JP2020107716A - Laser annealing method and laser annealing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザアニール方法およびレーザアニール装置に関する。 The present invention relates to a laser annealing method and a laser annealing apparatus.
薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)は、薄型ディスプレイ(FPD:Flat Panel Display)をアクティブ駆動するためのスイッチング素子として用いられている。薄膜トランジスタ(以下、TFTという)の半導体層の材料としては、非晶質シリコン(a−Si:amorphous Silicon)や、多結晶シリコン(p−Si:polycrystalline Silicon)などが用いられている。 A thin film transistor (TFT) is used as a switching element for actively driving a flat panel display (FPD). As a material of a semiconductor layer of a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT), amorphous silicon (a-Si:amorphous Silicon), polycrystalline silicon (p-Si:polycrystalline Silicon), or the like is used.
非晶質シリコンは、電子の動き易さの指標である移動度(μ)が低い。このため、非晶質シリコンでは、さらに高密度・高精細化が進むFPDで要求される高移動度には対応しきれない。そこで、FPDにおけるスイッチング素子としては、非晶質シリコンよりも移動度が大幅に高い多結晶シリコンでチャネル半導体層を形成することが好ましい。多結晶シリコン膜を形成する方法としては、エキシマレーザを使ったエキシマレーザアニール(ELA:Excimer Laser Annealing)装置で、非晶質シリコン膜にレーザ光を照射し、非晶質シリコンを再結晶化させて多結晶シリコンを形成する方法がある。 Amorphous silicon has a low mobility (μ), which is an index of electron mobility. For this reason, amorphous silicon cannot support the high mobility required for FPDs, which are becoming higher in density and definition. Therefore, as the switching element in the FPD, it is preferable to form the channel semiconductor layer from polycrystalline silicon, which has significantly higher mobility than amorphous silicon. As a method of forming a polycrystalline silicon film, an excimer laser annealing (ELA: Excimer Laser Annealing) device using an excimer laser is used to irradiate the amorphous silicon film with laser light to recrystallize the amorphous silicon. There is a method of forming polycrystalline silicon.
従来のレーザアニール方法としては、被照射領域において、エキシマレーザアニール(以下、ELAという)装置により発生させたエキシマレーザ光のパルスレーザビームを用いた技術が知られている(特許文献1参照)。 As a conventional laser annealing method, there is known a technique using a pulsed laser beam of excimer laser light generated by an excimer laser annealing (hereinafter referred to as ELA) device in an irradiation region (see Patent Document 1).
このレーザアニール方法では、被処理領域を、パルスレーザビームを発生させる高エネルギー部により照射し、この高エネルギー部が通過した後、逐次的に、それよりも小さなエネルギーのレーザビームでなる低エネルギー部の照射を行う。このレーザアニール方法では、低エネルギー部の照射によって高エネルギー部によって生じた残存結晶化不良領域の結晶化を図っている。 In this laser annealing method, the region to be processed is irradiated with a high-energy portion that generates a pulsed laser beam, and after passing through this high-energy portion, a low-energy portion that is a laser beam with a smaller energy than that is successively obtained. Irradiation. In this laser annealing method, the residual poorly crystallized region generated by the high energy portion by the irradiation of the low energy portion is crystallized.
この他のレーザアニール方法としては、ELA装置によるパルスレーザ光のレーザビームに走査方向に沿ってエネルギー分布を持たせたものなどが提案されている。 As another laser annealing method, a method has been proposed in which a laser beam of pulsed laser light by an ELA device is provided with an energy distribution along the scanning direction.
しかしながら、ELA装置は特殊なガスを使ったガスレーザであり、設備コストならびに維持コストが高いという問題がある。また、ELA装置は、発生出力が強く、レーザ光の位相のそろい具合(コヒーレンス)や出力を一定の状態に保つことが難しいという問題がある。 However, the ELA device is a gas laser using a special gas, and there is a problem that the equipment cost and the maintenance cost are high. Further, the ELA device has a problem that the generated output is strong and it is difficult to keep the phase (coherence) of the laser light in phase and the output constant.
