KR20210103457A - Laser annealing method and thin film transistor manufacturing method - Google Patents

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브이 테크놀로지 씨오. 엘티디
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Abstract

비정질 실리콘막의 개질을 행하는 개질 예정 영역에 레이저광을 조사해서 상기 개질 예정 영역을 결정화 실리콘막으로 개질시키는 레이저 어닐 방법으로서, 상기 개질 예정 영역의 외측의 상기 비정질 실리콘막에 미결정 실리콘으로 이루어지는 시드 결정 영역을 형성하는 제1의 레이저광의 조사를 행하는 제1 조사 공정과, 상기 시드 결정 영역을 기점으로 해서, 상기 비정질 실리콘막의 표면에 제2의 레이저광의 조사를 행해서 상기 개질 예정 영역 내의 상기 비정질 실리콘막이 상기 결정화 실리콘막으로 되도록 결정 성장시키는 제2 조사 공정을 구비한다.A laser annealing method for reforming a region to be modified into a crystalline silicon film by irradiating laser light to a region to be modified in which an amorphous silicon film is to be reformed, wherein a seed crystal region made of microcrystalline silicon is formed in the amorphous silicon film outside the region to be modified. A first irradiation step of irradiating a first laser light to form and a second irradiation step of crystal growth to form a crystallized silicon film.

Description

레이저 어닐 방법 및 박막 트랜지스터의 제조 방법Laser annealing method and thin film transistor manufacturing method

본 발명은, 레이저 어닐 방법 및 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser annealing method and a method for manufacturing a thin film transistor.

박막 트랜지스터(TFT： Thin Film Transistor)는, 액정 디스플레이(LCD： Liquid Crystal Display), 유기 EL 디스플레이(OLED: Organic Electroluminescence Display) 등의 박형 디스플레이(FPD： Flat Panel Display)를 액티브 구동하기 위한 스위칭 소자로서 이용되고 있다. 박막 트랜지스터(이하, TFT라고 한다)의 반도체층의 재료로서는, 비정질 실리콘(a－Si： amorphous Silicon)이나, 다결정 실리콘(p－Si： polycrystalline Silicon) 등이 이용되고 있다.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 electroluminescence display (OLED). is being used As a material of the semiconductor layer of a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT), amorphous silicon (a-Si: amorphous silicon), polycrystalline silicon (p-Si: polycrystalline silicon), or the like is used.

비정질 실리콘은, 전자의 움직임 용이함의 지표인 이동도(μ)가 낮다. 이 때문에, 비정질 실리콘에서는, 더욱더 고밀도·고선명도화가 진행되는 FPD에서 요구되는 고이동도의 요구에는 다 대응할 수 없다. 그래서, FPD에 있어서의 스위칭 소자로서는, 비정질 실리콘보다도 이동도가 대폭 높은 다결정 실리콘으로 채널 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다. 다결정 실리콘막을 형성하는 방법으로서는, 엑시머 레이저를 사용한 엑시머 레이저 어닐(ELA: Excimer Laser Annealing) 장치로, 비정질 실리콘막에 레이저광을 조사하고, 비정질 실리콘을 재결정화시켜서 다결정 실리콘을 형성하는 방법이 있다.Amorphous silicon has a low mobility (μ), which is an index of the ease of movement of electrons. For this reason, in amorphous silicon, it cannot fully respond to the request|requirement of the high mobility requested|required by FPD which advances more and more high density and high definition. Therefore, as a switching element in FPD, it is preferable to form a channel semiconductor layer with polycrystalline silicon which has significantly higher mobility than amorphous silicon. As a method of forming the polycrystalline silicon film, there is a method of forming polycrystalline silicon by irradiating laser light to the amorphous silicon film and recrystallizing the amorphous silicon using an excimer laser annealing (ELA) apparatus using an excimer laser.

종래의 레이저 어닐 방법으로서, 기판 전면(全面)에 형성된 비정질 실리콘막에 대해서, TFT 형성 영역(채널 반도체층 영역)에만, 레이저 펄스광을 이용한 엑시머 레이저 어닐을 실시해서 다결정 실리콘막을 부분적으로 형성하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 방법에서는, TFT 형성 영역에 대해서, 레이저 펄스광의 빔 스폿이 TFT 형성 영역 전체에 조사가능해지도록 마이크로렌즈의 배치가 설정되어 있다.As a conventional laser annealing method, an amorphous silicon film formed over the entire substrate is subjected to excimer laser annealing using laser pulse light only in the TFT formation region (channel semiconductor layer region) to partially form a polycrystalline silicon film. This is known (for example, refer patent document 1). In this method, with respect to the TFT formation region, the arrangement of microlenses is set so that a beam spot of laser pulse light can be irradiated to the entire TFT formation region.

일본공개특허공보 특개2010－283073호Japanese Patent Laid-Open No. 2010-283073

그렇지만, 엑시머 레이저의 펄스 광조사에 의해서 형성되는 다결정 실리콘은, 결정립(結晶粒) 지름이 수 10∼수 100㎚ 정도이다. 이 정도의 결정립 지름에서는, 더욱더 높은 이동도를 만족시킬 수가 없다. 현재에서도, FPD에 있어서의 화소 트랜지스터를 온·오프하는 드라이버 회로의 TFT는 채널 반도체층 영역에 높은 이동도가 요구되고 있다. 또, FPD에 있어서는, 그의 대형화, 고해상도화, 동영상 특성의 고속화에 수반하여, 화소의 스위칭 소자로서의 TFT에 있어서도 고이동도화가 요망된다.However, polycrystalline silicon formed by pulsed light irradiation of an excimer laser has a crystal grain diameter of about several ten to several hundred nm. At a grain diameter of this level, further higher mobility cannot be satisfied. Even now, the TFT of the driver circuit that turns on/off the pixel transistor in the FPD is required to have high mobility in the channel semiconductor layer region. Moreover, in FPD, high mobility is desired also in TFT as a switching element of a pixel with the enlargement of the size, high resolution, and speedup of a moving picture characteristic.

본 발명은, 상기의 과제를 감안해서 이루어진 것으로서, 이동도가 높은 다결정 실리콘막이나 의사(疑似) 단결정 실리콘막 등을 필요한 영역에 선택적으로 형성할 수 있는 레이저 어닐 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 높은 이동도를 갖는 고성능인 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser annealing method capable of selectively forming a high-mobility polycrystalline silicon film, a pseudo single crystal silicon film, or the like in a required region. Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the high-performance thin film transistor which has high mobility.

상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 양태는, 비정질 실리콘막의 개질을 행하는 개질 예정 영역에 레이저광을 조사해서 상기 개질 예정 영역을 결정화 실리콘막으로 개질시키는 레이저 어닐 방법으로서, 상기 개질 예정 영역의 외측의 상기 비정질 실리콘막에 미결정(微結晶) 실리콘으로 이루어지는 시드 결정(種結晶) 영역을 형성하는 제1의 레이저광의 조사를 행하는 제1 조사 공정과, 상기 시드 결정 영역을 기점으로 해서, 상기 비정질 실리콘막의 표면에 제2의 레이저광의 조사를 행해서 상기 개질 예정 영역 내의 상기 비정질 실리콘막이 상기 결정화 실리콘막으로 되도록 결정 성장시키는 제2 조사 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, an aspect of the present invention is a laser annealing method for modifying the region to be modified into a crystalline silicon film by irradiating laser light to a region to be modified in which an amorphous silicon film is to be reformed, A first irradiation step of irradiating a first laser beam for forming a seed crystal region made of microcrystalline silicon on the amorphous silicon film outside the region to be modified, and the seed crystal region as a starting point and a second irradiation step of irradiating the surface of the amorphous silicon film with a second laser beam to crystallize the amorphous silicon film in the region to be modified to become the crystalline silicon film.

상기 양태로서는, 상기 비정질 실리콘막은, 표면에 게이트 배선이 형성된 기판 위에, 게이트 절연막을 거쳐서 성막되어 있고, 상기 개질 예정 영역은, 상기 게이트 배선과 겹치는 영역에 형성된 상기 비정질 실리콘막에 설정된 박막 트랜지스터의 채널 반도체층으로 되는 영역이고, 상기 시드 결정 영역은, 상기 게이트 배선의 긴쪽(長手) 방향과 직교하는 방향의 외측에 배치되는 것이 바람직하다.In the above aspect, the amorphous silicon film is formed on a substrate having a gate wiring formed on its surface through a gate insulating film, and the region to be modified is a channel of a thin film transistor set in the amorphous silicon film formed in a region overlapping with the gate wiring. It is a region to be a semiconductor layer, and it is preferable that the seed crystal region be disposed outside in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the gate wiring.

상기 양태로서는, 상기 제1 조사 공정의 상기 제1의 레이저광의 조사에 있어서의 조사 에너지량은, 상기 비정질 실리콘막이 시드 결정으로서 미결정화하는 조건으로 설정하고, 상기 제2 조사 공정의 상기 제2의 레이저광의 조사는, 연속 발진 레이저광을 이용하여 연속 조사하는 것이 바람직하다.In the above aspect, the amount of irradiation energy in the first laser light irradiation in the first irradiation step is set to a condition in which the amorphous silicon film is microcrystallized as a seed crystal, and the second irradiation energy in the second irradiation step is set. It is preferable to continuously irradiate a laser beam using a continuous oscillation laser beam.

상기 양태로서는, 상기 제1의 레이저광은, 상기 제2 조사 공정에서 이용하는 상기 연속 발진 레이저광을 ON－OFF 변조해서 조사하는 것이 바람직하다.As said aspect, it is preferable to irradiate the said 1st laser beam by ON-OFF modulating the said continuous oscillation laser beam used in the said 2nd irradiation process.

상기 양태로서는, 상기 제1 조사 공정과 상기 제2 조사 공정은, 레이저광을 선택적으로 반사시켜서 레이저 빔을 상기 개질 예정 영역 내에 선택적으로 조사시키는 공간 광변조기를 이용하여 행하는 것이 바람직하다.In the above aspect, it is preferable that the first irradiation step and the second irradiation step are performed using a spatial light modulator that selectively reflects laser light and selectively irradiates the laser beam into the region to be modified.

상기 양태로서는, 상기 공간 광변조기는, 다수의 마이크로미러가 매트릭스형으로 배치되고, 그 마이크로미러의 각각이 개별적으로, 상기 비정질 실리콘막의 표면에의 레이저 빔의 조사 상태와 비조사 상태로 전환가능하게 선택 구동되는 것이 바람직하다.In the above aspect, in the spatial light modulator, a plurality of micromirrors are arranged in a matrix, and each of the micromirrors is individually switchable between an irradiated state and a non-irradiated state of the laser beam on the surface of the amorphous silicon film. It is preferable to be selectively driven.

