JP2020119912A - Laser annealing apparatus and laser annealing method - Google Patents

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Abstract

To provide a laser annealing apparatus capable of manufacturing a TFT whose transistor characteristics do not change regardless of a direction of an electric current flowing to a channel region.SOLUTION: A laser annealing apparatus, which modifies an amorphous silicon film to a crystallization silicon film by irradiating the amorphous silicon film with laser light for a processing target substrate obtained by forming gate wiring on a substrate and forming the amorphous silicon film on the gate wiring through a gate insulation film, comprises: an electric current generation unit for causing the gate wiring to generate heat by causing the gate wiring to generate an electric current; a laser light source unit for oscillating laser light; and a laser irradiation unit for irradiating the amorphous silicon film along the gate wiring with the laser light oscillated from the laser light source unit.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーザアニール装置およびレーザアニール方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method.

薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)は、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)、有機ELディスプレイ(OLED:Organic Light Emitting Display)などの薄型ディスプレイ(FPD:Flat Panel Display)をアクティブ駆動するため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(以下、TFTという)の半導体層の材料としては、非晶質シリコン(a−Si:amorphous Silicon)や、多結晶シリコン(p−Si:polycrystalline Silicon)などが用いられている。 A thin film transistor (TFT) is a switching element for actively driving a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display (LCD) and an organic light emitting display (OLED). Is used as. As a material of a semiconductor layer of a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT), amorphous silicon (a-Si:amorphous Silicon), polycrystalline silicon (p-Si:polycrystalline Silicon), or the like is used.

近年では、TFTにおけるチャネル領域の移動度を高めるため、疑似単結晶シリコンを横方向(ラテラル)結晶成長させるレーザアニール方法が知られている(特許文献1参照)。このレーザアニール方法においては、まず、アモルファスシリコン膜をエキシマレーザでアニールして形成した多結晶シリコン膜を用意する。次に、多結晶シリコン膜に対してレーザビームを部分的にスキャンして、シリコンを溶融させ、この溶融した部分の付近に残留している結晶粒を種結晶としてスキャン方向にラテラル結晶成長させることが開示されている。 In recent years, a laser annealing method has been known in which pseudo single crystal silicon is laterally (laterally) grown to increase the mobility of a channel region in a TFT (see Patent Document 1). In this laser annealing method, first, a polycrystalline silicon film formed by annealing an amorphous silicon film with an excimer laser is prepared. Then, the polycrystalline silicon film is partially scanned with a laser beam to melt the silicon, and the crystal grains remaining in the vicinity of the melted portion are used as seed crystals for lateral crystal growth in the scanning direction. Is disclosed.

特開2003−124136号公報JP, 2003-124136, A

上述のレーザアニール方法では、ラテラル結晶成長プロセスを用いるため、結晶において移動度の方向依存性があった。このため、TFTを作製した場合に、チャネル領域に流れる電流の方向により、トランジスタ特性が変わってしまうという問題があった。また、上述のレーザアニール方法では、TFTのチャネル領域に疑似単結晶シリコンを部分的に形成しようとすると、ゲート配線に積層された部分の多結晶シリコン膜へ精度良くレーザビームを照射する必要があった。 In the above-mentioned laser annealing method, since the lateral crystal growth process is used, the mobility of the crystal depends on the direction. Therefore, when the TFT is manufactured, there is a problem that the transistor characteristics change depending on the direction of the current flowing in the channel region. Further, in the above-described laser annealing method, when it is attempted to partially form the pseudo single crystal silicon in the channel region of the TFT, it is necessary to precisely irradiate the laser beam to the polycrystalline silicon film in the portion laminated on the gate wiring. It was

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、チャネル領域に流れる電流の方向にかかわらずトランジスタ特性が変わらないTFTの作製を可能とするレーザアニール装置およびレーザアニール方法を提供することを目的とする。また、本発明は、ゲート配線と重なる領域に、自己整合的に特性の良好なチャネル領域を形成することができるレーザアニール装置およびレーザアニール方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a laser annealing apparatus and a laser annealing method that make it possible to fabricate a TFT whose transistor characteristics do not change regardless of the direction of a current flowing in a channel region. With the goal. It is another object of the present invention to provide a laser annealing apparatus and a laser annealing method capable of forming a channel region having good characteristics in a self-aligned manner in a region overlapping a gate wiring.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、基体上にゲート配線が形成され、前記ゲート配線の上にゲート絶縁膜を介して非晶質シリコン膜が形成された被処理基板に対して、前記非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜を結晶化シリコン膜に改質させるレーザアニール装置であって、前記ゲート配線に電流を発生させて該ゲート配線を発熱させる電流発生部と、レーザ光を発振するレーザ光源部と、前記レーザ光源部から発振されたレーザ光を、前記ゲート配線に沿って前記非晶質シリコン膜に照射させるレーザ照射部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems and to achieve the object, an aspect of the present invention is that a gate wiring is formed on a substrate, and an amorphous silicon film is formed on the gate wiring via a gate insulating film. A laser annealing apparatus for irradiating a laser beam on the amorphous silicon film with respect to a substrate to be processed, for modifying the amorphous silicon film into a crystallized silicon film, wherein a current is generated in the gate wiring. And a laser light source that oscillates laser light, and a laser that irradiates the amorphous silicon film along the gate wiring with laser light oscillated from the laser light source. And an irradiation unit.

