CN113261077A - 激光退火方法及激光退火装置 - Google Patents

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Abstract

进行如下工序：准备形成有由微晶硅构成的籽晶区域的被处理基板，其中，在位于栅极布线的上方的区域的非晶硅膜上设定有改性预定区域，在所述改性预定区域的、相对于所述栅极布线而言位于与该栅极布线的长度方向正交的方向上的外侧，形成有所述籽晶区域；进行横向晶体形成工序，在所述横向晶体形成工序中，使连续振荡激光以所述籽晶区域为起点沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向对所述非晶硅膜的表面进行照射并同时移动，以使各所述改性预定区域内的所述非晶硅膜成为晶化硅膜的方式选择性地进行晶体生长。

Description

激光退火方法及激光退火装置
技术领域
本发明涉及激光退火方法及激光退火装置。
背景技术
薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)作为用于对薄型显示器(FPD：FlatPanel Display)进行有源驱动的开关元件来使用。作为薄膜晶体管(以下，称为TFT)的半导体层的材料，使用非晶硅(a－Si：amorphous Silicon)、多晶硅(p－Si：polycrystallineSilicon)等。
就非晶硅而言，电子的移动容易度的指标即移动度低。因此，凭借非晶硅的话，无法完全应对在高密度/高精细化进一步发展的FPD中要求的高移动度。因此，作为FPD中的开关元件，优选由移动度远高于非晶硅的多晶硅形成沟道层。作为形成多晶硅膜的方法，已知有通过使用了准分子激光的准分子激光退火(ELA:Excimer Laser Annealing)装置向非晶硅膜照射激光来使非晶硅再结晶化而形成多晶硅的方法。
已知有如下技术：为了提高TFT中的连结源极与漏级的方向(源极/漏级方向)上的移动度，使类单晶硅沿着源极/漏级方向进行横向(lateral)晶体生长(参照专利文献1)。在该专利文献1所公开的激光退火方法中，针对形成在基板上的非晶硅膜中的驱动电路形成区域进行准分子激光退火而在基板上形成多晶硅膜。接着，使连续振荡(CW：ContinuousWave)激光的线束一边相对于多晶硅膜相对地进行移动一边向多晶硅膜照射，由此在广阔的区域形成横向生长而成的多晶膜。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－41920号公报
发明内容
本发明要解决的问题
在上述的现有技术中，在用于横向晶体生长的激光退火工序和作为横向晶体生长的前处理工序的准分子激光退火工序中，在广阔的区域使用整形为线状的激光来进行激光退火。在要将这样的横向晶体生长而成的多晶硅膜形成于FPD的显示区域整体的情况下，为了将长的线束整形为线状而需要长的柱面透镜(Cylindrical lens)。然而，伴随着近年来的FPD的大型化，制造长的柱面透镜在成本上以及技术上都困难。
本发明鉴于上述的课题而作成，其目的在于提供能够将多晶硅膜、类单晶硅膜选择性地形成在必要的区域且能够降低制造成本的激光退火方法及激光退火装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题并达成目的，本发明的方案的激光退火方法将被处理基板中的非晶硅膜改性为晶化硅膜，所述被处理基板是在基板上平行地配置多个栅极布线、且在表面整体形成非晶硅膜而成的，其特征在于，在所述激光退火方法中进行如下工序：准备形成有由微晶硅构成的籽晶区域的所述被处理基板，其中，在位于所述栅极布线的上方的区域的所述非晶硅膜上设定有改性预定区域，在所述改性预定区域的、相对于所述栅极布线而言位于与该栅极布线的长度方向正交的方向上的外侧的位置处，形成有所述籽晶区域；进行横向晶体形成工序，在所述横向晶体形成工序中，使连续振荡激光以所述籽晶区域为起点沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向对所述非晶硅膜的表面进行照射并同时移动，以使各所述改性预定区域内的所述非晶硅膜成为晶化硅膜的方式选择性地进行晶体生长。
