜质的面内均匀性并且提高生产率。与此不同，如果依据本发明，通过在基于Nd:YAG激光器的第2高次谐波的热处理中使用线状光束，形成品质高而且粒径大的结晶，成功地增加了晶体管的迁移率。
以下，说明本发明的实际数据。作为脉冲激光光源所使用的Nd：YAG激光器的第2高次谐波的脉冲能量是20mJ/pulse，脉冲时间宽度是60nsec(FWHM)。另外，在硅膜表面内的照射面积是50μm×10μm，通过使用图1所示的可变衰减器103调整激光的能量，在照射能量密度为300～1500mJ/cm2的范围内进行了实验。在硅膜上的同一位置进行20次激光照射。另外，环境气氛是大气，基板温度是室温。
在以上的条件下，进行非晶质的硅膜的激光热处理，制作了以根据其结果得到的多结晶的硅膜构成有源层的平面型MOS晶体管。使晶体管的漏极电流的方向成为光束的宽度方向，即结晶生长的方向。沟道的长度以及宽度分别是5μm以及10μm。图6中示出n-沟道迁移率对于照射能量密度的依存性。
过去没有把基于Nd：YAG激光器的第2高次谐波的激光热处理形成的玻璃基板上的多结晶硅膜作为有源层制作薄膜晶体管的报告例，本发明是首次。如图6所示，照射强度是600mJ/cm2以上，作为MOS晶体管的n-沟道迁移率达到接近200cm2/Vs的值，可以确认具有基于受激准分子激光器情况下的2倍的性能。晶体管的迁移率对于照射能量密度的依存性非常平滑，迁移率成为最高迁移率的80％以上照射能量密度的允许范围成为±200mJ/cm2以上，极其宽。
与此不同，把基于受激准分子激光器热处理的多结晶的硅膜用作为MOS晶体管的n-沟道迁移率的最高值如前面图13中所示那样，在照射能量密度为230mJ/cm2下仅是80cm2/Vs左右。迁移率对于照射能量密度的依存性非常大，如果允许迁移率成为最高迁移率的80％以上的照射能量密度的范围，则允许范围成为±5mJ/cm2，极为狭窄。这一点在实际生产时将成为很大的问题。另外，由于可以得到最高迁移率的照射能量密度230mJ/cm2中的多结晶硅膜的结晶粒径是纵向生长，因此为很小的数，约100nm左右。
这样，在使用了Nd：YAG激光器的第2高次谐波的情况下，与受激准分子激光器的情况相比较可知，照射强度的允许范围也扩大数10倍。即，可知具有掩盖基于激光器的热处理在稳定性上存在缺陷的常识的划时代的特长，在生产过程中，可以得到以往无法设想的稳定性和可靠性。另外，如果利用Nd：YAG激光器的第2高次谐波，则由于再结晶生长是横向生长，因此可以得到结晶粒径为数μm左右的比基于受激准分子激光器大1位这样的激光热处理下的极大优点。
另外，作为膜材料，在这里说明了硅，当然也可以对于碳化硅(SiC)，或者仅由碳构成的材料，或者化合物半导体，或者介质化合物，或者高温超导化合物实施激光热处理，具有可以得到大结晶粒径这样的相同效果。
实施形态2
在实施形态2中说明在实施形态1中说明过的热处理了的基板材料上制作的半导体装置。把在实施形态1中说明过的利用Nd：YAG激光器的第2高次谐波进行热处理形成了的多结晶硅膜用作为有源层，如图7所示构成MOS晶体管元件。在有源层中，形成源极401，漏极402和夹在源极401与漏极402之间的沟道404。横跨沟道404的上面形成栅极403。如果构成晶体管，使得线状光束的宽度方向W，即再结晶生长的方向成为漏极电极的流动方向C，则由于没有各个结晶粒306的边界面中的结晶方位的偏移，因此，载流子在边界面上不散射，由于粒界极为狭窄，所以结晶粒界中的结晶缺陷密度也减小，显著地提高晶体管的迁移率。从而，在基板上制作的晶体管内，如果把高次谐波下工作的晶体管制作成使得线状光束的宽度方向W，即结晶生长的方向成为漏极电流的流动方向，则能够提供在更高频率下进行工作的装置。另外，在基于本发明的方法中，并不只是结晶粒加大，晶体管的迁移率增大，而且具有对于激光照射能量密度可以得到的晶体管的最大迁移率的条件不是临界值、即使激光的强度稍有变化也能够得到稳定特性的晶体管这样的极大优点。
实施形态3
在实施形态3中，说明线状光束的形状。对于线状的照射区域，在实施形态1的实验中以照射50μm×10μm的区域进行，而如上所述，由激光照射发生的硅膜内的横向温度分布仅形成在与线状光束的长度方向相正交的方向且结晶生长沿一维方向产生是主要的情况发生于照射区域的长度对于宽度的比是10倍左右以上时。即，在照射位置处的激光的宽度是50～100μm，长度是1mm以上即可。
实施形态4
