JP2012004250A - Device and method for forming low-temperature polysilicon film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アモルファスシリコン膜(以下、a−Si膜という)にレーザ光を照射してアニールすることにより、a−Siを多結晶シリコン(以下、ポリシリコンという)に結晶化させる低温ポリシリコン膜の形成装置及び方法に関する。 The present invention relates to a low-temperature polysilicon film that crystallizes a-Si into polycrystalline silicon (hereinafter referred to as polysilicon) by irradiating an amorphous silicon film (hereinafter referred to as a-Si film) with laser light and annealing. The present invention relates to a forming apparatus and method.
逆スタガ構造の薄膜トランジスタとしては、絶縁性基板上にCr又はAl等の金属層によりゲート電極を形成し、次いで、このゲート電極を含む基板上にゲート絶縁膜として例えばSiN膜を形成し、その後、全面に水素化アモルファスシリコン(以下、a−Si:Hと記載する)膜を形成し、このa−Si:H膜をゲート電極上の所定領域にアイランド状にパターニングし、更に、金属層によりソース・ドレイン電極を形成したアモルファスシリコントランジスタがある。 As a thin film transistor having an inverted stagger structure, a gate electrode is formed of a metal layer such as Cr or Al on an insulating substrate, and then, for example, a SiN film is formed as a gate insulating film on the substrate including the gate electrode. A hydrogenated amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si: H) film is formed on the entire surface, and the a-Si: H film is patterned in an island shape in a predetermined region on the gate electrode. There is an amorphous silicon transistor in which a drain electrode is formed.
しかしながら、このアモルファスシリコントランジスタは、a−Si:H膜をチャネル領域に使用しているので、チャネル領域における電荷の移動度が小さいという難点がある。このため、アモルファスシリコントランジスタは、例えば、液晶表示装置の画素部の画素トランジスタとしては使用可能であるが、高速の書き換えが要求される周辺駆動回路の駆動トランジスタとしては、チャネル領域の電荷移動度が小さすぎて、使用することが困難である。 However, since this amorphous silicon transistor uses an a-Si: H film for the channel region, there is a drawback that the mobility of charges in the channel region is small. Therefore, an amorphous silicon transistor can be used as a pixel transistor in a pixel portion of a liquid crystal display device, for example. However, as a drive transistor in a peripheral drive circuit that requires high-speed rewriting, the charge mobility in the channel region is high. It is too small and difficult to use.
一方、多結晶シリコン膜を直接基板上に形成しようとすると、LPCVD(減圧化学気相成長)法により形成することになるが、これは1500℃程度の高温プロセスになるため、液晶表示装置のようなガラス基板(軟化点が400〜500℃)上に多結晶シリコン膜を直接形成することはできない。 On the other hand, when a polycrystalline silicon film is formed directly on a substrate, it is formed by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition), which is a high temperature process of about 1500 ° C. A polycrystalline silicon film cannot be directly formed on a transparent glass substrate (softening point is 400 to 500 ° C.).
そこで、一旦、チャネル領域にa−Si:H膜を形成し、その後、このa−Si:H膜にYAGエキシマレーザ等のレーザ光を照射してレーザアニールすることにより、極短時間での溶融凝固の相転移により、a−Si:H膜をポリシリコン膜に結晶化させる低温ポリシリコンプロセスが採用されるようになっている。これにより、ガラス基板上のチャネル領域を電荷移動度が高くトランジスタ動作の高速化が可能なポリシリコン膜により形成することが可能になる(特許文献1)。 Therefore, once an a-Si: H film is formed in the channel region, and then this a-Si: H film is irradiated with a laser beam such as a YAG excimer laser to perform laser annealing, thereby melting in an extremely short time. Due to the solidification phase transition, a low-temperature polysilicon process for crystallizing an a-Si: H film into a polysilicon film has been adopted. As a result, the channel region on the glass substrate can be formed of a polysilicon film that has high charge mobility and can speed up the transistor operation (Patent Document 1).
しかしながら、上述の従来の低温ポリシリコン膜の形成方法は、液晶表示装置のガラス基板上に形成したアモルファスシリコン膜の全体にレーザ光を走査させながら、レーザアニールすることによりアモルファスシリコン膜の溶融凝固により多結晶化しているので、表示部の画素トランジスタのように、高速化が必要ではないトランジスタを形成する領域も、多結晶化しているため、処理に無駄がある。 However, the conventional low-temperature polysilicon film forming method described above is based on melting and solidification of the amorphous silicon film by laser annealing while scanning the entire amorphous silicon film formed on the glass substrate of the liquid crystal display device. Since the transistor is polycrystallized, a region for forming a transistor that does not require high speed, such as a pixel transistor in a display portion, is also polycrystallized, and thus processing is wasted.
また、レーザアニールにより形成されたポリシリコン膜の特性が局部的に変動するという問題点があり、これが実用化への障害となっている。このような低温ポリシリコン膜の特性の局部的変動は、液晶表示装置の画面の表示むらを生じさせる。 Moreover, there is a problem that the characteristics of the polysilicon film formed by laser annealing fluctuate locally, which is an obstacle to practical use. Such local fluctuations in the characteristics of the low-temperature polysilicon film cause uneven display on the screen of the liquid crystal display device.
a−Si膜の特性が局部的に変動する要因としては、結晶化したSiの結晶粒の大きさが局部的に変動し、ポリシリコン膜内の電気伝導度が結晶粒界の密度又は状態により変動し、ポリシリコン膜全体の電気伝導度が変動してしまうことにある。仮に、液晶表示装置の周辺回路の部分のみ多結晶化したとしても、結晶粒の成長方向との関係で、周辺回路の駆動電流が流れる方向について、結晶粒界が出現する割合が局所的に異なる。このため、電流の易導度が、そのトランジスタが形成される場所により異なってしまい、トランジスタの速度が異なることになり、周辺回路のトランジスタの設計が困難となる。 As a factor that the characteristics of the a-Si film locally fluctuate, the crystal grain size of the crystallized Si fluctuates locally, and the electric conductivity in the polysilicon film depends on the density or state of the crystal grain boundary. The electrical conductivity of the entire polysilicon film changes. Even if only the peripheral circuit portion of the liquid crystal display device is polycrystallized, the rate at which crystal grain boundaries appear locally differs in the direction in which the drive current of the peripheral circuit flows in relation to the crystal grain growth direction. . For this reason, the easy conductivity of the current varies depending on the location where the transistor is formed, the speed of the transistor varies, and the design of the transistor in the peripheral circuit becomes difficult.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、結晶粒の成長方向を多結晶化すべき位置に応じて任意に調整することができ、また、その位置において、結晶粒の成長方向が一定の方向に揃った低温ポリシリコン膜を得ることができる低温ポリシリコン膜の形成装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and the growth direction of crystal grains can be arbitrarily adjusted according to the position to be polycrystallized. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for forming a low-temperature polysilicon film that can obtain a low-temperature polysilicon film aligned in a certain direction.
