專利名稱：多晶硅膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示裝置的制造方法，更詳細(xì)地講涉及形成多晶硅薄膜晶體管用的多晶硅膜的形成方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示裝置或有機(jī)發(fā)光顯示裝置等中作為開關(guān)元件使用的薄膜晶體管(Thin Film Transistor，以下稱為TFT)是前述平板顯示裝置的性能中最重要的構(gòu)成要素。這里，作為判斷前述TFT性能標(biāo)準(zhǔn)的遷移率(mobility)或漏泄電流等，很大程度上受作為電荷傳輸體遷移路徑的活性層有何種狀態(tài)或結(jié)構(gòu)，即，作為活性層材料的硅薄膜有何種的狀態(tài)或結(jié)構(gòu)所支配。現(xiàn)在常用的液晶顯示裝置，其TFT的活性層大部分是非晶硅(amorphous silicon，以下稱為a-Si)。
然而，使用a-Si作為活性層的a-Si TFT由于遷移率非常低，在0.5cm2/Vs左右，故要制作裝入液晶顯示裝置的一切開關(guān)元件則受限制。這樣，液晶顯示裝置的周邊電路用的驅(qū)動元件必須非?？焖俚剡\(yùn)轉(zhuǎn)，但由于a-Si TFT不能滿足周邊電路用驅(qū)動元件要求的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，所以意味著前述a-Si TFT實際上很難實現(xiàn)周邊電路用的驅(qū)動元件。
另一方面，因使用多晶硅(Polycrystalline silicon，以下稱為poly-Si)作為活性層的poly-Si TFT遷移率高達(dá)數(shù)十～數(shù)百cm2/Vs，故可以產(chǎn)生能適應(yīng)于周邊電路用驅(qū)動元件的高驅(qū)動速度。所以，在玻璃基板上形成poly-Si膜時，不僅像素開關(guān)元件，而且周邊電路用的驅(qū)動部件也可以實現(xiàn)。因此不僅不需要形成周邊電路所用的其他途徑的模塊工序，而且形成像素區(qū)域時由于甚至可同時地形成周邊電路的驅(qū)動部件，故可期待減少周邊電路用的驅(qū)動部件費(fèi)用。
不僅如此，而且由于poly-Si TFT遷移率高，故可以比a-Si TFT小型化，此外，通過集成工序由于可以同時形成周邊電路的驅(qū)動元件和像素區(qū)域的開關(guān)元件，故線幅寬度更容易微細(xì)化，對獲得a-Si TFT-LCD難實現(xiàn)的高圖像清晰度非常有利。
此外，由于poly-Si TFT具有高電流特性，適合作為新一代平板顯示裝置，即有機(jī)發(fā)光顯示裝置的驅(qū)動元件使用，因此，最近正活躍地進(jìn)行在玻璃基板上形成poly-Si膜制造TFT的poly-Si TFT研究。
作為在玻璃基板上形成前述poly-Si膜的方法，可以有蒸鍍a-Si膜后進(jìn)行熱處理使前述a-Si膜結(jié)晶的方法。然而，此時在600℃以上的高溫下玻璃基板可能產(chǎn)生變形，因此會導(dǎo)致可靠性及收率降低。
此外，作為不使玻璃基板熱損傷而可以只使a-Si膜結(jié)晶的方法，提出了受激準(zhǔn)分子激光退火(Excimer Laser Annealing)方法，作為其他的方法還提出了連續(xù)側(cè)面結(jié)晶(Sequential Lateral Solidification，以下稱為SLS)方法。
這里，前述SLS方法是利用脈沖激光和具有提供選擇性透過部的狹縫圖形(スリットパタ一ン)的掩膜使a-Si結(jié)晶成poly-Si的方法，采用這種方法時，結(jié)晶的形態(tài)依掩膜的形態(tài)與進(jìn)行方法而有很大不同。
這樣的SLS方法，以先形成的poly-Si作為晶種使以后的poly-Si成長，作為代表性的工序有取向(directional)、2-照射(2-shot)、3-照射(3-shot)、n-照射(n-shot)工序等。
