JP2008288514A - Method of crystallizing semiconductor thin film, method of manufacturing display device, thin-film transistor substrate, and display device provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体薄膜の結晶化方法、表示装置の製造方法、薄膜トランジスタ基板及びそれを備えた表示装置に関する。 The present invention relates to a method for crystallizing a semiconductor thin film, a method for manufacturing a display device, a thin film transistor substrate, and a display device including the same.
薄膜トランジスタ(TFT)は、アクティブマトリクス型表示装置(例えば、液晶表示装置や有機EL表示装置)のスイッチング素子として広く用いられている。例えば、アクティブマトリックス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された数十万以上の画素電極のそれぞれに対応して1つ以上のTFTを有し、画素電極に供給される電荷がTFTによって制御される。 Thin film transistors (TFTs) are widely used as switching elements in active matrix display devices (for example, liquid crystal display devices and organic EL display devices). For example, an active matrix type liquid crystal display device has one or more TFTs corresponding to each of hundreds of thousands or more of pixel electrodes arranged in a matrix, and charges supplied to the pixel electrodes are controlled by the TFTs. The
表示装置のスイッチング素子として用いられている薄膜トランジスタには、多結晶シリコンを活性層としたものがあり、これを用いて、同一基板上にスイッチング素子の他、駆動回路を形成している。 A thin film transistor used as a switching element of a display device includes an active layer made of polycrystalline silicon, and a driving circuit is formed on the same substrate in addition to the switching element.
このような多結晶半導体薄膜の製造方法として、非晶質半導体膜にレーザ光を照射し、溶融固化させることで結晶化する方法(レーザアニール法)がある。レーザアニール法として、エキシマレーザというパルス幅10〜100ns程度の短パルスレーザを非晶質シリコン薄膜に照射して多結晶シリコン薄膜を得るエキシマレーザアニール法は、大型のガラス基板等の上に、ガラス基板の歪点以下の低温で多結晶シリコン薄膜を形成できる低温プロセスであることから、この方法により近年において多結晶シリコン薄膜を用いたTFTの量産化が実現している。 As a method for producing such a polycrystalline semiconductor thin film, there is a method (laser annealing method) in which an amorphous semiconductor film is crystallized by irradiating it with laser light and melting and solidifying it. As a laser annealing method, an excimer laser annealing method in which an amorphous silicon thin film is irradiated with a short pulse laser of about 10 to 100 ns called an excimer laser to obtain a polycrystalline silicon thin film is formed on a large glass substrate or the like. Since this is a low-temperature process capable of forming a polycrystalline silicon thin film at a low temperature below the strain point of the substrate, mass production of TFTs using the polycrystalline silicon thin film has recently been realized by this method.
このような技術として、例えば、特許文献1には、p−ch.TFTのチャネルとなる半導体薄膜とn−ch.TFTのチャネルとなる半導体薄膜とを、互いに異なるレーザ強度によるレーザアニールにより形成するものが開示されている。
一般的に、同一基板の半導体膜上に、例えば画素部と表示駆動用ドライバ等の周辺回路とを形成する場合、画素部を形成する領域に比べて周辺回路を形成する領域は、移動度が高い等の良好、もしくは性能の異なる半導体特性が必要となる場合がある。これを上述したような従来のレーザ結晶化方法によって実現しようとすると、半導体膜をレーザ結晶化する際に周辺回路の形成領域だけレーザスポット照射数を増やす必要があり、レーザ結晶化に用いる装置のコストが増大する問題や、スループットが悪化する問題等が生じる。 In general, when a pixel portion and a peripheral circuit such as a display driving driver are formed over a semiconductor film on the same substrate, the region in which the peripheral circuit is formed has a mobility compared to the region in which the pixel portion is formed. There may be cases where semiconductor characteristics having good or different performance such as high are required. If this is to be realized by the conventional laser crystallization method as described above, it is necessary to increase the number of laser spot irradiations only in the peripheral circuit formation region when laser crystallization of the semiconductor film. There arises a problem that costs increase and a problem that throughput deteriorates.
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体薄膜のレーザ結晶化において、レーザ光を効率的に利用し、さらに、装置のコスト増や、スループットの悪化等を抑制して生産性を向上させることである。 The present invention has been made in view of such various points, and the object of the present invention is to efficiently use laser light in laser crystallization of a semiconductor thin film. It is to improve productivity by suppressing deterioration and the like.
本発明に係る半導体薄膜の結晶化方法は、半導体薄膜を準備するステップと、半導体薄膜に対し、レーザ光を照射しつつレーザ光を走査するステップと、レーザ光の照射によって形成された照射領域の側縁部分に所定幅だけ重なるようにレーザ光を半導体薄膜に照射しつつレーザ光を走査するステップと、を備えたことを特徴とする。 The method for crystallizing a semiconductor thin film according to the present invention includes a step of preparing a semiconductor thin film, a step of scanning the semiconductor thin film with laser light while irradiating the semiconductor thin film, and an irradiation region formed by laser light irradiation. And a step of scanning the laser beam while irradiating the semiconductor thin film with the laser beam so as to overlap the side edge portion by a predetermined width.