上記の特許文献1に開示されたレーザアニール方法では、多くの数の光源を要するため、さらにコスト高となるという問題がある。また、エキシマレーザのパルス光照射によって形成される多結晶シリコンは、結晶粒径が数10〜350nm程度である。この程度の結晶粒径では、さらに高い移動度を満足することができない。現在でも、FPDにおける画素トランジスタをオン・オフするドライバ回路のTFTはチャネル半導体層領域に高い移動度が要求されている。さらに、FPDにおいては、その大型化、高解像度化、動画特性の高速化に伴って、画素のスイッチング素子としてのTFTにおいても高移動度化が要望される。 The laser annealing method disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 requires a large number of light sources, and thus has a problem of higher cost. Further, the crystal grain size of the polycrystalline silicon formed by the pulsed light irradiation of the excimer laser is about several tens to 350 nm. With such a crystal grain size, higher mobility cannot be satisfied. Even today, a TFT of a driver circuit for turning on/off a pixel transistor in an FPD is required to have high mobility in a channel semiconductor layer region. Furthermore, in FPDs, with the increase in size, resolution, and speed of moving image characteristics, there is a demand for higher mobility in TFTs as pixel switching elements.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、移動度の高い多結晶シリコン膜や疑似単結晶シリコン膜などを必要な領域に安定して形成でき、被処理基板へのレーザ照射条件の制御性がよく、大幅な低コスト化を達成できるレーザアニール方法およびレーザアニール装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can stably form a high-mobility polycrystalline silicon film, a pseudo single crystal silicon film, or the like in a necessary region and perform laser irradiation on a substrate to be processed. It is an object of the present invention to provide a laser annealing method and a laser annealing apparatus which have good controllability of conditions and can achieve significant cost reduction.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、非晶質シリコン膜の改質予定領域に対して、レーザ光のビームスポットを相対的に移動させ、前記非晶質シリコン膜をレーザアニールして結晶化シリコンへ改質させるレーザアニール方法であって、前記レーザ光は、連続発振レーザから出射される連続発振レーザ光であり、前記ビームスポットにおける、当該ビームスポットを相対的に移動させる移動方向の下流側部分のエネルギー密度を、前記ビームスポットの前記移動方向の上流側部分のエネルギー密度よりも高く設定し、
前記改質予定領域の端縁部に、前記ビームスポットを投影して種結晶領域を形成させた後、前記ビームスポットを前記移動方向へ移動して、前記種結晶領域を起点として前記改質予定領域の全面を結晶化シリコン膜に改質させることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the object, an aspect of the present invention is to move a beam spot of laser light relative to a region to be modified in an amorphous silicon film, A laser annealing method for modifying a crystallized silicon by laser annealing a silicon film, wherein the laser beam is a continuous wave laser beam emitted from a continuous wave laser, and the beam spot in the beam spot is a relative beam. Energy density of the downstream side portion of the moving direction to be moved in a higher direction than the energy density of the upstream side portion of the beam spot in the moving direction,
After forming the seed crystal region by projecting the beam spot on the edge portion of the reforming scheduled region, the beam spot is moved in the moving direction, and the reforming scheduled from the seed crystal region as a starting point. It is characterized in that the entire surface of the region is modified into a crystallized silicon film.
上記態様としては、前記種結晶領域を形成した後、前記連続発振レーザ光の出射を停止させ、その後、所定時間内に前記連続発振レーザ光の出射を開始させて、前記ビームスポットを移動させることが好ましい。 In the above aspect, after the seed crystal region is formed, the emission of the continuous wave laser beam is stopped, and then the emission of the continuous wave laser beam is started within a predetermined time to move the beam spot. Is preferred.
上記態様としては、前記種結晶領域を形成した後、前記連続発振レーザ光を出射させた状態のまま連続して前記ビームスポットを移動させることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that after the seed crystal region is formed, the beam spot is continuously moved while the continuous oscillation laser light is emitted.
上記態様としては、前記ビームスポットにおける前記上流側部分のエネルギー密度が前記移動方向の上流側へ向けて漸次減少することが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the energy density of the upstream side portion of the beam spot gradually decreases toward the upstream side in the moving direction.
上記態様としては、前記連続発振レーザは、半導体レーザであることが好ましい。 In the above aspect, the continuous wave laser is preferably a semiconductor laser.
上記態様としては、前記ビームスポットにおける前記下流側部分のエネルギー密度を、前記非晶質シリコン膜を溶融させる閾値より高く設定し、前記ビームスポットの前記上流側部分におけるエネルギー密度を、前記移動方向の上流側に向けて前記閾値を通過して漸次低下するように設定することが好ましい。 As the above aspect, the energy density of the downstream side portion of the beam spot is set higher than a threshold value for melting the amorphous silicon film, and the energy density of the upstream side portion of the beam spot in the moving direction is set. It is preferable that the threshold value is set so as to gradually decrease by passing through the threshold value toward the upstream side.
