DE102004059971A1 - Lasermaske und Kristallisationsverfahren unter Verwendung derselber sowie Display und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Lasermaske und Kristallisationsverfahren unter Verwendung derselber sowie Display und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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Abstract

Es wird ein Kristallisationsverfahren für eine polykristalline Siliciumschicht angegeben, das über die folgenden Schritte verfügt: DOLLAR A - Bereitstellen eines Substrats mit einer Halbleiterschicht; DOLLAR A - Positionieren einer Maske mit einem ersten, zweiten und dritten Block über dem Substrat, wobei das periodische Muster der ersten Blocks über eine erste Position verfügt, das periodische Muster des zweiten Blocks über eine zweite Position verfügt und das periodische Muster des dritten Blocks über eine dritte Position verfügt, wobei die drei Positionen voneinander verschieden sind; und DOLLAR A - Kristallisieren der Halbleiterschicht durch Einstrahlen eines Laserstrahls durch die Maske.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lasermaske und ein Kristallisationsverfahren unter Verwendung derselben, mit denen die Kristallisationseigenschaften eines Siliciumdünnfilms verbessert werden können. Außerdem betrifft die Erfindung ein Display und ein Verfahren zu dessen Herstellung mittels einer Lasermaske und eines Kristallisationsverfahrens.
  • In jüngerer Zeit erfolgte aufgrund der Nachfrage nach Informationsdisplays, insbesondere tragbare Informationsdisplays, eine energische Forschung und Kommerzialisierung hinsichtlich Flachtafeldisplays (FPDs) vom Dünnfilmtyp, um Kathodenstrahlröhren (CRTs) zu ersetzen. Von diesen FPDs zeigen Flüssigkristalldisplays (LCDs) Bilder unter Verwendung der optischen Anisotropie eines Flüssigkristalls an. Ein LCD kann aufgrund seiner hervorragenden Auflösung, seiner Farbwiedergabefähigkeiten und seiner Bildqualität für Notebooks, Desktopmonitore und andere Anzeigevorrichtungen verwendet werden.
  • Bei einem Aktivmatrix(AM)-Ansteuerungsverfahren, einem typischen Ansteuerungsverfahren, wie es bei einem LCD verwendet wird, wird jedes Pixel des LCD unter Verwendung eines Dünnschichttransistors (TFT) aus amorphem Silicium (a-Si) als Schaltbauteil angesteuert. Eine Technik zur Herstellung von a-Si-TFTs wurde von English LeComber et al. im Jahr 1979 beschrieben und im Jahr 1986 kommerziell als tragbarer LCD-Fernseher von drei Zoll eingeführt. In jüngerer Zeit wurde ein TFT-LCD mit einer Anzeigefläche von mehr als 50 Zoll entwickelt. Jedoch beträgt die Feldeffekt-Beweglichkeit eines a-Si-TFT ungefähr 1 cm2/Vs, was seine Verwendung in Peripherieschaltkreisen verhindert, die Signale an die Pixel anlegen, da diese Schaltungen im Allgemeinen bei über 1 MHz arbeiten. Demgemäß wird derzeit aktiv daran geforscht, gleichzeitig Schalttransistoren in einem Pixelbereich und Peripherieschaltkreise in einem Treiberschaltungsbereich unter Verwendung eines TFT aus polykristallinem Silicium (Poly-Si) mit einer Feldeffekt-Beweglichkeit über der eines a-Si-TFT auf einem Glassubstrat herzustellen.
  • Ein a-Si-TFT wurde bei kleinen FPDs, wie dem Okular von Camcordern, verwendet, seit LCD-Farbfernsehen im Jahr 1982 entwickelt wurde. Ein derartiger TFT verfügt über geringe Fotoempfindlichkeit und hohe Feldeffekt-Beweglichkeit, und er kann direkt auf einem Substrat hergestellt werden, um Treiberschaltungen auszubilden. Durch eine erhöhte Feldeffekt-Beweglichkeit kann die Betriebsfrequenz der Treiberschaltungen erhöht werden. Die Frequenzfähigkeiten der Treiber schaltungen bestimmen die Anzahl der Pixel, die angesteuert werden kann, während angemessene Anzeigeeigenschaften erhalten bleiben. Genauer gesagt, wird durch eine erhöhte Frequenz die Ladezeit für ein an jedes Pixel angelegtes Signal verringert, so dass die Signalverzerrung abnimmt und die Bildqualität zunimmt. Im Vergleich mit einem a-Si-TFT, der eine hohe Ansteuerspannung von ungefähr 25 V aufweist, verbrauch ein Poly-Si-TFT, der eine Ansteuerspannung unter 10 V aufweist, weniger Energie.
  • Ein Poly-Si-TFT kann dadurch hergestellt werden, dass ein Dünnfilm aus Poly-Si direkt auf einem Substrat abgeschieden wird oder ein Dünnfilm aus amorphem Silicium abgeschieden wird, der dann durch einen thermischen Prozess kristallisiert wird. Um als Substrat ein billiges Glas verwenden zu können, sind Niedertemperaturprozesse erforderlich, und um einen Poly-Si-TFT für Treiberschaltungen verwenden zu können, ist ein Verfahren zum Erhöhen der Feldeffekt-Beweglichkeit erforderlich. Allgemein verwendete thermische Bearbeitungsverfahren zum Kristallisieren eines Dünnfilms aus amorphem Silicium sind die Festphasenkristallisation (SPC = solid phase crystallization) und das Excimerlasertempern (ELA = excimer laser annealing).
  • Beim SPC-Verfahren wird ein Dünnfilm aus Poly-Si bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 600°C hergestellt. Dies erfolgt dadurch, dass ein Dünnfilm aus amorphem Silicium auf einem Glassubstrat mit niedrigem Schmelzpunkt abgeschieden wird und dann ein langsamer Erwärmungsprozess für bis zu 10 Stunden bei ungefähr 600°C ausgeführt wird. Ein durch das SPC-Verfahren erhaltener Poly-Si-Dünnfilm weist vergleichsweise große Körner von ungefähr einigen μm auf. Jedoch existieren in den Körnern viele Defekte. Obwohl diese in einem Poly-Si-TFT nicht so ungünstig wie Korngrenzen sind, beeinflussen diese Defekte dennoch das Funktionsvermögen eines solchen in negativer Weise.
  • Das ELA-Verfahren ist ein typisches Verfahren zum Herstellen eines Poly-Si-TFT bei niedriger Temperatur. Dabei wird ein Dünnfilm aus amorphem Silicium dadurch kristallisiert, dass ein Laserstrahl hoher Energie für eine Zeit von 10 ns auf den Dünnfilm aus amorphem Silicium gestrahlt wird. Bei diesem Verfahren wird das amorphe Silicium innerhalb einer sehr kurzen Zeit aufgeschmolzen und kristallisiert, so dass das Glassubstrat nicht beschädigt wird. Ein durch das ELA-Verfahren hergestellter Poly-Si-Dünnfilm zeigt auch hervorragende elektrische Eigenschaften im Vergleich mit einem durch ein übliches thermisches Bearbeitungsverfahren hergestellten Poly-Si-Dünnfilm. Z.B. ist die Feldeffekt-Beweglichkeit eines durch das ELA-Verfahren hergestellten Poly-Si-TFT höher als 100 cm2/Vs, wohingegen diejenige eines a-Si-TFT nur 0,1 – 0,2 cm2/Vs beträgt und diejenige eines durch ein übliches thermisches Bearbeitungsverfahren hergestellten Poly-Si-TFT 10 – 20 cm2/Vs beträgt (IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 36, No. 12, S. 2.868, 1989).
  • Nun wird ein Kristallisationsverfahren unter Verwendung eines Lasers unter Bezugnahme auf die 1 detailliert beschrieben, die ein Kurvenbild ist, das die Beziehung zwischen der Korngröße eines Poly-Si-Dünnfilms und der Energiedichte eines zum Herstellen desselben verwendeten Lasers veranschaulicht.
  • Wie es in der 1 dargestellt ist, nimmt in einem ersten und einem zweiten Bereich I und II, wenn die Energiedichte zunimmt, die Korngröße im Poly-Si-TFT zu, wie es in IEEE Electron Device Letters, DEL-7, 276, 1986 erörtert ist. Jedoch nimmt in einem dritten Bereich III, wenn die Energiedichte höher als eine spezifische Energiedichte Ec wird, die Korngröße des kristallisierten Poly-Si-TFTs drastisch ab.
  • D.h., dass, wie es durch das Kurvenbild der 1 veranschaulicht ist, der Kristallisationsmechanismus für den Silicium-Dünnfilm anders wird, wenn die Energiedichte über einer spezifischen Energiedichte Ec liegt.
  • Die 2A bis 2C, 3A bis 3C sowie 4A bis 4C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Silicium-Kristallisationsmechanismus entsprechend den Laserenergiedichten gemäß der 1. D.h., sie veranschaulichen einen sequenziellen Kristallisationsprozess abhängig von der jeweiligen Laserenergiedichte. Der Kristallisationsmechanismus von amorphem Silicium bei einer Lasertemperung wird durch viele Faktoren beeinflusst, wie die Lasereinstrahlbedingungen, einschließlich der Laserenergiedichte, des Bestrahlungsdrucks und der Substrattemperatur sowie physikalische/geometrische Eigenschaften, einschließlich des Absorptionskoeffizienten, der Wärmeleitfähigkeit, der Masse, des Fremdstoffgehalts und der Dicke der Schicht aus amorphem Silicium.
