TW202034388A - 雷射退火方法及雷射退火裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之雷射退火方法係準備在位於閘極配線的上方的區域的前述非晶矽膜所設定的改質預定區域之相對前述閘極配線為與該閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側，形成有由微晶矽而成的種晶區域的前述被處理基板，進行橫向結晶形成工程，其係以前述種晶區域為起點，在前述非晶矽膜的表面，使連續振盪雷射光一邊沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向照射一邊移動，且以各個的前述改質預定區域內的前述非晶矽膜成為結晶化矽膜的方式，選擇性地使其作結晶成長。

Description

雷射退火方法及雷射退火裝置
本發明係關於雷射退火方法及雷射退火裝置。
薄膜電晶體(TFT：Thin Film Transistor)係被使用作為用以將薄型顯示器(FPD：Flat Panel Display)進行主動驅動的切換元件。以薄膜電晶體(以下稱為TFT)的半導體層的材料而言，係使用非晶矽(a-Si：amorphous Silicon)、或多晶矽(p-Si：polycrystalline Silicon)等。
非晶矽係電子移動容易度的指標亦即移動度低。因此，在非晶矽中，並無法完全對應在高密度/高精細化更加進展的FPD中所被要求的高移動度。因此，以FPD中的切換元件而言，較佳為以相較於非晶矽，移動度大幅高的多晶矽，形成通道層。以形成多晶矽膜的方法而言，有以使用準分子雷射的準分子雷射退火(ELA：Excimer Laser Annealing)裝置，對非晶矽膜照射雷射光，使非晶矽再結晶化而形成多晶矽的方法。
已知一種技術為了提高TFT中連結源極與汲極的方向(源極/汲極方向)的移動度，沿著源極/汲極方向，使擬似單晶矽作橫向(lateral)結晶成長(參照專利文獻1)。在該專利文獻1所揭示的雷射退火方法中，對形成在基板上的非晶矽膜中的驅動電路形成區域，進行準分子雷射退火而在基板上形成多晶矽膜。接著，對多晶矽膜，一邊使連續振盪(CW：Continuous Wave)雷射光的線射束相對移動一邊照射，藉此形成橫向成長在寬廣區域的多晶膜。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-41920號公報
(發明所欲解決之問題)
在上述之習知技術中，在用以作橫向結晶成長的雷射退火工程、及作為橫向結晶成長的前處理工程的準分子雷射退火工程中，係在寬廣區域使用整形為線狀的雷射光來進行雷射退火。若將如上所示之作橫向結晶成長的多晶矽膜形成在FPD的顯示區域全體，為了將長形的線射束整形為線狀，必須要有長形的柱狀透鏡。但是，伴隨近年來的FPD的大型化，在成本上及技術上難以製造長形的柱狀透鏡。
本發明係鑑於上述課題而完成者，目的在提供可將多晶矽膜或擬似單晶矽膜選擇性地形成在必要區域，且可降低製造成本的雷射退火方法及雷射退火裝置。 (解決問題之技術手段)
為解決上述課題，以達成目的，本發明之態樣係一種雷射退火方法，其係在基板上，以形成平行的方式配置複數閘極配線，使在表面全體形成非晶矽膜而成的被處理基板中的前述非晶矽膜改質為結晶化矽膜的雷射退火方法，其特徵為：準備在位於前述閘極配線的上方的區域的前述非晶矽膜所設定的改質預定區域之相對前述閘極配線為與該閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側的位置，形成有由微晶矽而成的種晶區域的前述被處理基板，進行橫向結晶形成工程，其係以前述種晶區域為起點，在前述非晶矽膜的表面，使連續振盪雷射光一邊沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向照射一邊移動，且以各個的前述改質預定區域內的前述非晶矽膜成為結晶化矽膜的方式，選擇性地使其作結晶成長。
以上述態樣而言，較佳為在前述橫向結晶形成工程中，使用以光點狀聚光在前述非晶矽膜的表面的光點雷射光，作為前述連續振盪雷射光。
