JP6221088B2 - Laser annealing apparatus and laser annealing method - Google Patents
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Description
本発明は、主として、液晶パネル又は有機ELパネル等のTFT(薄膜トランジスタ)基板の製造に使用されるレーザアニール装置及びレーザアニール方法に関し、特に、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に使用されるレーザアニール装置及びレーザアニール方法に関する。 The present invention mainly relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method used for manufacturing a TFT (thin film transistor) substrate such as a liquid crystal panel or an organic EL panel, and more particularly, a laser is applied to an amorphous silicon film (hereinafter referred to as an a-Si film). The present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method used for forming a low-temperature polysilicon film that crystallizes a-Si into polycrystalline silicon (hereinafter referred to as polysilicon) by annealing by irradiating light.
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、エキシマレーザ光をライン上に集光し、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して、アモルファスシリコン膜の全面を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を溶融凝固させて多結晶化している。このため、TFT基板の動作に関与するTFTのチャネル領域以外の領域も露光により多結晶化しているため、チャネル領域以外については露光処理が無駄である。また、TFTのチャネル領域であっても、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、そのチャネル領域を多結晶化しているため、同様に処理に無駄がある。 However, the conventional low-temperature polysilicon film forming method described above condenses excimer laser light on the line, scans the entire amorphous silicon film formed on the glass substrate of the liquid crystal display device, and performs amorphous processing. By laser annealing the entire surface of the silicon film, the amorphous silicon film is melted and solidified to be polycrystallized. For this reason, since regions other than the channel region of the TFT involved in the operation of the TFT substrate are also polycrystallized by exposure, the exposure processing is useless except for the channel region. In addition, even in the TFT channel region, the region for forming a transistor that does not require high speed, such as a pixel transistor in a display portion, is also wasteful in processing because the channel region is polycrystallized. is there.
そこで、本願出願人は、マイクロレンズアレイを使用して、多結晶化が必要な領域(チャネル領域)のみをレーザ光により露光して多結晶化する低温ポリシリコン膜の形成装置を既に提案した(特許文献2)。 Accordingly, the applicant of the present application has already proposed a low-temperature polysilicon film forming apparatus that uses a microlens array to expose only a region (channel region) that needs to be polycrystallized by laser light to polycrystallize ( Patent Document 2).
上記特許文献2に記載の発明は、所期の目的を達成したものの、低温ポリシリコン膜をチャネル領域とするトランジスタの更に一層の高速化が望まれている。 Although the invention described in Patent Document 2 achieves the intended purpose, it is desired to further increase the speed of a transistor having a low-temperature polysilicon film as a channel region.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、結晶粒をトランジスタのチャネル領域で電流が流れる方向に成長させることにより、チャネル領域における電流通流方向の結晶粒界を低減して、トランジスタの高速動作を可能とするレーザアニール装置及びレーザアニール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 by growing crystal grains in the direction of current flow in the channel region of the transistor, the grain boundaries in the current flow direction in the channel region are reduced, An object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus and a laser annealing method that enable high-speed operation of a transistor.