本発明に係る低温ポリシリコン膜の形成装置は、1次元又は2次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記各マスクには、前記レーザ光を遮光する遮光領域と前記レーザ光を透過する透過領域とがいずれも一方向に延びるように且つ前記一方向に垂直の方向に隣接するように設けられていることを特徴とする。 An apparatus for forming a low-temperature polysilicon film according to the present invention includes a plurality of microlenses arranged one-dimensionally or two-dimensionally, a generation source of laser light, and a laser beam from the generation source to the microlens. A light guide portion for condensing the laser light on the amorphous silicon film by the microlens; and a plurality of masks arranged for each microlens, wherein each of the masks shields the laser light. The light-shielding region and the transmission region that transmits the laser light are provided so as to extend in one direction and to be adjacent to each other in a direction perpendicular to the one direction.
この低温ポリシリコン膜の形成装置において、例えば、前記遮光領域及び前記透過領域は各マスクについて複数個設けられており、これらの遮光領域及び透過領域は、交互に配置されている。また、例えば、前記各マイクロレンズを通過したレーザ光によりアモルファスシリコン膜をアニールして形成された各ポリシリコン膜には、1又は複数個のトランジスタが形成されるものである。 In this low temperature polysilicon film forming apparatus, for example, a plurality of the light shielding regions and the transmission regions are provided for each mask, and the light shielding regions and the transmission regions are alternately arranged. In addition, for example, one or a plurality of transistors are formed in each polysilicon film formed by annealing an amorphous silicon film with laser light that has passed through each microlens.
本発明に係る第1の低温ポリシリコン膜の形成方法は、上述のいずれかの低温ポリシリコン膜の形成装置を使用し、先ず、前記マスクを介して前記マイクロレンズによりレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射することにより前記透過領域を透過したレーザ光を前記アモルファスシリコン膜に照射してポリシリコン領域を形成する第1の工程と、次いで、前記マスクを使用しないで前記マイクロレンズによりレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射することにより前記ポリシリコン膜を結晶の核として残部のアモルファスシリコン膜を多結晶化する第2の工程とを有することを特徴とする。 A first low-temperature polysilicon film forming method according to the present invention uses any one of the above-described low-temperature polysilicon film forming apparatuses, and first, laser light is converted into an amorphous silicon film by the microlens through the mask. A first step of irradiating the amorphous silicon film with a laser beam transmitted through the transmission region by irradiation to form a polysilicon region; and then, using the microlens without using the mask, the laser beam is emitted from the amorphous silicon film. And a second step of polycrystallizing the remaining amorphous silicon film using the polysilicon film as a crystal nucleus by irradiating the film.
この第1の低温ポリシリコン膜の形成方法において、例えば、前記第1の工程と前記第2の工程とは、前記レーザ光源によるレーザ光の発光条件は同一であるように構成することができる。 In the first low-temperature polysilicon film forming method, for example, the first step and the second step can be configured such that the laser light emission conditions by the laser light source are the same.
本発明に係る第2の低温ポリシリコン膜の形成方法は、上述のいずれかの低温ポリシリコン膜の形成装置を使用し、前記マスクを介して、前記マイクロレンズによりレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射する工程を有し、前記レーザ光の照射条件は、前記遮光領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分が溶融して多結晶化するに十分なものであり、多結晶化に際し、前記アモルファスシリコン膜における前記遮光領域に対応する部分と前記透過領域に対応する部分とで温度差が存在するものであることを特徴とする。 A second low-temperature polysilicon film forming method according to the present invention uses any one of the above-described low-temperature polysilicon film forming apparatuses, and irradiates the amorphous silicon film with laser light through the mask through the microlens. The irradiation condition of the laser beam is sufficient to melt and polycrystallize the portion of the amorphous silicon film corresponding to the light-shielding region. A temperature difference exists between a portion corresponding to the light shielding region and a portion corresponding to the transmission region.
これらの低温ポリシリコン膜の形成方法は、液晶表示装置の周辺回路における低温ポリシリコン膜の形成方法に適用できる。この場合の本発明方法は、上述のいずれかの低温ポリシリコン膜の形成装置を使用し、例えば、前記周辺回路の1又は複数個のトランジスタからなるトランジスタ群毎に、夫々マイクロレンズを対応させ、前記マスクの前記一方向をそのトランジスタ群に合わせて決めることにより、そのトランジスタ群のアモルファスシリコン膜の結晶化方向(結晶粒の主たる成長方向)を調整することを特徴とする。 These low-temperature polysilicon film formation methods can be applied to a low-temperature polysilicon film formation method in a peripheral circuit of a liquid crystal display device. In this case, the method of the present invention uses any one of the above-described low-temperature polysilicon film forming apparatuses. For example, each transistor group including one or a plurality of transistors in the peripheral circuit is associated with a microlens, By determining the one direction of the mask in accordance with the transistor group, the crystallization direction (main growth direction of crystal grains) of the amorphous silicon film of the transistor group is adjusted.
本発明によれば、各マイクロレンズに夫々マスクが設けられており、この各マスクには、遮光領域と透過領域とがいずれも一方向に延びるように且つ前記一方向に垂直の方向に隣接するように設けられている。このため、このマスクを使用して前記マイクロレンズによりレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射すると、前記遮光領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分(以下、第1部分)は、レーザ光が照射されないか、又は照射量が少なくて、与えられたエネルギが小さく、前記透過領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分(以下、第2部分)は、レーザ光が照射されて、与えられたエネルギが大きい。 According to the present invention, each microlens is provided with a mask, and each of the masks has a light shielding region and a transmission region extending in one direction and adjacent to each other in a direction perpendicular to the one direction. It is provided as follows. For this reason, when laser light is irradiated to the amorphous silicon film by the microlens using this mask, the portion of the amorphous silicon film corresponding to the light shielding region (hereinafter referred to as the first portion) is not irradiated with laser light. Alternatively, the amount of irradiation is small and the applied energy is small, and the portion of the amorphous silicon film corresponding to the transmission region (hereinafter referred to as the second portion) is irradiated with laser light and the applied energy is large.
