專利名稱：結(jié)晶膜的制造方法及結(jié)晶膜制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向非晶膜照射脈沖激光使該非晶膜細(xì)微晶化來制作結(jié)晶膜的結(jié)晶膜 的制造方法及制造裝置。
背景技術(shù)：
為了制造用于液晶顯示裝置等薄型顯示器平板顯示器的薄膜晶體管(TFT) 的晶化硅，一般使用如下兩種方法一種方法是激光退火法，向設(shè)在基板上層的非晶 硅膜照射脈沖激光，使其熔融、再晶化；另一種方法是固相生長法(SPC，Solid Phase Crystallization)，用加熱爐對上層具有非晶硅膜的所述基板進(jìn)行加熱，不使所述硅膜熔 融，在固體狀態(tài)下使結(jié)晶生長。另外，本發(fā)明人確認(rèn)了在將基板溫度保持在加熱狀態(tài)的狀態(tài)下，通過照射脈沖激 光，可以得到比固相生長更細(xì)微的多晶膜，并提出了專利申請(參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2008-147487號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
近些年來，在制造大型電視用OLED(有機(jī)發(fā)光二極管(Organic light-emitting diode))面板或IXD(液晶顯示器(Liquid Crystal Display))面板時(shí)，希望有廉價(jià)地制造 均勻、大面積的細(xì)微的多晶硅膜的方法。另外，最近，在取代液晶顯示器作為最有希望的下一代顯示器的有機(jī)EL顯示器 中，通過有機(jī)EL自身進(jìn)行發(fā)光來提高屏幕的亮度。由于有機(jī)EL的發(fā)光材料不是像LCD那 樣進(jìn)行電壓驅(qū)動，而是進(jìn)行電流驅(qū)動，因此對TFT的要求不同。在非晶硅所構(gòu)成的TFT中， 難以抑制老化，閾值電壓(Vth)會產(chǎn)生大幅漂移，限制了器件的壽命。另一方面，多晶硅由 于是穩(wěn)定的材料，因此壽命較長。然而在多晶硅所構(gòu)成的TFT中，TFT的特性偏差較大。該 TFT特性的偏差是由于晶粒直徑的偏差、以及結(jié)晶硅的晶粒的界面(晶界)存在于TFT的溝 道形成區(qū)域，因此更容易產(chǎn)生。TFT的特性偏差主要容易受存在于溝道間的晶粒直徑和晶界 的數(shù)量的影響。并且，若晶粒直徑較大，則一般而言電子遷移率變大。有機(jī)EL顯示器用途 的TFT雖然電場電子遷移率較高，但必須延長TFT的溝道長，RGB(紅綠藍(lán))各1個(gè)像素的 大小取決于TFT的溝道長，無法獲得高分辨率。因此，對于晶粒直徑的偏差較小而細(xì)微的結(jié) 晶膜的要求程度越來越高。但是，在現(xiàn)有的晶化方法中，難以解決這些問題。 這是因?yàn)?，其中之一的激光退火法是使非晶硅暫時(shí)熔融并再晶化的過程，一般所 形成的晶粒直徑較大，晶粒直徑的偏差也較大。因此，如以前說明的那樣，電場電子遷移率 較高，多個(gè)TFT的溝道區(qū)域內(nèi)的晶粒直徑的數(shù)量產(chǎn)生偏差，以及隨機(jī)的形狀、相鄰的結(jié)晶的 結(jié)晶取向性的差異，結(jié)果會大幅影響TFT的特性偏差。特別在激光疊加部結(jié)晶性易于出現(xiàn) 差異，該結(jié)晶性的差異會大幅影響TFT的特性偏差。另外，還存在由于表面的污染物(雜 質(zhì))會使結(jié)晶產(chǎn)生缺陷這樣的問題。