上記態様としては、前記電流発生部は、前記ゲート配線の一端部に接続されて電圧印加を行う第1プローバと、前記ゲート配線の他端部に接続される接地に用いられる第2プローバと、を備えることが好ましい。 In the above aspect, the current generation unit includes a first prober connected to one end of the gate line for applying a voltage, and a second prober used for grounding connected to the other end of the gate line, Is preferably provided.

上記態様としては、前記レーザ照射部は、前記非晶質シリコン膜の表面に対して、前記ゲート配線の延在方向に直角をなす方向に細長いレーザスポットを投影させるレーザビームを出射させることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the laser irradiation unit emits a laser beam for projecting an elongated laser spot on the surface of the amorphous silicon film in a direction perpendicular to the extending direction of the gate wiring. ..

上記態様としては、前記レーザ光源部は、連続発振レーザ光を発振するCWレーザ光源を備えることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the laser light source unit includes a CW laser light source that oscillates continuous wave laser light.

上記態様としては、前記レーザ光源部は、前記CWレーザ光源から発振された連続発振レーザ光をパルスレーザ光に変化させることが可能であることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the laser light source unit is capable of converting continuous wave laser light oscillated from the CW laser light source into pulsed laser light.

本発明の他の態様は、基体上にゲート配線が形成され、前記ゲート配線の上にゲート絶縁膜を介して非晶質シリコン膜が形成された被処理基板に対して、前記非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜を結晶化シリコン膜に改質させるレーザアニール方法であって、前記ゲート配線に電流を発生させて該ゲート配線を発熱させるゲート配線発熱工程と、前記ゲート配線発熱工程中に、前記ゲート配線に沿って前記非晶質シリコン膜にレーザ光を照射させるレーザアニール工程と、を行うことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, a gate wiring is formed on a base body, and the amorphous silicon film is formed on the gate wiring via a gate insulating film. A laser annealing method for irradiating a film with laser light to modify the amorphous silicon film into a crystallized silicon film, the method comprising: a gate wiring heating step of generating a current in the gate wiring to heat the gate wiring. A laser annealing step of irradiating the amorphous silicon film with laser light along the gate wiring during the gate wiring heating step.

上記態様としては、前記ゲート配線発熱工程は、前記ゲート配線の一端部に電圧印加を行い、前記ゲート配線の他端部を接地させることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that in the gate wiring heating step, a voltage is applied to one end of the gate wiring and the other end of the gate wiring is grounded.

上記態様としては、前記レーザアニール工程は、前記非晶質シリコン膜の表面に、前記ゲート配線の延在方向に直角をなす方向に細長いレーザスポットを投影させるレーザビームをレーザ光として出射させることが好ましい。 In the above aspect, in the laser annealing step, a laser beam for projecting an elongated laser spot on the surface of the amorphous silicon film in a direction perpendicular to the extending direction of the gate wiring may be emitted as laser light. preferable.

上記態様としては、前記レーザ光は、連続発振レーザ光であることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the laser light is continuous wave laser light.

本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法によれば、チャネル領域に流れる電流の方向にかかわらずトランジスタ特性が変わらないTFTの作製が可能になる。また、本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法によれば、ゲート配線に対して、移動度に方向依存性のないチャネル領域を自己整合的に形成できるため、TFTの製造工程数の増加を抑制できる。 With the laser annealing apparatus and the laser annealing method according to the present invention, it is possible to manufacture a TFT whose transistor characteristics do not change regardless of the direction of the current flowing in the channel region. Further, according to the laser annealing apparatus and the laser annealing method according to the present invention, the channel region having no direction dependence on the mobility can be formed in a self-aligned manner with respect to the gate wiring, thus increasing the number of manufacturing steps of the TFT. Can be suppressed.

図1は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser annealing apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory diagram of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いて、非晶質シリコン膜に対してレーザアニール処理を施した状態を示す平面説明図である。FIG. 3 is a plan view showing a state in which the amorphous silicon film is laser-annealed by using the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention. 図4は、図3のIV−IV断面の構造およびこの断面領域に対応する基板のW方向の温度分布を示す図である。FIG. 4 is a view showing the structure of the IV-IV cross section of FIG. 3 and the temperature distribution in the W direction of the substrate corresponding to this cross sectional area.

以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の数、各部材の寸法、寸法の比率、形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。 The details of the laser annealing apparatus and the laser annealing method according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the number of each member, the size of each member, the ratio of the sizes, the shape, and the like are different from the actual ones. In addition, the drawings include portions having different dimensional relationships, ratios, and shapes.

[実施の形態]
本実施の形態に係るレーザアニール装置の構成の説明に先駆けて、レーザアニール装置でレーザアニール処理を行う被処理基板の一例および疑似単結晶シリコン膜について図1から図3を用いて簡単に説明する。なお、図1においては、後述するゲート絶縁膜4および非晶質シリコン膜5を省略して示す。
[Embodiment]
Prior to the description of the configuration of the laser annealing apparatus according to the present embodiment, an example of a substrate to be subjected to laser annealing processing by the laser annealing apparatus and a pseudo single crystal silicon film will be briefly described with reference to FIGS. 1 to 3. .. In FIG. 1, a gate insulating film 4 and an amorphous silicon film 5 described later are omitted.

