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CN100355026C - 多晶态硅膜的制造方法和制造装置 - Google Patents

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CN100355026C
CN100355026C CNB008167761A CN00816776A CN100355026C CN 100355026 C CN100355026 C CN 100355026C CN B008167761 A CNB008167761 A CN B008167761A CN 00816776 A CN00816776 A CN 00816776A CN 100355026 C CN100355026 C CN 100355026C
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Abstract

一种多晶态硅膜的制造方法，包括下列步骤：在玻璃衬底(31)上形成具有第一区(33a)和与该第一区(33a)相接的第二区(33b)的非晶态硅膜(33)的步骤；在上述非晶态硅膜(33)的第一区(33a)上照射波长为390nm以上、640nm以下的激光(35)，形成第一多晶态部分(34a)的步骤；以及在非晶态硅膜(33)的第二区(33b)和与该第二区(33b)相接的上述第一多晶态部分(34a)的一部分区域上照射设置为390nm以上、640nm以下的激光(35)，与第一多晶态部分(34a)相接地形成第二多晶态部分(34b)的步骤。

Description

多晶态硅膜的制造方法和制造装置
技术领域
本发明涉及多晶态硅膜的制造方法和制造装置、以及半导体装置及其制造方法。更具体地，涉及用来实现迁移率高的薄膜晶体管的结晶性能优良的多晶态硅膜的制造方法和制造装置、以及使用该多晶态硅膜的半导体装置及其制造方法。
背景技术
现在，液晶屏的象素部分通过用玻璃或合成石英的衬底上的非晶态的或多晶态的硅膜构成的薄膜晶体管进行切换，构成图像。如果在该屏上可以同时构成驱动象素晶体管的驱动电路(现在主要是在外部独立地设置)，则在液晶屏的制造成本和可靠性等方面可以产生飞跃性的进步。但是，现在，由于构成晶体管的活性层的硅膜的结晶性能差，以迁移率作为代表的薄膜晶体管的性能低劣，难以制作要求高速和高性能的集成电路。为了实现高迁移率的薄膜晶体管，作为改善硅膜的结晶性能的方法，一般用激光进行热处理。
硅膜的结晶性能和薄膜晶体管的迁移率的关系如下所述。通过激光热处理得到的硅膜一般是多晶态的。多晶态的晶粒边界处局部地存在晶体缺陷，它阻碍薄膜晶体管的活性层的载流子的移动。因此，为了提高薄膜晶体管的迁移率，应当减少载流子在活性层的移动中横切晶界的次数，且减小晶体缺陷密度。激光热处理的目的就是形成晶粒尺寸大且晶界处晶体缺陷少的多晶态硅膜。
图18～20是说明现有的多晶态硅膜的制造方法的剖面图。首先，如图18所示，在玻璃衬底31上用例如CVD(化学气相淀积法)，形成氧化硅膜32。在氧化硅膜32上用例如CVD形成非晶态硅膜33。
如图19所示，从箭头35所示的方向向非晶态硅膜33照射激态激光(K2F，波长为248nm)。由此，把激态激光照射的部分熔化。然后，随着温度下降，熔化的硅结晶化，形成多晶态硅膜334。
如图20所示，对多晶态硅膜334构图，只剩下一部分多晶态硅膜334。然后在多晶态硅膜334上形成氧化硅膜和金属膜(Ta、Cr和Al等的低电阻金属膜)。通过对金属膜和氧化硅膜构图，形成栅绝缘膜36a、36b和栅电极37a、37b。由此形成活性区域39a、39b。然后，以栅电极37a、37b为掩模，用离子掺杂法使源区和漏区自整合地形成。由此完成图20所示的薄膜晶体管。
在现有的方法中，如图19所示，由于用激态激光使非晶态硅膜多晶化，在该多晶态硅膜上形成的晶体管的载流子的迁移率小。结果，晶体管难以高速动作，难以实现液晶显示装置的高应答性。