また、本発明に係る半導体薄膜の結晶化方法は、レーザ光が、エキシマレーザ、Nd:YAGレーザの第2高調波、Nd:YVO4レーザの第2高調波、Nd:YLFレーザの第2高調波、Nd:ガラスレーザの第2高調波、Yb:YAGレーザの第2高調波、Yb:ガラスレーザの第2高調波、Arイオンレーザ、Ti:サファイアレーザの第2高調波及びDyeレーザからなる群より選ばれた少なくとも1種を含んでもよい。 Further, in the method for crystallizing a semiconductor thin film according to the present invention, the laser beam is an excimer laser, a second harmonic of an Nd: YAG laser, a second harmonic of an Nd: YVO 4 laser, or a second harmonic of an Nd: YLF laser. Wave, Nd: second harmonic of glass laser, Yb: second harmonic of YAG laser, Yb: second harmonic of glass laser, Ar ion laser, Ti: second harmonic of sapphire laser, and Dye laser You may include at least 1 sort (s) chosen from the group.
本発明に係る半導体薄膜の結晶化方法は、半導体薄膜を準備するステップと、半導体薄膜に対し、レーザ光を照射しつつ、レーザ光を所定方向に走査するステップと、レーザ光の照射によって形成された照射領域の側縁部分に所定幅だけ重なるようにレーザ光を半導体薄膜に照射しつつ、照射領域の側縁に沿ってレーザ光を所定方向に平行に走査するステップと、を備えたことを特徴とする。 The method for crystallizing a semiconductor thin film according to the present invention is formed by preparing a semiconductor thin film, scanning the laser light in a predetermined direction while irradiating the semiconductor thin film with laser light, and irradiating the laser light. Irradiating the semiconductor thin film with laser light so as to overlap the side edge portion of the irradiated region by a predetermined width, and scanning the laser light in parallel with the predetermined direction along the side edge of the irradiated region. Features.
本発明に係る表示装置の製造方法は、半導体薄膜を準備するステップと、半導体薄膜に対し、レーザ光を照射しつつレーザ光を走査する第1ステップと、レーザ光の照射によって形成された照射領域の側縁部分に所定幅だけ重なるようにレーザ光を半導体薄膜に照射しつつレーザ光を走査する第2ステップと、半導体薄膜において、第1ステップでレーザ光が照射された領域に第1表示素子を形成する第3ステップと、半導体薄膜において、第2ステップでレーザ光が重なるように照射された領域に第2表示素子を形成する第4ステップと、を備えたことを特徴とする。 The display device manufacturing method according to the present invention includes a step of preparing a semiconductor thin film, a first step of scanning the semiconductor thin film with laser light while irradiating the semiconductor thin film, and an irradiation region formed by laser light irradiation. A second step of scanning the semiconductor thin film while irradiating the semiconductor thin film with a laser beam so as to overlap a side edge portion of the first display element; and a region of the semiconductor thin film irradiated with the laser light in the first step. And a fourth step of forming a second display element in a region of the semiconductor thin film irradiated with the laser beam so as to overlap in the second step.
本発明に係る薄膜トランジスタ基板は、基板と、各々、基板上に設けられ、第1表示素子が形成された所定の半導体特性を示す第1半導体薄膜を有する複数の第1島状部と、各々、基板上に設けられ、第2表示素子が形成された第1半導体薄膜と半導体特性の異なる第2半導体薄膜を有する複数の第2島状部と、第1半導体薄膜と第2半導体薄膜とが接するように基板上に並設された第3島状部と、を備えたことを特徴とする。 A thin film transistor substrate according to the present invention includes a substrate, and a plurality of first island-shaped portions each having a first semiconductor thin film that is provided on the substrate and has a predetermined semiconductor characteristic and having a first display element formed thereon, A plurality of second island-shaped portions having a second semiconductor thin film having a semiconductor characteristic different from that of the first semiconductor thin film provided on the substrate and having the second display element are in contact with the first semiconductor thin film and the second semiconductor thin film And a third island-shaped portion arranged side by side on the substrate.
本発明に係る薄膜トランジスタ基板は、第2島状部が、第1半導体薄膜と表面粗さの異なる第2半導体薄膜を有してもよい。 In the thin film transistor substrate according to the present invention, the second island portion may include a second semiconductor thin film having a surface roughness different from that of the first semiconductor thin film.
