[发明专利]一种制造半导体器件的方法

说明书

                         发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种制造半导体器件的方法，包括用激光束对半导体薄膜进行退火处理(在下文中称作激光退火)。半导体器件在这里包括诸如液晶显示器件和发光器件的电光器件，和包含电-光器件作为其部件的电子设备。

2.相关技术说明

近几年，一种晶化玻璃或类似的衬底上形成的半导体薄膜并提高薄膜结晶度的技术受到广泛研究。为了实现上述目的，要对薄膜加热和/或激光退火。通常是利用硅用于形成半导体薄膜。在本技术说明中，激光晶化指用激光束晶化半导体薄膜以得到结晶半导体薄膜的方法。注意，本技术说明中，结晶半导体薄膜指其中存在结晶区域的半导体薄膜。

用上述晶化方法形成的结晶半导体薄膜具有高迁移率。因此，结晶半导体薄膜越来越多的被用于诸如单片型液晶电光器件等各类器件中。这些电光器件中，用这种结晶半导体薄膜形成薄膜晶体管(TFT)，在一单片玻璃衬底上形成用于驱动像素的TFT和驱动器电路的TFT。

如上所述，结晶半导体薄膜的性能远远优于非晶半导体薄膜。因此，进行了上面提到的研究。对通过加热来晶化非晶半导体薄膜，需要例如在600℃或更高的温度加热10小时或更长的时间，优选的的需要20小时或更长时间。在各种衬底中，能承受晶化条件的有，比如，石英衬底。然而，石英衬底很贵，尤其是很难将石英衬底加工成大面积衬底。大面积衬底对提高生产效率特别关键。最近，有一种显著趋势，可得到大面积衬底以提高生产效率。所以，在即将新建的工厂的生产线上，600×720mm的衬底正成为标准。

在玻璃衬底中，具有较高熔点的是1737玻璃衬底。1737玻璃衬底的翘曲点是667℃，冷却点或1737玻璃衬底发生明显形变的温度是721℃，1737玻璃衬底的熔点是975℃。当在这种玻璃衬底上形成非晶半导体薄膜然后在600℃的气氛下放置20小时，就能看出衬底的收缩。然而，衬底中没有出现任何会影响半导体器件制造工艺的形变。然而，考虑到产量的话，20小时的加热时间就太长了。

为了解决上述问题，设计了一种新的晶化方法。这种方法的细节在日本专利申请特许公开号Hei7-183540中叙述。在此将简述本方法。首先，在非晶半导体薄膜中引入非常少量的镍、钯、铅或类似的元素作为掺杂。为了实施掺杂过程，应该采用等离子体CVD法、气相淀积法、离子注入法、溅射法、采用溶液应用法(solution applying method)或类似的方法。掺杂工艺之后，非晶半导体薄膜在550℃置于氮气氛中4小时，例如，能得到具有令人满意特性的结晶半导体薄膜。顺便提及，最适宜晶化的温度和时间依赖于元素的掺杂量和非晶半导体薄膜的状态。

上面是关于利用加热晶化非晶半导体薄膜的方法的说明。与此相反，由于用激光退火只把高能量给予非晶半导体薄膜而不过分提高衬底的温度，所以还可用于塑料或类似衬底以及低翘曲点的玻璃衬底。

诸如准分子激光束的高功率脉冲激光束被用于激光退火。用光学系统处理激光束以得到特定形状激光束，在照射面上形成具有几个厘米见方(矩形)的方形光斑或10厘米或更长的线(线形)光束形状。然后，实施激光束扫描，或相对于照射面来移动激光束照射的位置。这种方法增加了生产力，从商业的角度更优越。因此，更适宜采用该方法。

尤其当采用线形激光束时，激光束向整个照射面上的照射可以仅仅通过沿垂直于线形激光束纵向的方向扫描来实现。与之相对照，当采用在照射面上形成斑点形状的激光束时，则需要前-后以及左-右扫描。因此，线形激光束提供更高的生产能力。由于垂直于激光束纵向的方向是最有效的扫描方向，因此选用该方向进行扫描。由于其具有更高的生产力，故使用TFT生产液晶显示器的技术中，主流是在激光退火方法中采用通过合适的光学系统处理脉冲振荡准分子激光器得到的线形激光束。

要形成结晶半导体薄膜，还有一种方法是加热晶化非晶半导体薄膜，然后进一步通过激光退火晶化所得到的薄膜。用这种方法，半导体薄膜的特性比单独用加热或者激光退火晶化时有很大改善。在该方法中，为了改善特性，必须同时优化加热条件和激光退火条件。采用上述方法用结晶半导体薄膜生产薄膜晶体管(TFT)极大地改善了TFT的电学特性。

但是，用激光束照射的晶化方法把高能量给予半导体薄膜而不过分的提高衬底的温度，因此在衬底和半导体薄膜之间形成温度梯度。从而，半导体薄膜在张应变的作用下收缩然后变得翘曲。