JP2021136299A - Manufacturing method of flexible display panel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機ELディスプレイ(OLED)や液晶ディスプレイ(LCD)などの小〜大面積のパネルを低温、低コストで製造できるフレキシブルディスプレイパネルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a flexible display panel capable of manufacturing a small to large area panel such as an organic EL display (OLED) or a liquid crystal display (LCD) at a low temperature and at a low cost.
従来、フラットパネルディスプレイ(FPD)は、液晶ディスプレイ(LCD)が主流であり、特に中〜大面積パネルの液晶を制御する薄膜トランジスタ(TFT)には、約500℃以下の温度で製造可能な水素化アモルファスシリコンTFTが主に用いられてきた。
一方で、ドライバICなどを搭載したガラスやプラスチック製のフレキシブルなパネルに、より高精細な品質が求められるにつれ、中〜小型LCDを中心に、耐熱温度が低い樹脂基板でも製造可能な、低温ポリシリコンTFT(LTPS-TFT)の需要が増加している。
Conventionally, liquid crystal displays (LCDs) have been the mainstream of flat panel displays (FPDs), and especially for thin film transistors (TFTs) that control liquid crystals in medium to large area panels, hydrogenation that can be produced at a temperature of about 500 ° C or less. Amorphous silicon TFTs have been mainly used.
On the other hand, as flexible panels made of glass or plastic equipped with driver ICs are required to have higher definition quality, low-temperature polysilicon that can be manufactured mainly on medium to small LCDs and resin substrates with low heat resistance temperature. Demand for silicon TFTs (LTPS-TFTs) is increasing.
このLTPS-TFTの需要増加の傾向は、より高い電流駆動能力を求められる有機ELディスプレイ(OLED)でも同様で、高い移動度、CMOS駆動搭載が可能なほか、アモルファスシリコンTFTより経時劣化が少ないことからも、中小型パネルを中心にLTPS-TFTが主流になりつつある。
パネル(基板)の面積が大きくなるほど基板全面をアニールできる高出力のレーザー発振器が必要になるが、紫外ビーム光を照射できるエキシマレーザーアニール装置は、1パルスごとの高エネルギー化と高繰り返し化の両立が難しいことから、スループットの向上には限界があり、LTPS-TFTを搭載した大型パネルを製造するには、相応のレーザー設備を投資しなければならず、製造コストが高くなるという問題がある。
This trend of increasing demand for LTPS-TFT is the same for organic EL displays (OLEDs) that require higher current drive capability, and in addition to being able to be equipped with high mobility and CMOS drive, it has less deterioration over time than amorphous silicon TFTs. Therefore, LTPS-TFT is becoming mainstream mainly for small and medium-sized panels.
As the area of the panel (board) increases, a high-power laser oscillator that can anneal the entire surface of the board is required, but the excimer laser annealing device that can irradiate ultraviolet beam light achieves both high energy and high repetition for each pulse. Therefore, there is a limit to the improvement of throughput, and in order to manufacture a large panel equipped with LTPS-TFT, it is necessary to invest appropriate laser equipment, and there is a problem that the manufacturing cost becomes high.
また、エキシマレーザーアニール(ELA)は、一般に粒径を制御することが難しく、現状では、ばらつきの少ない均一なTFT特性を得るのは困難であり、また、平坦で均一な小粒径の結晶粒を得るためには、PECVD法によるシリコン成膜後(ELA前)にやや高温(500℃前後)の脱水素処理をしなければならないため、製造過程の処理温度が高温になるという問題がある。
そのため、特に500℃程度しか耐熱性を有しないポリイミド(PI)には温度の制約があり、さらに安価なポリカーボネート(PC)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、シクロオレフィンポリマー(COP)などのフレキシブルな樹脂は、高温になる処理温度の問題から基板には使えない。
Further, in excimer laser annealing (ELA), it is generally difficult to control the particle size, and at present, it is difficult to obtain uniform TFT characteristics with little variation, and flat and uniform small particle size crystal grains. In order to obtain this, dehydrogenation treatment at a slightly high temperature (around 500 ° C.) must be performed after silicon deposition by the PECVD method (before ELA), so that there is a problem that the processing temperature in the manufacturing process becomes high.
Therefore, especially polyimide (PI), which has heat resistance of only about 500 ° C, has temperature restrictions, and is more inexpensive polycarbonate (PC), polyethylene naphthalate (PEN), polyether sulfone (PES), and cycloolefin polymer. Flexible resins such as (COP) cannot be used for substrates due to the problem of high processing temperature.
そこで、本願発明者は、青色半導体レーザーを用いたレーザーアニール(BLDA)により、脱水素処理をせずに、均一に電流を流せる小粒径の高性能なTFTを実現でき、結晶化の処理温度を低温化(300℃以下)できる技術を発明した(特許文献1)。
連続(CW)走査によるBLDA法によるレーザーアニールは、ELAよりも半導体膜の加熱時間が長いものの、RTAよりは短くでき、局所加熱、半導体膜及びその下層の温度制御が可能であるため、脱水素処理せずに結晶化させることが可能であり、フレキシブルな樹脂基板にも利用できる。
Therefore, the inventor of the present application can realize a high-performance TFT having a small particle size that allows a uniform current to flow without dehydrogenation by laser annealing (BLDA) using a blue semiconductor laser, and the crystallization processing temperature. Invented a technique capable of lowering the temperature (300 ° C. or lower) (Patent Document 1).
Laser annealing by the BLDA method by continuous (CW) scanning takes longer than ELA to heat the semiconductor film, but can be shorter than RTA, and local heating and temperature control of the semiconductor film and its lower layer are possible, so dehydrogenation is possible. It can be crystallized without treatment and can also be used for flexible resin substrates.
