CN102099895B - 结晶膜的制造方法及结晶膜制造装置 - Google Patents

结晶膜的制造方法及结晶膜制造装置 Download PDF

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Abstract

本发明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。

Description

结晶膜的制造方法及结晶膜制造装置
技术领域
本发明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。
背景技术
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，本发明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
发明内容
近些年来，在制造大型电视用OLED(有机发光二极管(Organic light-emittingdiode))面板或LCD(液晶显示器(Liquid Crystal Display))面板时，希望有廉价地制造均匀、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匀。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匀性。一般而言，晶化速度取决于加热温度，在600℃下需要10至15小时，在650℃下需要2至3小时，在700℃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。
本发明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。
即，在本发明的结晶膜的制造方法中，本发明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。
本发明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***，该光学***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。
根据本发明，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匀的细微结晶、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，无法获得细微结晶。
另外，根据本发明，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，从而能提高均匀性。此外，通过根据本发明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，在本发明中，不需要对基板进行加热，但作为本发明，不排除对基板进行加热。然而，作为本发明，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，但在本发明中，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，对本发明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。
即，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(SiO2、SiN层等缓冲层)的多重反射产生影响，使硅下层的缓冲层的厚度不均匀，则会导致硅的光吸收率也发生变化。即使将SiO2等罩层设置于硅的上层的方式也存在相同的问题。
另外，若将脉冲激光的波长区域设为红外线区域，则由于在厚度为50nm左右的硅中几乎不吸收光，因此，一般在硅的上层部设置光吸收层。然而，若使用本方式，则会自然而然地导致增加涂布光吸收层的工序、以及在脉冲激光照射后去除光吸收层的工序。
从上述各观点来看，在本申请发明中将脉冲激光的波长区域定为紫外线区域的340～358nm。
能量密度：130～240mJ/cm2
通过向非晶膜照射能量密度(非晶膜上)适度的脉冲激光，非晶膜保持固相、或被加热至超过非晶质的熔点且不超过结晶熔点的温度而被晶化，从而可以制成微晶。若能量密度较低，则无法充分提高非晶膜的温度，无法充分晶化，晶化将变得困难。另一方面，若能量密度较高，则会产生熔融结晶，从而发生烧蚀。因此，将脉冲激光的能量密度限定在130～240mJ/cm2。
照射次数：1～10次
在向非晶膜照射脉冲激光时，通过适当地设定照射于同一区域的照射次数，即使在照射的光束面积内存在能量偏差，也能利用多次照射使晶化的温度均匀化，最终制成均匀的微晶。
若照射次数较多，则可能会将非晶膜加热至超过结晶熔点的温度，从而发生熔融或烧蚀。另外，随着照射次数的增多，处理时间会变长，效率较差。
结晶度：60～95％