另外，作为激光，用例如Nd:YAG激光的第二谐波使非晶态硅膜多晶化，用该多晶态硅膜构成薄膜晶体管则可以提高迁移率，如文献1(T Ogawa et al.，“Thin  Film Transistors of PolysiliconRecrystallized by the Second Harmonics of a Q-SwitchedNd:YAG Laser”，EuroDisplay’99，The 19th InternationalDisplay Research Conference Late-news papers，September6-9,1999，Berlin，Germany)中公开的。但是，由于YAG激光的第二谐波的输出小，只能对小面积的非晶态硅膜进行多晶化。因此，难以进行用于制造大面积的液晶显示器的多晶态硅膜的制造。
本发明正是为了解决上述问题而提出的。
本发明的一个目的在于，提供适合制作高性能的薄膜晶体管的、面积大的多晶态硅膜的制造方法和制造装置。
另外，本发明的目的还在于提供高性能的薄膜晶体管及其制造方法。
发明内容
本发明提供一种多晶态硅膜的制造方法，包括下列步骤：在衬底(31)上形成具有第一区(33a)和与该第一区相接的第二区(33b)的非晶态硅膜(33)的步骤；使波长为390nm以上、640nm以下的激光会聚形成线状的激光(35)的步骤；通过在上述非晶态硅膜的上述第一区(33a)上沿单一的扫描方向扫描上述线状的激光(35)，形成沿扫描方向延伸的第一多晶态部分(34a)的步骤；以及通过在上述非晶态硅膜的上述第二区(33b)和上述第一多晶态部分(34a)的、与上述第二区(33b)相接的部分上扫描上述线状的激光(35)，形成与上述第一多晶态部分(34a)相接的第二多晶态部分(34b)，该第二多晶态部分(34b)沿扫描方向延伸且与上述第一多晶态部分(34a)基本上平行，其中，上述形成第一多晶态部分的步骤包括：在上述非晶态硅膜的第一区上照射来自第一激光光源(120a)的波长为390nm以上、640nm以下的第一线状的激光(35a)的步骤；上述形成第二多晶态部分的步骤包括：在上述非晶态硅膜的第二区和上述第一多晶态部分(34a)的上述部分上照射来自第二激光光源(120b)的波长为390nm以上、640nm以下的第二线状的激光(35b)的步骤。
本发明提供一种多晶态硅膜的制造装置，包括：振荡产生波长为390nm以上、640nm以下的激光的振荡单元；把上述激光会聚形成线状的激光(35)并照射到在衬底上形成的非晶态硅膜的照射单元(110)；相对于上述照射单元移动上述衬底的移动单元(130)；以及控制单元(140)，其控制上述移动单元以使上述线状的激光扫描上述非晶态硅膜，从而使得通过在上述非晶态硅膜的第一区上沿扫描方向扫描上述线状的激光来形成第一多晶态部分，并通过在上述非晶态硅膜的第二区和上述第一多晶态部分的、与该第二区相接的部分上沿扫描方向扫描上述线状的激光来形成具有与上述第一多晶态部分相接的部分的上述第二多晶态部分，上述第一和第二多晶态部分沿扫描方向延伸且基本上相互平行，其中，上述照射单元(110)包含第一照射单元(210a)和第二照射单元(210b)；上述振荡单元产生的线状的激光的第一部分通过上述第一照射单元照射在上述非晶态硅膜上；上述振荡单元产生的线状的激光的第二部分通过上述第二照射单元照射在上述非晶态硅膜上。
本发明还提供一种多晶态硅膜的制造装置，包括：振荡产生波长为390nm以上、640nm以下的激光的振荡单元；把上述激光会聚形成线状的激光(35)并照射到在衬底上形成的非晶态硅膜的照射单元(110)；相对于上述照射单元移动上述衬底的移动单元(130)；以及控制单元(140)，其控制上述移动单元以使上述线状的激光扫描上述非晶态硅膜，从而使得通过在上述非晶态硅膜的第一区上沿扫描方向扫描上述线状的激光来形成第一多晶态部分，并通过在上述非晶态硅膜的第二区和上述第一多晶态部分的、与该第二区相接的部分上沿扫描方向扫描上述线状的激光来形成具有与上述第一多晶态部分相接的部分的上述第二多晶态部分，上述第一和第二多晶态部分沿扫描方向延伸且基本上相互平行，其中，上述照射单元包含第一照射单元和第二照射单元，上述振荡单元包含第一振荡单元(120a)和第二振荡单元(120b)；上述第一振荡单元产生的第一线状的激光(35a)通过上述第一照射单元照射在上述非晶态硅膜上；上述第二振荡单元产生的第二线状的激光(35b)通过上述第二照射单元照射在上述非晶态硅膜上。
根据本发明的一种多晶态硅膜的制造方法，包括下列步骤：
(1)在衬底上形成具有第一区和与该第一区相接的第二区的非晶态硅膜的步骤。
(2)在上述非晶态硅膜的第一区上照射波长为390nm以上、640nm以下的激光，形成第一多晶态部分的步骤。
(3)以及在上述非晶态硅膜的第二区和与上述第二区相接的上述第一多晶态部分的一部分区域上照射波长为390nm以上、640nm以下的激光，与上述第一晶态部分相接地形成第二多晶态部分的步骤。