以上述態樣而言，較佳為在前述橫向結晶形成工程中，係使前述連續振盪雷射光，遍及沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向所設定的複數前述改質預定區域移動而間歇地照射。
以上述態樣而言，較佳為在前述橫向結晶形成工程之前，具備種晶形成工程，其係在位於前述閘極配線的上方的區域的前述非晶矽膜所設定的改質預定區域之相對前述閘極配線為與該閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側的位置，進行種晶形成用雷射光的照射而形成由微晶矽而成的種晶區域。
以上述態樣而言，較佳為前述種晶形成工程係使用以矩陣狀配置有複數微透鏡的微透鏡陣列，照射複數雷射脈衝射束。
以本發明之其他態樣而言，為一種雷射退火裝置，其係在基板上，以形成平行的方式配置複數閘極配線，使在表面全體形成非晶矽膜而成的被處理基板中的前述非晶矽膜改質為結晶化矽膜的雷射退火裝置，其特徵為：具備：雷射光源部，其係將連續振盪雷射光進行振盪；及雷射射束照射部，其係使以由前述雷射光源部被振盪的前述連續振盪雷射光而成的雷射射束的射束點，沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向移動，使位於前述閘極配線的上方的區域的前述非晶矽膜所設定的改質預定區域，選擇性地改質為結晶化矽膜。
以上述態樣而言，較佳為前述雷射射束照射部係具備：使前述雷射射束沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向移動的掃描器。
以上述態樣而言，較佳為前述雷射射束照射部係可將前述雷射射束，遍及沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向作配置的複數前述改質預定區域移動。
以上述態樣而言，較佳為前述被處理基板係在位於前述閘極配線的上方的區域的前述非晶矽膜所設定的改質預定區域之與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側的位置，形成有由微晶矽而成的種晶區域，前述雷射射束照射部係以前述種晶區域為起點而開始前述連續振盪雷射光的照射。 (發明之效果)
藉由本發明之雷射退火方法及雷射退火裝置，可將多晶矽膜或擬似單晶矽膜選擇性地形成在必要區域。因此，藉由本發明之雷射退火方法及雷射退火裝置，未使用長形的柱狀透鏡，即可僅在必要區域進行雷射退火處理，因此可降低製造成本。
以下根據圖示，詳細說明本發明之實施形態之雷射退火方法及雷射退火裝置。但是，應留意圖示為模式者，各構件數、各構件的尺寸、尺寸的比率、形狀等與實際者不同。此外，圖示相互間亦包含有彼此的尺寸的關係或比率或形狀為不同的部分。
在本發明之雷射退火方法中，將成為各個的TFT的通道區域的區域設定為改質預定區域。接著，在該雷射退火方法中，係使用在一邊使雷射光照射在進行非晶矽膜的改質的改質預定區域一邊移動，使結晶化矽膜橫向結晶成長在該改質預定區域的情形。
該雷射退火方法係具備橫向結晶形成工程。在橫向結晶形成工程中，係以種晶區域為起點，在非晶矽膜的表面，使連續振盪雷射光一邊沿著與閘極配線的長邊方向呈正交的方向照射一邊移動。結果，以各個的改質預定區域內的非晶矽膜成為結晶化矽膜的方式使其作結晶成長。
[實施形態] 以下說明以本發明之實施形態之雷射退火方法進行雷射退火處理的被處理基板之一例、及雷射退火方法所使用的雷射退火裝置10。其中，在圖1中，為方便說明，省略顯示後述之閘極絕緣膜4及非晶矽膜5。
(被處理基板) 如圖1及圖2所示，被處理基板1係具備：作為基體的玻璃基板2；以彼此形成平行的方式配置在該玻璃基板2的表面的複數閘極配線3；形成在玻璃基板2及閘極配線3之上的閘極絕緣膜4(參照圖2)；及全面堆積在該閘極絕緣膜4之上的非晶矽膜5(參照圖2)。其中，該被處理基板1係成為最終被製入薄膜電晶體(TFT)等的TFT基板。
在本實施形態中，被處理基板1係在雷射退火處理中，沿著閘極配線3的長邊方向被搬送。如圖5所示，在成膜在閘極配線3的上方的非晶矽膜5，係設定有大致矩形狀的改質預定區域6。該改質預定區域6最終係成為TFT的通道區域。該改質預定區域6係按照沿著閘極配線3的長邊方向所形成的TFT的數量設定有複數個。
(雷射退火裝置的概略構成) 以下使用圖1及圖2，說明本實施形態之雷射退火裝置10的概略構成。如圖2所示，雷射退火裝置10係具備：基台11、雷射光源部12、及雷射射束照射部13。