しかしながら、例えば、周辺走査回路には高い駆動電流を得られる高移動度のTFTが必要であるため、より高い結晶性を得られる高いパワー照射が有利であり、PECVDによる成膜の場合、脱水素処理をすることがより望ましいが、パネル(基板)の面積が大きくなるほど、基板全面を結晶化させるには処理時間がかかり、スループットの向上にも限界があった。 However, for example, since a peripheral scanning circuit requires a high mobility TFT that can obtain a high drive current, high power irradiation that can obtain higher crystallinity is advantageous, and in the case of film formation by PECVD, dehydrogenation is performed. It is more desirable to perform the treatment, but as the area of the panel (board) increases, it takes a long time to crystallize the entire surface of the substrate, and there is a limit to the improvement of the throughput.
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、有機ELディスプレイ(OLED)や液晶ディスプレイ(LCD)などの画素駆動用LTPS-TFTを搭載した小〜大面積のパネルに対して、低温、低コストで製造できるフレキシブルディスプレイパネルの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention is manufactured at low temperature and at low cost for small to large area panels equipped with LTPS-TFT for pixel driving such as organic EL display (OLED) and liquid crystal display (LCD). It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a flexible display panel capable of being capable of manufacturing.
本発明にかかるフレキシブルディスプレイパネルの製造方法は、
画素部及び周辺の走査回路部からなるフレキシブル基板上に、
水素化アモルファスシリコン膜を堆積させて非晶質の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に対して、
画素部を除く周辺の走査回路部にのみ、
波長180〜500nmのエネルギービームを、
300mm/s以上の走査速度、6.5×105W/cm2〜2.4×106W/cm2のレーザー出力、連続発振(CW)モードで照射することにより、
画素部を除く周辺の走査回路部の半導体層のみを、同じレーザーアニール処理装置によって脱水素と結晶化を同時に行う工程を含む、
ことを特徴とする。
The method for manufacturing a flexible display panel according to the present invention is as follows.
On a flexible substrate consisting of a pixel part and a peripheral scanning circuit part,
The process of depositing a hydrogenated amorphous silicon film to form an amorphous semiconductor layer,
With respect to the semiconductor layer
Only in the peripheral scanning circuit part excluding the pixel part
An energy beam with a wavelength of 180 to 500 nm,
By irradiating with a scanning speed of 300 mm / s or more, a laser output of 6.5 × 10 5 W / cm 2 to 2.4 × 10 6 W / cm 2 , and continuous oscillation (CW) mode.
A step of simultaneously performing dehydrogenation and crystallization of only the semiconductor layer of the peripheral scanning circuit part excluding the pixel part by the same laser annealing treatment device is included.
It is characterized by that.
本願発明におけるフレキシブル基板とは、本発明及び以下の発明を含め、ガラスの他、500℃程度しか耐熱性を有しないようなポリイミド(PI)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、シクロオレフィンポリマー(COP)などのフレキシブルな樹脂からなる基板(以下「フレキシブル基板」という。)をいう。
また、本願発明における走査回路部とは、基板の周辺に設けられた水平走査部及び垂直走査部を意味する。
The flexible substrate in the present invention includes the present invention and the following inventions, in addition to glass, polyimide (PI), polycarbonate (PC), polyethylene naphthalate (PEN), and poly which have heat resistance only about 500 ° C. A substrate made of a flexible resin such as ether sulfone (PES) or cycloolefin polymer (COP) (hereinafter referred to as "flexible substrate").
Further, the scanning circuit unit in the present invention means a horizontal scanning unit and a vertical scanning unit provided around the substrate.
通常、ELAでのパルスエネルギービームは、照射方向に対して帯状に照射され、重なりが生じるように基板上を何度も往復させて、基板全体の水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させるが、照射部分を基板の周辺部、特に、CMOS垂直走査回路部のみに限れば、基板上を何度も往復させる必要がなく、結晶化の処理時間を短縮できる。
また、照射による高温化も防げるため、溶融したシリコン薄膜が収縮することで生じる基板の反りやクラックが発生せず、品質の安定と低コスト化も実現できる。
Normally, the pulse energy beam in ELA is irradiated in a band shape with respect to the irradiation direction, and is reciprocated many times on the substrate so as to cause overlap to crystallize the hydride amorphous silicon film of the entire substrate. If the portion is limited to the peripheral portion of the substrate, particularly the CMOS vertical scanning circuit portion, it is not necessary to reciprocate the substrate many times, and the crystallization processing time can be shortened.
In addition, since the temperature rise due to irradiation can be prevented, the substrate does not warp or crack due to the shrinkage of the molten silicon thin film, and stable quality and cost reduction can be realized.
さらに、エネルギービームを、走査回路がある周辺の走査回路部にのみ局所的に照射すれば、同一基板上に、ポリシリコンTFTsとアモルファスシリコンTFTsを同時に作製できる。
これによって、LCDパネルでは、画素部に、低いリーク特性が必要な水素化アモルファスシリコンTFTを、一方、OLEDパネルでは、画素部に、小粒径のポリシリコンTFTを、それぞれ作ることができ、それらのパネル上には、さらに同じ厚さのシリコン薄膜光センサを搭載でき、その他の周辺の走査回路部などには、高い駆動電流を得られる粒径が大きいポリシリコンTFT(さらに光センサなども)をつくることができる。
Further, if the energy beam is locally irradiated only to the scanning circuit portion around the scanning circuit, polysilicon TFTs and amorphous silicon TFTs can be simultaneously produced on the same substrate.
As a result, in the LCD panel, a hydride amorphous silicon TFT that requires low leakage characteristics can be made in the pixel part, while in the OLED panel, a polysilicon TFT with a small particle size can be made in the pixel part. A silicon thin-film optical sensor of the same thickness can be mounted on the panel, and a polysilicon TFT with a large particle size (and also an optical sensor) that can obtain a high drive current can be mounted on other peripheral scanning circuits. Can be made.
