CN1811592A

CN1811592A - 激光结晶用的光掩模图案结构与阵列

Info

Publication number: CN1811592A
Application number: CN 200610009270
Authority: CN
Inventors: 孙铭伟
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2006-08-02

Abstract

一种激光结晶用的光掩模图案结构与阵列，用以控制由连续性侧向长晶(Sequential Lateral Solidification；SLS)技术所形成的低温多晶硅中的结晶副晶界的宽度。本发明为于光栅(slit)的相对两侧边上分别形成第一连续波状结构和第二连续波状结构，此相对两侧边大致与晶粒(Grain)成长方向垂直，本发明通过此相对两侧边的间距距离，使得结晶顺序不同及晶种位置不同，以控制晶粒的宽度。

Description

激光结晶用的光掩模图案结构与阵列

技术领域

本发明涉及一种激光结晶用的光掩模图案结构与阵列，特别是涉及一种可控制连续性侧向长晶技术(Sequential Lateral Solidification；SLS)的结晶副晶界宽度的光掩模图案结构与阵列。

背景技术

低温多晶硅工艺利用准分子激光作为热源，激光经过投射系统后，会产生能量均匀分布的激光束，投射于非晶硅结构的玻璃基板上，当玻璃基板上的非晶硅结构吸收准分子激光的能量后，会转变成为多晶硅结构。低温多晶硅技术可提升传统非晶硅液晶技术性能及降低制造成本。

在一般低温多晶硅的制作中，首先，将非晶硅结构的玻璃基板经激光融熔。然后，于回火过程中以玻璃基板中未融熔的硅为晶种进行晶粒(Grain)成长，其中晶粒大小通常小于1μm。为使侧向结晶发生，必须在回火过程中产生适当热梯度差，以获得1μm以上的晶粒大小。因此，可通过激光通过具有特殊图案的光掩模，使玻璃基板产生部分区域融熔结晶，并透过适当的光掩模设计，以及控制玻璃基板上待照射区域与已结晶区域重叠大小、及玻璃基板的步进距离，来使结晶过程中利用侧面已结晶区域为晶种，以形成连续性侧向长晶(Sequential Lateral Solidification；SLS)。

请参照图1A，其绘示现有的激光结晶用的光掩模结构与阵列的示意图，其中多个矩形光栅(Slit；未标示)排列成双阵列(透光区)10和20。在制作低温多晶硅时，首先，激光透过光掩模的阵列10和阵列20，使位于其底下的玻璃基板上的非晶硅薄膜产生多晶硅结构，然后，相对于光掩模移动玻璃基板，以使激光透过阵列10照射未移动前的阵列20中的未透光区域，并使阵列10与未移动前的阵列20中的透光区部分重叠。

请参照图1B，其为使用现有的激光结晶用的光掩模结构与阵列所产生的多晶硅的电子显微镜照片。一般而言，现有的方式只可由光掩模设计及侧向长晶能力来控制单一方向晶粒的长度L，但无法控制晶粒的宽度W，现有的晶粒的宽度为约0.3μm，而其宽度方向的晶界的形成原因为由于固化时为减少因热应力所产生的内应变，因而产生如图1B所示的杂乱无章的分支晶界(Sub-grain Boundary)。其中，此分支晶界数量与载流子迁移率成反比关系，因此，需尽量减少此类晶界的发生，以提升载流子迁移率。

发明内容

因此，本发明一方面就是在提供一种激光结晶用的光掩模图案结构与阵列，通过光掩模设计来控制结晶副晶界宽度，以提升载流子迁移率。

依照本发明的优选实施例，本发明的激光结晶用的光掩模图案结构形成在基板上，其中此激光结晶用的光掩模图案结构至少包括：光栅、第一连续波状结构和第二连续波状结构，其中光栅具有相对的第一侧边和第二侧边，及具有相对的第三侧边和第四侧边，其中第三侧边和第四侧边分别位于第一侧边与第二侧边之间，第一连续波状结构形成在第一侧边上，第二连续波状结构形成在第二侧边上。第一连续波状结构与第二连续波状结构的形状相互对称或互补，第一连续波状结构与第二连续波状结构的形状可为三角形波、矩形波或弧形波。第三侧边和第四侧边互为镜射或同一形状。第三侧边和第四侧边的形状可为三角形或弧形。