  • Wie es in den 2A bis 2C veranschaulicht ist, ist der erste Bereich I der 1 ein Teilaufschmelzbereich, und ein Dünnfilm 12 aus amorphem Silicium wird nur bis zur gestrichelten Linie kristallisiert, und die Größe eines dabei erzeugten Korns G1 beträgt ungefähr einige hundert Å (10 Å = 1 nm). Wenn ein Laserstrahl auf den Dünnfilm 12 aus amorphem Silicium auf einem Substrat 10 gestrahlt wird, auf dem eine Pufferschicht 11 ausgebildet ist, wird der Dünnfilm 12 aus amorphem Silicium aufgeschmolzen. Dabei wird nur ein bestimmter Teil desselben geschmolzen, da die starke Laserenergie direkt auf die Oberfläche desselben gestrahlt wird und nur eine relativ schwächere Laserenergie in einen unteren Teil desselben gestrahlt wird.
  • Typischerweise wachsen beim Laser-Kristallisationsverfahren Kristalle durch die folgenden Prozesse: Primäraufschmelzen, bei dem die Oberflächenschicht eines Dünnfilms aus amorphem Silicium durch Lasereinstrahlung geschmolzen wird, sekundäres Aufschmelzen, bei dem der untere Teil desselben durch die latente Wärme geschmolzen wird, wie sie während der Erstarrung des aufgeschmolzenen Siliciums erzeugt wird, und Erstarrung der unteren Schicht. Dieser Kristallwachstumsprozess wird nun detaillierter erläutert.
  • Ein Dünnfilm aus amorphem Silicium, auf den ein Laserstrahl gestrahlt wird, verfügt über eine Schmelztemperatur von über 1.000°C, und er schmilzt primär zu einem flüssigen Zustand. Da zwischen der geschmolzenen Oberflächenschicht und dem unteren Silicium und dem Substrat eine große Temperaturdifferenz besteht, kühlt die geschmolzene Oberflächenschicht schnell ab, bis eine Festphasen-Keimbildung und Erstarrung erzielt werden. Die Oberflächenschicht bleibt geschmolzen, bis die Festphasen-Keimbildung und Erstarrung abgeschlossen sind. Der geschmolzene Zustand dauert lange an, wenn die Laserenergiedichte hoch ist oder die Wärmeabgabe nach außen gering ist. Da die Oberflächenschicht bei niedrigerer Temperatur als der Schmelztemperatur von 1.400°C von kristallinem Silicium schmilzt, kühlt sie ab, und sie behält einen überkühlten Zustand bei, bei dem die Temperatur niedriger als die Phasenübergangstemperatur ist.
  • Je größer der Überkühlungszustand ist, d.h., je niedriger die Schmelztemperatur des Dünnfilms ist oder je höher die Abkühlgeschwindigkeit ist, desto höher ist die Keimbildungsrate bei der Erstarrung, so dass während dieser feine Kristalle wachsen. Wenn die Erstarrung beginnt, wenn die geschmolzene Oberflächenschicht kühler wird, wachsen Kristalle ausgehend von einem Kristallkeim nach oben. Während des Phasenübergangs der geschmolzenen Oberflächenschicht vom flüssigen in den festen Zustand wird latente Wärme erzeugt, so dass das sekundäre Schmelzen beginnt, bei dem der untere Dünnfilm aus amorphem Silicium schmilzt. Dann tritt Erstarrung desselben auf. Dabei nimmt die Keimbildungsrate in der unteren, zweiten geschmolzenen Schicht zu, da der untere Dünnfilm aus amorphem Silicium stärker als die erste aufgeschmolzene Schicht unterkühlt ist. So ist die Kristallgröße, wie sie sich aus der zweiten geschmolzenen Schicht ergibt, kleiner. Demgemäß muss die Abkühlgeschwindigkeit zur Erstarrung verringert werden, um die Kristalleigenschaften zu verbessern. Die Abkühlgeschwindigkeit kann dadurch verringert werden, dass die Abstrahlung der absorbierten Laserenergie nach außen verringert wird. Zu Beispielen für Verfahren hierzu gehören ein Beheizen des Substrats, eine Doppelstrahl-Bestrahlung oder das Einfügen einer isolierenden Pufferschicht zwischen dem Substrat und der Schicht aus amorphem Silicium.
  • Die 3A bis 3C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen des Silicium-Kristallisationsmechanismus für den zweiten Bereich II in der 1, der einen nahezu vollständig kristallisierten Bereich repräsentiert.
  • Gemäß den 3A bis 3C verfügt ein Poly-Si-TFT über relativ große Körner 30A bis 30C von ungefähr 3.000 bis 4.000 Å, die bis herunter zu Grenzfläche an der unteren Pufferschicht 11 ausgebildet werden. Wenn der Dünnfilm 12 aus amorphem Silicium mit einer Energie für nahezu vollständiges, also nicht vollständiges, Schmelzen bestrahlt wird, schmilzt beinahe der gesamte Dünnfilm 12 aus amorphem Silicium bis herunter zur Pufferschicht 11. Dabei wirken feste Keime 35, die an der Grenzfläche zwischen dem aufgeschmolzenen Silicium-Dünnfilm 12' und der Pufferschicht 11 nicht aufgeschmolzen wurden, als Kristallisationskeime, was zu seitlichem Wachstum führt, so dass es zu relativ großen Körnern 30A bis 30C kommt (J. Appl. Phys. 82, 4086). Da diese Kristallisation jedoch nur dann auftritt, wenn die Laserenergie dergestalt ist, dass die festen Keime 35 an der Grenzfläche zur Pufferschicht 11 verbleiben, ist die Prozesstoleranz sehr eingeschränkt. Außerdem weisen die Kristallkörner 30A bis 30C des Poly-Si-TFTs verschiedene Kristallisationsrichtungen auf, da die festen Keime 35 ungleichmäßig erzeugt werden, so dass sich ungleichmäßige Kristallisationseigenschaften ergeben.
  • Die 4A bis 4C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen des Silicium-Kristallisationsmechanismus im dritten Bereich III der 1, der einem Bereich mit vollständiger Kristallisation entspricht.
  • Gemäß den 4A bis 4C werden bei einer dem dritten Bereich III entsprechenden Energiedichte sehr kleine Körner 30 in unregelmäßiger weise gebildet. Wenn die Laserenergiedichte höher als eine spezifische Energiedichte Ec wird, wird ausreichend Energie eingestrahlt, um den Dünnfilm 12 aus amorphem Silicium vollständig aufzuschmelzen, so dass keine festen Keime verbleiben, die zu Körnern wachsen könnten. Danach erfährt der Silicium-Dünnfilm 12', der durch die Einstrahlung des Laserstrahls hoher Energie aufgeschmolzen wurde, einen schnellen Abkühlprozess, bei dem viele gleichmäßige Keime 35 und damit feine Körner 30 erzeugt werden.
  • Indessen wird ein ELA-Verfahren unter Verwendung eines gepulsten Lasers typischerweise zur Laser-Kristallisation verwendet, und kürzlich wurde ein Verfahren mit sequenzieller, lateraler Erstarrung (SLS = sequential lateral solidification) vorgeschlagen und umfassend untersucht, das eine merkliche Verbesserung der Kristallisationseigenschaften durch das Wachsen von Körnern in horizontaler Richtung zeigt.
  • Das SLS-Verfahren nutzt die Tatsache, dass ausgehend von einer Grenzfläche zwischen flüssigem und festem Silicium Körner lateral wachsen (Robert S. Sposilli, M. A. Crowder, und James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 452, 956 bis 957, 1997). Bei diesem Verfahren wachsen Körner lateral mit vorbestimmter Länge, wenn die Laserenergiedichte und der Bestrahlungsbereich eines Laserstrahls gesteuert werden, wodurch die Kristallkorngröße erhöht werden kann.
  • Dieses SLS-Verfahren ist ein Beispiel für laterale Erstarrung (LS), und der LS-Kristallisationsmechanismus wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die 5A bis 5C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Prozesses mit sequenzieller Kristallisation gemäß einer einschlägigen Technik.
  • Gemäß der 5A wird mit einem Laser mit einer Energiedichte im dritten Bereich III der 1 mit einer Energiedichte, mit der ein Dünnfilm 112 aus amorphem Silicium vollständig aufgeschmolzen werden kann, auf einen Teil desselben gestrahlt, der dann vollständig schmilzt. Es kann eine strukturierte Maske dazu verwendet werden, einen Laser-Einstrahlbereich und einen Laser-Nichteinstrahlbereich auszubilden. Dabei kann, wie es durch die 5B und 5C veranschaulicht ist, da der Laser über ausreichende Energie verfügt, der durch ihn bestrahlte Dünnfilm 112 aus amorphem Silicium vollständig aufgeschmolzen werden. Jedoch wird der Laserstrahl mit bestimmten Intervallen auf den Dünnfilm 112 aus amorphem Silicium gestrahlt, und Kristalle wachsen ausgehend von der Grenzfläche zwischen dem Laser-Nichteinstrahlbereich (feste Phase) des Silicium-Dünnfilms 112 und dem geschmolzenen Silicium-Dünnfilm 112' (flüssige Phase).
  • Demgemäß bildet die Grenzfläche Keime für diese Kristallisation. Anders gesagt, kühlt, unmittelbar nachdem der Laserstrahl eingestrahlt wurde, der geschmolzene Silicium-Dünnfilm 112' von der linken/rechten Fläche, d.h. den Grenzflächen zum Laser-Nichteinstrahlungsbereich, ab. Dies, da der Dünnfilm 112 aus amorphem Silicium in der festen Phase über eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Pufferschicht 111 oder das Glassubstrat 110 unter den Silicium-Dünnffilmen 112 und 112' aufweist. Demgemäß erreicht der geschmolzene Silicium-Dünnfilm 112' die Keimbildungstemperatur als Erstes an der Grenzfläche zwischen der horizontalen festen Phase und der flüssigen Phase anstatt im zentralen Teil, wobei im entsprechenden Teil ein Kristallkeim gebildet wird. Nach der Bildung des Kristallkeims wachsen Körner 130A und 130B horizontal von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite, d.h. von der Grenzfläche zum zentralen Teil. Aufgrund der lateralen Kristallisation können große Körner 130A und 130B gebildet werden, und da der Prozess mit der Energiedichte des dritten Bereichs ausgeführt wird, besteht keine Einschränkung der Prozesstoleranz, was in anderen Bereichen der Fall ist. Jedoch bestehen beim SLS-Verfahren die folgenden Probleme.
