JP2007095726A - 表示装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 シリコン膜の擬似単結晶化で発生した凝集に起因する表示装置の歩留まり低下を低減した表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 第1の状態の半導体膜にレーザを照射して細長い結晶粒を有する第2の状態の半導体膜に改質する半導体膜改質工程と、
前記半導体膜改質工程において発生した前記半導体膜の凝集を検出する凝集検出工程と、
前記凝集の位置が、所定の領域内に存在する場合は不良と判定し、前記所定の領域外に存在する場合は良品と判定する不良判定工程とを含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
【選択図】 図14

Description

本発明は、半導体膜を有する表示装置の歩留まり低下を防止した表示装置の製造方法に関する。本発明は、特に、連続発振レーザによるシリコン膜の擬似単結晶化において発生する凝集に起因する不良によって歩留まりが低下する可能性のある表示装置の製造方法に関する。
液晶表示パネルや有機ELパネル等の所謂フラット型表示装置では、当該パネルを構成する基板上に表示領域の画素回路に加えて駆動回路を含むより多くの周辺回路を作りこむために、高性能な低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(poly-SiTFT(LTPS‐TFT))の開発が行われている。高性能な低温ポリシリコン薄膜トランジスタの製造にはシリコン膜の結晶性の改善が重要であり、従来のエキシマレーザアニール(ELA)を用いた結晶化に比べ、さらに大粒径化(擬似単結晶化)する手法が検討されている。
結晶性改善の手法の一つに、基板面上にCVD等で成膜したシリコン膜に連続発振の固体レーザ等を照射して、特定の方向に選択的に結晶を成長させ擬似単結晶化する方法(以下、SELAXと称する)などがある。SELAXと称する選択的擬似単結晶化方法については、特許文献1、特許文献2に開示されている。
特開2002−222959号公報 特開2003−124136号公報
しかしながら、SELAXは、従来のパルスレーザ照射に比べシリコン(Si)膜の溶融時間を長くなるため、溶融したSiが部分的に集まる“凝集”という現象が発生して基板面の所要領域における面内一様なシリコン膜が得られない場合がある。この凝集は、ある領域のシリコン膜が集まって、部分的にシリコン膜が有る部分と無い部分とが存在する現象である。その原因となるものとしては、シリコン膜中の異物やキズ、CVD膜質、下地の表面凹凸などが考えられている。
このようなSi膜の凝集が存在する領域を活性層(薄膜トランジスタのチャネル領域等)に用いて薄膜トランジスタ等のアクティブ素子を形成した場合は、当該アクティブ素子の動作に不具合が生じ、パネルそのものが不良品となり、歩留まりの低下を招く。
従来、このような凝集の有無検査は、投光機による目視、もしくは顕微鏡を用いた観察が採用されていた。そのため、固体レーザの照射領域を全て検査するためには相当な時間が必要であり、実質は全数検査できない状況であった。
また、発生した凝集の位置が有効領域(TFT配置位置など)以外であった場合、次工程のホト・エッチング工程で除去されるため、不良にはならない。しかしながら、凝集発生の有無のみで良品と不良品を選別する方法では、本来は不良とすべきでない有効領域の外に存在する凝集があっても、これを不良品として判定するため、歩留まり低下の原因となる。
本発明の目的は、連続発振レーザによるシリコン膜の擬似単結晶化で発生した凝集に起因する表示装置の歩留まり低下を低減した表示装置の製造方法を提供することにある。
上記目的は、凝集の位置が、所定の領域(例えばアクティブ素子の形成領域や容量の形成領域)内に存在する場合は不良と判定し、所定の領域外に存在する場合は良品と判定することで達成される。
本発明では、SELAXによる結晶化と同時に所定領域内の凝集の存在、不存在を判定して不良品、良品の選別を行う。凝集発生個所には、凝集によるポリシリコン膜の欠如が見られることから、パネルの背面等からの透過光を用いて透過率の違いをカメラや光センサ等を用いてイメージ化し、凝集の存在、不存在を判別するか、もしくは反射率の違いをカメラや光センサ等を用いてイメージを取得し、画像認識で凝集の有無を判別する、などの方法が考えられる。