在上述波长、能量密度、以及照射次数的条件内，晶化时的结晶度最好定为60～95％。若结晶度为小于60％，则在作为薄膜晶体管等来使用时，较难获得足够的特性。若施加于非晶膜的能量较少，则无法使结晶度达到60％以上。另外，若结晶度超过95％，则结晶会逐渐粗大化，从而很难获得细微均匀的结晶。若超过结晶熔点地照射脉冲激光，则结晶度容易变得超过95％。
此外，具体而言，结晶度可以根据利用喇曼光谱所获得的结晶峰的面积及非结晶峰的面积的比例(晶化Si波峰的面积/(非结晶Si波峰的面积+晶化Si波峰的面积))来决定。
此外，脉冲激光的脉宽(半幅值宽度)最好设为5～100ns。若脉宽较小，则最大功率密度增大，可能会被加热至超过熔点的温度，从而发生熔融或者烧蚀。另外，若脉宽较大，则最大功率密度减小，可能会无法加热至使其固相晶化的温度。
此外，脉冲激光的脉冲频率最好为6～10kHz。
通过一定程度地提高脉冲激光的脉冲频率(6kHz以上)，由于照射之间的时间间隔变小，由脉冲激光照射所产生的热量被非晶膜保持，因此能有效地对晶化起到作用。另一方面，若脉冲频率变得过高，则容易发生熔融、烧蚀。
另外，所述脉冲激光的短轴宽度最好设为1.0mm以下。
通过沿短轴宽度方向相对地使脉冲激光进行扫描，既能部分地照射、加热非晶膜，又能大范围地进行晶化处理。但是，若短轴宽度太大，则为了高效地晶化就必须增加扫描速度，装置成本会提高。
通过使所述脉冲激光对非晶膜相对地进行扫描，可以使所述非晶膜沿表面方向晶化。该扫描可以使脉冲激光侧移动，可以使非晶膜侧移动，也可以使两者移动。所述扫描最好以50～1000mm/秒的速度进行。
若该扫描速度较小，则最大功率密度增大，可能会将非晶膜加热至超过结晶熔点的温度，从而发生熔融或者烧蚀。另外，若扫描速度较大，则最大功率密度减小，可能会无法加热至使其固相晶化的温度。
此外，本发明的制造装置可以使用输出紫外线区域的脉冲激光的固体激光光源来输出期望的波长区域的脉冲激光，从而可以利用维护性良好的激光光源来进行微晶的制作。为了获得均匀的微晶，可以利用能量调整部适当地对能量密度进行调整，再向非晶膜照射脉冲激光。可以使能量调整部对固体激光光源的输出进行调整以获得规定的能量密度，也可以对从固体激光光源输出的脉冲激光的衰减率进行调整等，以调整能量密度。通过利用扫描装置使该脉冲激光对非晶膜相对地进行扫描，可以在非晶膜的大范围中以适当的结晶度获得细微而均匀的结晶。利用该扫描对脉冲的频率、脉冲激光的短轴宽度、以及扫描速度进行设定，使对非晶膜的同一区域进行照射的次数为1～10。
扫描装置也可以使对脉冲激光进行导向的光学***移动从而使脉冲激光移动，或者，也可以使配置有非晶膜的基座移动。
如以上说明，根据本发明，以1～10次的照射次数，向位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，因此，可以制作平均结晶粒度小到能使TFT的沟道区域内存在多个晶粒的、具有特别优异的均匀性的结晶膜，从而可以解决所述的问题。最近，由于布线宽度在变小，并且TFT的沟道形成区域的尺寸(沟道长度、沟道宽度)也在变小，因此，需要一种可以在整个基板区域均匀地制作平均粒径较小的稳定的结晶膜的方法。特别需要一种使相邻区域的TFT特性的差最小的晶化技术，利用本发明能可靠地实现所述要求。同时还能去除附着于膜表面的杂质。
另外，根据本发明，可以降低装置的成本及维护费用，可以进行开工率较高的处理，由此可以提高生产性。
另外，根据本发明，由于采用了无论是不超过基板(玻璃基板等)的转移点还是超过了转移点，都能在低温下进行处理的工艺，因此，可以用激光只使非晶膜被加热至高温而使其晶化。同时具有可以在短时间生成50nm以下的微晶这样的效果。同时具有在叠加部也可以生成相同的50nm以下的微晶这样的效果(对大面积的晶化有效)。
同时具有将基板的形变(弯曲、变形、内部应力)抑制在最低限度的效果。同时具有通过对基板进行稍许加热来去除存在于非晶膜内的杂质和附着于表面的污染物的效果。
附图说明
图1是表示作为本发明的一个实施方式的制造装置的紫外线固体激光退火处理装置的纵向剖视图。
图2是相同地表示在实施例中改变制造条件而照射脉冲激光后的薄膜的SEM照片。
图3是相同地表示在其他实施例中改变制造条件而照射脉冲激光后的薄膜的SEM照片。
图4是相同地表示在其他实施例中改变制造条件而照射脉冲激光后的薄膜的SEM照片。
图5是相同地表示喇曼光谱测定结果的图。
具体实施方式
下面，基于图1对本发明的一个实施方式进行说明。
在本实施方式的结晶膜的制造方法中，设以用于平板显示器TFT器件的基板8为对象，在该基板8上形成有非晶硅薄膜8a作为非晶膜。非晶硅薄膜8a由通常的方法形成于基板8的上层，省略脱氢处理。
但是，作为本发明，成为对象的基板及形成于其上的非晶膜的类别不限于此。
图1是表示用于本发明的一个实施方式的结晶膜的制造方法的紫外线固体激光退火处理装置1的图，该紫外线固体激光退火处理装置1相当于本发明的结晶膜制造装置。
在紫外线固体激光退火处理装置1中，输出具有340～358nm的波长、脉冲频率为6～10kHz、脉宽为5～100ns的脉冲激光的紫外线固体激光振荡器2设置于除振台6上，在该紫外线固体激光振荡器2中，包括生成脉冲信号的控制电路2a。