在包括这些步骤的多晶态硅膜的制造方法中，首先，在(2)所示的步骤中，向非晶态硅膜的第一区照射激光形成第一多晶态部分，然后向非晶态硅膜的第二区和第一多晶态部分的一部分上照射激光，以与第一多晶态部分相接的方式形成第二多晶态部分，所以可以形成第一多晶态部分和第二多晶态部分。结果，可以在大的面积上使非晶态硅膜多晶化，可以形成面积大的多晶态硅膜。
而且，由于上述波长范围的激光对非晶态硅的吸收系数大，对多晶态硅的吸收系数小，如果两次照射激光的部分由于第一次照射从非晶态硅向多晶态硅变化，在第二次照射时，特性就没有变化。因此，照射激光一次的部分和照射激光两次的部分的特性没有差别，可以提供品质高的多晶态硅膜。
激光的波长为390nm以上是因为，如果激光的波长小于390nm，多晶态硅膜的吸收率大于非晶态硅膜的吸收率的60％，多晶态硅膜第二次被照射激光时特性会变化。而激光的波长为640nm以下是因为，如果激光的波长超过640nm，非晶态硅膜的吸收率为10％以下，生产率低下。
另外，优选地，形成第一多晶态部分的步骤包含，在非晶态硅膜上扫描激光，形成在单方向延伸的第一多晶态部分；形成第二多晶态部分的步骤包含，在第一多晶态部分延伸的方向上扫描激光，形成沿第一多晶态部分延伸的第二多晶态部分。
此时，由于扫描激光形成第一多晶态部分和第二多晶态部分，可以形成在预定方向上延伸的第一和第二多晶态部分。因此，还可以在面积大的衬底上形成第一和第二多晶态部分。
另外，优选地，形成第一多晶态部分的步骤包含，在非晶态硅膜上照射来自第一激光光源的波长为390nm以上、640nm以下的第一激光；形成第二多晶态部分(34b)的步骤包含，在非晶态硅膜上照射来自第二激光光源(120b)的波长为390nm以上、640nm以下的第二激光。此时，由于从第一激光光源照射激光形成第一多晶态部分。从第二激光光源照射激光形成第二多晶态部分，可以几乎同时地形成第一和第二多晶态部分。因此，在提高多晶态硅膜的生产率的同时，得到稳定且大输出的激光。
另外，优选地，上述激光包含从Nd:YAG激光的第二谐波、Nd:YVO4激光的第二谐波、Nd:YLF激光的第二谐波、Nd:玻璃激光的第二谐波、Yb:YAG激光的第二谐波、Yb:玻璃激光的第二谐波、Ar离子激光、Ti:蓝宝石激光的第二谐波、以及Dye激光中选择的至少一种。此时，通过这些激光器可以产生波长为390nm以上、640nm以下的激光。
另外，优选地，多晶态硅膜的制造方法包括：在照射来自第一激光光源的激光后，经过一预定时间再照射来自第二激光光源的激光。此时，由于可在从第一激光光源照射激光后再从第二激光光源照射激光，可以连续地形成第一多晶态部分和第二多晶态部分，结果，可以提高生产效率。
根据本发明的多晶态硅膜的制造装置，包括：振荡单元、照射单元、移动单元、和控制单元。振荡单元振荡产生波长为390nm以上、640nm以下的激光。照射单元把振荡单元产生的激光照射到在衬底上形成的非晶态硅膜上。移动单元相对于照射单元移动衬底。控制单元扫描激光，控制移动单元，以向非晶态硅膜照射波长为390nm以上、640nm以下的激光形成第一多晶态部分(34a)，并以与第一多晶态部分重叠的方式向非晶态硅膜照射波长为390nm以上、640nm以下的激光形成与第一多晶态部分相接的第二多晶态部分。
在这样的多晶态硅膜的制造装置中，由于控制单元进行控制，向非晶态硅膜照射激光形成第一多晶态部分，且以与第一多晶态硅膜重叠的方式照射激光形成第二多晶态部分，可以在大的面积上形成第一和第二多晶态部分。由此可以提供大面积的多晶态硅膜。而且，由于上述波长范围的激光对非晶态硅的吸收系数大，对多晶态硅的吸收系数小，如果两次照射激光的部分由于第一次照射从非晶态硅向多晶态硅变化，在第二次照射时，特性就没有变化。因此，照射激光一次的部分和照射激光两次的部分的特性没有差别，可以提供品质高的多晶态硅膜。
激光的波长为390nm以上是因为，如果激光的波长小于390nm，多晶态硅膜的吸收率大于非晶态硅膜的吸收率的60％，多晶态硅膜第二次被照射激光时特性会变化。而激光的波长为640nm以下是因为，如果激光的波长超过640nm，非晶态硅膜的吸收率为10％以下，生产率低下。
另外，优选地，照射单元包含第一照射单元和第二照射单元。振荡单元振荡产生的激光的一部分通过第一照射单元照射在非晶态硅膜上。振荡单元振荡产生的激光的另一部分通过第二照射单元照射在非晶态硅膜上。此时，由一个振荡单元产生的激光通过第一照射单元和第二照射单元照射在非晶态硅膜上，所以可以以低成本制造装置。