在实施形态4中，说明实施形态1的激光热处理的照射强度。首先，说明有关基于Nd：YAG激光器的第2高次谐波的激光热处理照射强度的上限值。在提高照射能量密度的情况下，如果超过1500mJ/cm2则硅膜磨蚀，从基板完全被剥离下来。从而，激光的照射能量密度必须是1500mJ/cm2以下。关于照射强度的下限值，观测到在大致100mJ/cm2以上时非晶质的硅膜发生多结晶化，如果是该值以上的照射强度则能够得到热处理的效果。如果考虑到结晶粒的大小或者制作半导体元件时的晶体管的迁移率，最好是400mJ/cm2以上。
实施形态5
在本实施形态5中，说明实施形态1的激光热处理中的向同一位置的激光照射次数。在关于本发明进行的照射实验中，在100次以上的照射次数下可以发现剧烈的表面粗糙或者由磨蚀引起的部分膜的剥离，不能够制作薄膜晶体管。引起这样的表面粗糙或者磨蚀的原因在于硅膜一侧与激光一侧这两者。硅膜一侧的原因是由膜厚的不均匀性、膜密度的不均匀性引起的激光照射时的热分布不均匀。作为激光一侧的原因，在于斑点等干涉引起的在光束剖面中重叠发生波纹。图8示出该状况。图8示出线状光束剖面的长度方向的详细分布，由于干涉产生波纹，该方向的分布稍有不均匀。根除这样的原因非常困难。实际上，重复表面粗糙在第1次照射下轻微发生、其成为第2次照射时的不均匀性这样的恶性循环，如果照射次数增多则根据相乘效果表面粗糙加剧。确认了通过把照射次数限定在100次以下、表面粗糙在制作薄膜晶体管方面不致产生障碍。
实施形态6
在实施形态6中，说明作为实施形态1的激光热处理的靶的非晶质或者多结晶的硅膜的膜厚。在使玻璃基板移动的同时进行激光热处理的情况下，由于对于同一位置多次照射激光，因此反复进行热处理。首先，通过最初的几次激光照射形成粒径大的多结晶的硅膜。其结果，与良好的结晶部分相比较，结晶粒界等的结晶缺陷部分一般吸收系数较高。即由于结晶缺陷部分吸收更多的激光，因此结晶缺陷部分优先被热处理，能够有效地进行缺陷补偿。由此，光到达何种深度是非常重要的。对于物质的光的渗透长度用光强度成为1/e的深度来定义，而对于多结晶的Nd:YAG激光器的第2高次谐波的浸透长度是100～200nm左右。从而，如果非晶质或者多结晶的硅膜的膜厚小于200nm，最好小于100nm，则形成结晶缺陷有效被降低了的多结晶硅膜。
实施形态7
在实施形态7中，说明实施形态1中的激光热处理中的照射激光的脉冲时间宽度的影响。为了基本上对非晶质的硅膜进行热处理，需要以对其表面没有磨蚀的一定以下的峰值功率以内提供供给熔融所必需的热能的脉冲时间宽度。反之，如果满足一定的熔融条件，只是把脉冲时间宽度延长到所需要的以上而不必要地增大激光输出，则将使作为生产装置的效率、生产率降低。在本次实验中，以60ns的脉冲宽度进行了实验，而为了平缓地进行再结晶时的冷却过程以获得改善结晶的品质的效果，如果以小于60ns数倍的200ns，最好以60ns的2倍左右的100ns下进行，则能够进行不存在磨蚀而且高效的热处理。
实施形态8
在实施形态8中，说明实施形态1中的激光热处理的激光的能量。在本实施形态1的实验中，在照射位置下的每一个脉冲的能量强度为800mJ/cm2时可以得到最佳特性，而这时的全部照射能量是4mJ/pulse。激光从振荡装置射出以后，在中途的光学系统中损耗10～20％。即，由振荡装置射出的激光的能量可以是5mJ/pulse以上。激光的每个脉冲的能量越高，则越能够照射广泛的照射面积，本发明的情况下，能够把线状光束的长度加长，能够提高生产率。另外，上述的线状光束的下限值，即为了以宽度50μm照射长度1mm的区域照射激光，需要最低0.5mJ/pulse的激光振荡装置。进而，从生产率来讲，如果可以用一次脉冲对25mm(1英寸)长度的区域照射，由于例如作为所制作的半导体装置，能够以一个光束的扫描来处理对角约为1.3英寸左右的薄膜晶体管(TFT)的区域，因而将非常有利。这时，需要15mJ/pulse的激光振荡装置。如上所述，发挥本发明线状光束的效果的是0.5mJ/pulse以上的激光振荡装置，而从生产率出发，最好是15mJ/pulse以上的激光振荡装置。
实施形态9