상기 양태로서는, 상기 제1 조사 공정은, 복수의 마이크로렌즈가 매트릭스형으로 배치된 마이크로렌즈 어레이를 이용하여 상기 개질 예정 영역의 외측에 복수의 레이저 펄스 빔을 조사하고, 상기 제2 조사 공정은, 상기 마이크로렌즈 어레이를 이용하여 상기 개질 예정 영역에 복수의 연속 발진 레이저광의 레이저 빔을 조사하는 것이 바람직하다.In the above aspect, in the first irradiation step, a plurality of laser pulse beams are irradiated to the outside of the region to be modified using a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged in a matrix, and the second irradiation step includes: It is preferable to irradiate laser beams of a plurality of continuous oscillation laser beams to the region to be modified by using the microlens array.

상기 양태로서는, 상기 결정화 실리콘막은, 다결정 실리콘막, 의사 단결정 실리콘막으로부터 선택되는 것이 바람직하다.In the above aspect, the crystalline silicon film is preferably selected from a polycrystalline silicon film and a pseudo single crystal silicon film.

본 발명의 다른 양태로서는, 박막 트랜지스터의 제조 방법으로서, 기판 위에, 순차, 게이트 배선과, 게이트 절연막과, 비정질 실리콘막이 형성되어 이루어지는 게이트 기판에 있어서의, 상기 비정질 실리콘막에 설정한 채널 반도체층으로 되는 개질 예정 영역의 외측이고, 또한 상기 게이트 배선에 대해서 해당(當該) 게이트 배선의 긴쪽 방향과 직교하는 방향의 외측에, 제1의 레이저광의 조사를 행해서 미결정 실리콘으로 이루어지는 시드 결정 영역을 형성하는 제1 조사 공정과, 상기 시드 결정 영역을 기점으로 해서, 상기 비정질 실리콘막의 표면에 제2의 레이저광의 조사를 행해서 상기 개질 예정 영역 내의 상기 비정질 실리콘막이 결정화 실리콘막으로 되도록 결정 성장시키는 제2 조사 공정과, 상기 제2 조사 공정이 실시된 상기 비정질 실리콘막 위의 전면에 금속막을 성막하는 공정과, 상기 금속막 상에 소스 배선 및 드레인 배선으로 되는 영역의 에칭용 마스크를 패터닝하는 공정과, 상기 에칭용 마스크를 이용하여 에칭을 행해서, 상기 에칭용 마스크로 덮이지 않고 노출되는 상기 금속막과, 상기 금속막의 에칭 후에 노출되는 상기 시드 결정 영역을 포함하는 비정질 실리콘막을 제거하는 것을 특징으로 한다.Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a thin film transistor, comprising: a channel semiconductor layer set in the amorphous silicon film in a gate substrate in which a gate wiring, a gate insulating film, and an amorphous silicon film are sequentially formed on the substrate A seed crystal region made of microcrystalline silicon is formed by irradiating a first laser beam outside the region to be modified to be modified and outside the gate wiring in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the gate wiring. A first irradiation step and a second irradiation step of irradiating the surface of the amorphous silicon film with a second laser light from the seed crystal region as a starting point to crystallize the amorphous silicon film in the region to be modified to become a crystalline silicon film and forming a metal film on the entire surface of the amorphous silicon film subjected to the second irradiation step; Etching is performed using a mask for etching to remove the metal film exposed without being covered with the etching mask and the amorphous silicon film including the seed crystal region exposed after etching of the metal film.

상기 양태로서는, 상기 제1 조사 공정의 상기 제1의 레이저광의 조사에 있어서의 조사 에너지량은, 상기 비정질 실리콘막이 시드 결정으로서 미결정화하는 조건으로 설정하고, 상기 제2 조사 공정의 상기 제2의 레이저광의 조사는, 연속 발진 레이저광을 이용하여 연속 조사하는 것이 바람직하다.In the above aspect, the amount of irradiation energy in the first laser light irradiation in the first irradiation step is set to a condition in which the amorphous silicon film is microcrystallized as a seed crystal, and the second irradiation energy in the second irradiation step is set. It is preferable to continuously irradiate a laser beam using a continuous oscillation laser beam.

상기 양태로서는, 상기 제1의 레이저광은, 상기 제2 조사 공정에서 이용하는 상기 연속 발진 레이저광을 ON－OFF 변조해서 조사하는 것이 바람직하다.As said aspect, it is preferable to irradiate the said 1st laser beam by ON-OFF modulating the said continuous oscillation laser beam used in the said 2nd irradiation process.

상기 양태로서는, 상기 제1 조사 공정과 상기 제2 조사 공정은, 레이저광을 선택적으로 반사시켜서 레이저 빔을 상기 개질 예정 영역 내에 선택적으로 조사시키는 공간 광변조기를 이용하여 행하는 것이 바람직하다.In the above aspect, it is preferable that the first irradiation step and the second irradiation step are performed using a spatial light modulator that selectively reflects laser light and selectively irradiates the laser beam into the region to be modified.

상기 양태로서는, 상기 공간 광변조기는, 다수의 마이크로미러가 매트릭스형으로 배치되고, 그 마이크로미러의 각각이 개별적으로, 상기 비정질 실리콘막의 표면에의 레이저 빔의 조사 상태와 비조사 상태로 전환가능하게 선택 구동되는 것이 바람직하다.In the above aspect, in the spatial light modulator, a plurality of micromirrors are arranged in a matrix, and each of the micromirrors is individually switchable between an irradiated state and a non-irradiated state of the laser beam on the surface of the amorphous silicon film. It is preferable to be selectively driven.

상기 양태로서는, 상기 제1 조사 공정은, 복수의 마이크로렌즈가 매트릭스형으로 배치된 마이크로렌즈 어레이를 이용하여 상기 개질 예정 영역의 외측에 복수의 레이저 변조 빔을 조사하고, 상기 제2 조사 공정은, 상기 마이크로렌즈 어레이를 이용하여 상기 개질 예정 영역에 복수의 연속 발진 레이저광의 레이저 빔을 조사하는 것이 바람직하다.In the above aspect, in the first irradiation step, a plurality of laser modulated beams are irradiated to the outside of the region to be modified using a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged in a matrix, and the second irradiation step includes: It is preferable to irradiate laser beams of a plurality of continuous oscillation laser beams to the region to be modified by using the microlens array.

상기 양태로서는, 상기 결정화 실리콘막은, 다결정 실리콘막, 의사 단결정 실리콘막으로부터 선택되는 것이 바람직하다.In the above aspect, the crystalline silicon film is preferably selected from a polycrystalline silicon film and a pseudo single crystal silicon film.

본 발명에 관계된 레이저 어닐 방법에 의하면, 이동도가 높은 다결정 실리콘막이나 의사 단결정 실리콘막을 필요한 영역에 선택적으로 형성할 수 있어, 고성능인 TFT를 실현할 수 있다. 본 발명에 관계된 박막 트랜지스터의 제조 방법에 의하면, 적은 프로세스수로 고성능인 TFT의 제조를 실현할 수 있다.According to the laser annealing method according to the present invention, it is possible to selectively form a high-mobility polycrystalline silicon film or a pseudo single-crystal silicon film in a required region, thereby realizing a high-performance TFT. According to the manufacturing method of the thin film transistor which concerns on this invention, manufacture of high-performance TFT can be implement|achieved with a small process number.

도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 이용하는 레이저 어닐 장치의 개략 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 이용하는 레이저 어닐 장치에 있어서의 마이크로미러의 배치예를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 4는, 비정질 실리콘막에 대해서 레이저광을 조사했을 때에 형성되는 결정 구조가 성립하는 영역을, 조사하는 레이저광의 파워 밀도 조건과, 비정질 실리콘막(피처리 기판)측의 스캔 속도 조건의 관점에서 도시하는 맵이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서, 시드 결정 영역을 형성하는 제1 조사 공정을 도시하는 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서, 제1 조사 공정에서 형성한 시드 결정 영역을 기점으로 해서 제2 조사를 행하는 제2 조사 공정을 개시한 상태를 도시하는 설명도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서, 제2 조사 공정에 의해 개질 예정 영역을 전부(모두) 의사 단결정 실리콘막으로 개질한 상태를 도시하는 설명도이다.
도 8a는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서 이용하는 게이트 배선이 형성된 유리 기판(게이트 기판)을 도시하는 공정 평면도이다.
도 8b는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서, 비정질 실리콘막이 전면에 형성된 유리 기판(게이트 기판)을 도시하는 공정 평면도이다.
도 8c는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서, 비정질 실리콘막이 전면에 형성된 유리 기판(게이트 기판)에 있어서의 개질 예정 영역을 도시하는 공정 평면도이다.
도 8d는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서, 제1 조사 공정을 실시한 상태를 도시하는 공정 평면도이다.
도 8e는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서, 제2 조사 공정을 실시한 상태를 도시하는 공정 평면도이다.
도 8f는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서, 제2 조사 공정 후에, 기판 전체에 금속막을 증착한 상태를 도시하는 공정 평면도이다.
도 8g는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 있어서, 금속막을 패터닝해서 소스·드레인을 형성한 상태를 도시하는 공정 평면도이다.
도 9는, 도 8g에 있어서의 A－B선으로 절단한 단면(斷面)을 도시하는 A－B 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 이용하는 MLA 레이저 어닐 장치에 있어서의 결상 광학계를 도시하는 설명도이다.
도 11은, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 이용하는 MLA 레이저 어닐 장치에 있어서의 결상 광학계를 도시하는 설명도이다.1 is a flowchart showing a laser annealing method according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic configuration diagram of a laser annealing apparatus used in the laser annealing method according to the first embodiment of the present invention.
Fig. 3 is an explanatory diagram schematically showing an example of arrangement of micromirrors in the laser annealing apparatus used for the laser annealing method according to the first embodiment of the present invention.
4 is a view of a region in which a crystal structure formed when an amorphous silicon film is irradiated with laser light, in terms of power density conditions of the irradiated laser light and scan speed conditions on the amorphous silicon film (substrate to be processed) side. It is a map that shows
5 is an explanatory diagram showing a first irradiation step of forming a seed crystal region in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention.
6 is an explanatory diagram showing a state in which a second irradiation step of performing second irradiation with a seed crystal region formed in the first irradiation step as a starting point is started in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention. .
7 is an explanatory diagram showing a state in which all (all) of the regions to be reformed are modified with a pseudo single crystal silicon film by the second irradiation step in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention.
8A is a process plan view showing a glass substrate (gate substrate) with gate wirings used in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention.
8B is a process plan view showing a glass substrate (gate substrate) having an amorphous silicon film formed on the entire surface in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention.
8C is a process plan view showing a region to be modified in a glass substrate (gate substrate) having an amorphous silicon film formed on the entire surface in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention.
8D is a process plan view showing a state in which the first irradiation step is performed in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention.
8E is a process plan view showing a state in which a second irradiation step is performed in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention.
8F is a process plan view showing a state in which a metal film is deposited on the entire substrate after the second irradiation step in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention.
8G is a process plan view showing a state in which source and drain are formed by patterning a metal film in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention.
Fig. 9 is a cross-sectional view taken along line A-B in Fig. 8G ;
Fig. 10 is an explanatory diagram showing an imaging optical system in an MLA laser annealing apparatus used in a laser annealing method according to an embodiment of the present invention.
11 is an explanatory diagram showing an imaging optical system in an MLA laser annealing apparatus used for a laser annealing method according to an embodiment of the present invention.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법 및 박막 트랜지스터의 제조 방법의 상세를 도면에 기초하여 설명한다. 다만, 도면은 모식적인 것이고, 각 부재의 수, 각 부재의 치수, 치수의 비율, 형상 등은 현실의 것과 다른 점에 유의해야 한다. 또, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이나 형상이 다른 부분이 포함되어 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, details of a laser annealing method and a thin film transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described 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 dimensions, the shape, etc. are different from the actual ones. Moreover, also between drawings, the dimensional relationship, the ratio, and the part from which a shape differs are included.