本発明に係るレーザアニール装置は、
アモルファスシリコン膜に対してレーザ光を照射することにより、その照射部を溶融凝固させてポリシリコン膜に改質し、前記ポリシリコン膜に、2次元的に格子状に配置されたトランジスタのチャネル領域を形成するレーザアニール装置において、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
複数個のマイクロレンズが前記チャネル領域に対応して2次元的に配置されており、前記レーザ光源からのレーザ光を前記マイクロレンズにより前記アモルファスシリコン膜に向けて集光して前記各マイクロレンズに対応する領域を照射するマイクロレンズアレイと、
前記各マイクロレンズの光路に前記マイクロレンズと1対1に対応して介在する開口部を夫々有し、この開口部が、前記マイクロレンズによるレーザ光の照射パターンを規定するマスクと、
を有し、
前記マスクの前記開口部は、前記ポリシリコン膜を形成すべき部分において、その部分を前記トランジスタのチャネル電流が流れる方向と前記開口部の縁辺の一部とが実質的に直交するように形状が規定されており、
各開口部を通過するレーザ光は、前記照射部に対し、相対的に、前記縁辺の近傍が低温であり、前記開口部の中央が高温となる温度分布を付与するものであり、
前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方が、その他方に対向する縁辺が前記縁辺の前記一部を含むものとなり、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方が、前記開口部の中央に対応する部分を覆う形状を有するものとなるように、前記開口部の形状が規定されていることを特徴とする。
The laser annealing apparatus according to the present invention is:
By irradiating the amorphous silicon film with laser light, the irradiated portion is melted and solidified to be transformed into a polysilicon film, and the channel region of the transistor arranged in a two-dimensional lattice pattern in the polysilicon film In the laser annealing apparatus for forming
A laser light source for emitting laser light;
A plurality of microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to the channel region, and the laser light from the laser light source is condensed toward the amorphous silicon film by the microlens and is applied to each microlens. A microlens array that illuminates the corresponding area;
Wherein a respective said to optical path microlens and the open mouth you interposed in a one-to-one correspondence between the microlenses, and mask the opening, which defines an irradiation pattern of laser light by the microlens,
Have
The opening of the mask has a shape in a portion where the polysilicon film is to be formed such that a direction in which the channel current of the transistor flows and a part of an edge of the opening are substantially orthogonal to each other. Is defined,
Laser beam passing through each aperture, with respect to the irradiation unit, relatively near the edges is low temperature state, and are not confer temperature distribution center of the opening becomes high,
One of the source electrode and the drain electrode of the transistor has an edge facing the other side including the part of the edge, and the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor corresponds to the center of the opening. The shape of the opening is defined so as to have a shape covering the portion .
本発明に係るレーザアニール方法は、
アモルファスシリコン膜に対してレーザ光を照射することにより、その照射部を溶融凝固させてポリシリコン膜に改質し、前記ポリシリコン膜に、2次元的に格子状に配置されたトランジスタのチャネル領域を形成するレーザアニール方法において、
複数個のマイクロレンズが前記チャネル領域に対応して2次元的に配置されたマイクロレンズアレイにより、レーザ光を前記アモルファスシリコン膜に向けて集光して、前記各マイクロレンズに対応する領域を照射し、
マスクを、その複数個の開口部が夫々前記各マイクロレンズの光路に前記各マイクロレンズと1対1に対応して介在するように配置し、前記開口部により前記各照射部に照射されるレーザ光の照射パターンを規定し、
前記各開口部を通過するレーザ光は、前記照射部に対し、相対的に、前記開口部の縁辺の近傍が低温であり、前記開口部の中央が高温となる温度分布を付与するものであり、
前記マスクの前記開口部は、前記ポリシリコン膜を形成すべき部分において、その部分を前記トランジスタのチャネル電流が流れる方向と前記開口部の縁辺の一部とが実質的に直交するように形状が規定されており、
前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方が、その他方に対向する縁辺が前記縁辺の前記一部を含むものとなり、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方が、前記開口部の中央に他応する部分を覆う形状を有するものとなるように、前記開口部の形状が規定されていることを特徴とする。
The laser annealing method according to the present invention includes:
By irradiating the amorphous silicon film with laser light, the irradiated portion is melted and solidified to be transformed into a polysilicon film , and the channel region of the transistor arranged in a two-dimensional lattice pattern in the polysilicon film In the laser annealing method for forming
A microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to the channel region condenses laser light toward the amorphous silicon film and irradiates the region corresponding to each microlens. And
The mask is positioned such that a plurality of openings is interposed so as to correspond to each microlens in a one-to-one to the optical path of each said microlenses, a laser irradiated to the respective irradiation portions by the opening Define the light irradiation pattern,
The laser beam that passes through each opening gives a temperature distribution in which the vicinity of the edge of the opening is relatively low and the center of the opening is relatively high with respect to the irradiation part. ,
Shape such that the opening of the mask before Symbol moiety to form the polysilicon film, and a portion of edge of said opening and the direction in which the channel current flows in that portion the transistor is substantially orthogonal Is defined,
One of the source electrode and the drain electrode of the transistor has an edge opposite to the other side including the part of the edge, and the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor corresponds to the center of the opening. The shape of the opening is defined so as to have a shape covering a portion to be formed .