在实施形态9中，说明实施形态1的激光热处理中使用的激光器。在实施形态1中说明了基于Nd：YAG第2高次谐波的激光照射。由于Nd：YAG的第2高次谐波可以得到效果良好而且高输出的激光，因此具有可以使热处理的生产率良好的优点。如果依据本发明的宗旨，则关于进行照射的激光器，只要是基本上通过由对于非晶质的硅膜的激光的吸收率决定具有相同等级的吸收率的350nm～820nm的脉冲激光，则都可以得到能够制作大结晶粒径的膜的效果。从而，不只是可使用Nd：YAG激光器的第2高次谐波，也可以使用其它Nd离子掺杂的固体激光器的高次谐波，即、Nd：YAG激光器的第3高次谐波，Nd：玻璃激光器的第2或者第3高次谐波，Nd：YLF激光器的第2或者第3高次谐波，Yb：YAG或者Yb：玻璃这样的Yb离子掺杂的固体激光器的第2或者第3高次谐波，Ti：蓝宝石激光器的基波或者第2高次谐波进行热处理。这些固体激光器能够产生高效而且稳定的振荡。另外，特别是把YAG或者YLF这样的结晶作为媒体的固体激光器中能够提高脉冲振荡的脉冲重复周期，具有能够提供生产率高的激光的优点。
实施形态10
迄今为止，使用受激准分子激光器进行了基于线状光束剖面的激光热处理，而这是与基于波长350nm以上的激光热处理根本不同的概念进行的。由于基于波长350nm以上的激光热处理在再结晶过程中对于作为膜的面内方向的横向产生再结晶生长，因此能够实现大结晶粒径，而由于基于受激准分子激光器的热处理是对于作为膜厚度方向的纵向的生长，因此难以实现大粒径化。基于线状光束的受激准分子激光器的热处理只是为了谋求提高激光热处理后的膜质的面内均匀性以及生产率的提高。
以上所述的基于波长350nm以上的激光热处理中的横向生长的过程对于硅膜内沿横向形成的温度分布影响很大。即，对于所照射的线状光束的宽度方向的能量密度分布影响很大。由激光照射导入到硅膜内的热均匀地向基板散逸。即，硅膜内的横向温度分布均匀地降低。如图9所示，由激光进行热处理的硅膜201由熔融部分(液相)2011和固相2012组成。硅膜201的熔融部分2011内首先从温度低于熔点部分开始，朝向随后温度低于熔点的部分沿横向以2014所示的方向结晶生长。而且该结晶生长2014被在温度冷却的过程中因自然核发生生成的微结晶2013而遮挡住其行进，停止横向结晶生长。即，虽然尽可能在到引起自然核发生为止的时间内结晶粒可以较长地生长，然而为此要求提高结晶生长速度。一般，在某个微小区域中的结晶生长速度v由v=kΔT/Δx表示。这里，k是速度常数，ΔT是微小区域中的温度差，Δx是微小区域的宽度。即，在关于硅膜内的横向存在温度分布时，如果作为熔点以上的温度的区域中的温度分布是陡峭的梯度，则结晶生长速度加快，其结果，能够形成结晶粒径大的多结晶硅膜。关于作为现实问题的硅膜内的横向温度分布的陡峭梯度化，能够通过使靶表面的照射能量能量密度分布成为陡峭梯度而实现。
以下，说明基于本发明的实际数据。如使用图1～图5所说明过的那样，与实施形态1相同地进行激光热处理。作为所使用的脉冲激光光源，Nd：YAG激光器的第2高次谐波的脉冲能量是20mJ/pulse，脉冲时间宽度是60nsec(FWHM)。另外，在硅膜表面的激光照射面积是50μm×10mm或者250μm×10mm，通过图1所示的可变衰减器103调整激光的能量，使照射能量密度处于300～1000mJ/cm2(以光束照射面积除全部照射能量的值)的范围进行了实验。该实验是在线状光束的横向的照射能量密度分布梯度的最大值是4mJ/cm2/μm(是照射面积：250μm×10mm，照射能量密度800mJ/cm2的值)和30mJ/cm2/μm(是照射面积：50μm×10mm，照射能量密度800mJ/cm2下的值)下进行的。对硅膜上的同一位置的激光照射次数取为20次。另外，环境气氛是大气，基板温度是室温。
这里，说明照射能量密度分布梯度的决定方法。首先，测定非晶质的硅膜表面的照射位置中的线状光束剖面，即照射能量密度分布。这里，把照射能量密度分布定为将对于某个微小部分照射的一个脉冲中的能量换算为每个单位面积的量的分布。单位通常用mJ/cm2表示。使用由发光二极管一维阵列构成的线状图形传感器，对于线状光束的长度方向和宽度方向进行测定。根据这样的实测得到的二维的照射能量密度分布是相对值，还不具有绝对的数值。把由实测得到的二维的照射能量密度分布对于面积进行积分求得积分值。另外，如果对实测的照射能量分布进行添值，使得根据功率仪器等测定激光光束总体能量的测定器进行测定的激光光束总体的每一个脉冲的能量与前面测定的积分值相等，则作为绝对值可以得到照射能量密度分布。照射能量密度分布的梯度是把这样得到的照射能量密度分布的绝对值对于位置进行微分的结果。在以上的条件下，进行了非晶质的硅膜的激光热处理。其结果得到的多结晶的硅膜的结晶粒径在线状光束宽度方向的照射能量密度分布的梯度的最大值为4mJ/cm2/μm(照射强度800mJ/cm2的值)的情况下扫描了光束剖面方向的结晶粒的长度为1μm左右，而对于30mJ/cm2/μm(照射强度800mJ/cm2的值)的情况，成为3μm左右大到3倍的值。这是由再结晶生长速度依存于基于照射能量密度分布的温度分布的急剧差异产生的区别引起的结果。制作了使用这些多结晶硅膜构成有源层的MOS晶体管。使得MOS晶体管漏极电流流动的方向成为扫描光束的方向，即结晶生长的方向。