在紫外线固体激光振荡器2的输出侧配置有衰减器3，光纤5经由耦合器4与衰减器3的输出侧相连接。光纤5的传输目的地与包括聚焦透镜70a、70b以及配置于该聚焦透镜70a、70b之间的光束均质器71a、71b等的光学***7相连接。在光学***7的射出方向，设置有载放基板8的基板载放台9。对光学***7进行设定，将脉冲激光整形为短轴宽度为1.0mm以下的长方形或线束状。
上述基板载放台9可以沿着该基板载放台9的表面方向(XY方向)移动，包括使该基板载放台9沿所述表面方向高速移动的扫描装置10。
接着，对使用了上述紫外线固体激光退火处理装置1的非晶硅薄膜的晶化方法进行说明。
首先，在基板载放台9上，载放在上层形成有非晶硅薄膜8a的基板8。在本实施方式中该基板8不利用加热器等进行加热。
在控制电路2a中生成脉冲信号，以输出脉冲频率预先设定(6～10kHz)、脉宽为5～100ns的脉冲激光，根据该脉冲信号，利用紫外线固体激光振荡器2输出波长为340～358nm的脉冲激光。
从紫外线固体激光振荡器2输出的脉冲激光到达衰减器3，通过衰减器3从而以规定的衰减率进行衰减。该衰减率被设定为，脉冲激光在加工面成为本发明规定的能量密度。衰减器3也可以使衰减率可变。
调整了能量密度的脉冲激光由光纤5传输而导入至光学***7。在光学***7中，如上所述，利用聚焦透镜70a、70b、光束均质器71a、71b等将脉冲激光整形为短轴宽度为1.0mm以下的长方形或线束状，被以在加工面上为130～240mJ/cm2的能量密度向基板8照射。
上述基板载放台9利用扫描装置10，沿非晶硅薄膜8a面在所述线束的短轴宽度方向进行移动，其结果是，在该非晶硅薄膜8a面的较宽区域，相对地进行扫描并照射上述脉冲激光。此外，根据此时扫描装置的移动速度的设定将脉冲激光的扫描速度设为50～1000mm/秒，在非晶硅薄膜8a的同一区域以1～10次的照射次数照射脉冲激光。该照射次数基于所述脉冲频率、脉宽、脉冲激光的短轴宽度、以及脉冲激光的扫描速度来决定。
利用上述脉冲激光的照射，只有基板8上的非晶硅薄膜8a被加热，在短时间内被多晶化。此时，非晶硅薄膜8a的加热温度成为不超过结晶熔点的温度(例如为超过1000℃～1400℃左右)。此外，加热温度可以设为不超过非晶质熔点温度的温度，或者设为超过非晶质熔点温度、不超过结晶熔点的温度。
利用上述照射所获得的结晶薄膜的晶粒直径为50nm以下，结晶薄膜没有在现有的固相结晶生长法中所观察到的突起，具有均匀且细微的优质的结晶性。例如，可以特别举出平均晶粒为20nm以下、标准偏差为10nm以下的例子。晶粒可以由原子力显微镜(AFM)来测定。另外，可以基于利用喇曼光谱所得到的结晶峰的面积与非结晶峰的面积的比值计算出结晶度，该结晶度最好为60～95％。
上述结晶薄膜可以适用于有机EL显示器。但是，作为本发明的使用用途不限于此，可以用作为其他液晶显示器或电子材料。
另外，在上述实施方式中，通过使基板载放台移动来相对地使脉冲激光进行扫描，但也可以通过使传导脉冲激光的光学***高速移动来相对地使脉冲激光进行扫描。
实施例1
接下来，将本发明的实施例与比较例进行比较，并对其进行说明。
进行了如下实验：使用上述实施方式的紫外线固体激光退火处理装置1，对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脉冲激光。
在该试验中，将脉冲激光的波长设在355nm的紫外线区域，将脉冲频率设为8kHz，将脉宽设为80nsec。利用衰减器3将能量密度调整为对象能量密度。
利用光学***将脉冲激光整形为在加工面上成为圆形，改变加工面上的能量密度、光束尺寸、以及照射次数，向基板上的非晶硅膜照射脉冲激光。对非晶硅进行加热，使其变为晶体硅。利用图2所示的SEM照片对进行了该照射的薄膜进行评价。另外，表1中示出了各条件及评价结果。
在将脉冲激光的能量密度设为70mJ/cm2而进行照射的薄膜中，若将照射次数设为8000次，则如照片1所示，可以制作10-20nm的微晶。然而，由于照射次数较多，需要较长的处理时间，因此在工业上不适用。
另外，在将能量密度设为70mJ/cm2且照射次数为800次的照射下，非晶硅薄膜未被晶化。这是由于能量密度过低，即使增加照射次数也未能导致晶化。
接着，在将脉冲激光的能量密度设为140、160、180、200mJ/cm2的情况下，如照片2～6所示，获得了均匀的细微结晶。
接着，在将脉冲激光的能量密度设为250mJ/cm2的情况下，如照片7所示，由于被加热至超过结晶熔点的温度而熔融，因此变成了熔融结晶而未能获得细微结晶。
而且，在将脉冲激光的能量密度设为260mJ/cm2的情况下，如照片8所示，发生了烧蚀。
如上所述，只有通过将脉冲激光的能量密度、脉宽、照射次数设定在适当的范围内，才能实现均匀而细微的晶化。
由上述照片可知，由本发明的方法所获得的多晶硅薄膜的晶粒直径的偏差较小，该多晶硅薄膜的整个面被均匀多晶化，并且该多晶硅薄膜是优质的多晶硅薄膜。另外，同时可以确认，叠加部也生成有相同的均匀的微晶。由于可以均匀地获得结晶硅膜而晶粒小到50nm以下且不产生突起，因此，显然可以提供TFT特性的偏差较小的硅膜。