另外，由固相生長法(SPC法)所獲得的結(jié)晶的粒徑較小、TFT偏差較小，是解決上 述問題的最有效的晶化方法。然而，其晶化時(shí)間較長，難以用作為批量生產(chǎn)用途。在可以進(jìn) 行固相生長法(SPC)的熱處理工序中，使用同時(shí)處理多塊基板的批量型的熱處理裝置。由 于同時(shí)對大量的基板進(jìn)行加熱，因此升溫及降溫需要較長時(shí)間，并且基板內(nèi)的溫度容易不 均勻。另外，固相生長法若以高于玻璃基板的形變點(diǎn)溫度的溫度進(jìn)行長時(shí)間加熱，則會引起 玻璃基板自身的收縮、膨脹，對玻璃造成損壞。由于SPC的晶化溫度高于?；瘻囟?，因此較 小的溫度分布會使玻璃基板產(chǎn)生彎曲或收縮分布。其結(jié)果是，即使可以進(jìn)行晶化，在曝光工 序等過程中也會產(chǎn)生問題而難以制造器件。處理溫度越高越需要溫度均勻性。一般而言， 晶化速度取決于加熱溫度，在60(TC下需要10至15小時(shí)，在650°C下需要2至3小時(shí)，在 700°C下需要幾十分鐘的處理時(shí)間。為了進(jìn)行處理而不對玻璃基板造成損壞，需要長時(shí)間的 處理時(shí)間，該方法難以用作為批量生產(chǎn)用途。本發(fā)明是以上述情況為背景而完成的，其目的在于提供一種結(jié)晶膜的制造方法， 可以高效地由非晶膜制作晶粒直徑的偏差較小的細(xì)微的結(jié)晶膜而不對基板造成損壞。S卩，在本發(fā)明的結(jié)晶膜的制造方法中，本發(fā)明的第一方面的特征在于，以1 10次 的照射次數(shù)向存在于基板上層的非晶膜照射由340 358nm的波長所形成的、具有130 240mJ/cm2的能量密度的脈沖激光，將所述非晶膜加熱至不超過結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度而使其晶 化。

本發(fā)明的結(jié)晶膜制造裝置包括脈沖激光光源，該脈沖激光光源輸出波長為 340 358nm的脈沖激光；光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將所述脈沖激光導(dǎo)向非晶膜以對其進(jìn)行照 射；衰減器，該衰減器對從所述脈沖激光光源輸出的所述脈沖激光的衰減率進(jìn)行調(diào)整，使所 述激光以130 240mJ/cm2的能量密度照射到非晶膜上；以及掃描裝置，該掃描裝置使所述 激光對于所述非晶膜相對移動，使所述脈沖激光在所述非晶膜上在照射1 10次的范圍內(nèi) 進(jìn)行重疊照射。根據(jù)本發(fā)明，通過以適度的能量密度和適度的照射次數(shù)向非晶膜照射紫外線波長 區(qū)域的脈沖激光以急速進(jìn)行加熱，非晶膜被加熱至不超過結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度，可以用不同于 現(xiàn)有的熔融、再晶化法的方法，獲得粒徑的偏差較小的均勻的細(xì)微結(jié)晶、例如大小為50nm 以下的、沒有突起的細(xì)微結(jié)晶。在現(xiàn)有的熔融晶化法中，晶粒直徑超過50nm而較大，另外， 在該熔融晶化法或利用加熱爐的SPC(固相生長法)中，晶粒的偏差較大，無法獲得細(xì)微結(jié)
曰
曰曰ο另外，根據(jù)本發(fā)明，由于只加熱至不超過結(jié)晶的熔點(diǎn)的溫度，因此晶化的膜自身不 會進(jìn)一步相變，例如，由于只使非晶硅變?yōu)榫w硅，因此疊加脈沖激光的位置也能獲得相同 的結(jié)晶性，從而能提高均勻性。此外，通過根據(jù)本發(fā)明條件的脈沖激光的照射，可以將非晶 膜加熱至高于現(xiàn)有的固相生長法的溫度。另外，通過采用脈沖激光而非連續(xù)振蕩，不容易達(dá)到使基底的基板受到損壞的溫 度。另外，在本發(fā)明中，不需要對基板進(jìn)行加熱，但作為本發(fā)明，不排除對基板進(jìn)行加熱。然 而，作為本發(fā)明，最好進(jìn)行所述脈沖激光的照射而不對基板進(jìn)行加熱。此外，設(shè)置于基板上的非晶膜若氫含量較多，則在用如熔融晶化法那樣的高能量 進(jìn)行照射時(shí)，可能會因Si-H的分子鍵容易被切斷并容易發(fā)生燒蝕而導(dǎo)致發(fā)生脫氫的情況， 但在本發(fā)明中，由于硅保持固相地變化，不容易發(fā)生燒蝕，因此可以對未脫氫的非晶膜進(jìn)行處理。接著，對本發(fā)明中規(guī)定的條件進(jìn)行說明。