駆動電流を高めるには、周辺の走査回路部のトランジスタのチャネル方向とレーザービームのスキャン方向(キャリアが流れる方向)を同じにし、リーク電流を抑えるには、パネル中の画素部にはトランジスタのチャネル方向とレーザービームのスキャン方向を垂直にし、周辺の走査回路部より低いパワーでスキャンアニールする必要があるが、レーザーを照射する領域は、図1の斜線箇所に示したとおり、水平走査部の全て、若しくはその一部(画素に近い側)と、垂直走査部の全て、である。 To increase the drive current, make the channel direction of the transistor in the peripheral scanning circuit part the same as the scanning direction of the laser beam (direction in which the carrier flows), and to suppress the leakage current, the channel of the transistor is in the pixel part in the panel. It is necessary to make the direction and the scanning direction of the laser beam perpendicular to each other and scan-anneal with a lower power than the surrounding scanning circuit section. However, the area irradiated with the laser is the entire horizontal scanning section as shown in the shaded area in FIG. , Or a part of it (the side closer to the pixel) and all of the vertical scanning unit.
画素部を除く周辺の走査回路部に、大きいパワーでスキャンアニールすれば、膜から水素を放出させるための脱水素アニール処理工程と、結晶化のためのアニール処理工程とを、同じレーザーアニール処理装置によって同時に行うことができるため、工程を簡略化できる。 The same laser annealing processing device performs the dehydrogenation annealing process for releasing hydrogen from the film and the annealing process for crystallization by scanning and annealing the peripheral scanning circuit part excluding the pixel part with a large power. Since it can be performed at the same time, the process can be simplified.
エネルギービームは、ブルーレーザー(BLDA)もしくは連続発振(CW)モードのUVレーザーを用いることができる。
照射条件は、波長180〜500nm、走査速度300mm/s以上、6.5×105W/cm2〜2.4×106W/cm2、連続発振(CW)モードである。
好ましくは、波長445nm、走査速度300mm/s、6.5×105W/cm2、連続発振(CW)モードである。
As the energy beam, a blue laser (BLDA) or a UV laser in continuous oscillation (CW) mode can be used.
Irradiation conditions are wavelength 180 to 500 nm, scanning speed 300 mm / s or more, 6.5 x 10 5 W / cm 2 to 2.4 x 10 6 W / cm 2 , and continuous oscillation (CW) mode.
Preferably, the wavelength is 445 nm, the scanning speed is 300 mm / s, 6.5 × 10 5 W / cm 2 , and the continuous oscillation (CW) mode is used.
低めのレーザーパワー密度(例えば6.5×105W/cm2)と走査速度300〜2000mm/sの条件で照射すれば、チャネル寸法に比べて、より均一な微小粒径のポリシリコン膜が得られ、特性ばらつきの小さなトランジスタを製造できる。
また、高めのレーザーパワー密度(例えば2.4×106W/cm2)と走査速度300〜2000mm/sの条件で照射すれば、大粒径のポリシリコン膜が得られ、高速動作可能なトランジスタを製造できる。
Be irradiated under the condition of lower laser power density (e.g., 6.5 × 10 5 W / cm 2 ) and the scanning speed 300~2000mm / s, as compared to the channel dimensions, the polysilicon film is obtained a more uniform fine particle size , Transistors with small variation in characteristics can be manufactured.
In addition, by irradiating under the conditions of high laser power density (for example, 2.4 × 10 6 W / cm 2 ) and scanning speed of 300 to 2000 mm / s, a polysilicon film with a large particle size can be obtained, and a transistor capable of high-speed operation can be obtained. Can be manufactured.
画素部に、微小なマイクロポリシリコンまたはアモルファスシリコンを、周辺の走査回路部に、大粒径のシリコンまたは長粒径のシリコンを、それぞれ使用することができれば、各々の特徴(特性)をもつシリコンTFTsを同一面に搭載することができる。 If fine micropolysilicon or amorphous silicon can be used for the pixel part and silicon with a large particle size or silicon with a long particle size can be used for the peripheral scanning circuit part, silicon having each characteristic (characteristic). TFTs can be mounted on the same surface.
本発明にかかるフレキシブルディスプレイパネルの製造方法は、
画素部及び周辺の走査回路部からなるフレキシブル基板上に、
水素化アモルファスシリコン膜を堆積させて非晶質の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に対して、
画素部を除く周辺の走査回路部にのみ、
ブルーレーザー(BLDA)もしくはUVレーザーを、
パルス(ショット数1以上)または連続発振(CW)モードで照射して脱水素したあと、
波長180〜500nmのブルーレーザー(BLDA)もしくはUVレーザーを、
500mm/s以下の走査速度、6.5×105W/cm2〜3.2×106W/cm2で1回照射することにより、
画素部を除く周辺部の半導体層のみを、同じレーザーアニール処理装置によって脱水素と結晶化を連続して行う工程を含む、
ことを特徴とする。
The method for manufacturing a flexible display panel according to the present invention is as follows.
On a flexible substrate consisting of a pixel part and a peripheral scanning circuit part,
The process of depositing a hydrogenated amorphous silicon film to form an amorphous semiconductor layer,
With respect to the semiconductor layer
Only in the peripheral scanning circuit part excluding the pixel part
Blue laser (BLDA) or UV laser,
After irradiating in pulse (1 or more shots) or continuous oscillation (CW) mode to dehydrogenate
A blue laser (BLDA) or UV laser with a wavelength of 180-500 nm,
By irradiating once at a scanning speed of 500 mm / s or less, 6.5 × 10 5 W / cm 2 to 3.2 × 10 6 W / cm 2.
A step of continuously dehydrogenating and crystallization of only the peripheral semiconductor layer excluding the pixel portion by the same laser annealing treatment apparatus is included.
It is characterized by that.
