TW202036679A - 雷射退火方法及薄膜電晶體的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之雷射退火方法係對進行非晶矽膜的改質的改質預定區域照射雷射光而使前述改質預定區域改質為結晶矽膜的雷射退火方法，其係具備：第1照射工程，其係進行在前述改質預定區域的外側的前述非晶矽膜形成由微晶矽所成的種晶區域的第1雷射光的照射；及第2照射工程，其係以前述種晶區域為起點，對前述非晶矽膜的表面進行第2雷射光的照射而以前述改質預定區域內的前述非晶矽膜成為前述結晶矽膜的方式使其進行結晶成長。

Description

雷射退火方法及薄膜電晶體的製造方法
本發明係關於雷射退火方法及薄膜電晶體的製造方法。
薄膜電晶體(TFT：Thin Film Transistor)係被使用作為用以將液晶顯示器(LCD：Liquid Crystal Display)、有機EL顯示器(OLED：Organic Electroluminescence Display)等薄型顯示器(FPD：Flat Panel Display)進行主動驅動的切換元件。以薄膜電晶體(以下稱為TFT)的半導體層的材料而言，係使用非晶矽(a-Si：amorphous Silicon)、或多晶矽(p-Si：polycrystalline Silicon)等。
非晶矽係電子移動容易度的指標亦即移動度(μ)低。因此，在非晶矽中，並無法完全對應在高密度/高精細化更加進展的FPD中所被要求的高移動度。因此，以FPD中的切換元件而言，較佳為以移動度大幅高於非晶矽的多晶矽形成通道半導體層。以形成多晶矽膜的方法而言，有以使用準分子雷射的準分子雷射退火(ELA：Excimer Laser Annealing)裝置，對非晶矽膜照射雷射光，使非晶矽再結晶化而形成多晶矽的方法。
以習知之雷射退火方法而言，已知對形成在基板全面的非晶矽膜，僅在TFT形成區域(通道半導體層區域)，施行使用雷射脈衝光的準分子雷射退火而部分形成多晶矽膜的技術(參照例如專利文獻1)。在該方法中，係對TFT形成區域，以雷射脈衝光的射束點可照射在TFT形成區域全體的方式設定微透鏡的配置。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2010-283073號公報
(發明所欲解決之課題)
但是，藉由準分子雷射的脈衝光照射所形成的多晶矽係結晶粒徑為數10~數100nm左右。在該程度的結晶粒徑中，並無法滿足更高的移動度。目前，將FPD中的像素電晶體進行ON/OFF的驅動電路的TFT亦在通道半導體層區域被要求高移動度。此外，在FPD中，伴隨其大型化、高解像度化、動態畫像特性的高速化，在作為像素的切換元件的TFT中亦迫切期望高移動度化。
本發明係鑑於上述課題而完成者，目的在提供可將移動度高的多晶矽膜或擬單晶矽膜等選擇地形成在必要區域的雷射退火方法。此外，本發明之目的在提供具有高移動度的高性能的薄膜電晶體的製造方法。 (解決課題之手段)
為解決上述課題且達成目的，本發明之態樣係一種雷射退火方法，其係對進行非晶矽膜的改質的改質預定區域照射雷射光而使前述改質預定區域改質為結晶矽膜的雷射退火方法，其特徵為：具備：第1照射工程，其係進行在前述改質預定區域的外側的前述非晶矽膜形成由微晶矽所成的種晶區域的第1雷射光的照射；及第2照射工程，其係以前述種晶區域為起點，對前述非晶矽膜的表面進行第2雷射光的照射而以前述改質預定區域內的前述非晶矽膜成為前述結晶矽膜的方式使其進行結晶成長。
以上述態樣而言，較佳為前述非晶矽膜係透過閘極絕緣膜而被成膜在表面形成有閘極配線的基板之上，前述改質預定區域係被設定在形成在與前述閘極配線相重疊的區域的前述非晶矽膜之成為薄膜電晶體之通道半導體層的區域，前述種晶區域係被配置在與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側。
以上述態樣而言，較佳為前述第1照射工程的前述第1雷射光的照射中的照射能量係設定為前述非晶矽膜作為種晶而微晶化的條件，前述第2照射工程的前述第2雷射光的照射係使用連續振盪雷射光來連續照射。
以上述態樣而言，較佳為前述第1雷射光係將在前述第2照射工程中所使用的前述連續振盪雷射光進行ON-OFF調變來照射。
