CN1619775A - 多晶硅薄膜制造方法以及使用该多晶硅薄膜的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制造多晶硅薄膜的方法，其中使用具有激光可透图形组和激光不可透图形组的混合结构的掩膜，通过激光使非晶硅结晶，其中掩膜包括两个或者多个点图形组，其中不可透图形垂直于扫描方向轴，且点图形组具有一定的形状，并且包括第一不可透图形，其在垂直于扫描方向轴的方向上各自地不排成一列，以及与第一不可透图形相同布置地形成的第二不可透图形，但以使第二不可透图形与第一不可透图形平行并平行于与扫描方向轴垂直的轴的方式被定位。
Description
技术领域
本申请涉及一种为一个设备制造多晶硅薄膜的方法以及使用所述方法制造的多晶硅薄膜的设备，特别涉及，能够控制多晶硅薄膜晶粒形状的多晶硅薄膜制造方法和使用所述多晶硅薄膜的设备。
本申请要求申请号No.2003-73196，申请日为2003年10月20的韩国专利申请的权益，因此为了充分陈述的目的其在此被引入作为参考。
背景技术
一般地，使用连续横向固化(SLS)结晶法以通过利用激光束照射非晶硅层两次或多次来横向生长硅晶粒。如此制造的多晶硅晶粒形成为柱形，并且由于晶粒的受限制尺寸，在相邻晶粒之间形成晶粒边界。
利用SLS结晶技术，多晶硅或单晶硅大的晶粒形成于衬底，可获得接近单晶硅制造的薄膜晶体管(TFT)性能的性能。
图1A，图1B，和图1C是普通SLS结晶方法。
在图1A所示的SLS结晶方法中，激光束穿过一个具有可透过和不可透过激光束区域的掩膜对非晶硅薄膜层进行照射，从而熔化了在激光可透射区域的非结晶硅。
如果激光束照射之后开始冷却时，结晶优先发生在非结晶硅层与熔融硅之间的界面处，形成一个温度梯度，其中温度在非晶硅与融化的硅层之间的界面到熔融硅层的方向逐渐降低。
因此，参考图1B，由于热通量为从掩膜的界面到熔融硅层的中心区域的方向，形成具有以柱形形成的横向生长晶粒的多晶硅薄膜层。多晶硅晶粒横向生长直到熔融硅层完全固化。
如图1C所示，通过移动阶段，因而移动所述掩膜，并且通过对非晶硅薄膜层和已结晶的多晶硅层上部分地被暴露的区域照射激光束，非晶硅和结晶硅被熔化。硅原子粘附在被掩膜覆盖的已形成的多晶硅晶粒上，由此随着熔化的非晶硅和结晶硅在被熔化后的冷却，晶粒长度增加。
图2A，图2B和图2C是平面图，表示用于使用一个普通制造多晶硅薄膜的方法的掩膜结构使硅晶粒结晶的方法，图3A，图3B和图3C是在各阶段制备的多晶硅薄膜的平面图。
在图2A中，通过使用普通的透射和非透射激光区域的掩膜在非晶硅上照射激光来熔化非晶硅。随着熔化的非晶硅的固化形成多晶硅。
所述掩膜如图2A所示的一个确定距离进行移动，并且如图2C所示，激光束照射到一部分预先形成的多晶硅上和非晶硅上。通过连续扫描多晶硅并且在掩膜的一部分上以非晶硅和光透射区域的图形互相交叠的方式将激光束照射到多晶硅上，多晶硅熔化并随着固化而结晶。
由于激光发射脉冲的能量偏差，其上照射了激光脉冲的各部分的多晶硅的结晶性变化，或者像图3A所示的其上照射了一次激光束的非晶硅中，激光束中的能量密度不均匀。
尤其地，像图3B和3C所示的激光扫描线引起不同激光发射之间的上下边界处的带状缺陷。
这些带状缺陷引起显示器件亮度上不均匀，尤其在有机电致发光器件。
PCT国际专利号No.WO97/45827和美国专利号No.6,322,625揭示将衬底上的非晶硅转化为多晶硅的技术，或通过连续横向固化法(SLS)的技术在衬底上仅使选择区域结晶。
此外，当有源沟道方向平行于用连续横向固化法(SLS)生长的晶粒方向时，因为对于载流子方向的晶粒边界的阻挡效应被最小化，获得仅次于单晶硅薄膜晶体管的特性，其公开于美国专利申请No.6177391中。但是该专利同时揭露大数量晶粒边界充当电荷载流子的陷阱，并且当有源沟道方向垂直于晶粒生长方向时薄膜晶体管特性大幅度下降。
但是，存在以下情况，其中制造有源矩阵显示装置具有通常垂直于像素单元区TFT的驱动电路TFT时，当有源沟道区域方向与晶体生长方向成30到60度的角度时，显示设备的均匀性得到改善。