본 발명의 레이저 어닐 방법에서는, 비정질 실리콘막의 개질을 행하는 개질 예정 영역에 레이저광을 조사해서 이 개질 예정 영역을 결정화 실리콘막으로 개질시키는 경우에 이용한다. 이 레이저 어닐 방법은, 개질 예정 영역의 외측의 상기 비정질 실리콘막에 미결정 실리콘으로 이루어지는 시드 결정 영역을 형성하는 제1의 레이저광의 조사를 행하는 제1 조사 공정과, 시드 결정 영역을 기점으로 해서, 비정질 실리콘막의 표면에 제2의 레이저광의 조사를 행해서 개질 예정 영역 내의 비정질 실리콘막이 결정화 실리콘막으로 되도록 결정 성장시키는 제2 조사 공정을 구비한다.In the laser annealing method of the present invention, a laser beam is irradiated to a region to be modified in which the amorphous silicon film is to be reformed, and the region to be modified is modified into a crystalline silicon film. In this laser annealing method, a first irradiation step of irradiating a first laser light for forming a seed crystal region made of microcrystalline silicon on the amorphous silicon film outside the region to be modified, and the seed crystal region as a starting point, and a second irradiation step of irradiating the surface of the silicon film with a second laser beam to crystallize the amorphous silicon film in the region to be modified to become a crystalline silicon film.

[실시 형태][Embodiment]

레이저 어닐 방법의 설명에 앞서, 이 레이저 어닐 방법으로 어닐 처리를 행하는 피처리 기판의 1예와, 레이저 어닐 방법에 이용하는 레이저 어닐 장치(10)에 대해서 설명한다.Prior to the description of the laser annealing method, an example of a target substrate subjected to annealing by the laser annealing method and a laser annealing apparatus 10 used in the laser annealing method will be described.

(피처리 기판)(substrate to be processed)

도 2에 도시하는 바와 같이, 피처리 기판(1)은, 유리 기판(2)과, 이 유리 기판(2)의 표면에 배치된 복수의 게이트 배선(3)과, 유리 기판(2) 및 게이트 배선(3) 위에 형성된 게이트 절연막(4)과, 이 게이트 절연막(4) 위의 전면에 퇴적된 비정질 실리콘막(5)을 구비한다. 또한, 이 피처리 기판(1)은, 게이트 기판이라고도 한다. 피처리 기판(1)은, 최종적으로 박막 트랜지스터(TFT) 등이 만들어넣어진 TFT 기판으로 된다.As shown in FIG. 2 , the processing target substrate 1 includes a glass substrate 2 , a plurality of gate wirings 3 arranged on the surface of the glass substrate 2 , a glass substrate 2 and a gate A gate insulating film 4 formed over the wiring 3 and an amorphous silicon film 5 deposited over the entire surface of the gate insulating film 4 are provided. In addition, this to-be-processed substrate 1 is also called a gate substrate. The target substrate 1 is finally a TFT substrate on which a thin film transistor (TFT) or the like is fabricated.

본 실시 형태에서는, 피처리 기판(1)은, 레이저 어닐 처리에 있어서, 게이트 배선(3)의 긴쪽 방향과 직교하는 방향을 따라 반송된다. 즉, 이 게이트 배선(3)의 긴쪽 방향은, 도 5∼도 7에 도시하는 바와 같이, 반송 방향(T)과 직교하는 방향이다. 또한, 도 2에 도시한 게이트 배선(3)은, 긴쪽 방향을 따라 절단한 상태를 나타낸다. 도 5∼도 7에는, 1개의 게이트 배선(3)을 도시하지만, 유리 기판(2)에는 다수의 게이트 배선(3)이 서로 평행을 이루고 배치되어 있다. 또, 피처리 기판(1)에는, 소정의 위치에 도시하지 않는 복수의 얼라인먼트 마크가 마련되어 있다.In this embodiment, the processing target substrate 1 is conveyed along the direction orthogonal to the longitudinal direction of the gate wiring 3 in the laser annealing process. That is, the longitudinal direction of this gate wiring 3 is a direction orthogonal to the conveyance direction T, as shown in FIGS. In addition, the gate wiring 3 shown in FIG. 2 shows the state cut along the longitudinal direction. Although one gate wiring 3 is shown in FIGS. 5-7, many gate wiring 3 are mutually parallel, and are arrange|positioned on the glass substrate 2. As shown in FIG. In addition, a plurality of alignment marks (not shown) are provided at predetermined positions on the target substrate 1 .

도 5∼도 7에 도시하는 바와 같이, 게이트 배선(3)의 위쪽에 성막된 비정질 실리콘막(5)에는, 직사각형 모양(矩形狀)의 개질 예정 영역(6)이 설정되어 있다. 이 개질 예정 영역(6)은, 최종적으로는 TFT의 채널 반도체층 영역으로 된다. 이 개질 예정 영역(6)은, 게이트 배선(3)의 긴쪽 방향을 따라 형성되는 TFT의 수에 따라 복수가 설정되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이 개질 예정 영역(6)의 폭치수(W)(도 5 참조)는, 게이트 배선(3)의 폭과 대략 동일한 치수로 설정되어 있다.As shown in FIGS. 5 to 7 , in the amorphous silicon film 5 formed above the gate wiring 3 , a rectangular modification region 6 is set. The region 6 to be modified will eventually become a channel semiconductor layer region of the TFT. A plurality of this modification scheduled region 6 is set according to the number of TFTs formed along the longitudinal direction of the gate wiring 3 . In the present embodiment, the width W (see FIG. 5 ) of the region 6 to be modified is set to be substantially the same as the width of the gate wiring 3 .

(레이저 어닐 장치의 개략 구성)(Schematic configuration of laser annealing device)

이하, 도 2∼도 4를 이용하여, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 장치(10)의 개략 구성을 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 레이저 어닐 장치(10)는, 기대(基台)(11)와, 레이저 광원부(12)와, 레이저 빔 조사부(13)와, 제어부(14)를 구비한다.Hereinafter, the schematic structure of the laser annealing apparatus 10 which concerns on this embodiment is demonstrated using FIG.2-4. As shown in FIG. 2 , the laser annealing apparatus 10 includes a base 11 , a laser light source unit 12 , a laser beam irradiation unit 13 , and a control unit 14 .

본 실시 형태에서는, 어닐 처리시에는 레이저 빔 조사부(13)는 이동하지 않고, 피처리 기판(1)을 이동시키도록 되어 있다. 기대(11)는, 도시하지 않는 기판 반송 수단을 구비하고 있다. 이 레이저 어닐 장치(10)에 있어서는, 피처리 기판(1)을 기대(11) 위에 배치한 상태에서, 도시하지 않는 기판 반송 수단에 의해서, 반송 방향(스캔 방향)(T)을 향해 반송한다.In the present embodiment, the laser beam irradiation unit 13 does not move during the annealing process, but moves the target substrate 1 . The base 11 is provided with a board|substrate conveyance means (not shown). In this laser annealing apparatus 10 , in a state in which the processing target substrate 1 is placed on the base 11 , it is conveyed in the conveyance direction (scan direction) T by a substrate conveying means (not shown).

도 5∼도 7에 도시하는 바와 같이, 이 반송 방향(T)은, 게이트 배선(3)의 긴쪽 방향과 직교하는 방향이다.5 to 7 , this conveying direction T is a direction orthogonal to the longitudinal direction of the gate wiring 3 .

도 2에 도시하는 바와 같이, 레이저 광원부(12)는, 연속 발진 레이저광(CW 레이저광)을 발진하는 광원으로서의 CW 레이저 광원(15)과, 이 CW 레이저광을 ON－OFF 변조해서 제1의 레이저광으로서의 CW 레이저 변조광으로 하는 ON－OFF 신호 발생기(16)와, 이들 연속 발진 레이저광이나 CW 레이저 변조광을 레이저 빔 조사부(13)측을 향해 출사하는 광 출사부(17)를 구비한다. 이 레이저 광원부(12)는, 제2의 레이저광으로서의 CW 레이저광과, CW 레이저 광원(15)으로부터 출사된 CW 레이저광을 ON－OFF 변조한 제1의 레이저광으로서의 CW 레이저 변조광의 2종류의 레이저광의 출사가 가능하도록 설정되어 있다.As shown in Fig. 2, the laser light source unit 12 includes a CW laser light source 15 serving as a light source for oscillating continuous oscillation laser light (CW laser light), and ON-OFF modulation of the CW laser light to obtain a first An ON-OFF signal generator 16 that uses CW laser modulated light as laser light, and a light output unit 17 that emits these continuous oscillation laser light or CW laser modulated light toward the laser beam irradiation unit 13 side; . The laser light source unit 12 includes two types of CW laser light as the second laser light and CW laser modulated light as the first laser light obtained by ON-OFF modulation of the CW laser light emitted from the CW laser light source 15 . The laser beam is set to be emitted.

레이저 광원부(12)에서는, 광 출사부(17)로부터, 레이저 빔 조사부(13)에 있어서의 후술하는 디지털 마이크로미러 디바이스(18)측을 향해 레이저 빔(LB)을 출사한다.In the laser light source unit 12 , the laser beam LB is emitted from the light emission unit 17 toward a digital micromirror device 18 , which will be described later, in the laser beam irradiation unit 13 .

CW 레이저 광원(15)으로서는, 반도체 레이저, 고체 레이저, 액체 레이저, 기체 레이저 등의 각종 레이저를 이용하는 것이 가능하다.As the CW laser light source 15, it is possible to use various lasers such as a semiconductor laser, a solid laser, a liquid laser, and a gas laser.