本発明に係る薄膜トランジスタ基板は、第2半導体薄膜が、第1半導体薄膜より電荷移動度が高くてもよい。 In the thin film transistor substrate according to the present invention, the second semiconductor thin film may have higher charge mobility than the first semiconductor thin film.
本発明に係る薄膜トランジスタ基板は、第2半導体薄膜が、第1半導体薄膜より表面粗さが大きくてもよい。 In the thin film transistor substrate according to the present invention, the second semiconductor thin film may have a surface roughness larger than that of the first semiconductor thin film.
本発明に係る表示装置は、上述の薄膜トランジスタ基板を備えたことを特徴とする。 A display device according to the present invention includes the above-described thin film transistor substrate.
本発明によれば、半導体薄膜のレーザ結晶化において、レーザ光を効率的に利用し、さらに、装置のコスト増や、スループットの悪化等を抑制して生産性を向上させることができる。 According to the present invention, laser light can be efficiently used in laser crystallization of a semiconductor thin film, and further, productivity can be improved by suppressing an increase in cost of the apparatus, deterioration in throughput, and the like.
以下、本発明の実施形態に係る半導体薄膜の結晶化方法、表示装置の製造方法、薄膜トランジスタ基板及びそれを備えた表示装置を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, a method for crystallizing a semiconductor thin film, a method for manufacturing a display device, a thin film transistor substrate, and a display device including the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiment.
また、この実施形態では、表示装置における非晶質シリコン薄膜(a−Si層)にレーザ結晶化処理を施す場合について説明する。 In this embodiment, a case where an amorphous silicon thin film (a-Si layer) in a display device is subjected to laser crystallization processing will be described.
本発明の実施形態に係るレーザ結晶化方法は、例えば、図1に示すようなレーザ結晶化装置10を用いて行うことができる。レーザ結晶化装置10は、パルスレーザ発振器11、反射鏡12、光学系13、加工ステージ14及びシステム制御部15で構成される。
The laser crystallization method according to the embodiment of the present invention can be performed using, for example, a
パルスレーザ光を発振するパルスレーザ発振器11は、レーザ結晶化装置10の最上部に設けられており、レーザ光源16を有している。レーザ光源16の後段には、必要であれば位相変調素子17等を設けても良い。
A
レーザ光源16は、処理対象の半導体膜を結晶化するのに充分なエネルギーのパルスレーザ光を出力する。
The
レーザ光は、例えば波長308nmのXeClエキシマレーザ光や波長248nmのKrFエキシマレーザ光が好ましい。その他、Nd:YAGレーザの第2高調波、Nd:YVO4レーザの第2高調波、Nd:YLFレーザの第2高調波、Nd:ガラスレーザの第2高調波、Yb:YAGレーザの第2高調波、Yb:ガラスレーザの第2高調波、Arイオンレーザ、Ti:サファイアレーザの第2高調波及びDyeレーザからなる群より選ばれた少なくとも1種を含んでもよい。 The laser light is preferably, for example, a XeCl excimer laser light with a wavelength of 308 nm or a KrF excimer laser light with a wavelength of 248 nm. In addition, the second harmonic of the Nd: YAG laser, the second harmonic of the Nd: YVO 4 laser, the second harmonic of the Nd: YLF laser, the second harmonic of the Nd: glass laser, and the second harmonic of the Yb: YAG laser. It may include at least one selected from the group consisting of harmonic, Yb: second harmonic of glass laser, Ar ion laser, second harmonic of Ti: sapphire laser, and Dye laser.
レーザ光源16は、パルス発振型であり、その発振周波数は、例えば100〜300Hzである。また、そのパルス幅は、半値幅で、例えば20〜100nsecである。
The
パルスレーザ発振器11からのパルスレーザ光20を反射する反射鏡12は、パルスレーザ発振器11から出射されるパルスレーザ光20の光路上に、所定角度だけ傾けて設けられている。
The reflecting
光学系13は、反射鏡12で反射されたパルスレーザ光20の光路上に設けらている。光学系13は、パルスレーザ光20を、例えば、長方形状、正方形状、楕円状等に整形して照射するための、複数のシリンドリカルレンズで構成されている。
The
加工ステージ14は、レーザ結晶化装置10の最下部に設けられている。加工ステージ14は、システム制御部15に接続されている。
The
システム制御部15は、レーザ結晶化装置10の側部にあり、加工ステージ14及びパルスレーザ発振器11に接続されている。
The
次に、レーザ結晶化装置10の機能について説明する。
Next, the function of the
パルスレーザ発振器11のレーザ光源16は、システム制御部15から発信される信号により、パルスレーザ光20を発振し、反射鏡12で反射させる。
The
反射鏡12で反射したパルスレーザ光20は、光学系13へ入射する。パルスレーザ光20は、光学系13内の複数のシリンドリカルレンズによって集束等をして、レーザ光21に整形され、半導体薄膜に照射される。
The
システム制御部15は、半導体薄膜へのレーザ光21の照射のタイミングに合わせて、加工ステージ14を平面方向に移動させる。
The
(半導体薄膜の結晶化方法)
次に、レーザ結晶化装置10を用いた半導体薄膜の結晶化方法について説明する。ここでは、半導体膜として非晶質シリコン膜を用い、これを結晶化して多結晶半導体膜を作製する場合について説明する。
(Semiconductor thin film crystallization method)
Next, a method for crystallizing a semiconductor thin film using the
最初に、例えば680mm×880mmのサイズに形成された基板の上に、例えば厚さ500Å程度の非晶質シリコン膜を形成する。この工程は、表示パネルを構成する基板(例えば、ガラス基板)のほぼ全面に非晶質シリコン膜を形成する工程であり、公知の方法で実行される。 First, an amorphous silicon film having a thickness of, for example, about 500 mm is formed on a substrate formed in a size of, for example, 680 mm × 880 mm. This step is a step of forming an amorphous silicon film on almost the entire surface of a substrate (for example, a glass substrate) constituting the display panel, and is performed by a known method.