在本實施形態中，在退火處理時，雷射射束照射部13並不移動，而使被處理基板1移動。基台11係具備有未圖示之基板搬送手段。在該雷射退火裝置10中，在將被處理基板1配置在基台11之上的狀態下，藉由未圖示之基板搬送手段，朝向搬送方向(掃描方向)T進行搬送。如圖1及圖2所示，該搬送方向T係與閘極配線3的長邊方向呈平行的方向。
雷射光源部12係具備有將連續振盪雷射光(CW雷射光)進行振盪之作為光源的CW雷射光源。在此，連續振盪雷射光(CW雷射光)係指亦包含對目的區域連續照射雷射光的所謂擬似連續振盪的概念。亦即，雷射光可為脈衝雷射，亦可為脈衝間隔比加熱後的矽薄膜(非晶矽膜)的冷卻時間為更短的(凝固前以接下來的脈衝進行照射的)擬似連續振盪雷射。以雷射光源部12而言，可使用半導體雷射、固體雷射、液體雷射、氣體雷射等各種雷射。
雷射光源部12及雷射射束照射部13係藉由未圖示之支持框架等，被配置在基台11的上方。雷射射束照射部13係具備：掃描器15、及Fθ透鏡16。
雷射光源部12與掃描器15係以光纖14相連接。由雷射光源部12被出射的CW雷射光係透過光纖14而被導至掃描器15。掃描器15係以例如被旋轉驅動的檢流計反射鏡等，使以由光纖14側被導入的CW雷射光而成的雷射射束LB以預定的角度寬幅進行擺動。
Fθ透鏡16係將掃描器15中的檢流計反射鏡等反射鏡的等速旋轉運動，使用透鏡的失真效果，轉換成在焦點平面上移動的雷射射束LB的射束點BS的等速直線運動。
如圖1所示，在本實施形態之雷射退火裝置10中，通過Fθ透鏡16的雷射射束LB進行等速直線運動的方向係被設定為與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向。其中，雷射射束LB進行等速直線運動的方向亦可考慮被處理基板1的移動來決定。亦即，雷射射束LB作等速直線運動的方向亦可以在非晶矽膜5的表面移動的射束點BS恒通過以與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向排列的改質預定區域6之上的方式，相對與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向斜向傾斜。
在本實施形態中，通過Fθ透鏡16的雷射射束LB被設定為可切換成沿著與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向照射雷射射束LB的狀態與不照射的狀態。亦即，雷射光源部12係被設定為按照藉由掃描器15所致之雷射射束LB的到達位置作ON/OFF。如圖5所示，非晶矽膜5中投影雷射射束LB的射束點BS的區域係改質預定區域6。接著，在閘極配線3彼此之間的區域中，雷射光源部12形成OFF的狀態，而未被投影射束點BS。
(雷射退火方法) 接著，使用圖1至圖6，說明本發明之實施形態之雷射退火方法。以下按照圖6所示流程圖來進行說明。
首先，準備圖2所示之被處理基板1。實際上，在被處理基板1的最上層的非晶矽膜5係在表面存在有因非晶矽的氧化所產生的二氧化矽(SiO2 )或微粒P等。因此，為了去除該等二氧化矽或微粒P等，進行被處理基板1的洗淨工程(步驟S1)。藉由進行該洗淨工程，非晶矽膜5的表面的二氧化矽或微粒P等即被去除。
接著，對被處理基板1，在未圖示之脫氫處理爐內進行脫氫處理工程(步驟S2)。在該脫氫處理工程中，氫(H)由形成在被處理基板1的表面全體的非晶矽膜5脫離。
之後，如圖3所示，對經由上述脫氫處理工程的被處理基板1，使用準分子雷射照射裝置20進行種晶形成工程(步驟S3)。準分子雷射照射裝置20係具備：基台21、準分子雷射光源22、透鏡群23、反射鏡24、遮罩25、及矩陣狀配置有複數微透鏡的微透鏡陣列26。
如圖3所示，該準分子雷射照射裝置20係朝向非晶矽膜5照射複數雷射脈衝射束LPB。如圖5所示，在該種晶形成工程中，在位於閘極配線3的上方的區域的非晶矽膜5所設定的改質預定區域6之與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向的外側的位置，形成種晶區域5A。亦即，進行作為種晶形成用雷射光的雷射脈衝射束LPB的照射，將由微晶矽而成的種晶區域5A形成在不與閘極配線3相重疊的位置。在該種晶形成工程中，在形成TFT的區域內的全部改質預定區域6的側方形成種晶區域5A。
