结晶膜的制造方法及结晶膜制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种结晶膜的制造方法及结晶膜制造装置，以１～１０次的照射次数，向非晶膜照射由３４０～３５８ｎｍ的波长所形成的、具有１３０～２４０ｍＪ／ｃｍ２的能量密度的脉冲激光，将所述非晶膜加热至不超过结晶熔点的温度使其晶化，作为优选，将脉冲激光的脉宽设为５～１００ｎｓ，将频率设为６～１０ｋＨｚ，将短轴宽度设为１．０ｍｍ以下，使该脉冲激光相对地以５０～１０００ｍｍ／秒的扫描速度进行扫描，从而能高效地由非晶膜制作晶粒直径的偏差较小的、均匀而细微的结晶膜而不对基板造成损坏。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及向非晶膜照射脉冲激光使该非晶膜细微晶化来制作结晶膜的结晶膜 的制造方法及制造装置。
技术介绍
为了制造用于液晶显示装置等薄型显示器平板显示器的薄膜晶体管(TFT) 的晶化硅，一般使用如下两种方法一种方法是激光退火法，向设在基板上层的非晶 硅膜照射脉冲激光，使其熔融、再晶化；另一种方法是固相生长法(SPC，Solid Phase Crystallization)，用加热炉对上层具有非晶硅膜的所述基板进行加热，不使所述硅膜熔 融，在固体状态下使结晶生长。另外，本专利技术人确认了在将基板温度保持在加热状态的状态下，通过照射脉冲激 光，可以得到比固相生长更细微的多晶膜，并提出了专利申请(参照专利文献1)。专利文献1 日本专利特开2008-147487号公报
技术实现思路
近些年来，在制造大型电视用OLED(有机发光二极管(Organic light-emitting diode))面板或IXD(液晶显示器(Liquid Crystal Display))面板时，希望有廉价地制造 均勻、大面积的细微的多晶硅膜的方法。另外，最近，在取代液晶显示器作为最有希望的下一代显示器的有机EL显示器 中，通过有机EL自身进行发光来提高屏幕的亮度。由于有机EL的发光材料不是像LCD那 样进行电压驱动，而是进行电流驱动，因此对TFT的要求不同。在非晶硅所构成的TFT中， 难以抑制老化，阈值电压(Vth)会产生大幅漂移，限制了器件的寿命。另一方面，多晶硅由 于是稳定的材料，因此寿命较长。然而在多晶硅所构成的TFT中，TFT的特性偏差较大。该 TFT特性的偏差是由于晶粒直径的偏差、以及结晶硅的晶粒的界面(晶界)存在于TFT的沟 道形成区域，因此更容易产生。TFT的特性偏差主要容易受存在于沟道间的晶粒直径和晶界 的数量的影响。并且，若晶粒直径较大，则一般而言电子迁移率变大。有机EL显示器用途 的TFT虽然电场电子迁移率较高，但必须延长TFT的沟道长，RGB(红绿蓝)各1个像素的 大小取决于TFT的沟道长，无法获得高分辨率。因此，对于晶粒直径的偏差较小而细微的结 晶膜的要求程度越来越高。但是，在现有的晶化方法中，难以解决这些问题。 这是因为，其中之一的激光退火法是使非晶硅暂时熔融并再晶化的过程，一般所 形成的晶粒直径较大，晶粒直径的偏差也较大。因此，如以前说明的那样，电场电子迁移率 较高，多个TFT的沟道区域内的晶粒直径的数量产生偏差，以及随机的形状、相邻的结晶的 结晶取向性的差异，结果会大幅影响TFT的特性偏差。特别在激光叠加部结晶性易于出现 差异，该结晶性的差异会大幅影响TFT的特性偏差。另外，还存在由于表面的污染物(杂 质)会使结晶产生缺陷这样的问题。另外，由固相生长法(SPC法)所获得的结晶的粒径较小、TFT偏差较小，是解决上 述问题的最有效的晶化方法。然而，其晶化时间较长，难以用作为批量生产用途。在可以进 行固相生长法(SPC)的热处理工序中，使用同时处理多块基板的批量型的热处理装置。由 于同时对大量的基板进行加热，因此升温及降温需要较长时间，并且基板内的温度容易不 均勻。另外，固相生长法若以高于玻璃基板的形变点温度的温度进行长时间加热，则会引起 玻璃基板自身的收缩、膨胀，对玻璃造成损坏。由于SPC的晶化温度高于玻化温度，因此较 小的温度分布会使玻璃基板产生弯曲或收缩分布。其结果是，即使可以进行晶化，在曝光工 序等过程中也会产生问题而难以制造器件。处理温度越高越需要温度均勻性。一般而言， 晶化速度取决于加热温度，在60(TC下需要10至15小时，在650°C下需要2至3小时，在 700°C下需要几十分钟的处理时间。