CN112236843A - 激光退火方法、激光退火装置及有源矩阵基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施方式的激光退火方法包括：在载物台(70)上配置表面形成有非晶硅膜的基板(1S)的工序；向非晶硅膜的被选择区域的表面供给‑100℃以下的第一氮气的工序；通过向供给第一氮气的被选择区域发射多个激光束(LB),在非晶硅膜内形成多个结晶硅岛的工序。
Description
技术领域
本发明涉及适用于例如具备薄膜晶体管的半导体装置的制造的激光退火方法、激光退火装置及有源矩阵基板的制造方法。
背景技术
薄膜晶体管(Thin Film Transistor,以下称为“TFT”)作为例如有源矩阵基板中的开关元件使用。在本说明书中，这种TFT称为“像素用TFT”。以往，作为像素用TFT，非晶硅膜(以下简称为“a-Si膜”)作为活性层的非晶硅TFT、多晶硅膜等结晶硅膜(以下简称为“c-Si膜”)作为活性层的结晶硅TFT等被广泛使用。一般地，由于c-Si膜的场效应迁移率比a-Si膜的场效应迁移率更高，因此，结晶硅TFT具有与非晶硅TFT相比高的电流驱动力(即，导通电流大)。
在显示装置等中被使用的有源矩阵基板中，要成为结晶硅TFT的活性层的c-Si膜为例如通过在玻璃基板上形成a-Si膜后，用激光照射a-Si膜并使其结晶化来形成。
作为利用激光退火的结晶化方法,提出了如下方法：使用微透镜阵列,仅在成为a-Si膜中TFT的活性层的区域聚焦激光,由此使a-Si膜局部地结晶化(专利文献1、2、3)。在本说明书中,将该结晶化方法称为“局部激光退火法”。若使用局部激光退火法,则相比于将线状的激光遍及a-Si膜整面进行扫描的现有的激光退火法(准分子激光退火法：ELA法。),由于能够大幅缩短结晶化所需时间,因而能够提高量产性。此外,在专利文献4中公开了一种适用于局部激光退火法的激光照射装置。为了参考,将专利文献
的公开内容的全部引用于本说明书中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-29411号公报
专利文献2：国际公开第2011/132559号
专利文献3：国际公开第2017/145519号
专利文献4：日本专利特开2017-38073号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而,即使使用专利文献4中记载的装置,也会在由于结晶化而形成的p-Si膜的例如晶界形成脊,从而降低TFT的特性、可靠性。
根据本发明人的研究可知,以上问题是由于不能充分地减少、除去存在于a-Si膜附近的氧(分子或离子)引起的。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于,提供能够形成抑制脊的形成的P-Si膜的激光退火方法、以及适用于实施这样的激光退火方法的激光退火装置。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的一实施方式的激光退火方法包括：工序A,在载物台上配置表面形成有非晶硅膜的基板；工序B,向所述非晶硅膜的被选择的区域的表面供给-100℃以下的第一氮气；以及工序C,向被供给了所述第一氮气的所述被选择的区域射出多个激光束,从而在所述非晶硅膜内形成多个结晶硅岛。
本发明的一实施方式的激光退火装置具有：载物台，其容纳表面形成有非晶硅膜的基板；第一氮气供给装置,其向所述非晶硅膜的表面的被选择区域供给-100℃以下的第一氮气；激光照射装置,其向所述非晶硅膜的表面的被选择区域内发射多个激光束，所述第一氮气供给装置和所述激光照射装置能够相对于所述载物台上的所述基板相对移动,所述第一氮气供给装置相对于所述基板的相对移动方向，配置在比所述激光照射装置更靠上游的位置。
本发明的一实施方式的有源矩阵基板的制造方法包括：通过上述任一项记载的激光退火方法形成多个结晶硅岛的工序；使用上述多个结晶硅岛形成多个TFT的工序。
有益效果
根据本发明的一个实施方式,提供一种能够形成抑制脊形成的p-Si膜的激光退火方法。此外,根据本发明的另一实施方式,提供一种适用于实施这样的激光退火方法的激光退火装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式的激光退火装置100的示意图。
图2是本发明的另一实施方式的激光退火装置200的示意图。
图3是本发明的又一实施方式的激光退火装置300的示意图。