  • Es wird nämlich die Kristallisation dadurch ausgeführt, dass die Maske oder der Tisch sehr fein und wiederholt verstellt werden, um die Korngröße zu erhöhen. Im Ergebnis ist die Prozesszeit zum Kristallisieren eines großen Dünnfilms aus amorphem Silicium erhöht, und die Prozessausbeute wird niedrig.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maske und ein Kristallisationsverfahren zu schaffen, mit denen die Kristallisationseigenschaften eines Silicium-Dünnfilms verbessert werden können. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Display und ein Verfahren zum Herstellen desselben unter Verwendung einer solchen Lasermaske und eines solchen Kristallisationsverfahrens zu schaffen.
  • Diese Aufgabe ist durch die Lasermaske gemäß dem Anspruch 1, das Kristallisationsverfahren gemäß dem Anspruch 9, die Dis plays gemäß den unabhängigen Ansprüchen 17 und 18 sowie das Display-Herstellverfahren gemäß dem Anspruch 10 gelöst.
  • Es ist zu beachten, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind, und dass sie für eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung sorgen sollen.
    •
  • Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um für ein weiteres Verständnis der Erfindung zu sorgen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung, und sie dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
  • 1 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Korngröße in einem Dünnfilm aus amorphem Silicium und der Energiedichte eines zum Herstellen eines Poly-Si-TFTs verwendeten Lasers.
  • 2A bis 2C, 3A bis 3C sowie 4A bis 4C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Silicium-Kristallisationsmechanismus abhängig von jeweiligen Laserenergiedichten gemäß der 1.
  • 5A bis 5C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines bekannten sequenziellen Kristallisationsprozesses.
  • 6A ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen eines Beispiels einer bei einem SLS-Verfahren verwendeten Lasermaske.
  • 6B ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen eines mit der Maske gemäß der 6A kristallisierten Silicium-Dünnfilms.
  • 7 ist eine vergrößerte Draufsicht zum Veranschaulichen des Teils E des kristallisierten Silicium-Dünnfilms der 6B.
  • 8A bis 8C sind Drauf sichten zum Veranschaulichen eines sequenziellen Kristallisationsprozesses für einen Silicium-Dünnfilm unter Verwendung der Maske der 6A.
  • 9 veranschaulicht ein anderes Beispiel einer Lasermaske für ein SLS-Verfahren.
  • 10 veranschaulicht ein Verfahren zum Erzeugen periodischer Muster einer erfindungsgemäßen Lasermaske.
  • 11 veranschaulicht die Größe eines Transmissionsbereichs der Lasermaske in der 10.
  • 12 veranschaulicht ein Verfahren zum Erzeugen von in drei Blöcke unterteilten Maskenmustern für die Lasermaske der 10.
  • 13A bis 13C veranschaulichen drei Blöcke einer gemäß dem an Hand der 12 beschriebenen Verfahren hergestellten Lasermaske.
  • 14A bis 14C veranschaulichen einen Kristallisationsprozess für einen Silicium-Dünnfilm unter Verwendung der Lasermaske der 13A bis 13C.
  • 15A veranschaulicht ein Verfahren zum Konstruieren einer Lasermaske gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 15B zeigt ein Beispiel einer Lasermaske, die auf Grundlage des unter Bezugnahme auf die 15A erläuterten Musterkonstruierverfahrens hergestellt wurde.
  • 16A bis 16H veranschaulichen einen sequenziellen Kristallisationsprozess für einen Silicium-Dünnfilm unter Verwendung der in der 15B dargestellten Lasermaske.
  • 17 veranschaulicht ein Verfahren zum Konstruieren periodischer Muster in einer Lasermaske gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • 18A veranschaulicht ein Verfahren zum Konstruieren einer Lasermaske mit den Mustern gemäß der 17.
  • 18B zeigt ein Beispiel einer Lasermaske, die durch das unter Bezugnahme auf die 18A beschriebene Musterkonstruierverfahren hergestellt wurde.
  • 19A bis 19G veranschaulichen einen sequenziellen Kristallisationsprozess für einen Silicium-Dünnfilm unter Verwendung der in der 18B dargestellten Lasermaske.
  • 20 ist eine Draufsicht, die den Aufbau einer LCD-Tafel zeigt, bei der eine Treiberschaltung mit einem Arraysubstrat integriert ist.
  • 21 zeigt ein Beispiel eines LCD, das unter Verwendung eines Silicium-Dünnfilms hergestellt wurde, der durch ein Kristallisationsverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kristallisiert wurde.
  • Nun wird detailliert auf die Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, zu denen in den beigefügten Zeichnungen Beispiele veranschaulicht sind.
  • Die 6A ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen einer für ein SLS-Verfahren verwendeten Lasermaske, die so konzi piert ist, dass die Kristallisationszeit im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt wird. Gemäß der 6A verfügt eine Lasermaske 270 über ein Muster von Schlitzen 275 mit einem rechteckigen Transmissionsbereich 273 vorbestimmter Breite und Länge. Die Lasermaske 270 verfügt über zwei rechteckige Transmissionsbereiche zum Durchlassen von Licht sowie einen Ausblendbereich 274 zum Ausblenden von Licht. Ein durch die Transmissionsbereiche 273 der Schlitze 275 hindurchgestrahlter Laserstrahl kristallisiert einen Silicium-Dünnfilm entsprechend der Form (z.B. Rechteckform) der Transmissionsbereiche 273.
  • Gemäß der 6B zeigt jedoch ein Endbereich E des kristallisierten Silicium-Dünnfilms eine abgerundete Form, die vom Maskenmuster (dem Schlitz 275) abweicht, was auf einer Beugung des Laserstrahls beruht. Dies wird nun detailliert beschrieben. Zur Bezugnahme veranschaulicht die gestrichelte Linie im Endbereich E des in der 6B dargestellten kristallisierten Silicium-Dünnfilms die Form des Schlitzes 275 der zur Kristallisation verwendeten Lasermaske 270.
  • Die 7 ist eine vergrößerte Draufsicht zum Veranschaulichen des Bereichs E des kristallisierten Silicium-Dünnfilms der 7B. Wie es in der 7 dargestellt ist, verfügt ein Bereich A im Zentrum des Endbereichs E über ein Kristallisationsmuster, das dem Schlitz 275 ähnlich ist, da ein Laserstrahl mit einer Energiedichte eingestrahlt wird, die dazu ausreicht, den Silicium-Dünnfilm vollständig aufzuschmelzen. Jedoch wird der Laserstrahl im Bereich B, d.h. den Ecken des Endbereichs E des Schlitzes 275, gebeugt. So kann der Laserstrahl keine Energiedichte aufweisen, die dazu ausreichen würde, den Silicium-Dünnfilm vollständig zu schmelzen. Im Ergebnis erhält der Endbereich E eine konvexe oder runde Form. Anders gesagt, wächst, da die Körner im Endbereich E des kristallisierten Silicium-Dünnfilms mit runder Form ausgehend von Keimen wachsen, die nahe dem Dünnfilm aus amorphem Silicium (feste Phase) an der Grenzfläche zum geschmolzenen amorphen Silicium gebildet werden, ein zweites Korn 230B in einer anderen Richtung als ein erstes Korn 230A. D.h., dass das zweite Korn 230B andere Kristallisationseigenschaften als das erste Korn 230A aufweist, so dass im Ergebnis im kristallisierten Silicium-Dünnfilm ein Diskontinuitätsbereich existiert. Da der Diskontinuitätsbereich mit einer Breite W, dem konvexen Endbereich E des kristallisierten Silicium-Dünnfilms, andere Kristallisationseigenschaften aufweist, muss diese Breite W verringert werden, um den Silicium-Dünnfilm bei einem LCD anwenden zu können.
  • Nun wird ein Kristallisationsprozess zum Kristallisieren des Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der oben beschriebenen Maske beschrieben. Die 8A bis 8C sind Draufsichten zum Veranschaulichen eines sequenziellen Kristallisationsprozesses für einen Silicium-Dünnfilm unter Verwendung der Lasermaske der 6A.
  • Als Erstes wird, wie es in der 8A dargestellt ist, die Lasermaske 270 der 6A auf einem Substrat 210 positioniert, auf das ein erster Laserstrahl gestrahlt wird, um einen Dünnfilm 212 aus amorphem Silicium auf ihm zu kristallisieren. Dabei entspricht der kristallisierte Bereich dem Transmissionsbereich 273 der Lasermaske 270, und wenn diese über zwei Transmissionsbereiche verfügt, verfügt der kristallisierte Bereich über zwei kristallisierte Bereiche mit vorbestimmter Länge in horizontaler Richtung. Anders gesagt, verfügt, wenn der erste Laserstrahl unter Verwendung der Maske 270 mit dem rechteckigen Schlitz 275 auf die Oberfläche des Substrats 210 gestrahlt wird, der Silicium-Dünnfilm, auf den der erste Laserstrahl durch den Schlitz 275 gestrahlt wurde, ein erstes Korn 230A auf, das lateral (verti kal in der 8A) ausgehend von einem Keim wächst, der nahe dem Dünnfilm 212 aus amorphem Silicium (feste Phase) erzeugt wird, der an der oberen und unteren Grenzfläche liegt. Dabei weisen, wie oben angegeben, die Endbereiche des kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212' abweichend vom Maskenmuster, d.h. der Form des Schlitzes 275 runde Form auf, was auf der Beugung des Laserbereichs verfügt, und in den abgerundeten Endbereichen E wächst ein zweites Korn 230B aus einem Keim, der nahe dem Dünnfilm 212 aus amorphem Silicium (feste Phase) gebildet wird, der an der Grenzfläche des geschmolzenen amorphen Siliciums liegt, in einer Richtung, die von der des ersten Korns 230A verschieden ist. D.h., dass das zweite Korn 230B andere Kristallisationseigenschaften als das erste Korn 230A aufweist, so dass im kristallisierten Silicium-Dünnfilm ein Diskontinuitätsbereich existiert.