3-照射SLS方法中，第1照射的狹縫圖形，即，在透過部的兩邊側(cè)面成長的poly-Si晶粒在中央碰撞(衝突)形成突出部(protrusion)同時停止成長。第2照射在以第1照射形成的晶粒為晶種進(jìn)行成長的過程中，同樣因在透過部的兩邊側(cè)面成長的晶粒碰撞而停止成長。此外，第3照射也在以已經(jīng)形成的晶粒為晶種進(jìn)行成長的過程中通過碰撞而停止成長。
然而，采用前述3-照射SLS方法時，由于兩邊側(cè)面成長的晶粒碰撞而停止成長，故晶粒不能最大地成長，因此，poly-Si的尺寸受到限制，結(jié)果poly-Si TFT的性能提高受到限制。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是為了解決上述以往的問題而提出的方案，其目的是利用3-照射SLS方法提供可以使晶粒尺寸極大化的poly-Si膜形成方法。
本發(fā)明的另一目的是通過利用3-照射SLS方法使晶粒的尺寸極大化，提供可以提高TFT性能的poly-Si膜的形成方法。
為了達(dá)到如前述的目的，本發(fā)明提供poly-Si膜的形成方法，該方法是在夾有隔離膜(バッフア一膜)的條件下利用設(shè)定的掩膜通過對蒸鍍在玻璃基板上的a-Si膜照射激光使其結(jié)晶化形成poly-Si膜的方法，其特征在于，在該方法中，設(shè)計前述掩膜使之具有如下的掩膜圖形該掩膜被分成同樣地具有一定長度的第1照射區(qū)域和第2照射區(qū)域及第3照射區(qū)域，該第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域具有下述形象交替地配置透過部與非透過部，相互之間透過部與非透過部的位置彼此相反，而且各區(qū)域的透過部的端部有一定部分的重疊；該第3照射區(qū)域具有下述形象交替地配置透過部與非透過部，但該透過部配置在與第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域的透過部的中央相對應(yīng)的位置。利用具有前述掩膜圖形的掩膜，使前述玻璃基板按一定的距離單位平行移動，同時進(jìn)行n次激光照射，使a-Si膜全部結(jié)晶化。
這里，設(shè)計前述第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域的透過部使之具有如下的厚度在通過該透過部照射激光時可以產(chǎn)生自發(fā)成核、并且通過第3照射區(qū)域的透過部照射激光可以使多晶硅結(jié)晶。設(shè)計前述第3照射區(qū)域的透過部使之具有比第1及第2照射區(qū)域的透過部小的厚度。
前述激光照射使用使a-Si膜或poly-Si膜完全熔融的能量進(jìn)行，并使用脈沖持續(xù)增量機(jī)(pulse duration extender)增加脈沖持續(xù)時間。
由以下對本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明可以看出上述本發(fā)明的目的和其他的特征及優(yōu)點(diǎn)等。
附圖簡述
圖1是說明本發(fā)明多晶硅膜形成方法中的掩膜圖形的附圖。
圖2是說明本發(fā)明的多晶硅膜形成方法的附圖。
圖3是表示本發(fā)明所形成的多晶硅膜微細(xì)結(jié)構(gòu)的附圖。
符號說明20玻璃基板22隔離膜24非晶硅膜26多晶硅膜30掩膜32 1次激光照射
34 2次激光照射36 3次激光照射38 n次激光照射具體實施方案以下，參照附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
首先，說明本發(fā)明的技術(shù)原理，本發(fā)明在采用3-照射SLS方法使a-Si結(jié)晶成poly-Si的過程中改變掩膜圖形的形象，使最終得到的poly-Si膜的晶粒尺寸比以往方法制得的poly-Si膜的晶粒尺寸格外地大。
即，采用SLS方法的晶粒成長是兩邊側(cè)面成長的晶粒在中央邊碰撞邊停止成長，此時成長過的晶粒尺寸與使a-Si完全熔融的狹縫圖形的厚度有關(guān)。因此，在此不具體說明，但過去由于激光透過的狹縫圖形的厚度小，故兩邊側(cè)面成長的晶粒的成長長度短，故晶粒的成長尺寸小，因此，最終得到的poly-Si膜的晶粒尺寸有限。
