结晶半导体膜的制造方法及制造装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及通过在半导体膜上边多次照射截面为长方形形状的脉冲激光（重叠(overlap)照射）边使其移动，从而对非晶质膜进行结晶化、对结晶膜进行改质的结晶半导 体膜的制造方法及制造装置。
【背景技术】
[000引通常，TV、PC显示器所使用的薄膜晶体管由非晶（非结晶）娃（W下称为a-娃） 构成，通过采用某些方法来使娃结晶化（W下称为P-娃）并加W利用，能够大幅度提高作 为TFT的性能。目前，作为低温下的Si结晶化工艺，准分子激光退火技术已得W实用化，频 繁利用于面向智能手机等小型显示器的用途，并进一步实现向大画面显示器等的实用化。
[0003] 该激光退火法是通过对非结晶半导体膜照射具有高脉冲能量的准分子激光，使吸 收了光能的半导体变成烙融或半烙融的状态，然后在被冷却从而凝固时进行结晶的方法。 此时，为了处理大范围区域，沿相对较短的短轴方向扫描并照射整形成线射束形状的脉冲 激光。通常，通过使设置有非结晶半导体膜的设置台移动来进行脉冲激光的扫描。 在上述脉冲激光的扫描中，按规定的间距使脉冲激光沿扫描方向移动，W使得在非结 晶半导体膜的同一位置照射多次（重叠照射）脉冲激光。由此，能够进行尺寸较大的半导 体膜的激光退火处理。
[0004] 于是，在现有的使用线射束的激光退火处理中，考虑将激光脉冲的扫描方向的射 束宽度固定为例如0. 35~0. 4mm左右，将每个脉冲的基板输送量设定为射束宽度的3%~ 8%左右，并且为了确保多个薄膜晶体管性能的均匀性，需要尽可能地增加激光的照射次 数。 例如，在LCD(Liquid化ystalDisplay;液晶显示器）用的半导体膜中，将重叠率设定 为92~95%(在照射次数为12~20次，射束宽度为0. 4mm时扫描间距为32~20ym)， 在OL邸Organicli曲t-EmittingDiode;有机发光半导体）用的半导体膜中，将重叠率 设定为93. 8%~97%(在照射次数为16~33次，射束宽度为0. 4mm时扫描间距为25~ 12ym)。
[0005] 在该种激光退火处理中，通常，力图将射束截面的强度分布形成为平坦形状，实现 短轴方向、长轴方向的处理的均匀性。对此，在专利文献1中提出了W下方法：对于由于激 光能量的偏差，而生成的结晶化不良区域，在充分的结晶化处理后，通过W较低能量照射激 光，在维持已充分结晶或已活性化的部分的同时，对因能量强度的偏差而导致膜质发生劣 化的部分进行再结晶化或再活性化。 现有技术文献 专利文献
[0006] 专利文献1 ; 日本专利特开平10-12548号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0007] 专利文献1中作为课题的激光能量的偏差是由激光光源的输出偏差引起的。该激 光光源的输出偏差可通过起振电路的改进、激光光源自身的改进等来获得较大的改善，从 而因输出偏差而引起的结晶化的不良该样的课题逐渐变得不那么重要。并且，若进行多次 重叠，则由于对同一照射面重叠照射多次脉冲激光，因此，因输出偏差而产生的结晶化不良 区域再次烙融并进行结晶化，从而可实现不良区域的消除。
[000引然而，根据本发明人的深度观察可知，即使在当前状况下，因脉冲激光的照射而结 晶化的半导体中也认为存在有照射不均，该照射不均成为将半导体形成为器件时会对其性 能产生影响的原因。 根据本申请发明人的研究，认为上述照射不均是由线射束的扫描方向（通常为短轴方 向）的边缘部（扫描方向后端侧）所形成的多晶娃膜的突起而引起的。该部分相当于因激 光照射而产生的半导体膜的烙融部与未被激光照射而保持固体状态的部分之间的分界线。 该突起会与照射能量的强度成正比地变大。目P，随着照射能量变大，半导体膜的膜厚方向的 烙融加快，并且在整个膜烙融之后成为液体的半导体膜层的温度也增大。认为在该液相部 分随着温度下降而进行结晶化时，液体被吸引至温度较先开始下降的固液界面即线射束短 轴边缘部，并发生固化，从而产生突起。此外，激光的能量变动、线射束短轴形状的变化、与 射束进行相对移动的半导体膜的位置错乱等导致所述"突起部"的高度、间隔的错乱，被认 为是照射不均。 因此，若降低照射能量密度来照射脉冲激光，则能够减少上述照射不均，但为此需要在 同一照射面上W更多的照射次数来照射激光，从而导致生产效率变差。此外，若照射脉冲能 量密度变得过低，则会产生结晶粒径不够大的问题。