  • Nachdem der erste Kristallisationsvorgang abgeschlossen wurde, wird der Tisch (nicht dargestellt) oder die über dem Substrat 210 platzierte Lasermaske 270 um einen kurzen Weg verstellt, der nicht größer als die horizontale Länge des Musters der Lasermaske 270 (Breite des Schlitzes 275) ist, und dann wird ein zweiter Laserstrahl eingestrahlt, um den Kristallisationsprozess in der Richtung der X-Achse fortzusetzen. Nachdem z.B. der Tisch in der Richtung der Achse "-X" verstellt wurde, um eine Überlappung von dem Diskontinuitätsbereich 280 des mit dem Schlitzmuster kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212' herzustellen, wird der zweite Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats 210 gestrahlt.
  • Dann wird, wie es in der 8B dargestellt ist, ein zweites kristallisiertes Muster 212'', das mit dem Muster des durch den ersten Kristallisationsprozess kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212' übereinstimmt, in der Richtung der Achse X erzeugt, während eine Überlappung mit dem Diskontinuitätsbereich 280 des ersten kristallisierten Silicium- Dünnfilms 212' besteht. Danach wird, wenn ein dritter Laserstrahl auf dieselbe Weise, wie sie für den ersten Laserstrahl beschrieben wurde, auf die Oberfläche des Substrats 210 gestrahlt wird, ein drittes Kristallisationsmuster 212''', das mit dem des durch den zweiten Kristallisationsprozess hergestellten Silicium-Dünnfilms 212'' übereinstimmt, gebildet, wobei Überlappung mit dem Diskontinuitätsbereich 280 des zweiten kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212'' besteht. Dabei ist der Überlappungsbereich für den Laserstrahl für den nächsten Schuss um so größer, je größer der Diskontinuitätsbereich 280 ist, was die Gesamtprozesszeit erhöht. Die Diskontinuitätsbereiche 280 der kristallisierten Silicium-Dünnfilme 212', 212'' und 212''' verfügen über verschiedene Kristallisationseigenschaften, und diesbezüglich muss, da der Silicium-Dünnfilm 212 um die Diskontinuitätsbereiche 280 herum in einem amorphen Zustand ohne Kristallisation verbleibt, der nächste Schuss des Laserstrahls mit diesen Diskontinuitätsbereichen 280 überlappen.
  • Nachdem der Kristallisationsprozess in der Richtung der Achse X abgeschlossen ist, wird die Maske 270 oder der Tisch um einen vorbestimmten Weg in der Richtung der Achse Y verstellt (wenn der Tisch verstellt wird, wird er in der Richtung der Achse -Y verstellt). Dann wird, wie es in der 8C dargestellt ist, der Lasereinstrahlprozess erneut in der Richtung der Achse X, ausgehend vom Punkt, an dem der erste Kristallisationsprozess abgeschlossen wurde, ausgeführt.
  • Wenn der oben beschriebene Kristallisationsprozess wiederholt ausgeführt wird, entsteht ein Problem dahingehend, dass der Poly-Si-TFT über mehrere erste Bereiche P1 mit normalen Körnern sowie mehrere zweite Bereiche P2 mit den Diskontinuitätsbereichen, die über andere Kristallisationseigenschaften verfügen und zwischen den ersten Bereichen P1 liegen, verfügt. D.h., dass dann, wenn ein LCD dadurch herge stellt wird, dass ein Silicium-Dünnfilm mit diesen Diskontinuitätsbereichen eingebaut wird, dasselbe unter ungleichmäßigen Eigenschaften leidet, dass also seine Qualität beeinträchtigt ist. Außerdem muss, da der Silicium-Dünnfilm um die Diskontinuitätsbereiche herum in einem Zustand amorphen Siliciums verbleibt, anstatt dass er kristallisiert wurde, der nächste Schuss des Laserstrahls mit den Diskontinuitätsbereichen 280 überlappen. Die Überlappungsbereiche (d.h. die X-Überlappungsbereiche), in denen die Diskontinuitätsbereiche einander überlappen, bilden jeweils eine Schussmarkierung. Diese Schussmarkierung verringert die Bildqualität, und sie führt zu ungleichmäßigen Bauteil-Eigenschaften, wenn Anwendung bei einem LCD oder einer OELD (organic light emitting diode) erfolgt.
  • Indessen können, was jedoch beim obigen Kristallisationsprozess nicht erläutert ist, die Körner in der Richtung der Achse Y gezüchtet werden, und die Maske überlappt in dieser Richtung, um die Korngröße zu erhöhen, wobei dann diese Kristallisation wiederholt ausgeführt wird. In diesem Fall können Schussmarkierungen in den Diskontinuitätsbereichen (d.h. Y-Überlappungsbereichen) in der Richtung der Achse Y erzeugt werden.
  • Bei der Schussmarkierung handelt es sich auch um einen kritischen Punkt, wenn eine Lasermaske 370 gemäß einem Einzelscanverfahren verwendet wird, was in der 9 veranschaulicht ist sowie dann, wenn das oben beschriebene Übergangsverfahren (Mehrfach-Scanverfahren) verwendet wird. D.h., dass das Problem von Schussmarkierungen bei jedem Kristallisationsverfahren gelöst werden muss, bei dem eine Überlappung der Laserstrahlen existiert. So sind durch die Erfindung eine Lasermaske und ein Kristallisationsverfahren unter Verwendung derselben geschaffen, mit denen kein Überlappungsbereich in einem kristallisierten Siliciumfilm erzeugt wird. Zu diesem Zweck verfügt eine erfindungsgemäße Lasermaske über periodische Muster.
  • Eine erfindungsgemäße Lasermaske ist in drei Blöcke unterteilt, von denen jeder über ein periodisches Muster verfügt. Ein Laserstrahl wird dreimal auf einen Silicium-Dünnfilm, jedesmal unter Verwendung eines der drei Blöcke, gestrahlt. Ein durch dieses Verfahren (Dreischussverfahren) kristallisierter Silicium-Dünnfilm verfügt über gleichmäßige Kristallisationseigenschaften ohne X- oder Y-Überlappungsbereiche, was auf den periodischen Mustern der Lasermaske beruht. Ein durch das periodische Maskenmuster und das Dreischussverfahren kristallisierter Silicium-Dünnfilm zeigt gleichmäßige Körner, die radial gewachsen sind, ohne Schussmarkierung, was nun detailliert beschrieben wird.
  • Als Erstes wird nun ein Verfahren zum Konstruieren derartiger periodischer Muster in einer Lasermaske beschrieben. Dazu veranschaulicht die 10 ein Verfahren zum Konstruieren periodischer Muster in einer erfindungsgemäßen Lasermaske. Die Lasermaske verfügt über drei Blöcke, von denen jeder über sein eigenes periodisches Muster verfügt.
  • Gemäß der 10 verfügt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lasermaske über mehrere kreisförmige Transmissionsbereiche. Die Lasermaske ist in drei Blöcke unterteilt, um das Schussmarkierungsproblem zu lösen. Ein Transmissionsbereich 475A mit der Position A ist in einem ersten Block ausgebildet, und in einem zweiten Block ist entweder ein Transmissionsbereich 475B mit der Position B oder ein Transmissionsbereich 475C mit der Position C ausgebildet. Die Positionen A, B und C sind in der 10 dargestellt, wobei die Beziehung zwischen ihnen später detailliert beschrieben wird. Wenn der zweite Block den Transmissionsbereich 475B enthält, enthält der dritte Block den Transmissionsbereich 475C, und umgekehrt. D.h., dass einer der drei Blöcke der Lasermaske einen der Transmissionsbereiche 475A bis 475C enthält.
  • Obwohl das Lasermaskenmuster auf Grundlage des Transmissionsbereichs 475C der Position C gebildet wird, kann als Bezugspunkt der Transmissionsbereich 475A mit der Position A oder der Transmissionsbereich 475B mit der Position B verwendet werden. Wenn der Transmissionsbereich 475C mit der Position C als Bezugspunkt verwendet wird, umgeben der Transmissionsbereich 475A mit der Position A und der Transmissionsbereich 475B mit der Position B den Bezugspunkt 475C.
  • Wenn ein Dünnfilm aus amorphem Silicium unter Verwendung der Lasermaske mit den drei Mustern 475A bis 475C hergestellt wird, bilden benachbarte drei Muster 475A bis 475C ein gleichseitiges Dreieck und sechs gleichseitige Dreiecke bilden ein regelmäßiges Sechseck, wie es in der 10 dargestellt ist. Anders gesagt, ist das Maskenmuster 475C mit der Position C oder das Maskenmuster 475B mit der Position B, das im zweiten Block ausgebildet ist, im Zentrum des regelmäßigen Sechseckmusters positioniert, und die Maskenmuster, die vom zentralen Muster verschieden sind, umgeben das Zentrum des regelmäßigen Sechseckmusters. Außerdem sind, wenn ein Dünnfilm aus amorphem Silicium dadurch kristallisiert wird, dass die drei Maskenmuster 475A bis 475C sequenziell angewandt werden, die drei benachbarten Maskenmuster 475A bis 475C an den Spitzen des gleichseitigen Dreiecks positioniert.