波長區(qū)域340 358nm由于所述波長區(qū)域是相對于非晶膜、特別是非晶硅膜吸收較好的波長區(qū)域，因此， 可以用該波長區(qū)域的脈沖激光直接對非晶膜進(jìn)行加熱。因此，不需要將激光吸收層間接設(shè) 置于非晶膜的上層。另外，由于激光被非晶膜充分地吸收，因此可以防止激光導(dǎo)致基板被加 熱，可以抑制基板的彎曲和變形，從而可以避免基板受到損壞。此外，激光的波長相對于非晶膜、特別是非晶硅膜雖然會被吸收，但若有透射，則 由于來自下層一側(cè)的多重反射，相對于非晶膜的照射部分的光的吸收率很大程度上取決于 非晶膜下層的厚度的偏差。若為所述波長區(qū)域，則由于激光可以完全被非晶膜、特別是硅膜 吸收，因此，可以獲得多晶膜而無需過多考慮下層的膜厚偏差。另外，由于幾乎可以忽略非 晶膜的透射，因此還可以適用于在金屬上形成有非晶膜的情況。S卩，若將利用晶化的激光的波長區(qū)域設(shè)為可視區(qū)域，則由于厚度為500nm左右的 硅雖然會部分吸收光，但也存在一部分透射的光，因此，若來自硅下層(Si02、SiN層等緩沖 層)的多重反射產(chǎn)生影響，使硅下層的緩沖層的厚度不均勻，則會導(dǎo)致硅的光吸收率也發(fā) 生變化。即使將SiO2等罩層設(shè)置于硅的上層的方式也存在相同的問題。另外，若將脈沖激光的波長區(qū)域設(shè)為紅外線區(qū)域，則由于在厚度為50nm左右的硅 中幾乎不吸收光，因此，一般在硅的上層部設(shè)置光吸收層。然而，若使用本方式，則會自然而 然地導(dǎo)致增加涂布光吸收層的工序、以及在脈沖激光照射后去除光吸收層的工序。從上述各觀點(diǎn)來看，在本申請發(fā)明中將脈沖激光的波長區(qū)域定為紫外線區(qū)域的 340 358nm。能量密度130 240mJ/cm2通過向非晶膜照射能量密度(非晶膜上)適度的脈沖激光，非晶膜保持固相、或 被加熱至超過非晶質(zhì)的熔點(diǎn)且不超過結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度而被晶化，從而可以制成微晶。若能 量密度較低，則無法充分提高非晶膜的溫度，無法充分晶化，晶化將變得困難。另一方面， 若能量密度較高，則會產(chǎn)生熔融結(jié)晶，從而發(fā)生燒蝕。因此，將脈沖激光的能量密度限定在 130 240nJ/cm2。照射次數(shù)1 10次在向非晶膜照射脈沖激光時(shí)，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定照射于同一區(qū)域的照射次數(shù)，即使 在照射的光束面積內(nèi)存在能量偏差，也能利用多次照射使晶化的溫度均勻化，最終制成均 勻的微晶。若照射次數(shù)較多，則可能會將非晶膜加熱至超過結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度，從而發(fā)生熔融 或燒蝕。另外，隨著照射次數(shù)的增多，處理時(shí)間會變長，效率較差。結(jié)晶度60 95%在上述波長、能量密度、以及照射次數(shù)的條件內(nèi)，晶化時(shí)的結(jié)晶度最好定為60 95%。若結(jié)晶度為小于60%，則在作為薄膜晶體管等來使用時(shí)，較難獲得足夠的特性。若施 加于非晶膜的能量較少，則無法使結(jié)晶度達(dá)到60%以上。另外，若結(jié)晶度超過95%，則結(jié)晶 會逐漸粗大化，從而很難獲得細(xì)微均勻的結(jié)晶。若超過結(jié)晶熔點(diǎn)地照射脈沖激光，則結(jié)晶度 容易變得超過95%。