そして、本発明の第1の低温ポリシリコン膜の形成方法においては、第1の工程で、前記マスクを使用してレーザ光が照射されて、アモルファスシリコン膜の第2部分が加熱されて溶融した後凝固することにより結晶化し、このアモルファスシリコン膜の第2部分がポリシリコン化される。次いで、第2の工程で、前記マスクを使用せずにレーザ光が照射されて、アモルファスシリコン膜の全体が加熱される。しかし、第1の工程で形成されたポリシリコンの部分(第2部分)は、融点が高いので、第2の工程では溶融せず、第1の工程でアモルファスのまま残存した部分(第1部分)が溶融凝固して、結晶化する。この第1部分が結晶化する際、既に結晶化している第2部分を核として凝固が進行するので、結晶粒は、第2部分が延びる方向(マスクの透過領域が延びる方向)に垂直の方向、即ち、第2部分から第1部分を挟んで対向する他の第2部分に向けて成長する。よって、相対する2個の第2部分から結晶粒が成長して第1部分が凝固し、結晶化する。これにより、結晶粒の主たる成長方向が一方向に垂直の方向に揃った低温ポリシリコン膜が得られる。 In the first method of forming a low-temperature polysilicon film of the present invention, in the first step, the mask is used to irradiate the laser beam, and the second part of the amorphous silicon film is heated and melted. Thereafter, it is crystallized by solidification, and the second portion of the amorphous silicon film is turned into polysilicon. Next, in the second step, the entire amorphous silicon film is heated by irradiation with laser light without using the mask. However, since the polysilicon portion (second portion) formed in the first step has a high melting point, it does not melt in the second step and remains in the amorphous state in the first step (first portion). ) Melts and solidifies and crystallizes. When this first portion is crystallized, solidification proceeds with the already crystallized second portion as a nucleus, so that the crystal grains are perpendicular to the direction in which the second portion extends (the direction in which the transmission region of the mask extends). That is, the second portion grows from the second portion toward the other second portion facing the first portion. Therefore, crystal grains grow from the two opposing second parts, and the first part solidifies and crystallizes. As a result, a low-temperature polysilicon film in which the main growth direction of crystal grains is aligned in a direction perpendicular to one direction is obtained.
本発明の第2の低温ポリシリコン膜の形成方法においては、レーザ光を照射する条件が、前記遮光領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分(第1部分)が溶融して多結晶化するに十分なものである。このとき、前記透過領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分(第2部分)は、この透過領域を透過したレーザ光が照射されるので、前記第1部分よりも大きなエネルギで加熱され、第1部分よりも温度が高い。これにより、アモルファスシリコン膜の多結晶化に際し、前記アモルファスシリコン膜における前記遮光領域に対応する第1部分と前記透過領域に対応する第2部分とで温度差が存在する。よって、第1部分から凝固が開始され、第1部分から、第2部分を挟んで対向する他の第1部分に向けて、凝固が進行する。これにより、第1部分が延びる前記一方向に垂直の方向に結晶粒が延び、前記一方向に垂直の方向に結晶粒が揃った低温ポリシリコン膜が得られる。 In the second method for forming a low-temperature polysilicon film of the present invention, the condition of laser beam irradiation is sufficient for the amorphous silicon film portion (first portion) corresponding to the light shielding region to be melted and polycrystallized. It is a thing. At this time, the portion (second portion) of the amorphous silicon film corresponding to the transmission region is irradiated with laser light that has passed through the transmission region, so that the first portion is heated with energy larger than that of the first portion. Higher than the temperature. Thereby, when the amorphous silicon film is polycrystallized, there is a temperature difference between the first portion corresponding to the light shielding region and the second portion corresponding to the transmission region in the amorphous silicon film. Therefore, solidification is started from the first portion, and solidification proceeds from the first portion toward another first portion facing the second portion. Accordingly, a low-temperature polysilicon film in which crystal grains extend in a direction perpendicular to the one direction in which the first portion extends and the crystal grains are aligned in a direction perpendicular to the one direction is obtained.
上記本発明方法を、液晶表示装置の周辺回路のトランジスタのチャネル領域の形成に使用することができる。この場合に、前記一方向を、トランジスタ群毎に適切な方向に決めることにより、そのトランジスタの構造から決まる駆動電流が流れる方向を結晶粒の主たる成長方向に合わせることができ、周辺回路の駆動電流が流れる方向に結晶粒の成長方向が揃うため、駆動電流が交差する結晶粒界の数が少ない。これにより、駆動電流が流れる方向の抵抗を小さくすることができ、低消費電流化及び高速化が可能である。また、各マイクロレンズに対応するマスクの遮光領域及び透過領域が延びる一方向を、各マイクロレンズが照射する位置に応じて設定することにより、各マイクロレンズに対応するレーザ光の照射領域毎に、適切な結晶粒の成長方向を設定することができる。 The above-described method of the present invention can be used for forming a channel region of a transistor in a peripheral circuit of a liquid crystal display device. In this case, by determining the one direction as an appropriate direction for each transistor group, the direction in which the driving current determined by the structure of the transistor flows can be matched with the main growth direction of the crystal grains. Since the growth direction of the crystal grains is aligned with the direction in which the current flows, the number of crystal grain boundaries where the drive current intersects is small. Thereby, the resistance in the direction in which the drive current flows can be reduced, and the current consumption can be reduced and the speed can be increased. In addition, by setting one direction in which the light shielding region and the transmission region of the mask corresponding to each microlens extend according to the position irradiated by each microlens, for each irradiation region of the laser light corresponding to each microlens, An appropriate crystal grain growth direction can be set.
本発明に係る第3の低温ポリシリコン膜の形成方法は、1次元又は2次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記各マスクは、前記レーザ光を遮光する遮光領域の中に、前記レーザ光を透過する一方向に延びる線状の1個の透過領域が設けられているものである低温ポリシリコン膜の形成装置を使用し、前記マスクが前記マイクロレンズにより投影されるアモルファスシリコン膜上の投影領域において、前記透過領域を透過した線状のレーザ光が前記投影領域を前記一方向に垂直の方向に走査することを特徴とする。 A third method for forming a low-temperature polysilicon film according to the present invention includes a plurality of one-dimensionally or two-dimensionally arranged microlenses, a laser light source, and a laser beam from the source. A light guide unit that guides the laser light to the amorphous silicon film by the microlens and a plurality of masks arranged for each microlens, and each mask transmits the laser light A low-temperature polysilicon film forming apparatus is used in which a linear transmission region extending in one direction that transmits the laser light is provided in a light-shielding region that shields light, and the mask is the micro In the projection area on the amorphous silicon film projected by the lens, the linear laser beam transmitted through the transmission area scans the projection area in a direction perpendicular to the one direction. And features.