  • Indessen sollten die Größe und die Intervalle der drei periodischen Maskenmuster 475A bis 475C einer bestimmten Beziehung genügen, damit die Lasermaske amorphes Silicium durch dreimaliges Bestrahlen (drei Schüsse) ohne Schussmar kierung vollständig kristallisieren kann. Dies wird wie folgt beschrieben.
  • Die 11 zeigt die Größe eines Transmissionsbereichs der Lasermaske der 10, wobei der Transmissionsbereich mit der Position A als Beispiel verwendet ist. Wenn der Radius des Transmissionsbereichs 475A mit der Position A den Wert R hat und der Abstand zwischen den Zentren der Transmissionsbereiche 475A den Wert L hat, sollte der Radius R des Transmissionsbereichs der folgenden Gleichung (1) genügen, um den gesamten Bereich zu kristallisieren: L/3 ≤ R < L/2 (1)
  • Wenn der Radius R der Transmissionsbereiche der Maskenmuster 475A bis 475C kleiner als L/3 ist, kann nicht der gesamte Bereich durch drei Schüsse kristallisiert werden, während dann, wenn er größer als L/2 ist, die Maskenmuster miteinander in Kontakt stehen.
  • Eine Lasermaske mit drei Maskenmustern in drei Blöcken wird nun detailliert anhand der 12 beschrieben, die ein Verfahren zum Konstruieren der in drei Blöcke unterteilten Maskenmuster der Lasermaske der 10 veranschaulicht.
  • Gemäß der 12 werden Maskenmuster 575A bis 575C so positioniert, dass sie an den Ecken der gleichseitigen. Dreiecke liegen, die das in der 10 dargestellte regelmäßige Sechseck bilden. Beispielsweise sind für die erste Zeile das Maskenmuster 475A mit der Position A, das Maskenmuster 575C mit der Position C und das Maskenmuster 575B mit der Position B wiederholt der Reihe nach in der Richtung der Achse X ausgehend vom Maskenmuster 575A mit der Position A positioniert. In der zweiten Zeile ist nach einer Verschiebung um einen Weg, der der Hälfte der Länge L' der Seite des gleich seitigen Dreiecks betreffend die Maskenmuster 575A bis 575C in der ersten Zeile entspricht, eine andere Gruppe der Maskenmuster 575A bis 575C positioniert. Anders gesagt, sind in der zweiten Zeile nach einer Verschiebung um L'/2 in der Richtung der Achse X das Maskenmuster 575B mit der Position B, das Maskenmuster 575A mit der Position A und das Maskenmuster 575C mit der Position C wiederholt der Reihe nach in der Richtung der Achse X positioniert. Die drei Maskenmuster 575A bis 575C in der zweiten Zeile bilden gemeinsam mit den benachbarten Maskenmustern 575A bis 575C in der ersten Zeile gleichseitige Dreiecke. Die dritte Zeile (d.h. ungeradzahlige Zeilen) ist auf dieselbe Weise wie die erste Zeile aufgebaut, und die vierte Zeile (d.h. geradzahlige Zeilen) ist auf dieselbe Weise wie die zweite Zeile aufgebaut. Durch Unterteilen der drei periodischen Maskenmuster in drei Blöcke einer Lasermaske sowie durch Anwenden derselben beim Dreischuss-Kristallisationsverfahren, kann ein Dünnfilm aus kristallinem Silicium ohne X- oder Y-Überlappung erhalten werden. Dies wird nun beschrieben.
  • Die 13A bis 13C veranschaulichen drei Blöcke einer Lasermaske, die durch das anhand der 12 beschriebene Verfahren konstruiert wurde. In dieser Lasermaske ist das Maskenmuster 575C mit der Position C im zweiten Block ausgebildet, und das Maskenmuster 575B mit der Position B ist im dritten Block ausgebildet. Wie dargestellt, verfügt jeder Block (580' bis 580''') über mehrere Transmissionsbereiche 573A bis 573C mit jeweiliger Kreisform sowie Ausblendbereiche 574A bis 574C zum Ausblenden von Licht. Der erste Block 580' verfügt über das Maskenmuster 575A, das in der ersten, vierten und siebten Spalte der 12 positioniert ist. Der zweite Block 580'' verfügt über das Maskenmuster 575C, das in der dritten, sechsten und neunten Spalte positioniert ist. Der dritte Block 580'' verfügt über das Maskenmuster 575B, das in der zweiten, fünften und achten Spalte positioniert ist. Obwohl die Transmissionsbereiche der Maskenmuster 575A bis 575C in den Zeichnungen Kreisform aufweisen, können sie auch mit der Form eines regelmäßigen Polygons ausgebildet werden, wie als regelmäßiges Dreieck, Quadrat, regelmäßiges Sechseck und regelmäßiges Achteck, ohne dass eine Einschränkung hierauf bestünde. Außerdem beträgt zwar in den Zeichnungen der Radius R der kreisförmigen Maskenmuster 575A bis 575C ein Drittel des Abstands L zwischen den Zentren derselben, jedoch besteht keine Beschränkung hierauf, solange die Beziehung zwischen R und L der Gleichung 1 genügt.
  • Die 14A bis 14C veranschaulichen einen Kristallisationsprozess für einen Silicium-Dünnfilm unter Verwendung der Lasermaske der 13A bis 13C. Ein durch die Lasermaske mit drei Blöcken, die über die oben beschriebene Periodizität verfügt, kristallisierter Silicium-Dünnfilm verfügt über leichmäßige Kristallisationseigenschaften ohne Schussmarkierung.
  • Als Erstes wachsen, wie es in der 14A dargestellt ist, wenn ein erster Laserstrahl durch das Maskenmuster 575A mit der Position A (d.h. die Transmissionsbereiche 573A des Maskenmusters 575A), das im ersten Block 580' ausgebildet ist, auf einen Siliciumfilm 512 auf einem Substrat 510 gestrahlt wird, Körner unter Verwendung des Dünnfilms aus amorphem Silicium (feste Phase) 512, der unter der Grenzfläche positioniert ist, als Keim zu den Zentren der kreisförmigen Muster 573A, wodurch erste polykristalline Kristalle 512' mit Kreisform gebildet werden. Die durch diese erste Kristallisation kristallisierten Bereiche entsprechen den Transmissionsbereichen 573A der Lasermaske. Demgemäß werden, wenn im ersten Block der Lasermaske 8 Transmissionsbereiche vorhanden sind, acht polykristalline Kristalle 512' mit Kreisform im Silicium-Dünnfilm 512 gebildet.
  • Nachdem die erste Kristallisation abgeschlossen ist, wird durch den zweiten Block 580'' der 13B ein zweiter Laserstrahl auf den Silicium-Dünnfilm 512 mit den ersten polykristallinen Kristallen 512' gestrahlt. Diese zweite Kristallisation verwendet den zweiten Block 580'', in dem das Maskenmuster 575C mit der Position C ausgebildet ist, ohne Verstellen des Substrats in der Richtung X oder Y. Im Ergebnis wachsen, wie es in der 14B dargestellt ist, ausgehend von den Umfängen der Muster der ersten polykristallinen Kristalle 512' Körner zu den Zentren der Maskenmuster 575C des zweiten Blocks 580'', um zweite polykristalline Kristalle 512'' zu bilden. Die zweite Kristallisation ist dergestalt, dass drei der ersten Kristalle 512' einen der zweiten Kristalle 512'' umgeben, wobei die zweite Kristallisation ausgehend von den Bereichen startet, in denen das Maskenmuster 575C mit der Position C mit den ersten Kristallen 512' überlappt. Im Ergebnis wachsen die zweiten Kristalle 512'' zu den Zentren der Maskenmuster 575C mit der Position C.
  • Als Nächstes wird der dritte Laserstrahl durch den dritten Block 580''' der 13C, in dem Maskenmuster 575B mit der Position B ausgebildet sind, auf den Silicium-Dünnfilm 512 gestrahlt, der über die ersten und zweiten polykristallinen Kristalle 512' und 512'' verfügt. Dann wachsen, wie es in der 14C dargestellt ist, ausgehend von den Bereichen 520'', an denen die Muster der zweiten Kristalle 512'' mit den Maskenmustern 575B mit der Position B überlappen, Körner zu den Zentren der Maskenmuster 575B des dritten Blocks 580''', um dritte polykristalline Kristalle 512''' zu bilden, was die Kristallisation des Silicium-Dünnfilms 512 abschließt.
  • Auf diese Weise wird durch das Dreischussverfahren der Silicium-Dünnfilm 512 auf dem Substrat 510 unter Verwendung der Lasermaske ohne X- oder Y-Überlappung vollständig kristallisiert, ohne dass eine Schussmarkierung entstünde. Wie erläu tert, verfügt die Lasermaske über drei Blöcke, von denen jeder über ein periodisches Muster verfügt. Dabei verfügen die durch das Dreischussverfahren erzeugten ersten, zweiten und dritten Kristalle 512', 512'' und 512''' über dieselbe Kreisform wie die Maskenmuster 575A bis 575C, und demgemäß erhält der kristallisierte Silicium-Dünnfilm gleichmäßige Körner, die radial gewachsen sind.