(被処理基板)
図1および図2に示すように、被処理基板1は、基体としてのガラス基板2と、このガラス基板2の表面に互いに平行をなすように配置された複数のゲート配線3と、ガラス基板2およびゲート配線3の上に形成されたゲート絶縁膜4(図2参照)と、このゲート絶縁膜4の上に全面に堆積された非晶質シリコン膜5(図2参照)と、を備える。
(Substrate to be processed)
As shown in FIGS. 1 and 2, a substrate 1 to be processed includes a glass substrate 2 as a base, a plurality of gate wirings 3 arranged on the surface of the glass substrate 2 in parallel with each other, and a glass substrate 2 And a gate insulating film 4 (see FIG. 2) formed on the gate wiring 3, and an amorphous silicon film 5 (see FIG. 2) deposited on the entire surface of the gate insulating film 4.

図2に示すように、本実施の形態では、ゲート配線3の長手方向の両方の端部3A,3Bは、ゲート絶縁膜4および非晶質シリコン膜5で覆われずに露出した状態となっている。 As shown in FIG. 2, in the present embodiment, both ends 3A and 3B in the longitudinal direction of the gate wiring 3 are exposed without being covered with the gate insulating film 4 and the amorphous silicon film 5. ing.

この被処理基板1は、最終的にTFTなどが作り込まれたTFT基板となる。図1から図3に示すように、本実施の形態では、被処理基板1は、レーザアニール処理において、ゲート配線3の長手方向(搬送方向T)に沿って搬送される。 The substrate 1 to be processed finally becomes a TFT substrate in which TFTs and the like are formed. As shown in FIGS. 1 to 3, in the present embodiment, the substrate 1 to be processed is transferred along the longitudinal direction (transfer direction T) of the gate wiring 3 in the laser annealing process.

(疑似単結晶シリコン膜)
本実施の形態においては、レーザアニール処理された非晶質シリコン膜5は、結晶化シリコン膜としての疑似単結晶シリコン膜5B,5Cに改質される。ゲート配線3上に形成された疑似単結晶シリコン膜5Bは、最終的にはTFTの図示しないチャネル領域としてパターニングされる。その結果、このようなチャネル領域は、ゲート配線3に沿って、例えば、液晶表示パネルのTFT基板における画素領域毎に設けられる。
(Pseudo single crystal silicon film)
In the present embodiment, the laser-annealed amorphous silicon film 5 is modified into pseudo single crystal silicon films 5B and 5C as crystallized silicon films. The pseudo single crystal silicon film 5B formed on the gate wiring 3 is finally patterned as a channel region (not shown) of the TFT. As a result, such a channel region is provided along the gate wiring 3 for each pixel region on the TFT substrate of the liquid crystal display panel.

前述の疑似単結晶シリコン膜5Bは、後述するように、移動度の方向依存性が小さい。したがって、この疑似単結晶シリコン膜5Bでなるチャネル領域に対して、ソース・ドレインを設けた場合、ソース・ドレインを結ぶ方向(チャネル長方向)が異なってもトランジスタ特性が同等となる。なお、この疑似単結晶シリコン膜5Bにおいて、移動度の方向依存性が小さくなる理由については後述する。 The quasi-single-crystal silicon film 5B described above has small mobility direction dependence, as described later. Therefore, when the source/drain is provided in the channel region formed of the pseudo single crystal silicon film 5B, the transistor characteristics are the same even if the direction connecting the source/drain (channel length direction) is different. The reason why the direction dependency of mobility is reduced in the pseudo single crystal silicon film 5B will be described later.

(レーザアニール装置の概略構成)
以下、図1および図2を用いて、本実施の形態に係るレーザアニール装置10の概略構成を説明する。レーザアニール装置10は、基台11、レーザ光源部12、レーザ照射部13、電流発生部としての第1プローバ14および第2プローバ15、制御部16、被処理基板1の位置情報を制御部16に出力する図示しない位置センサなどを備える。
(Schematic configuration of laser annealing device)
Hereinafter, the schematic configuration of the laser annealing apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The laser annealing apparatus 10 includes a base 11, a laser light source unit 12, a laser irradiation unit 13, a first prober 14 and a second prober 15 as a current generation unit, a control unit 16, and a control unit 16 for position information of the substrate 1 to be processed. A position sensor (not shown) that outputs to

本実施の形態では、レーザアニール処理時にはレーザ照射部13は移動せず、被処理基板1を移動させるようになっている。すなわち、基台11は、図示しない基板搬送手段を備えている。このレーザアニール装置10においては、被処理基板1を基台11の上に配置した状態で、図示しない基板搬送手段によって、搬送方向(スキャン方向)Tに沿って搬送する。図2および図3に示すように、この搬送方向Tは、ゲート配線3の延在方向(長手方向)と同一方向である。 In the present embodiment, the laser irradiation unit 13 does not move during the laser annealing process, but the substrate 1 to be processed is moved. That is, the base 11 is provided with a substrate transfer means (not shown). In the laser annealing apparatus 10, the substrate 1 to be processed is placed on the base 11 and is transported along the transport direction (scanning direction) T by a substrate transport means (not shown). As shown in FIGS. 2 and 3, the transport direction T is the same as the extending direction (longitudinal direction) of the gate wiring 3.