另外，优选地，控制单元控制第一和第二照射单元、振荡单元和移动单元，使第一照射单元照射激光后，经过一预定时间后再由第二照射单元照射激光。此时，由于第一照射单元照射激光后，第二照射单元再照射激光，可以效率更高地制造第一多晶态部分和第二多晶态部分。由此，可以提供生产率更高的多晶态硅膜制造装置。
另外，优选地，照射单元包含第一照射单元和第二照射单元。振荡单元包含第一振荡单元和第二振荡单元。第一振荡单元振荡产生的激光通过第一照射单元照射单元射在非晶态硅膜上。第二振荡单元振荡产生的激光通过第二照射单元照射单元射在非晶态硅膜上。此时，由于两个振荡单元分别产生激光，可以稳定地产生输出足够大的激光，可以高效率地形成第一和第二多晶态部分。
另外，优选地，控制单元控制第一和第二照射单元、第一和第二上述振荡单元和移动单元，使第一照射单元照射激光后，经过一预定时间再由第二照射单元照射激光。此时，由于可以在第一照射单元照射之后，再由第二照射单元照射激光，可以高效率地制造多晶态硅膜。
另外，优选地，振荡单元振荡产生的激光包含从Nd:YAG激光的第二谐波、Nd:YVO4激光的第二谐波、Nd:YLF激光的第二谐波、Nd:玻璃激光的第二谐波、Yb:YAG激光的第二谐波、Yb:玻璃激光的第二谐波、Ar离子激光、Ti:蓝宝石激光的第二谐波、以及Dye激光中选择的至少一种。
根据本发明的半导体装置的制造方法，包括下列步骤：在衬底上形成具有第一区和与该第一区相接的第二区的非晶态硅膜的步骤；以及向非晶态硅膜上照射激光形成多晶态硅膜的步骤。形成多晶态硅膜的步骤包括：在非晶态硅膜的第一区上照射波长为390nm以上、640nm以下的激光，形成第一多晶态部分的步骤；以及在非晶态硅膜的第二区和与第二区相接的第一多晶态部分的一部分区域上照射波长为390nm以上、640nm以下的激光，与第一多晶态部分相接地形成第二多晶态部分的步骤。
根据这样的方法，由于向非晶态硅膜的第一区照射激光形成第一多晶态部分，然后向非晶态硅膜的第二区和第一多晶态部分的一部分上照射激光，以与第一多晶态部分相接的方式形成第二多晶态部分，所以可以形成第一多晶态部分和第二多晶态部分。结果，可以在大的面积上使非晶态硅膜多晶化，可以形成面积大的多晶态硅膜。
而且，由于上述波长范围的激光对非晶态硅的吸收系数大，对多晶态硅的吸收系数小，如果两次照射激光的部分由于第一次照射从非晶态硅向多晶态硅变化，在第二次照射时，特性就没有变化。因此，照射激光一次的部分和照射激光两次的部分的特性没有差别，可以提供品质高的多晶态硅膜。
激光的波长为390nm以上是因为，如果激光的波长小于390nm，多晶态硅膜的吸收率大于非晶态硅膜的吸收率的60％，多晶态硅膜第二次被照射激光时特性会变化。而激光的波长为640nm以下是因为，如果激光的波长超过640nm，非晶态硅膜的吸收率为10％以下，生产率低下。
另外，根据本发明的半导体装置，用通过上述方法制造的多晶态硅膜作为活性区。此时，由于用迁移率大且面积大的多晶态硅膜作为活性区，可以提供面积大且高性能的半导体装置。
附图说明
图1是展示根据本发明的实施方案1的多晶态硅膜的制造方法的第1步骤的剖面图；
图2是展示根据本发明的实施方案1的多晶态硅膜的制造方法的第2步骤的剖面图；
图3是详细地展示图2的步骤的图；
图4是展示根据本发明的实施方案1的多晶态硅膜的制造方法的第3步骤的剖面图；
图5是详细地展示图4的步骤的图；
图6是展示根据本发明的实施方案1的多晶态硅膜的制造方法的第3步骤的剖面图；
图7是展示非晶态硅膜和多晶态硅膜中的激光波长和吸收率的关系的曲线；
图8是展示非晶态硅膜和多晶态硅膜中的硅膜厚度和吸收率的关系的曲线；
图9是展示根据本发明得到的多晶态硅膜中，照射位置和迁移率的关系的曲线；
图10是展示根据本发明得到的多晶态硅膜中，激光照射位置和阈值电位的关系的曲线；
图11是展示用现有的激态激光时，非晶态硅膜和多晶态硅膜中的膜厚和吸收率的关系的曲线；
图12是展示用激态激光制造多晶态硅膜时的激光能量密度和迁移率的关系的曲线；
图13是展示根据本发明的实施方案2的多晶态硅膜的制造步骤的斜面视图；
图14是展示图13中的激光扫描方法的一例的图；
图15是展示图13中的激光扫描方法的另一例的图；
图16是展示重叠的线状光束的图；
图17是展示根据本发明的实施方案3的多晶态硅膜的制造方法的图；