  • Nun werden eine Lasermaske und ein Kristallisationsprozess für einen Silicium-Dünnfilm großer Abmessungen unter Verwendung derselben gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die 15A veranschaulicht hierzu ein Verfahren zum Konstruieren einer Lasermaske gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Gemäß der 15A wird ein Maskenmuster 575A mit der Position A in einem durch eine rechteckige durchgezogene Linie gekennzeichneten ersten Block 680' hergestellt, ein Maskenmuster 675C mit der Position C wird in einem zweiten Block 680'' hergestellt, und ein Maskenmuster 575B mit der Position B wird in einem dritten Block 680''' hergestellt. Die drei Maskenmuster 675A bis 675C werden in den drei Blöcken 680' bis 680''' der Lasermaske hergestellt, die entsprechend dem durch die 10 oder die 12 veranschaulichten Musterkonstruktionsverfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Im ersten Block 680'' sind zwölf Transmissionsbereiche (Maskenmuster 675A mit der Position A) mit Kreisform in einer Matrixkonfiguration von drei Zeilen auf vier Spalten angeordnet. Genauer gesagt, sind die Transmissionsbereiche in den ungeraden und geraden Zeilen zickzackförmig so angeordnet, dass die Zeilen einander nicht entsprechen, wobei jedoch der Zweckdienlichkeit der Erläuterung halber davon ausgegangen ist, dass die Transmissionsbereiche in derselben Zeile angeordnet sind. Ebenso wie die Maskenmuster 675A mit der Position A sind insgesamt zwölf Transmissionsbereiche des Maskenmusters 675C mit einer Matrixkonfiguration von drei Zeilen auf vier Spalten im zweiten Block 680'' ausgebildet. Die Positionen der Transmissionsbereiche der Maskenmuster 675C entsprechen den Positionen der Dreiecke im ersten Block 680'. Auch sind insgesamt zwölf Transmissionsbereiche des Maskenmusters 675B mit der Position B mit einer Matrixkonfiguration von drei Zeilen auf vier Spalten im dritten Block 680''' ausgebildet. Die Positionen der Transmissionsbereiche der Maskenmuster 675B entsprechen den Positionen der kleinen Rechtecke im ersten Block 680'.
  • Auf diese Weise stimmt die Position jedes der Maskenmuster 675A bis 675C mit dem Musterkonstruktionsverfahren gemäß der Erfindung überein. D.h., dass dann, wenn angenommen wird, dass die drei Muster in einem Block ausgebildet werden, auf Grundlage der Transmissionsbereiche, die in der ersten Zeile X ersten Spalte des Maskenmusters 675C ausgebildet sind (nachfolgend als "Referenzmuster" bezeichnet), die Transmissionsbereiche an der ersten Zeile x ersten Spalte des Maskenmusters 675A mit der Position A um eine Spalte nach links verschoben (d.h. um einen Weg verschoben, der einer Seite des kleinen gleichseitigen Dreiecks entspricht, wie durch eine gestrichelte Linie dargestellt), und die Transmissionsbereiche an der Position der ersten Zeile x ersten Spalte des Maskenmusters 675B mit der Position B sind um eine Spalte nach rechts verschoben. Mit Ausnahme des obigen Unterschieds verfügen die in den drei Blöcken 680' bis 680''' ausgebildeten drei Maskenmuster 675A bis 675C über dieselbe Konfiguration von drei Zeilen x vier Spalten.
  • Gemäß der 15A werden die Maskenmuster 675A bis 675C auch außerhalb der drei Blöcke 680' bis 680''' erzeugt, wie es durch die durchgezogene Linie dargestellt ist. Die drei Blöcke 680' bis 680''' sind gedachte Bereiche zum Konstruieren der periodischen Muster 675A bis 675C auf der Lasermas ke, und demgemäß können die Maskenmuster 675A bis 675C entsprechend den Prozessbedingungen wie der Laseranlage und des optischen Systems umgeordnet werden.
  • Die Blöcke 680' bis 680''' können beim Dreischuss-Kristallisationsverfahren als Referenz für den nächsten Schuss verwendet werden. Demgemäß entspricht der Verstellweg in der Richtung der Achse X (d.h. der Weg Dx eines X-Schritts) im Wesentlichen der Länge der horizontalen Seite des Rechtecks (eines Blocks) und der Verstellweg in der Richtung der Achse Y (d.h. der Weg Dy eines Y-Schritts) entspricht im Wesentlichen der Länge der vertikalen Seite des Rechtecks. Der Weg Dx eines X-Schritts bedeutet den Verstellweg der Lasermaske oder des Tischs in der Richtung der Achse X beim Dreischussverfahren, und der Weg Dy eines Y-Schritts bedeutet den Verstellweg der Lasermaske oder des Tischs in der Richtung der Achse Y, um nach einer Kristallisation in der X-Achse mit einer solchen in der Y-Achse fortzufahren. Der Weg Dy eines Y-Schritts bedeutet auch den Verstellweg der Maske oder des Tischs in der Richtung der Y-Achse in solcher Weise, dass ein unterer Bereich des Silicium-Dünnfilms, der während der Kristallisation in der X-Achse durch den Dreischuss-Laserstrahl nicht bestrahlt wurde, durch das Dreischussverfahren kristallisiert werden kann. Der Weg Dx eines X-Schritts sowie der Weg Dy eines Y-Schritts werden unter Berücksichtigung der Periodizität der drei Blöcke 680' bis 680''' bestimmt, um eine X- oder eine Y-Überlappung zu vermeiden.
  • Nun wird eine kristallisierte mit den oben beschriebenen drei Maskenmustern anhand eines Beispiels beschrieben. Dazu veranschaulicht die 15B eine Lasermaske, die durch das oben unter Bezugnahme auf die 15A beschriebene Musterkonstruierverfahren hergestellt wurde.
  • Wie oben beschrieben, verfügt eine Lasermaske 670, die durch das Maskenkonstruierverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde, über drei Blöcke mit den Maskenmustern 675A mit der Position A, den Maskenmustern 675C mit der Position C und den Maskenmustern 675B mit der Position B. Die Lasermaske 670 blendet einen Laserstrahl außer in den Transmissionsbereichen der mit einer bestimmten Periodizität ausgebildeten Maskenmuster 675A bis 675C aus. Die Maske 670 kann aus einem Licht ausblendenden Metall hergestellt werden, wie Chrom, Aluminium oder dergleichen. Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform in jedem Block der Lasermaske 670 zwölf Transmissionsbereiche ausgebildet sind, können unter Berücksichtigung der Prozessbedingungen wie der Laseranlage oder des optischen Systems in jedem Block mehr als zwölf Transmissionsbereiche hergestellt werden.
  • Nun wird ein Kristallisationsprozess für einen großen Silicium-Dünnfilm anhand der 16A bis 16H beschrieben, die einen sequenziellen Prozess hierzu unter Verwendung der in der 15B dargestellten Lasermaske veranschaulichen.
  • In der Darstellung sind drei Blöcke der Zweckdienlichkeit der Erläuterung halber durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Demgemäß ist jeder Block durch eine rechteckige durchgezogene Linie gekennzeichnet. Bei diesem Beispiel entspricht von links her ein erster Block 680' dem Maskenmuster mit der Position A, ein zweiter Block 680'' entspricht dem Maskenmuster mit der Position C, und ein dritter Block 680''' entspricht dem Maskenmuster mit der Position B.
  • Gemäß der 16A erfolgt eine erste Kristallisation durch Einstrahlen eines Laserstrahls durch die in der 15B dargestellte Lasermaske auf einen auf einem Substrat abgeschiedenen Siliciumfilm. Dabei verfügt der Laserstrahl über eine Energiedichte, der dem Bereich vollständigen Schmel zens, wie er oben beschrieben wurde, entspricht, und Kristalle wachsen unter Verwendung des an der Grenzfläche positionierten amorphem Siliciums (feste Phase) als Keime zu den Zentren der Kreise, um dadurch in einem ersten bestrahlten Bereich P1 erste polykristalline Kristalle 612' auszubilden. Die ersten Kristalle 612' verfügen über radiale Körner. In diesem Fall kristallisiert nicht die Gesamtheit des ersten bestrahlten Bereichs P1, sondern es werden mehrere erste Kristalle 612' mit Kreisform entsprechend dem Muster der Maske 670 gebildet. Genauer gesagt, entsprechen die durch die erste Kristallisation kristallisierten Bereiche den Transmissionsbereichen der Maske 670. Demgemäß verfügt der Siliciumfilm, wenn die Maske mit den drei Blöcken 680' bis 680''' über 36 Transmissionsbereiche verfügt, ebenfalls über 36 polykristalline Siliciumkristalle 612', von denen jeder einen bestimmten Radius aufweist.
  • Nachdem die erste Kristallisation abgeschlossen ist, wird der Tisch, nicht dargestellt, auf dem das Substrat platziert ist, oder die Lasermaske 670 um einen Weg, der der Länge einer Seite des Rechtecks (einem Block) entspricht, wobei es sich um denselben Weg Dx wie bei einem X-Schritt handelt, in der Richtung der X-Achse verstellt, und dann wird ein zweiter Laserstrahl eingestrahlt. Der Tisch wird z.B. um den Weg Dx eines X-Schritts in der Richtung der "-X"-Achse so verstellt, dass die ersten Kristalle 612' mit der Position C, die durch den zweiten Block gebildet werden, mit dem Maskenmuster mit der Position B im zweiten Block überlappen, und dann wird ein zweiter Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats gestrahlt. Dann werden, wie es in der 16B dargestellt ist, die zweiten Kristalle 612'' mit derselben Form wie der der ersten Kristalle 612' gebildet. Dabei sind die Positionen der zweiten Kristalle 612'' um den Weg Dx eines X-Schritts in Bezug auf die ersten Kristalle 612' versetzt, und so überlappen sie mit einem Teil derselben. Die zwei zentralen Bereiche in der 16B, wo der erste und der zweite Laserschuss einander überlappen, d.h., wo der erste bestrahlte Bereich P1 und der zweite bestrahlte Bereich P2 einander überlappen, werden mit dem Laserstrahl des zweiten Schusses bestrahlt, so dass ausgehend von den Umfängen der ersten Kristalle 612' Kristalle zu den Zentren des Musters des Lasermaske 670 des zweiten Schusses wachsen, um die polykristallinen zweiten Kristalle 612'' zu bilden. Anders gesagt, sind die drei ersten Kristalle 612', die durch die erste Kristallisation kristallisiert wurden, um die zweiten Kristalle 612'' herum positioniert, und die zweite Kristallisation beginnt ausgehend vom Bereich 620', wo das Maskenmuster und die drei ersten Kristalle 612' einander überlappen, um dadurch die zweiten Kristalle 612'' zu bilden, die zu den Zentren des Maskenmusters hin wachsen (siehe die 14B). In der 16B sind die durch den ersten Block der Lasermaske 670 während des zweiten Schusses gebildeten Kristalle die ersten Kristalle, nicht die zweiten Kristalle.