次に、非晶質シリコン膜を形成した基板30を前記レーザ結晶化装置10の加工ステージ14に載せる。
Next, the
次いで、システム制御部15から信号を発信することにより、パルスレーザ発振器11のレーザ光源16からパルスレーザ光20を発振する。
Next, a
次に、発振されたパルスレーザ光20は、反射鏡12で反射されて光学系13へ向かい、光学系13でレーザ光21に整形され、基板30の非晶質シリコン膜へ照射される。
Next, the oscillated
レーザ光21を基板30の非晶質シリコン膜へ照射した後、システム制御部15により、加工ステージ14を平面方向に移動する。また、移動方向は、レーザ光21の幅方向とする。
After irradiating the amorphous silicon film of the
レーザ光21を照射した基板30の非晶質シリコン膜を移動させると、続いてシステム制御部15により、同様にパルスレーザ発振器11へ信号を送り、パルスレーザ光20を発振させる。このとき、図2に示すように、基板30の非晶質シリコン膜を一方の端部から照射するレーザ光21の所定方向(図2における上から下方向)へ向かって順に結晶化する。
When the amorphous silicon film on the
続いてシステム制御部15により、図2に示すように、加工ステージ14を移動させて、先に照射したレーザ光の照射開始位置と並列する位置を開始位置として、レーザ光21の照射によって形成された照射領域31の側縁部分32に所定幅だけ重なるようにレーザ光21を照射する。
Subsequently, as shown in FIG. 2, the
次に、加工ステージ14を移動させることにより、基板30の非晶質シリコン膜に、照射領域31の側縁に沿ってレーザ光21を上記所定方向に平行に走査しつつ照射する。
Next, the
これにより、基板30の非晶質シリコン膜に対し、一度結晶化したレーザ光21の照射領域31の側縁部分32を所定幅だけ重ねて再度結晶化するため、従来のレーザ結晶化方法のように、個別にレーザ光21を重ねて照射しなくてもよい。すなわち、一度形成したレーザ光21の照射領域31の側縁部分32に所定幅だけ重なるようにレーザ光21を照射しつつ、照射領域31の側縁に沿ってレーザ光21を走査するのみで、半導体特性のより高い領域を形成することができる。
As a result, the
このようにして、レーザ照射による結晶化処理を基板30の非晶質シリコン膜全体に亘り施すことにより多結晶半導体薄膜45を製造する。
In this way, the polycrystalline semiconductor
(表示装置の製造方法)
次に、本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法について説明する。また、表示装置として、ここでは液晶表示装置40を例に挙げて説明する。
(Manufacturing method of display device)
Next, a method for manufacturing a display device according to an embodiment of the present invention will be described. Here, the liquid
まず、ガラス等の絶縁性基板上に形成された半導体薄膜を上述のようにして結晶化し、多結晶半導体薄膜45を製造する。このとき、図2に示すように、多結晶半導体薄膜45は、レーザ光21により一度の走査によって照射されてなる照射領域31と、さらにその上からレーザ光21が重ねて照射された領域(側縁部分32)とが交互にストライプ状に形成されている。
First, a semiconductor thin film formed on an insulating substrate such as glass is crystallized as described above to produce a polycrystalline semiconductor
次に、照射領域31(第1半導体薄膜)に、TFT等の画素部を構成する表示素子(第1表示素子)を形成し、側縁部分32(第2半導体薄膜)に、周辺回路を構成する表示素子(第2表示素子)を形成する。 Next, a display element (first display element) constituting a pixel portion such as a TFT is formed in the irradiation region 31 (first semiconductor thin film), and a peripheral circuit is formed in the side edge portion 32 (second semiconductor thin film). A display element (second display element) to be formed is formed.