以上述態樣而言，較佳為前述第1照射工程與前述第2照射工程係使用使雷射光選擇性作反射而使雷射射束選擇性地照射至前述改質預定區域內的空間光調變器來進行。
以上述態樣而言，較佳為前述空間光調變器係以矩陣狀配置有多數微鏡，該微鏡的各個可個別地切換成對前述非晶矽膜的表面的雷射射束的照射狀態與非照射狀態地被選擇驅動。
以上述態樣而言，較佳為前述第1照射工程係使用以矩陣狀配置有複數微透鏡的微透鏡陣列，對前述改質預定區域的外側照射複數雷射脈衝射束，前述第2照射工程係使用前述微透鏡陣列，對前述改質預定區域照射複數前述連續振盪雷射光的雷射射束。
以上述態樣而言，較佳為前述結晶矽膜係選自多晶矽膜、擬單晶矽膜。
以本發明之其他態樣而言，為一種薄膜電晶體的製造方法，其特徵為：對在基板上依序形成閘極配線、閘極絕緣膜、及非晶矽膜而成的閘極基板中之設定在前述非晶矽膜之成為通道半導體層的改質預定區域的外側，且為相對前述閘極配線與該閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側，進行第1雷射光的照射而形成由微晶矽所成的種晶區域的第1照射工程；以前述種晶區域為起點，對前述非晶矽膜的表面進行第2雷射光的照射而以前述改質預定區域內的前述非晶矽膜成為結晶矽膜的方式使其進行結晶成長的第2照射工程；在已施行前述第2照射工程的前述非晶矽膜之上，全面成膜金屬膜的工程；將在前述金屬膜上成為源極配線及汲極配線的區域的蝕刻用遮罩進行圖案化的工程；及使用前述蝕刻用遮罩進行蝕刻，將未以前述蝕刻用遮罩覆蓋而露出的前述金屬膜、及在前述金屬膜蝕刻後露出之包含前述種晶區域的非晶矽膜去除。
以上述態樣而言，較佳為前述第1照射工程的前述第1雷射光的照射中的照射能量係設定為前述非晶矽膜作為種晶而微晶化的條件，前述第2照射工程的前述第2雷射光的照射係使用連續振盪雷射光來連續照射。
以上述態樣而言，較佳為前述第1雷射光係將在前述第2照射工程中所使用的前述連續振盪雷射光進行ON-OFF調變來照射。
以上述態樣而言，較佳為前述第1照射工程與前述第2照射工程係使用使雷射光選擇性作反射而使雷射射束選擇性地照射至前述改質預定區域內的空間光調變器來進行。
以上述態樣而言，較佳為前述空間光調變器係以矩陣狀配置有多數微鏡，該微鏡的各個可個別地切換成對前述非晶矽膜的表面的雷射射束的照射狀態與非照射狀態地被選擇驅動。
以上述態樣而言，較佳為前述第1照射工程係使用以矩陣狀配置有複數微透鏡的微透鏡陣列，對前述改質預定區域的外側照射複數雷射調變射束，前述第2照射工程係使用前述微透鏡陣列，對前述改質預定區域照射複數前述連續振盪雷射光的雷射射束。
以上述態樣而言，較佳為前述結晶矽膜係選自多晶矽膜、擬單晶矽膜。 (發明之效果)
藉由本發明之雷射退火方法，可將移動度高的多晶矽膜或擬單晶矽膜選擇性地形成在必要區域，且可實現高性能的TFT。藉由本發明之薄膜電晶體的製造方法，可以較少製程數來實現高性能的TFT的製造。
以下根據圖示，詳細說明本發明之實施形態之雷射退火方法及薄膜電晶體的製造方法。但是，應留意圖示為模式者，各構件數、各構件的尺寸、尺寸的比率、形狀等與實際者不同。此外，圖示相互間亦包含有彼此的尺寸的關係或比率或形狀為不同的部分。
在本發明之雷射退火方法中，係使用在對進行非晶矽膜的改質的改質預定區域照射雷射光而使該改質預定區域改質為結晶矽膜的情形。該雷射退火方法係具備：第1照射工程，其係進行在改質預定區域的外側的前述非晶矽膜形成由微晶矽所成的種晶區域的第1雷射光的照射；及第2照射工程，其係以種晶區域為起點，對非晶矽膜的表面進行第2雷射光的照射而以改質預定區域內的非晶矽膜成為結晶矽膜的方式使其進行結晶成長。
[實施形態] 說明雷射退火方法之前，說明以該雷射退火方法進行退火處理的被處理基板之一例、及雷射退火方法所使用的雷射退火裝置10。
(被處理基板) 如圖2所示，被處理基板1係具備：玻璃基板2、配置在該玻璃基板2的表面的複數閘極配線3、形成在玻璃基板2及閘極配線3之上的閘極絕緣膜4、及全面堆積在該閘極絕緣膜4之上的非晶矽膜5。其中，該被處理基板1亦稱為閘極基板。被處理基板1係成為最終製入有薄膜電晶體(TFT)等的TFT基板。
在本實施形態中，被處理基板1係在雷射退火處理中，沿著與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向被搬送。亦即，該閘極配線3的長邊方向如圖5至圖7所示，為與搬送方向T呈正交的方向。其中，圖2所示之閘極配線3係顯示沿著長邊方向切斷的狀態。在圖5至圖7中係顯示1條閘極配線3，但是在玻璃基板2係彼此呈平行配置有多數閘極配線3。此外，在被處理基板1係在預定的位置設有未圖示的複數對準標記。