图18是展示现有的多晶态硅膜的制造方法的第1步骤的剖面图；
图19是展示现有的多晶态硅膜的制造方法的第2步骤的剖面图；
图20是展示现有的多晶态硅膜的制造方法的第3步骤的剖面图；
具体实施方式
(实施方案1)
图1～6是展示根据本发明的实施方案1的多晶态硅膜的制造方法的图。如图1所示，在玻璃衬底31上用例如CVD法形成氧化硅膜32。在氧化硅膜32上用CVD法形成非晶态硅膜33。该非晶态硅膜33具有第一区33a和与该第一区33a相接的第二区33b。
如图2和3所示，在非晶态硅膜33的第一区33a上照射Q开关的Nd:YAG的第二谐波激光(波长523nm)。由此，被激光35照射的部分被多晶化，形成第一多晶态部分34a。此时，激光的照射采用图3所示的装置。
如图3所示，多晶态硅膜的制造装置100，包括：振荡产生波长为390nm以上、640nm以下的激光的振荡器120；把激光振荡器120产生的激光照射到在衬底上形成的非晶态硅膜的照射单元110；相对于照射单元移动衬底的移动单元130；以及控制单元140，其扫描激光，控制移动单元，以向上述非晶态硅膜照射波长为390nm以上、640nm以下的激光形成第一多晶态部分，并以与第一多晶态部分重叠的方式向非晶态硅膜照射波长为390nm以上、640nm以下的激光形成与第一多晶态部分相接的第二多晶态部分。
激光振荡器120是Q开关Nd:YAG激光第二谐波振荡器，振荡产生激光，该激光通过照射单元110照射到在玻璃衬底31上形成的非晶态硅膜33上。图3中，省略了玻璃衬底31和非晶态硅膜33之间的氧化硅膜。
照射单元110由镜面111和光束成形光学系统112构成。光束成形光学系统112把从激光振荡器120射出的激光束成形为预定的形状。之后从光束成形光学系统112射出的激光被镜面111反射，照射在非晶态硅膜33上。光束成形光学系统112和镜面111还在非晶态硅膜33上进行位置确定。
移动单元130由可动台131和驱动可动台131的驱动马达132构成。可动台131支撑玻璃衬底31，可以相对于激光振荡器120和照射单元110进行移动。由此，如果可动台131移动，其上载置的玻璃衬底31和非晶态硅膜33也一起移动。
可动台131与驱动马达132连接，驱动马达132驱动可动台131。另外，可动台131可以在预定的平面上的任一方向上移动。
控制单元140与驱动马达132和激光振荡器120连接。控制单元140对驱动马达132发送在预定的时期中驱动可动台131的信号。接收该信号的驱动马达132沿预定方向移动可动台131。另外，控制单元140向激光振荡器发送信号，激光振荡器120振荡产生激光。
用这样的装置，控制单元140向激光振荡器120发送信号。激光振荡器120产生激光，该激光通过光束成形光学系统112和镜面111照射到非晶态硅膜33的第一区33a上。在该状态下控制单元140向驱动马达132发送信号，驱动马达132沿箭头131a所示方向移动可动台131。由此，被激光照射的部分被结晶化，形成第一多晶态部分34a。
如图4和5所示，如果形成第一多晶态部分34a，停止激光振荡器120的激光产生。用可动台131移动非晶态硅膜33，使得把线状的激光35照射在第一多晶态部分34a和第二区33b上。在该状态下通过扫描激光35，形成第二多晶态部分34b。
即，形成第一多晶态部分34a的步骤包含，在非晶态硅膜33上扫描激光35，形成在单方向延伸的第一多晶态部分34a。形成第二晶态部分34b的步骤包含，在第一多晶态部分34a延伸的方向上扫描激光35，形成沿第一多晶态部分34a延伸的第二多晶态部分34b。
反复进行该动作，使非晶态硅膜33的大部分多晶化，形成多晶态硅膜34。
如图6所示，对多晶态硅膜34构图，只残留预定的部分的多晶态硅膜34，形成活性区39a和39b。然后在多晶态硅膜34上形成氧化硅膜。在氧化硅膜上形成Ta、Cr、Al等的低电阻金属构成的金属膜。通过按预定的形状对金属膜和氧化硅膜进行构图，形成栅绝缘膜36a和36b、以及栅电极37a和37b。之后，以栅电极37a和37b为掩模，用离子掺杂法自整合地形成源和漏。由此完成薄膜晶体管。
即，根据本发明的半导体装置的制造方法中，包括：在玻璃衬底31上形成具有第一区33a和与该第一区33a相接的第二区33b的非晶态硅膜33。然后向非晶态硅膜33照射激光形成多晶态硅膜34。形成多晶态硅膜34的步骤中：在非晶态硅膜33的第一区33a上照射波长390nm以上、640nm以下的激光，形成第一多晶态部分34a，然后，在上述非晶态硅膜33的第二区33b和与第二区33b相接的第一多晶态部分34a的一部分区域上照射390nm以上、640nm以下的激光，与第一晶态部分34a相接地形成第二多晶态部分34b。另外，这样得到的半导体装置以由上述的步骤制造的多晶态硅膜作为活性区39a和39b。