上記の方法による凝集の有無を判定すると同時に、凝集が存在する箇所の座標を記録する。固体レーザの走査座標と検出機構(カメラ、光センサ等)の位置関係から凝集発生座標を記録できるようにする。
一方、パネルを構成する基板上の周辺回路を作り込む有効領域を規定するホトリソグラフィー・プロセスに用いるホトマスクのマップデータをテーブルとして作成しておく。そして、記録した凝集発生座標とマスクデータとを照らし合わせ、ポリシリコン膜の有効領域内に凝集が存在する場合のみ不良品として選別する。周辺回路に限定されず、画素回路に適用しても構わない。また、アクティブ素子の形成領域に限定されず、容量形成領域に適用しても構わない。また、両者の組み合わせでも構わない。
本発明の具体的な構成を列記すると、例えば、次のようになる。すなわち、
(1)第1の状態の半導体膜にレーザを照射して細長い結晶粒を有する第2の状態の半導体膜に改質する半導体膜改質工程と、
前記半導体膜改質工程において発生した前記半導体膜の凝集を検出する凝集検出工程と、
前記凝集の位置が、所定の領域内に存在する場合は不良と判定し、前記所定の領域外に存在する場合は良品と判定する不良判定工程とを含むことを特徴とする。
(2)(1)において、前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜をパターニングする際に、前記第2の状態の前記半導体膜が残る領域を含む。
(3)(1)または(2)において、前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜を用いた薄膜トランジスタが形成される領域を含む。
(4)(1)から(3)の何れかにおいて、前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜を用いた薄膜トランジスタのチャネル領域が形成される領域を含む。
(5)(1)から(4)の何れかにおいて、前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜を用いた薄膜トランジスタのソース領域またはドレイン領域のうち、コンタクトホールが形成される領域を含む。
(6)(1)から(5)の何れかにおいて、前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜を用いた容量が形成される領域を含む。
(7)(1)から(6)の何れかにおいて、前記所定の領域は、1または複数のホトマスクのデータに基づいて計算されることを特徴とする。
(8)(1)から(7)の何れかにおいて、前記凝集検出工程は、前記半導体膜を透過する光量で前記凝集の存在を検出する。
本発明により、シリコン膜に発生した凝集の全てを検査可能であり、次工程への不良パネルの流れ込みを防止できる。また、結晶化工程での不良を結晶化の完了時点で選別することで、以降の完成工程までの作業に関して無駄が無くなる。凝集発生が直接そのまま不良品になるわけではなく、ポリシリコン膜のアイランド加エ等のプロセスで有効領域(アクティブ素子の少なくともチャネルを作り込む部分として残される領域など)以外はエッチング工程で除去されるため、結晶化工程において有効領域以外の場所で発生している凝集は問題とならない。
マスクデータと凝集発生座標を照合して選別するものであるため、基板毎に選別規格を設定することが可能である。これにより、ある製品に対して凝集不良が発生した基板を不良とならない製品へ適用することで基板の救済をすることができる。
また、不良の基板に関しては、検査工程、液晶工程(モジュール組み立て作業)に搬送されないため、作業時間の短縮と、使用部材の削減が可能である。
なお、本発明は、低温ポリシリコン(LTPS)TFTを用いた液晶表示装置やその他のフラットパネル型の表示装置に限らず、これらと類似の表示装置、あるいは半導体チップの製造にも同様に適用できる。
以下、本発明の最良の実施形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図1は、表示装置のパネルを構成する基板を多数作り込んだ母基板の平面図である。ここでは、低温ポリシリコン(LTPS)TFTを作り込む基板として説明する。なお、この個々の基板をチップと称する場合もある。母基板(基板)101はガラス基板である。ガラス基板101上にパネルの基板102が縦横に複数個配置される。符号103は擬似単結晶シリコン領域を示す。
また、図2は、母基板に形成される個々の基板を説明する平面図である。ガラス基板102には、エキシマレーザ等を用いた多結晶シリコン領域104と連続発振の固体レーザを用いて結晶化させた擬似単結晶化シリコン領域(擬似単結晶化領域)103が存在する。