沟道长度以及宽度分别是5μm以及10μm。n-沟道的迁移率对于照射能量密度的依存性示于图10。如图10所示，对于照射强度800mJ/cm2下的线状光束宽度方向的照射能量密度分布的梯度的最大值为4mJ/cm2/μm(照射强度为800mJ/cm2的值)，在照射强度为600mJ/cm2(在照射能量密度分布梯度的最大值为3mJ/cm2/μm)以上时，MOS晶体管的n-沟道的迁移率成为100cm2/Vs左右，是稍低的值，而对于30mJ/cm2/μm(照射强度为800mJ/cm2的值)，迁移率成为200cm2/Vs，达到非常高的值。这样，根据照射能量密度的梯度的差别MOS晶体管的迁移率差别，很大，这一点起因于由于结晶粒的长度不同在MOS晶体管的有源层中载流子横跨结晶粒界的次数不同。为了制作要求高速·高性能的集成电路，需要大致100cm2/Vs的迁移率。从而，需要使用照射能量密度分布的梯度的最大值大致为3mJ/cm2/μm以上的线状光束剖面进行激光热处理。
另外，作为膜材料，在这里说明了硅，当然对于由碳化硅(SiC)，或者仅由碳构成的材料，或者化合物半导体，或者介质化合物，或者高温超导化合物实施上述那样的激光热处理，也具有可以得到大结晶粒径这样的相同效果。
在实施形态10中，是把线状光束的宽度方向的剖面取为高斯分布。如果把宽度方向剖面取为高斯分布，则在激光热处理时将带来非常良好的效果。如果与线状光束的扫描方向一致的宽度方向的剖面是高斯分布形，则如在图9中所示那样，把硅膜加热到熔点以上使其熔融的激光强度分布使具有阈值以上强度的中心区域外侧的激光的能量也照射到硅膜上，虽然处在熔点以下但是仍然加热硅膜。即，在对于扫描的行进方向处在相反一侧，具有熔融阈值以下的激光强度的部分具有施加后退火的效果。
后退火具有进一步提高再结晶后的多结晶硅膜的结晶性的效果。由于Nd：YAG激光器的第2高次谐波对于硅的吸收系数低，因此在硅膜中以激光强度成为1/e而定义的渗透长度是100nm以上。从而，直到再结晶后的硅膜的大致背面部分进行结晶缺陷补偿，使结晶性进一步良好。该结果在当前进行的基于受激准分子激光器的热处理中是不能期待的。这是因为受激准分子激光器对于硅的吸收系数非常高，渗透长度仅为10nm左右。
实施形态11
在实施形态11中，说明把实施形态10的激光热处理中的线状光束的宽度方向的能量密度分布形状取为顶部平坦形的情况。在使线状光束的宽度方向的照射能量密度的梯度陡峭的情况下，伴随着梯度陡峭的同时峰值也升高。如果峰值过高，则硅膜被磨蚀，硅膜从基板剥离，不能够制作薄膜晶体管。从而，在梯度的陡峭化的同时需要抑制峰值。作为满足以上条件的剖面，顶部平面形最为适宜。
实施形态12
在实施形态12中，说明实施形态10的激光热处理中的线状光束的长度方向的能量分布形状。在实施形态10中，长度方向的能量分布形状是顶部平坦形，而由于起因于激光的相干性干涉，难以获得完全均匀的剖面，实际上如图8所示成为多少重叠了波纹的剖面。如从图10所知的使用基于Nd：YAG激光器的第2高次谐波的激光热处理得到的多结晶的硅膜制作的MOS晶体管的特性那样，在600mJ/cm2以上对于照射能量密度成为恒定的特性。从而，在把线状光束的长度方向的能量分布的平坦部分的强度取为1的情况下，标准偏差可以是0.3以下，最好是0.2以下。
实施形态13
在实施形态10的激光热处理中，也与实施形态1的激光热处理相同，能够应用分别在实施形态2～9的每一个中叙述的半导体装置、线状光束的形状、照射强度、向同一个位置的激光照射次数、非晶质或者多结晶的硅膜的膜厚、照射激光的脉冲时间宽度、激光的能量以及激光器。
应该考虑，以上公开的本实施形态在所有的各点都是例示性而并不是限制性的。本发明的范围不是由以上的实施形态、而是由权利要求来表示，包括与权利要求均等的意义以及范围内的所有的修正或者变更。
产业上的可利用性
本发明的激光热处理方法和激光热处理装置可以用于例如为了实现应用于液晶面板的像素部分的高迁移率的薄膜晶体管而形成结晶性良好的多结晶的硅膜的方面。另外，使用本发明的激光热处理方法或者激光热处理装置制造的半导体装置例如能够应用于构成液晶面板的像素部分的薄膜晶体管中。

Claims (18)

1．一种激光热处理方法，其特征在于，具备：