レーザ光源部12は、連続発振レーザ光(CWレーザ光)を発振するCWレーザ光源を備えている。また、レーザ光源部12は、CWレーザ光をパルス化してパルス光を発生させる図示しないパルス発生器も備えている。レーザ光源部12に備えられるCWレーザ光源としては、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどの各種のレーザを用いることが可能である。ここで、連続発振レーザ光(CWレーザ光)とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続発振も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス間隔が加熱後のシリコン薄膜の冷却時間よりも短い(固まる前に次のパルスで照射する)疑似連続発振レーザであってもよい。 The laser light source unit 12 includes a CW laser light source that oscillates continuous wave laser light (CW laser light). In addition, the laser light source unit 12 also includes a pulse generator (not shown) for pulsing the CW laser light to generate pulsed light. Various lasers such as a semiconductor laser, a solid-state laser, a liquid laser, and a gas laser can be used as the CW laser light source provided in the laser light source unit 12. Here, the continuous wave laser beam (CW laser beam) is a concept including so-called pseudo continuous wave that continuously irradiates the target region with the laser beam. That is, the laser light may be a pulsed laser or a pseudo continuous wave laser whose pulse interval is shorter than the cooling time of the silicon thin film after heating (irradiation with the next pulse before hardening).

レーザ照射部13は、図示しない支持フレームなどにより、基台11の上方に配置されている。レーザ照射部13は、いずれも図示しない、入射側結像系、均一化素子としてのロッドインテグレータ、出射側結像系などを備える。 The laser irradiation unit 13 is arranged above the base 11 by a support frame (not shown) or the like. The laser irradiation unit 13 includes an incident-side image forming system, a rod integrator as a homogenizing element, and an emitting-side image forming system, which are not shown.

図1に示すように、レーザ照射部13は、被処理基板1の幅方向Wに細長く延びる形状のレーザビームLBを形成する。図1および図3に示すように、このレーザビームLBは、被処理基板1の表面(非晶質シリコン膜5の表面)において細長い矩形状のビームスポットBSを投影するように設定されている。なお、本実施の形態では、ビームスポットBSの長手方向の長さは、被処理基板1の幅方向Wに沿って、複数のゲート配線3に渡るように設定されている。 As shown in FIG. 1, the laser irradiation unit 13 forms a laser beam LB having a shape extending in a width direction W of the substrate 1 to be processed. As shown in FIGS. 1 and 3, the laser beam LB is set so as to project an elongated rectangular beam spot BS on the surface of the target substrate 1 (the surface of the amorphous silicon film 5). In the present embodiment, the length of the beam spot BS in the longitudinal direction is set so as to extend over the plurality of gate wirings 3 along the width direction W of the substrate 1 to be processed.

第1プローバ14は、細長い矩形状のプローバ本体14Aと、プローバ本体14Aの側部から突出する複数のプローブピン14Bと、を備える。本実施の形態では、プローブピン14Bの数が被処理基板1におけるゲート配線3の数と同等に設定されている。第1プローバ14では、各プローブピン14Bへ所定の電圧が印加されるように設定されている。複数のプローブピン14Bは、被処理基板1に形成されたゲート配線3のピッチと同一となるように配置されている。 The first prober 14 includes an elongated rectangular prober body 14A and a plurality of probe pins 14B protruding from a side portion of the prober body 14A. In the present embodiment, the number of probe pins 14B is set to be equal to the number of gate wirings 3 on the substrate 1 to be processed. The first prober 14 is set so that a predetermined voltage is applied to each probe pin 14B. The plurality of probe pins 14B are arranged so as to have the same pitch as the gate wirings 3 formed on the substrate 1 to be processed.

第2プローバ15は、プローバ本体15Aと、プローバ本体15Aの側部から突出する複数のプローブピン15Bと、を備える。本実施の形態では、プローブピン15Bの数が被処理基板1におけるゲート配線3の数と同等に設定されている。第2プローバ15では、各プローブピン15Bが接地されている。複数のプローブピン15Bは、被処理基板1に形成されたゲート配線3のピッチと同一となるように配置されている。 The second prober 15 includes a prober body 15A and a plurality of probe pins 15B protruding from a side portion of the prober body 15A. In the present embodiment, the number of probe pins 15B is set to be equal to the number of gate wirings 3 on the substrate 1 to be processed. In the second prober 15, each probe pin 15B is grounded. The plurality of probe pins 15B are arranged so as to have the same pitch as the gate wirings 3 formed on the substrate 1 to be processed.

図1および図2に示すように、第1プローバ14のプローブピン14Bは、被処理基板1に対して、被処理基板1の一方の端縁部に露出するゲート配線3の端部3Aのそれぞれに接触するように位置固定される。同様に、第2プローバ15のプローブピン15Bは、被処理基板1に対して、被処理基板1の他方の端縁部に露出するゲート配線3の端部3Bのそれぞれに接触するように位置固定される。したがって、第1プローバ14のプローバ本体14Aから電圧が印加されると、図3に示すようにゲート配線3内を電流Iが流れるように設定されている。なお、本実施の形態では、第1プローバ14および第2プローバ15は、被処理基板1に対して一体的に、図示しない基板搬送手段で搬送される。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the probe pins 14B of the first prober 14 are provided at the end portions 3A of the gate wiring 3 which are exposed at one end edge portion of the target substrate 1 with respect to the target substrate 1, respectively. The position is fixed so as to come into contact with. Similarly, the probe pin 15B of the second prober 15 is fixed in position so as to come into contact with each of the end portions 3B of the gate wiring 3 exposed at the other end edge portion of the target substrate 1 with respect to the target substrate 1. To be done. Therefore, when a voltage is applied from the prober main body 14A of the first prober 14, the current I is set to flow in the gate wiring 3 as shown in FIG. In addition, in the present embodiment, the first prober 14 and the second prober 15 are integrally carried with respect to the substrate 1 to be processed by a substrate carrying means (not shown).