ここで、上記多結晶半導体薄膜45は、図3に示すようにマトリクス状にエッチングされ、各々が画素部50(第1島状部)、及び周辺回路部51(第2島状部)を構成している。また、多結晶半導体薄膜45上において、照射領域31と、側縁部分32との境界線44上には、エッチングされないで残った半導体薄膜46が存在し、照射領域31と側縁部分32とが接するように基板上に並設された領域(第3島状部)を構成している。
Here, the polycrystalline semiconductor
このように形成した第3島状部の照射領域31と側縁部分32とは、それぞれ半導体特性(例えば、電荷移動度や表面粗さ等)が異なっている。
The
一般的には、側縁部分32が、照射領域31よりnチャネル移動度やpチャネル移動度等の電荷移動度が高く、また、照射領域31より表面粗さが大きくなるよう結晶化を行う場合が多いが、そうでなくともよい。
In general, the
また、第3島状部では、上記の電荷移動度や表面粗さ等の半導体特性の異なる多結晶半導体薄膜が互いに接して所定の境界線を形成している。 In the third island portion, the polycrystalline semiconductor thin films having different semiconductor characteristics such as charge mobility and surface roughness are in contact with each other to form a predetermined boundary line.
このように多結晶半導体薄膜45上に、第3島状部を設けるのは、上記の境界線を確認できるために工程検査や薄膜の解析が容易となるためである。
The reason why the third island-shaped portion is provided on the polycrystalline semiconductor
また、上記の境界線は、画素部50と周辺回路部51との間に設けるものに限らず、周辺回路部51内に形成してもよい。すなわち、エッチングによって照射領域31と側縁部分32とを両方設けた島状部を形成し、これを周辺回路部51としてもよい。
The boundary line is not limited to be provided between the
尚、第3島状部は、図3に示すように、一つの薄膜トランジスタ基板55上に一つだけ形成されていなくてもよく、境界線44上に複数形成されていてもよい。
As shown in FIG. 3, only one third island portion may be formed on one thin
次いで、基板30に所定の処理を施して、TFT等を形成する。
Next, a predetermined process is performed on the
次いで、第1表示素子及び第2表示素子を形成した基板30から、矩形状に小型の基板(薄膜トランジスタ基板55)を切り出す。このとき、切り出した小型の基板は、第1表示素子が形成された画素部50と、第2表示素子が形成された周辺回路部51とを含む薄膜トランジスタをいずれも備えている。
Next, a small substrate (thin film transistor substrate 55) is cut out in a rectangular shape from the
次に、カラーフィルタ85等を備えたカラーフィルタ基板56を作製する。このとき、カラーフィルタ基板56は、初めに大判の基板にカラーフィルタ85等を形成した後、複数の小型の基板に分断してもよく、初めから小型の基板を個別に作製してもよい。
Next, the
次いで、薄膜トランジスタ基板55とカラーフィルタ基板56とを貼り合わせ、それらの基板間に液晶材料80を注入し、偏光板58及び保護フィルム59を基板上に形成することにより、液晶表示パネル57を作製する。尚、液晶材料は、薄膜トランジスタ基板55上に滴下注入した後、カラーフィルタ基板56を貼り合わせることにより、基板間に設けてもよい。
Next, the thin
次に、液晶表示パネル57にバックライト70等を設けることにより、液晶表示装置40を作製する。
Next, the liquid
(薄膜トランジスタ基板55を用いた液晶表示装置40の構成)
次に、本発明に係る薄膜トランジスタ基板55を備えた液晶表示装置40の構成について、図を用いて詳細に説明する。
(Configuration of Liquid
Next, the configuration of the liquid
図4に示すように、液晶表示装置40は、液晶表示パネル57及びバックライト70等により構成されている。
As shown in FIG. 4, the liquid
液晶表示パネル57は、図5に示すように、対向する薄膜トランジスタ基板55及びカラーフィルタ基板56、それらの間に設けられた液晶材料80、スペーサ81及び、薄膜トランジスタ基板55上に形成された周辺IC71等で構成されている。
As shown in FIG. 5, the liquid
カラーフィルタ基板56は、ガラス等で形成された絶縁性基板上に赤(R)、緑(G)及び青(B)の3原色からなるカラーフィルタ85が形成されている。カラーフィルタ85としては、RGBの組合せ以外に、シアン、マゼンタ、イエローの補色を用いてもよい。
In the
カラーフィルタ85上には不図示の対向電極及び配向膜がそれぞれ形成されている。カラーフィルタ85は、その外周に、コントラストを得るための縁取りとしてブラックマトリクス(遮光層)が設けられて遮光領域が形成されている。
A counter electrode and an alignment film (not shown) are formed on the
薄膜トランジスタ基板55は、ガラス等で形成された絶縁性基板にマトリクス状に配置された複数の画素部50等で構成された画素TFT86を備えている。画素TFT86の画素部50は、各々、絶縁性基板上に形成されたそれぞれ不図示のゲート電極、ソース電極及びドレイン電極等のTFT、透明絶縁層、画素電極等で構成されている。
The thin
周辺回路TFT88は、薄膜トランジスタ基板55の第2半導体薄膜上に形成されている。
The
また、薄膜トランジスタ基板55の多結晶半導体薄膜45上において、レーザ光21により一度の走査で照射された領域と、レーザ光21を重ねて照射された領域との境界線44上には、エッチングされないで残った半導体薄膜46が存在し、レーザ光21により一度の走査で照射された領域とレーザ光21を重ねて照射された領域とが接するように基板上に並設された領域(第3島状部)を構成している。第3島状部は、一つの薄膜トランジスタ基板55上に一つだけ形成されていなくてもよく、境界線44上に複数形成されていてもよい。