上記態様としては、前記ビームスポットを、細長い矩形状に形成し、前記ビームスポットの長軸が、前記移動方向に直交する方向となるように、当該ビームスポットを前記非晶質シリコン膜へ投影することが好ましい。 In the above aspect, the beam spot is formed in an elongated rectangular shape, and the beam spot is projected on the amorphous silicon film so that the major axis of the beam spot is in a direction orthogonal to the moving direction. It is preferable.
本発明の他の態様としては、被処理基板の上に形成された非晶質シリコン膜に対して、ビームスポットを相対的に移動させ、前記非晶質シリコン膜をレーザアニールして結晶化シリコンへ改質させるレーザアニール装置であって、前記被処理基板を配置する基台と、前記基台に配置された前記被処理基板に対して相対的に移動され、連続発振レーザ光を出射する連続発振レーザを備えたレーザビーム照射部と、を備え、前記連続発振レーザから出射される連続発振レーザ光の前記ビームスポットにおける、当該ビームスポットを相対的に移動させる移動方向の下流側部分のエネルギー密度が、前記ビームスポットの前記移動方向の上流側部分のエネルギー密度よりも高く設定されていることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, the beam spot is relatively moved with respect to the amorphous silicon film formed on the substrate to be processed, and the amorphous silicon film is laser-annealed to crystallize silicon. A laser annealing apparatus for reforming into a base, on which the substrate to be processed is arranged, and a continuous wave laser beam that is moved relative to the substrate to be processed arranged on the base and emits continuous wave laser light. An energy density of a downstream portion of the beam spot of the continuous wave laser beam emitted from the continuous wave laser in the moving direction in which the beam spot is relatively moved. Is set to be higher than the energy density of the upstream side portion of the beam spot in the moving direction.
上記態様としては、前記ビームスポットにおける前記上流側部分のエネルギー密度が前記移動方向の上流側へ向けて漸次減少するように設定されていることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the energy density of the upstream side portion of the beam spot is set to gradually decrease toward the upstream side in the moving direction.
上記態様としては、前記連続発振レーザは、半導体レーザであることが好ましい。 In the above aspect, the continuous wave laser is preferably a semiconductor laser.
上記態様としては、前記ビームスポットの前記下流側部分におけるエネルギー密度は、前記非晶質シリコン膜を溶融させる閾値より高く設定され、前記ビームスポットの前記上流側部分におけるエネルギー密度は、前記移動方向の上流側に向けて前記閾値を通過して漸次低下するように設定されていることが好ましい。 In the above aspect, the energy density in the downstream portion of the beam spot is set higher than a threshold value for melting the amorphous silicon film, and the energy density in the upstream portion of the beam spot is in the moving direction. It is preferable that the threshold value is set so as to pass through the threshold value and gradually decrease toward the upstream side.
上記態様としては、前記ビームスポットが、細長い矩形状に形成され、前記ビームスポットの長軸が、前記移動方向に直交する方向となるように配置されていることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the beam spot is formed in an elongated rectangular shape and is arranged such that a major axis of the beam spot is in a direction orthogonal to the moving direction.
上記態様としては、レーザビーム照射部は、前記ビームスポットの前記上流側部分のエネルギー密度よりも、前記下流側部分のエネルギー密度の方が高くなるように設定された非対称シリンドカルレンズを備えることが好ましい。 In the above aspect, the laser beam irradiation unit includes an asymmetric cylindrical lens set such that the energy density of the downstream portion is higher than the energy density of the upstream portion of the beam spot. Is preferred.
本発明によれば、移動度の高い多結晶シリコン膜や疑似単結晶シリコン膜などを必要な領域に安定して形成でき、被処理基板へのレーザ照射条件の制御性がよく、大幅な低コスト化を達成できるレーザアニール方法およびレーザアニール装置を実現できる。 According to the present invention, a high-mobility polycrystalline silicon film, a pseudo single crystal silicon film, or the like can be stably formed in a necessary region, controllability of laser irradiation conditions on a substrate to be processed is good, and significantly low cost is achieved. It is possible to realize a laser annealing method and a laser annealing apparatus that can achieve high efficiency.
以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法およびレーザアニール装置の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の数、各部材の寸法、寸法の比率、形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。 The details of the laser annealing method and the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic and the number of each member, the size of each member, the ratio of the sizes, the shape, and the like are different from the actual ones. In addition, the drawings include portions having different dimensional relationships, ratios, and shapes.