图4是本发明的又一实施方式的激光退火装置400的示意图。
图5是示出在激光退火装置100中设置有挡板62的例子的示意图。
图6是激光退火装置100～400具有的激光照射装置10的示意图。
图7是示出激光照射装置10具有的掩模32和微透镜阵列34的示意图。
具体实施方式
下面,参照附图,对本发明的实施方式的激光退火装置及激光退火方法进行说明。以下例示的激光退火装置和激光退火方法适用于例如液晶显示面板的TFT基板的制造。
图1所示的激光退火装置100具有激光照射装置10、第一氮气供给装置42、载物台70、控制它们的控制装置50。
载物台70可以容纳在表面形成有非晶硅膜的基板1S,使基板1S向图1中的箭头TS的方向移动。基板1S例如是玻璃基板。载物台70自身或载物台70的上表面可以移动,也可以仅使载物台70上的基板1S移动。例如,载物台70具有从上表面向基板1S的底面放出干燥氮气的结构,并构成为基板1S向载物台70的上表面浮起状态的箭头TS的方向移动。另外,非晶硅膜通过公知的方法(例如CVD法)形成在玻璃基板上。
激光照射装置10例如向基板1S的表面的非晶硅膜发射紫外线区域的激光束LB。作为激光束,也可以使用绿色激光(YAG激光的二次谐波)、蓝色激光。如图6示意性地所示,激光照射装置10具有激光光源10L和微透镜单元30。
如图7所示,微透镜单元30包括具有多个微透镜34A的微透镜阵列34、和配置在激光光源10L与多个微透镜34A之间的掩模32。掩模32具有多个开口部32A,多个开口部32A分别与各微透镜34A对应地配置。通过开口部32A的激光束LB被微透镜34A聚光,照射到非晶硅膜的规定区域，即形成TFT的活性层的区域。微透镜单元30例如通过对准调整装置35调整与基板1S的相对位置。
激光光源10L例如具有多个固体激光元件。作为固体激光元件,例如能够使用YAG激光元件(二次谐波：波长532nm)。此外,也可以使用XeCl准分子激光(波长308nm)等准分子激光。激光照射装置10可以根据需要进一步具有扩束器、准直器和反射镜等光学元件。
第一氮气供给装置42朝向非晶硅膜的表面的被选择区域,称为-100℃以下的氮气(以下,称为“低温氮气”。)供给。低温的氮气例如从液氮杜瓦通过配管供给。在工厂内敷设液氮的配管的情况下,也可以利用该配管。第一氮气供给装置42例如具有质量流量控制器(MFC),以规定的流速将冷氮气向非晶硅膜的表面的被选择区域供给。低温的氮气的温度为-100℃以下,优选为-130℃以下,为-196℃(77K)以上。
第一氮气供给装置42能够与激光照射装置10一起相对于载物台70上的基板1S在图1中的箭头TH的方向上相对移动,第一氮气供给装置42配置在比激光照射装置10靠上游的位置。即,在通过第一氮气供给装置42供给氮气之后,利用激光照射装置10照射激光束LB。另外,如上所述,既可以使基板1S向箭头TS的方向移动,也可以使第一氮气供给装置42以及激光照射装置10向箭头TH的方向移动。
当低温的氮气被供给到非晶硅膜的表面时,非晶硅膜的表面的温度下降,氮气(氮分子)容易吸附于表面(物理吸附)。因此,通过供给-100℃以下的氮气(大量的氮分子),可以促进氮气(氮分子)的物理吸附,排除存在于非晶硅膜的表面附近的氧分子和/或氧离子。因此,能够抑制并防止在使非晶硅熔融结晶化时形成脊部。
低温的氮气优选以例如约500kPa以上且小于约5000kPa的压力供给。此时,从第一氮气供给装置42的氮气喷出口(喷嘴)到基板1S的非晶硅膜的距离优选小于300mm,进一步优选为100mm以下。激光照射装置10与基板1S的距离也优选小于300mm。只要适当设定氮气的流量、到基板1S的距离等即可使得从第一氮气供给装置42向基板1S供给的氮气包含照射激光束LB的区域。低温的氮气的流量也依存于照射激光的区域的面积和步进的速度,例如,大致为300L/min以上且3000L/min以下。
向第一氮气供给装置42供给的氮气的纯度优选为99.99％以上,进一步优选为99.9999％以上。
图1所示的激光退火装置100在第一氮气供给装置42与激光照射装置40之间还具有可选的第二氮气供给装置44a。第二氮气供给装置44a向非晶硅膜的被选择的区域供给气氛温度以上的第二氮气。气氛温度例如为室温,气氛的压力为大气压。第二氮气供给装置44a能够与第一氮气供给装置42一起移动,被控制装置50控制。
第二氮气供给装置44a在对通过第一氮气供给装置42供给有低温氮气的区域照射激光束之前,供给气氛温度以上的第二氮气(以下称为“高温氮气”。)。高温氮气是为了防止因低温氮气在激光照射装置10的光学系统(微透镜、掩模等)上结露和/或防止在激光束LB的光路(激光照射装置10与基板1S的非晶硅膜之间的空间)中漂浮微小的冰、水滴而供给的。