本発明は、エキシマレーザー(ELA)ではなく、半導体レーザダイオードによるブルーレーザー(BLDA)もしくは半導体のUVレーザーでパルスを利用することで、コストを抑えることができ、小型化、安定化、さらにCWスキャンにより平坦性もよくなるというメリットがある。 The present invention can reduce costs by using pulses with a blue laser (BLDA) using a semiconductor laser diode or a semiconductor UV laser instead of an excimer laser (ELA), resulting in miniaturization, stabilization, and CW scanning. This has the advantage of improving flatness.
最初に、結晶化させないパワーでスキャンして、膜から水素を放出させ、脱水素を行い、次に、1回目よりも大きいパワーでスキャンアニールすれば、脱水素アニール処理工程と結晶化アニール処理工程とを、同じレーザーアニール処理装置によって連続して行うことができるため、工程を簡略化できる。 First, scan with a power that does not crystallize, release hydrogen from the film, perform dehydrogenation, and then scan-anneal with a power higher than the first time, dehydrogenation annealing process and crystallization annealing process. And can be performed continuously by the same laser annealing treatment device, so that the process can be simplified.
本発明にかかるフレキシブルディスプレイパネルの製造方法は、次の工程を経て行われる。
1.成膜工程
フレキシブル基板上にPECVD法により成膜(60nm厚以下、好ましくは50nm厚以下)する。
2.脱水素工程
フレキシブル基板の画素部を除く周辺部の半導体層のみに、4.5×105W/cm2〜1.6×106W/cm2、445nmの半導体レーザー(BLDA)または375nm(UVLDA:Ultra-Violet Laser Diode Annealing)を照射する。
3.結晶化工程
フレキシブル基板の画素部を除く周辺部の半導体層のみに、6.5×105W/cm2〜3.2×106W/cm2、445nmの半導体レーザー(BLDA)または375nm(UVLDA:Ultra-Violet Laser Diode Annealing)を照射する。
4.パターニング
5.ゲート酸化膜形成(CVDもしくはスパッタ法)
6.ソースドレイン形成、コンタクトホール形成、パターニング
7.イオン注入法を使用せず、真空蒸着法でメタルソースドレイン領域形成
(ソース・ドレイン領域にチタンを用いることで、チタンからシリコンへ電子の移動が容易となりn型動作のTFTが得られ、PtやAuなどを用いることで、p型動作のTFTが得られる。)
8.液晶工程
The method for manufacturing a flexible display panel according to the present invention is carried out through the following steps.
1. 1. Film formation process A film is formed on a flexible substrate by the PECVD method (60 nm thickness or less, preferably 50 nm or less).
2. Dehydrogenation process Only the peripheral semiconductor layer excluding the pixel part of the flexible substrate is 4.5 × 10 5 W / cm 2 to 1.6 × 10 6 W / cm 2 , 445 nm semiconductor laser (BLDA) or 375 nm (UVLDA: Ultra-). Violet Laser Diode Annealing) is irradiated.
3. 3. Crystallization process 6.5 × 10 5 W / cm 2 to 3.2 × 10 6 W / cm 2 , 445 nm semiconductor laser (BLDA) or 375 nm (UVLDA: Ultra-) only on the peripheral semiconductor layer excluding the pixel part of the flexible substrate. Violet Laser Diode Annealing) is irradiated.
4. Patterning 5. Gate oxide film formation (CVD or sputtering method)
6. Source drain formation, contact hole formation, patterning 7. Metal source / drain region formation by vacuum deposition method without using ion implantation method (By using titanium for the source / drain region, electrons can easily move from titanium to silicon, and n-type operation TFTs can be obtained. By using Au etc., a TFT with p-type operation can be obtained.)
8. Liquid crystal process
シリコン層を構成するポリシリコンの結晶粒径が小粒径で揃っていれば、半導体装置のチャネル層を構成するシリコン層における電界効果移動度は大粒径シリコン膜の場合に比べてより向上し、BLDA法ではELA法による結晶化の場合に比べて平坦性にも優れ、半導体装置の電流駆動能力が向上する。
これにより、例えば、画素駆動にTFTを用いる場合に、特に、OLED(有機EL)駆動の場合、画素当たりのTFT使用数を少なくすることも可能な場合があり、製品コストを低減することができる。
If the crystal grain size of the polysilicon that constitutes the silicon layer is uniform with a small particle size, the field effect mobility in the silicon layer that constitutes the channel layer of the semiconductor device is further improved as compared with the case of the large particle size silicon film. , The BLDA method is superior in flatness as compared with the case of crystallization by the ELA method, and the current driving ability of the semiconductor device is improved.
As a result, for example, when using TFT for pixel drive, especially in the case of OLED (organic EL) drive, it may be possible to reduce the number of TFTs used per pixel, and the product cost can be reduced. ..
この条件のレーザービームをアモルファスシリコン薄膜に照射して、多結晶化を行う操作を複数回繰り返すことにより、一層高品質の多結晶シリコン薄膜の形成が可能となる。
さらに、本発明において、画素部に形成されたアモルファスシリコン薄膜及び周辺の走査回路部に形成された多結晶シリコン薄膜をパターニングし、それぞれ、アモルファスシリコン薄膜パターン及び多結晶シリコンパターンを形成するパターニング工程を経ることで、水素化アモルファスシリコン薄膜パターンの少なくとも一部を画素部のTFTのチャネル部とし、多結晶シリコンパターンの少なくとも一部を走査回路部のTFTのチャネル部とすることができる。
By irradiating the amorphous silicon thin film with a laser beam under this condition and repeating the operation of performing polycrystalline silicon a plurality of times, it is possible to form a higher quality polycrystalline silicon thin film.
Further, in the present invention, a patterning step of patterning the amorphous silicon thin film formed on the pixel portion and the polycrystalline silicon thin film formed on the peripheral scanning circuit portion to form the amorphous silicon thin film pattern and the polycrystalline silicon pattern, respectively. As a result, at least a part of the hydrided amorphous silicon thin film pattern can be used as the TFT channel part of the pixel part, and at least a part of the polycrystalline silicon pattern can be used as the TFT channel part of the scanning circuit part.