[表1]
接着，将本发明的其他实施例与比较例进行比较，并对其进行说明。
进行了如下实验：使用上述实施方式的紫外线固体激光退火处理装置1，对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脉冲激光。在该试验中，将脉冲激光的波长设在355nm的紫外线区域，将脉冲频率设为6～8kHz，将脉宽设为80ns(nsec)。利用衰减器3将脉冲能量密度调整为对象能量密度。利用阶段速率对照射次数进行调整，使其成为对象照射次数。表2示出了各供试材料的能量密度、照射次数。另外，表2还示出了下面所测定的结晶度。
利用光学***将脉冲激光整形为在加工面上成为长方形，向基板上的非晶硅照射该脉冲激光。对非晶硅进行加热，使其变为晶体硅。利用图3、4所示的SEM照片和如图5中的例子所示的喇曼光谱测定对进行了该照射的薄膜进行评价。结晶度基于喇曼光谱测定结果，根据如下计算式(1)来计算晶化Si波峰的面积/(非结晶Si波峰的面积+晶化Si波峰的面积)。
在以下的实施例和比较例中，具体而言，将波长514.5nm、输出2mW的Ar离子激光聚焦至1mmφ，对50nm厚的薄膜照射该Ar离子激光，以进行喇曼光谱测定。由图5的喇曼测定结果可知，在520cm-1附近Si存在尖锐的波峰，而在480cm-1附近的非晶Si几乎不存在波峰。
此外，基于测定结果，利用使用了最小二乘法的高斯拟合，分离成两个波峰波形，根据所述计算式(1)，分别由两个波峰波形计算出结晶度。
图5所示的例子是下述实施例No.3的数据，根据上述计算出的结果，结晶度为约88％。
(实施例2)
在将脉冲激光的能量密度设为130mJ/cm2、将脉冲频率设为6kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为6次，则如照片10所示，可以制作直径为10～20nm的微晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为85％。另外，将脉冲频率设为8kHz也能获得相同的结果。
(实施例3)
在将脉冲激光的能量密度设为140mJ/cm2、将脉冲频率设为6kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为6次，则如照片11所示，可以制作10～20nm的微晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为88％。另外，将脉冲频率设为8kHz也能获得相同的结果。
(实施例4)
在将脉冲激光的能量密度设为150mJ/cm2、将脉冲频率设为6kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为6次，则如照片12所示，可以制作10～20nm的微晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为90％。另外，将脉冲频率设为8kHz也能获得相同的结果。
(实施例5)
在将脉冲激光的能量密度设为160mJ/cm2、将脉冲频率设为6kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为6次，则如照片13所示，可以制作20～30nm的微晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为90％。另外，将脉冲频率设为8kHz也能获得相同的结果。
(实施例6)
在将脉冲激光的能量密度设为180mJ/cm2、将脉冲频率设为6kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为6次，则如照片14所示，可以制作20～30nm的微晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为95％。另外，将脉冲频率设为8kHz也能获得相同的结果。
(实施例7)
在将脉冲激光的能量密度设为200mJ/cm2、将脉冲频率设为6kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为6次，则如照片15所示，可以制作40～50nm的微晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为95％。另外，即使将脉冲频率设为8kHz也获得了相同的结果。
(比较例1)
在将脉冲激光的能量密度设为250mJ/cm2、将脉冲频率设为6kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为6次，则如照片16所示，薄膜被加热至超过熔点的温度而变成熔融结晶，因而无法获得均匀的结晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为97％。另外，即使将照射次数减小为1次也获得了相同的结果。
(比较例2)