如圖5至圖7所示，在成膜在閘極配線3的上方的非晶矽膜5係設定有矩形狀的改質預定區域6。該改質預定區域6最終係成為TFT的通道半導體層區域。該改質預定區域6係對應沿著閘極配線3的長邊方向所形成的TFT的數量而設定有複數個。在本實施形態中，該改質預定區域6的寬幅尺寸W(參照圖5)係設定為與閘極配線3的寬幅為大致相同的尺寸。
(雷射退火裝置的概略構成) 以下使用圖2至圖4，說明本實施形態之雷射退火裝置10的概略構成。如圖2所示，雷射退火裝置10係具備：基台11、雷射光源部12、雷射射束照射部13、及控制部14。
在本實施形態中，退火處理時，雷射射束照射部13並未移動，而使被處理基板1移動。基台11係具備有未圖示的基板搬送手段。在該雷射退火裝置10中，係在將被處理基板1配置在基台11之上的狀態下，藉由未圖示的基板搬送手段，朝向搬送方向(掃描方向)T搬送。如圖5至圖7所示，該搬送方向T係與閘極配線3的長邊方向呈正交的方向。
如圖2所示，雷射光源部12係具備：將連續振盪雷射光(CW雷射光)進行振盪之作為光源的CW雷射光源15；將該CW雷射光進行ON-OFF調變而形成為作為第1雷射光的CW雷射調變光的ON-OFF訊號發生器16；及將該等連續振盪雷射光或CW雷射調變光朝向雷射射束照射部13側出射的光出射部17。該雷射光源部12係被設定為可進行作為第2雷射光的CW雷射光、與將由CW雷射光源15被出射的CW雷射光進行ON-OFF調變後之作為第1雷射光的CW雷射調變光的2種類雷射光的出射。在雷射光源部12中，係由光出射部17，朝向雷射射束照射部13中之後述的數位微鏡元件18側出射雷射射束LB。
以CW雷射光源15而言，係可使用半導體雷射、固體雷射、液體雷射、氣體雷射等各種雷射。
雷射射束照射部13係藉由未圖示的支持框架等，被配置在基台11的上方。雷射射束照射部13係具備：作為空間光調變器的數位微鏡元件(DMD：Digital Micro-mirror Device, Texas Instruments 公司的註冊商標)18、阻尼器(吸收體(absorber))19、微透鏡陣列20、及投影透鏡21。
如圖2及圖3所示，數位微鏡元件(以下稱為DMD)18係具備：驅動基板(CMOS基板)22、及多數微鏡(薄膜反射鏡)23(23A~23F：在A~F之列分別標註6個符號)。在本實施形態中，為方便說明，將微鏡23的數量設為36來進行說明，但是實際數量為高畫質的畫素數以上。微鏡23係形成為一邊長度為十幾μm左右的正方形狀。在驅動基板22係以矩陣狀配置多數個像素區域，且在各個像素區域構成CMOS SRAM單元(cell)。
微鏡23係在驅動基板22之上對應配置有各個的CMOS SRAM單元。微鏡23係藉由MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)技術而設。各個的微鏡23係可移動地設在2個位置。具體而言，旋轉移動至相對基板面例如形成+10度的角度與-10度的角度的2個位置。微鏡23係對應來自CMOS SRAM單元側的輸出資料，以位移至上述2個位置的方式予以驅動。
如圖3所示，由雷射光源部12側，雷射射束LB總括入射至構成陣列的多數微鏡23。接著，各個的微鏡23(23A~23F)係選擇性地移動至上述2個位置，藉此設定為將雷射射束LB的一部分雷射光朝2個方向反射。該等2個方向之中的其中一方向係使雷射射束LB的一部分雷射光朝向阻尼器19的方向，2個方向之中的另一方向係使雷射射束LB的一部分雷射光朝向被處理基板1的表面的方向。
在圖2中，係以6條雷射射束LBd1、LBd2、LBd3、LBd4、LBd5、LBd6模式顯示由DMD18的預定之列中的各個的微鏡(23A1、23A2、23A3、23A4、23A5、23A6)被反射的雷射光。在本實施形態中，係使用具備微鏡23A1、23A2、23A3、23A4、23A5、23A6之列，但是亦可使用其他列的微鏡23。
阻尼器19係當微鏡23為OFF狀態(例如，相對驅動基板22的角度為-10度的狀態、非照射狀態)之時，被配置在接受在OFF狀態的微鏡23被反射的雷射光的位置。