[実施の形態]
レーザアニール方法の説明に先駆けて、このレーザアニール方法でアニール処理を行う被処理基板の一例と、レーザアニール方法に用いるレーザアニール装置10と、について説明する。
[Embodiment]
Prior to the description of the laser annealing method, an example of the substrate to be annealed by the laser annealing method and the
(被処理基板)
図1に示すように、被処理基板1は、ガラス基板2と、このガラス基板2の表面に配置されたゲート配線3と、ガラス基板2およびゲート配線3の上に形成されたゲート絶縁膜4と、このゲート絶縁膜4の上に全面に堆積された非晶質シリコン膜5と、を備える。被処理基板1は、最終的に薄膜トランジスタ(TFT)などが作り込まれたTFT基板となる。なお、本実施の形態では、非晶質シリコン膜5の全面を改質予定領域とするが、これに限定されるものではなく、大きさや形状は適宜変更可能である。
(Substrate to be processed)
As shown in FIG. 1, a substrate 1 to be processed includes a
(レーザアニール装置の概略構成)
以下、図1から図4を用いて、本実施の形態に係るレーザアニール装置10の概略構成を説明する。図1に示すように、レーザアニール装置10は、基台11と、レーザビーム照射部12と、を備える。
(Schematic configuration of laser annealing device)
Hereinafter, the schematic configuration of the
基台11は、図示しない基板搬送手段を備えている。このレーザアニール装置10においては、被処理基板1を基台11の上に配置した状態で、図示しない基板搬送手段によって、後述するビームスポットLBSの相対的な移動方向Trと反対の基板移動方向Tに向けて搬送する。なお、図6−1に示すように、ビームスポットLBSの相対的な移動方向Trとは、図6−1に矢印Trで示す方向であり、被処理基板1の基板移動方向Tと反対の方向である。
The
図1に示すように、レーザビーム照射部12は、連続発振レーザ光(CWレーザ光)を発振する光源としての半導体レーザ13と、第1レンズ14と、第2レンズ15と、第1フライアイレンズ16と、第2フライアイレンズ17と、第1シリンドカルレンズ18と、第2シリンドカルレンズ19と、非対称シリンドカルレンズ20と、を備える。レーザビーム照射部12では、図4に示すように、非晶質シリコン膜5に投影されるビームスポットLBSが細長い矩形状になるように設定されている。
As shown in FIG. 1, the laser
本実施の形態では、半導体レーザ13から発振された連続発振レーザ光は、第1レンズ14および第2レンズ15により、拡散されて拡がるレーザビームとなる。半導体レーザ13から発振されたレーザビーム(図1の位置Aにおけるレーザビーム)は、図3(A)に示すようなエネルギー密度分布であり、左右対称なガウス分布となる。また、第2シリンドカルレンズ19を通過したレーザビームは、図3(B)に示すような矩形波状のエネルギー密度分布となる。
In the present embodiment, the continuous wave laser light emitted from the
図1および図2に示すように、非対称シリンドカルレンズ20は、凸レンズ部21と、凹レンズ部22と、がそれぞれ長手方向に沿って延びるように形成されている。図1に示すように、凸レンズ部21は、レーザビームLBを構成する光線を収束させる作用を有する。また、凹レンズ部22は、レーザビームLBを構成する光線を分散させる作用を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the asymmetric
このため、図3(C)に示すように、非対称シリンドカルレンズ20を通過したレーザビームLB(図1の位置Cおけるレーザビーム)の短軸方向(基板移動方向Tと平行をなす方向)のエネルギー密度の分布は、高い領域AHと低い領域ALとを有する。高い領域AHが、ビームスポットLBSの一部として投影された場合、この高いエネルギー密度に起因して非晶質シリコン膜5を加熱する温度は、非晶質シリコン膜5を溶融させる温度の閾値よりも高く設定されている。
Therefore, as shown in FIG. 3C, the minor axis direction (direction parallel to the substrate moving direction T) of the laser beam LB (the laser beam at the position C in FIG. 1) that has passed through the asymmetric
一方、図3(C)に示したエネルギー密度の低い領域ALでは、エネルギー密度が、ビームスポットLBSの移動方向(基板移動方向Tと反対の方向)の上流側へ向けて漸次低下するように設定されている。 On the other hand, in the region AL having a low energy density shown in FIG. 3C, the energy density is set to gradually decrease toward the upstream side in the moving direction of the beam spot LBS (direction opposite to the substrate moving direction T). Has been done.