作为上述方案，优选在所述横向晶体形成工序中，作为所述连续振荡激光，使用在所述非晶硅膜的表面呈点状地聚集的点激光。
作为上述方案，优选在所述横向晶体形成工序中，使所述连续振荡激光遍及多个所述改性预定区域地移动并且间歇性地进行照射，其中，沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向设定有多个所述改性预定区域。
作为上述方案，优选在所述横向晶体形成工序之前包括籽晶形成工序，在所述籽晶形成工序中，在改性预定区域的、相对于所述栅极布线而言位于与该栅极布线的长度方向正交的方向上的外侧的位置处，进行籽晶形成用激光的照射，从而形成由微晶硅构成的籽晶区域，其中，在位于所述栅极布线的上方的区域的所述非晶硅膜上设定有所述改性预定区域。
作为上述方案，优选所述籽晶形成工序使用通过多个微透镜呈矩阵状配置而成的微透镜阵列来照射多个激光脉冲光束。
本发明的另一方案的激光退火装置将被处理基板中的非晶硅膜改性为晶化硅膜，所述被处理基板是在基板上平行地配置多个栅极布线、且在表面整体形成非晶硅膜而成的，其特征在于，所述激光退火装置具备：激光光源部，其振荡出连续振荡激光；以及激光束照射部，其使从所述激光光源部振荡出的所述连续振荡激光构成的激光束的光束点沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向移动，而将位于所述栅极布线的上方的区域的所述非晶硅膜上设定的改性预定区域选择性地改性为晶化硅膜。
作为上述方案，优选所述激光束照射部具备扫描器，该扫描器使所述激光束沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向移动。
作为上述方案，优选所述激光束照射部能够使所述激光束遍及沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向配置的多个所述改性预定区域地移动。
作为上述方案，优选所述被处理基板在所述改性预定区域的、与所述栅极布线的长度方向正交的方向上的外侧的位置处，形成有由微晶硅构成的籽晶区域，其中，在位于所述栅极布线的上方的区域的所述非晶硅膜上设定有所述改性预定区域，所述激光束照射部以所述籽晶区域为起点开始进行所述连续振荡激光的照射。
发明效果
根据本发明涉及的激光退火方法及激光退火装置，能够将多晶硅膜、类单晶硅膜选择性地形成在必要的区域。因此，根据本发明涉及的激光退火方法及激光退火装置，无需使用长条的柱面透镜，只要仅在必要的区域进行激光退火处理即可，因此能够降低制造成本。
附图说明
图1是本发明的实施方式的激光退火装置的简要结构图。
图2是表示本发明的实施方式的激光退火装置的概要的剖视图。
图3是表示在本发明的实施方式的激光退火方法中形成籽晶的籽晶形成工序的剖视说明图。
图4是表示在本发明的实施方式的激光退火方法中进行横向晶体形成工序而形成了类单晶硅膜的状态的俯视图。
图5是表示将图4的区域A放大后的状态的俯视说明图。
图6是表示本发明的实施方式的激光退火方法的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的实施方式的激光退火方法及激光退火装置的详细情况。但应留意的是，附图是示意性的，各构件的数目、各构件的尺寸、尺寸的比率、形状等与实际不同。另外，在附图彼此之间也包括彼此的尺寸的关系、比率或形状不同的部分。
在本发明的激光退火方法中，将成为各TFT的沟道区域的区域设定为改性预定区域。并且，该激光退火方法在使激光一边向要进行非晶硅膜的改性的改性预定区域照射一边移动而在该改性预定区域进行横向晶体生长来得到晶化硅膜的场合下使用。
该激光退火方法包括横向晶体形成工序。在横向晶体形成工序中，使连续振荡激光以籽晶区域为起点沿着与栅极布线的长度方向正交的方向对非晶硅膜的表面进行照射并同时移动。其结果是，以使各改性预定区域内的非晶硅膜成为晶化硅膜的方式进行晶体生长。