此外，具體而言，結(jié)晶度可以根據(jù)利用喇曼光譜所獲得的結(jié)晶峰的面積及非結(jié)晶 峰的面積的比例(晶化Si波峰的面積/(非結(jié)晶Si波峰的面積+晶化Si波峰的面積)) 來決定。此外，脈沖激光的脈寬(半幅值寬度)最好設(shè)為5 100ns。若脈寬較小，則最大 功率密度增大，可能會被加熱至超過熔點(diǎn)的溫度，從而發(fā)生熔融或者燒蝕。另外，若脈寬較 大，則最大功率密度減小，可能會無法加熱至使其固相晶化的溫度。此外，脈沖激光的脈沖頻率最好為6 IOkHz。通過一定程度地提高脈沖激光的脈沖頻率 (6kHz以上)，由于照射之間的時(shí)間間 隔變小，由脈沖激光照射所產(chǎn)生的熱量被非晶膜保持，因此能有效地對晶化起到作用。另一 方面，若脈沖頻率變得過高，則容易發(fā)生熔融、燒蝕。另外，所述脈沖激光的短軸寬度最好設(shè)為1. Omm以下。通過沿短軸寬度方向相對地使脈沖激光進(jìn)行掃描，既能部分地照射、加熱非晶膜， 又能大范圍地進(jìn)行晶化處理。但是，若短軸寬度太大，則為了高效地晶化就必須增加掃描速 度，裝置成本會提高。通過使所述脈沖激光對非晶膜相對地進(jìn)行掃描，可以使所述非晶膜沿表面方向晶 化。該掃描可以使脈沖激光側(cè)移動，可以使非晶膜側(cè)移動，也可以使兩者移動。所述掃描最 好以50 IOOOmm/秒的速度進(jìn)行。若該掃描速度較小，則最大功率密度增大，可能會將非晶膜加熱至超過結(jié)晶熔點(diǎn) 的溫度，從而發(fā)生熔融或者燒蝕。另外，若掃描速度較大，則最大功率密度減小，可能會無法 加熱至使其固相晶化的溫度。此外，本發(fā)明的制造裝置可以使用輸出紫外線區(qū)域的脈沖激光的固體激光光源來 輸出期望的波長區(qū)域的脈沖激光，從而可以利用維護(hù)性良好的激光光源來進(jìn)行微晶的制 作。為了獲得均勻的微晶，可以利用能量調(diào)整部適當(dāng)?shù)貙δ芰棵芏冗M(jìn)行調(diào)整，再向非晶膜照 射脈沖激光?？梢允鼓芰空{(diào)整部對固體激光光源的輸出進(jìn)行調(diào)整以獲得規(guī)定的能量密度， 也可以對從固體激光光源輸出的脈沖激光的衰減率進(jìn)行調(diào)整等，以調(diào)整能量密度。通過利 用掃描裝置使該脈沖激光對非晶膜相對地進(jìn)行掃描，可以在非晶膜的大范圍中以適當(dāng)?shù)慕Y(jié) 晶度獲得細(xì)微而均勻的結(jié)晶。利用該掃描對脈沖的頻率、脈沖激光的短軸寬度、以及掃描速 度進(jìn)行設(shè)定，使對非晶膜的同一區(qū)域進(jìn)行照射的次數(shù)為1 10。掃描裝置也可以使對脈沖激光進(jìn)行導(dǎo)向的光學(xué)系統(tǒng)移動從而使脈沖激光移動，或 者，也可以使配置有非晶膜的基座移動。如以上說明，根據(jù)本發(fā)明，以1 10次的照射次數(shù)，向位于基板上層的非晶膜照射 由340 358nm的波長所形成的、具有130 240mJ/cm2的能量密度的脈沖激光，將所述非 晶膜加熱至不超過結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度而使其晶化，因此，可以制作平均結(jié)晶粒度小到能使TFT 的溝道區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)晶粒的、具有特別優(yōu)異的均勻性的結(jié)晶膜，從而可以解決所述的問 題。