図3(C)における低い領域ALのエネルギー密度分布における傾斜部SPでは、非晶質シリコン膜5を溶融させる温度を通過して漸次低下する傾斜となっている。なお、この傾斜部SPの傾斜度合いは、実験値に基づいて設定されている。
The slope portion SP in the energy density distribution of the low region AL in FIG. 3C has a slope that gradually decreases after passing the temperature at which the
(レーザアニール方法)
以上、本実施の形態に係るレーザアニール装置10について説明したが、次に、このレーザアニール装置10を用いて被処理基板1の表面の非晶質シリコン膜5にレーザアニール処理を行うレーザアニール方法について説明する。
(Laser annealing method)
The
本実施の形態では、図4に示すように基台11の上に複数の被処理基板1を配置した例を用いて説明するが、このような処理形態に限定されるものではない。以下、図5−1に示す1枚の被処理基板1の表面の非晶質シリコン膜5の全面にレーザアニール処理を行う場合について説明する。
In the present embodiment, an example in which a plurality of substrates 1 to be processed are arranged on a base 11 as shown in FIG. 4 will be described, but the present invention is not limited to such a processing mode. Hereinafter, a case where the laser annealing process is performed on the entire surface of the
まず、レーザビーム照射部12で作成するビームスポットLBSの位置に対して、被処理基板1を待機位置に配置しておく。なお、この時点では、レーザビーム照射部12はオフの状態にしておく。
First, the substrate 1 to be processed is placed at the standby position with respect to the position of the beam spot LBS created by the laser
次に、ビームスポットLBSの位置を固定した状態で、被処理基板1を基板移動方向Tへ所定の速度で搬送する。図5−2に示すように、改質予定領域としての非晶質シリコン膜5の端縁部が、ビームスポットLBSが投影される位置に、移動したときに、レーザビーム照射部12を所定短時間オンにした後、オフに切り換える。
Next, with the position of the beam spot LBS fixed, the substrate 1 to be processed is transported in the substrate moving direction T at a predetermined speed. As shown in FIG. 5-2, when the edge portion of the
本実施の形態では、この短時間のビームスポットLBSでのレーザビームの照射により、非晶質シリコン膜5の端縁部には、種結晶領域5Aが形成される(図5−3および図6−1参照)。なお、図6−1に示す種結晶領域5Aの短軸方向の幅寸法Wは、ビームスポットLBSの短軸方向の幅と同じであり、図6−2に示すように、ビームスポットLBSの短軸方向(基板長さ方向)のエネルギー密度分布における時間幅tに対応する。
In the present embodiment, the
なお、上記の所定短時間のビームスポットLBSによるアニールに際しては、図3(C)に示す高い領域AHに対応する領域の非晶質シリコン膜5が瞬時に溶融する。このとき、低い領域ALに対応する領域の非晶質シリコン膜5が溶融した非晶質シリコン膜5(溶融したシリコン)が徐々に基板移動方向Tに向けて下がる温度勾配(エネルギー密度の勾配)によって、基板移動方向Tに向けて微結晶シリコンでなる種結晶領域5Aが形成されていく。
During the annealing with the beam spot LBS for the predetermined short time, the
次に、上記のように種結晶領域5Aを形成した直後に、図6−2に示すように、レーザビーム照射部12を再度、オン状態にしてレーザビームLBの照射を再開する。このとき、被処理基板1は、一定の速度で、基板移動方向Tに沿って移動させる。そして、被処理基板1の改質予定領域の他方の端縁部にビームスポットLBSが投影される位置に達したときに、レーザビーム照射部12をオフにする。
Next, immediately after the
このようなレーザアニール方法を行うことにより、図6−1に示すように、非晶質シリコン膜5の一方の端縁部から他方の端縁部まで、改質予定領域の略全面を結晶化シリコンとしての疑似単結晶シリコン膜5Bに改質することができる。ここでは、疑似単結晶シリコン膜5Bの成長に際して、種結晶領域5Aが起点として、良質な疑似単結晶シリコン膜5Bの結晶成長を促す作用を有する。なお、上記実施の形態では、種結晶領域5Aを形成する際に、エネルギー強度の高い領域AHと低い領域ALとの分布を持つビームスポットLBSを用いたが、均一なエネルギー強度を持つビームスポットを用いてもよい。このような種結晶領域5Aの形成は、被処理基板1がビームスポットLBSに対して静止した状態で行ってもよい。また、この種結晶領域5Aの形成に用いるレーザは、パルスレーザであってもよい。
By performing such a laser annealing method, as shown in FIG. 6A, substantially the entire reformed region is crystallized from one edge of the
以上のように、本実施の形態に係るレーザアニール方法では、レーザ光として、連続発振レーザから出射されるCWレーザ光を用いる。また、このレーザアニール方法では、ビームスポットLBSにおける、相対的に移動させる移動方向(基板移動方向Tと反対の方向)の下流側部分(高い領域AH)のエネルギー密度を、上流側部分(低い領域AL)のエネルギー密度よりも高く設定している。 As described above, in the laser annealing method according to the present embodiment, the CW laser light emitted from the continuous wave laser is used as the laser light. Further, in this laser annealing method, the energy density of the beam spot LBS in the downstream side portion (higher area AH) in the moving direction (direction opposite to the substrate moving direction T) in the beam spot LBS is changed to the upstream side portion (lower area). It is set higher than the energy density of (AL).