このレーザアニール方法において、
前記各開口部を通過するレーザ光により、前記照射部に前記温度分布を付与する方法は、
例えば、前記アモルファスシリコン膜よりも前記マイクロレンズ側の位置で合焦点となる第1のレーザ光と、前記アモルファスシリコン膜上で合焦点となる第2のレーザ光とを、この順に照射するか、又は
前記マスクが、前記開口部内において、前記開口部の縁辺で最も透過光量が少なく、前記開口部の中央に向けて透過光量が多くなる階調が付与されたものであり、これにより、前記レーザ光の照射光量を、前記開口部の縁辺で少なく、前記開口部の中央に向けて多くなるようにするものである。
In this laser annealing method,
The method of imparting the temperature distribution to the irradiating part by laser light passing through each opening is as follows.
For example, the first laser beam that is the focal point at a position closer to the microlens than the amorphous silicon film and the second laser beam that is the focal point on the amorphous silicon film are irradiated in this order, Alternatively, the mask is provided with a gradation in which the amount of transmitted light is the smallest at the edge of the opening and the amount of transmitted light increases toward the center of the opening in the opening. The amount of light irradiation is reduced at the edge of the opening and increased toward the center of the opening.
本発明によれば、レーザ光をマイクロレンズにより集光するので、例えば、アモルファスシリコン膜におけるTFT基板のトランジスタのチャネル領域となる領域にのみ、レーザ光を照射して、アニール処理し、チャネル領域のみポリシリコン膜に改質することができる。これにより、レーザ光の照射効率を高めることができる。そして、レーザ光が、照射部に対し、前記開口部縁辺で温度が低く、開口部の中央で温度が高くなるような温度分布を与えるものであるので、レーザ光の照射により溶融したシリコンが結晶化する際に、開口部の縁辺から中央に向けて結晶粒が成長する。そして、マスクの開口部の形状を、チャネル領域におけるソース電極とドレイン電極との間の電流方向と、開口部縁辺の一部とが実質的に直交するように規定しているので、電流方向と結晶成長方向とが一致するため、ポリシリコン膜の電流方向における電子移動度を高めることができ、トランジスタの動作速度を向上させることができる。 According to the present invention, since the laser light is collected by the microlens, for example, only the channel region in the amorphous silicon film is irradiated with the laser light and annealed only in the region that becomes the channel region of the transistor of the TFT substrate, It can be modified to a polysilicon film. Thereby, the irradiation efficiency of a laser beam can be improved. Since the laser beam gives the temperature distribution such that the temperature is low at the edge of the opening and the temperature is high at the center of the opening, the silicon melted by the laser irradiation is crystallized. At the time of conversion, crystal grains grow from the edge of the opening toward the center. The shape of the opening of the mask is defined so that the current direction between the source electrode and the drain electrode in the channel region and a part of the edge of the opening are substantially orthogonal to each other. Since the crystal growth direction matches, the electron mobility in the current direction of the polysilicon film can be increased, and the operation speed of the transistor can be improved.
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は本実施形態のマイクロレンズアレイによるレーザアニール装置を示す図、図2はTFT基板の概念図、図3はマスクの開口部の形状を示す図である。Nd:YAGエキシマレーザ等のレーザ光源から出射したレーザ光が適宜の光学的手段により、図1に示す照射部に導入される。この照射部においては、マイクロレンズ3が2次元的に配置されたマイクロレンズアレイ2が設置されており、各マイクロレンズ3を透過したレーザ光がマイクロレンズ5を介して基板4の表面の各マイクロレンズ3に対応した位置に照射されるようになっている。レーザ光源からのレーザ光は、マスク1の開口部1aを通過した後、各開口部1aに対応するマイクロレンズ3に入射する。