TW200423230A - Manufacturing method and manufacturing apparatus of crystallized semiconductor thin film - Google Patents

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Hiroshi Tsunazawa
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Description

200423230 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關利用能量射束，特別是雷射光來製造結 晶化半導體薄膜之結晶化半導體薄膜的製造方法，及製造 裝置。 【先前技術】 使用於應用液晶或電激發光（EL)等顯示裝置的薄 膜電晶體是使用非晶質或多晶矽來作爲活性層。其中，以 多晶矽作爲活性層的薄膜電晶體（結晶化半導體薄膜）與 以非晶質矽作爲活性層的薄膜電晶體相較之下，因爲電子 的移動度較高，所以與非晶質砂的薄膜電晶體相較之下， 具有較多的長處。 具體而言，例如’以多晶矽作爲活性層的薄膜電晶體 並非只在畫素部份形成開關元件，還能夠在畫素周邊部份 形成驅動電路，以及將一部份的周邊電路形成於一片的基 板上。因此，不必另外將驅動器IC或驅動電路基板安裝 於顯示裝置，所以可以低價格來提供顯示裝置。 另外，就其他長處而言，可使電晶體的尺寸微細化， 所以形成於畫素部份的開關元件會變小，可謀求高開口率 化。因此，可提供一種高亮度，高精細的顯示裝置。 但，上述以多晶矽作爲活性層的薄膜電晶體，亦即多 晶矽薄膜（結晶化半導體薄膜）的製造方法必須在玻璃基 板以CVD法等來形成非晶質矽薄膜之後，另外使非晶質 (2) (2)200423230 砂多結晶化。 就使非晶質矽多結晶化（結晶化）的工程而言，例如 有使用600 °C以上的高温來進行退火的高温退火法等。但 ，在利用上述方法來製造多晶矽時，積層非晶質矽的基板 必須使用能耐高温的高價玻璃基板，這將有礙於顯示裝置 的低價格化。 但，近年來利用雷射光以600t以下的低温來進行非 晶質矽的結晶化之技術已一般化，可以低價格來提供一種 能夠低價格的玻璃基板形成多晶矽電晶體的顯示裝置。 就利用雷射光的結晶化技術而言，其方法一般是例如 一邊將形成非晶質矽薄膜的玻璃基板加熱至400 °C程度， 而使上述玻璃基板以一定速度一邊進行掃描，一邊將長度 200〜40 0mm，寬度0·2〜1.0mm程度的線狀雷射射束連續 地照射於上述玻璃基板上。若使用此方法，則可形成具有 與非晶質矽薄膜的厚度同程度的平均粒徑之多晶矽薄膜^ 此刻，被照射雷射射束的部份的非晶質矽並非完全溶融於 厚度方向的全域，而是剩下一部份的非晶質區域來溶融。 藉此’在雷射照射區域的全面所到之處會產生結晶核，結 晶會朝矽薄膜最表層成長，隨機的方位的結晶粒會被形成 〇 但，爲了取得更高性能的顯示裝置，而必須增大多晶 矽的結晶粒徑及控制成長結晶的方向，以取得接近單結晶 矽的性能爲目的的硏究開發正被多數進行著。 具體而言，例如有專利文獻1中所揭示供以使結晶形 (3) 200423230 成更大的技術。 其中，特別是專利文獻1中所揭示超橫向成長的技術 。該專利文獻1中所揭示的方法是將微細寬度的脈衝雷射 照射於矽薄膜，而使矽薄膜溶融 凝固於雷射照射區域的 厚度方向全域，藉此來進行結晶化。
圖9是用以說明超橫向成長之結晶化的製程。在圖9 (a )中’若例如將2〜3 μΐΏ的微細寬度的雷射照射於半 導體薄膜’而使區域71的半導體薄膜溶融於厚度方向全 域’則針狀的結晶會從未溶融區域的境界往橫方向72， 亦即水平方向成長，在溶融區域中央部從兩側成長的結晶 會衝突終了成長。如圖9 ( a )所示，將結晶成長於水平 方向者稱爲橫向成長。又，如圖9(b) ， （c)所示，若
依次照射雷射脈衝，而使重複於在1次前的雷射照射所形 成的針狀結晶的一部份，則會接續於既已成長後的結晶， 形成更長針狀的結晶，而取得結晶的成長方向一致的長結 晶。如圖9(b) ， （ c )所示’將接續於橫向成長後的結 晶而形成更大的結晶者稱爲超橫向成長。 又，於專利文獻2中揭示有以能夠包含於第1脈衝射 束的方式來將第2脈衝射束照射於半導體薄膜之構成。 又’就與超橫向成長不同的結晶化製程而言，例如有 揭示於專利文獻3的技術。 〔專利文獻1〕 特許3204986號公報（登錄日；2〇〇1年6月29日） 〔專利文獻2〕 (4) 200423230 特公平3-7986 1號公報（公告日；1991年12月20 曰 ) 專利文獻3〕 特公平4-2 02 54號公報（公告日；1992年4月2日 〔非專利文獻1〕 應用物理學會結晶工學分科會第112次硏究會教材 p.19〜25 但，就上述習知技術而言，難以使結晶的橫向成長方 向的距離更伸長，或者即使橫向成長方向的距離伸長，其 效率也會非常差。以下，針對上述專利文獻1的問題點來 加以詳述。 在揭示於上述專利文獻1的方法中，以1次的脈衝照 射而成長的結晶長度會依各種的製程條件及半導體薄膜的 厚度而有所不同，例如在基板温度3 00 °c照射波長3 08nm 的準分子雷射時，最長會形成1〜1 ·2μιη程度（例如參照 非專利文獻1 )。 但，在上述專利文獻1所揭示的方法中，爲了形成圖 9 ( c )所示的針狀長結晶，而必須以在1脈衝的雷射照射 下成長的結晶長度（以下稱爲「橫向成長距離」）的1/ 2〜1 / 3程度的傳送間距，亦即以〇 . 3〜0.6 μιη程度的極微 小傳送間距來重複進行脈衝雷射照射。因此，在使用於顯 示裝置等的基板全面結晶化時必須要極長的時間，具有製 造效率極差的問題點。 -8- (5) 200423230 又，在上述專利文獻2所揭示的方法中，第1脈衝射 束是以能夠包含第2脈衝射束之方式來照射。第1脈衝射 束的目的是爲了去除形成基板與半導體薄膜的應力之加熱 器的加熱，而對基板進行預熱照射者，亦即爲了實施專利 文獻2所記載的方法，而必須要有具備合計2個射束照射 手段的複雜裝置。
又，由於薄膜電晶體的通道長爲現狀數μιη以上，因 此在載流子的移動方向取得無粒界的結晶時，必須進行數 次以上的連續性成長。但，只要能夠在1脈衝的雷射照射 下數μιη以上的針狀結晶成長，而於此形成通道，便可形 成載流子的移動度高，特性佳的薄膜電晶體。 根據以上所述的理由，超橫向成長技術可使結晶的橫 向成長方向的距離更伸長。