  • Als Nächstes wird der Tisch oder die Maske 670 erneut um den Weg Dx eines X-Schritts in der Richtung der X-Achse verstellt, un dann wird ein dritter Laserstrahl eingestrahlt, damit die Kristallisation in der Richtung der X-Achse kontinuierlich weitergeht. Z.B. wird, nachdem die zweite Kristallisation durch den zweiten Laserschuss ausgeführt wurde, der dritte Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats gestrahlt. Dabei überlappen die ersten Kristalle 612' mit der Position A, wie sie durch den ersten Block gebildet wurden, mit dem Maskenmuster mit der Position B im dritten Block. Dann werden, wie es in der 16C dargestellt ist, die dritten Kristalle 612''' mit derselben Form wie der der ersten Kristalle 612' gebildet. Dabei sind die Positionen der dritten Kristalle 612''' um den Weg Dx eines X-Schritts in Bezug auf die ersten Kristalle 612' versetzt, und sie überlappen so mit einem Teil der ersten Kristalle 612' und der zweiten Kristalle 612''. Dabei wird der zentrale Bereich in der 16C, wo der erste, der zweite und der dritte Laserschuss miteinander überlappen, d.h. wo der erste bestrahlte Bereich P1, der zweite bestrahlte Bereich P2 und der dritte bestrahlte Bereich P3 einander überlappen (d.h., der Bereich, der dem dritten Block der Lasermaske 670 für die dritte Lasereinstrahlung entspricht), durch den Laserstrahl des dritten Schusses bestrahlt, so dass ausgehend von den Umfängen der Muster der zweiten Kristalle 612' Kristalle zu den Zentren des Musters der Maske 670 des dritten Schusses wachsen, um die polykristallinen dritten Kristalle 612''' zu bilden. Anders gesagt, sind die drei zweiten Kristalle 612'', die durch die zweite Kristallisation kristallisiert wurden, um die dritten Kristalle 612''' herum positioniert und die dritte Kristallisation beginnt ausgehend vom Bereich 620'', wo das Maskenmuster gemäß dem dritten Schuss mit den drei zweiten Kristallen 612'' überlappt, um dadurch die dritten Kristalle 612''' zu bilden, die zu den Zentren des Maskenmusters hin wachsen (siehe die 14C). Auf diese Weise ist, nachdem eine Kristallisation mit drei Schüssen durch Anwenden der Lasermaske mit drei Blöcken ausgeführt wurde, der Bereich mit drei Schüssen ohne X-Überlappung, d.h. ohne Schussmarkierung, kristallisiert, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. D.h., dass der Bereich, in dem die ersten Kristalle 612', die zweiten Kristalle 612'' und die dritten Kristalle 612''' ausgebildet sind, dem Bereich mit drei Schüssen entsprechen, der ohne Schussmarkierung kristallisierte. In der 16C sind die durch den zweiten Block der Lasermaske 670 während des dritten Schusses gebildeten Kristalle die zweiten Kristalle 612'', die durch den dritten Laserschuss nach der ersten Kristallisation neu gebildet wurden, nicht die dritten Kristalle, und die durch den ersten Block der Lasermaske 670 während des dritten Schusses gebildeten Kristalle sind die ersten Kristalle 612', die durch den dritten Laserschuss neu gebildet wurden, nicht die dritten Kristalle.
  • Als Nächstes wird, wie es in der 16D dargestellt ist, der Tisch oder die Lasermaske 670 weiter erneut um den Weg Dx eines X-Schritts in der Richtung der X-Achse verstellt, und dann wird ein vierter Laserstrahl eingestrahlt. Dann wird durch den dreischüssigen Laserstrahl ein durch drei Schüsse gebildeter Kristallbereich P mit gleichmäßigen kristallinen Eigenschaften ohne X- oder Y-Überlappung im Zentrum gebildet. Wie oben beschrieben, wird der durch drei Schüsse erzeugte Kristallbereich P, der dem Bereich der dritten Kristalle 612''' entspricht, ohne X-Überlappung, d.h. ohne Schussmarkierung erzeugt. Indessen wird der Kristallisationsprozess in der Richtung der X-Achse wiederholt ausgeführt. Dann wird, wie es in den 16E und 16F dargestellt ist, der durch jeweils drei Schüsse ohne Schussmarkierung erzeugte Kristallbereich P in der Richtung der X-Achse größer. Dieser durch drei Schüsse erzeugte Kristallbereich P ist ein gleichmäßig kristallisierter Bereich ohne Schussmarkierung, der unter Verwendung der Lasermaske mit drei Blöcken, wobei jeder Block über ein periodisches Muster verfügt, hergestellt wurde.
  • Indessen wird der untere Bereich des Siliciumfilms durch den Laserstrahl nicht vollständig bestrahlt. Dies, da der Kristallisationsprozess nur in der Richtung der X-Achse ausgeführt wurde. Nachdem der Kristallisationsprozess in der Richtung der X-Achse abgeschlossen ist (Kristallisation in der X-Achse) wird gemäß der 16G die Lasermaske 670 oder der Tisch um den Weg Dy eines Y-Schritts in der Richtung der Y-Achse verstellt (im Fall eines Verstellens des Tischs, in der Richtung der "-Y"-Achse), und dann wird der oben in Bezug auf die Kristallisation in der X-Achse beschriebene Kristallisationsprozess kontinuierlich in der Richtung der "-X"-Achse ausgehend vom Endpunkt, an dem der erste Kristal lisationsprozess in der X-Achse abgeschlossen wurde, kontinuierlich ausgeführt. In diesem Fall wird die Kristallisation dadurch kontinuierlich ausgeführt, dass dieselben Blöcke der Lasermaske 670 wie bei der Kristallisation in der X-Achse angewandt werden. Das obere Muster (d.h. das jenseits des Blockbereichs gebildete Muster) der Maske 670 wird entsprechend dem unteren Bereich positioniert, der durch einen Laserstrahl nach der ersten Kristallisation in der X-Achse nicht vollständig bestrahlt wurde. So kann der untere Bereich durch den Kristallisationsprozess in der Richtung der "-X"-Achse vollständig kristallisiert werden. Durch diese Prozedur kann der untere Bereich, der durch den Kristallisationsprozess in der Richtung der "-X"-Achse kristallisierte ohne Y-Überlappung ausgebildet werden.
  • Danach wird das oben beschriebene Verfahren in den Richtungen der X- und der Y-Achse wiederholt angewandt, um einen wahlfrei kristallisierten Bereich auszubilden, wie es in der 16H dargestellt ist. Insbesondere ist der durch drei Schüsse erzeugte Kristallbereich P ein ohne X- oder Y-Überlappung kristallisierter Bereich mit gleichmäßigen Kristallisationseigenschaften. Dies, da dieser Bereich keine Schussmarkierung aufweist und die Kristalle über radiale Körner verfügen.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein kristalliner Silicium-Dünnfilm ohne X- oder Y-Überlappung durch ein Dreischussverfahren unter Verwendung einer Lasermaske mit drei Blöcken erhalten, wobei jeder Block über ein periodisches Muster verfügt. Zwar weisen die Maskenmuster bei dieser Ausführungsform kreisförmige Transmissionsbereiche auf, jedoch können sie auch mit der Form eines regelmäßigen Vielecks hergestellt werden, wie eines regelmäßigen Dreiecks, eines Quadrats, eines regelmäßigen Sechsecks, eines regelmäßigen Achtecks oder dergleichen. Außerdem verfügt zwar jeder Block der Ausführungsform über zwölf Transmissionsbereiche, jedoch kann die Anzahl derselben in jedem Block abhängig von Prozessbedingungen variiert werden. Darüber hinaus beträgt der zwar der Radius R der Transmissionsbereiche die Hälfte des Abstands L zwischen den Zentren derselben, jedoch kann er variiert werden, solange die Beziehung zwischen R und L der Gleichung 1 genügt. Bei dieser Ausführungsform sind zwar das Maskenmuster mit der Position A, das Maskenmuster mit der Position C und das Maskenmuster mit der Position B in der Reihenfolge des ersten bis dritten Blocks der Maske positioniert, jedoch können die Positionen der Maskenmuster variiert werden.