最近，由于布線寬度在變小，并且TFT的溝道形成區(qū)域的尺寸(溝道長度、溝道寬度) 也在變小，因此，需要一種可以在整個(gè)基板區(qū)域均勻地制作平均粒徑較小的穩(wěn)定的結(jié)晶膜 的方法。特別需要一種使相鄰區(qū)域的TFT特性的差最小的晶化技術(shù)，利用本發(fā)明能可靠地 實(shí)現(xiàn)所述要求。同時(shí)還能去除附著于膜表面的雜質(zhì)。另外，根據(jù)本發(fā)明，可以降低裝置的成本及維護(hù)費(fèi)用，可以進(jìn)行開工率較高的處理，由此可以提高生產(chǎn)性。另外，根據(jù)本發(fā)明，由于采用了無論是不超過基板(玻璃基板等)的轉(zhuǎn)移點(diǎn)還是超 過了轉(zhuǎn)移點(diǎn)，都能在低溫下進(jìn)行處理的工藝，因此，可以用激光只使非晶膜被加熱至高溫而 使其晶化。同時(shí)具有可以在短時(shí)間生成50nm以下的微晶這樣的效果。同時(shí)具有在疊加部 也可以生成相同的50nm以下的微晶這樣的效果(對大面積的晶化有效)。同時(shí)具有將基板的形變(彎曲、變形、內(nèi)部應(yīng)力)抑制在最低限度的效果。同時(shí)具 有通過對基板進(jìn)行稍許加熱來去除存在于非晶膜內(nèi)的雜質(zhì)和附著于表面的污染物的效果。


圖1是表示作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的制造裝置的紫外線固體激光退火處理 裝置的縱向剖視圖。

圖2是相同地表示在實(shí)施例中改變制造條件而照射脈沖激光后的薄膜的SEM照 片。圖3是相同地表示在其他實(shí)施例中改變制造條件而照射脈沖激光后的薄膜的SEM 照片。圖4是相同地表示在其他實(shí)施例中改變制造條件而照射脈沖激光后的薄膜的SEM 照片。圖5是相同地表示喇曼光譜測定結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式下面，基于圖1對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式的結(jié)晶膜的制造方法中，設(shè)以用于平板顯示器TFT器件的基板8為 對象，在該基板8上形成有非晶硅薄膜8a作為非晶膜。非晶硅薄膜8a由通常的方法形成 于基板8的上層，省略脫氫處理。但是，作為本發(fā)明，成為對象的基板及形成于其上的非晶膜的類別不限于此。圖1是表示用于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)晶膜的制造方法的紫外線固體激光 退火處理裝置1的圖，該紫外線固體激光退火處理裝置1相當(dāng)于本發(fā)明的結(jié)晶膜制造裝置。在紫外線固體激光退火處理裝置1中，輸出具有340 358nm的波長、脈沖頻率為 6 10kHz、脈寬為5 IOOns的脈沖激光的紫外線固體激光振蕩器2設(shè)置于除振臺6上， 在該紫外線固體激光振蕩器2中，包括生成脈沖信號的控制電路2a。在紫外線固體激光振蕩器2的輸出側(cè)配置有衰減器3，光纖5經(jīng)由耦合器4與衰 減器3的輸出側(cè)相連接。光纖5的傳輸目的地與包括聚焦透鏡70a、70b以及配置于該聚焦 透鏡70a、70b之間的光束均質(zhì)器71a、71b等的光學(xué)系統(tǒng)7相連接。在光學(xué)系統(tǒng)7的射出方 向，設(shè)置有載放基板8的基板載放臺9。對光學(xué)系統(tǒng)7進(jìn)行設(shè)定，將脈沖激光整形為短軸寬 度為1. Omm以下的長方形或線束狀。上述基板載放臺9可以沿著該基板載放臺9的表面方向(XY方向)移動，包括使 該基板載放臺9沿所述表面方向高速移動的掃描裝置10。接著，對使用了上述紫外線固體激光退火處理裝置1的非晶硅薄膜的晶化方法進(jìn) 行說明。