把由波长350nm以上至800nm以下的脉冲激光光源(101)发生的激光光束(102)成形为具有宽度(W0)和长度(L0)的线状光束(300)的步骤；以及
对形成于基板(203)上的膜材料(201)照射上述线状光束(300)的步骤。
2．如权利要求1所述的激光热处理方法，其特征在于：
上述线状光束(300)的长度(L0)是上述线状光束(300)的宽度(W0)的10倍以上。
3．如权利要求1所述的激光热处理方法，其特征在于：
上述线状光束(300)沿宽度方向(W)具有3mJ/cm2/μm以上的能量密度梯度。
4．如权利要求3所述的激光热处理方法，其特征在于：
上述线状光束(300)的宽度方向(W)的能量密度分布形状呈近似高斯分布形。
5．如权利要求3所述的激光热处理方法，其特征在于：
上述线状光束(300)的宽度方向(W)的能量密度分布的形状呈近似顶部平坦形。
6．如权利要求3所述的激光热处理方法，其特征在于：
上述线状光束(300)长度方向(L)的能量密度分布是具有近似顶部平坦形的形状且在把平坦部分的平均强度取为1时标准偏差为0.3以下的分布。
7．如权利要求1所述的激光热处理方法，其特征在于：
上述脉冲激光光源(101)是把Nd离子掺杂或者Yb离子掺杂的结晶或者玻璃作为激励媒质的Q开关振荡固体激光器的高次谐波。
8．如权利要求7所述的激光热处理方法，其特征在于：
上述脉冲激光光源(101)是从由Nd：YAG激光器的第2高次谐波、Nd：YAG激光器的第3高次谐波、Nd：玻璃激光器的第2高次谐波、Nd：玻璃激光器的第3高次谐波、Nd：YLF激光器的第2高次谐波、Nd：YLF激光器的第3高次谐波、Yb：YAG激光器的第2高次谐波、Yb：YAG激光器的第3高次谐波、Yb：玻璃激光器的第2高次谐波以及Yb：玻璃激光器的第3高次谐波所组成的组中选择出的某一种。
9．如权利要求1所述的激光热处理方法，其特征在于：
由上述脉冲激光光源(101)发生的激光光束(102)的每一个脉冲的能量是0.5mJ以上。
10．如权利要求1所述的激光热处理方法，其特征在于：
由上述脉冲激光光源(101)发生的激光光束(102)的脉冲时间宽度小于200nsec。
11．如权利要求1所述的激光热处理方法，其特征在于：
上述膜材料(201)是非晶质或者多结晶的硅膜。
12．如权利要求11所述的激光热处理方法，其特征在于：
上述非晶质或者多结晶的硅膜的膜厚小于200nm。
13．如权利要求11所述的激光热处理方法，其特征在于：
对上述非晶质或者多结晶的硅膜的同一位置照射的脉冲激光的脉冲数是100个脉冲以下。
14．如权利要求11所述的激光热处理方法，其特征在于：
在上述非晶质或者多结晶的硅膜的表面上的照射能量密度是1500mJ/cm2以下至100mJ/cm2以上。
15．一种半导体装置，其特征在于：
具备多个晶体管，该晶体管包括有源层(401,402,404)，通过把由波长350nm以上至800nm以下的脉冲激光光源(101)发生的激光光束(102)成形具有宽度(W0)和长度(L0)的线状光束(300)并照射到基板(203)上的膜材料(201)上，由已被热处理的上述膜材料(201)形成上述有源层(401，402，404)，上述多个晶体管中的至少一个上述晶体管的漏极电流的流动方向(C)大致与上述线状光束(300)的宽度方向(W)平行。
16．一种激光热处理装置，其特征在于，具备：
波长350nm以上至800nm以下的脉冲激光光源(101)；以及把由该脉冲激光光源(101)发生的激光光束(102)成形为线状光束(300)的线状光束成形光学装置(104)。
17．如权利要求16所述的激光热处理装置，其特征在于：
上述脉冲激光光源(101)是把Nd离子掺杂或者Yb离子掺杂的结晶或者玻璃作为激光激励媒质的Q开关振荡固体激光器的高次谐波。
18．如权利要求17所述的激光热处理装置，其特征在于：
上述脉冲激光光源(101)是从由Nd：YAG激光器的第2高次谐波、Nd：YAG激光器的第3高次谐波、Nd：玻璃激光器的第2高次谐波、Nd：玻璃激光器的第3高次谐波、Nd：YLF激光器的第2高次谐波、Nd：YLF激光器的第3高次谐波、Yb：YAG激光器的第2高次谐波、Yb：YAG激光器的第3高次谐波、Yb：玻璃激光器的第2高次谐波以及Yb：玻璃激光器的第3高次谐波所组成的组中选择出的某一种。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100336164C (zh) * 2001-12-11 2007-09-05 株式会社半导体能源研究所 半导体装置的制造方法