레이저 빔 조사부(13)는, 도시하지 않는 지지 프레임 등에 의해, 기대(11)의 위쪽에 배치되어 있다. 레이저 빔 조사부(13)는, 공간 광변조기로서의 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD： Digital Micro-mirror Device, Texas Instruments사의 등록상표)(18)와, 댐퍼(압소버)(19)와, 마이크로렌즈 어레이(20)와, 투영 렌즈(21)를 구비한다.The laser beam irradiation part 13 is arrange|positioned above the base 11 by the support frame etc. which are not shown in figure. The laser beam irradiation unit 13 includes a digital micromirror device (DMD: Digital Micro-mirror Device, registered trademark of Texas Instruments) 18 as a spatial light modulator, a damper (absorber) 19, and a microlens array ( 20 ) and a projection lens 21 .

도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 디지털 마이크로미러 디바이스(이하, DMD라고 한다)(18)는, 구동 기판(CMOS 기판)(22)과, 다수의 마이크로미러(박막 미러)(23)((23A∼23F： A∼F의 열에 각각 6개의 부호를 붙임)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 설명의 편의상, 마이크로미러(23)의 수를 36으로서 설명하지만, 실제의 수는 하이비전의 화소수 이상이다. 마이크로미러(23)는, 한변의 길이가 수십 ㎛ 정도인 정방형 모양(正方形狀)으로 형성되어 있다. 구동 기판(22)에는, 다수의 픽셀 영역이 매트릭스형으로 배치되고, 개개의 픽셀 영역에는 CMOS SRAM 셀이 구성되어 있다.2 and 3, a digital micromirror device (hereinafter referred to as DMD) 18 includes a driving substrate (CMOS substrate) 22 and a plurality of micromirrors (thin film mirrors) 23 ( (23A to 23F: each of six symbols is attached to the columns A to F.) In this embodiment, for convenience of explanation, the number of micromirrors 23 is described as 36, but the actual number is The number of pixels is greater than or equal to the number of pixels. The micromirror 23 is formed in a square shape with a side length of about several tens of μm. On the driving substrate 22, a plurality of pixel regions are arranged in a matrix, A CMOS SRAM cell is configured in each pixel area.

마이크로미러(23)는, 구동 기판(22) 위에 각각의 CMOS SRAM 셀에 대응해서 배치되어 있다. 마이크로미러(23)는, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술에 의해 마련되어 있다. 각각의 마이크로미러(23)는, 2개의 위치로 이동가능하게 마련되어 있다. 구체적으로는, 기판면에 대해서 예를 들면, +10도의 각도와 -10도의 각도를 이루는 2개의 위치로 회전 이동하도록 되어 있다. 마이크로미러(23)는, CMOS SRAM 셀 측으로부터의 출력 데이터에 대응해서, 상기 2개의 위치로 변위하도록 구동된다.The micromirror 23 is disposed on the driving substrate 22 to correspond to each CMOS SRAM cell. The micromirror 23 is provided by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. Each micromirror 23 is provided to be movable in two positions. Specifically, it rotates to two positions forming an angle of +10 degrees and an angle of -10 degrees with respect to the substrate surface, for example. The micromirror 23 is driven so as to be displaced to the above two positions in response to the output data from the CMOS SRAM cell side.

도 3에 도시하는 바와 같이, 어레이를 구성하는 다수의 마이크로미러(23)에는, 레이저 광원부(12)측으로부터 레이저 빔(LB)이 일괄해서 입사하도록 되어 있다. 그리고, 각각의 마이크로미러(23)((23A∼23F))는, 상기 2개의 위치로 선택적으로 이동하는 것에 의해, 레이저 빔(LB)의 일부의 레이저광을 2개의 방향으로 반사하도록 설정되어 있다.As shown in Fig. 3, the laser beams LB are collectively incident on the plurality of micromirrors 23 constituting the array from the laser light source unit 12 side. And, each micromirror 23 ((23A-23F) is set so that it may reflect the laser beam of a part of laser beam LB in two directions by selectively moving to the said two positions. .

이들 2개의 방향 중의 한쪽 방향은, 레이저 빔(LB)의 일부의 레이저광을 댐퍼(19)로 향하게 하는 방향이고, 2개의 방향 중의 다른쪽 방향은, 레이저 빔(LB)의 일부의 레이저광을 피처리 기판(1)의 표면으로 향하게 하는 방향이다.One of these two directions is a direction in which a part of the laser beam LB is directed toward the damper 19, and the other of the two directions is a laser beam in a part of the laser beam LB. It is a direction to face the surface of the target substrate 1 .

도 2에 있어서는, DMD(18)의 소정의 열에 있어서의 각각의 마이크로미러(23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, 23A6)로부터 반사된 레이저광을 6개의 레이저 빔(LBd1, LBd2, LBd3, LBd4, LBd5, LBd6)으로 모식적으로 도시하고 있다. 본 실시 형태에서는, 마이크로미러(23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, 23A6)를 구비하는 열을 이용하지만, 다른 열의 마이크로미러(23)를 이용해도 좋다.In Fig. 2, the laser beams reflected from the respective micromirrors 23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, and 23A6 in a predetermined column of the DMD 18 are six laser beams LBd1, LBd2, LBd3, and LBd4. , LBd5, LBd6) are schematically shown. In this embodiment, rows including micromirrors 23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, and 23A6 are used, but micromirrors 23 in other rows may be used.

댐퍼(19)는, 마이크로미러(23)가 오프 상태(예를 들면, 구동 기판(22)에 대한 각도가 -10도인 상태, 비조사 상태)일 때에, 오프 상태의 마이크로미러(23)에서 반사된 레이저광을 받아들이는 위치에 배치되어 있다.The damper 19 is reflected from the micromirror 23 in the off state when the micromirror 23 is in an off state (eg, a state in which the angle with respect to the driving substrate 22 is -10 degrees, a non-irradiation state). It is arranged in a position to receive the laser beam.

마이크로렌즈 어레이(20)는, 온 상태(예를 들면, 구동 기판(22)에 대한 각도가 ＋10도인 상태, 조사 상태)의 마이크로미러(23)에서 반사된 레이저 빔(LBd)((LBd1∼LBd6) 등)은 투영 렌즈(21)를 향해 집광하고, 투영 렌즈(21)는, 도입된 레이저 빔(LBd)((LBd1∼LBd6) 등)을 피처리 기판(1)의 표면에 결상시키도록 설정되어 있다.The microlens array 20 has a laser beam LBd ((LBd1 to LBd6) reflected from the micromirror 23 in an ON state (eg, a state where the angle with respect to the driving substrate 22 is +10 degrees, an irradiation state). ), etc.) are focused toward the projection lens 21 , and the projection lens 21 is set to image the introduced laser beam LBd ((LBd1 to LBd6, etc.) on the surface of the processing target substrate 1 ). has been

제어부(14)는, 기대(11)에 마련된 도시하지 않는 기판 반송 수단과, 레이저 광원부(12)와, DMD(18)의 제어를 행한다. 구체적으로는, 제어부(14)는, 도시하지 않는 기판 반송 수단을 구동 제어해서 피처리 기판(1)을 반송 방향(T)을 향해 소정의 속도로 이동시키도록 설정되어 있다. 또, 제어부(14)는, 도시하지 않는 위치 검출 수단으로부터 피처리 기판(1)에 있어서의 개질 예정 영역(6)(도 5∼도 7을 참조)의 위치 정보가 입력되도록 설정되어 있다. 또한, 위치 검출 수단은, 피처리 기판(1)에 마련된 도시하지 않는 얼라인먼트 마크를 검출하고, 그 검출 신호를 제어부(14)에 출력한다.The control unit 14 controls the substrate conveying means (not shown) provided on the base 11 , the laser light source unit 12 , and the DMD 18 . Specifically, the control unit 14 is set to drive and control a substrate conveying means (not shown) to move the target substrate 1 in the conveyance direction T at a predetermined speed. Moreover, the control part 14 is set so that positional information of the to-be-reformed area|region 6 (refer FIGS. 5-7) in the to-be-processed substrate 1 may be input from the position detection means (not shown). Further, the position detection means detects an alignment mark (not shown) provided on the processing target substrate 1 , and outputs the detection signal to the control unit 14 .

또, 제어부(14)는, 레이저 광원부(12)와, 레이저 빔 조사부(13)를 구동 제어해서, 피처리 기판(1)에 대해서 제1 조사와 제2 조사를 행하게 하도록 설정되어 있다.Moreover, the control part 14 is set so that the 1st irradiation and the 2nd irradiation may be performed with respect to the to-be-processed substrate 1 by drive-controlling the laser light source part 12 and the laser beam irradiation part 13 .

제1 조사시에, 제어부(14)는, 레이저 광원부(12)로부터 제1의 레이저광으로서의 레이저광을 출사시킨다. 본 실시 형태에 있어서는, 이 레이저광의 출력은 비교적 저에너지로 설정한다.At the time of the first irradiation, the control unit 14 emits a laser beam as a first laser beam from the laser light source unit 12 . In this embodiment, the output of this laser beam is set to comparatively low energy.

제2 조사시에는, 제어부(14)는, 레이저 광원부(12)로부터 제2의 레이저광으로서의 CW 레이저광을 연속해서 출사시킨다. 본 실시 형태에 있어서는, CW 레이저광의 출력은 비교적 높게 설정하고 있다. 제1 조사 및 제2 조사를 행하지 않을 때는, 레이저 광원부(12)를 오프로 하거나, 또는 DMD(18)에 있어서의 모든 마이크로미러(23)((23A∼23F))를, 레이저 빔(LB)을 댐퍼(19)를 향해 반사시키는 오프 상태로 하도록 설정되어 있다.At the time of the second irradiation, the control unit 14 continuously emits the CW laser light as the second laser light from the laser light source unit 12 . In the present embodiment, the output of the CW laser beam is set relatively high. When the first irradiation and the second irradiation are not performed, the laser light source unit 12 is turned off, or all the micromirrors 23 ((23A to 23F)) in the DMD 18 are set to the laser beam LB. It is set so that it is turned off to reflect toward the damper 19.

제어부(14)는, 개질 예정 영역(6)의 상기 위치 정보 데이터에 기초하여, 개질 예정 영역(6)이 기대(11)에 대해서 소정의 위치에 도달했을 때에, DMD(18)에 구동 신호를 출력하도록 설정되어 있다. 상기 구동 신호가 입력된 DMD(18)는, 소정의 열(列)의 마이크로미러(23)(예를 들면, (23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, 23A6))를 온 상태로 하도록 제어된다.The control unit 14 sends a drive signal to the DMD 18 when the modified area 6 reaches a predetermined position with respect to the base 11 based on the position information data of the modified area 6 . It is set to print. The DMD 18 to which the driving signal is input is controlled to turn on the micromirrors 23 (eg, (23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, 23A6)) of a predetermined row. .