依照本发明的优选实施例，本发明的激光结晶用的光掩模图案阵列至少包括：三个前述的光掩模图案结构，分别为：第一光掩模图案结构、第二光掩模图案结构和第三光掩模图案结构。第二光掩模图案结构基本上对齐并平行于第一光掩模图案结构，其中第一光掩模图案结构与第二光掩模图案结构相距有预设距离。第三光掩模图案结构位于第一光掩模图案结构与第二光掩模图案结构的一侧，其中第三光掩模图案结构基本上平行于第一光掩模图案结构，第三光掩模图案结构的一侧的中点并基本上对准于第一光掩模图案结构与第二光掩模图案结构间的中间位置。

因此，应用本发明，可控制结晶副晶界宽度，以提升载流子迁移率。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的详细说明如下：

图1A为绘示现有的激光结晶用的光掩模结构与阵列的示意图。

图1B为使用现有的激光结晶用的光掩模结构与阵列所产生的多晶硅的电子显微镜照片。

图2A为绘示根据本发明的第一优选实施例的光掩模图案结构的示意图。

图2B至图2D为绘示应用本第一优选实施例的光掩模图案结构的晶粒成长示意图。

图3A为绘示根据本发明的第二优选实施例的光掩模图案结构的示意图。

图3B为绘示应用本发明的第二优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。

图4A为绘示根据本发明的第三优选实施例的光掩模图案结构的示意图。

图4B为绘示应用本发明的第三优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。

图5为绘示根据本发明的第四优选实施例的光掩模图案结构的示意图。

图6A为绘示根据本发明的第五优选实施例的光掩模图案结构的示意图。

图6B为绘示应用本发明的第五优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。

图7A为绘示根据本发明的第六优选实施例的光掩模图案结构的示意图。

图7B为绘示应用本发明的第六优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。

图8A为绘示根据本发明的第七优选实施例的光掩模图案结构的示意图。

图8B为绘示应用本发明的第七优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。

图9A为绘示根据本发明的第八优选实施例的光掩模图案结构的示意图。

图9B为绘示应用本发明的第八优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。

图10为绘示本发明的激光结晶用的光掩模图案阵列的示意图

简单符号说明

10、20阵列 40非晶硅薄膜

60光栅 62、64侧边

60a第一连续波状结构

60b第二连续波状结构

70、80区域 90晶界

100、200、300光掩模图案结构

102、202、302光栅

110、210、310侧边

120、220、320侧边

130、230、330侧边

140、240、340侧边

150a、150b连续波状结构

250a、250b连续波状结构

350a、350b连续波状结构

400a、400b、400c光掩模图案结构

D预设距离

W宽度 L长度

具体实施方式

请参照图2A，其绘示根据本发明的第一优选实施例的光掩模图案结构的示意图。如图2A所示，本第一优选实施例所使用光掩模图案结构主要在光栅60的相对两侧边62和64上，分别形成第一连续波状结构60a和第二连续波状结构60b，其中第一连续波状结构60a和第二连续波状结构60b的形状为相互对称的矩形波。本发明通过调整相对两侧边62和64的间距距离，来改变结晶顺序及晶种位置，因而控制晶粒的宽度，减少分支晶界的产生，进而提升载流子迁移率。

请参照图2B至图2D，其绘示应用本第一优选实施例的光掩模图案结构的晶粒成长示意图。首先，以激光透过光掩模的光栅60，以熔融位于光掩模下方的基板(未绘示)上的非晶硅薄膜40(如图2B所示)，此时，如图2B至图2D的虚线(晶界90)所示，晶粒会自非晶硅薄膜40相对于光栅60的相对两侧边62和64的区域70和区域80，逐渐向非晶硅薄膜40的中间成长。由图2E可知，在应用本第一优选实施例的光掩模图案结构后，非晶硅薄膜40所形成的低温多晶硅结构具有规则的晶界，且分支晶界的数量相当少，故可大幅地改善现有激光结晶周的光掩模的缺点。

本发明的第一连续波状结构与第二连续波状结构的形状可相互对称或互补，且其形状可为例如三角形波、矩形波或弧形波等。矩形光栅的另外两相对侧边亦可互为镜射或同一形状，其形状可为例如三角形或弧形等。