US7294538B2 (en) 2002-10-22 2007-11-13 Samsung Electronics Co., Ltd Method of polycrystallization, method of manufacturing polysilicon thin film transistor, and laser irradiation device therefor
CN100351694C (zh) * 2004-02-26 2007-11-28 友达光电股份有限公司 液晶显示装置及其制造方法
CN100378919C (zh) * 2002-10-29 2008-04-02 住友重机械工业株式会社 结晶膜以及利用激光制造结晶膜的方法
US7410889B2 (en) 2005-12-12 2008-08-12 Industrial Technology Research Institute Method of fabricating a poly-silicon thin film
US7470602B2 (en) 2002-10-29 2008-12-30 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Crystalline film and its manufacture method using laser
CN102755837A (zh) * 2012-07-16 2012-10-31 济南大学 一种改善有机纳滤膜分离性能的方法
CN104160489A (zh) * 2012-04-18 2014-11-19 应用材料公司 先进退火工艺中减少颗粒的设备和方法
CN110752506A (zh) * 2018-06-04 2020-02-04 Ii-Vi特拉华有限公司 使用相同材料形成的激光面和钝化装置的移位预处理
CN114447746A (zh) * 2020-10-30 2022-05-06 中国科学院大连化学物理研究所 一种随机激光器、频率变换装置以及生成随机激光的方法

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6737672B2 (en) * 2000-08-25 2004-05-18 Fujitsu Limited Semiconductor device, manufacturing method thereof, and semiconductor manufacturing apparatus
JP4659300B2 (ja) 2000-09-13 2011-03-30 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法及び半導体チップの製造方法
KR100473245B1 (ko) 2000-10-06 2005-03-10 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 다결정 실리콘막의 제조 방법, 제조 장치 및 반도체장치의 제조 방법
JP4860833B2 (ja) * 2001-04-10 2012-01-25 ゲットナー・ファンデーション・エルエルシー 薄膜トランジスタの製造方法
TWI326626B (en) * 2002-03-12 2010-07-01 Hamamatsu Photonics Kk Laser processing method
EP2400539B1 (en) 2002-03-12 2017-07-26 Hamamatsu Photonics K.K. Substrate dividing method
EP2216128B1 (en) 2002-03-12 2016-01-27 Hamamatsu Photonics K.K. Method of cutting object to be processed
ES2230415T3 (es) * 2002-05-16 2005-05-01 Leister Process Technologies Procedimiento y dispositivo para la union de materiales de plastico con alta velocidad de soldadura.