상기 복수의 마이크로미러(23)가 온 상태로 되면, 레이저 광원부(12)로부터 출사된 레이저광으로 이루어지는 레이저 빔(LB)은, 이들 마이크로미러(23)((23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, 23A6))에서 반사되어 피처리 기판(1)의 표면에 입사한다.When the plurality of micromirrors 23 are turned on, the laser beam LB composed of laser light emitted from the laser light source unit 12 is generated by the micromirrors 23 ((23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5). , 23A6)) and incident on the surface of the target substrate 1 .

도 5에 도시하는 바와 같이, 각각의 마이크로미러(23)로부터 반사된 레이저 빔(LBd1, LBd2, LBd3, LBd4, LBd5, LBd6)은, 게이트 배선(3)의 측방의, 개질 예정 영역(6)의 외측(둘레가장자리부의 외측)에 빔 스폿을 투영한다(제1 조사). 비정질 실리콘막(5)에 대해서 제1 조사를 행하는 것에 의해서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 개질 예정 영역(6)의 소정 위치에 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6) 등을 형성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 이들 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6) 등을 형성하기 위해서, 미결정화하는 조건의 에너지량 및 피처리 기판(1)의 스캔 속도로 조건 설정되어 있다.As shown in FIG. 5 , the laser beams LBd1 , LBd2 , LBd3 , LBd4 , LBd5 , and LBd6 reflected from each micromirror 23 are in the region 6 to be modified on the side of the gate wiring 3 . A beam spot is projected on the outside (outside of the perimeter part) (first irradiation). By first irradiating the amorphous silicon film 5, as shown in FIG. 5, seed crystal regions 5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, and 5A6 are placed at predetermined positions in the region 6 to be modified. etc. can be formed. In addition, in the present embodiment, in order to form these seed crystal regions 5A1 , 5A2 , 5A3 , 5A4 , 5A5 , 5A6 and the like, the conditions are determined by the amount of energy of the condition for microcrystallization and the scan speed of the processing target substrate 1 . It is set.

또, 제어부(14)는, 상기 위치 정보에 기초하여, 레이저 광원부(12) 및 레이저 빔 조사부(13)를 구동 제어해서, 개질 예정 영역(6)에 대해서 제2 조사를 행하도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 상기의 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6) 등을 기점으로 해서, 제2의 레이저광으로서의 CW 레이저광의 빔 스폿을 개질 예정 영역(6)측에 위치하는 비정질 실리콘막(5)의 표면에 투영시킨다. 그 후, 빔 스폿의 궤적이 개질 예정 영역(6) 내를 망라해서 이동하도록 설정되어 있다. 또한, 제2 조사에 의해서 CW 레이저광의 빔 스폿이 개질 예정 영역(6)을 망라하도록 이동시키는 방법에 대해서는, 후술하는 레이저 어닐 방법에 있어서 설명한다.Moreover, the control part 14 is set so that it may drive-control the laser light source part 12 and the laser beam irradiation part 13 based on the said positional information, and perform a 2nd irradiation with respect to the modification|reformation plan area 6 . Specifically, starting with the seed crystal regions 5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6, etc. as a starting point, the beam spot of the CW laser beam as the second laser beam is located on the modified region 6 side. It is projected onto the surface of the amorphous silicon film 5 . Thereafter, the trajectory of the beam spot is set so as to move throughout the region 6 to be modified. In addition, the method of moving the beam spot of a CW laser beam so that it may cover the modified|reformed area|region 6 by 2nd irradiation is demonstrated in the laser annealing method mentioned later.

이 제2 조사에 의해서, 개질 예정 영역(6) 내의 비정질 실리콘막(5)이 결정화 실리콘막으로서의 의사 단결정(이하, 래터럴 결정이라고도 한다) 실리콘막(5B)으로 되도록 조건 설정되어 있다. 또한, 이 제2 조사에 있어서, 제어부(14)는, CW 레이저 광원(15)으로부터 발진된 CW 레이저광을 ON－OFF 신호 발생기(16)를 OFF 상태로 해서 광 출사부(17)로부터 직접 연속 조사하도록 제어한다.Conditions are set so that, by this second irradiation, the amorphous silicon film 5 in the region 6 to be modified becomes a pseudo single crystal (hereinafter also referred to as lateral crystal) silicon film 5B as a crystalline silicon film. Moreover, in this 2nd irradiation, the control part 14 continues the CW laser beam oscillated from the CW laser light source 15 directly from the light output part 17 by turning the ON-OFF signal generator 16 OFF. control to investigate.

도 4는, 비정질 실리콘막(5)에 대해서 레이저광을 조사했을 때에 형성되는 결정 구조가 성립하는 조건의 영역을, 조사하는 레이저광의 파워 밀도 조건과, 비정질 실리콘막(피처리 기판)측의 스캔 속도 조건의 관점에서 도시하는 맵이다. 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 장치(10)는, 도 4에 도시하는 바와 같은 내용의 맵이 저장된 도시하지 않는 기억 수단을 구비한다. 제어부(14)는, 수시로 이 맵을 참조해서, 제1 조사와 제2 조사를 행한다.4 is a scan of the amorphous silicon film 5 (substrate to be processed) side with the power density condition of the irradiated laser light in the region where the crystal structure formed when laser light is irradiated with the amorphous silicon film 5 is established. It is a map shown from the viewpoint of speed condition. The laser annealing apparatus 10 according to the present embodiment includes a storage unit (not shown) in which a map of contents as shown in FIG. 4 is stored. The control part 14 refers to this map from time to time, and performs a 1st investigation and a 2nd investigation.

구체적으로는, 제어부(14)는, 제1 조사시에, 피처리 기판(1)의 스캔 속도 및 레이저 광원부(12)로부터 출사하는 레이저광(PL)(도 5 참조)의 파워 밀도가, 도 4에 도시하는 맵에 있어서의 미결정 영역이 성립하는 조건으로 되도록 제어한다. 제어부(14)는, 제2 조사시에, 피처리 기판(1)의 스캔 속도 및 레이저 광원부(12)로부터 출사하는 CW 레이저광(CWL)(도 6 참조)의 파워 밀도가, 도 4에 도시하는 맵에 있어서의 래터럴 결정(의사 단결정) 영역이 성립하는 조건으로 되도록 제어한다.Specifically, at the time of the first irradiation, the control unit 14 determines the scan speed of the processing target substrate 1 and the power density of the laser light PL (see FIG. 5 ) emitted from the laser light source unit 12 in FIG. Control is carried out so that the condition in which the undetermined area in the map shown in 4 is satisfied is established. The control unit 14 shows the scan speed of the processing target substrate 1 and the power density of the CW laser light CWL (refer to FIG. 6 ) emitted from the laser light source unit 12 at the time of the second irradiation in FIG. 4 . Control is performed so that the condition for the lateral crystal (pseudo-single crystal) region in the map to be satisfied is established.

이상, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에서 이용하는 피처리 기판(1) 및 레이저 어닐 장치(10)에 대해서 설명했지만, 이하에, 이들을 이용한 레이저 어닐 방법 및 박막 트랜지스터의 제조 방법에 대해서 설명한다.As mentioned above, although the to-be-processed substrate 1 and the laser annealing apparatus 10 used by the laser annealing method which concern on this embodiment were demonstrated, the laser annealing method using these and the manufacturing method of a thin film transistor are demonstrated below.

(레이저 어닐 방법 및 박막 트랜지스터의 제조 방법) (laser annealing method and thin film transistor manufacturing method)

이하, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법 및 박막 트랜지스터의 제조 방법을, 도 1의 흐름도를 이용하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법은, 박막 트랜지스터의 제조 방법에 포함시켜 설명한다. 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법은, 이하에 설명하는 제1 조사 공정(스텝 4)과, 제2 조사 공정(스텝 5)으로 구성되어 있다(도 1 참조).Hereinafter, the laser annealing method and the thin film transistor manufacturing method which concern on this embodiment are demonstrated using the flowchart of FIG. In addition, the laser annealing method which concerns on this embodiment is included in the manufacturing method of a thin film transistor, and is demonstrated. The laser annealing method according to the present embodiment includes a first irradiation process (step 4) and a second irradiation process (step 5) described below (see FIG. 1 ).

우선, 도 8a의 공정 평면도에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(2) 위에 복수의 게이트 배선(3)이 평행을 이루도록 형성한다. 그 후, 도 2 및 도 8b에 도시하는 바와 같이, 게이트 배선(3)이 형성된 유리 기판(2)의 전면에 비정질 실리콘막(5)을 형성해서 피처리 기판(게이트 기판)(1)을 제작한다(스텝 1).First, as shown in the process plan view of FIG. 8A , a plurality of gate wirings 3 are formed in parallel on the glass substrate 2 . Thereafter, as shown in Figs. 2 and 8B, an amorphous silicon film 5 is formed on the entire surface of the glass substrate 2 on which the gate wiring 3 is formed, so that the processing target substrate (gate substrate) 1 is produced. (Step 1).

다음에, 피처리 기판(1)을 세정한다(스텝 2). 세정한 피처리 기판(1)의 비정질 실리콘막(5)은, 수소를 포함하고 있기 때문에, 예를 들면, 약 450℃에서 수 시간 정도의 탈수소 처리를 행한다(스텝 3).Next, the target substrate 1 is cleaned (step 2). Since the cleaned amorphous silicon film 5 of the processing target substrate 1 contains hydrogen, for example, dehydrogenation treatment is performed at about 450°C for several hours (step 3).

도 2에 도시하는 바와 같이, 피처리 기판(1)을 레이저 어닐 장치(10)의 기대(11) 위에 세트해서, 반송 방향(T)을 따라 소정의 스캔 속도로 주행시킨다.As shown in FIG. 2 , the processing target substrate 1 is set on the base 11 of the laser annealing apparatus 10 , and it is made to travel along the conveyance direction T at a predetermined scan speed.

다음에, 제1 조사 공정을 행한다(스텝 4). 이 스텝 4에 있어서, 제어부(14)는, 도 8c에 도시하는 바와 같이, 개질 예정 영역(6)의 위치 정보에 기초하여 개질 예정 영역(6)이 소정의 위치에 도달했을 때에, DMD(18)에 구동 신호를 출력한다. 구동 신호에 기초하여, 상기 구동 신호가 입력된 DMD(18)는, 미리 설정한 열의 마이크로미러(23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, 23A6)를 온 상태로 한다.Next, a 1st irradiation process is performed (step 4). In this step 4, as shown in FIG. 8C , the control unit 14 sends the DMD 18 ) to output the driving signal. Based on the drive signal, the DMD 18 to which the drive signal is input turns on the micromirrors 23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, and 23A6 of the preset column.

도 5는, 열을 이루는 복수의 마이크로미러(23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, 23A6)의 온 상태(온 상태의 마이크로미러(23)에는 사선을 그음)를 도시한다.FIG. 5 shows an ON state (a diagonal line is drawn in the ON state micromirror 23) of a plurality of micromirrors 23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, and 23A6 forming a row.