図3は、TFTを擬似単結晶化シリコン膜に形成するガラス基板の面上に配置される各機能領域を説明する平面図である。図3において、ガラス基板101には、画素部105、データドライバ(信号線選択回路部106、水平走査回路部107)、ゲートドライバ(垂直走査回路部108)、昇圧回路および入カ信号処理回路部109が配置される。なお、入力パッド部110は外部電源や信号源に接続する端子である。ガラス基板101上に配置される各回路部の構成によって必要なデバイス特性が決まる。擬似単結晶を用いた高性能デバイスは、高速動作回路部(信号線選択回路部106、水平走査回路部107、昇圧回路および入カ信号処理回路部109)に採用する。これ以外の場所は、多結晶シリコン領域である。このように、必要な領域だけに選択的に擬似単結晶化を行うプロセスが採用される。
図4乃至図10は、n-MOSトップゲートTFTの製造プロセスを説明する工程図である。このプロセスを図4の(1)から図10の(22)の順で説明する。
図4(1):ガラス基板201上に窒化シリコン(SiN)202、酸化シリコン(Si02)203、及びアモルファスシリコン204をプラズマCVD法により成膜する。熱処理によりアモルファスシリコン204中の水素を脱離させる。
図4(2):アモルファスシリコン204にエキシマレーザ205を照射して多結晶化させる。
図4(3):多結晶シリコン膜206が完成する。
図4(4):多結晶シリコン膜206に連続発振レーザ207等を走査して照射することにより、アニールし、多結晶シリコン膜206を擬似単結晶化したシリコン膜(擬似単結晶シリコン膜208)に改質する。走査方向を矢印Sで示す。尚、本明細書におけるレーザの走査は、レーザ光のスポットと半導体膜との位置関係を相対的に移動させることを意味しており、基板を動かす場合と、レーザ光を動かす場合と、両方を動かす場合とを含む。連続発振レーザ207としては固体レーザを用いることが望ましい。
図5(5):所要の領域に擬似単結晶シリコン膜208を形成する。
図5(6):擬似単結晶化が終了した後、ホト・エッチングエ程によりシリコン膜を島状シリコン209、210に加工する。島状シリコン210は多結晶Si-TFTに用いられ、島状シリコン209は擬似単結晶Si-TFTに用いられる。
図5(7):島状加工を行った島状シリコン209、210上にゲート絶縁膜(Si02)211をプラズマCVD法により成膜する。
図5(8):TFTのVth制御のために低濃度のイオン212を打ち込む(イオン種は、一般的にB+)。
図6(9):ゲート配線、容量線となるメタル層213を成膜する。
図6(10):ホトレジスト214を塗布、乾燥して、ホト・エッチングエ程によってホトレジスト214を加工する。
図6(11):エッチングによってメタル層213を加工し、ゲート電極215を形成する。このときサイドエッチングを行うことでホトレジスト214に比ベゲート電極215の加工寸法を小さくする。
図6(12):ソース・ドレイン領域にイオン打ち込みを行う。イオン216はP+である。
図7(13):ソース・ドレイン領域217が完成する。ホトレジスト214を除去する。
図7(14):TFTにLDD(Lightly Doped Drain)領域を作製するため、ゲート電極217をマスクにして低濃度のP+イオン218を全面打ち込む。
図7(15):LDD領域219が形成された。
図7(16):層間絶縁膜220を成膜する。打ち込まれた不純物イオンの活性化のためアニール処理を行う。
図8(17):ソース・ドレイン領域への接続用コンタクトホール221をホト・エッチングにより加工する。
図8(18):ソース・ドレイン配線(バリア層222、アルミニウム(Al)層223、キャップ層224)を成膜する。
図8(19):ソース・ドレイン配線(バリア層222、アルミニウム(Al)層223、キャップ層224)をホト・エッチングエ程により加工し、ソース・ドレイン配線に分離する。一部がソース・ドレイン電極となる。
図9(20):パッシベーション膜(絶縁膜)225を成膜する。終端処理を行ってTFTが完成する。
図9(21):画素電極(画素部の場合)または配線(周辺回路の場合)となるlTOとのコンタクトホール226用開口部をホト・エッチングにより加工する。