微透鏡陣列20係將在ON狀態(例如，相對驅動基板22的角度為+10度的狀態、照射狀態)的微鏡23被反射的雷射射束LBd(LBd1~LBd6等)係朝向投影透鏡21聚光，投影透鏡21係被設定為使被導入的雷射射束LBd (LBd1~LBd6等)成像在被處理基板1的表面。
控制部14係進行設在基台11之未圖示的基板搬送手段、雷射光源部12、及DMD18的控制。具體而言，控制部14係被設定為驅動控制未圖示的基板搬送手段而使被處理基板1朝向搬送方向T以預定的速度移動。此外，控制部14係被設定為由未圖示的位置檢測手段被輸入被處理基板1中的改質預定區域6(參照圖5至圖7)的位置資訊。其中，位置檢測手段係檢測設在被處理基板1之未圖示的對準標記，且將該檢測訊號輸出至控制部14。
此外，控制部14係被設定為驅動控制雷射光源部12、及雷射射束照射部13，對被處理基板1進行第1照射與第2照射。
第1照射時，控制部14係由雷射光源部12使作為第1雷射光的雷射光出射。在本實施形態中，該雷射光的輸出係設定為相對較低能量。
第2照射時，控制部14係由雷射光源部12使作為第2雷射光的CW雷射光連續出射。在本實施形態中，CW雷射光的輸出係設定為相對較高。未進行第1照射及第2照射時，係設定為將雷射光源部12形成為OFF、或將DMD18中的全部微鏡23(23A~23F)，形成為使雷射射束LB朝向阻尼器19作反射的OFF狀態。
控制部14係被設定為根據改質預定區域6的上述位置資訊資料，改質預定區域6對基台11而到達預定的位置時，對DMD18輸出驅動訊號。被輸入上述驅動訊號的DMD18係被控制為將預定之列的微鏡23(例如23A1、23A2、23A3、23A4、23A5、23A6)形成為ON狀態。
若上述複數微鏡23形成為ON狀態，由從雷射光源部12被出射的雷射光所成的雷射射束LB係在該等微鏡23(23A1、23A2、23A3、23A4、23A5、23A6)被反射而入射至被處理基板1的表面。
如圖5所示，由各個的微鏡23被反射的雷射射束LBd1、LBd2、LBd3、LBd4、LBd5、LBd6係將射束點投影在閘極配線3的側方的改質預定區域6的外側(周緣部的外側)(第1照射)。藉由對非晶矽膜5進行第1照射，如圖5所示，可在改質預定區域6的預定位置形成種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6等。其中，在本實施形態中，為了形成該等種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6等，設定條件為作微晶化的條件的能量及被處理基板1的掃描速度。
此外，控制部14係被設定為根據上述位置資訊，驅動控制雷射光源部12及雷射射束照射部13，對改質預定區域6進行第2照射。具體而言，以上述種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6等為起點，使作為第2雷射光的CW雷射光的射束點投影在位於改質預定區域6側的非晶矽膜5的表面。之後，射束點的軌跡被設定為網羅改質預定區域6內而移動。其中，關於藉由第2照射，CW雷射光的射束點以網羅改質預定區域6的方式使其移動的方法，係在後述之雷射退火方法中進行說明。
藉由該第2照射，以改質預定區域6內的非晶矽膜5成為作為結晶矽膜的擬單晶(以下亦稱為橫向結晶)矽膜5B的方式設定條件。其中，在該第2照射中，控制部14係以將ON-OFF訊號發生器16形成為OFF狀態而由光出射部17直接連續照射由CW雷射光源15被振盪的CW雷射光的方式進行控制。
圖4係由所照射的雷射光的功率密度條件、與非晶矽膜(被處理基板)側的掃描速度條件的觀點，顯示對非晶矽膜5照射雷射光時所形成的結晶構造成立的條件的區域的圖像(map)。本實施形態之雷射退火裝置10係具備儲存有圖4所示之內容的圖像之未圖示的記憶手段。控制部14係隨時參照該圖像來進行第1照射及第2照射。
具體而言，控制部14係在第1照射時，以被處理基板1的掃描速度及由雷射光源部12所出射的雷射光PL(參照圖5)的功率密度成為圖4所示之圖像中的微晶區域成立的條件的方式進行控制。控制部14係在第2照射時，以被處理基板1的掃描速度及由雷射光源部12所出射的CW雷射光CWL(參照圖6)的功率密度成為圖4所示之圖像中的橫向結晶(擬單晶)區域成立的條件的方式進行控制。