首先，在基 板載放臺9上，載放在上層形成有非晶硅薄膜8a的基板8。在本實(shí)施方 式中該基板8不利用加熱器等進(jìn)行加熱。在控制電路2a中生成脈沖信號，以輸出脈沖頻率預(yù)先設(shè)定(6 IOkHz)、脈寬為 5 IOOns的脈沖激光，根據(jù)該脈沖信號，利用紫外線固體激光振蕩器2輸出波長為340 358nm的脈沖激光。從紫外線固體激光振蕩器2輸出的脈沖激光到達(dá)衰減器3，通過衰減器3從而以規(guī) 定的衰減率進(jìn)行衰減。該衰減率被設(shè)定為，脈沖激光在加工面成為本發(fā)明規(guī)定的能量密度。 衰減器3也可以使衰減率可變。調(diào)整了能量密度的脈沖激光由光纖5傳輸而導(dǎo)入至光學(xué)系統(tǒng)7。在光學(xué)系統(tǒng)7中， 如上所述，利用聚焦透鏡70a、70b、光束均質(zhì)器71a、71b等將脈沖激光整形為短軸寬度為 1. Omm以下的長方形或線束狀，被以在加工面上為130 240mJ/cm2的能量密度向基板8照射。上述基板載放臺9利用掃描裝置10，沿非晶硅薄膜8a面在所述線束的短軸寬度 方向進(jìn)行移動，其結(jié)果是，在該非晶硅薄膜8a面的較寬區(qū)域，相對地進(jìn)行掃描并照射上述 脈沖激光。此外，根據(jù)此時(shí)掃描裝置的移動速度的設(shè)定將脈沖激光的掃描速度設(shè)為50 IOOOmm/秒，在非晶硅薄膜8a的同一區(qū)域以1 10次的照射次數(shù)照射脈沖激光。該照射次 數(shù)基于所述脈沖頻率、脈寬、脈沖激光的短軸寬度、以及脈沖激光的掃描速度來決定。利用上述脈沖激光的照射，只有基板8上的非晶硅薄膜8a被加熱，在短時(shí)間內(nèi) 被多晶化。此時(shí)，非晶硅薄膜8a的加熱溫度成為不超過結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度(例如為超過 1000°C 1400°C左右)。此外，加熱溫度可以設(shè)為不超過非晶質(zhì)熔點(diǎn)溫度的溫度，或者設(shè)為 超過非晶質(zhì)熔點(diǎn)溫度、不超過結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度。利用上述照射所獲得的結(jié)晶薄膜的晶粒直徑為50nm以下，結(jié)晶薄膜沒有在現(xiàn)有 的固相結(jié)晶生長法中所觀察到的突起，具有均勻且細(xì)微的優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶性。例如，可以特別舉 出平均晶粒為20nm以下、標(biāo)準(zhǔn)偏差為IOnm以下的例子。晶粒可以由原子力顯微鏡(AFM) 來測定。另外，可以基于利用喇曼光譜所得到的結(jié)晶峰的面積與非結(jié)晶峰的面積的比值計(jì) 算出結(jié)晶度，該結(jié)晶度最好為60 95%。上述結(jié)晶薄膜可以適用于有機(jī)EL顯示器。但是，作為本發(fā)明的使用用途不限于 此，可以用作為其他液晶顯示器或電子材料。另外，在上述實(shí)施方式中，通過使基板載放臺移動來相對地使脈沖激光進(jìn)行掃描， 但也可以通過使傳導(dǎo)脈沖激光的光學(xué)系統(tǒng)高速移動來相對地使脈沖激光進(jìn)行掃描。實(shí)施例1接下來，將本發(fā)明的實(shí)施例與比較例進(jìn)行比較，并對其進(jìn)行說明。