接著，將經由上述種晶形成工程的被處理基板1，如圖2所示，安置在雷射退火裝置10的基台11之上。接著，藉由未圖示之基板搬送手段，使被處理基板1朝向搬送方向T以一定的速度搬送。此時，如圖1及圖2所示，使由雷射射束照射部13被出射的雷射射束LB沿著與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向移動，來進行橫向結晶形成工程(步驟S4)。
此時，一邊以形成在改質預定區域6的側方的種晶區域5A為起點進行移動，一邊對非晶矽膜5的表面照射由連續振盪雷射光而成的雷射射束LB。藉由該橫向結晶成長工程，改質預定區域6內的非晶矽膜5選擇性地結晶成長在作為結晶化矽膜的擬似單晶矽膜5B。
該雷射射束LB係光點雷射光，將圖5所示之具有與改質預定區域6的寬幅為相同程度的直徑的射束點BS投影在非晶矽膜5上。如圖5所示，若一個改質預定區域6中的橫向結晶成長結束，進行以與搬送方向T呈正交的方向鄰接的改質預定區域6中的雷射退火處理。如上所示，在橫向結晶形成工程中，係設定為使作為連續振盪雷射光的雷射射束LB，遍及沿著與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向所設定的複數改質預定區域6進行移動而間歇地照射。結果，如圖1及圖4所示，可將改質預定區域6改質為擬似單晶矽膜5B。
在該橫向結晶成長工程中，以藉由照射雷射射束LB，改質預定區域6內的非晶矽膜5成為作為結晶化矽膜的擬似單晶矽膜5B的方式設定條件。
在本實施形態之雷射退火方法中，由於僅預先由形成有種晶區域5A的區域作橫向結晶成長，因此若在種晶形成工程中精度佳地形成種晶區域5A，橫向結晶形成工程中的雷射射束LB的照射位置精度亦可為較低。因此，可僅在製作必要TFT的區域作橫向結晶成長。
在本實施形態之雷射退火方法中，由於不需要在橫向結晶形成工程中形成長形的線射束，因此不需要用以實現長形的線射束的長形柱狀透鏡，可以低成本形成結晶化矽膜。
其中，在本實施形態中，係一邊使被處理基板1朝向搬送方向T移動，一邊使雷射射束LB朝向與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向移動。此時，雷射射束LB的移動速度係比被處理基板1朝向搬送方向T的移動速度更為充分快速，因此沿著與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向排列的擬似單晶矽膜5B的區域的偏移為可忽略的程度。
但是，在本發明中，亦可設定為將雷射射束LB的移動方向由與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向傾斜，在掃描器15移動的射束點BS恒為通過以與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向排列的改質預定區域6之上。
[其他實施形態] 以上說明實施形態，惟應理解構成該實施形態之揭示的一部分的論述及圖示並非為限定本發明者。該領域熟習該項技術者可由該揭示清楚可知各種替代實施形態、實施例及運用技術。
在上述之實施形態中，係形成擬似單晶矽膜5B，作為結晶化矽膜，但是當然亦可形成為由種晶區域使多晶矽膜成長的構成。此時亦可以種晶區域為起點，形成良質的多晶矽膜。
在上述之實施形態中，係形成為使用檢流計反射鏡等光學系作為掃描器15的構成，亦可形成為在電性上使雷射射束LB的光路改變的構成。
BS:射束點 LB:雷射射束 LPB:雷射脈衝射束 T:搬送方向 1:被處理基板 2:玻璃基板 3:閘極配線 4:閘極絕緣膜 5:非晶矽膜 5A:種晶區域 5B:擬似單晶矽膜 6:改質預定區域 10:雷射退火裝置 11:基台 12:雷射光源部 13:雷射射束照射部 14:光纖 15:掃描器 16:Fθ透鏡 20:準分子雷射照射裝置 21:基台 22:準分子雷射光源 23:透鏡群 24:反射鏡 25:遮罩 26:微透鏡陣列