このように、マスクを透過したレーザ光のアモルファスシリコン膜上の線状の照射領域を、マスクが投影されるアモルファスシリコン膜上の投影領域内で走査することにより、レーザ光が照射されることにより溶融する線状の領域がこの線に垂直の方向に移動する。そうすると、レーザ光の照射により溶融した領域がレーザ光が離れていくことにより冷却されて凝固し、多結晶化すると共に、この結晶粒は加熱冷却の熱の流れが前記一方向に垂直の方向のもとで形成されるので、結晶粒の成長方向は前記一方向に垂直の方向、即ち、前記レーザ光の走査方向になる。これにより、本発明においても、ポリシリコン膜の結晶成長方向が、各マイクロレンズに対応する微小領域において、一定の均一な方向になる。 Thus, by scanning the linear irradiation area on the amorphous silicon film of the laser light that has passed through the mask within the projection area on the amorphous silicon film on which the mask is projected, the laser light is irradiated. The melting linear region moves in a direction perpendicular to this line. Then, the melted region by laser light irradiation is cooled and solidified by the separation of the laser light, and becomes polycrystallized, and the heat flow of heat and cooling of the crystal grains is in a direction perpendicular to the one direction. Since it is originally formed, the growth direction of crystal grains is the direction perpendicular to the one direction, that is, the scanning direction of the laser beam. Thereby, also in the present invention, the crystal growth direction of the polysilicon film becomes a constant and uniform direction in a minute region corresponding to each microlens.
この低温ポリシリコン膜の形成方法において、例えば、前記低温ポリシリコン形成装置の前記マイクロレンズ及び前記マスクを含むレーザ光の照射系と前記アモルファスシリコン膜が形成された基板とを、相対的に移動させることにより、前記レーザ光を前記投影領域で走査することができる。 In this low temperature polysilicon film forming method, for example, the laser light irradiation system including the microlens and the mask of the low temperature polysilicon forming apparatus and the substrate on which the amorphous silicon film is formed are relatively moved. Thus, the laser beam can be scanned in the projection area.
本発明によれば、マイクロレンズを使用して微小領域を結晶化する際に、各マイクロレンズについて、一方向に延びる透過領域と遮光領域とが前記一方向に垂直の方向に隣接するように設けられたマスクを使用するから、アモルファスシリコンに対するレーザ光の照射による溶融凝固により結晶粒が成長するときに、結晶粒の成長方向が揃ったポリシリコン膜が得られる。そして、この結晶粒の成長方向は、マスクの配置位置を前記一方向が所定の方向を向くように設定するだけで、任意に調整することができる。よって、本発明により、結晶粒の成長方向を、その位置における電流の方向に容易に合わせることができ、トランジスタの設計が容易になるとともに、トランジスタの低消費電力化及び駆動の高速化が可能となる。 According to the present invention, when microareas are crystallized using a microlens, for each microlens, a transmission area extending in one direction and a light shielding area are provided adjacent to each other in a direction perpendicular to the one direction. Since the prepared mask is used, when the crystal grains are grown by melting and solidification by irradiating the amorphous silicon with the laser beam, a polysilicon film in which the growth directions of the crystal grains are aligned is obtained. The crystal grain growth direction can be arbitrarily adjusted by simply setting the mask arrangement position so that the one direction faces a predetermined direction. Therefore, according to the present invention, the growth direction of crystal grains can be easily adjusted to the direction of current at the position, the design of the transistor becomes easy, and the power consumption of the transistor and the driving speed can be increased. Become.
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る低温ポリシリコン膜の形成装置を示す模式的斜視図、図2は、その1個のマイクロレンズ及び対応するマスクを示す模式的拡大斜視図、図3は、マイクロレンズを使用したレーザ照射装置を示す図である。図3に示すレーザ照射装置は、逆スタガ構造の薄膜トランジスタのような半導体装置の製造工程において、例えば、そのチャネル領域形成予定領域のみにレーザ光を照射してアニールし、このチャネル領域形成予定領域を多結晶化して、ポリシリコン膜を形成するための装置である。このマイクロレンズを使用したレーザアニール装置は、光源1から出射されたレーザ光を、レンズ群2により平行ビームに整形し、多数のマイクロレンズ5からなるマイクロレンズアレイを介して被照射体6に照射する。レーザ光源1は、例えば、波長が308nm又は353nmのレーザ光を例えば50Hzの繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。マイクロレンズアレイは、透明基板4aの下面に多数のマイクロレンズ5が配置されたものであり、レーザ光を被照射体6としての薄膜トランジスタ基板に設定された薄膜トランジスタ形成予定領域に集光させるものである。透明基板4aは被照射体6に平行に配置され、マイクロレンズ5は、トランジスタ形成予定領域に対応して所定のピッチで配置されている。本実施形態の被照射体6は、例えば、液晶表示装置のガラス基板上に一様に形成されたa−Si膜であり、本実施形態の低温ポリシリコン膜の形成装置は、このa−Si膜の周辺回路におけるトランジスタのチャネル領域形成予定領域にレーザ光を照射して、ポリシリコンチャネル領域を形成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an apparatus for forming a low-temperature polysilicon film according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic enlarged perspective view showing one microlens and a corresponding mask, and FIG. It is a figure which shows the laser irradiation apparatus using a micro lens. In the manufacturing process of a semiconductor device such as an inverted staggered thin film transistor, the laser irradiation apparatus shown in FIG. 3 is annealed by irradiating only the channel region formation scheduled region with laser light, for example. This is an apparatus for polycrystallizing and forming a polysilicon film. In the laser annealing apparatus using this microlens, the laser light emitted from the