従って、レーザ光は、マスク1の開口部1aで整形されたパターンで、各開口部1aに対応するマイクロレンズ3及びマイクロレンズ5により集光されて、基板4上の所定領域(後述するチャネル領域)に照射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a laser annealing apparatus using a microlens array of this embodiment, FIG. 2 is a conceptual diagram of a TFT substrate, and FIG. 3 is a diagram showing the shape of an opening of a mask. Laser light emitted from a laser light source such as an Nd: YAG excimer laser is introduced into the irradiation unit shown in FIG. 1 by appropriate optical means. In this irradiation unit, a microlens array 2 in which microlenses 3 are two-dimensionally arranged is installed, and laser light transmitted through each microlens 3 passes through each microlens 5 on each surface of the
基板4は例えば、図2に示す液晶表示パネルのTFT基板41となるものであり、ガラス基板上にCr又はAl等の金属層によりゲート電極をパターン形成し、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等のアモルファスシリコン(以下、a−Siと記載する)膜を形成したものである。
The
このTFT基板41は、図2に示すように、画素領域4aと、その周辺部に設けられたゲートライン領域4b及びドレインライン領域4cとが設けられており、画素領域4aにはゲートラインとドレインラインとの交点に画素トランジスタ6が形成されている。また、ゲートライン領域4b及びドレインライン領域4cには、夫々駆動トランジスタ6が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態においては、図3(a)に示すように、各トランジスタ6のゲート電極10がパターン形成された後、全面にa−Si膜(図示せず)が形成された状態の基板4が、アニール装置のレーザ光照射部に設置される。各マイクロレンズ3及びマイクロレンズ5からのレーザ光は、このa−Si膜におけるゲート電極10上の各チャネル領域となる部分に照射され、この部分のa−Si膜を一旦溶融させた後、凝固させて、結晶化させ、ポリシリコン膜に改質する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, after the
マスク1の開口部1aは、図3(b)に示すように、例えば、その縁辺12が、右側の矩形と左側の台形とが結合した形状の6角形状をなしている。図3(b)にマイクロレンズ3の輪郭20を示すように、各チャネル領域に1個のマイクロレンズ3から集光されたレーザ光が照射され、このレーザ光は、マスク1の開口部1aを透過したもののみがa―Si膜上に照射され、その余のレーザ光はマスク1により遮光される。また、レーザ光は、後述するように、照射部に対し、相対的に、開口部1aの縁辺12の近傍が低温であり、開口部1aの中央が高温となる温度分布を付与するものである。即ち、レーザ光はa−Si膜の照射部において、投入エネルギが開口部1aの縁辺12に対応する部分が低く、開口部1aの中央に対応する部分が高くなるような照度分布を有するものである。このため、図3(c)に細線で模式的に示すように、開口部1aを通過してa−Si膜に照射されたパルスレーザ光により、この開口部1aに対応するa−Si膜の部分が加熱され、この部分が溶融し、その後、降温して凝固するが、その際、相対的に低温の縁辺12の近傍から結晶粒が高温の中央に向けて成長し、縁辺12に対応する位置から中央に向けて長く延びる結晶粒界をもつポリシリコン領域21が得られる。
As shown in FIG. 3B, the opening 1a of the
そこで、このアニール処理後の基板4に対し、図3(d)に示すように、ソース電極13及びドレイン電極14を形成する。ソース電極13はそのドレイン電極14に対向する縁辺が、開口部1aの縁辺12の一部であって、縁辺12の左側の台形部分に対応する形状を有するものであり、ドレイン電極14はポリシリコン領域21における開口部1aの中央に対応する部分を覆う形状を有する。このため、ソース電極13とドレイン電極14との対向領域においては、ポリシリコン領域21は、その結晶粒がソース電極13及びドレイン電極14の相互に対向する両縁辺に垂直の方向に長く延びている。このソース電極13とドレイン電極14との対向領域は、ソース電極13からドレイン電極14に向けて、電流がポリシリコン領域21をチャネル領域として流れる領域であるので、このチャネル電流は、結晶粒界が少ない領域を流れることになり、電子移動度が高くなる。よって、本実施形態のトランジスタは、高速動作が可能である。
Therefore, the
換言すれば、トランジスタの設計に際し、図3(a)に示すゲート電極10の形状及び位置と、図3(d)に示すソース電極13及びドレイン電極14の形状及び位置が決まる。従って、ポリシリコンチャネル領域における電流が流れる方向が決まる。そうした後、本実施形態においては、マスク1の開口部1aの形状を、この電流が流れる方向と、開口部1aの縁辺12の一部とが実質的に直交するように、縁辺12の形状とマスク1における開口部1aの位置を決める。このようにして、チャネル電流の方向と結晶流の成長方向とを一致させることができ、電子移動度を高めることができる。
In other words, when designing a transistor, the shape and position of the