图7是展示非晶态硅膜和多晶态硅膜中的激光波长和吸收率之间的关系的曲线。如图7所示，非晶态硅膜和多晶态硅膜中激光的吸收率随其波长变化。在本发明中，由于激光的波长为390nm以上，多晶态硅膜的吸收率为非晶态硅膜的吸收率的60％以下。因此，如果向非晶态硅膜照射激光而形成多晶态硅膜，即使向该多晶态硅膜照射激光，多晶态硅膜也几乎不吸收激光能量。结果，多晶态硅的特性不变化，可以发挥出对多晶态硅膜全体几乎相同的特性。
另外，由于激光的波长为640nm以下，非晶态硅膜的吸收率为10％以上。结果，非晶态硅更容易吸收激光的热，可以使非晶态硅更容易多晶化。
另外，如果波长为500nm以上、550nm以下，非晶态硅膜和多晶态硅膜的吸收率的差更大，所以是优选的。
另外，如果波长为520nm以上、550nm以下，非晶态硅膜和多晶态硅膜的吸收率的差特别大，所以是更加优选的。
图8是展示在本发明中使用的激光(Nd:YAG的第二谐波(波长λ＝532nm))的情况下，硅膜厚和吸收率的关系的曲线。在本发明中使用的激光的状态下，即使随意设定硅膜的厚度，多晶态硅膜的吸收率也比非晶态硅膜的吸收率小。
另外，制作图6所示的结构的n沟道型和p沟道型的晶体管，在图9和图10中展示了该晶体管的迁移率和阀值电位。
如图9所示，实线201包围的部分表示两次照射激光的部分。图9中，无论是形成n沟道型晶体管和p沟道型晶体管的场合中的哪一个，迁移率都基本上保持为恒定。另外，即使是两次照射激光的部分，迁移率与其它部分也基本上相等。
如图10所示，实线202包围的部分表示两次照射激光的部分。图10中，无论是形成n沟道型晶体管和p沟道型晶体管的场合中的哪一个，任一位置上的阈值电位都基本上相等，另外，即使是两次照射激光的部分，阈值电位也基本上相等。
这样地，根据本发明，由于激光的波长是最佳范围，可以提供无论是在照射激光一次的部分和照射激光两次的部分的哪一个上，迁移率和阈值电压都恒定的品质高的半导体装置。
即，在通常的形成薄膜晶体管的场合下，硅膜的膜厚为100nm以下，在该区域中非晶态硅膜和杂的吸收率差别很大，多晶态硅膜的吸收率比非晶态硅膜的吸收率小。结果，如果向多晶态硅膜以对非晶态硅膜最佳的照射能量密度照射激光，多晶态硅膜吸收的能量少，多晶态硅膜不熔化。即，由于只有非晶态硅膜的部分被选择地激光热处理，受到两次激光热处理的部分和只受到一次激光热处理的部分的特性没有差别，可以在衬底的整个区域上形成特性均匀的多晶态硅膜。另外，在作为激光照射的膜采用晶体缺陷多、吸收率高的多晶态硅膜时，也可以得到同样的效果。
图11是展示现有的非晶态硅膜、和用激态激光制造的多晶态硅膜的膜厚和吸收率的关系的曲线。图11中，多晶态硅膜和非晶态硅膜的吸收率是相同程度的。这样的非晶态硅膜在一次照射激光变成多晶态硅膜的场合下，之后再次向该多晶态硅膜照射激光时，多晶态硅膜吸收激光的能量。由此，多晶态硅膜再次熔化，多晶态硅膜的特性变化。因此，一次照射激光的部分和两次照射激光的部分的多晶态硅膜的特性不同，不能得到在整个膜中具有均匀特性的多晶态硅膜。
即，如图11所示，向非晶态硅膜和多晶态硅膜照射KrF激态激光(波长为248nm)的场合下，非晶态硅膜和多晶态硅膜的吸收率的差为约7％。非晶态硅膜的激光热处理时，照射能量密度设成非晶态硅膜的最佳值。
图12是展示制造图11中所示的多晶态硅膜的不同激光能量密度与n沟道型晶体管的迁移率的关系的曲线。如图12所示，用激态激光热处理时，由于照射能量密度的最佳的值的允许宽度非常狭窄，吸收率有7％的差别，成为问题。即，多晶态硅膜的部分由于激态激光照射而熔化后，进行了再结晶生长，但是由于照射能量密度处于最佳值的允许宽度之外，变成接受两次激光照射的区域特性差的多晶态硅膜。
即，在现有的多晶态硅膜中，一次照射激光的部分和两次照射激光的部分的激光能量密度不同，由此，n沟道型晶体管的迁移率不同，不能在整个多晶态硅膜上得到均匀的特性。结果，不能得到优良特性的薄膜晶体管。
(实施方案2)