以上說明在本實施形態之雷射退火方法中所使用的被處理基板1及雷射退火裝置10，以下說明使用該等的雷射退火方法及薄膜電晶體的製造方法。
(雷射退火方法及薄膜電晶體的製造方法) 以下使用圖1的流程圖，說明本實施形態之雷射退火方法及薄膜電晶體的製造方法。其中，本實施形態之雷射退火方法係包含在薄膜電晶體的製造方法來作說明。本實施形態之雷射退火方法係由以下說明的第1照射工程(步驟4)與第2照射工程(步驟5)所構成(參照圖1)。
首先，如圖8-1的工程平面圖所示，以複數閘極配線3呈平行的方式形成在玻璃基板2之上。之後，如圖2及圖8-2所示，在形成有閘極配線3的玻璃基板2的全面形成非晶矽膜5而製作被處理基板(閘極基板)1(步驟1)。
接著，將被處理基板1洗淨(步驟2)。經洗淨的被處理基板1的非晶矽膜5係含有氫，因此進行例如約450℃、數小時左右的脫氫處理(步驟3)。
如圖2所示，將被處理基板1安置在雷射退火裝置10的基台11之上，使其沿著搬送方向T以預定的掃描速度行走。
接著，進行第1照射工程(步驟4)。在該步驟4中，控制部14係如圖8-3所示，根據改質預定區域6的位置資訊，改質預定區域6到達預定的位置之時，對DMD18輸出驅動訊號。根據驅動訊號，被輸入上述驅動訊號的DMD18係將預先設定之列的微鏡23A1、23A2、23A3、23A4、23A5、23A6形成為ON狀態。
圖5係顯示形成列之複數微鏡23A1、23A2、23A3、23A4、23A5、23A6的ON狀態(在ON狀態的微鏡23標註斜線)。在該狀態下，由從雷射光源部12被出射的脈衝雷射光而成的雷射射束LB係成為在該等微鏡23A1、23A2、23A3、23A4、23A5、23A6被反射的雷射射束LBd1、LBd2、LBd3、LBd4、LBd5、LBd6。該等雷射射束LBd1、LBd2、LBd3、LBd4、LBd5、LBd6係圖5所示之雷射光PL，且以形成一列的方式入射至改質預定區域6的一邊部(搬送方向T的下游側的緣部)近傍。
結果，如圖5及圖8-4所示，沿著改質預定區域6的外側的區域、且為該改質預定區域6中的搬送方向T的下游側端緣部，形成種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6。該等種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6係非晶矽膜5變化成微晶矽者。其中，該等種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6的表面係具有凹凸構造。
接著，進行第2照射工程(步驟5)。圖6、圖7、及圖8-5係表示第2照射工程。上述第1照射工程結束瞬後，控制部14係根據改質預定區域6的位置資訊，驅動控制雷射光源部12及雷射射束照射部13，而對改質預定區域6開始第2照射。
如圖6所示，該第2照射工程係以上述種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6為起點，使作為第2雷射光的CW雷射光CWL的射束點投影在非晶矽膜5的表面來進行退火。圖6及圖7係顯示亦使用在第2照射的複數微鏡23A1、23A2、23A3、23A4、23A5、23A6的ON狀態(在ON狀態的微鏡23係標註格子狀的斜線)。此時，構成種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6的微晶矽作為種晶發揮功能，可促進非晶矽膜5擬單晶(橫向結晶)化而形成良質的擬單晶矽膜5B。
如圖7所示，進行第2照射至各個的CW雷射光CWL的射束點的軌跡到達至改質預定區域6的搬送方向T的上游側的緣部(一邊)。結果，如圖7及圖8-5所示，可使擬單晶矽膜5B成長在改質預定區域6的全體。
經由上述步驟4及步驟5而形成的擬單晶矽膜5B係以種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6為起點，由擬單晶矽膜5B所成的橫向結晶膜均一形成在改質預定區域6的全體。擬單晶矽膜5B係移動度(電子移動度)大而適於高移動度的TFT的製作。
其中，如圖5至圖7所示，在該雷射退火方法中，藉由設定為種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6彼此隔著間隔，擬單晶矽膜5B容易以閘極配線3的寬幅方向成長。