マイクロレンズ5は、透明基板4aの下面にその焦点位置を下方にして設けられており、透明基板4aの上面には、各マイクロレンズ5に対応して遮光部材8が設けられている。遮光部材8はチャネル形成予定領域のみにレーザ光を照射するための開口部を有するものであり、この遮光部材8の開口部は各マイクロレンズ5の上方に配置され、この遮光部材8により、ポリシリコンからなるチャネル領域が画定される。そして、透明基板4aの上方には、透明基板4cが透明基板4aに平行に配置されており、この透明基板4cの下面には、各マイクロレンズ5に対応する位置に、後述するマスク3が形成されている。
The
例えば、液晶表示装置の周辺回路として、画素の駆動トランジスタを形成する場合、ガラス基板上にAl等の金属膜からなるゲート電極を、スパッタによりパターン形成する。そして、シラン、NH3及びH2ガスを原料ガスとし、250〜300℃の低温プラズマCVD法により、全面にSiN膜からなるゲート絶縁膜を形成する。その後、ゲート絶縁膜上に、例えば、プラズマCVD法によりa−Si:H膜を形成する。このa−Si:H膜はシランとH2ガスを混合したガスを原料ガスとして成膜する。このa−Si:H膜のゲート電極上の領域をチャネル形成予定領域として、各チャネル領域に1個のマイクロレンズ5を配置して、このチャネル形成予定領域のみにレーザ光を照射してアニールし、このチャネル形成予定領域を多結晶化してポリシリコンチャネル領域を形成する。なお、図3(a)及び図1には、マイクロレンズ5が1次元に配列されている状態しか示されていないが、これは、図示の簡略化のためであり、実際は、図3(b)に平面図を示すように、マイクロレンズ5は2次元的に配列されている。但し、このマイクロレンズ5は多結晶化すべき領域の配置に合わせて1次元的に配列してもよい。
For example, when a pixel driving transistor is formed as a peripheral circuit of a liquid crystal display device, a gate electrode made of a metal film such as Al is formed on a glass substrate by sputtering. Then, a gate insulating film made of a SiN film is formed on the entire surface by low-temperature plasma CVD at 250 to 300 ° C. using silane, NH 3 and H 2 gases as source gases. Thereafter, an a-Si: H film is formed on the gate insulating film by, for example, a plasma CVD method. This a-Si: H film is formed using a gas obtained by mixing silane and H 2 gas as a source gas. The region on the gate electrode of the a-Si: H film is set as a channel formation planned region, and one
而して、本実施形態においては、図1及び図2並びに図3(a)に示すように、各マイクロレンズ5の上方に、各マイクロレンズ5毎に1個のマスク3が設けられている。このマスク3は、例えば、全体で矩形をなし、線状をなす複数個のレーザ光の遮光領域31が一方向に延びるようにして設けられている。この線状の遮光領域31は適長間隔をおいて配置されており、その遮光領域31間はレーザ光の透過領域32となっている。よって、遮光領域31と透過領域32とがいずれも一方向に延びており、この一方向に垂直の方向に、遮光領域31と透過領域32とが隣接している。なお、遮光領域31は各マスク3について少なくとも1個設けられる。また、遮光領域31の幅及び透過領域32の幅は、後述する結晶成長方向を制御するために任意に決めることができる。このマスク3を介してレーザ光をマイクロレンズ5により被照射体6に照射することにより、a−Si:H膜には、そのチャネル領域形成予定領域7に対応してレーザ光の照射領域が形成される。この予定領域7におけるレーザ光の照射パターンは、マスク3の透過領域32のパターンに対応するものである。
Thus, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1, 2, and 3 (a), one
なお、マイクロレンズ5と遮光部材8が形成された透明基板4aと、マスク3が形成された透明基板4cとは、図5に示すように、両者の間に透明基板4bを配置して、透明基板4a,4b、4cを相互に接着することにより、一体化してもよい。
Note that the
次に、上述のごとく構成された形成装置を使用した低温ポリシリコン膜の形成方法について説明する。図6に示すように、液晶表示装置10は、表示部11にマトリクス状に画素トランジスタを形成し、各画素トランジスタのゲートに信号を出力する駆動部12と、各画素トランジスタにドレイン信号を出力する駆動部13とが、表示部11の周辺部に設けられていて、周辺回路を形成している。このドレイン信号及びゲート信号を走査することにより、各画素トランジスタが動作して、バックライトからの光の透光及び遮光を制御する。
Next, a method for forming a low-temperature polysilicon film using the forming apparatus configured as described above will be described. As shown in FIG. 6, the liquid
従来は、液晶表示装置のガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に対し、レーザ光の線状光源を一方向に走査することにより、アモルファスシリコン膜を溶融凝固させて多結晶化している。このため、図7(a)、(b)に示すように、結晶粒の成長方向は、ガラス基板上のいずれの位置においても、同一方向を向いており、結晶粒は、この結晶成長方向に偏平した形状を有している。従って、周辺回路の例えばドレイン信号の駆動部13が形成された領域では、信号電流i1が図7(a)に示すように、結晶成長方向に通流する結果、電流i1が通過する結晶粒界の数が少なく、電流の易導度が高く、低抵抗である。しかし、トランジスタの形成位置が例えばゲート信号の駆動部12が形成された領域では、信号電流i2が図7(b)に示すように、結晶成長方向に垂直の方向に通流する結果、電流i2が通過する結晶粒界の数が多く、電流の易導度が低く、高抵抗である。
Conventionally, an amorphous silicon film formed on a glass substrate of a liquid crystal display device is scanned with a linear light source of laser light in one direction to melt and solidify the amorphous silicon film to be polycrystallized. For this reason, as shown in FIGS. 7A and 7B, the crystal grain growth direction is the same in any position on the glass substrate, and the crystal grains are in this crystal growth direction. It has a flat shape. Accordingly, in a region where the
これに対し、本実施形態においては、結晶粒の成長方向を、局所的に制御することができ、ガラス基板上のいずれの位置でも、電流が流れる方向に結晶粒の成長方向を調整することができる。先ず、本実施形態の結晶粒の成長方向を制御する動作について説明する。第1工程において、マスク3を使用して、レーザ光を被照射体6に照射する。レーザ光の平行ビームは、マスク3を透過した後、各マイクロレンズ5により集光されて、被照射体6のa−Si:H膜におけるチャネル形成予定領域7に照射される。このとき、レーザ光は、マスク3の遮光領域31においては遮光され、透過領域32を透過した部分のみが、予定領域7に照射され、マスク3と同様の格子状パターンにレーザ光の照射領域が形成される。そして、この予定領域7において、レーザ光が照射された部分のみが溶融凝固して結晶化し、この部分がポリシリコンに相変態する。このポリシリコン部分は、マスク3の透過領域32がマイクロレンズ5により縮小投影された部分であり、この縮小投影された部分にしかレーザ光が照射されないので、図4に示すように、多結晶化したポリシリコンの部分3aは、透過領域32に対応して線状になる。
In contrast, in this embodiment, the growth direction of crystal grains can be locally controlled, and the growth direction of crystal grains can be adjusted to the direction in which current flows at any position on the glass substrate. it can. First, an operation for controlling the growth direction of crystal grains according to the present embodiment will be described. In the first step, the object 6 is irradiated with laser light using the