In addition, on the polycrystalline semiconductor
バックライト70は、液晶表示パネル57の薄膜トランジスタ基板55側に配置されている。バックライト70は、光源と、光源から出射された光を受けてその中を伝播させながら液晶表示パネル57に向けて出射する導光板と、導光板の裏面から出射された光を導光板に向けて反射する反射板(いずれも不図示)とを有している。
The
上述の製造方法によって製造した薄膜トランジスタ基板を用いて、パルスレーザショット数と半導体特性との関係を調べるための試験を行った。 A test for investigating the relationship between the number of pulsed laser shots and semiconductor characteristics was performed using the thin film transistor substrate manufactured by the above-described manufacturing method.
(薄膜トランジスタ基板の作製)
まず、ガラス基板上に半導体薄膜を形成し、上述のようにパルスレーザ光で同一箇所を10回照射した。このようにして順次半導体薄膜を結晶化するとともに、上述のように照射領域の周縁部を所定幅だけ重なるように、さらにパルスレーザ光で同一箇所を10回照射した。このため、重ねて照射された領域は、合計20回照射されたこととなる。
(Production of thin film transistor substrate)
First, a semiconductor thin film was formed on a glass substrate, and the same portion was irradiated 10 times with pulsed laser light as described above. In this manner, the semiconductor thin film was sequentially crystallized, and the same portion was further irradiated 10 times with pulsed laser light so that the peripheral portion of the irradiation region overlapped by a predetermined width as described above. For this reason, the overlapping irradiated region is irradiated 20 times in total.
次に、パルスレーザ光で同一箇所を10回照射した領域にTFT等で構成される画素部を形成し、20回照射した領域に周辺回路を形成することにより、nチャネル及びpチャネル薄膜トランジスタ基板をそれぞれ作製し、実施例1とした。
Next, a pixel portion composed of a TFT or the like is formed in a region irradiated with the
次に、パルスレーザ光の同一箇所への照射回数を15回にして上述と同様の薄膜トランジスタ基板を作製した。すなわち、同一箇所を15回照射した領域にTFT等で構成される画素部を形成し、30回照射した領域に周辺回路を形成することにより、nチャネル及びpチャネル薄膜トランジスタ基板を作製し、実施例2とした。
Next, a thin film transistor substrate similar to that described above was manufactured by changing the number of times of irradiation with the pulsed laser light to the same portion to 15 times. In other words, n-channel and p-channel thin film transistor substrates are fabricated by forming a pixel portion composed of TFTs or the like in a region irradiated with the
(試験評価)
次に、実施例1及び2について、レーザショット数に対し、それぞれ電荷の移動度、すなわち、nチャネル移動度及びpチャネル移動度を測定し、その結果をそれぞれ図6及び図7に示す。
(Test evaluation)
Next, for Examples 1 and 2, the charge mobility, that is, the n-channel mobility and the p-channel mobility, was measured with respect to the number of laser shots, and the results are shown in FIGS. 6 and 7, respectively.
図6及び図7により、同一箇所へのパルスレーザ光の照射回数によって、電荷の移動度が異なることがわかる。 6 and 7, it can be seen that the charge mobility varies depending on the number of times of irradiation of the pulse laser beam to the same location.
また、実施例1及び2について、レーザショット数に対し、それぞれ表面凹凸(表面粗さ):Ra(nm)を測定し、その結果を図8に示す。同一箇所へのパルスレーザ光の照射回数によって、表面凹凸が異なることがわかる。 Moreover, about Example 1 and 2, surface unevenness | corrugation (surface roughness): Ra (nm) was measured with respect to the number of laser shots, respectively, and the result is shown in FIG. It can be seen that the surface irregularities differ depending on the number of times of irradiation of the pulse laser beam to the same location.