本發明是有鑑於上述以往的課題而硏發者，其目的是 在於提供一種可以更爲拉長橫向成長方向的距離，而有效 率地製造良質的多結晶化半導體薄膜之結晶化半導體薄膜 的製造方法及製造裝置。 【發明內容】 爲了解決上述課題，本發明之結晶化半導體薄膜的製 造方法’係針對形成於基板上的半導體薄膜照射：主能量 射束，及每個單位面積的能量比該主能量射束還要小且比 半導體薄膜溶融的能量的臨界値還要低之副能量射束，而 使該半導體薄膜溶融於厚度方向的全域，然後使結晶化， -9 - (6) (6)200423230 藉此來製造結晶化半導體薄膜，其特徵爲：以能夠緊鄰上 述主能量射束之方式來照射副能量射束。 若利用上述構成，則會以能夠緊鄰主能量射束之方式 來照射副能量射束。一般，藉由主能量射束的脈衝照射而 融解的半導體薄膜會從周圍開始結晶化。此刻，本發明是 在該被融解之半導體薄膜的周圍，以能夠緊鄰上述主能量 射束之方式來照射比上述主能量射束的每個單位面積的能 量還要小的副能量射束。又，上述副能量射束的每個單位 面積的能量會被設定成比半導體薄膜溶融的能量的臨界値 還要低。藉此，所被融解的半導體薄膜與以往相較之下， 會以較慢的冷卻速度來冷卻。亦即，所被溶融的半導體薄 膜會在結晶化時慢慢地結晶化。藉此，結晶化半導體薄膜 的結晶大小與以往相較之下，可形成較大。並且，上述主 能量射束可使半導體薄膜溶融。亦即，主能量射束的每個 單位面積的能量會被設定成比半導體薄膜溶融的能量的臨 界値還要高。亦即，藉由上述構成，不僅可以精密地控制 半導體薄膜的溶融區域，而且還能夠進行溶融後之半導體 薄膜的結晶化速度（凝固）的控制。 因此’可使賦予半導體薄膜的能量之空間性的温度分 布變化’緩和凝固（結晶化）時之時間性，空間性的温度 變化’因此其結果，可使藉由橫向成長法而形成的針狀結 晶（由構成半導體薄膜的材料所形成的結晶）的長度（橫 向成長距離）伸長。 又，以能夠緊鄰主射束之方式來照射副射束，與例如 -10- (7) (7)200423230 將複數個能量相異的脈衝雷射予以複數照射於同一處後使 半導體薄膜結晶化的構成相較之下，可在短時間內製造結 晶化半導體薄膜。藉此，與以往相較之下，結晶化半導體 薄膜的製造效率佳。 又，爲了解決上述課題，本發明之結晶化半導體薄膜 的製造裝置，係具備能量射束照射手段，其係針對形成於 基板上的半導體薄膜來脈衝照射：主能量射束，及每個單 位面積的能量比該主能量射束還要小且比半導體薄膜溶融 的能量的臨界値還要低之副能量射束，其特徵爲： 上述能量射束照射手段係以能夠緊鄰主能量射束之方 式來照射上述副能量射束。 若利用上述構成，則上述能量射束照射手段會以能夠 緊鄰主能量射束之方式來照射上述副能量射束。藉此，對 主射束而言’可以緊鄰副射束之方式來照射於半導體薄膜 ，因此可提供一種製造具有橫向成長距離大的結晶之結晶 化半導體薄膜的製造裝置。 又，爲了解決上述課題，本發明之結晶化半導體薄膜 的製造裝置，係具備： 第1射束照射部，其係用以照射主能量射束；及 第1光罩’其係用以形成由上述第丨射束照射部所照 射的主能量射束的圖案；及 第2射束照射部，其係用以照射每個單位面積的能量 比上述主能量射束還要小且比半導體薄膜溶融的能量的臨 界値還要低的副能量射束；及 -11 - (8) (8)200423230 第2光罩，其係用以形成由上述第2射束照射部所照 射的副能量射束的圖案；及 結像透鏡，其係用以將分別藉由上述第1光罩與第2 光罩而形成的圖案予以結像於半導體薄膜上； 又，上述第1光罩與第2光罩係以副能量射束能夠緊 鄰主能量射束之方式來形成照射於半導體薄膜上的圖案。 若利用上述構成，則會利用2個能量射束照射手段， 以能夠緊鄰主能量射束來照射上述副能量射束。藉此，對 主射束而言，可以能夠緊鄰副射束之方式來照射於半導體 薄膜，因此可提供一種製造具有橫向成長距離大的結晶之 結晶化半導體薄膜的製造裝置。又，藉由2個能量射束照 射手段的使用，例如可簡單地製作出波長相異的能量射束 〇 本發明之另外其他目的，特徵及優點，可由以下所示 的記載來充分得知。並且，本發明的利益，可在參照圖面 的以下説明中明白得知。 [實施方式】 〔實施形態1〕 如以下所述，根據圖1〜5來說明本發明之一實施形 態。首先，說明有關具有利用於本實施形態的結晶化半導 體薄膜的製造方法的半導體薄膜之基板。 具有使用於本實施形態的半導體薄膜之基板，如圖1 所示，是在絕緣性基板1上依次層疊耐熱性薄膜2，高熱 -12- 200423230 Ο) 傳導性絕緣膜（熱傳導性絕緣膜）3，緩衝膜4，半導體 薄膜5。 絕緣性基板1可利用玻璃或石英等，但基於便宜及容 易製造大面積基板，最好是使用玻璃。在本實施形態中是 使用厚度0.7mm的玻璃基板。
耐熱性薄膜2主要是爲了使結晶化時溶融後的半導體 薄膜5的熱影響不會波及絕緣性基板1。就本實施形態而 言，是使用藉由 CVD( Chemical Vapor Deposition)法而 形成的厚度l〇〇nm的氧化矽。
高熱傳導性絕緣膜3是用以藉由熱逃往水平方向來促 進往水平方向72 (參照圖9 )的結晶成長（橫向成長）。 亦即，用以藉由誘導結晶化的方向來使結晶更大成長。又 ’局熱傳導性絕緣膜3的膜厚最好爲1〇〜50nm的範圍内 。高熱傳導性絕緣膜3的製造方法，例如可利用蒸鍰，離 子電鍍或濺鍍等來積層。在本實施形態中是使用藉由濺鏟 來形成厚度20nm的氮化鋁。此高熱傳導性絕緣膜3只要 因應所需來設置即可。 構成上述高熱傳導性絕緣膜3的材料，具體而言，例 如可適用由氮化鋁，氮化矽，氧化鋁，氧化鎂及氧化鈽所 選擇的1種材料。 藉由形成上述高熱傳導性薄膜3來促進熱從能量射束 的照射端往未照射部流入，可取得比以往橫向成長距離還 要大的結晶。 緩衝層4是用以防止往半導體薄膜5的雜質擴散，例 •13- (10) (10)200423230 如防止來自筒熱傳導性絕緣膜3或耐熱性薄膜2等下層膜 的雜質擴散’以及在結晶化時防止半導體薄膜5與高熱傳 導性薄膜3的反應（例如合金化）。在本實施形態中是使 用藉由CVD法來形成厚度2〇nm的氧化矽。 半導體薄膜5只要使非晶質或結晶性的半導體材料形 成膜厚30〜200nm的範圍内即可。在本實施形態中是使 用藉由CVD法來形成厚度5〇nm的非晶質矽。又，藉由使 上述半導體薄膜5多結晶化，可取得作爲最終製品用的結 晶化半導體薄膜。 以下’針對在具有上述半導體薄膜5的基板上照射雷 射’而使上述半導體薄膜5多結晶化的方法來進行說明， 亦即針對本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造方法來進 行説明。本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造方法是對 形成於基板上的半導體薄膜脈衝照射主能量射束（以下稱 爲主射束）及每個單位面積的能量比該主能量射束還要小 且比半導體薄膜溶融的能量的臨界値還要低的副能量射束 (以下稱爲副射束），而使該半導體薄膜溶融於厚度方向 的全域’然後結晶化，藉此來製造結晶化半導體薄膜，其 特徵是以能夠緊鄰上述主射束之方式來照射副射束。 如圖1所示，本實施形態是對上述半導體薄膜5照射 主射束6(供以使半導體薄膜5溶融 凝固而進行再結晶 化）及副射束7 (以使半導體薄膜5的温度上昇爲目的， 近接於上述主射束6)，藉此使能夠製造比以往結晶（結 晶粒徑）還要大的結晶化半導體薄膜。首先，針對用以形 -14· (11) 200423230 成（照射）上述射束（主射束6及副射束7)的裝置，亦 SP本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造裝置來進行説明