因此，本發(fā)明在進(jìn)行3-照射工序時，將所使用掩膜上的掩膜圖形分成3個區(qū)域而構(gòu)成，第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域只使透過部與非透過部的位置彼此相反，同時使作為透過部的狹縫圖形的厚度比過去大，在中央按照可自發(fā)成核的程度的尺寸擴(kuò)寬。另外，第3照射區(qū)域使透過部配置在通過第1照射及第2照射發(fā)生成核的區(qū)域可再熔融及側(cè)面成長的位置。
這樣，由于第1照射及第2照射成長的晶粒尺寸比采用以往方法成長的晶粒尺寸大，結(jié)果本發(fā)明可以形成晶粒尺寸比過去大的poly-Si膜，由此可以改善poly-Si TFT的性能。
更具體地，圖1～3是對利用本發(fā)明的SLS方法形成poly-Si膜的方法進(jìn)行說明用的附圖，以下對附圖進(jìn)行說明。
圖1是圖示本發(fā)明的poly-Si膜形成方法中掩膜圖形的圖，圖2是說明本發(fā)明的poly-Si膜形成方法的圖，圖3是表示本發(fā)明所形成的poly-Si膜微細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。
參照圖1，本發(fā)明poly-Si膜形成方法中使用的掩膜30具有下述形象該掩膜的掩膜圖形被分成同樣地具有一定長度的3個區(qū)域，即第1照射區(qū)域、第2照射區(qū)域及第3照射區(qū)域，此時，各照射區(qū)域相當(dāng)于狹縫圖形的透過部A與不是狹縫圖形的非透過部B在垂直方向交替配置。
更具體地，第1照射區(qū)域是透過部A與非透過部B交替配置的形象，此時，前述透過部A在中央具有可產(chǎn)生自發(fā)成核(nucleation)的寬度，即厚度d。另外，設(shè)計產(chǎn)生前述成核的區(qū)域(以下稱為成核區(qū)域)使之具有通過以后第3照射全部熔融并變成側(cè)面成長的poly-Si的厚度d。
第2照射區(qū)域與第1照射區(qū)域同樣地由透過部A與非透過部B交替地配置的形象構(gòu)成，但與前述第1照射區(qū)域相比時，該透過部A與非透過部B的位置相反，同時其構(gòu)成使透過部A的端部與第1照射區(qū)域的端部重疊以便連續(xù)地進(jìn)行決定成長(決定成長)。同樣地，前述透過部A在中央有可發(fā)生成核的厚度。
第3照射區(qū)域同樣地由透過部A與非透過部B交替配置的形象構(gòu)成，但該透過部A配置在與第1照射及第2照射區(qū)域中成核區(qū)域相對應(yīng)的位置，通過這種構(gòu)成，利用側(cè)面成長使前述第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域中的成核區(qū)域變成poly-Si區(qū)域。此時，優(yōu)選設(shè)計該透過部A的厚度使之比成核區(qū)域的厚度稍大。
另外，各照射區(qū)域的長度在進(jìn)行利用具有這種掩膜圖形的掩膜的3-照射SLS工序時，變成掩膜圖形的平行移動距離。
利用本發(fā)明的掩膜30形成poly-Si膜的方法如圖2所示。
參照圖2，在玻璃基板20上形成由SiOx、SiOxNy或SiNx等含硅氧化膜或氮化膜、Al、Cu、Ag、Ti及W之類的金屬膜、或金屬氮化膜及金屬氧化膜等制的隔離膜22后，在前述隔離膜22上蒸鍍a-Si膜24。
然后，在前述a-Si膜24的上部配置具有圖1所示掩膜圖形的掩膜30的狀態(tài)下，使用可以使該a-Si區(qū)域完全熔融的能量以上的脈沖激光對前述a-Si膜24進(jìn)行1次激光照射32。
此時，激光只照射到掩膜圖形的第1照射區(qū)域的透過部，被照射區(qū)域的a-Si完全熔融。另外，只是完全熔融的a-Si部分隨著時間而溫度降低、同時從激光透過區(qū)域的端部凝固成poly-Si并產(chǎn)生側(cè)面成長。尤其是，兩邊成長的晶粒通過與在熔融區(qū)域的中央發(fā)生的成核碰撞停止其側(cè)面成長，結(jié)果晶?？梢詡?cè)面成長至產(chǎn)生自發(fā)成核，所以本發(fā)明可以得到晶粒比過去大的poly-Si。