進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)使用上述實(shí)施方式的紫外線固體激光退火處理裝置1，對在玻 璃制的基板的表面由通常的方法所形成的非晶硅薄膜照射脈沖激光。在該試驗(yàn)中，將脈沖激光的波長設(shè)在355nm的紫外線區(qū)域，將脈沖頻率設(shè)為8kHz， 將脈寬設(shè)為SOnsec。利用衰減器3將能量密度調(diào)整為對象能量密度。利用光學(xué)系統(tǒng)將脈沖激光整形為在加工面上成為圓形，改變加工面上的能量密 度、光束尺寸、以及照射次數(shù)，向基板上的非晶硅膜照射脈沖激光。對非晶硅進(jìn)行加熱，使其 變?yōu)榫w硅。利用圖2所示的SEM照片對進(jìn)行了該照射的薄膜進(jìn)行評價(jià)。另外，表1中示出了各條件及評價(jià)結(jié)果。在將脈沖激光 的能量密度設(shè)為70mJ/cm2而進(jìn)行照射的薄膜中，若將照射次數(shù)設(shè)為 8000次，則如照片1所示，可以制作10-20nm的微晶。然而，由于照射次數(shù)較多，需要較長的 處理時(shí)間，因此在工業(yè)上不適用。另外，在將能量密度設(shè)為70mJ/cm2且照射次數(shù)為800次的照射下，非晶硅薄膜未 被晶化。這是由于能量密度過低，即使增加照射次數(shù)也未能導(dǎo)致晶化。接著，在將脈沖激光的能量密度設(shè)為140、160、180、200mJ/cm2的情況下，如照片 2 6所示，獲得了均勻的細(xì)微結(jié)晶。接著，在將脈沖激光的能量密度設(shè)為250mJ/cm2的情況下，如照片7所示，由于被 加熱至超過結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度而熔融，因此變成了熔融結(jié)晶而未能獲得細(xì)微結(jié)晶。而且，在將脈沖激光的能量密度設(shè)為260mJ/cm2的情況下，如照片8所示，發(fā)生了燒燭。如上所述，只有通過將脈沖激光的能量密度、脈寬、照射次數(shù)設(shè)定在適當(dāng)?shù)姆秶?內(nèi)，才能實(shí)現(xiàn)均勻而細(xì)微的晶化。由上述照片可知，由本發(fā)明的方法所獲得的多晶硅薄膜的晶粒直徑的偏差較小， 該多晶硅薄膜的整個(gè)面被均勻多晶化，并且該多晶硅薄膜是優(yōu)質(zhì)的多晶硅薄膜。另外，同時(shí) 可以確認(rèn)，疊加部也生成有相同的均勻的微晶。由于可以均勻地獲得結(jié)晶硅膜而晶粒小到 50nm以下且不產(chǎn)生突起，因此，顯然可以提供TFT特性的偏差較小的硅膜。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種結(jié)晶膜的制造方法，其特征在于，以1 10次的照射次數(shù)向存在于基板上層的非晶膜照射由340 358nm的波長所形 成的、具有130 MOmJ/cm2的能量密度的脈沖激光，將所述非晶膜加熱至不超過結(jié)晶熔點(diǎn) 的溫度而使其晶化。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶膜的制造方法，其特征在于，所述脈沖激光將所述非晶膜加熱至不超過其熔點(diǎn)的溫度、或超過所述熔點(diǎn)而不超過結(jié) 晶熔點(diǎn)的溫度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的結(jié)晶膜的制造方法，其特征在于， 所述晶化在結(jié)晶度為60 95%的范圍內(nèi)進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶膜的制造方法，其特征在于， 所述脈沖激光的脈寬為5 100ns。