本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造裝置是具備能 胃射束照射手段’其係針對形成於基板上的半導體薄膜脈 衝照射主射束6及副射束7 (每個單位面積的能量比該主 身寸束6還要小且比半導體薄膜溶融的能量的臨界値還要低 )，其特徵爲： 上述能量射束照射手段是以上述副射束7能夠緊鄰主 射束6之方式來照射。 更詳而言之，具備： 能量射束照射手段，其係針對形成於基板上的半導體 薄膜脈衝照射主射束6及副射束7 (每個單位面積的能量 比該主射束6還要小且比半導體薄膜溶融的能量的臨界値 還要低）；及 光罩’其係形成照射於半導體薄膜之上述主射束6與 副射束7的圖案；及 結像透鏡，其係使透過上述光罩的上述主射束6與副 射束7結像於半導體薄膜上； 又’上述光罩是以能夠與主射束6的圖案相鄰之方式 來形成副射束7的圖案。 又’所謂上述脈衝照射是表示照射脈衝能量射束（例 如，脈衝雷射）者。 本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造裝置，如圖2 -15- (12) 200423230 所示，具備：雷射振盪器61，可變衰減器63，射束整形 元件64，光罩面均一照明元件65，場透鏡66，光罩67， 結像透鏡6 8。並且，在以下的説明中’是針對能量射束 爲雷射光的構成來進行説明。而且’在本實施形態中’是 藉由上述雷射振盪器61，可變衰減器63，射束整形元件 64，光罩面均一照明元件65，場透鏡66’光罩67，及結 像透鏡6 8等來構成能量照射手段。
雷射振盪器61爲照射脈衝狀的雷射光（能量射束） 者。由上述雷射振盪器61所照射的雷射光的每單位面積 的能量，並無特別加以限定，只要是能夠使半導體薄膜5 (例如，非晶質矽）溶融者即可。又，可照射具有上述能 量的雷射光之雷射振盪器6 1，最好例如爲準分子雷射或 YAG雷射的各種固體雷射等具有紫外域的波長之光源。 在本實施形態中是使用波長3 0 8nm的準分子雷射。
可變衰減器63具有調整到達基板面的雷射光的能量 密度（每個單位面積的能量）之機能。 射束整形元件64及光罩面均一照明元件65具有將雷 射振盪器6 1所射出的雷射光整形成適當大小之後，均一 地照明於光罩面的機能。這例如可利用柱面透鏡與電容器 透鏡來分割由雷射振盪器61所照射的高斯型強度分布（ 能量分布）的雷射光，而使重疊於光罩面後照明，藉此來 形成均一強度分布的光罩照明。 場透鏡66具有使透過光罩67的主射束6及副射束7 垂直射入結像透鏡6 8的結像面之機能。 -16- (13) 200423230 光罩67會將照射於該光罩67的雷射光予以分成主射 束6及副射束7，而使透過。亦即，根據形成於該光罩6 7 的圖案來作成主射束6及副射束7。有關形成該光罩6 7 的圖案會在往後敘述。
又，透過光罩67的主射束6與副射束7是藉由結像 透鏡68來以預定倍率結像於具有半導體薄膜5的基板69 (半導體薄膜）上。上述預定倍率是根欲結像透鏡6 8的 倍率來變化。在本實施形態中，結像透鏡的倍率爲1/4 又，反光鏡62是用以折返雷射光者，但配置處及數 量並無限制，可按照裝置的光學設計及機構設計來適當地 配置。 圖3是用以說明形成於本實施形態之結晶化半導體薄 膜的製造裝置的光罩67的圖案的正面圖。就實施形態而 言，在光罩6 7中接近於主射束形成用圖案2 1的兩側形成 有副射束形成用圖案22。具體而言，以能夠緊鄰主射束 形成用圖案21之方式來形成副射束形成用圖案22。藉此 ，從雷射振盪器6 1射出的雷射光可以上述副能量射束能 夠緊鄰主能量射束之方式來對半導體薄膜5照射上述副能 量射束。並且，在本實施形態中，可以主射束形成圖案 2 1與2個副射束形成用圖案22爲1組來形成複數個圖案 群。在圖3中形成有3組的圖案群。 在此，針對主射束形成用圖案2 1與副射束形成用圖 案22的大小關係來進行説明。 -17- (14) 200423230 主射束形成用圖案21的寬度可爲（橫 2倍/結像透鏡的倍率）程度。上述寬度具 於1 2〜60μπι之間。在本實施形態中，主射 21的寬度爲24μπι。 副射束形成用圖案22的寬度是按照結 度來設定。若使副射束形成用圖案22的寬 像透鏡的解像度/結像透鏡的倍率）同程度 上述副射束形成用圖案22的射束的能量密 射束6的每個單位面積的能量（以下稱爲能 充分的小。藉此，在本實施形態中，可以主 密度爲能夠溶融半導體薄膜的厚度方向全體 且副射束7的能量密度爲半導體薄膜5不會 的能量密度之方式來設定副射束形成用圖案 亦即，設定成可藉由對半導體薄膜5照射主 該半導體薄膜5的厚度方向（積層於基板上 全體的能量密度。另一方面，副射束7本身 體薄膜5時不會使該半導體薄膜融解。亦即 能量密度是設定成比主射束6還要小且比溶 5的能量的臨界値還要低。換言之，副射束 使半導體薄膜5結晶化的程度，且可加熱半 程度之能量密度即可。 具體而言，例如，若結像透鏡的開口 | 0.15，所使用的光波長爲λ (==0·308μιη) 會形成 R= λ / ΝΑ =0·308/0·15=2·1 μπι。 向成長距離的 體而言可設定 束形成用圖案 像透鏡的解像 度形成和（結 以下，則透過 度可形成比主 量密度）還要 討束6的能量 的能量密度， 溶融（融解） 22的寬度。 射束6來融解 的積層方向） 在照射至半導 ，副射束7的 融半導體薄膜 7只要具有不 導體薄膜5的 女（=ΝΑ )爲 ，則解像度R 並且，因此結 -18- (15) (15)200423230 像透鏡的倍率爲1 / 4 ’所以副射束形成用圖案22的寬度 爲與（解像度R /結像透鏡的倍率）同程度以下，亦即 4 · 0 μ m 〇 圖4是用以說明使用於本實施形態之結晶化半導體薄 膜的製造裝置的結像透鏡68之MTF(Modulus Transfei Function )的圖表。如上述説明，因此結像透鏡的倍率爲 1 / 4，所以通過結像透鏡68而照射至半導體薄膜5的主 射束6的寬度會形成6 μπι。因此，此刻的空間頻率會形成 1/ (0.006x2) = 83 (本/ mm) ，由圖4的空間頻率與 M TF的關係來看，MTF = 0.89。又，與上述同樣的，因爲 照射於半導體薄膜5的副射束7的寬度爲1 μ m，所以空間 頻率會形成 1/ (0.001x2) = 500 (本/ mm)，此刻的 MTF= 〇·37。由於MTF是表示像的對比度，因此只要調整 光罩圖案的細縫寬度，便可同時調整照射於半導體薄膜上 的能量密度，加熱成能以主射束6來溶融半導體薄膜5的 厚度方向全體，而不能以副射束7來溶融半導體薄膜5的 程度。 主射束6與副射束7的間隔是與決定副射束7之寬度 的理由相同，在本實施形態中爲Ι.Ομιη。 光罩圖案（主或副射束形成用圖案的寬度）是由上述 半導體薄膜上的射束大小及結像透鏡的倍率來決定。在本 實施形態中，因爲是使用倍率1 / 4的結像透鏡，所以光 罩圖案與照射於上述半導體薄膜5上的射束大小相較之下 會形成4倍的大小。 -19- (16) 200423230 利用以上構成的製造裝置來製造結晶化半導體薄膜。 具體而言，本實施形態是在將雷射光照射於上述半導體薄 膜5時，以能夠緊鄰上述主射束6之方式來照射副射束7 ，藉此來製造結晶化半導體薄膜。 在此，針對上述將雷射光照射於半導體薄膜5時的温 度分布來進行説明。