이 상태에서, 레이저 광원부(12)로부터 출사된 펄스 레이저광으로 이루어지는 레이저 빔(LB)은, 이들 마이크로미러(23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, 23A6)에서 반사된 레이저 빔(LBd1, LBd2, LBd3, LBd4, LBd5, LBd6)으로 된다. 이들 레이저 빔(LBd1, LBd2, LBd3, LBd4, LBd5, LBd6)은, 도 5에 도시하는 레이저광(PL)이고 개질 예정 영역(6)의 한 변부(반송 방향(T)의 하류측 가장자리부(緣部)) 근방에 일렬을 이루도록 입사한다.In this state, the laser beam LB composed of pulsed laser light emitted from the laser light source unit 12 is the laser beam LBd1, LBd2, LBd3, LBd4, LBd5, LBd6). These laser beams LBd1, LBd2, LBd3, LBd4, LBd5, and LBd6 are laser beams PL shown in FIG.緣部)) is incident to form a line in the vicinity.

이 결과, 도 5 및 도 8d에 도시하는 바와 같이, 개질 예정 영역(6)의 외측의 영역으로서, 이 개질 예정 영역(6)에 있어서의 반송 방향(T)의 하류측 단가장자리부(端緣部)를 따라, 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)이 형성된다. 이들 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)은, 비정질(非晶質) 실리콘막(5)이 미결정(微結晶) 실리콘으로 변화한 것이다. 또한, 이들 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)의 표면은, 요철(凹凸) 구조를 가진다.As a result, as shown to FIG. 5 and FIG. 8D, as an area|region outside the modification|reformation scheduled area|region 6, the downstream side edge part in the conveyance direction T in this modification|reformation scheduled area|region 6 is shown. part), seed crystal regions 5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, and 5A6 are formed. In these seed crystal regions 5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, and 5A6, the amorphous silicon film 5 is changed to microcrystalline silicon. In addition, the surfaces of these seed crystal regions 5A1 , 5A2 , 5A3 , 5A4 , 5A5 , and 5A6 have a concave-convex structure.

다음에, 제2 조사 공정을 행한다(스텝 5). 도 6, 도 7, 및 도 8e는, 제2 조사 공정을 도시하고 있다. 상기 제1 조사 공정의 종료 직후, 제어부(14)는, 개질 예정 영역(6)의 위치 정보에 기초하여, 레이저 광원부(12) 및 레이저 빔 조사부(13)를 구동 제어해서, 개질 예정 영역(6)에 대해서 제2 조사를 개시한다.Next, a 2nd irradiation process is performed (step 5). 6, 7, and 8E show the second irradiation step. Immediately after completion of the first irradiation process, the control unit 14 drives and controls the laser light source unit 12 and the laser beam irradiation unit 13 on the basis of the position information of the region 6 to be modified, thereby controlling the region 6 to be modified. ) to start the second investigation.

도 6에 도시하는 바와 같이, 이 제2 조사 공정은, 상기의 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)을 기점으로 해서, 제2의 레이저광으로서의 CW 레이저광(CWL)의 빔 스폿을 비정질 실리콘막(5)의 표면에 투영시켜서 어닐을 행한다. 도 6 및 도 7은, 제2 조사에도 이용하는 복수의 마이크로미러(23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, 23A6)의 온 상태(온 상태의 마이크로미러(23)에는 격자모양(格子狀)의 사선을 그음)를 도시한다. 이 때, 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)을 구성하는 미결정 실리콘이 시드 결정으로서 기능하여, 비정질 실리콘막(5)이 의사 단결정(래터럴 결정)화하는 것을 촉진시켜서 양질의(질좋은) 의사 단결정 실리콘막(5B)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 6 , in this second irradiation step, CW laser light (CWL) as the second laser light, starting with the seed crystal regions 5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, and 5A6 as a starting point. is projected onto the surface of the amorphous silicon film 5 to perform annealing. 6 and 7 show the on state of the plurality of micromirrors 23A1, 23A2, 23A3, 23A4, 23A5, and 23A6 used also for the second irradiation (the micromirror 23 in the on state has a lattice-shaped diagonal line. ) is shown. At this time, microcrystalline silicon constituting the seed crystal regions 5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, and 5A6 functions as a seed crystal to promote the formation of pseudo-single crystals (lateral crystals) of the amorphous silicon film 5, so that good quality is achieved. A pseudo-single-crystal silicon film 5B can be formed.

도 7에 도시하는 바와 같이, 각각의 CW 레이저광(CWL)의 빔 스폿의 궤적이 개질 예정 영역(6)의 반송 방향(T)의 상류측 가장자리부(한 변)까지 도달할 때까지 제2 조사를 행한다. 이 결과, 도 7 및 도 8e에 도시하는 바와 같이, 개질 예정 영역(6) 전체에 의사 단결정 실리콘막(5B)을 성장시킬 수가 있다.As shown in FIG. 7, until the trajectory of the beam spot of each CW laser beam CWL reaches|attains to the upstream edge part (one side) of the conveyance direction T of the area|region 6 to be modified|reformed, the 2nd conduct an investigation As a result, as shown in Figs. 7 and 8E, the pseudo single crystal silicon film 5B can be grown over the entire region 6 to be modified.

상기 스텝 4 및 스텝 5를 경유하여 형성된 의사 단결정 실리콘막(5B)은, 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)을 기점으로 해서, 개질 예정 영역(6) 전체에 의사 단결정 실리콘막(5B)으로 이루어지는 래터럴 결정막이 균일하게 형성된다. 의사 단결정 실리콘막(5B)은, 이동도(전자 이동도)가 커서 고이동도의 TFT의 제작에 적합하다.The pseudo-single crystal silicon film 5B formed through the steps 4 and 5 above is formed in the entire pseudo-single crystal region 6 with the seed crystal regions 5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, and 5A6 as a starting point. A lateral crystal film made of the silicon film 5B is uniformly formed. The pseudo single-crystal silicon film 5B has a high mobility (electron mobility), and is suitable for manufacturing a high-mobility TFT.

또한, 도 5∼도 7에 도시하는 바와 같이, 이 레이저 어닐 방법에서는, 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)끼리가 간격을 두도록 설정하는 것에 의해, 의사 단결정 실리콘막(5B)이 게이트 배선(3)의 폭방향으로 성장하기 쉬워진다.5 to 7, in this laser annealing method, the pseudo single crystal silicon film ( 5B) tends to grow in the width direction of the gate wiring 3 .

다음에, 도 8f에 도시하는 바와 같이, 스텝 5를 경유하여 의사 단결정 실리콘막(5B)이 형성된 후, 기판 전면에 금속막(7)을, 예를 들면, 증착법으로 형성한다(스텝 6). 또한, 이 금속막(7)의 재료는, 예를 들면, 알루미늄(Al) 합금 등이다.Next, as shown in Fig. 8F, after the pseudo single crystal silicon film 5B is formed through step 5, a metal film 7 is formed on the entire surface of the substrate by, for example, a vapor deposition method (step 6). In addition, the material of this metal film 7 is an aluminum (Al) alloy etc., for example.

그 후, 금속막(7) 위에, 포토리소그래피 기술을 이용하여 도시하지 않는 에칭용 마스크를 형성한다(스텝 7). 이 에칭용 마스크는, 금속막(7)을 소스·드레인 전극에 형성하기 위한 레지스트 마스크이다.Thereafter, a mask for etching (not shown) is formed on the metal film 7 using a photolithography technique (step 7). This etching mask is a resist mask for forming the metal film 7 on the source/drain electrodes.

다음에, 도시하지 않는 에칭용 마스크를 이용하여, 예를 들면, 에천트(etchant)로서 혼산계(混酸系)의 에칭액을 이용한 웨트에칭을 행해서, 에칭용 마스크로부터 노출되는 금속막과, 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)을 포함하는 비정질 실리콘막(5)의 노출되는 영역을 제거한다(스텝 8).Next, using an etching mask (not shown), wet etching is performed using, for example, a mixed acid etchant as an etchant, and the metal film exposed from the etching mask and the seed crystal The exposed region of the amorphous silicon film 5 including the regions 5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, and 5A6 is removed (step 8).

스텝 8을 행한 결과, 도 8g에 도시하는 바와 같이, 금속막(7)은, 소스 전극(7S)과 드레인 전극(7D)과 소스 라인(7SL) 등으로 가공된다. 또, 금속막(7)의 에칭에 계속해서 노출되는, 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)을 포함하는 비정질 실리콘막(5)도, 에칭된다. 그 결과, 도 8g 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 그 영역의 비정질 실리콘막(5)이 제거되어 하지(underlayer)의 게이트 절연막(4)이 노출된다. 이와 같이 해서, TFT(8)의 제조가 완료된다.As a result of performing step 8, as shown in Fig. 8G, the metal film 7 is processed into a source electrode 7S, a drain electrode 7D, a source line 7SL, and the like. Further, the amorphous silicon film 5 including the seed crystal regions 5A1 , 5A2 , 5A3 , 5A4 , 5A5 , and 5A6 that is continuously exposed to the etching of the metal film 7 is also etched. As a result, as shown in Figs. 8G and 9, the amorphous silicon film 5 in the region is removed to expose the gate insulating film 4 as an underlying layer. In this way, the manufacturing of the TFT 8 is completed.

본 실시 형태에 관계된 박막 트랜지스터의 제조 방법에서는, 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)을 개질 예정 영역(6)의 외측에 형성하기 때문에, 채널 반도체층 영역으로 되는 개질 예정 영역(6) 내에 의사 단결정 실리콘막(5B)만을 형성할 수 있고, TFT의 성능을 높일 수가 있다.In the method for manufacturing a thin film transistor according to the present embodiment, since the seed crystal regions 5A1 , 5A2 , 5A3 , 5A4 , 5A5 , 5A6 are formed outside the modification scheduled region 6 , the modification scheduled to become a channel semiconductor layer region Only the pseudo single crystal silicon film 5B can be formed in the region 6, and the performance of the TFT can be improved.

본 실시 형태에 관계된 박막 트랜지스터의 제조 방법에서는, 의사 단결정 실리콘막(다결정 실리콘막을 시드 결정 영역으로부터 성장시키는 것도 가능)을 필요한 영역에 선택적으로 형성할 수 있고, 요철 구조를 가지는 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)은, 나중의 금속막(7)의 에칭 공정에서 삭제할 수 있다. 이 때문에, 시드 결정 영역(5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6)을 제거하기 위한 공정을 특별히 행할 필요가 없다.In the method for manufacturing a thin film transistor according to the present embodiment, a pseudo single crystal silicon film (a polysilicon film can also be grown from a seed crystal region) can be selectively formed in a required region, and a seed crystal region 5A1 having a concave-convex structure; 5A2 , 5A3 , 5A4 , 5A5 , and 5A6 can be deleted in a later etching step of the metal film 7 . For this reason, it is not necessary to specifically perform a process for removing the seed crystal regions 5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, and 5A6.