本発明は、エネルギービームの照射部分を、画素部を除く周辺の走査回路部の半導体層のみに限定したことで、結晶化の処理時間を短縮できる。
また、照射による高温化も防げるため、溶融したシリコン薄膜が収縮することで生じる基板の反りやクラックが発生せず、品質の安定と低コスト化も実現できる。
さらに、エネルギービームを、周辺の走査回路部にのみ局所的に照射することで、同一基板上にポリシリコンTFTsとアモルファスシリコンTFTsを同時に作製できる。
According to the present invention, the crystallization processing time can be shortened by limiting the irradiation portion of the energy beam to only the semiconductor layer of the peripheral scanning circuit portion excluding the pixel portion.
In addition, since the temperature rise due to irradiation can be prevented, the substrate does not warp or crack due to the shrinkage of the molten silicon thin film, and stable quality and cost reduction can be realized.
Further, by locally irradiating only the peripheral scanning circuit portion with the energy beam, polysilicon TFTs and amorphous silicon TFTs can be simultaneously produced on the same substrate.
これによって、OLEDパネルもLCDパネルも、画素部には、低いリーク特性が必要なアモルファスシリコンもしくは小粒径のポリシリコンTFTおよび光センサを、その周辺の走査回路部などには、高い駆動電流を得られる粒径が大きいポリシリコンTFT(さらにパネル上光センサなども)をつくることができる。
さらに、フレキシブル基板に適用でき、多用途のTFTsを作製できることから、ベンダブル(フォーダブル)なディスプレイパネルの製造が可能になる。
As a result, in both the OLED panel and the LCD panel, amorphous silicon or polysilicon TFTs with a small particle size and optical sensors, which require low leakage characteristics, are applied to the pixel part, and a high drive current is applied to the scanning circuit part around them. It is possible to make a polysilicon TFT with a large particle size (and an optical sensor on the panel).
Furthermore, since it can be applied to flexible substrates and can produce versatile TFTs, it becomes possible to manufacture bendable display panels.
脱水素アニール処理工程と結晶化アニール処理工程とを同じレーザーアニール処理装置によって、同時に、または連続して行うことにより、工程を簡略化できる結果、製品コストを低減することができる。 By performing the dehydrogenation annealing treatment step and the crystallization annealing treatment step simultaneously or continuously by the same laser annealing treatment apparatus, the steps can be simplified and the product cost can be reduced.
本発明は、ポリシリコンTFTsとアモルファスシリコンTFTsとを同一基板上に搭載しながら、有機ELディスプレイ(OLED)や液晶ディスプレイ(LCD)などの小〜大面積のパネルでも、低温、低コストで製造できるフレキシブルディスプレイパネルの製造方法である。 The present invention can manufacture small to large area panels such as organic EL displays (OLEDs) and liquid crystal displays (LCDs) at low temperature and low cost while mounting polysilicon TFTs and amorphous silicon TFTs on the same substrate. This is a method for manufacturing a flexible display panel.
本実施例にかかるフレキシブルディスプレイパネルは、図1に示すように、画素部1と、その周辺の走査回路部である水平走査部2と垂直走査部3から構成され、これらは同一のフレキシブル基板上に形成される。 As shown in FIG. 1, the flexible display panel according to this embodiment is composed of a pixel unit 1, a horizontal scanning unit 2 and a vertical scanning unit 3 which are scanning circuit units around the pixel unit 1, and these are on the same flexible substrate. Is formed in.
本実施例におけるフレキシブル基板は、ガラスの他、樹脂素材も使用でき、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリシリセスキオキサン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマーなどの耐熱温度が低い素材も使用できる。 As the flexible substrate in this embodiment, a resin material can be used in addition to glass, and the heat resistant temperature of polyimide, polyamideimide, polysiliceskioxane, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, cycloolefin polymer, etc. can be used. Low materials can also be used.
画素部1に形成されたTFTと、水平走査部2及び垂直走査部3に形成されたTFTは、同一のフレキシブル基板上に形成される。 The TFT formed in the pixel portion 1 and the TFT formed in the horizontal scanning portion 2 and the vertical scanning portion 3 are formed on the same flexible substrate.
フレキシブル基板上に、SiN(窒化珪素)およびSiO2(酸化珪素)からなる膜(下地層)を形成する。
そして、その下地層の上の画素部1には、水素化アモルファスシリコン薄膜からなるチャネル部、ソース/ドレイン部を形成し、水平走査部2及び垂直走査部3には、多結晶シリコン薄膜からなるチャネル部、ソース/ドレイン部を形成する。
A film (underlayer) made of SiN (silicon nitride) and SiO 2 (silicon oxide) is formed on the flexible substrate.
A channel portion and a source / drain portion made of a hydrogenated amorphous silicon thin film are formed in the pixel portion 1 above the base layer, and a polycrystalline silicon thin film is formed in the horizontal scanning portion 2 and the vertical scanning portion 3. A channel part and a source / drain part are formed.
チャネル部、ソース/ドレイン部は、いずれも同一工程によって形成された水素化アモルファスシリコン薄膜である。
チャネル部、ソース/ドレイン部上には、ゲート絶縁膜が形成されており、ゲート絶縁膜のうち、チャネル部を覆う部分には、ゲート電極が形成される。
チャネル部、ソース/ドレイン部、ゲート絶縁膜、ゲート電極によって、画素部1、水平走査部2及び垂直走査部3のTFTが構成される。
The channel portion and the source / drain portion are both hydrogenated amorphous silicon thin films formed by the same process.
A gate insulating film is formed on the channel portion and the source / drain portion, and a gate electrode is formed on the portion of the gate insulating film that covers the channel portion.