接著，如圖8-6所示，經由步驟5而形成擬單晶矽膜5B之後，在基板全面例如以蒸鍍法形成金屬膜7(步驟6)。其中，該金屬膜7的材料係例如鋁(Al)合金等。
之後，在金屬膜7之上，使用光微影技術而形成未圖示的蝕刻用遮罩(步驟7)。該蝕刻用遮罩係用以將金屬膜7形成在源極/汲極電極的光阻遮罩。
接著，使用未圖示的蝕刻用遮罩，例如進行使用混酸系的蝕刻液作為蝕刻劑的濕式蝕刻，將由蝕刻用遮罩露出的金屬膜、及包含種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6的非晶矽膜5所露出的區域去除(步驟8)。
進行步驟8的結果，如圖8-7所示，金屬膜7係被加工為源極電極7S、汲極電極7D、及源極線7SL等。此外，接續金屬膜7的蝕刻而露出之包含種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6的非晶矽膜5亦被蝕刻。結果，如圖8-7及圖9所示，該區域的非晶矽膜5被去除而基底的閘極絕緣膜4露出。如上所示，TFT8的製造即完成。
在本實施形態之薄膜電晶體的製造方法中，由於將種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6形成在改質預定區域6的外側，因此可在成為通道半導體層區域的改質預定區域6內僅形成擬單晶矽膜5B，可提高TFT的性能。
在本實施形態之薄膜電晶體的製造方法中，可將擬單晶矽膜(亦可使多晶矽膜由種晶區域成長)選擇性地形成在必要區域，具有凹凸構造的種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6係可在之後的金屬膜7的蝕刻工程中刪除。因此，不需要特別進行用以去除種晶區域5A1、5A2、5A3、5A4、5A5、5A6的工程。
尤其，在本實施形態之薄膜電晶體的製造方法中，係將CW雷射光CWL以ON-OFF訊號發生器16進行ON-OFF調變而使用作為雷射光PL，因此有在1個雷射光源部12中，可實現雷射光PL與CW雷射光CWL，且可以1個裝置平順地進行第1照射工程與第2照射工程的效果。
藉由本實施形態之薄膜電晶體的製造方法，由於改質預定區域6為TFT的通道半導體層區域，因此可將經由第2照射所形成的擬單晶矽膜5B直接作為通道半導體層區域來使用。因此，藉由本實施形態，變得不需要用以形成通道半導體層區域的光微影工程或濕式蝕刻工程等圖案化工程、圖案化工程後的清洗/洗淨工程等，可大幅刪減TFT基板的製造製程。
在本實施形態之薄膜電晶體的製造方法中，藉由使用DMD18作為空間光調變器，僅以微鏡23的ON/OFF動作，可以將雷射射束對改質預定區域6的寬幅方向呈逐漸連續的方式使退火進行。因此，不需要使被處理基板1以寬幅方向移動、或使雷射射束照射部13以被處理基板1的寬幅方向移動。
(雷射退火方法所使用的其他雷射退火裝置) 圖10及圖11係顯示可使用在本發明之實施形態之雷射退火方法的MLA雷射退火裝置的成像光學系。其中，該MLA雷射退火裝置的其他構成係與上述雷射退火裝置10相同，故省略其說明。
在該MLA雷射退火裝置中，由從圖2所示之雷射光源部12側被出射的脈衝雷射光所成的雷射射束LB在反射鏡25被反射，透過遮罩26而改質預定區域6到達微透鏡陣列20的對應透鏡的正下方之時，以對改質預定區域6照射雷射射束LB2的方式予以設定。在該MLA雷射退火裝置中，係使用在本實施形態中的雷射退火方法的步驟4所進行之在改質預定區域6的外側形成種晶區域的第1照射工程。
在如上所示之MLA雷射退火裝置中，藉由移動微透鏡陣列20，可提升雷射光的照射位置精度。
[其他實施形態] 以上說明實施形態，惟應理解構成該實施形態之揭示的一部分的論述及圖示並非為限定本發明者。該領域熟習該項技術者可由該揭示清楚可知各種替代實施形態、實施例及運用技術。
例如，在上述之實施形態中，係使用DMD18，但是以空間光調變器而言，亦可使用具有光閘功能的液晶單元、柵狀光閘(GLV：Grating Light Valve、Silicon Light Machines公司的註冊商標)、薄膜微鏡陣列(TMA：Thin-film Micro mirror Array)等。
在上述之實施形態中，係使用DMD18作為空間光調變器，但是亦可形成為不使用空間光調變器而使用使雷射射束移動的其他射束移動手段的構成。