但是，采用该方法，由于利用连续横向固化法(SLS)形成晶粒，由于激光能量密度的非均性造成晶粒非均性的问题依旧存在。
同样利用该方法，不能在整个衬底上实现结晶，因此仍旧存在非结晶区，尽管在韩国专利未审公开No.2002-93194公开的方法描述激光束图形被形成为三角形
在三角形
激光束图形的宽度方向移动进行结晶。
发明内容
因此，本发明是关于多晶硅薄膜的制造方法以及使用多晶硅薄膜的设备，显著消除了相关技术的局限和缺点带来的一个或多个问题。
本发明提供一种在利用连续横向固化法(SLS)制造多晶硅薄膜过程中用以提高所制造的多晶硅均匀性的方法。
本发明同样提供一种使用了以上制备的多晶硅薄膜的显示设备。
将在下面的说明书中对本发明的其它特性做进一步描述，并且由该说明书中这些特征会更明显，或者可以由本发明的实践了解这些特征。
本发明公开一种制造多晶硅薄膜的方法，其中通过使用具有激光透射图形组和非激光透射图形组的掩膜使非晶硅结晶。非激光透射图形包括两个或者多个垂直于扫描方向轴的点图形组。该点图形包括在垂直于扫描方向轴的轴向没有排成一列的第一非透射图形，及与第一非透射图形相同布置形成的第二非透射图形，但是以使第二非透射图形与第一非透射图形平行并与垂直于扫描方向轴的轴平行的方式被定位。
本发明还公开使用多晶硅薄膜的设备，其中多晶硅薄膜通过应用具有激光透射图形组和非激光透射图形组的掩膜使非晶硅结晶而形成。该非激光透射图形包括两个或者多个垂直于扫描方向轴的点图形组。该点图形包括在垂直于扫描方向轴的轴方向没有排成一列的第一非透射图形，及与第一非透射图形相同布置形成的第二非透射图形，但以使第二非透射图形与第一非透射图形平行并与垂直于扫描方向轴的轴平行的方式被定位。
本发明还公开用于制造多晶硅薄膜的具有激光透射图形组和非激光透射图形组的掩膜。该非激光透射图形包括两个或者多个垂直于扫描方向轴的点图形组。该点图形包括在垂直于扫描方向轴的轴方向没有排成一列的第一非透射图形，及与第一非透射图形相同布置形成的第二非透射图形，但以使第二非透射图形与第一非透射图形平行并与垂直于扫描方向轴的轴平行的方式被定位。
应当指明的是上述一般性描述以及接下来的详细说明都是示意性和说明性的并且用来更进一步解释所要求的本发明。
附图说明
所包括的附图作为说明书一部分组成且用于进一步理解本发明，图解本发明实施例并且与说明书一起解释本发明的原理。
图1A，图1B，图1C示出普通连续横向固化(SLS)结晶法。
图2A，图2B，图2C是表示使用一个用在传统多晶硅薄膜制造方法中的掩膜结构，对硅晶粒进行结晶方法的平面图。
图3A，图3B，图3C是在图2A，图2B，图2C的各个阶段生成多晶硅薄膜的平面图。
图4A是根据本发明第一具体实施例的掩膜图形的平面图。
图4B是由图4A所示掩膜移动造成的点状非透射区域位置的平面图。
图5是根据本发明第二具体实施例的掩膜图形的平面图。
图6A是根据本发明第三具体实施例的掩膜图形的平面图。
图6B是由图6A所示掩膜移动造成的点状非透射区域位置的平面图。
图7是根据本发明第四具体实施例的掩膜图形的平面图。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施例进行详细的描述，为了参考，类似的附图标记在几个图中指示相应的部分。
图4A是根据本发明第一具体实施例的掩膜图形的平面图，图4B是图4A所示掩膜移动造成的点状非透射区域的平面图。
参考图4A，第一和第二非透射图形组10，20由在掩膜图形上的点图形12，22形成，其中非透射图形组10，20包括由垂直于扫描方向轴即X轴的两个或多个点图形组11、21。第一非透射图形组10包括以一定形状形成的点图形组11，它们在Y轴方向不布置在一列上。第二非透射图形组20以与第一非透射图形组10的相同方式进行布置来形成，但是以所述第二非透射图形20平行于第一非透射图形并与垂直于扫描方向轴的轴的方式被定位。
第一和第二非透射图形组10，20的点图形组11，21在各自非透射图形组内彼此轮流地错开。