図10(22):ITO227を成膜し、所定のパターンに加工する。擬似単結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジスタ(TFT)228と、多結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジスタ(TFT)229を作り込んだ基板が完成する。
図11は、連続発振レーザによるシリコン膜の擬似単結晶化処理を説明する概略図である。図11において、ガラス基板301上にプラズマCVDによって成膜したSiN膜302、Si02膜303、エキシマレーザによって結晶化した第1の状態のポリシリコン膜(1)304を有する試料に対して、連続発振レーザ308を照射することで擬似単結晶化させ第2の状態のポリシリコン膜(2)305に改質する。ポリシリコン膜(2)305の領域の位置は、適用する製品毎に異なり、基板位置に対してあらかじめ設定した領域を選択的に擬似単結晶化させる。
ポリシリコン膜(2)305の結晶化工程において、凝集306、307が発生する。凝集の形状には、スポット状凝集306、ライン状凝集307などがある。凝集発生の原因には、基板上及びシリコン膜上の異物、基板のキズ、ポリシリコン膜と、その下地膜となるSi02膜との界面状況、連続発振レーザ308による結晶化時のSi膜の溶融時間などがある。
図12は、スポット状凝集の形状を説明する断面図である。この断面は図11のA−A’方向に沿った断面を観察したものである。スポット状凝集306は、ポリシリコン膜(2)305が無くなり、破線306で囲んだようにシリコン膜に穴が空いた形状になる。
図13は、ライン状凝集の形状を説明する断面図である。ライン状凝集307はSi膜が間隔をあけて集中する。この断面は図11のB−B’方向に沿った断面を観察したもので、ある間隔を置いてシリコンが点在する形状になる。
図12、図13に示すように、凝集発生箇所はポリシリコン膜が一部に集中するため、シリコン膜の集まる部分とシリコン膜が無くなる部分とが発生する。
図14は、擬似単結晶化工程における凝集検査方法の一例を説明する概念図である。図14において、ガラス基板401上にプラズマCVDによって成膜したSiN膜402、Si02膜403、エキシマレーザによって結晶化した第1の状態のポリシリコン膜(1)404を有する試料に対して、連続発振レーザ408を照射することで擬似単結晶化させ第2の状態のポリシリコン膜(2)405を作製する。ポリシリコン膜(1)404は粒状結晶であるのに対し、ポリシリコン膜(2)は、細長い結晶粒を有する帯状結晶となっている。結晶粒界も、帯状となっている。これは、レーザの走査方向に結晶が選択的に横方向成長したためである。
ポリシリコン膜(2)405において、その擬似結晶化の際に凝集406、407が発生する。この結晶化と平行して、ガラス基板401の裏面に配置した光源410から入射光を照射し、ガラス基板の膜面側に配置した光センサー409によって入射光の変化を読み取る。光センサ409は連続発振レーザ408の走査方向Sと同様に移動させ、光量の変化と基板の座標との相関をとる。また、光センサー409をカメラ等に置き換えることで、画像から凝集位置を画素情報として読み取ることも可能である。
図15は、図14のC−C’方向に沿った断面を示す概略図である。図15において、光源410からの光をガラス基板を介して光センサー409で検知する。凝集406の部分にはシリコン膜405が無いため、光の透過率に変化が生じる。
図16は、凝集検査方法の原理を説明する図15と同様の概略図である。図16において、入射光411がガラス基板(詳細には、ガラス基板401、SiN膜402、Si02膜403、ポリシリコン膜405)を透過した場合、ポリシリコン膜405の吸収によって透過量413は減少する。凝集個所406では、ポリシリコン膜405による光吸収が無いため、透過量412は透過量413に比べて大きい。この差を利用して凝集個所を検出する。
図17は、ガラス基板の周辺回路部におけるシリコン膜とTFTの配置を説明する部分平面図である。また、図18は、擬似単結晶化の処理後のシリコン膜のパターンを示す部分平面図である。エキシマレーザアニールを行ったポリシリコン膜(1)501内部に固体レーザ等によって擬似単結晶化したポリシリコン膜(2)502がある。このポリシリコン膜(2)502内には結晶化工程で発生した凝集503がランダムに存在する。
本発明では、凝集の位置が、所定の領域内に存在する場合は不良と判定し、所定の領域外に存在する場合は良品と判定する。尚、この不良判定は、ポリシリコン膜のパターニング工程に入る前に行うことが望ましい。この所定の領域は、1または複数のホトマスクのデータに基づいて計算することができる。例えば、図17のようなTFTの配置を行う場合を例として、どの領域に凝集がある場合を不良と判定するかを説明する。