次いで、第2工程においては、マスク3を取り外し、その後、レーザ光を被照射体6に照射することにより、各チャネル領域形成予定領域7毎に、その予定領域7の全体にレーザ光を照射する。そうすると、ポリシリコンの部分3aは、アモルファスシリコンの部分よりも融点が高いので、第1工程において多結晶化した部分が再溶融することはない。そして、第1工程において、a−Si:H膜におけるマスク3の遮光領域31に対応する部分がアモルファスのまま残存しているので、このアモルファスの部分が、第2工程におけるレーザ照射により、溶融凝固して多結晶化する。この第2工程において多結晶化する部分は、a−Si:H膜における遮光領域31が縮小投影された部分であるので、この第2工程において多結晶化したポリシリコン部分3bは、遮光領域31に対応して線状になる。
Next, in the second step, the
このようにして、チャネル形成予定領域7においては、先ず、部分3aが多結晶化してポリシリコン部分となり、その後、部分3bが遅れて多結晶化するが、この際、部分3bのアモルファスシリコン膜は、部分3aのポリシリコン膜を核として結晶化する。このため、部分3bにおいては、部分3aから、部分3bを挟んで対向する他の部分3aに向けて結晶粒が成長し、この結晶粒の成長は、2個の部分3a間の中間部分まで進行する。よって、第2工程の終了後、図4に示すように、チャネル形成予定領域7において、一定の方向に結晶粒9の成長方向(偏平な方向)が揃ったポリシリコン膜が得られる。このため、他のチャネル形成予定領域7においては、マスク3の遮光領域31及び透過領域32の延びる方向を変更することにより、結晶粒の成長方向が図4とは異なるポリシリコン膜を得ることができる。つまり、図1に示すように、マイクロレンズ5毎に設けられた多数のマスク3の遮光領域31及び透過領域32の延びる方向を、適宜、その場所に合わせたものに設定することにより、チャネル形成予定領域7毎に、結晶粒の成長方向(偏平方向)を任意に調整することができる。よって、図7(b)に示す場合と異なり、周辺回路に形成される全てのトランジスタにおいて、電流が流れる方向に結晶粒9の成長方向を合わせることができ、全てのトランジスタについて、低抵抗化及び高速化することができるとともに、そのトランジスタ特性を均一にすることができる。なお、各マイクロレンズを透過してレーザ光が照射されてアニールされたチャネル形成領域においては、1個のトランジスタを形成してもよいし、同一方向に電流が流れる複数個のトランジスタを形成することもできる。即ち、1個のマイクロレンズにより形成された1個の低温ポリシリコンのアイランドに、1個又は複数個のトランジスタを形成することができる。
In this way, in the channel formation planned
なお、マスク3の透過領域32を透過したレーザ光は、チャネル形成予定領域7において、縮小投影の比率で厳密に縮小された幅で照射されるものではない。また、この透過領域32を透過して予定領域7に照射されたレーザ光の照射幅で厳密に多結晶化した領域が形成されるものではない。アモルファスシリコン膜において、レーザ光が照射された部分から照射されなかった部分への熱伝導と、レーザ光が照射された部分におけるエネルギ密度の不均一性が存在し、縮小投影系における誤差等も存在する。しかし、本実施形態においては、ポリシリコン部分3aの厳密な幅は別として、一旦、線状にポリシリコン部分3aを形成した後、このポリシリコン部分3aを核として次順の結晶化が進行するので、次順の結晶化においては、一定の方向の結晶粒の偏平方向が揃ったポリシリコン部分3bが得られる。
The laser light transmitted through the
以上の実施形態において、レーザ光の発光条件、即ちa−Si:H膜を加熱する条件は、第1工程と第2工程とで同一とすることができる。この発光条件は、レーザ光の照射によりアモルファスシリコン膜を溶融凝固させることができるものである。また、上記実施形態において、部分3aは部分3bにおける多結晶化の際の核となるものであるから、結晶粒が揃った領域を可及的に広くするためには、通常、部分3aは部分3bよりも幅が狭いものとする。また、部分3a同士の間隔は、薄膜トランジスタの大きさが1辺長で10数μm〜数十μm程度であるので、チャネルポリシリコン領域の結晶粒の偏平方向の大きさが1μm以下となるようなものとすることが好ましい。この程度の微小な結晶粒(偏平方向についても)であれば、より十分に安定したトランジスタ特性を得ることができる。従って、マスク3の透過領域32の間隔は、被照射体6に縮小投影された領域において、偏平の結晶粒の長寸が1μm以下程度になるようにすることが好ましい。
In the above embodiment, the laser light emission conditions, that is, the conditions for heating the a-Si: H film can be the same in the first step and the second step. This light emission condition is that the amorphous silicon film can be melted and solidified by irradiation with laser light. In the above embodiment, since the portion 3a serves as a nucleus at the time of polycrystallization in the
なお、この第1実施形態において、マスク3の形状は、図2に示すように、矩形のものに限るものではなく、円形等種々の形状にすることができる。また、遮光領域31及び透過領域32が延びる方向も矩形のマスク4の辺に平行に限らず、傾斜していてもよい。この遮光領域31及び透過領域32が延びる方向は、マスク3毎に変更してもよい。
In the first embodiment, the shape of the
また、上記実施形態においては、第2工程にて、チャネル領域を画定する遮光領域以外のマスクを使用しないものであったが、第2工程においても、マスクを使用し、第1工程において、遮光領域であった部分を透過領域とし、透過領域であった部分を遮光領域として、a−Si:H膜において第1工程でアモルファスのまま残存した部分のみにレーザ光を照射してこの部分をアニールすることとしてもよい。また、この場合に、第2工程における透過領域の幅を、第1工程における遮光領域の幅よりも大きくして、第1工程のレーザ光照射領域よりも、第2工程のレーザ光照射領域の方を大きくして、一部で重なるようにしてもよい。これにより、第2工程において、アモルファスシリコン領域が多結晶化するときに、アモルファスシリコンとして残存している領域の全部を確実に加熱することができ、第1工程で既に多結晶化しているポリシリコン部分3aを起点とする結晶成長を促進することができる。 In the above-described embodiment, the mask other than the light shielding region that defines the channel region is not used in the second step. However, the mask is used in the second step, and the light shielding is performed in the first step. The portion that was the region was used as the transmission region, and the portion that was the transmission region was used as the light-shielding region. Only the portion that remained amorphous in the first step in the a-Si: H film was irradiated with laser light, and this portion was annealed. It is good to do. In this case, the width of the transmission region in the second step is made larger than the width of the light shielding region in the first step, so that the laser light irradiation region in the second step is larger than the laser light irradiation region in the first step. You may make it larger and overlap in part. Thereby, when the amorphous silicon region is polycrystallized in the second step, the entire region remaining as amorphous silicon can be surely heated, and the polysilicon already polycrystallized in the first step Crystal growth starting from the portion 3a can be promoted.