JP4373063B2 (ja) * 2002-09-02 2009-11-25 株式会社半導体エネルギー研究所 電子回路装置
US20040087116A1 (en) * 2002-10-30 2004-05-06 Junichiro Nakayama Semiconductor devices and methods of manufacture thereof
US7097709B2 (en) * 2002-11-27 2006-08-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Laser annealing apparatus
TWI520269B (zh) 2002-12-03 2016-02-01 Hamamatsu Photonics Kk Cutting method of semiconductor substrate
FR2852250B1 (fr) * 2003-03-11 2009-07-24 Jean Luc Jouvin Fourreau de protection pour canule, un ensemble d'injection comportant un tel fourreau et aiguille equipee d'un tel fourreau
US8685838B2 (en) * 2003-03-12 2014-04-01 Hamamatsu Photonics K.K. Laser beam machining method
JP4589606B2 (ja) * 2003-06-02 2010-12-01 住友重機械工業株式会社 半導体装置の製造方法
JP4408667B2 (ja) * 2003-08-22 2010-02-03 三菱電機株式会社 薄膜半導体の製造方法
JP4408668B2 (ja) * 2003-08-22 2010-02-03 三菱電機株式会社 薄膜半導体の製造方法および製造装置
JP4350465B2 (ja) * 2003-09-05 2009-10-21 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
TWI359441B (en) * 2003-09-16 2012-03-01 Univ Columbia Processes and systems for laser crystallization pr
US7109087B2 (en) 2003-10-03 2006-09-19 Applied Materials, Inc. Absorber layer for DSA processing
KR101254107B1 (ko) * 2003-10-03 2013-04-12 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 다이나믹 표면 어닐링 프로세싱을 위한 흡수층
JP2006005148A (ja) * 2004-06-17 2006-01-05 Sharp Corp 半導体薄膜の製造方法および製造装置
WO2006046768A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and laser irradiation method
JP4935059B2 (ja) * 2005-02-17 2012-05-23 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP2007281420A (ja) * 2006-03-13 2007-10-25 Sony Corp 半導体薄膜の結晶化方法
JP4169072B2 (ja) * 2006-03-13 2008-10-22 ソニー株式会社 薄膜半導体装置および薄膜半導体装置の製造方法
US20070247915A1 (en) * 2006-04-21 2007-10-25 Intersil Americas Inc. Multiple time programmable (MTP) PMOS floating gate-based non-volatile memory device for a general-purpose CMOS technology with thick gate oxide
CN101205061B (zh) * 2006-12-22 2011-03-23 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 碳纳米管阵列的制备方法
US7903465B2 (en) * 2007-04-24 2011-03-08 Intersil Americas Inc. Memory array of floating gate-based non-volatile memory cells
US7688627B2 (en) * 2007-04-24 2010-03-30 Intersil Americas Inc. Flash memory array of floating gate-based non-volatile memory cells
FR2924327B1 (fr) * 2007-12-03 2011-03-18 Heatwave Technology Dispositif et procede de traitement thermique dermatologique par faisceau laser.
KR101244352B1 (ko) * 2010-01-29 2013-03-18 가부시키가이샤 사무코 실리콘 웨이퍼, 에피택셜 웨이퍼 및 고체촬상소자의 제조방법, 그리고 실리콘 웨이퍼의 제조장치
WO2012120563A1 (ja) * 2011-03-08 2012-09-13 パナソニック株式会社 薄膜トランジスタアレイ装置、有機ｅｌ表示装置、及び、薄膜トランジスタアレイ装置の製造方法
JP5726031B2 (ja) * 2011-09-27 2015-05-27 住友重機械工業株式会社 レーザアニール装置及びレーザアニール方法
FR3011379B1 (fr) * 2013-09-27 2016-12-23 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation d'un substrat de silicium recristallise a gros cristallites
US9353435B2 (en) 2013-09-30 2016-05-31 Los Alamos National Security, Llc Stabilizing laser energy density on a target during pulsed laser deposition of thin films
KR102440115B1 (ko) 2015-11-13 2022-09-05 삼성디스플레이 주식회사 엑시머 레이저 어닐링 방법
KR102306315B1 (ko) * 2019-06-13 2021-09-29 주식회사 제이스텍 플랫탑 uv레이저를 이용한 부품칩 분리장치

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4309225A (en) * 1979-09-13 1982-01-05 Massachusetts Institute Of Technology Method of crystallizing amorphous material with a moving energy beam
US4475027A (en) * 1981-11-17 1984-10-02 Allied Corporation Optical beam homogenizer
US5643801A (en) * 1992-11-06 1997-07-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser processing method and alignment
JPH07201735A (ja) 1993-11-01 1995-08-04 Hitachi Ltd 化合物半導体の結晶成長方法
US5529951A (en) * 1993-11-02 1996-06-25 Sony Corporation Method of forming polycrystalline silicon layer on substrate by large area excimer laser irradiation