図19は、図18に示した擬似単結晶化したポリシリコン膜をパターニングした後の状態を説明する部分平面図である。ポリシリコン膜(2)502をホト・エッチング工程により加工する場合、有効領域504の部分だけ、ポリシリコン膜(2)502が残る。
尚、図19では、本発明の判定方法とその効果を説明するために、あえて凝集を残したままにしている。このとき、有効領域(パターニングで残る領域)504の部分に発生した凝集を凝集(1)505、これ以外の凝集を凝集(2)506とする。凝集(2)506はエッチングにより除去されるため、ポリシリコン膜の加工後には基板上に存在しない。したがって、TFT形成領域に凝集が配置されるのを防ぐため、あるいは、パターニング後のポリシリコンに凝集が残るのを防ぐためには、凝集(1)505が存在する場合には不良と判定し、凝集(2)506のみが存在する場合は良品と判定すればよい。
これによって、擬似単結晶化領域内に凝集が1つでもあったら不良と判定する場合に比べて不良と判断される率が下がるため、歩留まり低下を低減できる。この場合、不良判定に用いる所定の領域は、パターニングにより半導体膜が残る領域である。これは、パターニングを行うマスクのデータから計算できる。
図20は、ポリシリコン膜(2)にゲート電極を形成した状態を説明する部分平面図である。ゲート電極507は、ポリシリコン膜(2)502のうちパターニングで残った有効領域504の上に、絶縁膜を介して形成される。このとき、ポリシリコン膜のパターンを形成後に残った凝集(1)505において、ゲート電極507と重なる部分(すなわち、TFTのチャネル領域)に位置するものを凝集(1−a)508、重ならないもの(チャネル領域以外に位置するもの)を凝集(1―b)509とする。
図21は、コンタクトホール510を形成した状態を示す部分平面図である。また、図22は、アルミニウム配線511を形成した状態を示す部分平面図である。凝集が発生した位置が薄膜トランジスタTFTのゲート部分(チャネル領域)と重なるものは動作不良の不良トランジスタ(1)512となる。よって、この基板は不良となる。ゲート部分(チャネル領域)以外の場所に凝集がある不良トランジスタ(2)513は基本的には動作不良にならない。しかし、コンタクト部分510と重なった場合は導通不良になるため、良/不良の判別は凝集の発生位置及びそのサイズとの兼ね合いになる。
凝集発生位置(基板上の座標)が認識できれば、マスクデータとの照合で凝集全体を有効領域内の凝集(1)505、有効領域外の凝集(2)506、ゲート電極507と重なる部分に位置する凝集(1−a)508、ゲート電極507と重ならない凝集(1―b)509に分類することが可能である。ゲート電極507と重ならない凝集(1―b)509についても、2つ以上のマスクデータを用いて計算(例えばアンドをとるなど)すれば、ソース領域またはドレイン領域で、かつ、コンタクトホールの位置に凝集がある場合とない場合とに分類することも出来る。
したがって、不良トランジスタ(1)512、不良トランジスタ(2)513の発生が凝集検査完の時点で判別できるため、不良と判別すれば、完成時のプローブ検査やモジュールエ程の作業が無くなり、検査工程のスループット短縮、モジュール部材の無駄を低減して、高効率で低コストで表示装置を製造することができる。
不良判定に用いる所定の領域をTFTのチャネル領域にすれば、凝集(1−a)508を不良と判定できる。これは、ポリシリコン膜のパターニングのマスクデータと、ゲート電極のパターニングのマスクデータのアンドをとれば計算できる。
不良判定に用いる所定の領域をソース領域またはドレイン領域のうち、コンタクトホールが形成される領域にすれば、不良トランジスタ(2)513の発生を回避できる。
また、今回は図示していないが、ポリシリコン膜を用いて容量を形成する場合には、凝集が発生すると容量が変動してしまうので、不良判定に用いる所定の領域を容量が形成される領域にすればこの問題を回避できる。
また、有効領域外の凝集(2)は薄膜トランジスタの作り込みには影響がないことから、適用する表示装置の基板のレイアウトを考慮することで不良基板を良基板として救済することが可能である。