因此当掩膜在单次激光照射后被移动时，第一非透射图形组10的点图形组11和第二非透射图形组20的点图形组21部分交叠，如图4B所示。由于如果两个点图形11、21完全重叠，那么以相同方式熔化并结晶了结晶的多晶硅，正如本发明中指出的，再次熔化随不同的激光能量密度而具有不同结晶度的多晶硅之后，通过对晶化熔化的多晶硅的结晶，也不能克服结晶度的不均匀。
因此，第一非透射图形组10的点图形12和第二非透射图形组20的点图形22在垂直的Y轴方向上以确定距离相互错开，当掩膜被移动大约其宽度一半的距离时第一非透射图形组10的点图形组11和第二非透射图形组20的点图形组21部分交叠。
包括第一非透射图形组10和第二非透射图形组20的点图形组11，21由相同的九点四边形组成。但是，如果形状是四边形，点图形11，21包括的点的数目可能改变。
另一方面，掩膜的非透射图形包括第一和第二非透射图形，以及在与垂直于扫描轴平行的方向上，包括与第一和第二非透射图形具有相同形状的一个或多个不可透图形。
图5是根据本发明第二具体实施例的掩膜图形的平面图。
参考图5，第一和第二非透射图形组10，20分别由点图形组11，21和方形的非透射图形13，23形成。方形的非透射图形13，23在垂直扫描轴的方向上的点图形组11，21之间交替地形成。
在第二具体实施例中，如同第一具体实施例，点图形组11和方形非透射图形13，点图形组21和方形非透射图形23以掩膜被移动时部分交叠的方式来形成。
图6A是根据本发明第三具体实施例的掩膜图形的平面图。图6B是图6A所示掩膜移动造成的点状不可透射区域位置的平面图。
除了点图形组的形状和组成点图形组的点图形布局之外，本发明的第三示例性实施例与第一示例性实施例相同。
在本发明的第三具体实施例中，不同数目的图形点32，42交替在Y轴方向中形成不可透点图形组31，41。
参考图6A，点图形组31，41的奇数行由N或者N-1个点组成，点图形组31，41的偶数行由N-1或者N个点组成，
优选的，N为3或者更大，在第一非透射图形30和第二非透射图形40上邻近的点图形组31，41分别对角方向地彼此对称。
在这一结构中，当掩膜在单个激光照射后被移动时，第一非透射图形组30的点图形组31和第二非透射图形组40的点图形组41部分交叠，如图6B所示。由于如果两个点图形31、41完全重叠，那么结晶的多晶硅以相同方式熔化和结晶，正如本发明中指出，再次熔化随不同的激光能量密度而具有不同结晶度的多晶硅之后，通过晶化熔化的多晶硅，也不能克服结晶度的不均匀。
因此，第一非透射图形组30的点图形32和第二非透射图形组40的点图形42在垂直的Y轴方向上以确定距离内相互错开，当掩膜被移动宽度一半的距离时，第一非透射图形组30的点图形组31和第二非透射图形组40的点图形组41部分交叠。
可选的，掩膜的不可透图形组30、40包括第一和第二非透射图形，以及在与垂直于扫描轴的轴平行的方向中包括与第一和第二非透射图形相同形状的一个或多个非透射图形。
图7是根据本发明第四示例性实施例的掩膜图形的平面图。
参考图7，第一和第二非透射图形组30，40分别通过点图形组31，41和方形的非透射图形33，43形成。在垂直于扫描轴方向上的点图形组之间轮流形成方形的光非透射图形。
同样，在第四示例性实施例中，点图形组31和方形非透射图形33，和点图形组41和方形非透射图形43以当掩膜被移动时使它们部分交叠的方式形成。
如上描述，通过掩膜图形设计可以避免由激光能量密度的不均匀性造成多晶硅结晶的不均匀性。
本发明中使用的显示设备优选为平板显示器件，例如液晶显示器或有机电致发光器件。
如上描述，本发明通过形成掩膜透光区域可解决显示器件的亮度不均匀，由此克服根据激光偏差造成的多晶硅结晶的不均匀。
应该明白本领域普通技术人员在不背离本发明的精神和范围下可以进行各种变型和改变。因此，本发明试图覆盖落入后附的权利要求书的范围和等同物内的本发明的修改和改变。
Claims (24)
1.一种使用激光由非晶硅制造多晶硅薄膜的方法，包括：