WO1995018984A1 (en) * 1994-01-07 1995-07-13 Coherent, Inc. Apparatus for creating a square or rectangular laser beam with a uniform intensity profile
JPH0851077A (ja) * 1994-05-30 1996-02-20 Sanyo Electric Co Ltd 多結晶半導体の製造方法及び画像表示デバイスの製造方法及び多結晶半導体の製造装置
JP3587900B2 (ja) * 1995-02-02 2004-11-10 株式会社半導体エネルギー研究所 結晶性珪素膜の作製方法
JP3778456B2 (ja) * 1995-02-21 2006-05-24 株式会社半導体エネルギー研究所 絶縁ゲイト型薄膜半導体装置の作製方法
JP3883592B2 (ja) * 1995-08-07 2007-02-21 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ照射方法および半導体作製方法および半導体装置の作製方法および液晶電気光学装置の作製方法
GB2309088A (en) * 1996-01-12 1997-07-16 Synectix Ltd Image exposing apparatus
JP3301054B2 (ja) * 1996-02-13 2002-07-15 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザー照射装置及びレーザー照射方法
JP3841910B2 (ja) 1996-02-15 2006-11-08 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
US5981974A (en) * 1996-09-30 1999-11-09 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device and method for fabricating the same
JP3460170B2 (ja) * 1997-02-03 2003-10-27 シャープ株式会社 薄膜トランジスタ及びその製造方法
JPH10244392A (ja) * 1997-03-04 1998-09-14 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザー照射装置
JPH10258383A (ja) 1997-03-14 1998-09-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 線状レーザビーム光学系
JP3503427B2 (ja) * 1997-06-19 2004-03-08 ソニー株式会社 薄膜トランジスタの製造方法
JP3155941B2 (ja) 1997-08-22 2001-04-16 横浜電子精工株式会社 金属酸化物強誘電体化合物薄膜及びその製造方法
JPH11312815A (ja) 1998-04-28 1999-11-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜太陽電池の製造方法
JP4663047B2 (ja) 1998-07-13 2011-03-30 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザー照射装置及び半導体装置の作製方法
JP3156776B2 (ja) * 1998-08-03 2001-04-16 日本電気株式会社 レーザ照射方法
JP2000077333A (ja) * 1998-09-03 2000-03-14 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
JP4588153B2 (ja) 1999-03-08 2010-11-24 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザー照射装置
JP3630593B2 (ja) 1999-09-09 2005-03-16 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、半導体装置の作製方法、及び液晶表示装置

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7279372B2 (en) 2001-12-11 2007-10-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of semiconductor device
CN100336164C (zh) * 2001-12-11 2007-09-05 株式会社半导体能源研究所 半导体装置的制造方法
US7670935B2 (en) 2001-12-11 2010-03-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of semiconductor device
US8853590B2 (en) 2002-10-22 2014-10-07 Samsung Display Co., Ltd. Device for irradiating a laser beam
US7294538B2 (en) 2002-10-22 2007-11-13 Samsung Electronics Co., Ltd Method of polycrystallization, method of manufacturing polysilicon thin film transistor, and laser irradiation device therefor
CN100364053C (zh) * 2002-10-22 2008-01-23 三星电子株式会社 利用激光辐照装置制造薄膜晶体管及多晶化的方法
CN100378919C (zh) * 2002-10-29 2008-04-02 住友重机械工业株式会社 结晶膜以及利用激光制造结晶膜的方法
US7470602B2 (en) 2002-10-29 2008-12-30 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Crystalline film and its manufacture method using laser
CN100351694C (zh) * 2004-02-26 2007-11-28 友达光电股份有限公司 液晶显示装置及其制造方法
US7410889B2 (en) 2005-12-12 2008-08-12 Industrial Technology Research Institute Method of fabricating a poly-silicon thin film
CN104160489A (zh) * 2012-04-18 2014-11-19 应用材料公司 先进退火工艺中减少颗粒的设备和方法
CN102755837A (zh) * 2012-07-16 2012-10-31 济南大学 一种改善有机纳滤膜分离性能的方法
CN110752506A (zh) * 2018-06-04 2020-02-04 Ii-Vi特拉华有限公司 使用相同材料形成的激光面和钝化装置的移位预处理
CN114447746A (zh) * 2020-10-30 2022-05-06 中国科学院大连化学物理研究所 一种随机激光器、频率变换装置以及生成随机激光的方法

Also Published As

Publication number Publication date
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DE60030517T2 (de) 2007-01-11
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KR100407748B1 (ko) 2003-12-01
DE60030517T8 (de) 2007-09-06
WO2000054314A1 (fr) 2000-09-14

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