表示装置のパネルを構成する基板を多数作り込んだ母基板の平面図である。 母基板に形成される個々の基板を説明する平面図である。 TFTを擬似単結晶シリコン膜に形成するガラス基板の面上に配置される各機能領域を説明する平面図である。 n-MOSトップゲートTFTの製造プロセスを説明する工程図である。 n-MOSトップゲートTFTの製造プロセスを説明する図4に続く工程図である。 n-MOSトップゲートTFTの製造プロセスを説明する図5に続く工程図である。 n-MOSトップゲートTFTの製造プロセスを説明する図6に続く工程図である。 n-MOSトップゲートTFTの製造プロセスを説明する図7に続く工程図である。 n-MOSトップゲートTFTの製造プロセスを説明する図8に続く工程図である。 n-MOSトップゲートTFTの製造プロセスを説明する図9に続く工程図である。 連続発振レーザによるシリコン膜の擬似単結晶化処理を説明する概略図である。 スポット状凝集の形状を説明する断面図である。 ライン状凝集の形状を説明する断面図である。 擬似単結晶化工程における凝集検査方法の一例を説明する概念図である。 図14のC−C’方向に沿った断面を示す概略図である。 凝集検査方法の原理を説明する図15と同様の概略図である。 ガラス基板の周辺回路部におけるシリコン膜とTFTの配置を説明する部分平面図である。 擬似単結晶化の処理後のシリコン膜のパターンを示す部分平面図である。 図18に示した擬似単結晶化したポリシリコン膜をパターニングした後の状態を説明する部分平面図である。 ポリシリコン膜(2)にゲート電極を形成した状態を説明する部分平面図である。 コンタクトホールを形成した状態を示す部分平面図である。 アルミニウム配線511を形成した状態を示す部分平面図である。
符号の説明
101・・・母基板、102・・・パネルの基板、103・・・擬似多結晶化シリコン領域、104・・・多結晶化シリコン領域。

Claims (8)

  1. 第1の状態の半導体膜にレーザを照射して細長い結晶粒を有する第2の状態の半導体膜に改質する半導体膜改質工程と、
    前記半導体膜改質工程において発生した前記半導体膜の凝集を検出する凝集検出工程と、
    前記凝集の位置が、所定の領域内に存在する場合は不良と判定し、前記所定の領域外に存在する場合は良品と判定する不良判定工程とを含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
  2. 前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜をパターニングする際に、前記第2の状態の前記半導体膜が残る領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の表示装置の製造方法。
  3. 前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜を用いた薄膜トランジスタが形成される領域を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置の製造方法。
  4. 前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜を用いた薄膜トランジスタのチャネル領域が形成される領域を含むことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の表示装置の製造方法。
  5. 前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜を用いた薄膜トランジスタのソース領域またはドレイン領域のうち、コンタクトホールが形成される領域を含むことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の表示装置の製造方法。
  6. 前記所定の領域は、前記第2の状態の前記半導体膜を用いた容量が形成される領域を含むことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の表示装置の製造方法。
  7. 前記所定の領域は、1または複数のホトマスクのデータに基づいて計算されることを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の表示装置の製造方法。
  8. 前記凝集検出工程は、前記半導体膜を透過する光量で前記凝集の存在を検出するものであることを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の表示装置の製造方法。

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