圖5是用以說明有限要素法之非定常熱傳導的計算結 果的圖表。圖5(a)〜（d)爲時系列的温度履歷。各圖 表的橫軸是表示離雷射照射區域中心部的位置（距離）， 縱軸是表示半導體薄膜的下面温度。在圖5(a)〜（d) 中，所謂融點是表示形成本實施形態中所使用的半導體薄 膜5的材料之非晶質矽的融點。圖5 ( a )是表示從半導 體薄膜全體的温度爲最上昇的時刻之照射開始時刻到 2 5 ns後之温度履歷的圖表。此刻，在以往的結晶化方法 (習知例）中，從雷射照射區域中心部到2 · 2 μιη的位置爲 止半導體薄膜會溶融，相對的，在本發明的結晶化方法中 ，從雷射照射區域中心部到2·4 μπι的位置爲止半導體薄膜 會溶融。亦即，在習知例中，半導體薄膜會完全溶融於全 厚度方向的區域爲4.4μπι寬度的區域，相對的，在本發明 的方法中爲4·8μιη。並且，在此所述的習知例是表示只將 主射束6照射於半導體薄膜的構成，具體而言，在使主射 束6的能量密度與本實施形態的主射束6的能量密度形成 相同的狀態下，只照射該主射束6。 圖5 ( b )〜（d )是表示半導體薄膜結晶化（凝固） -20- (17) (17)200423230 過程的温度履歷的圖表，分別表示從照射開始時刻開始到 60ns，70ns，100ns後的温度履歷圖表。 本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造方法是所謂橫 向成長法。以下，針對此橫向成長法來進行説明。若對半 導體薄膜照射雷射射光，則該半導體薄膜會被融解，在半 導體薄膜完全融解於厚度方向全體的區域與未溶融（未融 解）區域之境界部份會形成有無數的結晶核，結晶會往雷 射照射區域中心部成長。並且，在雷射照射區域中心部， 因爲在基板方向上產生有熱的移動，所以會產生微細的結 晶。又，如圖5(a)〜（d)所示，可由温度履歷的圖表 來判定半導體薄膜的結晶化的進行狀態，因此可判定該橫 向成長的狀態。又，於本實施形態的説明中，所謂的厚度 方向是表示積層於基板上的半導體薄膜的厚度方向，所謂 的橫向成長方向是表示基板的面内方向。 首先，根據圖5(a)〜（d)所示之温度履歷的圖表 來說明習知例的結晶化。例如在習知例中，圖5 ( b )所 示之温度履歷的圖表，亦即在時刻60ns，雷射照射區域 中心部的位置0〜1.8 μπι的期間，半導體薄膜的温度會形 成構成該半導體薄膜之材料的融點以上。亦即，在雷射照 射區域中心部的位置0〜1. 8 μπι的期間，半導體薄膜會形 成溶融的狀態。又，於圖5 ( a)所示的時刻25ns，從上 述位置0到2.2 μπι爲止會形成溶融的狀態。因此，在照射 雷射光至半導體薄膜的時間點25ns〜60ns的期間，從離 開雷射照射區域中心部的位置（〇 ) 2.2 μπι的位置到離開 •21 - (18) 200423230 上述位置（〇) 1·8μιη的位置，亦即在2·2].8 = 0·4μιη的區 域，融解的半導體薄膜會形成結晶化。亦即在上述0.4μπι 的區域會形成結晶。但，如圖5 ( b )〜（c )所示，從照 射雷射光至半導體薄膜開始到6 0 n s〜7 0 n s的期間，亦即 在1 0 n s的極短時間，照射雷射光的全區域會形成融點以 下。
此刻，如前述，在雷射照射區域中心部，熱的移動並 非產生於橫向成長方向，而是基板法線方向，因此不會形 成橫向成長，而是形成微細的結晶。亦即，在上述l〇ns 的期間 ，融解的半導體薄膜會急速冷卻，而形成融點以 下。因此，在融解的半導體薄膜的區域，在上述0.4μιη的 區域所產生的結晶成長之前，微細的結晶會多數產生於融 解的半導體薄膜的全區域。藉此，就習知例而言，是無法 取得結晶大的結晶化半導體薄膜。
具體而言，在習知例中，由圖5(b)〜（c)之温度 履歷的圖表來看，橫向成長的範圍是從融解端（本習知例 是離照射中心 2·2μπι的位置）往中央方向產生 〇.4μιη〜 0·6μηι長度的橫向成長，離雷射照射區域中心部〗.6〜 1·8μπι的範圍會形成微結晶。並且，即使擴大細縫的寬度 ’該部份也只會使雷射照射區域中心部附近之微結晶的區 域變大，而橫向成長的長度幾乎不會有變化。 以下詳細說明本實施形態的情況。本實施形態之結晶 化半導體薄膜的製造方法，在照射雷射光至半導體薄膜的 時間點25ns〜60ns的期間，半導體薄膜之融解區域的推 -22- (19) 200423230 移是與上述説明的習知例同樣。因此，在照射上述雷射光 的時間點25ns〜60ns的期間，會產生2.4-1.8 = 0.6μπι程度 的結晶。其次，從照射上述雷射光的時間點開始60ns〜 7〇ns的1 〇ns期間所融解之半導體薄膜的區域，如圖5 ( b )’ （c )所不，是從離開雷射照射區域中心部1 . 8 μ m的 位置推移（移動）至離開該中心部1·6μιη的位置爲止。亦 即’在上述10ns期間，只有1.8-1.6 = 0·2μπι的區域會重新 形成半導體薄膜的融點以下的部份。因此，在此部份會產 生半導體薄膜的結晶化。此情況，在上述0.2 μιη的區域， 會以即已產生於離雷射照射區域中心部1.8μιη的位置之結 晶作爲種結晶來使結晶成長，遠超過產生新的微結晶。這 與習知例的情況時不同，由於種結晶所存在的位置接近新 結晶化的區域，因此以既已存在的種結晶爲中心來使該種 結晶成長遠超過產生新的微結晶。 又，從照射上述雷射光的時間點開始70ns〜10〇ns的 3〇ns期間，融解之半導體薄膜的區域，如圖5 ( c) ，( d )所示，是從離雷射照射區域中心部1·6μιη的位置推移（ 移動）至離該中心部1.5μιη的位置爲止。又，在此30ns 的期間形成融點以下。在1.6-1.5 = 0· Ιμιη的區域，根據以 上所述的理由，會使既已產生的結晶成長。 因此’從圖5 ( d )所示的雷射光照射開始時間點到 l〇〇ns後，離雷射照射區域中心部ΐ·5μιη之處會形成融點 以下，此部份的結晶化會開始。此刻，結晶之橫向成長的 度 長 及 \>y a /IV 5 圖 依 成 形 會 此 因 〇 m -23· (20) 200423230 本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造方法與習知例相較 之下，所成長之結晶的橫向成長方向的長度比習知例還要 增加50〜125%。換言之，本實施形態之結晶化半導體薄 膜的製造方法與習知例相較之下，可使結晶之橫向成長方 向的長度形成1.5〜2.25倍。