图13是展示根据本发明的实施方案2的多晶态硅膜的制造方法的斜视图，在图13所示的多晶态硅膜制造装置180中，与图3所示的多晶态硅膜制造装置100相比，照射单元不同。即，图13所示的多晶态硅膜制造装置180中，作为照射单元，有第一照射单元110a、第二照射单元110b和第三照射单元110c。第一、第二、第三照射单元110a、110b、110c分别由镜面111和光束成形光学系统112构成。镜面111和光束成形光学系统112与图3所示的相同。各光束成形光学系统112分别与作为第一振荡单元的激光振荡器120a、作为第二振荡单元的激光振荡器120b、和作为第三振荡单元的激光振荡器120c相连接。各激光振荡器120a、120b、120c都是Q开关Nd:YAG激光第二谐波振荡器。从各激光振荡器120a、120b、120c射出的光照射到光束成形光学系统中。另外，各激光振荡器120a、120b、120c与控制单元140相连接。
从激光振荡器120a振荡产生的激光通过第一照射单元110a照射在非晶态硅膜33上。从激光振荡器120b振荡产生的激光通过第二照射单元110b照射在非晶态硅膜33上。控制单元140控制第一和第二照射单元110a和110b、激光振荡器120a和120b、以及移动单元130，使第一照射单元110a照射激光35a后，经过一预定时间再由第二照射单元110b照射激光35b。
即，如图13所示，向非晶态硅膜33照射激光35a、35b、35c，在该状态下移动单元130沿箭头131a方向移动玻璃衬底31，由此向非晶态硅膜33的表面照射激光35a、35b、35c，可以在非晶态硅膜33上形成多晶态硅膜。
图14展示了向非晶态硅膜照射激光的状态。也可以如图14所示，首先，相对于箭头131a所示的可动台的移动方向把激光35a配置在前面，然后是激光35b，再往后是激光35c。
如图15所示，也可以是沿箭头131a所示的前进方向上，把激光35a、35c配置在前面，把激光35b配置在后侧。这些方法中，各线状光束平行且交差地排列，并以使线状光束的热处理轨迹重合的方式，使线状光束的边缘与相邻部分略微重合。可以一边同时或有时间差地照射这样构成的多条线状光束，一边扫描平台。
而且，也可以如图16所示，也可以以各光束35a、35b、35c重叠的方式配置光束。图16中，各线状光束如图所示合成一条线状光束。激光照射是在扫描平台时有时间间隔地分别照射各激光，而不是同时照射相连的两条。
用这样的多晶态硅膜制造装置180，也可以用与实施方案1的方法相同的方法制造具有多晶态硅膜的半导体装置。而且，由于在该装置中用3台激光振荡器，生产率提高，可以效率更高地制造大面积的多晶态硅膜。
(实施方案3)
图17是展示根据本发明的实施方案3的多晶态硅膜的制造装置的斜面视图。如图17所示，根据本发明的实施方案3的多晶态硅膜制造装置190的不同之处在于，从一个激光振荡器420发出的激光照射到三个照射单元上。即，照射单元具有第一照射单元210a、第二照射单元210b、和第三照射单元210c。各照射单元210a、210b和210c具有与实施方案1相同的光束成形光学系统112和镜面111。镜面111反射从激光振荡器420振荡产生的波长为390nm以上、640nm以下的激光，该激光通过该光束成形光学系统112和镜面111被作为激光35a、35c和35c照射到非晶态硅膜33上。即，该多晶态硅膜制造装置190中，照射单元包含第一照射单元210a和第二照射单元210b。从激光振荡器420振荡产生的激光的一部分通过第一照射单元210a照在非晶态硅膜33上。从激光振荡器420振荡产生的激光的另一部分通过第二照射单元210b照在非晶态硅膜33上。另外，控制单元140控制第一和第二照射单元210a、210b、激光振荡器420和移动单元130，使第一照射单元210a照射激光后，经过一预定时间再由第二照射单元210b照射激光。
从激光振荡器420射出的Nd:YAG的第二谐波(波长532nm)激光通过与各激光对应的光束成形光学系统112形成线状光束图形。
这样的方法也具有与实施方案1同样的效果。而且，由于由一个激光振荡器420构成装置，所以可降低装置的成本。
以上，虽然说明了本发明的实施方案，但是这里示出的实施方案也可以进行各种变形。首先，在图17所示的装置中，作为激光的照射方法，也可以用实施方案2所示的从图14到图16所示的各种方法。而且，作为激光振荡器，虽然示出了振荡产生Nd:YAG激光的第二谐波的装置，但另外也可以采用振荡产生Nd:YVO4激光的第二谐波、Nd:YLF激光的第二谐波、Nd:玻璃激光的第二谐波、Yb:YAG激光的第二谐波、Yb:玻璃激光的第二谐波、Ar离子激光、Ti:蓝宝石激光的第二谐波、以及Dye激光的激光振荡器。