[实施方式]
以下，对利用本发明的实施方式的激光退火方法进行激光退火处理的被处理基板的一例及激光退火方法所使用的激光退火装置10进行说明。需要说明的是，在图1中，为了便于说明，省略示出后述的栅极绝缘膜4及非晶硅膜5。
(被处理基板)
如图1及图2所示，被处理基板1具备作为基体的玻璃基板2、在该玻璃基板2的表面以彼此平行的方式配置的多个栅极布线3、形成在玻璃基板2及栅极布线3上的栅极绝缘膜4(参照图2)和整面地堆积在该栅极绝缘膜4上的非晶硅膜5(参照图2)。需要说明的是，该被处理基板1最终会成为制入有薄膜晶体管(TFT)等的TFT基板。
在本实施方式中，被处理基板1在激光退火处理中被沿着栅极布线3的长度方向输送。如图5所示，在成膜于栅极布线3的上方的非晶硅膜5上设定有大致矩形形状的改性预定区域6。该改性预定区域6最终会成为TFT的沟道区域。该改性预定区域6根据沿着栅极布线3的长度方向形成的TFT的数目而设定多个。
(激光退火装置的简要结构)
以下，使用图1及图2来说明本实施方式的激光退火装置10的简要结构。如图2所示，激光退火装置10具备基台11、激光光源部12和激光束照射部13。
在本实施方式中，在进行退火处理时不使激光束照射部13移动而是使被处理基板1移动。基台11具备未图示的基板输送机构。在该激光退火装置10中，在将被处理基板1配置于基台11上的状态下利用未图示的基板输送机构朝向输送方向(扫描方向)T进行输送。
如图1及图2所示，该输送方向T是与栅极布线3的长度方向平行的方向。
激光光源部12具备振荡出连续振荡激光(CW激光)的作为光源的CW激光源。这里，连续振荡激光(CW激光)是指对目标区域连续地照射激光的、且还包括所谓的伪连续振荡在内的概念。即，即便激光是脉冲激光，但也可以是脉冲间隔比加热后的硅薄膜(非晶硅膜)的冷却时间短(在凝固之前利用下一脉冲进行照射)的伪连续振荡激光。作为激光光源部12，可以使用半导体激光器、固体激光器、液体激光器、气体激光器等各种激光器。
激光光源部12及激光束照射部13通过未图示的支承框架等配置于基台11的上方。激光束照射部13具备扫描器15和Fθ透镜16。
激光光源部12与扫描器15通过光纤14来连接。从激光光源部12射出的CW激光经由光纤14导向扫描器15。扫描器15例如利用被驱动而旋转的检流计反射镜(galvano Mirror)等来使从光纤14侧导入的CW激光构成的激光束LB以规定的角度幅度摆动。
Fθ透镜16使用透镜的畸变效应来将扫描器15中的检流计反射镜等反射镜的等速旋转运动转换为在焦平面上移动的激光束LB的光束点BS的等速直线运动。
如图1所示，在本实施方式的激光退火装置10中，通过Fθ透镜16的激光束LB进行等速直线运动的方向被设定为与栅极布线3的长度方向正交的方向。需要说明的是，激光束LB进行等速直线运动的方向也可以考虑被处理基板1的移动来决定。即，激光束LB进行等速直线运动的方向也可以以使在非晶硅膜5的表面移动的光束点BS始终通过沿着与栅极布线3的长度方向正交的方向排列的改性预定区域6之上的方式相对于与栅极布线3的长度方向正交的方向倾斜。
在本实施方式中，通过了Fθ透镜16的激光束LB设定为能够切换成沿着与栅极布线3的长度方向正交的方向照射激光束LB的状态和不照射的状态。即，激光光源部12设定为根据基于扫描器15实现的激光束LB的到达位置来打开/关闭。如图5所示，非晶硅膜5中的要投射激光束LB的光束点BS的区域是改性预定区域6。并且，在栅极布线3彼此之间的区域中，激光光源部12成为关闭的状态，不投射光束点BS。
(激光退火方法)
接着，使用图1～图6来说明本发明的实施方式的激光退火方法。以下，按照图6所示的流程图进行说明。
首先，准备图2所示那样的被处理基板1。实际上，在被处理基板1的最上层的非晶硅膜5的表面存在因非晶硅的氧化而产生的二氧化硅(SiO 2)、颗粒P等。因此，为了除去这些二氧化硅、颗粒P等，进行被处理基板1的清洗工序(步骤S1)。通过进行该清洗工序，由此除去非晶硅膜5的表面的二氧化硅、颗粒P等。