そして、本実施の形態では、図6−2に示すように、種結晶領域5Aを形成した後、レーザビーム照射部12をオフにして連続発振レーザ光の出射を停止させている。その後、所定短時間内に連続発振レーザ光の出射を開始させて、ビームスポットLBSを被処理基板1に対して相対的に移動させている。
Then, in the present embodiment, as shown in FIG. 6B, after the
本実施の形態では、上記のレーザアニール方法のように、ビームスポットLBSにおける低い領域AH(上流側部分)のエネルギー密度が移動方向(基板移動方向Tと反対の方向)Trの上流側へ向けて漸次減少するように設定することで、ビームスポットLBSを非晶質シリコン膜5へ投影させるだけで、良質な種結晶領域5Aを形成できる。このため、この種結晶領域5Aを起点として、その後の良質な疑似単結晶シリコン膜5Bの成長に繋げることができる。
In the present embodiment, as in the laser annealing method described above, the energy density of the low region AH (upstream side portion) in the beam spot LBS is directed toward the upstream side in the moving direction (direction opposite to the substrate moving direction T) Tr. By setting the beam spot LBS so as to be gradually reduced, the good quality
本実施の形態に係るレーザアニール装置10は、連続発振レーザとして半導体レーザを用いているため、装置の小型化を実現できる。
Since the
上記のレーザアニール方法およびレーザアニール装置10では、ビームスポットLBSを、細長い矩形状に形成し、ビームスポットLBSの長軸が、移動方向(基板移動方向Tと反対の方向)Trに直交する方向となるように設定したことにより、幅の広い改質予定領域に対しても対応することができる。
In the above laser annealing method and
(レーザアニール方法およびレーザアニール装置の効果)
本実施の形態に係るレーザアニール方法およびレーザアニール装置10によれば、移動度の高い多結晶シリコン膜や疑似単結晶シリコン膜などの結晶化シリコンを、必要な領域に安定して形成できる。
(Effects of laser annealing method and laser annealing apparatus)
According to the laser annealing method and the
また、本実施の形態に係るレーザアニール装置10によれば、連続発振レーザ光を用い、特に半導体レーザ13を用いることができるため、被処理基板1へのレーザ照射条件の制御性がよく、大幅な低コスト化を達成できる。
Further, according to the
本実施の形態に係るレーザアニール装置10では、単一の光源を用いて、種結晶領域5Aの作製および疑似単結晶シリコン膜5Bの作製を行えるため、レーザアニール工程数を大幅に低減させる効果がある。このため、TFTの製造に本実施の形態に係るレーザアニール装置10を適用することにより、TFTの製造工程を簡略することが可能となる。
In the
[その他の実施の形態]
以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other Embodiments]
Although the embodiments have been described above, it should not be understood that the description and drawings forming part of the disclosure of the embodiments limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、上記の実施の形態に係るレーザアニール方法およびレーザアニール装置10では、連続発振レーザ光(CWレーザ光)を発振する光源としての半導体レーザ13を適用したが、これに限定されるものではなく、固体レーザ、気体レーザ、金属レーザなど連続発振レーザ光を発振する各種のレーザを用いることも可能である。また、連続発振レーザとしては、パルス幅が溶融シリコンの冷却時間よりも長い、例えば、数百ns〜1ms程度以上のパルス幅を有するレーザを含む、疑似連続発振レーザを用いることも本発明の適用範囲である。
For example, in the laser annealing method and the
上記の実施の形態に係るレーザアニール方法では、図6−2に示すように、種結晶領域5Aを形成した後、レーザビーム照射部12をオフにして連続発振レーザ光の出射を停止させているが、図6−3の他の実施例に示すように、種結晶領域5Aを形成した後、連続してビームスポットLBSを相対的に移動させるようにしてもよい。
In the laser annealing method according to the above-described embodiment, as shown in FIG. 6B, after forming the
上記の実施の形態に係るレーザアニール装置10では、非対称シリンドカルレンズ20として凹レンズ部22を備える構造のものを適用したが、図7に示す非対称シリンドカルレンズ20Aのように、凸レンズ部21と平面部23とを有する構造のものを適用してもよい。なお、図2に示した非対称シリンドカルレンズ20のような凹レンズ部22を選択するか、図7に示した非対称シリンドカルレンズ20のような平面部23を選択するかは、作成するビームスポットLBSに付与するエネルギー密度分布に応じて決定することができる。
In the