接著，玻璃基板20按照掩膜圖形上的平行移動距離移動，使用脈沖激光進(jìn)行2次激光照射34。此時，對包括通過1次激光照射結(jié)晶的區(qū)域的端部的不能結(jié)晶化的a-Si膜部分進(jìn)行激光照射，同樣地照射激光后完全熔融的a-Si區(qū)域溫度隨時間降低，同時從激光透過區(qū)域的端部凝固成poly-Si并產(chǎn)生側(cè)面成長。此時由于側(cè)面成長以第1照射區(qū)域形成的poly-Si為晶種進(jìn)行成長，故晶?？梢赃B續(xù)地成長。另外，兩邊成長的晶粒與熔融區(qū)域中央發(fā)生的成核碰撞，由此停止側(cè)面成長，結(jié)果同樣地可側(cè)面成長至產(chǎn)生自發(fā)成核，故本發(fā)明可以得到晶粒比過去大的poly-Si。
前述1次與2次激光照射的結(jié)果，變成具有掩膜圖形由第1照射區(qū)域與第2照射區(qū)域兩邊側(cè)面成長的大晶粒的poly-Si與通過內(nèi)部成核產(chǎn)生的小晶粒的poly-Si共存的結(jié)構(gòu)。
另外，前述小晶粒的poly-Si區(qū)域?qū)φwpoly-Si膜的特性有不良影響。因此，通過以后的3次激光照射消除前述小晶粒的poly-Si區(qū)域。
接著，玻璃基板20再以平行移動距離程度移動并使用脈沖激光進(jìn)行3次激光照射36。此時，實際上是對1次及2次激光照射32、34時產(chǎn)生自發(fā)成核的區(qū)域，即，對小晶粒的poly-Si區(qū)域進(jìn)行激光照射，因此，前述3次激光照射36使用可使前述小晶粒的poly-Si區(qū)域完全熔融的能量。
前述3次激光照射的結(jié)果，小晶粒的poly-Si區(qū)域當(dāng)然完全熔融，溫度隨時間而降低，同時從激光透過端凝固成poly-Si并產(chǎn)生側(cè)面成長，此時，由于側(cè)面成長以第1照射及第2照射形成的poly-Si為晶種進(jìn)行成長，故晶?？梢赃B續(xù)地進(jìn)行成長。同時，在透過部的兩邊進(jìn)行側(cè)面成長的晶粒通過在熔融區(qū)域中相互碰撞形成突出部，由此停止其側(cè)面成長。
這里，通過3次激光照射36形成poly-Si，與以往同樣地在兩邊進(jìn)行側(cè)面成長的過程中，在中央相互碰撞停止成長，結(jié)果雖然晶粒尺寸不大，但由于已通過1次及2次激光照射形成大晶粒的poly-Si，同時，3次激光照射對象區(qū)域是成核區(qū)域，而且，完全熔融區(qū)域的尺寸也略有增加，故在3次激光照射區(qū)域也可以得到晶粒比過去大的poly-Si。
以后，連續(xù)地進(jìn)行上述過程，即，邊使玻璃基板20按平行移動距離進(jìn)行移動，邊使用脈沖激光進(jìn)行n次激光照射38，使a-Si膜全部結(jié)晶，通過這種過程最終形成具有如圖3所示微細(xì)結(jié)構(gòu)的大晶粒的poly-Si膜26。
另外，前述本發(fā)明的實施例中，可以使用塑料基板代替玻璃基板。另外，優(yōu)選利用脈沖持續(xù)增量機(jī)增加脈沖持續(xù)時間進(jìn)行激光照射。此外，激光照射時基板移動的方向可以利用前方向及后方向兩方。
此外，前述本發(fā)明的方法除了使a-Si膜結(jié)晶化以外，也可以使a-Ge、a-SixGey、a-Ga、a-GaNx或a-GaxAsy等結(jié)晶化，同時也可以使前述的多晶膜本身結(jié)晶化。
發(fā)明效果如以上所述，本發(fā)明雖然采用SLS方法使a-Si結(jié)晶化形成poly-Si，但前述結(jié)晶化時通過改變所使用的掩膜圖形的形象使晶粒的側(cè)面成長進(jìn)行至產(chǎn)生中央部的自發(fā)性成核，可以形成晶粒尺寸比過去大的poly-Si。
因此，由于本發(fā)明可以形成大晶粒的poly-Si，故可以提高poly-Si TFT的性能，進(jìn)而可以提高使用這種poly-Si TFT的液晶顯示裝置的品質(zhì)。