接着，在未图示的脱氢处理炉内对被处理基板1进行脱氢处理工序(步骤S2)。在该脱氢处理工序中，氢(H)从形成在被处理基板1的表面整体上的非晶硅膜5脱离。
之后，如图3所示，使用准分子激光照射装置20对经过了上述脱氢处理工序的被处理基板1进行籽晶形成工序(步骤S3)。准分子激光照射装置20具备基台21、准分子激光光源22、透镜组23、反射镜24、掩模25和多个微透镜呈矩阵状配置而成的微透镜阵列26。
如图3所示，该准分子激光照射装置20朝向非晶硅膜5照射多个激光脉冲光束LPB。如图5所示，在该籽晶形成工序中，在位于栅极布线3的上方的区域的非晶硅膜5上设定的改性预定区域6的与栅极布线3的长度方向正交的方向上的外侧的位置，形成籽晶区域5A。即，进行作为籽晶形成用激光的激光脉冲光束LPB的照射而将由微晶硅构成的籽晶区域5A形成在不与栅极布线3重叠的位置。在该籽晶形成工序中，在形成TFT的区域内的所有的改性预定区域6的侧方预先形成籽晶区域5A。
接着，如图2所示，将经过了上述的籽晶形成工序的被处理基板1安置在激光退火装置10的基台11上。并且，利用未图示的基板输送机构将被处理基板1向输送方向T以恒定的速度输送。此时，如图1及图2所示，使从激光束照射部13射出的激光束LB沿着与栅极布线3的长度方向正交的方向移动来进行横向晶体形成工序(步骤S4)。
此时，一边使连续振荡激光构成的激光束LB以形成在改性预定区域6的侧方的籽晶区域5A为起点移动一边向非晶硅膜5的表面照射该激光束LB。通过该横向晶体生长工序，改性预定区域6内的非晶硅膜5选择性地晶体生长为作为晶化硅膜的类单晶硅膜5B。
该激光束LB是点激光(Spot laser light)，将图5所示那样的具有与改性预定区域6的宽度相同程度的直径的光束点BS投射到非晶硅膜5上。
如图5所示，当一个改性预定区域6中的横向晶体生长结束时，进行在与输送方向T正交的方向上相邻的改性预定区域6中的激光退火处理。这样，在横向晶体形成工序中，将作为连续振荡激光的激光束LB设定为遍及沿着与栅极布线3的长度方向正交的方向设定的多个改性预定区域6地移动且间歇性地进行照射。其结果是，如图1及图4所示，能够将改性预定区域6改性为类单晶硅膜5B。
在该横向晶体生长工序中，以通过激光束LB的照射来使改性预定区域6内的非晶硅膜5成为作为晶化硅膜的类单晶硅膜5B的方式进行条件设定。
在本实施方式的激光退火方法中，由于仅从预先形成有籽晶区域5A的区域进行横向晶体生长，因此只要在籽晶形成工序中精度良好地形成籽晶区域5A，则横向晶体形成工序中的激光束LB的照射位置精度低亦可。因此，能够仅在必要的制作TFT的区域进行横向晶体生长。
在本实施方式的激光退火方法中，由于不需要在横向晶体形成工序中形成长的线束，因此不需要用于实现长的线束的长的柱面透镜，能够以低成本形成晶化硅膜。
需要说明的是，在本实施方式中，一边使被处理基板1向输送方向T移动一边使激光束LB向与栅极布线3的长度方向正交的方向移动。此时，由于激光束LB的移动速度比被处理基板1向输送方向T的移动速度快得多，因此，沿着与栅极布线3的长度方向正交的方向排列的类单晶硅膜5B的区域的错位是可以无视的程度。
然而，在本发明中，也可以将激光束LB的移动方向设定为从与栅极布线3的长度方向正交的方向倾斜而使由扫描器15移动的光束点BS始终通过沿着与栅极布线3的长度方向正交的方向排列的改性预定区域6之上。
[其他的实施方式]
以上，对实施方式进行了说明，但不应理解构成本实施方式的公开的一部分的论述及附图会限定本发明。在这些公开的基础上，各种各样的替代实施方式、实施例及运用技术对本领域技术人员来说也是显而易见的。
在上述的实施方式中，作为晶化硅膜，形成了类单晶硅膜5B，但当然也可以设为从籽晶区域生长出多晶硅膜的结构。这种情况下，也可以以籽晶区域为起点来形成优质的多晶硅膜。
在上述的实施方式中，作为扫描器15，使用了检流计反射镜等光学系统，但也可以设为使激光束LB的光路电气性地变化的结构。
符号说明
BS 光束点
LB 激光束
LPB 激光脉冲光束
T 输送方向
1 被处理基板