供给低温氮气的压力高于供给高温氮气的压力。换言之,供给高温氮气的压力比供给低温氮气的压力小。通过供给低温氮气将非晶硅膜的表面附近的氧除去,如上所述,高温氮气只要防止结露等即可。当从第二氮气供给装置44a供给的高温氮气的压力过高时,会阻碍由第一氮气供给装置42供给的低温氮气到达非晶硅膜的表面。供给高温氮气的压力例如在100kPa～4000kPa下优选不超过供给低温氮气的压力。高温氮气的流量例如优选为大约60L/min以上且2400L/min以下,并且不超过低温氮气的流量。
此外,从第二氮气供给装置44a到基板1S的非晶硅膜的距离也可以大于从第一氮气供给装置42到基板1S的非晶硅膜的距离。高温氮气也与低温氮气同样,优选纯度为99.99％以上,进一步优选为99.9999％以上。高温的氮气能够经由氮气储气瓶、氮气生成装置、工厂内的氮气配管来供给。当然,通过过滤器等适当地进行粉尘的除去、高纯度化。
图2所示的激光退火装置200与激光退火装置100不同，还具有第三氮气供给装置44b,该第三氮气供给装置44b配置在第一氮气供给装置42的上游,能够与第一氮气供给装置42一起移动。另外,在激光退火装置200中,也可以与激光退火装置100同样地省略第二氮气供给装置44a。
第三氮气供给装置44b对由第一氮气供给装置42供给低温氮气的非晶硅膜的被选择区域，在供给低温氮气之前供给高温氮气。因此,能够从照射激光束LB的非晶硅膜的区域更有效地排除氧分子和/或氧离子。与第二氮气供给装置44a同样地,在第三氮气供给装置44b中例如通过配管供给纯度为99.99％以上的氮气。
从第三氮气供给装置44b供给的高温的氮气的压力既可以高于从第一氮气供给装置42供给的低温氮气的压力,也可以低于从该第一氮气供给装置42供给的低温氮气的压力,也可以相同于从该第一氮气供给装置42供给的低温氮气的压力。但是,当从第三氮气供给装置44b供给的高温氮气的压力过高时,会阻碍由第一氮气供给装置42供给的低温氮气到达非晶硅膜的表面,因此优选不超过由第一氮气供给装置42供给的低温氮气的压力。
图3所示的激光退火装置300与激光退火装置100的不同点在于,还具有配置于激光照射装置10的下游且能够与第一氮气供给装置42一起移动的第四氮气供给装置44c。另外,在激光退火装置300中,也可以与激光退火装置100同样地省略第二氮气供给装置44a。
第四氮气供给装置44c与第二氮气供给装置44a同样地供给高温氮气。高温氮气防止因低温氮气在激光照射装置10的光学系统中引起结露和/或微小的冰、水滴在激光束LB的光路中漂浮。从第四氮气供给装置44c供给的高温氮气的压力既可以比供给低温氮气的压力高,也可以比供给低温氮气的压力低,也可以相同。
另外,在激光退火装置300中,也可以如激光退火装置200那样在第一氮气供给装置42的上游设置第三氮气供给装置44b。
图4所示的激光退火装置400在图2所示的激光退火装置200中的激光照射装置10的下游,还具有可与第一氮气供给装置42一起移动的吸气装置48。吸气装置48抽吸非晶硅膜上的气氛气体。
在激光退火装置400中,从第二氮气供给装置44a供给的高温氮气的一部分被吸气装置48抽吸。即,在激光照射装置10照射激光束LB的区域中形成高温氮气的流动。因此,从第二氮气供给装置44a供给的高温氮气被有效地导入激光照射装置10的下侧,因此能够有效地防止激光照射装置10的光学系统的结露等。
另外,在激光退火装置400中,也可以省略第三氮气供给装置44b。
接着,参照图5。
图5是示出在激光退火装置300上设置有挡板62的例子的示意图。挡板62可以同样地设置于其他激光退火装置100、200以及400。
如图5所示,可以在激光照射装置10的发射面之下设置挡板62。挡板62优选比激光照射装置10的发射面(例如微透镜单元30)大,抑制从第一氮气供给装置42供给的低温氮气到达激光照射装置10的光学系统。即,挡板62限制低温的氮气流,能够保护激光照射装置10的光学系统(包括发射面)。
此外,由于激光照射装置10的光学系统(微透镜阵列等)接受激光束LB,因此会被加热。在这种情况下,也可以省略挡板62。此外,相反地,为了更可靠地防止激光照射装置10的光学系统的结露,也可以设置为挡板62可加热。例如,也可以在玻璃板上设置电阻发热体。例如,也可以设置ITO(铟锡氧化物)层或金属细线。