[圖1]係本發明之實施形態之雷射退火裝置的概略構成圖。 [圖2]係顯示本發明之實施形態之雷射退火裝置的概略的剖面圖。 [圖3]係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中形成種晶的種晶形成工程的剖面說明圖。 [圖4]係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中進行橫向結晶形成工程而形成擬似單晶矽膜的狀態的平面圖。 [圖5]係顯示將圖4的區域A放大的狀態的平面說明圖。 [圖6]係顯示本發明之實施形態之雷射退火方法的流程圖。
BS:射束點
LB:雷射射束
T:搬送方向
1:被處理基板
2:玻璃基板
3:閘極配線
10:雷射退火裝置
12:雷射光源部
13:雷射射束照射部
14:光纖
15:掃描器
16:Fθ透鏡

Claims (9)

  1. 一種雷射退火方法，其係在基板上，以形成平行的方式配置複數閘極配線，使在表面全體形成非晶矽膜而成的被處理基板中的前述非晶矽膜改質為結晶化矽膜的雷射退火方法， 其係準備在位於前述閘極配線的上方的區域的前述非晶矽膜所設定的改質預定區域之相對前述閘極配線為與該閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側的位置，形成有由微晶矽而成的種晶區域的前述被處理基板， 進行橫向結晶形成工程，其係以前述種晶區域為起點，在前述非晶矽膜的表面，使連續振盪雷射光一邊沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向照射一邊移動，且以各個的前述改質預定區域內的前述非晶矽膜成為結晶化矽膜的方式，選擇性地使其作結晶成長。
  2. 如請求項1之雷射退火方法，其中，在前述橫向結晶形成工程中，使用以光點狀聚光在前述非晶矽膜的表面的光點雷射光，作為前述連續振盪雷射光。
  3. 如請求項1或請求項2之雷射退火方法，其中，在前述橫向結晶形成工程中，係使前述連續振盪雷射光，遍及沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向所設定的複數前述改質預定區域移動而間歇地照射。
  4. 如請求項1至請求項3中任一項之雷射退火方法，其中，在前述橫向結晶形成工程之前，具備種晶形成工程，其係在位於前述閘極配線的上方的區域的前述非晶矽膜所設定的改質預定區域之相對前述閘極配線為與該閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側的位置，進行種晶形成用雷射光的照射而形成由微晶矽而成的種晶區域。
  5. 如請求項4之雷射退火方法，其中，前述種晶形成工程係使用以矩陣狀配置有複數微透鏡的微透鏡陣列，照射複數雷射脈衝射束。
  6. 一種雷射退火裝置，其係在基板上，以形成平行的方式配置複數閘極配線，使在表面全體形成非晶矽膜而成的被處理基板中的前述非晶矽膜改質為結晶化矽膜的雷射退火裝置，其係具備： 雷射光源部，其係將連續振盪雷射光進行振盪；及 雷射射束照射部，其係使以由前述雷射光源部被振盪的前述連續振盪雷射光而成的雷射射束的射束點，沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向移動，使位於前述閘極配線的上方的區域的前述非晶矽膜所設定的改質預定區域，選擇性地改質為結晶化矽膜。
  7. 如請求項6之雷射退火裝置，其中，前述雷射射束照射部係具備：使前述雷射射束沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向移動的掃描器。
  8. 如請求項6或請求項7之雷射退火裝置，其中，前述雷射射束照射部係可將前述雷射射束，遍及沿著與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向作配置的複數前述改質預定區域移動。
  9. 如請求項6至請求項8中任一項之雷射退火裝置，其中，前述被處理基板係在位於前述閘極配線的上方的區域的前述非晶矽膜所設定的前述改質預定區域之與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側的位置，形成有由微晶矽而成的種晶區域， 前述雷射射束照射部係以前述種晶區域為起點而開始前述連續振盪雷射光的照射。
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