특히, 본 실시 형태에 관계된 박막 트랜지스터의 제조 방법에서는, 레이저광(PL)으로서, CW 레이저광(CWL)을 ON－OFF 신호 발생기(16)로 ON－OFF 변조해서 이용하기 때문에, 1개의 레이저 광원부(12)에 있어서, 레이저광(PL)과 CW 레이저광(CWL)을 실현할 수 있고, 제1 조사 공정과 제2 조사 공정을 1개의 장치에서 원활하게 행할 수 있다고 하는 효과가 있다.In particular, in the manufacturing method of the thin film transistor according to the present embodiment, as the laser light PL, the CW laser light CWL is used in ON-OFF modulation by the ON-OFF signal generator 16, so that one laser light source unit is used. In (12), the laser beam PL and the CW laser beam CWL can be realized, and there exists an effect that a 1st irradiation process and a 2nd irradiation process can be performed smoothly with one apparatus.

본 실시 형태에 관계된 박막 트랜지스터의 제조 방법에 의하면, 개질 예정 영역(6)이 TFT의 채널 반도체층 영역이기 때문에, 제2 조사를 경유하여 형성된 의사 단결정 실리콘막(5B)을 그대로 채널 반도체층 영역으로서 이용할 수가 있다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 채널 반도체층 영역을 형성하기 위한, 포토리소그래피 공정이나 웨트에칭 공정 등의 패터닝 공정, 패터닝 공정 후의 린스(헹굼)·세정 공정 등이 불필요해져, TFT 기판의 제조 프로세스를 대폭 삭감할 수 있다.According to the manufacturing method of the thin film transistor according to the present embodiment, since the region to be modified 6 is the channel semiconductor layer region of the TFT, the pseudo single crystal silicon film 5B formed through the second irradiation is used as it is as the channel semiconductor layer region. It is available. Therefore, according to the present embodiment, a patterning process such as a photolithography process or a wet etching process for forming the channel semiconductor layer region, a rinsing (rinsing)/cleaning process after the patterning process, etc. are unnecessary, and the manufacturing process of the TFT substrate becomes unnecessary. can be significantly reduced.

본 실시 형태에 관계된 박막 트랜지스터의 제조 방법에서는, 공간 광변조기로서 DMD(18)를 이용하는 것에 의해, 마이크로미러(23)의 온·오프 동작만으로, 레이저 빔을 개질 예정 영역(6)의 폭방향에 대해서 점차 연속하도록 어닐을 진행시킬 수가 있다. 이 때문에, 피처리 기판(1)을 폭방향으로 이동시키거나, 레이저 빔 조사부(13)를 피처리 기판(1)의 폭방향으로 이동시키거나 할 필요가 없다.In the manufacturing method of the thin film transistor according to the present embodiment, by using the DMD 18 as a spatial light modulator, only the ON/OFF operation of the micromirror 23 is enough to direct the laser beam in the width direction of the region 6 to be modified. The annealing can be carried out gradually continuously. For this reason, it is not necessary to move the to-be-processed board|substrate 1 in the width direction, or to move the laser beam irradiation part 13 in the width direction of the to-be-processed board|substrate 1, for example.

(레이저 어닐 방법에 이용하는 다른 레이저 어닐 장치) (Other laser annealing apparatus used for laser annealing method)

도 10 및 도 11은, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐 방법에 이용할 수 있는 MLA 레이저 어닐 장치의 결상 광학계를 도시한다. 또한, 이 MLA 레이저 어닐 장치의 다른 구성은, 상기한 레이저 어닐 장치(10)와 마찬가지이기 때문에, 그 설명을 생략한다.10 and 11 show an imaging optical system of an MLA laser annealing apparatus that can be used in the laser annealing method according to the embodiment of the present invention. In addition, since the other structure of this MLA laser annealing apparatus is the same as that of the laser annealing apparatus 10 mentioned above, the description is abbreviate|omitted.

이 MLA 레이저 어닐 장치에 있어서는, 도 2에 도시하는 레이저 광원부(12)측으로부터 출사된 펄스 레이저광으로 이루어지는 레이저 빔(LB)이 미러(25)에서 반사되고, 마스크(26)를 거쳐서 마이크로렌즈 어레이(20)의 대응 렌즈 바로 아래에 개질 예정 영역(6)이 도달했을 때에, 레이저 빔(LB2)을 개질 예정 영역(6)에 조사하도록 설정되어 있다. 이 MLA 레이저 어닐 장치에서는, 본 실시 형태에 있어서의 레이저 어닐 방법의 스텝 4에서 행하는 개질 예정 영역(6)의 외측에 시드 결정 영역을 형성하는 제1 조사 공정에 이용한다.In this MLA laser annealing apparatus, a laser beam LB composed of pulsed laser light emitted from the side of the laser light source unit 12 shown in FIG. 2 is reflected by the mirror 25 and passes through the mask 26 to the microlens array. It is set so that the laser beam LB2 may be irradiated to the modified|reformed area|region 6 when the modification|reformation area|region 6 is reached|attained just below the corresponding lens of (20). In this MLA laser annealing apparatus, it is used for the 1st irradiation process of forming a seed crystal region outside the modification|reformation scheduled area|region 6 performed in step 4 of the laser annealing method in this embodiment.

이와 같은 MLA 레이저 어닐 장치에서는, 마이크로렌즈 어레이(20)를 이동시키는 것에 의해, 레이저광의 조사 위치 정밀도를 향상할 수가 있다.In such an MLA laser annealing apparatus, by moving the microlens array 20, the laser beam irradiation position accuracy can be improved.

[그밖의 실시 형태][Other embodiments]

이상, 실시 형태에 대해서 설명했지만, 이 실시 형태의 개시(開示)의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 여러가지(다양한) 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.As mentioned above, although embodiment was described, it should not be understood that the description and drawing which make up a part of indication of this embodiment limit this invention. Various (various) alternative embodiments, examples, and operating techniques will become clear to those skilled in the art from this disclosure.

예를 들면, 상기의 실시 형태에서는, DMD(18)를 이용했지만, 공간 광변조기로서는, 광셔터 기능을 가지는 액정 셀, 그레이팅 라이트 밸브(GLV： Grating Light Valve, 실리콘·라이트·머신즈사의 등록상표), 박막 마이크로미러 어레이(TMA： Thin-film Micro mirror Array) 등을 이용하는 것도 가능하다.For example, in the above embodiment, the DMD 18 was used, but as the spatial light modulator, a liquid crystal cell having an optical shutter function, a grating light valve (GLV: Grating Light Valve, a registered trademark of Silicon Light Machines) , it is also possible to use a thin-film micro mirror array (TMA) or the like.

상기의 실시 형태에서는, 공간 광변조기로서 DMD(18)를 이용했지만, 공간 광변조기를 이용하지 않고 레이저 빔을 이동시키는 다른 빔 이동 수단을 이용하는 구성으로 해도 좋다.Although the DMD 18 is used as a spatial light modulator in the said embodiment, it is good also as a structure using other beam moving means which moves a laser beam without using a spatial light modulator.

상기의 제1의 실시 형태에서는, ON－OFF 신호 발생기(16)를 이용하여, 레이저광(PL)을 발생시켰지만, 마이크로미러(23)를 고속으로 진동시켜서 펄스폭 변조하는 것에 의해, 제1 조사 공정에 적합한 저에너지 밀도로 해도 좋다.Although the laser beam PL was generated using the ON-OFF signal generator 16 in said 1st Embodiment, 1st irradiation is carried out by making the micromirror 23 vibrate at high speed and performing pulse width modulation. It is good also as a low energy density suitable for a process.

상기의 실시 형태에서는, 결정화 실리콘막으로서, 의사 단결정 실리콘막(5B)을 형성했지만, 시드 결정 영역으로부터 다결정 실리콘막을 성장시키는 구성으로 해도 물론 좋다. 이 경우도, 시드 결정 영역을 기점으로 해서, 양질의(질좋은) 다결정 실리콘막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 다결정 실리콘막을 형성시키기 위한 제2의 레이저광으로서는, ELA 장치로부터 발진시키는 엑시머 레이저광을 이용하는 것도 가능하다.Although the pseudo single crystal silicon film 5B is formed as the crystallized silicon film in the above embodiment, it is of course also possible to have a configuration in which the polysilicon film is grown from the seed crystal region. Also in this case, it becomes possible to form a high-quality (quality) polycrystalline silicon film using the seed crystal region as a starting point. It is also possible to use an excimer laser beam oscillated from an ELA device as the second laser beam for forming the polysilicon film.

상기의 실시 형태에서는, TFT의 구조로서, 유리 기판(2) 위에 게이트 배선(3)이 유리 기판(2) 위에 형성된 소위 보텀게이트(bottom gate) 타입의 구조이지만, 소위 톱게이트(top gate) 타입의 TFT의 제조에도 적용하는 것이 가능하다.In the above embodiment, the structure of the TFT is a structure of a so-called bottom gate type in which a gate wiring 3 is formed on a glass substrate 2 on a glass substrate 2, but a so-called top gate type. It can also be applied to the manufacture of TFTs.

CWL:　CW 레이저광
LB: 레이저 빔
PL: 레이저광
T: 반송 방향
W: 폭치수
1: 피처리 기판
2: 유리 기판
3: 게이트 배선
4: 게이트 절연막
5: 비정질 실리콘막
5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6: 시드 결정 영역
5B: 의사 단결정 실리콘(결정화 실리콘)막
6: 개질 예정 영역
7: 금속막
8: 박막 트랜지스터(TFT)
10: 레이저 어닐 장치
11: 기대
12: 레이저 광원부
13: 레이저 빔 조사부
14: 제어부
15: CW 레이저 광원
16: ON－OFF 신호 발생기
17: 광 출사부
18: 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD, 공간 광변조기)
19: 댐퍼
20: 마이크로렌즈 어레이
21: 투영 렌즈
22: 구동 기판
23A1∼23A6: 마이크로미러
25: 미러
26: 마스크CWL: CW laser light
LB: laser beam
PL: laser light
T: conveying direction
W: width
1: substrate to be processed
2: Glass substrate
3: gate wiring
4: gate insulating film
5: amorphous silicon film
5A1, 5A2, 5A3, 5A4, 5A5, 5A6: seed crystal region
5B: pseudo single crystal silicon (crystalline silicon) film
6: Area to be reformed
7: metal film
8: Thin Film Transistor (TFT)
10: laser annealing device
11: Expectation
12: laser light source unit
13: laser beam irradiation unit
14: control unit
15: CW laser light source
16: ON-OFF signal generator
17: light output unit
18: digital micromirror device (DMD, spatial light modulator)
19: damper
20: microlens array
21: projection lens
22: drive board
23A1 to 23A6: micromirror
25: mirror
26: mask

Claims (15)