The TFT of the pixel unit 1, the horizontal scanning unit 2, and the vertical scanning unit 3 is configured by the channel unit, the source / drain unit, the gate insulating film, and the gate electrode.
本実施例にかかるフレキシブルディスプレイパネルは、次の方法によって製造される。
フレキシブル基板上の全面に、プラズマCVD法により、SiO2からなる下地層が堆積され、さらに、下地層上の全面に、例えば、プラズマCVD法により、40〜120nm厚の水素濃度5−30%の水素化アモルファスシリコン薄膜を堆積させる。
この工程により、フレキシブル基板上の、画素部1、水平走査部2及び垂直走査部3の全てに、下地層及び水素化アモルファスシリコン薄膜が形成される。
The flexible display panel according to this embodiment is manufactured by the following method.
An underlayer made of SiO 2 is deposited on the entire surface of the flexible substrate by the plasma CVD method, and further, by the plasma CVD method, for example, a hydrogen concentration of 40 to 120 nm and a hydrogen concentration of 5-30% is deposited on the entire surface of the underlayer. A hydride amorphous silicon thin film is deposited.
By this step, a base layer and a hydrogenated amorphous silicon thin film are formed on all of the pixel portion 1, the horizontal scanning portion 2, and the vertical scanning portion 3 on the flexible substrate.
次に、フレキシブル基板上に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜のうち、画素部1に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜には照射せず、図1の斜線箇所に示したとおり、水平走査部2の全て、若しくはその一部(画素に近い側)と、垂直走査部3の全てに、エネルギービームを、300mm/sの走査速度、6.5×105W/cm2〜2.4×106W/cm2のレーザー出力、連続発振(CW)モードで照射する。 Next, among the hydrogenated amorphous silicon thin films formed on the flexible substrate, the hydrogenated amorphous silicon thin film formed on the pixel portion 1 was not irradiated, and as shown in the shaded area in FIG. 1, the horizontal scanning portion 2 An energy beam is applied to all or part of (the side closer to the pixel) and all of the vertical scanning unit 3 at a scanning speed of 300 mm / s, 6.5 × 10 5 W / cm 2 to 2.4 × 10 6 W / cm. Irradiate in 2 laser output, continuous oscillation (CW) mode.
画素部を除く周辺の水平走査部2及び垂直走査部3に、大きいパワーでスキャンアニールすれば、膜から水素を放出させるための脱水素アニール処理工程と、結晶化のためのアニール処理工程を、同じレーザーアニール処理装置によって同時に行うことができるため、工程を簡略化できる。 A dehydrogenation annealing process for releasing hydrogen from the film and an annealing process for crystallization can be performed by scanning and annealing the horizontal scanning unit 2 and the vertical scanning unit 3 around the periphery excluding the pixel portion with a large power. Since it can be performed simultaneously by the same laser annealing treatment device, the process can be simplified.
エネルギービームは、ブルーレーザー(BLDA)もしくは連続発振(CW)モードのUVレーザーを用いることができる。 As the energy beam, a blue laser (BLDA) or a UV laser in continuous oscillation (CW) mode can be used.
低めのレーザーパワー密度(例えば6.5×105W/cm2)と走査速度300〜2000mm/sの条件で照射すれば、チャネル寸法に比べて、より均一な微小粒径のポリシリコン膜が得られ、特性ばらつきの小さなトランジスタを製造できる。
高めのレーザーパワー密度(例えば2.4×106W/cm2)と走査速度300〜2000mm/sの条件で照射すれば、大粒径のポリシリコン膜が得られ、高速動作可能なトランジスタを製造できる。
Be irradiated under the condition of lower laser power density (e.g., 6.5 × 10 5 W / cm 2 ) and the scanning speed 300~2000mm / s, as compared to the channel dimensions, the polysilicon film is obtained a more uniform fine particle size , Transistors with small variation in characteristics can be manufactured.
Irradiation under the conditions of high laser power density (for example, 2.4 × 10 6 W / cm 2 ) and scanning speed of 300 to 2000 mm / s can obtain a polysilicon film with a large particle size, and a transistor capable of high-speed operation can be manufactured. ..
また、エネルギービームの照射は、水素化アモルファスシリコン薄膜から水素を放出させる脱水素工程と連続して行うことができる。
つまり、水素化アモルファスシリコン薄膜から水素を放出させる脱水素工程が終了した後、フレキシブル基板をチャンバーから出すことなく、レーザー発振器から発せられるエネルギービームの強度を変えるだけで、連続的にアモルファスシリコン薄膜の結晶化工程を行うことができる。
脱水素アニール処理工程と結晶化アニール処理工程とを同じレーザーアニール処理装置によって連続して行うことにより、工程を簡略化できる。
Further, the irradiation of the energy beam can be performed continuously with the dehydrogenation step of releasing hydrogen from the hydrogenated amorphous silicon thin film.
In other words, after the dehydrogenation process of releasing hydrogen from the hydrided amorphous silicon thin film is completed, the intensity of the energy beam emitted from the laser oscillator is changed without removing the flexible substrate from the chamber, and the amorphous silicon thin film is continuously formed. A crystallization step can be performed.
By continuously performing the dehydrogenation annealing treatment step and the crystallization annealing treatment step by the same laser annealing treatment apparatus, the steps can be simplified.
アモルファスシリコン薄膜に大量に水素が含まれている場合には、エネルギービームを照射すると、アモルファスシリコン薄膜が溶融する前から水素の突沸が生じ、アモルファスシリコン薄膜が溶融してからは、さらに激しく薄膜中の水素が放出して膜にピンホールができたり、フレキシブル基板から膜が剥離するなどの損傷が発生してしまう。
アモルファスシリコン薄膜中の水素の放出による損傷の発生は、アモルファスシリコン薄膜の温度上昇の速度によって影響を受ける。
When the amorphous silicon thin film contains a large amount of hydrogen, when the energy beam is irradiated, hydrogen bumps occur before the amorphous silicon thin film melts, and after the amorphous silicon thin film melts, it is more violently contained in the thin film. Hydrogen is released and pinholes are formed in the film, and damage such as peeling of the film from the flexible substrate occurs.