制御部16は、基台11に設けられた図示しない基板搬送手段と、レーザ光源部12と、第1プローバ14と、の制御を行う。具体的には、制御部16は、図示しない基板搬送手段を駆動制御して被処理基板1を搬送方向Tへ向けて所定の速度で移動させるように設定されている。 The control unit 16 controls the substrate transfer means (not shown) provided on the base 11, the laser light source unit 12, and the first prober 14. Specifically, the control unit 16 is set to drive and control a substrate transfer unit (not shown) to move the target substrate 1 in the transfer direction T at a predetermined speed.

また、制御部16は、レーザ光源部12を駆動制御して、被処理基板1に対してレーザビームLBを照射させる。なお、制御部16は、レーザ光源部12に対して、CWレーザ光とパルスレーザ光とを選択的に発生させる制御を行う。制御部16は、レーザアニール処理の最初の段階において、被処理基板1の位置情報に基づいて、レーザ光源部12に対して、パルスレーザ光を出射させる制御を行う。なお、このパルスレーザ光は、非晶質シリコン膜5の一方の端縁部に種結晶を形成するために用いられる。なお、本実施の形態では、レーザ光源部12から出射されるパルスレーザ光の出力は比較的低エネルギーに設定されている。 Further, the control unit 16 drives and controls the laser light source unit 12 to irradiate the processing target substrate 1 with the laser beam LB. The control unit 16 controls the laser light source unit 12 to selectively generate the CW laser light and the pulsed laser light. At the first stage of the laser annealing process, the control unit 16 controls the laser light source unit 12 to emit pulsed laser light based on the positional information of the substrate 1 to be processed. The pulsed laser light is used to form a seed crystal on one edge of the amorphous silicon film 5. In this embodiment, the output of the pulsed laser light emitted from the laser light source unit 12 is set to a relatively low energy.

(レーザアニール方法)
以上、本実施の形態に係るレーザアニール装置10の構成について説明したが、以下に、レーザアニール装置10を用いたレーザアニール方法について説明する。
(Laser annealing method)
The configuration of the laser annealing apparatus 10 according to the present embodiment has been described above, but a laser annealing method using the laser annealing apparatus 10 will be described below.

まず、図1に示すように、第1プローバ14を被処理基板1に接続する。具体的には、第1プローバ14のプローブピン14Bを、被処理基板1の一方の端縁部に露出するゲート配線3の端部3Aのそれぞれに接触するようにセットする。同様に、第2プローバ15を被処理基板1に接続する。具体的には、第2プローバ15のプローブピン15Bを、被処理基板1の他方の端縁部に露出するゲート配線3の端部3Bのそれぞれに接触するようにセットする。 First, as shown in FIG. 1, the first prober 14 is connected to the target substrate 1. Specifically, the probe pin 14B of the first prober 14 is set so as to come into contact with each of the ends 3A of the gate wiring 3 exposed at one end of the substrate 1 to be processed. Similarly, the second prober 15 is connected to the target substrate 1. Specifically, the probe pin 15B of the second prober 15 is set so as to come into contact with each of the ends 3B of the gate wiring 3 exposed at the other end of the substrate 1 to be processed.

(ゲート配線発熱工程およびレーザアニール工程)
次に、レーザアニール装置10では、被処理基板1を搬送方向Tに沿って所定のスキャン速度で走行させる。制御部16は、図示しない位置センサからの位置情報に基づいて、被処理基板1が所定位置に達したときに、第1プローバ14のプローブピン14Bに所定の電圧を印加する。同時に、制御部16は、図示しないCWレーザ光源とパルス発生器を駆動制御する。図示しないCWレーザ光源はCWレーザ光を発振させる。このとき、CWレーザ光源から発振されたCWレーザ光は、図示しないパルス発生器でパルスレーザ光に変換される。
(Gate wiring heating process and laser annealing process)
Next, in the laser annealing device 10, the substrate 1 to be processed is run in the transport direction T at a predetermined scan speed. The controller 16 applies a predetermined voltage to the probe pin 14B of the first prober 14 when the substrate 1 to be processed reaches a predetermined position based on position information from a position sensor (not shown). At the same time, the control unit 16 drives and controls a CW laser light source and a pulse generator (not shown). A CW laser light source (not shown) oscillates CW laser light. At this time, the CW laser light emitted from the CW laser light source is converted into pulse laser light by a pulse generator (not shown).