请参照图3A，其绘示根据本发明的第二优选实施例的光掩模图案结构100的示意图，其中光栅102具有相对第一侧边110和第二侧边120、以及相对第三侧边130和第四侧边140。在本第二优选实施例的光掩模图案结构中，第一侧边110和第二侧边120上均形成有形状为矩形波的第一连续波状结构150a，即第一侧边110和第二侧边120的形状为相互对称的矩形波。与本发明的第一优选实施例不同的是，本第二优选实施例的第三侧边130和第四侧边140的形状为互为镜射的三角形。请参照图3B，其绘示应用本第二优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。如图3B的虚线(晶界)所示，在应用本第二优选实施例的光掩模图案结构后，基板所形成的低温多晶硅结构具有规则的晶界，且分支晶界的数量相当少。

请参照图4A，其绘示根据本发明的第三优选实施例的光掩模图案结构100的示意图，其中光栅102的第一侧边110和第二侧边120上分别形成有形状为互补的矩形波的第一连续波状结构150a和第二连续波状结构150b，即第一连续波状结构150a的凸出部分匹配于第二连续波状结构150b的凹陷部分。本第三优选实施例的第三侧边130和第四侧边140的形状亦为互为镜射的三角形。请参照图4B，其绘示应用本第三优选实施例的光掩模图案结构100所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。如图4B的虚线(晶界)所示，在应用本第三优选实施例的光掩模图案结构后，基板所形成的低温多晶硅结构具有规则的晶界，且分支晶界的数量相当少。

本发明前述的第三侧边130和第四侧边140的形状可例如三角形或弧形等，其可为同一形状，或互为镜射的形状。请参照图5，其绘示根据本发明的第四优选实施例的光掩模图案结构的示意图，其中第三侧边130和第四侧边140的形状为互为镜射的弧形。

请参照图6A，其绘示根据本发明的第五优选实施例的光掩模图案结构200的示意图，其中光栅202具有相对第一侧边210和第二侧边220、以及相对第三侧边230和第四侧边240。在本第五优选实施例的光掩模图案结构中，第一侧边210和第二侧边220上均形成有形状为三角形波的第一连续波状结构250a，即第一侧边210和第二侧边220的形状为相互对称的三角波。第三侧边230和第四侧边240的形状为互为镜射的三角形。请参照图6B，其绘示应用本第五优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。如图6B的虚线(晶界)所示，在应用本第五优选实施例的光掩模图案结构后，基板所形成的低温多晶硅结构具有规则的晶界，且分支晶界的数量相当少。

请参照图7A，其绘示根据本发明的第六优选实施例的光掩模图案结构200的示意图，其中光栅202的第一侧边210和第二侧边220上分别形成有形状为互补的三角形波的第一连续波状结构250a和第二连续波状结构250b，即第一连续波状结构250a的凸出部分匹配于第二连续波状结构250b的凹陷部分。本第六优选实施例的第三侧边230和第四侧边240的形状亦为互为镜射的三角形。请参照图7B，其绘示应用本第六优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。如图7B的虚线(晶界)所示，在应用本第六优选实施例的光掩模图案结构后，基板所形成的低温多晶硅结构具有规则的晶界，且分支晶界的数量相当少。

请参照图8A，其绘示根据本发明的第七优选实施例的光掩模图案结构300的示意图，其中光栅302具有相对第一侧边310和第二侧边320、以及相对第三侧边330和第四侧边340。在本第七优选实施例的光掩模图案结构中，第一侧边310和第二侧边320上均形成有形状为弧形波的第一连续波状结构350a，即第一侧边310和第二侧边320的形状为相互对称的弧形波。第三侧边330和第四侧边340的形状为互为镜射的三角形。请参照图8B，其绘示应用本第七优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。如图8B的虚线(晶界)所示，在应用本第七优选实施例的光掩模图案结构后，基板所形成的低温多晶硅结构具有规则的晶界，且分支晶界的数量相当少。

请参照图9A，其绘示根据本发明的第八优选实施例的光掩模图案结构300的示意图，其中光栅302的第一侧边310和第二侧边320上分别形成有形状为互补的弧形波的第一连续波状结构350a和第二连续波状结构350b，即第一连续波状结构350a的凸出部分匹配于第二连续波状结构350b的凹陷部分。本第八优选实施例的第三侧边330和第四侧边340的形状亦为互为镜射的三角形。请参照图9B，其绘示应用本第八优选实施例的光掩模图案结构所形成的低温多晶硅结构的晶界示意图。如图9B的虚线(晶界)所示，在应用本第六优选实施例的光掩模图案结构后，基板所形成的低温多晶硅结构具有规则的晶界，且分支晶界的数量相当少。