如以上所述，若根據有限要素法之非定常熱傳導的計 算結果，利用本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造方法 ，則可比以往還要能夠伸長結晶之橫向成長方向的長度。 又，爲了證實上述説明的作用 效果，而實際對半導 體薄膜照射雷射，而來進行結晶化實驗的話，則可取得與 上述説明幾乎同等的效果。亦即，利用本實施形態之結晶 化半導體薄膜的製造方法，可以能夠緊鄰主射束6之方式 來照射副射束7，藉此可緩和半導體薄膜的温度變化，因 此可擴大結晶化半導體薄膜之結晶的橫向成長距離。
如以上所述’本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造 方法是在所被融解之半導體薄膜5的温度分布中著眼於形 成融解之半導體薄膜5的融點附近的位置會與時間一起移 動，而以副射束7來加熱上述半導體薄膜5的融點附近位 置的外側（本實施例是離主射束中心4〜5 μπι的距離）， 藉此來放慢該融點之半導體薄膜5的位置的移動。若融解 之半導體薄膜5的温度形成融點以下，則會進行結晶化。 此刻，藉由放慢結晶化的速度（縮小結晶化的區域），可 增大所產生的結晶’具體而言，增大結晶的橫向成長方向 的距離。本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造方法是藉 -24- (21) (21)200423230 由副射束7來加熱主射束6所融解的半導體薄膜5之結晶 化開始的部份（區域）的外側，藉此可一旦縮小結晶化的 區域。藉此’以既存的種結晶爲中心而結晶成長的比例與 微結晶產生的比例相較之下，比以往還要高。因此，可製 造比以往還要大的結晶之結晶化半導體薄膜。 又’上述説明中是針對以主射束6與副射束7能夠隔 著一定的距離而鄰接之方式來照射於半導體薄膜5之構成 來進行説明。但，在本實施形態之結晶化半導體薄膜的製 造方法中，例如在使從雷射振盪器到基板上的光路分岐時 ，或者使用2個雷射照射手段時，亦可以主射束6與副射 束7的一部份能夠在重疊的狀態下緊鄰之方式來對半導體 薄膜5照射上述2個的射束。但，主射束6與副射束7不 會完全重疊。又，當照射於上述半導體薄膜5的主射束6 的寬度爲3〜15 μιη的範圍内時，照射於上述半導體薄膜5 的主射束6與副射束7的間隔，例如最好爲1〜8 μιη的範 圍内，更理想爲2〜6μιη的範圍内。藉此，可更增大所產 生之結晶的大小（結晶的粒徑）。 又’於上述説明中，能量射束是針對使用雷射光的構 成來進行説明，但本發明的能量射束並非限於此，例如亦 可使用電子射束等。 〔實施形態2〕 如以下所述，根據圖6〜8來說明本發明的其他實施 形態。 -25- (22) (22)200423230 在本實施形態中，可利用二台的雷射照射裝置來調整 主射束ό與副射束7的照射時序，藉此來更擴大橫向成長 距離。 具體而言’本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造裝 置具備： 第1射束照射部，其係用以脈衝照射主能量射束6 ; 及 第1光罩’其係用以形成由上述第1射束照射部所照 射的主能量射束6的圖案；及 第2射束照射部，其係用以照射每個單位面積的能量 比上述主能量射束6還要小且比半導體薄膜溶融的能量的 臨界値速要低的副能量射束7 ;及 第2光罩’其係用以形成由上述第2射束照射部所照 射的副能量射束7的圖案；及 結像透鏡，其係用以將分別藉由上述第1光罩與第2 光罩而形成的圖案予以結像於半導體薄膜上； 又’上述第1光罩與第2光罩係以副能量射束7能夠 緊鄰主能量射束6之方式來形成照射於半導體薄膜上的圖 案。 又，基於方便説明，對具有與上述實施形態1所示的 各構件同樣機能的構件賦予相同的符號，並省略其説明。 具體而言，在本實施形態中是使用與上述實施形態1同樣 的半導體薄膜。又，其他各層（基板等）的構成亦與實施 形態1相同。 -26- (23) 200423230 如 1 第 到 ( 圖 整 67 還 且 件 射 雷 來 像 雷 衝 器 所 在本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造裝置中， 圖6所示，構成第1雷射光路（從第1雷射振盪器（第 射束照射部）3 1到具有半導體薄膜5的基板44上）及 2雷射光路（從第2雷射振盪器（第2射束照射部）3 2 上述基板44上）的光學零件，亦即，可變衰減器（33 3 4 )，射束整形元件（3 5，3 6 )，光罩面均一照明元件 3 8，3 9 )，光罩（40，41 ;調節手段）的構成是分別與 2所示之實施形態1的製造裝置的可變衰減器6 3，射束 形元件64，光罩面均一照明元件65，場透鏡66，光罩 同樣。並且，本實施形態的製造裝置，除了上述以外， 具備射束分裂器42及脈衝發生器（控制手段）45。而 ，藉由構成上述第1雷射光路及第2雷射光路的光學零 (包含射束分裂器42及結像透鏡43 )等來形成能量照 手段。 在上述第1雷射光路中會形成有主射束6，在第2 射光路中會形成有副射束7。又，利用射束分裂器42 結合上述第1雷射光路與上述第2雷射光路。又，於結 透鏡43合倂由第1雷射光路與第2雷射光路所照射的 射光，然後照射至半導體薄膜5。 脈衝發生器45是用以控制雷射振盪器的振盪時序 若雷射振盪器3 1，3 2皆由脈衝發生器45來輸入控制脈 ，則不會延遲立即照射脈衝雷射。又，上述脈衝發生 45可控制由第1雷射振盪器31與第2雷射振盪器32 照射的脈衝雷射的照射時序。 -27- (24) (24)200423230 又，於本實施形態中，由各個雷射振盪器3 1，32所 照射之雷射光的能量（能量密度）的調整，可在各個雷射 光獨立進行。具體而言，可根據形成於第一可變衰減器 33，第二可變衰減器34，或第1光罩40，第2光罩41的 圖案形狀等來各別調整雷射光的能量密度。 由雷射振盪器3 1，32所照射的雷射光（脈衝雷射） 的波長，在任何的雷射光皆設定成3 08nm。 第1光罩40與第2光罩41是用以依次形成主射束6 ，副射束7。圖7是表示使用於本實施形態之結晶化半導 體薄膜的製造裝置的光罩，具體而言，形成於光罩的圖案 構成的正面圖。形成主射束6的第1光罩40，如圖7(a )所示，形成有3條具有預定寬度的細縫。又，形成副射 束7的第2光罩41，如圖7 ( b )所示，形成有6條比上 述主射束6的寬度還要小的細縫。又，此圖面中，主射束 6與副射束7的光罩圖案群設有3組。因此，對應於1個 主射束6與副射束7 ( 1組）的光罩圖案爲：1個主射束 形成用圖案51，及與該圖案隔一定距離而緊鄰的2個副 射束形成用圖案52。