次に、図2に示すように、被処理基板1の一方の端縁部の非晶質シリコン膜5の表面にパルスレーザ光でなるレーザビームLBを照射して、ゲート配線3の端部3A近傍の上方に位置する非晶質シリコン膜5に種結晶領域5A(図3参照)を形成する。本実施の形態では、上述したようにパルスレーザ光の出力を比較的低く設定しており、ゲート配線3内を通る電流Iによって抵抗発熱よる温度に、パルスレーザ光による加熱温度を加えることにより、非晶質シリコン膜5に種結晶領域5Aを形成できるように設定されている。したがって、図3に示すように、本実施の形態では、ゲート配線3の端部の上方の領域のみに微結晶シリコンでなる種結晶領域5Aが形成される。 Next, as shown in FIG. 2, the surface of the amorphous silicon film 5 at one end of the substrate 1 to be processed is irradiated with a laser beam LB of pulsed laser light to end 3A of the gate wiring 3. A seed crystal region 5A (see FIG. 3) is formed in the amorphous silicon film 5 located above the vicinity. In the present embodiment, as described above, the output of the pulsed laser light is set relatively low, and the heating temperature of the pulsed laser light is added to the temperature of the resistance heat generation by the current I passing through the gate wiring 3, It is set so that the seed crystal region 5A can be formed in the amorphous silicon film 5. Therefore, as shown in FIG. 3, in the present embodiment, seed crystal region 5A made of microcrystalline silicon is formed only in the region above the end portion of gate wiring 3.

なお、本実施の形態では、種結晶領域5Aをゲート配線3上のみに形成するように設定した、パルスレーザ光の出力条件を変えることにより、被処理基板1の一方の端縁部の非晶質シリコン膜5の端縁部の幅方向W全体に亘って種結晶領域5Aを形成してもよい。 In the present embodiment, the seed crystal region 5A is formed only on the gate wiring 3, and the output condition of the pulsed laser light is changed to change the amorphous state at one edge of the substrate 1 to be processed. The seed crystal region 5A may be formed over the entire width direction W of the edge portion of the high-quality silicon film 5.

前述のように、非晶質シリコン膜5の端縁部(本実施の形態では、ゲート配線3の上方の領域のみ)に種結晶領域5Aを形成した後に、制御部16は、図示しないパルス発生器を駆動停止させて、レーザ光源部12からCWレーザ光を発振させる。この結果、レーザ照射部13からは、CWレーザ光でなるレーザビームLBが非晶質シリコン膜5へ向けて照射される。そして、CWレーザ光でなるレーザビームLBを照射した状態で、図3に示すように、被処理基板1を搬送方向Tに移動させる。このとき、ゲート配線3には、電流Iが印加されている。 As described above, after the seed crystal region 5A is formed in the edge portion of the amorphous silicon film 5 (only the region above the gate wiring 3 in the present embodiment), the control unit 16 causes the pulse generation not shown. The drive is stopped and the CW laser light is oscillated from the laser light source unit 12. As a result, the laser irradiation unit 13 irradiates the amorphous silicon film 5 with the laser beam LB of CW laser light. Then, the substrate 1 to be processed is moved in the transport direction T as shown in FIG. 3 while being irradiated with the laser beam LB of CW laser light. At this time, the current I is applied to the gate wiring 3.

このようなゲート配線発熱工程およびレーザアニール工程を同時に施すことにより、ゲート配線3の上方に位置する非晶質シリコン膜5は、疑似単結晶シリコン膜5Bに変化する。具体的には、図3に示すように、ゲート配線3の上方に位置する非晶質シリコン膜5は、ゲート配線3の抵抗発熱よる熱とCWレーザ光でなるレーザビームLBからの熱とを受ける。これにより、非晶質シリコン膜5は、疑似単結晶シリコン膜5Bに変化する。また、ゲート配線3の上方よりも側方(ゲート配線3の幅方向Wの外側)に位置する非晶質シリコン膜5は、レーザビームLBから熱を受けることにより、疑似単結晶シリコン膜5Cに変化する。 By simultaneously performing such a gate wiring heating step and a laser annealing step, the amorphous silicon film 5 located above the gate wiring 3 changes into a pseudo single crystal silicon film 5B. Specifically, as shown in FIG. 3, the amorphous silicon film 5 located above the gate wiring 3 generates heat due to resistance heating of the gate wiring 3 and heat from the laser beam LB of CW laser light. receive. As a result, the amorphous silicon film 5 is changed to the pseudo single crystal silicon film 5B. Further, the amorphous silicon film 5 located on the lateral side of the gate wiring 3 (outer in the width direction W of the gate wiring 3) becomes a pseudo single crystal silicon film 5C by receiving heat from the laser beam LB. Change.

本実施の形態では、CWレーザ光でなるレーザビームLBを非晶質シリコン膜5に照射したときに、ゲート配線3に電流Iが流れて抵抗発熱を行っているため、ゲート配線3の上方に位置する領域における非晶質シリコン膜5も昇温される。このようにゲート配線3が抵抗発熱していることにより、非晶質シリコン膜5には、ゲート配線3の上方の領域と、ゲート配線3の周辺(側方)の領域との間で、予め温度勾配が発生している。 In the present embodiment, when the amorphous silicon film 5 is irradiated with the laser beam LB of CW laser light, the current I flows through the gate wiring 3 to generate resistance heat. The temperature of the amorphous silicon film 5 in the located region is also raised. Due to the resistance heat generation of the gate wiring 3 in this way, the amorphous silicon film 5 is previously formed between the region above the gate wiring 3 and the peripheral (side) region of the gate wiring 3. There is a temperature gradient.