在上述的第1實施形態中，係使用ON-OFF訊號發生器16，使雷射光PL發生，但是亦可使微鏡23以高速振動而進行脈衝寬幅調變，藉此形成為適於第1照射工程的低能量密度。
在上述之實施形態中，係形成擬單晶矽膜5B作為結晶矽膜，但是當然亦可形成為由種晶區域使多晶矽膜成長的構成。此時亦可以種晶區域為起點，而形成良質的多晶矽膜。其中，以用以使多晶矽膜形成的第2雷射光而言，亦可使用由ELA裝置作振盪的準分子雷射光。
在上述之實施形態中，以TFT的構造而言，為在玻璃基板2之上在玻璃基板2上形成有閘極配線3之所謂底部閘極類型的構造，惟亦可適用在所謂頂部閘極類型的TFT的製造。
CWL:CW雷射光 LB,LB2,LBd1,LBd2,LBd3,LBd4,LBd5,LBd6:雷射射束 PL:雷射光 T:搬送方向 W:寬幅尺寸 1:被處理基板 2:玻璃基板 3:閘極配線 4:閘極絕緣膜 5:非晶矽膜 5A1,5A2,5A3,5A4,5A5,5A6:種晶區域 5B:擬單晶矽(結晶矽)膜 6:改質預定區域 7:金屬膜 7D:汲極電極 7S:源極電極 7SL:源極線 8:薄膜電晶體(TFT) 10:雷射退火裝置 11:基台 12:雷射光源部 13:雷射射束照射部 14:控制部 15:CW雷射光源 16:ON-OFF訊號發生器 17:光出射部 18:數位微鏡元件(DMD、空間光調變器) 19:阻尼器 20:微透鏡陣列 21:投影透鏡 22:驅動基板 23A1~6:微鏡 25:反射鏡 26:遮罩
[圖1] 係顯示本發明之第1實施形態之雷射退火方法的流程圖。 [圖2] 係本發明之第1實施形態之雷射退火方法所使用的雷射退火裝置的概略構成圖。 [圖3] 係模式顯示本發明之第1實施形態之雷射退火方法所使用的雷射退火裝置中的微鏡的配置例的說明圖。 [圖4] 係由所照射的雷射光的功率密度條件、與非晶矽膜(被處理基板)側的掃描速度條件的觀點，顯示對非晶矽膜照射雷射光時所形成的結晶構造成立的區域的圖像(map)。 [圖5] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中，形成種晶區域的第1照射工程的說明圖。 [圖6] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中，已開始以在第1照射工程所形成的種晶區域為起點來進行第2照射的第2照射工程的狀態的說明圖。 [圖7] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中，藉由第2照射工程，將改質預定區域全部改質為擬單晶矽膜的狀態的說明圖。 [圖8-1] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中所使用之形成有閘極配線的玻璃基板(閘極基板)的工程平面圖。 [圖8-2] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中，全面形成有非晶矽膜的玻璃基板(閘極基板)的工程平面圖。 [圖8-3] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中，全面形成有非晶矽膜的玻璃基板(閘極基板)中的改質預定區域的工程平面圖。 [圖8-4] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中，施行第1照射工程的狀態的工程平面圖。 [圖8-5] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中，施行第2照射工程的狀態的工程平面圖。 [圖8-6] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中，第2照射工程之後，在基板全體蒸鍍金屬膜的狀態的工程平面圖。 [圖8-7] 係顯示在本發明之實施形態之雷射退火方法中，將金屬膜圖案化而形成源極/汲極的狀態的工程平面圖。 [圖9] 係顯示圖8-7中以A-B線切斷的剖面的A-B剖面圖。 [圖10] 係顯示本發明之實施形態之雷射退火方法所使用的MLA雷射退火裝置中的成像光學系的說明圖。 [圖11] 係顯示本發明之實施形態之雷射退火方法所使用的MLA雷射退火裝置中的成像光學系的說明圖。

Claims (15)