The occurrence of damage due to the release of hydrogen in the amorphous silicon thin film is affected by the rate of temperature rise of the amorphous silicon thin film.
したがって、ブルーレーザー(BLDA)もしくはUVレーザーでパルス(ショット数1以上)または連続発振(CW)モードで照射して、アモルファスシリコン薄膜中に含まれている水素原子を放出させ、脱水素してから、アモルファスシリコン薄膜の結晶化処理をすると、損傷のない多結晶シリコン薄膜を作製することができる。
アモルファスシリコン薄膜の結晶化の操作を複数回繰り返して行うことで、アモルファスシリコン薄膜を多結晶シリコン薄膜に変化させることができる。
脱水素後の結晶化アニール処理工程のエネルギービームは、波長180〜500nmのブルーレーザー(BLDA)もしくはUVレーザーであれば、1回の照射(6.5×105W/cm2〜3.2×106W/cm2、445nm、500mm/s)で結晶化させることができる。
Therefore, it is irradiated with a blue laser (BLDA) or UV laser in pulse (1 or more shots) or continuous oscillation (CW) mode to release hydrogen atoms contained in the amorphous silicon thin film, and then dehydrogenated. By crystallization treatment of the amorphous silicon thin film, a polycrystalline silicon thin film without damage can be produced.
By repeating the operation of crystallization of the amorphous silicon thin film a plurality of times, the amorphous silicon thin film can be changed into a polycrystalline silicon thin film.
If the energy beam in the crystallization annealing process after dehydrogenation is a blue laser (BLDA) or UV laser with a wavelength of 180 to 500 nm, one irradiation (6.5 x 10 5 W / cm 2 to 3.2 x 10 6 W) It can be crystallized at / cm 2 , 445 nm, 500 mm / s).
例えば、1回目のレーザー照射を、300mm/sの走査速度、4.5×105W/cm2〜1.6×106W/cm2のレーザー出力、連続発振(CW)モードで照射する。
この場合、水平走査部2及び垂直走査部3に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜に含まれる水素が放出され、水素をほとんど含まない(5%以下)アモルファスシリコン薄膜に変化する。
そこで、さらに、2回目のレーザー照射を、波長405nm、300mm/sの走査速度、6.5×105W/cm2〜3.2×106W/cm2のレーザー出力、連続発振(CW)モードで照射する。
For example, the first laser irradiation is performed at a scanning speed of 300 mm / s, a laser output of 4.5 × 10 5 W / cm 2 to 1.6 × 10 6 W / cm 2 , and a continuous oscillation (CW) mode.
In this case, hydrogen contained in the hydrogenated amorphous silicon thin film formed in the horizontal scanning unit 2 and the vertical scanning unit 3 is released, and the film changes to an amorphous silicon thin film containing almost no hydrogen (5% or less).
Therefore, the second laser irradiation is further irradiated with a wavelength of 405 nm, a scanning speed of 300 mm / s, a laser output of 6.5 × 10 5 W / cm 2 to 3.2 × 10 6 W / cm 2 , and a continuous oscillation (CW) mode. do.
最初に、結晶化させないパワーでスキャンし、膜から水素を放出させて脱水素を行い、次に、1回目よりも大きいパワーでスキャンアニールすれば、脱水素アニール処理工程と結晶化アニール処理工程とを、同じレーザーアニール処理装置によって連続して行うことができるため、工程を簡略化できる。
2回目のレーザー照射(結晶化工程)を、4.5×105W/cm2のレーザー出力、300〜2000mm/sの走査速度の条件で行えば、微小粒径のポリシリコン膜が得られ、特性ばらつきの小さなトランジスタを製造できる。
また、2回目のレーザー照射(結晶化工程)を、1.6×106W/cm2のレーザー出力、300〜2000mm/sの走査速度の条件で行えば、大粒径のポリシリコン膜が得られ、高速動作可能なトランジスタを製造できる。
First, scan with a power that does not crystallize, release hydrogen from the film to perform dehydrogenation, and then scan-anneal with a power higher than the first time, the dehydrogenation annealing process and the crystallization annealing process. Can be continuously performed by the same laser annealing processing apparatus, so that the process can be simplified.
When the second laser irradiation (crystallization step) is performed under the conditions of a laser output of 4.5 × 10 5 W / cm 2 and a scanning speed of 300 to 2000 mm / s, a polysilicon film having a fine particle size can be obtained. Transistors with small variation can be manufactured.
Further, if the second laser irradiation (crystallization step) is performed under the conditions of a laser output of 1.6 × 10 6 W / cm 2 and a scanning speed of 300 to 2000 mm / s, a polysilicon film having a large particle size can be obtained. , Can manufacture transistors that can operate at high speed.
以上の工程を経て、水平走査部2及び垂直走査部3に形成されたアモルファスシリコン薄膜が結晶化し、多結晶シリコン薄膜に変化する。
このとき、画素部1に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜には、エネルギービームは照射しない。
Through the above steps, the amorphous silicon thin film formed in the horizontal scanning unit 2 and the vertical scanning unit 3 crystallizes and changes into a polycrystalline silicon thin film.
At this time, the energy beam is not applied to the hydrogenated amorphous silicon thin film formed in the pixel portion 1.