工业上的可利用性
本发明可以用于液晶屏中用的薄膜晶体管的制造方法的领域中。

Claims (6)

1.一种多晶态硅膜的制造方法，包括下列步骤：
在衬底(31)上形成具有第一区(33a)和与该第一区相接的第二区(33b)的非晶态硅膜(33)的步骤；
使波长为390nm以上、640nm以下的激光会聚形成线状的激光(35)的步骤；
通过在上述非晶态硅膜的上述第一区(33a)上沿单一的扫描方向扫描上述线状的激光(35)，形成沿扫描方向延伸的第一多晶态部分(34a)的步骤；以及
通过在上述非晶态硅膜的上述第二区(33b)和上述第一多晶态部分(34a)的、与上述第二区(33b)相接的部分上扫描上述线状的激光(35)，形成与上述第一多晶态部分(34a)相接的第二多晶态部分(34b)，该第二多晶态部分(34b)沿扫描方向延伸且与上述第一多晶态部分(34a)基本上平行，
其中，上述形成第一多晶态部分的步骤包括：在上述非晶态硅膜的第一区上照射来自第一激光光源(120a)的波长为390nm以上、640nm以下的第一线状的激光(35a)的步骤；
上述形成第二多晶态部分的步骤包括：在上述非晶态硅膜的第二区和上述第一多晶态部分(34a)的上述部分上照射来自第二激光光源(120b)的波长为390nm以上、640nm以下的第二线状的激光(35b)的步骤。
2.如权利要求1所述的多晶态硅膜的制造方法，其中包括如下步骤：在照射来自上述第一激光光源的第一线状的激光后，经过一预定时间再照射来自上述第二激光光源的第二线状的激光。
3.一种多晶态硅膜的制造装置，包括：
振荡产生波长为390nm以上、640nm以下的激光的振荡单元；
把上述激光会聚形成线状的激光(35)并照射到在衬底上形成的非晶态硅膜的照射单元(110)；
相对于上述照射单元移动上述衬底的移动单元(130)；以及
控制单元(140)，其控制上述移动单元以使上述线状的激光扫描上述非晶态硅膜，从而使得通过在上述非晶态硅膜的第一区上沿扫描方向扫描上述线状的激光来形成第一多晶态部分，并通过在上述非晶态硅膜的第二区和上述第一多晶态部分的、与该第二区相接的部分上沿扫描方向扫描上述线状的激光来形成具有与上述第一多晶态部分相接的部分的上述第二多晶态部分，上述第一和第二多晶态部分沿扫描方向延伸且基本上相互平行，
其中，上述照射单元(110)包含第一照射单元(210a)和第二照射单元(210b)；
上述振荡单元产生的线状的激光的第一部分通过上述第一照射单元照射在上述非晶态硅膜上；
上述振荡单元产生的线状的激光的第二部分通过上述第二照射单元照射在上述非晶态硅膜上。
4.如权利要求3所述的多晶态硅膜的制造装置，其中：上述控制单元(140)控制上述第一和第二照射单元、上述振荡单元和上述移动单元，使得上述第一照射单元照射第一线状的激光后，经过一预定时间再由上述第二照射单元照射第二线状的激光。
5.一种多晶态硅膜的制造装置，包括：
振荡产生波长为390nm以上、640nm以下的激光的振荡单元；
把上述激光会聚形成线状的激光(35)并照射到在衬底上形成的非晶态硅膜的照射单元(110)；
相对于上述照射单元移动上述衬底的移动单元(130)；以及
控制单元(140)，其控制上述移动单元以使上述线状的激光扫描上述非晶态硅膜，从而使得通过在上述非晶态硅膜的第一区上沿扫描方向扫描上述线状的激光来形成第一多晶态部分，并通过在上述非晶态硅膜的第二区和上述第一多晶态部分的、与该第二区相接的部分上沿扫描方向扫描上述线状的激光来形成具有与上述第一多晶态部分相接的部分的上述第二多晶态部分，上述第一和第二多晶态部分沿扫描方向延伸且基本上相互平行，
其中，上述照射单元包含第一照射单元和第二照射单元，上述振荡单元包含第一振荡单元(120a)和第二振荡单元(120b)；
上述第一振荡单元产生的第一线状的激光(35a)通过上述第一照射单元照射在上述非晶态硅膜上；
上述第二振荡单元产生的第二线状的激光(35b)通过上述第二照射单元照射在上述非晶态硅膜上。
6.如权利要求5所述的多晶态硅膜的制造装置，其中：上述控制单元控制上述第一和第二照射单元、上述第一和第二振荡单元和上述移动单元，使得上述第一照射单元照射第一线状的激光后，经过一预定时间再由上述第二照射单元照射第二线状的激光。
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