次に、本発明の第2実施形態について説明する。この実施形態は、レーザ光の照射を1回の工程で行うものである。本実施形態は、図8に示すマスク14を使用する。このマスク14は、第1実施形態のマスク3と基本的には同様の構成であるが、本実施形態のマスク14は、遮光領域141の幅が狭く、透過領域142の幅が広いものであり、各領域の幅の広狭の関係がマスク3と逆である。そして、本実施形態においては、レーザ光の照射条件を、図9に示すように、遮光領域141に対応するアモルファスシリコン膜の部分14bが溶融して多結晶化するのに十分なものとする。遮光領域141に対応するチャネル形成予定領域7の部分14aは、遮光領域141の幅と同様に狭幅であり、透過領域142に対応するチャネル形成予定領域7の部分14bは、透過領域142の幅と同様に広幅である。そして、部分14aは基本的にはレーザ光の照射を受けず、部分14bはレーザ光の照射を受ける。これにより、アモルファスシリコン膜における遮光領域141に対応する部分14aと透過領域142に対応する部分14bとで温度差が発生する。しかし、このレーザ光の照射を受けない部分14aも、レーザ光の照射を受けた部分14bが加熱されて溶融したときに、この部分14bの熱が部分14aにも伝達され、部分14aも昇温して溶融する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, laser light irradiation is performed in one step. In this embodiment, a
本実施形態においては、レーザ光の照射を受けた部分14bの中央から、この部分14bを挟んで対向する2個のレーザ光の照射を受けない部分14aに向けて熱が伝達される。この伝達熱により部分14aが溶融し、凝固して多結晶化するが、この部分14aは最も温度が低いので、部分14aから先ず凝固して、多結晶化し、その後、凝固線が部分14bの中央に向けて順次移動する。この場合に、部分14aが最も低く、部分14bの中央が最も高い温度勾配のもとで、凝固が進行する。よって、図9に示すように、凝固して多結晶化した後に、その結晶粒は、部分14aから部分14bの中央に向けて偏平した形状となり、第1実施形態と同様に、結晶粒の成長方向が揃ったポリシリコン膜が得られる。
In the present embodiment, heat is transferred from the center of the
上述の第1及び第2実施形態においては、マスク3又はマスク14を使用することにより、各マスクに対応する各チャネル形成予定領域7においては、その結晶粒の成長方向を一定の方向にすることができ、結晶粒が一定の方向に偏平したポリシリコン膜を得ることができる。このため、マスク3,14及びマイクロレンズ5を各トランジスタ毎に設けることにより、そのマスクにおける遮光領域及び透過領域の方向をマスク毎に適切に設定することによって、液晶表示装置のガラス基板上におけるポリシリコンチャネル領域の位置に応じて、結晶粒の成長方向を任意に設定することができる。従って、液晶表示装置の周辺回路において、各トランジスタのチャネル領域におけるチャネル電流が流れる方向に、結晶粒の成長方向を揃えることができ、周辺回路の全てのトランジスタについて、低抵抗化及び高速化が可能となるとともに、トランジスタ特性を均一化することができる。
In the first and second embodiments described above, by using the
このとき、各トランジスタと各マイクロレンズ及びマスクとを1:1に対応させるのではなく、1又は複数個のトランジスタと、1組のマイクロレンズ及びマスクとを対応させることができる。つまり、1組のマイクロレンズ及びマスクにより決まるポリシリコンの結晶粒の延びる方向に、複数個のトランジスタの駆動電流が流れる方向を合わせることができる。このように、周辺回路における駆動電流が流れる方向に結晶粒の成長方向が揃うため、駆動電流が交差する結晶粒界の数を少なくすることができ、これにより、駆動電流が流れる方向の抵抗を小さくすることができ、低消費電流化及び高速化が可能である。また、各マイクロレンズに対応するマスクの遮光領域及び透過領域が延びる一方向を、各マイクロレンズが照射する位置に合わせて個別に設定することにより、各チャネル領域毎に結晶粒の成長方向を制御することができ、各チャネル領域のチャネル電流が流れる方向に結晶粒の成長方向を確実に合わせることができる。 At this time, each transistor and each microlens and mask do not correspond to 1: 1, but one or a plurality of transistors can correspond to one set of microlens and mask. That is, the direction in which the driving currents of the plurality of transistors flow can be matched with the direction in which the polysilicon crystal grains extend determined by a set of microlenses and mask. Thus, since the growth direction of crystal grains is aligned with the direction in which the drive current flows in the peripheral circuit, the number of crystal grain boundaries where the drive current intersects can be reduced, thereby reducing the resistance in the direction in which the drive current flows. It can be made small, and low current consumption and high speed can be achieved. In addition, the crystal growth direction is controlled for each channel region by individually setting the direction in which the light-shielding region and transmissive region of the mask corresponding to each microlens extends in accordance with the position irradiated by each microlens. Thus, the growth direction of the crystal grains can be surely matched with the direction in which the channel current of each channel region flows.