図4は、図3におけるIV−IV断面(レーザアニール処理が行われた部分の断面)の構造、および非晶質シリコン膜5の幅方向Wの座標位置と温度の関係(温度分布)を示す説明図である。図4に示すように、ゲート配線3を形成した領域と幅方向Wの側方領域とでは、温度勾配が発生している。このため、ゲート配線3の上方の非晶質シリコン膜5は、溶融された後、冷却により結晶化(ラテラル結晶成長)する方向として、搬送方向T以外に、搬送方向Tと直交する方向(幅方向W)にも疑似単結晶シリコン膜が成長する。 FIG. 4 shows the structure of the IV-IV cross section (cross section of the portion subjected to the laser annealing process) in FIG. 3 and the relationship between the coordinate position of the amorphous silicon film 5 in the width direction W and the temperature (temperature distribution). FIG. As shown in FIG. 4, a temperature gradient is generated between the region where the gate wiring 3 is formed and the lateral region in the width direction W. Therefore, the amorphous silicon film 5 above the gate wiring 3 is melted and then crystallized by cooling (lateral crystal growth), in addition to the transport direction T, a direction orthogonal to the transport direction T (width). The pseudo single crystal silicon film also grows in the direction W).

このため、ゲート配線3の上方に形成された疑似単結晶シリコン膜5Bでは、図3に示すx方向とy方向の移動度が同等となる。したがって、この疑似単結晶シリコン膜5BをTFTのチャネル領域とすることにより、チャネル長方向の異なるTFT同士の移動度を同等にすることができる。すなわち、本実施の形態に係るレーザアニール装置10を用いて疑似単結晶シリコン膜5Bを形成することにより、TFTの配置に起因するトランジスタ特性の変化を低減することができる。 Therefore, in the pseudo single crystal silicon film 5B formed above the gate wiring 3, the mobilities in the x direction and the y direction shown in FIG. 3 are equal. Therefore, by using this pseudo single crystal silicon film 5B as the channel region of the TFT, it is possible to equalize the mobilities of the TFTs having different channel length directions. That is, by forming the pseudo single crystal silicon film 5B using the laser annealing apparatus 10 according to the present embodiment, it is possible to reduce the change in transistor characteristics due to the arrangement of the TFTs.

また、図3に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置10を用いて形成した疑似単結晶シリコン膜5Bは、ゲート配線3の抵抗発熱の影響がおよぶ領域、すなわち、ゲート配線3の上方の領域のみに形成される。このゲート配線3の幅方向Wの長さ(幅寸法)w2は、ゲート配線3の幅寸法w1と略同一となる。したがって、本実施の形態によれば、疑似単結晶シリコン膜5Bをゲート配線3に対して自己整合的に形成できるという利点がある。 Further, as shown in FIG. 3, the pseudo single crystal silicon film 5B formed by using the laser annealing apparatus 10 according to the present embodiment has a region affected by resistance heating of the gate wiring 3, that is, the gate wiring 3 It is formed only in the upper region. The length (width dimension) w2 of the gate wiring 3 in the width direction W is substantially the same as the width dimension w1 of the gate wiring 3. Therefore, according to the present embodiment, there is an advantage that the pseudo single crystal silicon film 5B can be formed in self-alignment with the gate wiring 3.

[その他の実施の形態]
以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other Embodiments]
Although the embodiments have been described above, it should not be understood that the description and drawings forming part of the disclosure of the embodiments limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、上記の実施の形態では、被処理基板1を移動させる構成としたが、被処理基板1の位置を固定し、レーザ照射部13側を移動させる構成としても勿論よい。 For example, in the above-mentioned embodiment, the substrate to be processed 1 is moved, but the position of the substrate to be processed 1 may be fixed and the laser irradiation unit 13 side may be moved.

上記の実施の形態では、レーザビームLBの長手方向の長さを複数のゲート配線3に渡るように設定したが、全てのゲート配線3に渡る長さを有するレーザビームLBを用いる設定としてもよい。 In the above-described embodiment, the length of the laser beam LB in the longitudinal direction is set to extend over the plurality of gate wirings 3, but the laser beam LB having the length extending over all the gate wirings 3 may be set. ..

上記の実施の形態では、結晶化シリコン膜として、疑似単結晶シリコン膜5Bを形成したが、種結晶領域から多結晶シリコン膜を成長させる構成としても勿論よい。この場合も、種結晶領域を起点として、良質な多結晶シリコン膜を形成することが可能となる。 Although the pseudo single crystal silicon film 5B is formed as the crystallized silicon film in the above-described embodiment, the polycrystalline silicon film may of course be grown from the seed crystal region. Also in this case, it is possible to form a high-quality polycrystalline silicon film starting from the seed crystal region.

上記の実施の形態では、電流発生部として、ゲート配線3に電流を印加する第1プローバ14と第2プローバ15を用いたが、ゲート配線3を選択的に加熱するために、誘導加熱、誘電加熱などを行わせる構成としてもよい。 In the above embodiment, the first prober 14 and the second prober 15 that apply a current to the gate wiring 3 are used as the current generator. However, in order to selectively heat the gate wiring 3, induction heating, dielectric It may be configured to perform heating or the like.

上記の実施の形態では、第1プローバ14および第2プローバ15に複数のプローブピン14B,15Bを設けたが、非晶質シリコン膜5の端縁部に露出する複数のゲート配線3を一括して同時に接続できる幅方向Wに細長い接続片を用いてもよい。 Although the plurality of probe pins 14B and 15B are provided on the first prober 14 and the second prober 15 in the above-described embodiment, the plurality of gate wirings 3 exposed at the edge of the amorphous silicon film 5 are collectively formed. You may use the elongate connection piece in the width direction W which can be connected simultaneously.