以上のとおり、本実施例により得られるフレキシブルディスプレイパネルにおいては、画素部1に設けられたTFTのチャネル部と、水平走査部2及び垂直走査部3に設けられたTFTのチャネル部とは、同一工程により形成された水素化アモルファスシリコン薄膜から作製されるので、TFTを共通して作製することができる工程が多いため、簡単な製造工程によって、画素部のTFTと周辺の走査回路部のTFTとを作製できる。
一方、OLEDパネルの場合でも、画素部シリコン膜をBLDAによりマイクロポリシリコン化することで、均一な粒径のシリコン膜結晶構造の半導体膜が得られる。
As described above, in the flexible display panel obtained by the present embodiment, the TFT channel portion provided in the pixel portion 1 and the TFT channel portion provided in the horizontal scanning unit 2 and the vertical scanning unit 3 are the same. Since it is manufactured from the hydride amorphous silicon thin film formed by the process, there are many steps in which the TFT can be manufactured in common. Can be produced.
On the other hand, even in the case of an OLED panel, a semiconductor film having a silicon film crystal structure having a uniform particle size can be obtained by micropolysiliconizing the pixel silicon film by BLDA.
また、本実施例によれば、水平走査部2及び垂直走査部3に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜を脱水素アニール処理により、水素化アモルファスシリコン薄膜に含まれる水素を放出させ、アモルファスシリコン薄膜に変化させてから、結晶化アニール処理により、アモルファスシリコン薄膜を多結晶シリコン薄膜に変化させているので、優れた膜質を有する多結晶シリコン薄膜を作製することができる。 Further, according to the present embodiment, the hydrided amorphous silicon thin film formed in the horizontal scanning section 2 and the vertical scanning section 3 is dehydroaned to release hydrogen contained in the hydrided amorphous silicon thin film, and the amorphous silicon thin film is formed. Since the amorphous silicon thin film is changed to the polycrystalline silicon thin film by the crystallization annealing treatment after the change to the above, a polycrystalline silicon thin film having excellent film quality can be produced.
しかも、本実施例によれば、画素部1に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜に対しては、エネルギービームを照射しないため、画素部1に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜からは水素が放出されないため、画素部1に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜の未結合手は少なく抑えられるので、画素部1に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜の膜質についても、優れた膜質が担保される。 Moreover, according to this embodiment, since the energy beam is not applied to the hydride amorphous silicon thin film formed in the pixel portion 1, hydrogen is released from the hydride amorphous silicon thin film formed in the pixel portion 1. Therefore, the unbonded hands of the hydrogenated amorphous silicon thin film formed in the pixel portion 1 can be suppressed to a small extent, so that the film quality of the hydrogenated amorphous silicon thin film formed in the pixel portion 1 is also ensured to be excellent.
なお、本実施例では、画素部1に形成された水素化アモルファスシリコン薄膜には、エネルギービームは照射しないが、脱水素アニール処理工程と、結晶化アニール処理工程とを、同じレーザーアニール処理装置によって同時に行うレーザーアニール処理工程の連続性が損なわれない範囲で、レーザーを照射する領域に画素部1を含めることもできる。
In this embodiment, the hydrogenated amorphous silicon thin film formed in the pixel portion 1 is not irradiated with the energy beam, but the dehydrogenation annealing treatment step and the crystallization annealing treatment step are performed by the same laser annealing treatment device. The pixel portion 1 may be included in the area to be irradiated with the laser as long as the continuity of the laser annealing treatment steps performed at the same time is not impaired.
Claims (2)
水素化アモルファスシリコン膜を堆積させて非晶質の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に対して、
画素部を除く周辺部にのみ、
波長180〜500nmのエネルギービームを、
300mm/s以上の走査速度、6.5×105W/cm2〜2.4×106W/cm2のレーザー出力、連続発振(CW)モードで照射することにより、
画素部を除く周辺部の半導体層のみを、同じレーザーアニール処理装置によって脱水素と結晶化を連続して行う工程を含む、
ことを特徴とするフレキシブルパネルの製造方法。 On a flexible substrate consisting of a pixel unit and a drive unit,
The process of depositing a hydrogenated amorphous silicon film to form an amorphous semiconductor layer,
With respect to the semiconductor layer
Only in the peripheral part excluding the pixel part,
An energy beam with a wavelength of 180 to 500 nm,
By irradiating with a scanning speed of 300 mm / s or more, a laser output of 6.5 × 10 5 W / cm 2 to 2.4 × 10 6 W / cm 2 , and continuous oscillation (CW) mode.
A step of continuously dehydrogenating and crystallization of only the peripheral semiconductor layer excluding the pixel portion by the same laser annealing treatment apparatus is included.
A method for manufacturing a flexible panel, which is characterized in that.
水素化アモルファスシリコン膜を堆積させて非晶質の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に対して、
画素部を除く周辺部にのみ、
ブルーレーザー(BLDA)もしくはUVレーザーを、
パルス(ショット数1以上)または連続発振(CW)モードで照射して脱水素したあと、
波長180〜500nmのブルーレーザー(BLDA)もしくはUVレーザーを、
500mm/s以下の走査速度、6.5×105W/cm2〜3.2×106W/cm2で1回照射することにより、
画素部を除く周辺部の半導体層のみを、同じレーザーアニール処理装置によって脱水素と結晶化を連続して行う工程を含む、
ことを特徴とするフレキシブルパネルの製造方法。
On a flexible substrate consisting of a pixel unit and a drive unit,
The process of depositing a hydrogenated amorphous silicon film to form an amorphous semiconductor layer,
With respect to the semiconductor layer
Only in the peripheral part excluding the pixel part,
Blue laser (BLDA) or UV laser,
After irradiating in pulse (1 or more shots) or continuous oscillation (CW) mode to dehydrogenate
A blue laser (BLDA) or UV laser with a wavelength of 180-500 nm,
By irradiating once at a scanning speed of 500 mm / s or less, 6.5 × 10 5 W / cm 2 to 3.2 × 10 6 W / cm 2.
A step of continuously dehydrogenating and crystallization of only the peripheral semiconductor layer excluding the pixel portion by the same laser annealing treatment apparatus is included.
A method for manufacturing a flexible panel, which is characterized in that.
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