如上所述,使用形成有多个结晶硅岛的非晶硅膜,形成多个TFT。形成有TFT的有源矩阵基板适用于液晶显示装置或有机EL显示装置。
工业上的可利用性
本发明的实施方式的激光退火方法及激光退火装置适用于具备薄膜晶体管的半导体装置的制造。尤其适用于大面积的液晶显示装置及有机EL显示装置的制造。
附图标记说明
1S：基板(玻璃基板)
10：激光照射装置
10L：激光光源
30：微透镜单元
32：掩模
32A：开口部
34：微透镜阵列
34A：微透镜
35：对准调整装置
42：低温氮气供给装置(第一氮气供给装置)
44a、44b、44c：高温氮气供给装置(第二至第四氮气供给装置)
48：气体抽吸装置
50：控制装置
62挡板(气体流限制板、保护板)
70：载物台
100、200、300、400：激光退火装置
LB：激光束
Claims (14)
1.一种激光退火方法,其特征在于，包括:
工序A，在工作台上配置表面形成有非晶硅膜的基板；
工序B，向所述非晶硅膜的被选择区域的表面供给-100℃以下的第一氮气；
工序C，向被供给所述第一氮气的所述被选择区域发射多个激光束,从而在所述非晶硅膜内形成多个结晶硅岛。
2.根据权利要求1所述的激光退火方法，其特征在于，
在所述工序B之后且所述工序C之前,还包括工序D1,所述工序D1向所述被选择区域供给气氛温度以上的第二氮气。
3.根据权利要求2所述的激光退火方法，其特征在于，
在所述工序B中供给所述第一氮气的压力比在所述工序Dl中供给所述第二氮气的压力高。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光退火方法，其特征在于，
在所述工序B之前,还包括工序D2,所述工序D2向所述被选择区域供给气氛温度以上的第三氮气。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光退火方法,其特征在于,
在进行所述工序C的期间还包括工序E，所述工序E向所述被选择区域的下游区域供给气氛温度以上的第四氮气。
6.根据权利要求2或3所述的激光退火方法，其特征在于，
在进行所述工序C的期间还包括如下工序：抽吸所述被选择区域的下游区域上的气氛气体的工序。
7.一种激光退火装置,其特征在于,具有：
载物台，其容纳表面形成有非晶硅膜的基板；
第一氮气供给装置,其向所述非晶硅膜的表面的被选择区域供给-100℃以下的第一氮气；
激光照射装置,其向所述非晶硅膜的表面的被选择区域内发射多个激光束，
所述第一氮气供给装置和所述激光照射装置能够相对于所述载物台上的所述基板相对移动,所述第一氮气供给装置相对于所述基板的相对移动方向，配置在比所述激光照射装置更靠上游的位置。
8.根据权利要求7所述的激光退火装置，其特征在于，
还具有第二氮气供给装置,其配置在所述第一氮气供给装置与所述激光照射装置之间,能够向与所述第一氮气供给装置一起移动的所述非晶硅膜的被选择区域供给气氛温度以上的第二氮气。
9.根据权利要求7或8所述的激光退火装置,其特征在于,
还具有第三氮气供给装置,其配置在所述第一氮气供给装置的上游,所述第三氮气供给装置朝向能够与所述第一氮气供给装置一起移动的所述非晶硅膜的被选择区域供给气氛温度以上的第三氮气。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的激光退火装置,其特征在于,
还具有第四氮气供给装置,其配置于所述激光照射装置的下游,所述第四氮气供给装置朝向与所述第一氮气供给装置一起移动的所述非晶硅膜的被选择区域供给气氛温度以上的第四氮气。
11.根据权利要求8所述的激光退火装置,其特征在于,
还具有吸气装置,其配置于所述激光照射装置的下游,所述吸气装置能够与所述第一氮气供给装置一起移动并抽吸所述非晶硅膜上的气氛气体。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的激光退火装置,其特征在于,
还具有配置于所述激光照射装置的发射面之下的挡板。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的激光退火装置,其特征在于,
所述激光照射装置还具有多个固体激光元件、多个微透镜以及配置于所述多个固体激光元件和所述多个微透镜之间的掩模。
14.一种有源矩阵基板的制造方法,其特征在于,包括:
通过权利要求1至6中任一项所述的激光退火方法形成多个结晶硅岛的工序；
使用所述多个结晶硅岛形成多个TFT的工序。
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