2 玻璃基板
3 栅极布线
4 栅极绝缘膜
5 非晶硅膜
6 改性预定区域
10 激光退火装置
11 基台
12 激光光源部
13 激光束照射部
14 光纤
15 扫描器
16 Fθ透镜
20 准分子激光照射装置
21 基台
22 准分子激光光源
23 透镜组
24 反射镜
25 掩模
26 微透镜阵列

Claims (9)

1.一种激光退火方法，其将被处理基板中的非晶硅膜改性为晶化硅膜，所述被处理基板是在基板上平行地配置多个栅极布线、且在表面整体形成所述非晶硅膜而成的，其中，
在所述激光退火方法中进行如下工序：
准备形成有由微晶硅构成的籽晶区域的所述被处理基板，其中，在位于所述栅极布线的上方的区域的所述非晶硅膜上设定有改性预定区域，在所述改性预定区域的、相对于所述栅极布线而言位于与该栅极布线的长度方向正交的方向上的外侧的位置处，形成有所述籽晶区域；以及
进行横向晶体形成工序，在所述横向晶体形成工序中，使连续振荡激光以所述籽晶区域为起点沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向对所述非晶硅膜的表面进行照射并同时移动，以使各所述改性预定区域内的所述非晶硅膜成为晶化硅膜的方式选择性地进行晶体生长。
2.根据权利要求1所述的激光退火方法，其中，
在所述横向晶体形成工序中，作为所述连续振荡激光，使用在所述非晶硅膜的表面呈点状地聚集的点激光。
3.根据权利要求1或2所述的激光退火方法，其中，
在所述横向晶体形成工序中，使所述连续振荡激光遍及多个所述改性预定区域地移动并且间歇性地进行照射，其中，沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向设定有多个所述改性预定区域。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的激光退火方法，其中，
在所述横向晶体形成工序之前包括籽晶形成工序，在所述籽晶形成工序中，在改性预定区域的、相对于所述栅极布线而言位于与该栅极布线的长度方向正交的方向上的外侧的位置处，进行籽晶形成用激光的照射，从而形成由微晶硅构成的籽晶区域，其中，在位于所述栅极布线的上方的区域的所述非晶硅膜上设定有所述改性预定区域。
5.根据权利要求4所述的激光退火方法，其中，
所述籽晶形成工序使用通过多个微透镜呈矩阵状配置而成的微透镜阵列来照射多个激光脉冲光束。
6.一种激光退火装置，其将被处理基板中的非晶硅膜改性为晶化硅膜，所述被处理基板是在基板上平行地配置多个栅极布线、且在表面整体形成所述非晶硅膜而成的，其中，
所述激光退火装置具备：
激光光源部，其振荡出连续振荡激光；以及
激光束照射部，其使从所述激光光源部振荡出的所述连续振荡激光构成的激光束的光束点沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向移动，而将位于所述栅极布线的上方的区域的所述非晶硅膜上设定的改性预定区域选择性地改性为晶化硅膜。
7.根据权利要求6所述的激光退火装置，其中，
所述激光束照射部具备扫描器，该扫描器使所述激光束沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向移动。
8.根据权利要求6或7所述的激光退火装置，其中，
所述激光束照射部能够使所述激光束遍及多个所述改性预定区域地移动，其中，沿着与所述栅极布线的长度方向正交的方向配置有多个所述改性预定区域。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的激光退火装置，其中，
所述被处理基板在所述改性预定区域的、与所述栅极布线的长度方向正交的方向上的外侧的位置处，形成有由微晶硅构成的籽晶区域，其中，在位于所述栅极布线的上方的区域的所述非晶硅膜上设定有所述改性预定区域，
所述激光束照射部以所述籽晶区域为起点开始进行所述连续振荡激光的照射。
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