[0009] 本发明是W上述情况为背景而完成的，其一个目的在于提供一种能够在极力抑制 生产性下降的基础上，消除由脉冲激光的扫描方向边缘部引起的半导体膜上的照射不均的 结晶半导体膜的制造方法及制造装置。 解决技术问题所采用的技术方案
[0010] 目P，在本发明的结晶半导体膜的制造方法中，第1本发明是通过在非单晶半导体 膜上沿短轴方向相对地扫描并重叠照射脉冲激光来进行结晶化的结晶半导体膜的制造方 法，其特征在于， 将照射脉冲能量密度设为E0,该照射脉冲能量密度低于利用所述脉冲激光的照射从而 使所述非单晶半导体膜产生微结晶化的照射脉冲能量密度，且适于基于多次即N次照射的 结晶化， 所述结晶半导体膜的制造方法包括；W与所述照射脉冲能量密度E0相同的照射脉冲 能量密度E1来照射所述脉冲激光的第1阶段；W及 W照射脉冲能量E2来照射所述脉冲激光的第2阶段，所述照射脉冲能量E2低于所述 照射脉冲能量密度E1，且在为了使结晶再次烙融而所需的照射能量密度W上， 对于同一照射面，所述第1阶段和所述第2阶段中的总计照射次数在N次W上。
[0011] 第2本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第1本发明中，将适于 所述结晶化的照射脉冲能量设为通过多次即N次照射而使得结晶粒径成长达到饱和的照 射脉冲能量密度E，且在EX0. 98~EX1. 03的范围内。
[0012] 第3本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第1或第2本发明中， 所述照射脉冲能量密度E2在E1X0. 95W上。
[0013] 第4本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第3本发明的 任一发明中，所述总计照射次数在NX1.5W下。
[0014] 第5本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第4本发明的 任一发明中，利用所述第1阶段，边扫描所述脉冲激光边依次对同一照射面进行N1次的多 次照射，然后，对于所述规定面，利用所述第2阶段，边扫描所述脉冲激光边依次对同一照 射面进行N2次的多次照射，所述N1与所述N2的和作为所述总计照射次数在N次W上。
[0015] 第6本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第5本发明中，所述N1 设为大于等于所述N2的次数。
[0016] 第7本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第6本发明的 任一发明中，在所述脉冲激光的扫描方向的射束截面强度分布中，处于扫描方向后端的扫 描方向后方侧具有比扫描方向前方侧的强度要低的强度，在所述扫描方向前方侧按照所述 强度进行所述第1阶段的照射，在所述扫描方向后方侧按照所述强度进行所述第2阶段的 照射。
[0017] 第8本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第7本发明中，所述扫 描方向前方侧的扫描方向宽度在所述扫描方向后方侧的扫描方向宽度W上。
[0018] 第9本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第8本发明的 任一发明中，所述脉冲激光的波长在400nmW下。
[0019] 第10本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第9本发明的 任一发明中，所述脉冲激光的半宽在2(K)nsW下。
[0020] 第11本发明的结晶半导体膜的制造方法的特征在于，在所述第1~第10本发明 的任一发明中，所述非单晶半导体为娃。
[0021] 第12本发明的结晶半导体膜的制造装置包括；输出脉冲激光的一个或两个W上 的激光光源； 对所述脉冲激光进行整形并将其导入非单晶半导体的光学系统； 对所述脉冲激光的照射能量密度进行调整的能量调整部； 对所述非单晶半导体相对地扫描所述脉冲激光的扫描装置；W及 对所述激光光源、所述能量调整部W及所述扫描装置进行控制的控制部，该结晶半导 体膜的制造装置的特征在于， 所述控制部执行第1阶段和第2阶段，在所述第1阶段中，所述控制部对所述能量调整 部进行控制，调整为与照射脉冲能量密度E0相同的照射脉冲能量密度E1，并控制所述扫描 装置边W该照射脉冲能量密度E1扫描所述脉冲激光，边依次对所述非单晶半导体进行N1 次（其中N1 <脚的多次照射，所述照射脉冲能量密度E0低于利用脉冲激光