上記の実施の形態では、結晶化シリコン膜として、疑似単結晶シリコン膜5Bを形成したが、種結晶領域から多結晶シリコン膜を成長させる構成としても勿論よい。この場合も、種結晶領域5Aを起点として、良質な多結晶シリコン膜を形成することが可能となる。
Although the pseudo single
LB レーザビーム
LBS ビームスポット
T 基板移動方向(ビームスポットの相対的な移動方向Trと反対の方向)
Tr 相対的な移動方向
W 幅寸法
1 被処理基板
2 ガラス基板
3 ゲート配線
4 ゲート絶縁膜
5 非晶質シリコン膜
5A 種結晶領域
5B 疑似単結晶シリコン(結晶化シリコン)膜
10 レーザアニール装置
11 基台
12 レーザビーム照射部
13 半導体レーザ
14 第1レンズ
15 第2レンズ
16 第1フライアイレンズ
17 第2フライアイレンズ
18 第1シリンドカルレンズ
19 第2シリンドカルレンズ
20 非対称シリンドカルレンズ
LB laser beam LBS beam spot T substrate moving direction (direction opposite to relative moving direction Tr of beam spot)
Tr Relative movement direction W Width dimension 1
Claims (13)
前記レーザ光は、連続発振レーザから出射される連続発振レーザ光であり、
前記ビームスポットにおける、当該ビームスポットを相対的に移動させる移動方向の下流側部分のエネルギー密度を、前記ビームスポットの前記移動方向の上流側部分のエネルギー密度よりも高く設定し、
前記改質予定領域の端縁部に、前記ビームスポットを投影して種結晶領域を形成させた後、
前記ビームスポットを前記移動方向へ移動して、前記種結晶領域を起点として前記改質予定領域の全面を結晶化シリコン膜に改質させる
レーザアニール方法。 A laser annealing method in which a beam spot of laser light is moved relative to a region to be modified in an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is laser-annealed to be modified into crystallized silicon. ,
The laser light is continuous wave laser light emitted from a continuous wave laser,
In the beam spot, the energy density of the downstream side portion in the moving direction for relatively moving the beam spot is set higher than the energy density of the upstream side portion in the moving direction of the beam spot,
After forming the seed crystal region by projecting the beam spot on the edge portion of the modification target region,
A laser annealing method in which the beam spot is moved in the movement direction, and the entire surface of the modification target area is modified into a crystallized silicon film starting from the seed crystal area.
その後、所定時間内に前記連続発振レーザ光の出射を開始させて、前記ビームスポットを移動させる
請求項1に記載のレーザアニール方法。 After forming the seed crystal region, the emission of the continuous wave laser light is stopped,
After that, the laser annealing method according to claim 1, wherein the continuous wave laser light is started to be emitted within a predetermined time to move the beam spot.
請求項1に記載のレーザアニール方法。 The laser annealing method according to claim 1, wherein after the seed crystal region is formed, the beam spot is continuously moved while the continuous wave laser light is emitted.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載レーザアニール方法。 The laser annealing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the energy density of the upstream side portion of the beam spot gradually decreases toward the upstream side in the moving direction.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。 The laser annealing method according to claim 1, wherein the continuous wave laser is a semiconductor laser.