为了进行处理而不对玻璃基板造成损坏，需要长时间的 处理时间，该方法难以用作为批量生产用途。本专利技术是以上述情况为背景而完成的，其目的在于提供一种结晶膜的制造方法， 可以高效地由非晶膜制作晶粒直径的偏差较小的细微的结晶膜而不对基板造成损坏。S卩，在本专利技术的结晶膜的制造方法中，本专利技术的第一方面的特征在于，以1 10次 的照射次数向存在于基板上层的非晶膜照射由340 358nm的波长所形成的、具有130 240mJ/cm2的能量密度的脉冲激光，将所述非晶膜加热至不超过结晶熔点的温度而使其晶 化。 本专利技术的结晶膜制造装置包括脉冲激光光源，该脉冲激光光源输出波长为 340 358nm的脉冲激光；光学系统，该光学系统将所述脉冲激光导向非晶膜以对其进行照 射；衰减器，该衰减器对从所述脉冲激光光源输出的所述脉冲激光的衰减率进行调整，使所 述激光以130 240mJ/cm2的能量密度照射到非晶膜上；以及扫描装置，该扫描装置使所述 激光对于所述非晶膜相对移动，使所述脉冲激光在所述非晶膜上在照射1 10次的范围内 进行重叠照射。根据本专利技术，通过以适度的能量密度和适度的照射次数向非晶膜照射紫外线波长 区域的脉冲激光以急速进行加热，非晶膜被加热至不超过结晶熔点的温度，可以用不同于 现有的熔融、再晶化法的方法，获得粒径的偏差较小的均勻的细微结晶、例如大小为50nm 以下的、没有突起的细微结晶。在现有的熔融晶化法中，晶粒直径超过50nm而较大，另外， 在该熔融晶化法或利用加热炉的SPC(固相生长法)中，晶粒的偏差较大，无法获得细微结曰曰曰ο另外，根据本专利技术，由于只加热至不超过结晶的熔点的温度，因此晶化的膜自身不 会进一步相变，例如，由于只使非晶硅变为晶体硅，因此叠加脉冲激光的位置也能获得相同 的结晶性，从而能提高均勻性。此外，通过根据本专利技术条件的脉冲激光的照射，可以将非晶 膜加热至高于现有的固相生长法的温度。另外，通过采用脉冲激光而非连续振荡，不容易达到使基底的基板受到损坏的温 度。另外，在本专利技术中，不需要对基板进行加热，但作为本专利技术，不排除对基板进行加热。然 而，作为本专利技术，最好进行所述脉冲激光的照射而不对基板进行加热。此外，设置于基板上的非晶膜若氢含量较多，则在用如熔融晶化法那样的高能量 进行照射时，可能会因Si-H的分子键容易被切断并容易发生烧蚀而导致发生脱氢的情况， 但在本专利技术中，由于硅保持固相地变化，不容易发生烧蚀，因此可以对未脱氢的非晶膜进行处理。接着，对本专利技术中规定的条件进行说明。 波长区域340 358nm由于所述波长区域是相对于非晶膜、特别是非晶硅膜吸收较好的波长区域，因此， 可以用该波长区域的脉冲激光直接对非晶膜进行加热。因此，不需要将激光吸收层间接设 置于非晶膜的上层。另外，由于激光被非晶膜充分地吸收，因此可以防止激光导致基板被加 热，可以抑制基板的弯曲和变形，从而可以避免基板受到损坏。此外，激光的波长相对于非晶膜、特别是非晶硅膜虽然会被吸收，但若有透射，则 由于来自下层一侧的多重反射，相对于非晶膜的照射部分的光的吸收率很大程度上取决于 非晶膜下层的厚度的偏差。若为所述波长区域，则由于激光可以完全被非晶膜、特别是硅膜 吸收，因此，可以获得多晶膜而无需过多考虑下层的膜厚偏差。另外，由于几乎可以忽略非 晶膜的透射，因此还可以适用于在金属上形成有非晶膜的情况。S卩，若将利用晶化的激光的波长区域设为可视区域，则由于厚度为500nm左右的 硅虽然会部分吸收光，但也存在一部分透射的光，因此，若来自硅下层(Si02、Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结晶膜的制造方法，其特征在于，　　以１～１０次的照射次数向存在于基板上层的非晶膜照射由３４０～３５８ｎｍ的波长所形成的、具有１３０～２４０ｍＪ／ｃｍ↑［２］的能量密度的脉冲激光，将所述非晶膜加热至不超过结晶熔点的温度而使其晶化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：富樫陵太郎，佐藤亮介，清野俊明，井波俊夫，草间秀晃，
申请(专利权)人：株式会社日本制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]