図7は結晶成長とマスクとの関係を示す図である。レーザ光を照射すると、マスクにより遮光されている領域は室温レベルであるが、開口部においては、照射時(パルスレーザ光が照射されているとき)に、a−Si膜の温度が遮光領域に対して、ステップ状に上昇する。そして、200ns、300ns、400ns経過した後に、この開口部内の温度分布が低下してくる。そして、この温度分布の低下は、開口部の縁片の近傍で開口部内部よりも速く生じる。このため、開口部において、縁辺から内部に向かって温度勾配が生じ、結晶粒が開口部の縁辺から内部に向かって成長する。しかし、図7に示すように、レーザ光の照射光量分布(エネルギ分布)が均一であり、開口部内において、均一にレーザ光が照射されると、縁辺12においてある程度の温度勾配が生じるものの、その程度は小さく、結晶粒を一方向に成長させるのに十分ではない。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between crystal growth and a mask. When the laser beam is irradiated, the region shielded by the mask is at a room temperature level. However, at the opening, the temperature of the a-Si film is changed to the shield region at the time of irradiation (when the pulse laser beam is irradiated). On the other hand, it rises stepwise. Then, after 200 ns, 300 ns, and 400 ns have elapsed, the temperature distribution in the opening is lowered. The decrease in temperature distribution occurs faster near the edge of the opening than in the opening. For this reason, in the opening, a temperature gradient is generated from the edge toward the inside, and crystal grains grow from the edge of the opening toward the inside. However, as shown in FIG. 7, the irradiation light amount distribution (energy distribution) of the laser light is uniform, and when the laser light is evenly irradiated in the opening, a certain temperature gradient occurs at the
そこで、本発明においては、照射するレーザ光の光量に対し、開口部1aの縁辺12から中央に向かって大きくなる分布を付与する。即ち、光量(エネルギ)が開口部1aの縁辺12から中央に向かって大きくなる分布をもつように、レーザ光を照射することにより、照射部において、図4(b)に示すように、開口部1aの縁辺12の近傍が相対的に低温であり、中央が相対的に高温になるような温度分布を付与する。
Therefore, in the present invention, a distribution that increases from the
図4(a)はこのようにレーザ光の光量(エネルギ)に分布を付与する方法を示す。図4(a)に示すように、レーザ光は、マイクロレンズ3及びマイクロレンズ5により、基板4に集光される。このとき、波長が1064nmのレーザ光が基板4の表面に合焦点となるように、マイクロレンズ3及びマイクロレンズ5の光学系を設計すると、波長が355nmのレーザ光については、その焦点位置が基板4の表面から外れ、基板4の表面よりも上方になる。そこで、図5に示すように、先ず、基板4に対し、波長が355nmのレーザ光を1ショット照射し、その後、時間差をおいて、波長が1064nmのレーザ光を1ショット照射する。そうすると、最初の波長が355nmのレーザ光は、基板4から焦点位置がずれているので、基板4上の広い領域に照射される一方、その照射エネルギは少なく、温度の上昇度は低い。次いで、波長が1064nmのレーザ光を照射すると、このレーザ光は基板4上で合焦点なので、照射領域の中央の部分に比較的高エネルギで照射される。これにより、照射部において、図4(b)に示すような、高温の部分を中心として、その周囲に低温の部分が存在する温度分布が得られる。
FIG. 4A shows a method for providing a distribution to the light amount (energy) of the laser light in this way. As shown in FIG. 4A, the laser light is condensed on the
これにより、図3(c)に示すように、開口部1aの縁辺12から開口部1aの中央に向かうようにして、結晶粒が成長し、開口部1aの縁辺12の近傍では、縁辺12から実質的に垂直の方向に延びる細長い結晶粒界が得られる。開口部1aの中央では、上述の偏平した結晶粒は得られず、結晶粒界に方向性がない等軸晶組織となる。そこで、この開口部1aの一部の縁辺12の近傍をチャネル電流の通流域とするように、ソース電極13及びドレイン電極14を形成すれば、このチャネル電流は、偏平した結晶粒をその結晶粒界が長い方向に流れ、電流通流域の結晶粒界の数は少なく、電子移動度が高いチャネル領域が得られる。
As a result, as shown in FIG. 3C, crystal grains grow from the
次に、上述の如く構成された本実施形態の動作について説明する。本実施形態においては、マスク1の開口部1aの位置を、開口部1aを透過してマイクロレンズ3により基板4に集光されるレーザ光の照射位置が、トランジスタのチャネル領域になるように設定し、開口部1aの形状を、その縁辺12の一部が、チャネル領域における電流が流れる方向に実質的に垂直になるように設定している。そして、レーザ光の照射により照射部に形成される温度分布を、開口部1aの縁辺12に対応する位置で相対的に低く、開口部1aの中央で相対的に高くなるように設定している。これにより、レーザ光の照射により、a−Si膜の照射部を含む領域において、開口部1aの外側のマスクによる遮光領域に対応する部分では、a−Si膜が昇温せず、室温のままであり、開口部1aの縁辺12から内部に向かうにつれて、縁辺12の近傍で低温、開口部1aの中央で高温となる温度分布が得られる。このため、開口部1aに相当するa−Si膜の部分においては、レーザ光の照射により昇温して溶融するが、その融液は縁辺12の近傍の温度が相対的に低く、中央部の温度が相対的に高くなり、沸点の近傍まで昇温する。この融液が凝固する際、低温の開口部1aの縁辺12の近傍から凝固が開始され、温度勾配に従って、結晶粒が縁辺12から実質的に垂直の方向に成長し、縁辺12に実質的に垂直の方向に伸びた結晶粒が得られる。そして、開口部1aは縁辺12の一部がチャネル電流が流れる方向に実質的に垂直であるので、チャネル電流の方向と結晶粒が長く伸びる方向とが一致し、チャネル電流が流れる部分は電子移動度が高い領域となり、トランジスタの動作が高速になる。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. In the present embodiment, the position of the opening 1a of the