上記の結果は、例えばパルスレーザー光の照射条件や、照射基板の膜構成によって、特性や表面凹凸の大小の傾向が同等化もしくは逆転することがある。 The above results may be equalized or reversed depending on the irradiation conditions of the pulse laser beam and the film configuration of the irradiated substrate, for example, the characteristics and the tendency of the surface roughness.
例えば、上記の結晶化後に、表面の平坦化処理を行うことで、特性は異なっても表面凹凸は同等化することもある。 For example, the surface unevenness may be equalized even if the characteristics are different by performing a surface flattening treatment after the crystallization.
上記の結果から、本発明の実施形態で記載された製造方法によって製造した薄膜トランジスタ基板には、nチャネル移動度及びpチャネル移動度、もしくは表面凹凸:Raの値に代表されるような、異なる性質の多結晶半導体薄膜が互いに接して構成された領域(第3島状部)が形成されていることがわかる。また、第3島状部では、結晶状態の異なる多結晶半導体薄膜が互いに接して所定の境界線を形成している。結晶の表面凹凸のような、表面状態の違いがある場合には顕微鏡などにより容易に境界線を識別できるが、表面状態が同等であっても、結晶性が異なれば、ラマン分光装置などを用いても境界線を識別することができる。 From the above results, the thin film transistor substrate manufactured by the manufacturing method described in the embodiment of the present invention has different properties as represented by n channel mobility and p channel mobility, or surface roughness: Ra value. It can be seen that a region (third island-shaped portion) is formed in which the polycrystalline semiconductor thin films are in contact with each other. In the third island-shaped portion, the polycrystalline semiconductor thin films having different crystal states are in contact with each other to form a predetermined boundary line. If there is a difference in surface conditions such as crystal surface irregularities, the boundary line can be easily identified with a microscope, etc., but even if the surface conditions are the same, if the crystallinity is different, use a Raman spectrometer. Even boundary lines can be identified.
(作用効果)
次に、作用効果について説明する。
(Function and effect)
Next, operational effects will be described.
本発明の実施形態に係る半導体薄膜の結晶化方法は、半導体薄膜を準備するステップと、半導体薄膜に対し、レーザ光21を照射しつつ走査するステップと、レーザ光21の照射によって形成された照射領域31の側縁部分32に所定幅だけ重なるようにレーザ光21を半導体薄膜に照射しつつ走査するステップと、を備えたことを特徴とする。
The method for crystallizing a semiconductor thin film according to an embodiment of the present invention includes a step of preparing a semiconductor thin film, a step of scanning the semiconductor thin film while irradiating the
このような構成によれば、半導体薄膜のレーザ光21の照射が重なる領域は、それ以外の領域に比べて電荷移動度等の異なる半導体特性が得られるが、このような領域のみを個別にレーザ光21を重ねて照射しなくてもよい。すなわち、一度形成したレーザ光21の照射領域31の側縁部分32に所定幅だけ重なるようにレーザ光21を照射しつつ走査するのみで、異なる半導体特性の領域を形成することができる。このため、例えば半導体特性を高くする必要のある周辺回路等の形成領域をレーザ光21の照射が重なる領域に設け、半導体特性がそれほど高くなくてもよい画素部50等の形成領域をそれ以外の領域に設けることにより、同一の半導体基板上に異なる性質の表示素子を効率的に形成することができる。
According to such a configuration, the semiconductor thin film in which the irradiation with the
以上説明したように、本発明は、半導体薄膜の結晶化方法、表示装置の製造方法、薄膜トランジスタ基板及びそれを備えた表示装置について有用である。 As described above, the present invention is useful for a semiconductor thin film crystallization method, a display device manufacturing method, a thin film transistor substrate, and a display device including the same.
10 レーザ結晶化装置
20 パルスレーザ光
21 レーザ光
30 基板
31 照射領域
32 側縁部分
40 液晶表示装置
44 境界線
45 多結晶半導体薄膜
46 半導体薄膜
50 画素部
51 周辺回路部
55 薄膜トランジスタ基板
56 カラーフィルタ基板
57 液晶表示パネル
71 周辺IC
80 液晶材料
81 スペーサ
86 画素TFT
88 周辺回路TFT
DESCRIPTION OF
80
88 Peripheral circuit TFT
Claims (9)
上記半導体薄膜に対し、レーザ光を照射しつつ該レーザ光を走査するステップと、
上記レーザ光の照射によって形成された照射領域の側縁部分に所定幅だけ重なるようにレーザ光を上記半導体薄膜に照射しつつ該レーザ光を走査するステップと、
を備えた半導体薄膜の結晶化方法。 Preparing a semiconductor thin film; and
Scanning the laser light while irradiating the semiconductor thin film with laser light;
Scanning the laser light while irradiating the semiconductor thin film with laser light so as to overlap with a predetermined width on a side edge portion of an irradiation region formed by the laser light irradiation;
A method for crystallizing a semiconductor thin film comprising:
上記レーザ光は、エキシマレーザ、Nd:YAGレーザの第2高調波、Nd:YVO4レーザの第2高調波、Nd:YLFレーザの第2高調波、Nd:ガラスレーザの第2高調波、Yb:YA Gレーザの第2高調波、Yb:ガラスレーザの第2高調波、Arイオンレーザ、Ti:サファイアレーザの第2高調波及びDyeレーザからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む半導体薄膜の結晶化方法。 The method for crystallizing a semiconductor thin film according to claim 1,
The laser light includes an excimer laser, a second harmonic of an Nd: YAG laser, a second harmonic of an Nd: YVO 4 laser, a second harmonic of an Nd: YLF laser, Nd: a second harmonic of a glass laser, Yb A semiconductor thin film containing at least one selected from the group consisting of: second harmonic of YAG laser, Yb: second harmonic of glass laser, Ar ion laser, second harmonic of Ti: sapphire laser, and Dye laser Crystallization method.