在本實施形態中，形成於各光罩40 ，4 1的圖案大小是設定成與實施形態1相同。 照射於半導體薄膜5上之雷射光的能量密度是與實施 形態1同樣，根據光罩圖案的大小來調整，但亦可藉由各 個雷射振盪器31，32或各個可變衰減器33，34來更詳細 調整。照射雷射光（脈衝射束）的時序是以能夠顯現出副 射束7之保温效果的方式來設定。亦即，在藉由副射束7 -28- (25) (25)200423230 來保溫半導體薄膜5的期間照射主射束6。具體而言，如 圖8所示’在副射束7的時間變化曲線中，因爲在副射束 7的輸出形成最大的時間t2’薄膜的温度也會幾乎形成最 大，所以此刻會照射主射束6。 即使是利用本實施形態的構成，照樣可以取得與實施 形態1同樣的模擬結果。又，若實際對半導體薄膜5照射 雷射，而來進行結晶化實驗的話，則可取得與上述模擬結 果大致同等的效果。 在本實施形態中是以副射束7能夠緊鄰主射束6之方 式來照射。藉此，譬如只要利用下列的幾種方法來照射即 可，（1 )完全使主射束6與副射束7同步照射，（2 )先 照射副射束7，而於該副射束7被照射的期間，以主射束 6能夠緊鄰該副射束7之方式來照射，（3 )先照射主射 束6，而於該主射束6被照射的期間，以副射束7能夠緊 鄰該主射束6之方式來照射。在上述例示的照射方法中， 上述（2)的方法可事先將半導體薄膜5加熱至不會融解 的程度。特別是最好以副射束7之半導體薄膜5的表面的 能量密度形成最大附近的時序，更理想是以形成最大的時 序來開始進行主射束6的照射。 藉由事先對上述半導體薄膜5加熱至不會融解的程度 ’可使半導體薄膜5快速融解，且可事先使融解之半導體 薄膜5的區域周圍加溫，因此可使該融解後的半導體薄膜 5慢慢地結晶化。藉此，可使所產生之結晶化半導體薄膜 的結晶大小（針狀結晶的長度）形成比以往還要更大。 -29- (26) 200423230 〔實施形態3〕 以下，針對本發明的其他實施形態來進行説 ’基於方便起見，對與上述實施形態1及2所述 相同機能的構件賦予同樣的符號，且省略其説明 本實施形態是利用波長相異的二台雷射光來 束6與副射束7的照射時序，藉此來更爲擴大橫 離。在本實施形態中是使用與上述實施形態1同 〇 又，本實施形態之結晶化半導體薄膜的製造 本上是與上述實施形態2相同，但在用以形成副 第2雷射振盪器32中使用波長5 3 2nm的YAG雷 又，主射束6與副射束7的大小關係是設定 形態2相同。又，照射雷射光（脈衝雷射）的時 射光的能量密度的調整等亦設定成與上述實施形 〇 在本實施形態中，是將形成副射束7的雷射 成53 2nm。此理由如以下所述。形成主射束6的 好是對形成本實施形態的半導體薄膜5之非晶質 光透過率低，且浸透深度淺者。另一方面，形成 的雷射光最好是浸透深度大者。當強度1〇的光 時，離入射表面距離d的位置的強度I爲：I = I〇e )。α爲吸収係數。具體而言，亦即對非晶質矽 長308nm的光的吸収係數爲1.2 X106CHT1，波 的光的吸収係數爲2.0 X 1 05 cm」。若根據上式 明。並且 的各構件 〇 i周整主射 向成長距 樣的基板 裝置雖基 射束7的 射。 成與實施 序，各雷 態2同樣 波長設定 雷射光最 矽而言， 副射束7 射入物質 xp ( - a d 而言，波 長 5 3 2nm 來求取形 -30- (27) (27)200423230 成I/IoCO.Ol之d的値，則在波長3 08nm的光時形成 4 0nm，在波長5 3 2nm的光時形成23 5nm。在本實施形態 中，由非晶質矽所構成之半導體薄膜5的厚度是設定爲 50nm，因此波長3 0 8nm的光大致會被半導體薄膜5所吸 収，但波長532nm的光大多會透過半導體薄膜5，而到達 其下層，例如緩衝層4或高熱傳導性絕緣膜3等。因此， 副射束7所產生保温效果是以在半導體薄膜5的吸収係數 小且浸透深度5 3 2nm的雷射光來進行較能夠與至更深處 一樣提高溫度。由於副射束7是用以防止在融解後的半導 體薄膜5的融點附近產生急速的温度變化而照射者，因此 該副射束7最好是照射波長5 3 2nm的雷射光較能夠達成 上述目的。又，形成主射束6的雷射光雖亦可使用5 3 2nm 者，但因爲該主射束6能量密度高，所以在照射成浸透深 度深時，必須注意到不要傷及包含玻璃基板的半導體薄膜 5的下層膜。 即使是利用本實施形態的構成，照樣可以取得與實施 形態1同樣的模擬結果。又，若實際對半導體薄膜照射雷 射’而來進行結晶化實驗的話，則可取得與上述模擬結果 大致同等的效果。亦即，可製造橫向成長方向的距離比以 往還要長的結晶化半導體薄膜。 又，於任何的實施形態中皆是以矩形的細縫爲例來說 明光罩的光透過部（光罩的圖案）的形狀，但圖案的形狀 並非限於此，例如可採用格子形狀，鋸齒形狀，波狀等各 種的細縫狀形狀。 -31 - (28) (28) 200423230 又，於合成2個光路時，一般爲使用射束分裂器，就 同一波長的雷射光而言，光利用效率會形成5 0 %。但，在 本實施形態中，由於是使用波長不同的雷射光，因此可藉 由射束分裂器的最適設計來使光利用效率能夠形成5 0%以 上。 又，本發明之結晶化半導體薄膜的製造方法，可對半 導體薄膜5照射脈衝放射之微細寬度的細縫狀能量射束， 使該能量射束的照射區域之上述半導體薄膜5溶融，凝固 於厚度方向全域，而來進行結晶化，其特徵是對上述半導 體薄膜5照射：主射束6，及具有比主射束6還要小的能 量密度且緊鄰上述主射束6的副射束7。 又，本發明之結晶化半導體薄膜的製造方法，可於上 述半導體薄膜5開始照射上述副射束7之後，以上述副射 束7之半導體薄膜5的表面的能量密度形成最大的時序來 開始照射具有上述副射束7以上的能量密度之主射束6。 又，本發明之結晶化半導體薄膜的製造方法可爲：以 上述主射束6與上述副射束7的波長能夠形成相異之方式 來進行能量射束照射之方法。 又，本發明之結晶化半導體薄膜的製造方法，可於上 述半導體薄膜5的下層形成有高熱傳導性絕緣膜3，其係 包含由氮化鋁，氮化矽，氧化鋁，氧化鎂及氧化鈽所選擇 的至少1種化合物。 又，本發明之結晶化半導體薄膜的製造裝置，可至少 具備雷射光61，光罩67及結像透鏡68，將光罩像予以結 -32- (29) 200423230 像於半導體薄膜5上，而使上述半導體薄膜5溶融，凝固 ，其特徵爲：在上述光罩67中形成：以能夠緊鄰構成主 射束6的圖案之方式來形成副射束7之圖案。