従って、本実施形態により、従来の全面レーザ照射による全面アニール処理の無駄を省略することができると共に、トランジスタの動作の高速化を図ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, waste of the entire surface annealing process by the conventional entire surface laser irradiation can be omitted, and the operation speed of the transistor can be increased.
図6はレーザ光の照射領域に温度分布を与える方法の変形例を示す。この変形例においては、マスク30の開口部において、縁辺30aの近傍が透過光量が少ない暗部、開口部の中央部30bが透過光量が相対的に多い明部となる階調を付与されたマスク30を使用する。このマスク30の中心部31は、レーザ光をそのまま透過する透過光量が最大の領域である。このように、マスク30の開口部に対し、レーザ光の透過光量に差を設ける階調を付与することにより、図4(b)と同様に、照射部に対し、温度分布を付与することができる。
FIG. 6 shows a modification of the method for giving the temperature distribution to the laser light irradiation region. In this modified example, in the opening of the
なお、本発明においては、電流が流れる方向とマスクの開口部の縁辺の一部とが実質的に直交するが、この実質的に直交するとは、ある程度の幅をもって直交することを意味する。即ち、開口部1aの縁辺12の一部が電流方向に対して90°ではなく90°から若干傾斜していても、結晶粒の偏平化による電流通流域の結晶粒界の削減が可能であり、このように、結晶粒が乱雑な場合に比して結晶粒の偏平化による電子移動度の上昇が認められる程度であれば、縁辺12の一部が電流方向に実質的に直交するといえる。
In the present invention, the direction in which the current flows and a part of the edge of the opening of the mask are substantially orthogonal, but this substantially orthogonal means orthogonal with a certain width. In other words, even if a part of the
1:マスク
1a:開口部
2:マイクロレンズアレイ
3:マイクロレンズ
4:基板
5:マイクロレンズ
6:トランジスタ
10:ゲート電極
12:縁辺
13:ソース電極
14:ドレイン電極
20:マイクロレンズの輪郭
21:チャネル領域
41:TFT基板
1: Mask 1a: Opening 2: Micro lens array 3: Micro lens 4: Substrate 5: Micro lens 6: Transistor 10: Gate electrode 12: Edge 13: Source electrode 14: Drain electrode 20: Micro lens outline 21: Channel Region 41: TFT substrate
Claims (4)
レーザ光を出射するレーザ光源と、
複数個のマイクロレンズが前記チャネル領域に対応して2次元的に配置されており、前記レーザ光源からのレーザ光を前記マイクロレンズにより前記アモルファスシリコン膜に向けて集光して前記各マイクロレンズに対応する領域を照射するマイクロレンズアレイと、
前記各マイクロレンズの光路に前記マイクロレンズと1対1に対応して介在する開口部を夫々有し、この開口部が、前記マイクロレンズによるレーザ光の照射パターンを規定するマスクと、
を有し、
前記マスクの前記開口部は、前記ポリシリコン膜を形成すべき部分において、その部分を前記トランジスタのチャネル電流が流れる方向と前記開口部の縁辺の一部とが実質的に直交するように形状が規定されており、
各開口部を通過するレーザ光は、前記照射部に対し、相対的に、前記縁辺の近傍が低温であり、前記開口部の中央が高温となる温度分布を付与するものであり、
前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方が、その他方に対向する縁辺が前記縁辺の前記一部を含むものとなり、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方が、前記開口部の中央に対応する部分を覆う形状を有するものとなるように、前記開口部の形状が規定されていることを特徴とするレーザアニール装置。 By irradiating the amorphous silicon film with laser light, the irradiated portion is melted and solidified to be transformed into a polysilicon film, and the channel region of the transistor arranged in a two-dimensional lattice pattern in the polysilicon film In the laser annealing apparatus for forming
A laser light source for emitting laser light;
A plurality of microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to the channel region, and the laser light from the laser light source is condensed toward the amorphous silicon film by the microlens and is applied to each microlens. A microlens array that illuminates the corresponding area;
Wherein a respective said to optical path microlens and the open mouth you interposed in a one-to-one correspondence between the microlenses, and mask the opening, which defines an irradiation pattern of laser light by the microlens,
Have