前記ビームスポットの前記上流側部分におけるエネルギー密度を、前記移動方向の上流側に向けて前記閾値を通過して漸次低下するように設定する
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。 The energy density of the downstream side portion of the beam spot is set higher than a threshold value for melting the amorphous silicon film,
The energy density in the upstream portion of the beam spot is set so as to pass through the threshold value and gradually decrease toward the upstream side in the moving direction. Laser annealing method.
前記ビームスポットの長軸が、前記移動方向に直交する方向となるように、当該ビームスポットを前記非晶質シリコン膜へ投影する
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。 The beam spot is formed in an elongated rectangular shape,
The laser annealing according to any one of claims 1 to 6, wherein the beam spot is projected onto the amorphous silicon film so that a major axis of the beam spot is a direction orthogonal to the moving direction. Method.
前記被処理基板を配置する基台と、
前記基台に配置された前記被処理基板に対して相対的に移動され、連続発振レーザ光を出射する連続発振レーザを備えたレーザビーム照射部と、
を備え、
前記連続発振レーザから出射される連続発振レーザ光の前記ビームスポットにおける、当該ビームスポットを相対的に移動させる移動方向の下流側部分のエネルギー密度が、前記ビームスポットの前記移動方向の上流側部分のエネルギー密度よりも高く設定されている
レーザアニール装置。 It is a laser annealing apparatus that moves a beam spot relative to an amorphous silicon film formed on a substrate to be processed and performs laser annealing on the amorphous silicon film to modify it into crystallized silicon. hand,
A base on which the substrate to be processed is placed,
A laser beam irradiator provided with a continuous wave laser that is moved relative to the substrate to be processed arranged on the base and emits continuous wave laser light;
Equipped with
In the beam spot of the continuous wave laser beam emitted from the continuous wave laser, the energy density of the downstream side portion in the moving direction for relatively moving the beam spot is equal to that of the upstream side portion in the moving direction of the beam spot. Laser annealing equipment set higher than the energy density.
請求項8に記載のレーザアニール装置。 The laser annealing apparatus according to claim 8, wherein the energy density of the upstream portion of the beam spot is set to gradually decrease toward the upstream side in the moving direction.
請求項8または請求項9に記載のレーザアニール装置。 The laser annealing apparatus according to claim 8 or 9, wherein the continuous wave laser is a semiconductor laser.
前記ビームスポットの前記上流側部分におけるエネルギー密度は、前記移動方向の上流側に向けて前記閾値を通過して漸次低下するように設定されている
請求項8から請求項10のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 The energy density in the downstream portion of the beam spot is set higher than a threshold value for melting the amorphous silicon film,
The energy density in the upstream portion of the beam spot is set so as to gradually decrease by passing the threshold value toward the upstream side in the moving direction. The laser annealing apparatus described.
前記ビームスポットの長軸が、前記移動方向に直交する方向となるように配置されている
請求項8から請求項11のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 The beam spot is formed in an elongated rectangular shape,
The laser annealing apparatus according to any one of claims 8 to 11, wherein the major axis of the beam spot is arranged so as to be a direction orthogonal to the moving direction.
請求項8から請求項12のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 The laser beam irradiation unit includes an asymmetric cylindrical lens set such that the energy density of the downstream side portion is higher than the energy density of the upstream side portion of the beam spot. 13. The laser annealing device according to any one of 12.
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003031496A (en) * | 2001-07-17 | 2003-01-31 | Sharp Corp | Manufacturing method of semiconductor substrate and semiconductor device |
JP2003218027A (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-31 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Method of growing crystal and laser annealing apparatus |
JP2004087961A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Sony Corp | Crystallizing method of amorphous silicon |
JP2005129769A (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-19 | Hitachi Ltd | Method for modifying semiconductor thin film, modified semiconductor thin film, method for evaluating the same, thin film transistor formed of semiconductor thin film, and image display device having circuit constituted by using the thin film transistor |
JP2006156676A (en) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser anneal method |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003031496A (en) * | 2001-07-17 | 2003-01-31 | Sharp Corp | Manufacturing method of semiconductor substrate and semiconductor device |
JP2003218027A (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-31 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Method of growing crystal and laser annealing apparatus |
JP2004087961A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Sony Corp | Crystallizing method of amorphous silicon |
JP2005129769A (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-19 | Hitachi Ltd | Method for modifying semiconductor thin film, modified semiconductor thin film, method for evaluating the same, thin film transistor formed of semiconductor thin film, and image display device having circuit constituted by using the thin film transistor |
JP2006156676A (en) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser anneal method |
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