上記半導体薄膜に対し、レーザ光を照射しつつ、該レーザ光を所定方向に走査するステップと、
上記レーザ光の照射によって形成された照射領域の側縁部分に所定幅だけ重なるようにレーザ光を上記半導体薄膜に照射しつつ、該照射領域の側縁に沿って該レーザ光を上記所定方向に平行に走査するステップと、
を備えた半導体薄膜の結晶化方法。 Preparing a semiconductor thin film; and
Scanning the laser light in a predetermined direction while irradiating the semiconductor thin film with laser light;
While irradiating the semiconductor thin film with laser light so as to overlap a side edge portion of the irradiation region formed by the laser light irradiation, the laser light is directed in the predetermined direction along the side edge of the irradiation region. Scanning in parallel;
A method for crystallizing a semiconductor thin film comprising:
上記半導体薄膜に対し、レーザ光を照射しつつ該レーザ光を走査する第1ステップと、
上記レーザ光の照射によって形成された照射領域の側縁部分に所定幅だけ重なるようにレーザ光を上記半導体薄膜に照射しつつ該レーザ光を走査する第2ステップと、
上記半導体薄膜において、上記第1ステップで上記レーザ光が照射された領域に第1表示素子を形成する第3ステップと、
上記半導体薄膜において、上記第2ステップで上記レーザ光が重なるように照射された領域に第2表示素子を形成する第4ステップと、
を備えた表示装置の製造方法。 Preparing a semiconductor thin film; and
A first step of scanning the semiconductor thin film while irradiating the semiconductor thin film with laser light;
A second step of scanning the laser beam while irradiating the semiconductor thin film with a laser beam so as to overlap a side edge portion of an irradiation region formed by the laser beam irradiation;
A third step of forming a first display element in the region irradiated with the laser light in the first step in the semiconductor thin film;
A fourth step of forming a second display element in a region irradiated with the laser light so as to overlap in the second step in the semiconductor thin film;
A method for manufacturing a display device comprising:
各々、上記基板上に設けられ、第1表示素子が形成された所定の半導体特性を示す第1半導体薄膜を有する複数の第1島状部と、
各々、上記基板上に設けられ、第2表示素子が形成された上記第1半導体薄膜と半導体特性の異なる第2半導体薄膜を有する複数の第2島状部と、
上記第1半導体薄膜と上記第2半導体薄膜とが接するように上記基板上に並設された第3島状部と、
を備えた薄膜トランジスタ基板。 A substrate,
A plurality of first island-shaped portions each having a first semiconductor thin film provided on the substrate and having a predetermined semiconductor characteristic on which a first display element is formed;
A plurality of second island-shaped portions each having a second semiconductor thin film provided on the substrate and having a semiconductor characteristic different from that of the first semiconductor thin film on which the second display element is formed;
A third island portion arranged on the substrate so that the first semiconductor thin film and the second semiconductor thin film are in contact with each other;
A thin film transistor substrate comprising:
上記第2島状部は、上記第1半導体薄膜と表面粗さの異なる第2半導体薄膜を有する薄膜トランジスタ基板。 In the thin film transistor substrate according to claim 5,
The second island-shaped portion is a thin film transistor substrate having a second semiconductor thin film having a surface roughness different from that of the first semiconductor thin film.
上記第2半導体薄膜は、上記第1半導体薄膜より電荷移動度が高い薄膜トランジスタ基板。 In the thin film transistor substrate according to claim 5,
The second semiconductor thin film is a thin film transistor substrate having higher charge mobility than the first semiconductor thin film.
上記第2半導体薄膜は、上記第1半導体薄膜より表面粗さが大きい薄膜トランジスタ基板。 In the thin film transistor substrate according to claim 5,
The second semiconductor thin film is a thin film transistor substrate having a surface roughness larger than that of the first semiconductor thin film.
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