以上，對本發(fā)明的特定實施例已進(jìn)行說明并圖示，但本領(lǐng)域人員可以對該發(fā)明進(jìn)行修正和改變形式。因此，以下權(quán)利要求書可以理解為包含一切可屬于本發(fā)明的真正思想和范圍的修正與改變形式。
權(quán)利要求
1.多晶硅膜的形成方法，其特征在于，將在夾有隔離膜的條件下蒸鍍到玻璃基板上的非晶硅膜，利用設(shè)定的掩膜通過激光照射使其結(jié)晶形成多晶硅膜，在該方法中，設(shè)計前述掩膜使之具有如下的掩膜圖形該掩膜被分成同樣地具有一定長度的第1照射區(qū)域、第2照射區(qū)域和第3照射區(qū)域，該第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域具有下述形象交替地配置透過部與非透過部，相互之間透過部與非透過部的位置彼此相反，而且各區(qū)域的透過部的端部有一定部分的重疊；該第3照射區(qū)域具有下述形象交替地配置透過部與非透過部，但該透過部配置在與第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域的透過部的中央相對應(yīng)的位置；利用具有前述掩膜圖形的掩膜，使前述玻璃基板按一定的距離單位平行移動，同時進(jìn)行n次激光照射，使a-Si膜全部結(jié)晶化。
2.權(quán)利要求1所述的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域的透過部具有如下的厚度在通過該透過部照射激光時可以產(chǎn)生自發(fā)成核、并且通過第3照射區(qū)域的透過部照射激光可以使多晶硅結(jié)晶。
3.權(quán)利要求2所述的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述第3照射區(qū)域的透過部具有比第1和第2照射區(qū)域的透過部小的厚度。
4.權(quán)利要求1所述的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述激光照射使用使非晶硅膜或多晶膜完全熔融的能量進(jìn)行。
5.權(quán)利要求1或4所述的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述激光照射利用脈沖持續(xù)增量機(jī)使脈沖的持續(xù)時間增加而進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供通過非晶硅膜的結(jié)晶化形成多晶硅膜的方法，本發(fā)明多晶硅膜形成方法的特征是在隔離膜的存在下利用設(shè)定的掩膜，通過對蒸鍍在玻璃基板上的非晶硅膜照射激光使其結(jié)晶化形成多晶硅膜的方法中，設(shè)計前述掩膜使之具有如下的掩膜圖形該掩膜被分成同樣地具有一定長度的第1照射區(qū)域、第2照射區(qū)域和第3照射區(qū)域，該第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域具有下述形象交替地配置透過部與非透過部，相互之間透過部與非透過部的位置彼此相反，而且各區(qū)域的透過部的端部有一定部分的重疊；該第3照射區(qū)域具有下述形象交替地配置透過部與非透過部，但該透過部配置在與第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域的透過部的中央相對應(yīng)的位置。利用具有前述掩膜圖形的掩膜，使前述玻璃基板按一定的距離單位平行移動，同時進(jìn)行n次激光照射，使a－Si膜全部結(jié)晶化。
文檔編號H01L21/324GK1638023SQ20041008578
公開日2005年7月13日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者金億洙, 李鎬年, 柳明官, 樸宰徹, 孫暻錫, 李俊昊, 權(quán)世烈 申請人:京東方顯示器科技公司