另外，本发明的激光结晶用的光掩模图案阵列至少包括三个光掩模图案结构，此些光掩模图案结构的形状为前述的实施例所揭示的光掩模图案结构其中之一。请参照图10，其绘示本发明的激光结晶用的光掩模图案阵列的示意图，其中光掩模图案结构400a、光掩模图案结构400b和光掩模图案结构400c如前述的第二优选实施例所示的光掩模图案结构。光掩模图案结构400b基本上对齐并平行于光掩模图案结构400c，其中光掩模图案结构400b与光掩模图案结构400c相距有预设距离L。光掩模图案结构400a位于光掩模图案结构400b与光掩模图案结构400c的一侧，其中光掩模图案结构400a基本上平行于光掩模图案结构400b，光掩模图案结构400a的一侧的中点并基本上对准于第一光掩模图案结构400a与第二光掩模图案结构间400b的中间位置。如图10所示的光掩模图案阵列为一最小可能单位，实际实施时，可依实际需要，将多个光掩模图案结构400a组成一阵列(如图1A所示的阵列10)，多个光掩模图案结构400b和400c组成另一阵列(如图1A所示的阵列20)。

由上述本发明优选实施例可知，应用本发明的优点为：通过光掩模设计来控制结晶副晶界宽度，以提升载流子迁移率，而大幅地改善现有激光结晶用的光掩模的缺点。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1、一种激光结晶用的光掩模图案结构，形成在基板上，其中该激光结晶用的光掩模图案结构至少包括：

光栅，具有相对的第一侧边和第二侧边，及具有相对的第三侧边和第四侧边，其中该第三侧边和该第四侧边分别位于该第一侧边与该第二侧边之间；

第一连续波状结构，形成在该第一侧边上；以及

第二连续波状结构，形成在该第二侧边上。

2、如权利要求1所述的激光结晶用的光掩模图案结构，其中该第一连续波状结构与该第二连续波状结构的形状为相互对称、相互互补、三角形波、矩形波或弧形波的其中之一。

3、如权利要求1所述的激光结晶用的光掩模图案结构，其中该第三侧边连接于该第一侧边的一端与该第二侧边的一端，该第四侧边连接于该第一侧边的另一端与该第二侧边的另一端。

4、如权利要求1所述的激光结晶用的光掩模图案结构，其中该第三侧边和该第四侧边互为镜射、同一形状、三角形、弧形的其中之一。

5、一种激光结晶用的光掩模图案阵列，形成在基板上，其中该激光结晶用的光掩模图案阵列至少包括：

三个光掩模图案结构，分别为：

第一光掩模图案结构；

第二光掩模图案结构，基本上对齐并平行于该第一光掩模图案结构，其中该第一光掩模图案结构与该第二光掩模图案结构相距有预设距离；以及

第三光掩模图案结构，位于该第一光掩模图案结构与该第二光掩模图案结构的一侧，其中该第三光掩模图案结构基本上平行于该第一光掩模图案结构，该第三光掩模图案结构的一侧的中点并基本上对准于该第一光掩模图案结构与该第二光掩模图案结构间的中间位置；

其中每一该些光掩模图案结构至少包括：

光栅，具有相对的第一侧边和第二侧边，及具有相对的第三侧边和第四侧边，其中该第三侧边和第四侧边分别位于该第一侧边与该第二侧边之间；

第一连续波状结构，形成在该第一侧边上；以及

第二连续波状结构，形成在该第二侧边上。

6、如权利要求5所述的激光结晶用的光掩模图案阵列，其中该第一连续波状结构与该第二连续波状结构的形状为相互对称、相互互补、三角形波、矩形波或弧形波的其中之一。

7、如权利要求5所述的激光结晶用的光掩模图案阵列，其中该第三侧边连接于该第一侧边的一端与该第二侧边的一端，该第四侧边连接于该第一侧边的另一端与该第二侧边的另一端。

8、如权利要求5所述的激光结晶用的光掩模图案阵列，其中该第三侧边和该第四侧边互为镜射、同一形状、三角形、弧形的其中之一。