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶膜的制造方法，其特征在于， 所述脈沖激光的脈沖頻率為6 IOkHz。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶膜的制造方法，其特征在于， 照射至所述非晶膜的脈沖激光的短軸寬度為1. Omm以下。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶膜的制造方法，其特征在于，使所述脈沖激光對所述非晶膜相對地進(jìn)行掃描并進(jìn)行所述照射，該掃描速度為50 IOOOmm/秒。
8.如權(quán)利要求7所述的結(jié)晶膜的制造方法，其特征在于，利用光學(xué)系統(tǒng)將所述脈沖激光光束整形為長方形或線束狀，使該光學(xué)系統(tǒng)高速運(yùn)動來 進(jìn)行所述掃描。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶膜的制造方法，其特征在于， 由所述晶化獲得大小為50nm以下的、沒有突起的微晶。
10.一種結(jié)晶膜制造裝置，其特征在于，包括脈沖激光光源，該脈沖激光光源輸出波長為340 358nm的脈沖激光； 光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將所述脈沖激光導(dǎo)向非晶膜以對其進(jìn)行照射； 衰減器，該衰減器對從所述脈沖激光光源輸出的所述脈沖激光的衰減率進(jìn)行調(diào)整，使 所述激光以130 MOmJ/cm2的能量密度照射到非晶膜上；以及掃描裝置，該掃描裝置使所述激光對于所述非晶膜相對移動，以使所述脈沖激光在所 述非晶膜上在照射1 10次的范圍內(nèi)進(jìn)行重疊照射。
11.如權(quán)利要求10所述的結(jié)晶膜制造裝置，其特征在于， 所述脈沖激光光源輸出脈沖頻率為6 IOkHz的脈沖激光。
12.如權(quán)利要求10或11所述的結(jié)晶膜制造裝置，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)將所述脈沖激光光束整形為短軸寬度為1. Omm以下的長方形或線束狀。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶膜制造裝置，其特征在于， 所述脈沖激光光源輸出脈寬為5 IOOns的脈沖激光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種結(jié)晶膜的制造方法及結(jié)晶膜制造裝置，以1～10次的照射次數(shù)，向非晶膜照射由340～358nm的波長所形成的、具有130～240mJ/cm2的能量密度的脈沖激光，將所述非晶膜加熱至不超過結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度使其晶化，作為優(yōu)選，將脈沖激光的脈寬設(shè)為5～100ns，將頻率設(shè)為6～10kHz，將短軸寬度設(shè)為1.0mm以下，使該脈沖激光相對地以50～1000mm/秒的掃描速度進(jìn)行掃描，從而能高效地由非晶膜制作晶粒直徑的偏差較小的、均勻而細(xì)微的結(jié)晶膜而不對基板造成損壞。
文檔編號H01L21/336GK102099895SQ201080002151
公開日2011年6月15日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者井波俊夫, 佐藤亮介, 富樫陵太郎, 清野俊明, 草間秀晃 申請人:株式會社日本制鋼所