1 被処理基板
2 ガラス基板(基体)
3 ゲート配線
3A,3B 端部
4 ゲート絶縁膜
5 非晶質シリコン膜
5A 種結晶領域
5B 疑似単結晶シリコン膜(移動度の方向依存性が小さい)
5C 疑似単結晶シリコン膜
10 レーザアニール装置
11 基台
12 レーザ光源部
13 レーザ照射部
14 第1プローバ(電流発生部)
14A プローバ本体
14B プローブピン
15 第2プローバ(電流発生部)
15A プローバ本体
15B プローブピン
1 substrate to be processed 2 glass substrate (base)
3 Gate wiring 3A, 3B Edge part 4 Gate insulating film 5 Amorphous silicon film 5A Seed crystal region 5B Pseudo-single-crystal silicon film (direction dependence of mobility is small)
5C Pseudo-single crystal silicon film 10 Laser annealing device 11 Base 12 Laser light source unit 13 Laser irradiation unit 14 First prober (current generation unit)
14A prober body 14B probe pin 15 2nd prober (current generator)
15A Prober body 15B Probe pin

Claims (9)

基体上にゲート配線が形成され、前記ゲート配線の上にゲート絶縁膜を介して非晶質シリコン膜が形成された被処理基板に対して、前記非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜を結晶化シリコン膜に改質させるレーザアニール装置であって、
前記ゲート配線に電流を発生させて該ゲート配線を発熱させる電流発生部と、
レーザ光を発振するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部から発振されたレーザ光を、前記ゲート配線に沿って前記非晶質シリコン膜に照射させるレーザ照射部と、
を備えるレーザアニール装置。
The amorphous silicon film is irradiated with laser light on the substrate to be processed in which the gate wiring is formed on the substrate and the amorphous silicon film is formed on the gate wiring via the gate insulating film. A laser annealing apparatus for modifying the amorphous silicon film into a crystallized silicon film,
A current generator that generates a current in the gate wiring to generate heat in the gate wiring;
A laser light source unit that oscillates laser light,
A laser irradiation unit that irradiates the amorphous silicon film with laser light oscillated from the laser light source unit along the gate wiring,
A laser annealing apparatus comprising.
前記電流発生部は、
前記ゲート配線の一端部に接続されて電圧印加を行う第1プローバと、
前記ゲート配線の他端部に接続される接地に用いられる第2プローバと、
を備える
請求項1に記載のレーザアニール装置。
The current generator is
A first prober connected to one end of the gate line for applying a voltage;
A second prober used for grounding, which is connected to the other end of the gate wiring;
The laser annealing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記レーザ照射部は、前記非晶質シリコン膜の表面に対して、前記ゲート配線の延在方向に直角をなす方向に細長いレーザスポットを投影させるレーザビームを出射させる
請求項1または請求項2に記載のレーザアニール装置。
The laser irradiation unit emits a laser beam for projecting an elongated laser spot on a surface of the amorphous silicon film in a direction perpendicular to the extending direction of the gate wiring. The laser annealing apparatus described.
前記レーザ光源部は、連続発振レーザ光を発振するCWレーザ光源を備える
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
The laser annealing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser light source unit includes a CW laser light source that oscillates continuous wave laser light.
前記レーザ光源部は、前記CWレーザ光源から発振された連続発振レーザ光をパルスレーザ光に変化させることが可能である
請求項4に記載のレーザアニール装置。
The laser annealing device according to claim 4, wherein the laser light source unit is capable of converting continuous wave laser light oscillated from the CW laser light source into pulsed laser light.
基体上にゲート配線が形成され、前記ゲート配線の上にゲート絶縁膜を介して非晶質シリコン膜が形成された被処理基板に対して、前記非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜を結晶化シリコン膜に改質させるレーザアニール方法であって、
前記ゲート配線に電流を発生させて該ゲート配線を発熱させるゲート配線発熱工程と、
前記ゲート配線発熱工程中に、前記ゲート配線に沿って前記非晶質シリコン膜にレーザ光を照射させるレーザアニール工程と、
を行うレーザアニール方法。
The amorphous silicon film is irradiated with laser light on the substrate to be processed in which the gate wiring is formed on the substrate and the amorphous silicon film is formed on the gate wiring via the gate insulating film. A laser annealing method for modifying the amorphous silicon film into a crystallized silicon film,
A gate wiring heating step of generating a current in the gate wiring to heat the gate wiring;
A laser annealing step of irradiating the amorphous silicon film with laser light along the gate wiring during the gate wiring heating step;
Laser annealing method for performing.
前記ゲート配線発熱工程は、前記ゲート配線の一端部に電圧印加を行い、前記ゲート配線の他端部を接地させる
請求項6に記載のレーザアニール方法。
The laser annealing method according to claim 6, wherein in the gate wiring heating step, a voltage is applied to one end of the gate wiring and the other end of the gate wiring is grounded.
前記レーザアニール工程は、前記非晶質シリコン膜の表面に、前記ゲート配線の延在方向に直角をなす方向に細長いレーザスポットを投影させるレーザビームをレーザ光として出射させる
請求項6または請求項7に記載のレーザアニール方法。
8. The laser annealing step emits a laser beam as a laser beam for projecting an elongated laser spot on the surface of the amorphous silicon film in a direction perpendicular to the extending direction of the gate wiring. Laser annealing method according to.
前記レーザ光は、連続発振レーザ光である
請求項6から請求項8のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。
The laser annealing method according to claim 6, wherein the laser light is continuous wave laser light.
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