The opening of the mask has a shape in a portion where the polysilicon film is to be formed such that a direction in which the channel current of the transistor flows and a part of an edge of the opening are substantially orthogonal to each other. Is defined,
Laser beam passing through each aperture, with respect to the irradiation unit, relatively near the edges is low temperature state, and are not confer temperature distribution center of the opening becomes high,
One of the source electrode and the drain electrode of the transistor has an edge facing the other side including the part of the edge, and the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor corresponds to the center of the opening. A laser annealing apparatus , wherein the shape of the opening is defined so as to have a shape covering the portion .
複数個のマイクロレンズが前記チャネル領域に対応して2次元的に配置されたマイクロレンズアレイにより、レーザ光を前記アモルファスシリコン膜に向けて集光して、前記各マイクロレンズに対応する領域を照射し、
マスクを、その複数個の開口部が夫々前記各マイクロレンズの光路に前記各マイクロレンズと1対1に対応して介在するように配置し、前記開口部により前記各照射部に照射されるレーザ光の照射パターンを規定し、
前記各開口部を通過するレーザ光は、前記照射部に対し、相対的に、前記開口部の縁辺の近傍が低温であり、前記開口部の中央が高温となる温度分布を付与するものであり、
前記マスクの前記開口部は、前記ポリシリコン膜を形成すべき部分において、その部分を前記トランジスタのチャネル電流が流れる方向と前記開口部の縁辺の一部とが実質的に直交するように形状が規定されており、
前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方が、その他方に対向する縁辺が前記縁辺の前記一部を含むものとなり、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方が、前記開口部の中央に他応する部分を覆う形状を有するものとなるように、前記開口部の形状が規定されていることを特徴とするレーザアニール方法。 By irradiating the amorphous silicon film with laser light, the irradiated portion is melted and solidified to be transformed into a polysilicon film , and the channel region of the transistor arranged in a two-dimensional lattice pattern in the polysilicon film In the laser annealing method for forming
A microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to the channel region condenses laser light toward the amorphous silicon film and irradiates the region corresponding to each microlens. And
The mask is positioned such that a plurality of openings is interposed so as to correspond to each microlens in a one-to-one to the optical path of each said microlenses, a laser irradiated to the respective irradiation portions by the opening Define the light irradiation pattern,
The laser beam that passes through each opening gives a temperature distribution in which the vicinity of the edge of the opening is relatively low and the center of the opening is relatively high with respect to the irradiation part. ,
Shape such that the opening of the mask before Symbol moiety to form the polysilicon film, and a portion of edge of said opening and the direction in which the channel current flows in that portion the transistor is substantially orthogonal Is defined,
One of the source electrode and the drain electrode of the transistor has an edge opposite to the other side including the part of the edge, and the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor corresponds to the center of the opening. A laser annealing method , wherein the shape of the opening is defined so as to have a shape covering a portion to be formed .
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