使用具有激光透射图形组和非激光透射图形组的掩膜；
在激光照射后，以确定的距离移动所述掩膜，
其中非激光透射图形组包括垂直于扫描轴形成的两个或者多个点图形组，
其中，点图形组包括：
第一非透射图形，在与扫描轴垂直的轴向上不被排成一列，
第二非透射图形，与第一非透射图形的布置相同地形成，但以使第二非透射图形与第一非透射图形平行并与垂直于扫描方向轴的轴平行的方式被定位。
2.如权利要求1所述方法，其中点图形组由所述第一非透射图形和具有相同形状的所述第二非透射图形构成。
3.如权利要求2所述方法，其中所述形状为四边形。
4.如权利要求3所述方法，其中在与扫描方向轴垂直的方向上第一非透射图形和第二非透射图形的点图形组之间形成方形的非透射图形。
5.如权利要求1所述方法，其中点图形组在扫描方向轴向上的行由相同或者不同数目的点构成。
6.如权利要求5所述方法，其中每个点图形组的奇数行由N或者(N-1)个点构成，每个点图形组的偶数行由(N-1)或者N个点构成。
7.如权利要求6所述方法，其中此处的N为3或更大。
8.如权利要求7所述方法，其中在第一非透射图形和第二非透射图形中邻近的点图形组彼此对角地对称。
9.如权利要求6所述方法，其中在扫描方向轴的垂直方向上，第一非透射图形和第二非透射图形中点图形组之间形成方形的非透射图形。
10.如权利要求1所述方法，其中在与扫描方向轴垂直的轴平行的方向上，所述掩膜还包括一个或者多个与第一非透射图形相同的图形。
11.一个使用多晶硅薄膜的显示器件，通过以下步骤制造：使用具有激光透射图形组和非激光透射图形组的掩膜；且
在激光照射后，以确定距离移动所述掩膜，
其中所述非激光透射图形组包括垂直于扫描方向轴形成的两个或者多个点图形组，
其中，所述点图形组包括：
第一非透射图形，在与扫描方向轴垂直的轴向上不排成一列，以及
第二非透射图形与第一非透射图形相同布置地形成，但以使第二非透射图形与第一非透射图形平行并与垂直于扫描方向轴的轴平行的方式被定位。
12.如权利要求11所述的显示器件，其中显示器件为有机电致发光器件或者液晶显示器件。
13.一种制造多晶硅薄膜的掩膜，包括：
激光透射图形组；
非激光透射图形组，
其中非激光透射图形组包括垂直于扫描方向轴形成的两个或者多个点图形组，
其中，点图形组包括：
第一非透射图形，在与扫描轴垂直的轴向上不排成一列，
第二非透射图形与第一非透射图形相同布置形成，但以使第二非透射图形与第一非透射图形平行并与垂直于扫描方向轴的轴平行的方式被定位。
14.如权利要求13所述的掩膜，其中当掩膜在扫描方向轴的方向被移动一定距离时，第一非透射图形的点图形和第二非透射图形的点图形部分交叠。
15.如权利要求13所述的掩膜，其中点图形组包括第一非透射图形和具有相同形状的第二非透射图形。
16.如权利要求15所述的掩膜，其中该形状为四边形。
17.如权利要求15所述的掩膜，其中在与扫描方向轴垂直方向，第一非透射图形和第二非透射图形的点图形组之间形成方形的非透射图形。
18.如权利要求13所述的掩膜，其中点图形组在扫描方向轴向上的行由相同或者不同数目的点构成。
19.如权利要求18所述的掩膜，其中每个点图形组的奇数行由N或者(N-1)个点构成，每个点图形组的偶数行由(N-1)或者N个点构成。
20.如权利要求19所述的掩膜，其中此处的N为3或更大。
21.如权利要求19所述的掩膜，其中在第一非透射图形和第二非透射图形中邻近的点图形组彼此对角地对称。
22.如权利要求19所述的掩膜，其中在与扫描方向轴垂直方向第一非透射图形和第二非透射图形的点图形组之间形成方形的不可透图形。
23.如权利要求13所述的掩膜，其中在与扫描方向轴垂直的轴平行的方向上，所述掩膜还包括一个或者多个与第一非透射图形相同的图形。
24.如权利要求14所述的掩膜，其中当掩膜在扫描方向轴向移动一定距离时，第一非透射图形的点图形和第二非透射图形的点图形部分交叠。
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