  1. 一種雷射退火方法，其係對進行非晶矽膜的改質的改質預定區域照射雷射光而使前述改質預定區域改質為結晶矽膜的雷射退火方法， 其係具備： 第1照射工程，其係進行在前述改質預定區域的外側的前述非晶矽膜形成由微晶矽所成的種晶區域的第1雷射光的照射；及 第2照射工程，其係以前述種晶區域為起點，對前述非晶矽膜的表面進行第2雷射光的照射而以前述改質預定區域內的前述非晶矽膜成為前述結晶矽膜的方式使其進行結晶成長。
  2. 如請求項1之雷射退火方法，其中，前述非晶矽膜係透過閘極絕緣膜而被成膜在表面形成有閘極配線的基板之上， 前述改質預定區域係被設定在形成在與前述閘極配線相重疊的區域的前述非晶矽膜之成為薄膜電晶體之通道半導體層的區域， 前述種晶區域係被配置在與前述閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側。
  3. 如請求項1或2之雷射退火方法，其中，前述第1照射工程的前述第1雷射光的照射中的照射能量係設定為前述非晶矽膜作為種晶而微晶化的條件， 前述第2照射工程的前述第2雷射光的照射係使用連續振盪雷射光來連續照射。
  4. 如請求項3之雷射退火方法，其中，前述第1雷射光係將在前述第2照射工程中所使用的前述連續振盪雷射光進行ON-OFF調變來照射。
  5. 如請求項1至4中任一項之雷射退火方法，其中，前述第1照射工程與前述第2照射工程係使用使雷射光選擇性作反射而使雷射射束選擇性地照射至前述改質預定區域內的空間光調變器來進行。
  6. 如請求項5之雷射退火方法，其中，前述空間光調變器係以矩陣狀配置有多數微鏡，該微鏡的各個可個別地切換成對前述非晶矽膜的表面的雷射射束的照射狀態與非照射狀態地被選擇驅動。
  7. 如請求項1至4中任一項之雷射退火方法，其中，前述第1照射工程係使用以矩陣狀配置有複數微透鏡的微透鏡陣列，對前述改質預定區域的外側照射複數雷射脈衝射束，前述第2照射工程係使用前述微透鏡陣列，對前述改質預定區域照射複數前述連續振盪雷射光的雷射射束。
  8. 如請求項1至7中任一項之雷射退火方法，其中，前述結晶矽膜係選自多晶矽膜、擬單晶矽膜。
  9. 一種薄膜電晶體的製造方法，其係： 對在基板上依序形成閘極配線、閘極絕緣膜、及非晶矽膜而成的閘極基板中之設定在前述非晶矽膜之成為通道半導體層的改質預定區域的外側，且為相對前述閘極配線與該閘極配線的長邊方向呈正交的方向的外側，進行第1雷射光的照射而形成由微晶矽所成的種晶區域的第1照射工程； 以前述種晶區域為起點，對前述非晶矽膜的表面進行第2雷射光的照射而以前述改質預定區域內的前述非晶矽膜成為結晶矽膜的方式使其進行結晶成長的第2照射工程； 在已施行前述第2照射工程的前述非晶矽膜之上，全面成膜金屬膜的工程； 將在前述金屬膜上成為源極配線及汲極配線的區域的蝕刻用遮罩進行圖案化的工程；及 使用前述蝕刻用遮罩進行蝕刻，將未以前述蝕刻用遮罩覆蓋而露出的前述金屬膜、及在前述金屬膜蝕刻後露出之包含前述種晶區域的非晶矽膜去除。
  10. 如請求項9之薄膜電晶體的製造方法，其中，前述第1照射工程的前述第1雷射光的照射中的照射能量係設定為前述非晶矽膜作為種晶而微晶化的條件， 前述第2照射工程的前述第2雷射光的照射係使用連續振盪雷射光來連續照射。
  11. 如請求項10之薄膜電晶體的製造方法，其中，前述第1雷射光係將在前述第2照射工程中所使用的前述連續振盪雷射光進行ON-OFF調變來照射。
  12. 如請求項9至11中任一項之薄膜電晶體的製造方法，其中，前述第1照射工程與前述第2照射工程係使用使雷射光選擇性作反射而使雷射射束選擇性地照射至前述改質預定區域內的空間光調變器來進行。
  13. 如請求項12之薄膜電晶體的製造方法，其中，前述空間光調變器係以矩陣狀配置有多數微鏡，該微鏡的各個可個別地切換成對前述非晶矽膜的表面的雷射射束的照射狀態與非照射狀態地被選擇驅動。
  14. 如請求項9至11中任一項之薄膜電晶體的製造方法，其中，前述第1照射工程係使用以矩陣狀配置有複數微透鏡的微透鏡陣列，對前述改質預定區域的外側照射複數雷射調變射束，前述第2照射工程係使用前述微透鏡陣列，對前述改質預定區域照射複數前述連續振盪雷射光的雷射射束。
  15. 如請求項9至14中任一項之薄膜電晶體的製造方法，其中，前述結晶矽膜係選自多晶矽膜、擬單晶矽膜。
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