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態においては、図10及び図11に示すように、各マイクロレンズ5に対応するマスク3は、全体がレーザ光の遮光領域31であり、この遮光領域31の中に、一方向に延びる線状の1個の透光領域32が形成されたものである。このため、アモルファスシリコン膜、即ち、被照射体6における各マイクロレンズ5に対応するマスク3の投影領域においては、1本の線状のレーザ光照射領域が形成される。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, the
そして、図12に示すように、この線状の照射領域3cを、線が延びる前記一方向に垂直の方向に走査する。これは、例えば、レーザ照射装置のマイクロレンズ5及びマスク3を含むレーザ光の照射系を固定して、アモルファスシリコン膜が形成された基板(被照射体6)を前記一方向に垂直の方向に移動させてもよいし、また、前記基板を固定して、前記レーザ光の照射系を前記一方向に垂直の方向に移動させてもよい。
Then, as shown in FIG. 12, the
そうすると、レーザ光の照射領域3cにて、アモルファスシリコン膜が溶融し、その後、照射領域3cが走査により移動して図中矢印方向に移動していくと、熱源が去っていくので、一旦溶融した部分が急冷され、凝固して結晶化する。これにより、レーザ光の線状の照射領域3cが走査により移動していく後方には、前記一方向に垂直の方向に成長した結晶粒9が形成される。
Then, the amorphous silicon film is melted in the laser
従って、本実施形態においても、被照射体6における各マイクロレンズに対応する微小領域(例えば、1トランジスタの形成予定領域)において、結晶粒の成長方向が一定の方向に均一化される。 Therefore, also in this embodiment, the growth direction of crystal grains is made uniform in a certain direction in a minute region (for example, a region where one transistor is to be formed) corresponding to each microlens in the irradiation object 6.
なお、本発明は、1個のマイクロレンズが1個のトランジスタ形成予定領域のチャネル領域に対応するものに限らず、1個のマイクロレンズが複数個のトランジスタ形成予定領域に対応するように、レーザ光を照射してもよい。 The present invention is not limited to one microlens corresponding to the channel region of one transistor formation region, but a laser so that one microlens corresponds to a plurality of transistor formation regions. You may irradiate light.
本発明は、安定したトランジスタ特性の半導体装置の製造に有益である。 The present invention is useful for manufacturing a semiconductor device having stable transistor characteristics.
1:レーザ光源
3、14:マスク
3a:(多結晶)部分
3b:(アモルファス)部分
3c:レーザ光照射領域
4a、4b、4c:透明基板
5:マイクロレンズ
6:被照射体
7:チャネル領域形成予定領域
8:透過部材
9:結晶粒
31、141:遮光領域
32、142:透過領域
1:
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013157549A (en) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | V Technology Co Ltd | Laser annealing device and laser annealing method |
WO2016186043A1 (en) * | 2015-05-19 | 2016-11-24 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing method, laser annealing device, and method for manufacturing thin-film transistor |
WO2017145519A1 (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-31 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing method, laser annealing device and thin film transistor substrate |
WO2017149767A1 (en) * | 2016-03-04 | 2017-09-08 | 堺ディスプレイプロダクト株式会社 | Laser annealing device, mask, thin film transistor, and laser annealing method |
WO2018101154A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser irradiation device and method for manufacturing thin film transistor |
WO2019230194A1 (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-05 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Projection mask and laser irradiation device |
US20200171601A1 (en) * | 2017-08-15 | 2020-06-04 | V Technology Co., Ltd. | Laser irradiation device, method of manufacturing thin film transistor, program, and projection mask |
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---|---|---|---|---|
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JP2003109911A (en) * | 2001-10-01 | 2003-04-11 | Sharp Corp | Device and method for treating thin film and thin film device |
JP2003203874A (en) * | 2002-01-10 | 2003-07-18 | Sharp Corp | Laser irradiator |
JP2004311906A (en) * | 2003-04-10 | 2004-11-04 | Phoeton Corp | Laser processing device and laser processing method |
JP5110830B2 (en) * | 2006-08-31 | 2012-12-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing semiconductor device |
-
2010
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Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013157549A (en) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | V Technology Co Ltd | Laser annealing device and laser annealing method |
US10651294B2 (en) | 2015-05-19 | 2020-05-12 | V Technology Co., Ltd. | Laser annealing method, laser annealing apparatus, and manufacturing process for thin film transistor |
JP2016219581A (en) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing method, laser annealing apparatus, and manufacturing method of thin film transistor |
WO2016186043A1 (en) * | 2015-05-19 | 2016-11-24 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing method, laser annealing device, and method for manufacturing thin-film transistor |
US10644133B2 (en) | 2015-05-19 | 2020-05-05 | V Technology Co., Ltd. | Laser annealing method, laser annealing apparatus, and manufacturing process for thin film transistor |
US10312351B2 (en) | 2015-05-19 | 2019-06-04 | V Technology Co., Ltd. | Laser annealing method, laser annealing apparatus, and manufacturing process for thin film transistor |
CN107615451A (en) * | 2015-05-19 | 2018-01-19 | 株式会社V技术 | The manufacture method of laser anneal method, laser anneal device and thin film transistor (TFT) |
CN108701591A (en) * | 2016-02-23 | 2018-10-23 | 株式会社V技术 | Laser anneal method, laser anneal device and thin film transistor base plate |
TWI713091B (en) * | 2016-02-23 | 2020-12-11 | 日商V科技股份有限公司 | Laser annealing method and apparatus, and thin-film transistor substrate |
US20180366327A1 (en) * | 2016-02-23 | 2018-12-20 | V Technology Co., Ltd. | Laser annealing method, laser annealing apparatus, and thin film transistor substrate |
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JP2017152498A (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-31 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing method, laser annealing apparatus, and thin film transistor substrate |
US20200066517A1 (en) * | 2016-02-23 | 2020-02-27 | V Technology Co., Ltd. | Laser annealing method, laser annealing apparatus, and thin film transistor substrate |
US10971361B2 (en) | 2016-02-23 | 2021-04-06 | V Technology Co., Ltd. | Laser annealing method, laser annealing apparatus, and thin film transistor substrate |
WO2017149767A1 (en) * | 2016-03-04 | 2017-09-08 | 堺ディスプレイプロダクト株式会社 | Laser annealing device, mask, thin film transistor, and laser annealing method |
WO2018101154A1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser irradiation device and method for manufacturing thin film transistor |
US20200171601A1 (en) * | 2017-08-15 | 2020-06-04 | V Technology Co., Ltd. | Laser irradiation device, method of manufacturing thin film transistor, program, and projection mask |
CN111758150A (en) * | 2018-06-01 | 2020-10-09 | 株式会社V技术 | Projection mask and laser irradiation device |
JP2019212712A (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Projection mask and laser irradiation device |
WO2019230194A1 (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-05 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Projection mask and laser irradiation device |
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