又，本發明之結晶化半導體薄膜的製造裝置亦可具備 :脈衝放射的第1雷射振盪器31，第1光罩40，第2雷 射振盪器32，第2光罩41及結像透鏡43，上述第1光罩 4〇的像會形成上述主射束6，上述第2光罩41的像會形 成上述副射束7。 又，本發明之結晶化半導體薄膜的製造裝置亦可具備 控制裝置，其係可錯開時序來照射自上述第2雷射振 盪器32所放射的光及上述第1雷射振盪器31的光；及 控制裝置，其係可個別調整來自第1雷射振盪器3 1 的能量密度及來自上述第2雷射振盪器32的能量密度。 又，本發明之結晶化半導體薄膜的製造裝置亦可形成 上述第1雷射振盪器31與上述第2雷射振盪器32會射出 不同波長的光之構成。 本發明之結晶化半導體薄膜的製造方法，如以上所述 ，係針對形成於基板上的半導體薄膜照射：主能量射束， 及每個單位面積的能量比該主能量射束還要小且比半導體 薄膜溶融的能量的臨界値還要低之副能量射束，而使該半 導體薄膜溶融於厚度方向的全域，然後使結晶化，藉此來 製造結晶化半導體薄膜，其特徵爲：以能夠緊鄰上述主能 量射束之方式來照射副能量射束。 -33- (30) 200423230
若利用上述構成，則會以能夠緊鄰主能量射束之方式 來照射副能量射束。一般，藉由主能量射束的脈衝照射而 融解的半導體薄膜會從周圍開始結晶化。此刻，本發明是 在該被融解之半導體薄膜的周圍，以能夠緊鄰上述主能量 射束之方式來照射比上述主能量射束的每個單位面積的能 量還要小的副能量射束。又，上述副能量射束的每個單位 面積的能量會被設定成比半導體薄膜溶融的能量的臨界値 還要低。藉此，所被融解的半導體薄膜與以往相較之下， 會以較慢的冷卻速度來冷卻。亦即，所被溶融的半導體薄 膜會在結晶化時慢慢地結晶化。藉此，結晶化半導體薄膜 的結晶大小與以往相較之下，可形成較大。並且，上述主 能量射束可使半導體薄膜溶融。亦即，主能量射束的每個 單位面積的能量會被設定成比半導體薄膜溶融的能量的臨 界値還要高。亦即，藉由上述構成，不僅可以精密地控制 半導體薄膜的溶融區域，而且還能夠進行溶融後之半導體 薄膜的結晶化速度（凝固）的控制。 因此，可使賦予半導體薄膜的能量之空間性的温度分 布變化，緩和凝固（結晶化）時之時間性，空間性的温度 變化，因此其結果，可使藉由橫向成長法而形成的針狀結 晶（由構成半導體薄膜的材料所形成的結晶）的長度（橫 向成長距離）伸長。 又，以能夠緊鄰主射束之方式來照射副射束，與例如 將複數個能量相異的脈衝雷射予以複數照射於同一處後使 半導體薄膜結晶化的構成相較之下，可在短時間內製造結 -34- (31) 200423230 晶化半導體薄膜。藉此，與以往相較之下，結晶化半導體 薄膜的製造效率佳。 本發明之結晶化半導體薄膜的製造方法，最好在半導 體薄膜面之副能量射束的照射之每個單位面積的能量形成 最大的時間點開始進行上述主能量射束的照射。
若利用上述構成，則會在開始進行副能量射束的照射 後半導體薄膜面的每個單位面積的能量形成最大的時間點 照射主能量射束。 耢此’可使半導體薄膜的空間温度分布最適化，而使 得半導體薄膜結晶化時（凝固時）的時間性，空間性的温 度變化也能最適化，其結果，可使藉由橫向成長法而形成 的針狀結晶的長度更能伸長。 本發明之結晶化半導體薄膜的製造方法，最好使上述 主能量射束與副能量射束的波長形成相異。 若利用上述構成，則會以能夠使主能量射束與副能量 射束的波長形成相異之方式來照射於半導體薄膜。亦即， 可利用相異的2個能量射束的路徑（光路）來對半導體薄 膜照射能量射束。藉此，在合成2個光路來照射於半導體 薄膜時，可提高能量射束的利用效率，因此更能有效率地 使半導體薄膜融解後，再結晶化。 本發明之結晶化半導體薄膜的製造方法，最好上述基 板在該基板與半導體薄膜之間形成有熱傳導性絕緣膜’且 上述熱傳導性絕緣膜是由氮化鋁，氮化矽，氧化鋁’ 氧化鎂及氧化鈽所選擇的至少1種材料來形成。 -35- (32) 200423230 若利用上述構成，則可藉由在基板與半導體薄膜之間 設置熱傳導性絕緣膜，使對基板照射的能量射束的熱能夠 迅速地傳達於半導體薄膜的水平方向，因此可促進往水平 方向的結晶成長（橫向成長）。亦即，可將結晶化的方向 誘導於水平方向，因此而能夠製造出以更大的結晶所構成 的結晶化半導體薄膜。
本發明之結晶化半導體薄膜的製造裝置，如以上所述 ，具備能量射束照射手段，其係針對形成於基板上的半導 體薄膜來脈衝照射：主能量射束，及每個單位面積的能量 比該主能量射束還要小且比半導體薄膜溶融的能量的臨界 値還要低之副能量射束，其特徵爲： 上述能量射束照射手段係以能夠緊鄰主能量射束之方 式來照射上述副能量射束。
若利用上述構成，則上述能量射束照射手段可以上述 副能量射束能夠緊鄰主能量射束之方式來照射上述副能量 射束。藉此，因爲可以副射束能夠緊鄰主射束之方式來照 射於半導體薄膜，所以能夠提供一種製造具有橫向成長距 離大的結晶的結晶化半導體薄膜之製造裝置。 本發明之結晶化半導體薄膜的製造裝置最好是上述能 量射束照射手段具備： 光罩’其係用以形成照射於半導體薄膜的上述主能量 射束與副能量射束的圖案；及 結像透鏡，其係使透過上述光罩的上述主能量射束與 副能量射束結像於半導體薄膜上； -36- (33) 200423230 並且，上述光罩形成有主能量射束的圖案，及緊鄰該 主能量射束的圖案之副能量射束的圖案。 右利用上述構成，則可根據光罩的圖案形狀，以能夠 緊鄰主能量射束之方式來照射上述副能量射束。藉由，例 如可藉由改變光罩的圖案形狀來簡單地改變主能量射束與 副能量射束的形狀，因此可更簡單地來進行能量射束的最 適化。
本發明之結晶化半導體薄膜的製造裝置，如以上所述 ，具備： 第1射束照射部，其係用以照射主能量射束；及 第1光罩，其係用以形成由上述第1射束照射部所照 射的主能量射束的圖案；及 第2射束照射部，其係用以照射每個單位面積的能量 比上述主能量射束還要小且比半導體薄膜溶融的能量的臨 界値還要低的副能量射束；及 第2光罩，其係用以形成由上述第2射束照射部所照 射的副能量射束的圖案；及 結像透鏡，其係用以將分別藉由上述第1光罩與第2 光罩而形成的圖案予以結像於半導體薄膜上； 又’上述弟1光罩與弟2光罩係以副能量射束能夠緊 鄰主能量射束之方式來形成照射於半導體薄膜上的圖案。 若利用上述構成，則可使用2個能量射束照射手段， 以能夠緊鄰主能量射束之方式來照射上述副能量射束。藉 此，因爲可以副射束能夠緊鄰主射束之方式來照射於半導 -37· (34) 200423230 體薄膜，所以能夠提供一種製造具有橫向成長距離大的結 晶的結晶化半導體薄膜之製造裝置。又，藉由使用2個能 量射束照射手段，可簡單地製作出例如波長相異的能量射 束。 本發明之結晶化半導體薄膜的製造裝置最好是具備：
控制手段，其係用以控制來自上述第1射束照射部之 主能量射束的照射與來自第2射束照射部之副能量射束的 照射之照射時序；及 調節手段，其係可個別調節來自上述第1射束照射部 之主能量射束的每個單位面積的能量與來自上述第2射束 照射部之副能量射束的每個單位面積的能量。 若利用上述構成，則可個別調整能量射束的照射時序 與能量，因此可提高能量射束的利用效率。