비정질(非晶質) 실리콘막의 개질을 행하는 개질 예정 영역에 레이저광을 조사해서 상기 개질 예정 영역을 결정화 실리콘막으로 개질시키는 레이저 어닐 방법으로서,
상기 개질 예정 영역의 외측의 상기 비정질 실리콘막에 미결정(微結晶) 실리콘으로 이루어지는 시드 결정(種結晶) 영역을 형성하는 제1의 레이저광의 조사를 행하는 제1 조사 공정과,
상기 시드 결정 영역을 기점으로 해서, 상기 비정질 실리콘막의 표면에 제2의 레이저광의 조사를 행해서 상기 개질 예정 영역 내의 상기 비정질 실리콘막이 상기 결정화 실리콘막으로 되도록 결정 성장(結晶成長)시키는 제2 조사 공정을 구비하는 레이저 어닐 방법.A laser annealing method comprising: irradiating a laser beam to a region to be modified in which an amorphous silicon film is to be reformed to modify the region to be modified into a crystalline silicon film,
a first irradiation step of irradiating a first laser beam for forming a seed crystal region made of microcrystalline silicon in the amorphous silicon film outside the region to be modified;
a second irradiation step of irradiating the surface of the amorphous silicon film with a second laser light from the seed crystal region as a starting point to crystallize the amorphous silicon film in the region to be modified to become the crystalline silicon film; The laser annealing method provided. 제 1 항에 있어서,
상기 비정질 실리콘막은, 표면에 게이트 배선이 형성된 기판 위에, 게이트 절연막을 거쳐서 성막되어 있고,
상기 개질 예정 영역은, 상기 게이트 배선과 겹치는 영역에 형성된 상기 비정질 실리콘막에 설정된 박막 트랜지스터의 채널 반도체층으로 되는 영역이고,
상기 시드 결정 영역은, 상기 게이트 배선의 긴쪽(長手) 방향과 직교하는 방향의 외측에 배치되는 레이저 어닐 방법.The method of claim 1,
The amorphous silicon film is formed on a substrate having a gate wiring formed on its surface through a gate insulating film,
The region to be reformed is a region serving as a channel semiconductor layer of a thin film transistor set in the amorphous silicon film formed in a region overlapping with the gate wiring,
wherein the seed crystal region is disposed outside in a direction orthogonal to a longitudinal direction of the gate wiring. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1 조사 공정의 상기 제1의 레이저광의 조사에 있어서의 조사 에너지량은, 상기 비정질 실리콘막이 시드 결정으로서 미결정화하는 조건으로 설정하고,
상기 제2 조사 공정의 상기 제2의 레이저광의 조사는, 연속 발진 레이저광을 이용하여 연속 조사하는 레이저 어닐 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The amount of irradiation energy in the irradiation of the first laser light in the first irradiation step is set to a condition in which the amorphous silicon film is microcrystallized as a seed crystal,
A laser annealing method in which the second laser beam irradiation in the second irradiation step is continuously irradiated using a continuous oscillation laser beam. 제 3 항에 있어서,
상기 제1의 레이저광은, 상기 제2 조사 공정에서 이용하는 상기 연속 발진 레이저광을 ON－OFF 변조해서 조사하는 레이저 어닐 방법.4. The method of claim 3,
A laser annealing method in which the first laser beam is irradiated by ON-OFF modulation of the continuous oscillation laser beam used in the second irradiation step. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 조사 공정과 상기 제2 조사 공정은, 레이저광을 선택적으로 반사시켜서 레이저 빔을 상기 개질 예정 영역 내에 선택적으로 조사시키는 공간 광변조기를 이용하여 행하는 레이저 어닐 방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The first irradiation process and the second irradiation process are performed using a spatial light modulator that selectively reflects laser light and selectively irradiates the laser beam into the region to be modified. 제 5 항에 있어서,
상기 공간 광변조기는, 다수의 마이크로미러가 매트릭스형으로 배치되고, 그 마이크로미러의 각각이 개별적으로, 상기 비정질 실리콘막의 표면에의 레이저 빔의 조사 상태와 비조사 상태로 전환가능하게 선택 구동되는 레이저 어닐 방법.6. The method of claim 5,
The spatial light modulator is a laser in which a plurality of micromirrors are arranged in a matrix, and each of the micromirrors is selectively driven so as to be switchable between an irradiation state and a non-irradiation state of the laser beam on the surface of the amorphous silicon film. How to anneal. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 조사 공정은, 복수의 마이크로렌즈가 매트릭스형으로 배치된 마이크로렌즈 어레이를 이용하여 상기 개질 예정 영역의 외측에 복수의 레이저 펄스 빔을 조사하고, 상기 제2 조사 공정은, 상기 마이크로렌즈 어레이를 이용하여 상기 개질 예정 영역에 복수의 상기 연속 발진 레이저광의 레이저 빔을 조사하는 레이저 어닐 방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
In the first irradiation process, a plurality of laser pulse beams are irradiated to the outside of the region to be modified using a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged in a matrix, and the second irradiation process includes the microlens array A laser annealing method for irradiating a plurality of laser beams of the continuous oscillation laser light to the region to be modified using 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결정화 실리콘막은, 다결정 실리콘막, 의사(疑似) 단결정 실리콘막으로부터 선택되는 레이저 어닐 방법.8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The crystalline silicon film is a laser annealing method selected from a polycrystalline silicon film and a pseudo single crystal silicon film. 기판 위에, 순차, 게이트 배선과, 게이트 절연막과, 비정질 실리콘막이 형성되어 이루어지는 게이트 기판에 있어서의, 상기 비정질 실리콘막에 설정한 채널 반도체층으로 되는 개질 예정 영역의 외측이고, 또한 상기 게이트 배선에 대해서 해당 게이트 배선의 긴쪽 방향과 직교하는 방향의 외측에, 제1의 레이저광의 조사를 행해서 미결정 실리콘으로 이루어지는 시드 결정 영역을 형성하는 제1 조사 공정과,
상기 시드 결정 영역을 기점으로 해서, 상기 비정질 실리콘막의 표면에 제2의 레이저광의 조사를 행해서 상기 개질 예정 영역 내의 상기 비정질 실리콘막이 결정화 실리콘막으로 되도록 결정 성장시키는 제2 조사 공정과,
상기 제2 조사 공정이 실시된 상기 비정질 실리콘막 위의 전면(全面)에 금속막을 성막하는 공정과,
상기 금속막 위에 소스 배선 및 드레인 배선으로 되는 영역의 에칭용 마스크를 패터닝하는 공정과,
상기 에칭용 마스크를 이용하여 에칭을 행해서, 상기 에칭용 마스크로 덮이지 않고 노출되는 상기 금속막과, 상기 금속막의 에칭 후에 노출되는 상기 시드 결정 영역을 포함하는 비정질 실리콘막을 제거하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.In a gate substrate in which a gate wiring, a gate insulating film, and an amorphous silicon film are sequentially formed on a substrate, outside the region to be modified as the channel semiconductor layer set in the amorphous silicon film, and with respect to the gate wiring a first irradiation step of forming a seed crystal region made of microcrystalline silicon by irradiating a first laser beam on the outside in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the gate wiring;
a second irradiation step of irradiating the surface of the amorphous silicon film with a second laser beam from the seed crystal region as a starting point to crystallize the amorphous silicon film in the region to be modified to become a crystalline silicon film;
forming a metal film on the entire surface of the amorphous silicon film subjected to the second irradiation process;
patterning a mask for etching on the metal film in a region serving as a source wiring and a drain wiring;
A method for manufacturing a thin film transistor in which etching is performed using the etching mask to remove an amorphous silicon film including the metal film exposed without being covered by the etching mask and the seed crystal region exposed after etching of the metal film . 제 9 항에 있어서,
상기 제1 조사 공정의 상기 제1의 레이저광의 조사에 있어서의 조사 에너지량은, 상기 비정질 실리콘막이 시드 결정으로서 미결정화하는 조건으로 설정하고,
상기 제2 조사 공정의 상기 제2의 레이저광의 조사는, 연속 발진 레이저광을 이용하여 연속 조사하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.10. The method of claim 9,
The amount of irradiation energy in the irradiation of the first laser light in the first irradiation step is set to a condition in which the amorphous silicon film is microcrystallized as a seed crystal,
The method for manufacturing a thin film transistor in which the second laser beam irradiation in the second irradiation step is continuously irradiated using a continuous oscillation laser beam. 제 10 항에 있어서,
상기 제1의 레이저광은, 상기 제2 조사 공정에서 이용하는 상기 연속 발진 레이저광을 ON－OFF 변조해서 조사하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.11. The method of claim 10,
The manufacturing method of a thin film transistor which a said 1st laser beam modulates ON-OFF the said continuous oscillation laser beam used in the said 2nd irradiation process, and irradiates. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 조사 공정과 상기 제2 조사 공정은, 레이저광을 선택적으로 반사시켜서 레이저 빔을 상기 개질 예정 영역 내에 선택적으로 조사시키는 공간 광변조기를 이용하여 행하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.12. The method according to any one of claims 9 to 11,
The first irradiating step and the second irradiating step are performed by using a spatial light modulator that selectively reflects laser light and selectively irradiates the laser beam into the region to be modified. 제 12 항에 있어서,
상기 공간 광변조기는, 다수의 마이크로미러가 매트릭스형으로 배치되고, 그 마이크로미러의 각각이 개별적으로, 상기 비정질 실리콘막의 표면에의 레이저 빔의 조사 상태와 비조사 상태로 전환가능하게 선택 구동되는 박막 트랜지스터의 제조 방법.13. The method of claim 12,
The spatial light modulator is a thin film in which a plurality of micromirrors are arranged in a matrix, and each of the micromirrors is individually driven to be switchable between an irradiated state and a non-irradiated state of the laser beam on the surface of the amorphous silicon film. A method of manufacturing a transistor. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 조사 공정은, 복수의 마이크로렌즈가 매트릭스형으로 배치된 마이크로렌즈 어레이를 이용하여 상기 개질 예정 영역의 외측에 복수의 레이저 변조 빔을 조사하고, 상기 제2 조사 공정은, 상기 마이크로렌즈 어레이를 이용하여 상기 개질 예정 영역에 복수의 상기 연속 발진 레이저광의 레이저 빔을 조사하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.12. The method according to any one of claims 9 to 11,
In the first irradiation process, a plurality of laser modulated beams are irradiated to the outside of the region to be modified by using a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged in a matrix, and the second irradiation process includes the microlens array A method of manufacturing a thin film transistor for irradiating a plurality of laser beams of the continuous oscillation laser light to the region to be modified using 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결정화 실리콘막은, 다결정 실리콘막, 의사 단결정 실리콘막으로부터 선택되는 박막 트랜지스터의 제조 방법.15. The method according to any one of claims 9 to 14,
The method for manufacturing a thin film transistor, wherein the crystalline silicon film is selected from a polycrystalline silicon film and a pseudo single crystal silicon film.
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