在将脉冲激光的能量密度设为260mJ/cm2、将脉冲频率设为6kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为6次，则如照片17所示，发生烧蚀。
(比较例3)
在将脉冲激光的能量密度设为120mJ/cm2、将脉冲频率设为8kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，虽然若将照射次数设为8次则发生晶化，但若进行Secco蚀刻，则如照片18所示，结晶的各处都被蚀刻。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为54％。
(实施例8)
在将脉冲激光的能量密度设为160mJ/cm2、将脉冲频率设为8kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为2次，则如照片19所示，可以制作10～20nm的微晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为75％。
(实施例9)
在将脉冲激光的能量密度设为180mJ/cm2、将脉冲频率设为8kHz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为2次，则如照片20所示，可以制作10～20nm的微晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为78％。
(比较例4)
使用波长为不同于上述试验的308nm、脉宽为20nsec的XeCl准分子激光进行了相同的试验。在将脉冲激光的能量密度设为180mJ/cm2、将脉冲频率设为300Hz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若在照射8次而晶化后，为了进行SEM观察而进行Secco蚀刻，则整个晶化部分都被蚀刻。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为54％。可以认为这是由于波长较短导致只有表层面晶化。
(比较例5)
使用波长为不同于上述试验的308nm、脉宽为20nsec的XeCl准分子激光进行了相同的试验。在将脉冲激光的能量密度设为200mJ/cm2、将脉冲频率设为300Hz而照射了该脉冲激光的薄膜中，若将照射次数设为8次，则如照片21所示，薄膜被加热至超过结晶熔点的温度而变成熔融结晶，因而无法获得均匀的结晶。若利用喇曼光谱测定对结晶度进行评价，则为97％。
[表2]
此外，在实施例3中，平均粒径为15nm，标准偏差σ为7nm，在比较例1中，平均晶粒直径为72nm，标准偏差σ为42nm。
由图5和图3、4的照片可知，用本发明所获得的多晶硅薄膜的晶粒的偏差较小，且结晶度的比例较高。此外，还可以确认，整个面被均匀多晶化，激光的叠加部也生成了相同的结晶。由于可以均匀地获得结晶硅膜而晶粒小到50nm以下且不产生突起，因此，可以提供TFT特性的偏差较小的硅膜。
以上，基于上述实施方式及实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于上述说明的范围，只要不脱离本发明的范围，当然可以进行适当的变更。
标号说明
1紫外线固体激光退火处理装置
2紫外线固体激光振荡器
3衰减器
4耦合器
5光纤
6除振台
7光学***
70a聚焦透镜
70b聚焦透镜
71a光束均质器
71b光束均质器
8基板
8a非晶硅薄膜
9基板载放台
10扫描装置

Claims (9)

1.一种结晶膜的制造方法，其特征在于，
在2～10次照射的范围内向存在于基板上层的非晶硅膜重叠照射由340～358nm的波长所形成的、具有130～240mJ/cm2的能量密度的脉冲激光以使得非晶硅膜不超过结晶熔点，而不对所述基板进行加热，将所述非晶硅膜加热至不超过结晶熔点的温度而使其晶化成50nm以下的微晶。
2.如权利要求1所述的结晶膜的制造方法，其特征在于，
所述脉冲激光将所述非晶硅膜加热至不超过其熔点的温度、或超过所述熔点而不超过结晶熔点的温度。
3.如权利要求1所述的结晶膜的制造方法，其特征在于，
所述晶化在结晶度为60～95％的范围内进行。
4.如权利要求1所述的结晶膜的制造方法，其特征在于，
所述脉冲激光的脉宽为5～100ns。
5.如权利要求1所述的结晶膜的制造方法，其特征在于，
所述脉冲激光的脉冲频率为6～10kHz。
6.如权利要求1所述的结晶膜的制造方法，其特征在于，
照射至所述非晶硅膜的脉冲激光的短轴宽度为1.0mm以下。
7.如权利要求1所述的结晶膜的制造方法，其特征在于，
使所述脉冲激光对所述非晶硅膜相对地进行扫描并进行所述照射，该扫描速度为50～1000mm/秒。
8.如权利要求7所述的结晶膜的制造方法，其特征在于，
利用光学***将所述脉冲激光光束整形为长方形或线束状，使该光学***高速运动来进行所述扫描。
9.如权利要求1至8中任一项所述的结晶膜的制造方法，其特征在于，
由所述晶化获得大小为50nm以下的、没有突起的微晶。
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