本發明之結晶化半導體薄膜的製造裝置最好是以上述 第1射束照射部及第2射束照射部能夠彼此照射波長不同 的能量射束之方式而形成的構成。 若利用上述構成，則可利用波長不同的能量射束來製 造結晶化半導體。藉此，例如可提高雷射光等的能量射束 的利用效率，因此能夠更爲提高再結晶化的效率。 此外，在上述説明中雖是針對脈衝照射能量射束（雷 射光）的例子來進行説明，但例如亦可連續將上述能量射 束對上述基板照射。 另外，在用以實施發明的最佳形態中的具體實施態樣 或實施例主要是在於明確本發明的技術内容，並非只限於 -38· (35) (35)200423230 如此的具體例，只要不脫離本發明的技術思想，且爲申請 專利範圍所記載的範圍内，亦可實施各種的變更。 〔産業上的利用可能性〕 本發明之結晶化半導體薄膜的製造方法及製造裝置是 適用於利用能量射束，特別是雷射光來製造結晶化半導體 薄膜之結晶化半導體薄膜的製造方法及製造裝置。 【圖式簡單說明】 圖1是用以說明在製造本發明的結晶化半導體薄膜時 之能量射束的照射方法的側面圖。 圖2是表示根據本發明的實施形態之結晶化半導體薄 膜的製造裝置的槪略構成的正面圖。 圖3是表示形成於本發明的實施形態之結晶化半導體 薄膜的製造裝置所使用的光罩之圖案形狀的正面圖。 圖4是用以說明使用於本發明的結晶化半導體薄膜的 製造裝置之結像透鏡的MTF的圖表。 圖5是表示本發明的實施形態之半導體薄膜的温度履 歷的圖表，圖（a)爲開始照射雷射，25ns後的圖表，圖 (b)爲60ns後的圖表，圖（c)爲70ns後的圖表，圖（ d)爲100ns後的圖表。 圖6是表示本發明的其他實施形態之結晶化半導體薄 膜的製造裝置的構成的正面圖。 圖7是表示形成於本發明的其他實施形態之結晶化半 -39- (36) 200423230 導體薄膜的製造裝置所使用的光罩之圖案形狀的正面圖， 圖（a)是表示主射束形成用圖案，圖（b)是表示副射束 形成用圖案。 圖8是用以說明本發明的其他實施形態之脈衝雷射的 輸出時間變化的圖表。 圖9是表示一般的超橫向成長之結晶的成長正面圖。
〔符號之說明〕 1 :絕緣性基板 2 :耐熱性薄膜 3 =高熱傳導性絕緣膜（熱傳導性絕緣膜） 4 :緩衝層 5 :半導體薄膜 6 :主射束 7 :副射束
1 1 :主射束輸出的時間變化曲線 1 2 :副射束輸出的時間變化曲線 21，51:主射束形成用圖案 22，52 :副射束形成用圖案 23 :光罩 3 1 :第1雷射振盪器 32 :第2雷射振盪器 3 3 :第1可變衰減器 34 :第2可變衰減器 -40 · (37)200423230 35 : 36 ： 37， 38 ： 39 ： 40 ： 4 1 ： 42 ： 4 4 ·· 45 ： 61 ： 63 ： 68 ： 6 9 ·· 第1射束整形元件 第2射束整形元件 6 2 :反光鏡 第1光罩面均一照明元件 第2光罩面均一照明元件 第1光罩 第2光罩 射束分裂器 基板 脈衝發生器 雷射振盪器 可變衰減器 結像透鏡 基板 -41 -

Claims (1)

  1. 200423230 (1) 拾、申請專利範圍 1 · 一種結晶化半導體薄膜的製造方法，係針對形成於 基板上的半導體薄膜照射：主能量射束，及每個單位面積 的能量比該主能量射束還要小且比半導體薄膜溶融的能量 的臨界値還要低之副能量射束，而使該半導體薄膜溶融於 厚度方向的全域，然後使結晶化，藉此來製造結晶化半導 體薄膜’其特徵爲·以㊉夠緊鄰上述主能量射束之方式來 照射副能量射束。 2·如申請專利範圍第〗項之結晶化半導體薄膜的製造 方法，其中將上述主能量射束及/或副能量射束予以脈衝 照射於半導體薄膜。 3 ·如申請專利範圍第1項之結晶化半導體薄膜的製造 方法，其中在半導體薄膜面之副能量射束的照射之每個單 位面積的能量形成最大的時間點開始進行上述主能量射束 的照射。 4.如申請專利範圍第1項之結晶化半導體薄膜的製造 方法，其中使上述主能量射束與副能量射束的波長形成相 異而照射。 5 ·如申請專利範圍第4項之結晶化半導體薄膜的製造 方法，其中對上述半導體薄膜照射作爲上述主能量射束之 波長5 3 2nm的雷射光，對上述半導體薄膜照射作爲上述 副能量射束之波長3 0 8 nm的雷射光。 6 ·如申請專利範圍第1項之結晶化半導體薄膜的製造 方法’其中上述基板係於該基板與半導體薄膜之間形成有 -42- (2) (2)200423230 熱傳導性絕緣膜，且 上述熱傳導性絕緣膜係由氮化鋁，氮化矽，氧化鋁， 氧化鎂及氧化鈽所選擇的至少1種材料來形成。 7. —種結晶化半導體薄膜的製造裝置，係具備能量射 束照射手段，其係針對形成於基板上的半導體薄膜來脈衝 照射：主能量射束，及每個單位面積的能量比該主能量射 束還要小且比半導體薄膜溶融的能量的臨界値還要低之副 能量射束，其特徵爲： 上述能量射束照射手段係以能夠緊鄰主能量射束之方 式來照射上述副能量射束。 8. 如申請專利範圍第7項之結晶化半導體薄膜的製造 裝置，其中上述能量射束照射手段具備： 光罩，其係用以形成照射於半導體薄膜的上述主能量 射束與副能量射束的圖案；及 結像透鏡，其係使透過上述光罩的上述主能量射束與 副能量射束結像於半導體薄膜上； 並且，在上述光罩中形成有主能量射束的圖案，及緊 鄰該主能量射束的圖案之副能量射束的圖案。 9. 如申請專利範圍第7項之結晶化半導體薄膜的製造 裝置，其中上述能量射束照射手段爲脈衝照射上述主能量 射束及/或上述副能量射束者。 10·如申請專利範圍第 7項之結晶化半導體薄膜的製 造裝置，其中上述能量射束照射手段爲照射雷射光者。 1 1 .一種結晶化半導體薄膜的製造裝置，係具備： -43· (3) (3)200423230 第1射束照射部，其係用以照射主能量射束；及 第1光罩’其係用以形成由上述第1射束照射部所照 射的主能量射束的圖案；及 第2射束照射部，其係用以照射每個單位面積的能量 比上述主能量射束還要小且比半導體薄膜溶融的能量的臨 界値還要低的副能量射束；及 第2光罩’其係用以形成由上述第2射束照射部所照 射的副能量射束的圖案；及 結像透鏡’其係用以將分別藉由上述第1光罩與第2 光罩而形成的圖案予以結像於半導體薄膜上； 又’上述第1光罩與第2光罩係以副能量射束能夠緊 鄰主能量射束之方式來形成照射於半導體薄膜上的圖案。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之結晶化半導體薄膜的製 造裝置，其中具備： 控制手段，其係用以控制來自上述第1射束照射部之 主能量射束的照射與來自第2射束照射部之副能量射束的 照射之照射時序；及 調節手段，其係可個別調節來自上述第1射束照射部 之主能量射束的每個單位面積的能量與來自上述第2射束 照射部之副能量射束的每個單位面積的能量。 1 3 ·如申請專利範圍第1 1項之結晶化半導體薄膜的製 造裝置，其中上述第1射束照射部及第2射束照射部爲照 射波長相異的能量射束者。 1 4 ·如申請專利範圍第1 1項之結晶化半導體薄膜的製 • 44- (4)200423230 造裝置，其中上述上述第1射束照射部及/或第2射束照 射部爲脈衝照射能量射束者。
    -45-
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