  • Nun wird ein anderes Beispiel zum Positionieren der drei Maskenmuster. anhand der 17 detailliert beschrieben, die ein Verfahren zum Konstruieren periodischer Muster in einer Lasermaske gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
  • Gemäß der 17 wird beim Konstruieren kreisförmiger Transmissionsbereiche (A, B und C) in der Lasermaske dieselbe in drei Blöcke unterteilt, um Schussmarkierungen zu beseitigen. Ein Laser-Transmissionsbereich 775A mit der Position A wird in einem ersten Block ausgebildet, ein Transmissionsbereich 775B mit der Position B wird im zweiten Block ausgebildet, und ein Transmissionsbereich 775C mit der Position C wird im dritten Block ausgebildet. D.h., dass, wie oben angegeben, die kreisförmigen Maskenmuster 775A bis 775C sequenziell in jedem der drei Blöcke der Laser-Kristallisationsmaske ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform ist das Maskenmuster 775B mit der Position B im Zentrum des in der 17 dargestellten regelmäßigen Sechsecks positioniert, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der Transmissionsbereich 775A mit der Position A sowie der Transmissionsbereich 775C mit der Position C umgeben den Referenzpunkt 775B. D.h., dass das Maskenmuster 775B mit der Position B, das im dritten Block ausgebildet ist, im Zentrum des regelmäßigen Sechseckmusters positioniert ist, um das herum die verschiedenen Muster (d.h. das Maskenmuster 775A mit der Position A sowie das Maskenmuster 775C mit der Position C) positioniert sind. Indessen sollten die Größe und die Intervalle der Maskenmuster 775A bis 775C der Gleichung 1 genügen, um einen Silicium-Dünnfilm durch das Dreischussverfahren ohne Schussmarkierung vollständig zu kristallisieren.
  • Es werden nun eine Lasermaske mit den durch das obige Verfahren konstruierten Maskenmustern sowie ein Kristallisationsprozess unter Verwendung derselben anhand der 18A beschrieben, die ein Verfahren zum Konstruieren einer Lasermaske gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die zweite Ausführungsform der Erfindung stimmt mit der ersten mit Ausnahme der Reihenfolge der Positionierung der Maskenmuster mit der Position B oder C im zweiten und dritten Block überein.
  • Gemäß der 18A wird ein Maskenmuster 775A mit der Position A in einem ersten Block 780', wie durch eine rechteckige durchgezogene Linie dargestellt, positioniert, ein Maskenmuster 775B mit der Position B wird in einem zweiten Block 780'' positioniert, und ein Maskenmuster 775C mit der Position C wird in einem dritten Block 780''' positioniert. Die drei Maskenmuster 775A bis 775C werden in den drei Blöcken 780' bis 780''' der Lasermaske gemäß dem durch die 17 veranschaulichten Musterkonstruierverfahren hergestellt. Im ersten Block 780' sind zwölf kreisförmige Transmissionsbereiche (das Maskenmuster 775A) mit einer Matrixkonfiguration von drei Zeilen auf vier Spalten angeordnet. Genauer gesagt, sind die Transmissionsbereiche in ungeraden und geraden Zeilen so zickzackförmig angeordnet, dass sich die Zeile nicht einander entsprechen, wobei jedoch der Zweckdienlichkeit der Erläuterung halber davon ausgegangen ist, dass die Transmissionsbereiche in derselben Zeile angeordnet sind. Wie beim Maskenmuster 775A mit der Position A sind beim Maskenmuster 775B insgesamt zwölf Transmissionsbereiche mit einer Matrixkonfiguration von drei Zeilen auf vier Spalten im zweiten Block 780'' ausgebildet. Die Positionen der Transmissionsbereiche des Maskenmusters 775B entsprechen den Positionen der kleinen Rechtecke im ersten Block 780' in der 18A. Auch sind insgesamt zwölf Transmissionsbereiche des Maskenmusters 775C mit der Position C mit einer Matrixkonfiguration von drei Zeilen auf vier Spalten ausgebildet. Die Positionen der Transmissionsbereiche des Maskenmusters 775C entsprechen den Positionen der Dreiecke im ersten Block 780' und im dritten Block 780''' in der 18A.
  • Die Position jedes Maskenmuster 675A bis 675C stimmt mit der gemäß dem erfindungsgemäßen Musterkonstruierverfahren überein. D.h., dass dann, wenn davon ausgegangen wird, dass die drei Muster in einem Block ausgebildet werden, auf Grundlage der Transmissionsbereiche, die in der ersten Zeile X ersten Spalte des Maskenmusters 775B positioniert sind (nachfolgend "Referenzmuster"), die in der ersten Zeile x ersten Spalte des Maskenmusters 775A positionierten Transmissionsbereiche an der linken unteren Spitze des jeweiligen gleichseitigen Dreiecks positioniert, und die in der ersten Zeile x ersten Spalte des Maskenmusters 775C positionierten Transmissionsbereiche sind an der rechten unteren Spitze des jeweiligen gleichseitigen Dreiecks hinsichtlich des Referenzmusters positioniert. Die Maskenmuster 775A und die Maskenmuster 775C sind um einen bestimmten Weg versetzt (um die halbe Länge einer Seite des gleichseitigen Dreiecks nach links/rechts sowie um die Höhe desselben nach unten), und die drei in den drei Blöcken 780' bis 780'' ausgebildeten Maskenmus ter 775A bis 775C haben dieselbe Konfiguration von drei Zeilen x vier Spalten.
  • Im Vergleich zum Lasermaske-Konstruktionsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird mit demjenigen gemäß der zweiten Ausführungsform ein anderes Maskendesign erzielt. Anders gesagt, ist bei der ersten Ausführungsform das Maskenmuster C im zweiten Block positioniert, während sich bei der zweiten Ausführungsform dort das Maskenmuster B befindet.
  • Nun wird eine Lasermaske, die durch das oben anhand der 18A beschriebene Musterkonstruierverfahren hergestellt wurde, anhand der 18B beschrieben, die ein Beispiel einer derartigen Lasermaske zeigt.
  • Wie oben beschrieben, verfügt eine durch das Maskenkonstruierverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung hergestellte Lasermaske 770 über drei Blöcke mit dem Maskenmuster 775A mit der Position A, dem Maskenmuster 775B mit der Position B und dem Maskenmuster 775C mit der Position C. Bei dieser Ausführungsform sind in jedem Block der Lasermaske 770 zwölf Transmissionsbereiche ausgebildet, jedoch können unter Berücksichtigung der Prozessbedingungen, wie der Laseranlage oder des optischen Systems mehr als zwölf Transmissionsbereiche verwendet werden, so dass keine Beschränkung auf zwölf Transmissionsbereiche besteht.
  • Nun wird anhand der 19A bis 19G, die einen sequenziellen Prozess zum Kristallisieren eines Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der in der 18B dargestellten Lasermaske veranschaulichen, ein Kristallisationsprozess für einen großen Silicium-Dünnfilm erläutert.
  • In der Darstellung sind der Zweckdienlichkeit der Erläute rung halber drei Blöcke durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnet. So ist jeder Block durch eine durchgezogene Rechtecklinie gekennzeichnet. Bei diesem Beispiel entspricht, ausgehend von links, ein erster Block 780' dem Maskenmuster mit der Position A, ein zweiter Block 780'' entspricht dem Maskenmuster mit der Position B, und ein dritter Block 780'' entspricht dem Maskenmuster mit der Position C.
  • Gemäß der 19A wird eine erste Kristallisation dadurch ausgeführt, dass ein Laserstrahl durch die in der 18B dargestellte Lasermaske auf einen Siliciumfilm gestrahlt wird, der auf einem Substrat abgeschieden wurde. Dabei verfügt der Laserstrahl über eine Energiedichte, die dem oben beschriebenen Bereich vollständigen Aufschmelzens entspricht und Kristalle wachsen zu den Zentren der Kreise hin, wobei das an der Grenzfläche positionierte amorphe Silicium (feste Phase) als Keim verwendet wird, wodurch in einem ersten bestrahlten Bereich P1 polykristalline erste Kristalle 712' gebildet werden, die über radiale Körner verfügen.
  • Nachdem die erste Kristallisation abgeschlossen ist, wird der Tisch (nicht dargestellt), auf dem das Substrat platziert ist, oder die Lasermaske 770 um einen Weg Dx der Seite des Rechtecks (eines Blocks) in der Richtung der X-Achse verstellt, und dann wird ein zweiter Laserstrahl eingestrahlt. Der Tisch wird um den Weg Dx eines X-Schritts z.B. in der Richtung der "-X"-Achse verstellt, so dass die ersten Kristalle 712' mit der Position B im zweiten Block mit dem Maskenmuster mit der Position C im dritten Block überlappen, und dann wird der zweite Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats gestrahlt. Dann werden, wie es in der 19B dargestellt ist, die zweiten Kristalle 712'' mit derselben Form wie der der ersten Kristalle 712' gebildet. Dabei sind die Positionen der zweiten Kristalle 712'' um den Weg Dx eines X-Schritts in Bezug auf die ersten Kristalle 712' ver setzt, und so überlappen die zweiten Kristalle 712' mit einem Teil der ersten Kristalle 712'. Die zwei zentralen Bereiche in der 19B, wo der erste und der zweite Laserschuss einander überlappen, d.h., wo der erste bestrahlte Bereich P1 und der zweite bestrahlte Bereich P2 einander überlappen, werden durch den Laserstrahl des zweiten Schusses bestrahlt, so dass ausgehend vom Bereich 720', wo das Maskenmuster für den zweiten Schuss mit dem ersten Kristalle 712' überlappt, Kristalle zu den Zentren des Musters der Maske 770 des zweiten Schusses wachsen, um die polykristallinen zweiten Kristalle 712'' zu bilden (sh. die 14B). In der 19B sind die durch den ersten Block der Maske 770 während des zweiten Schusses gebildeten Kristalle die ersten Kristalle, nicht die zweiten Kristalle.
  • Als Nächstes wird der Tisch oder die Maske 770 erneut um den Weg Dx eines X-Schritts in der Richtung der X-Achse verstellt, und dann wird ein dritter Laserstrahl eingestrahlt, um kontinuierlich mit der Kristallisation in der Richtung der X-Achse fortzufahren. Z.B. wird, nachdem die zweite Kristallisation durch den zweiten Laserschuss ausgeführt wurde, der dritte Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats gestrahlt. Dabei überlappen die ersten Kristalle 712' mit der Position A, die durch den ersten Block gebildet wurden, mit dem Maskenmuster mit der Position C im dritten Block. Dann werden, wie es in der 19C dargestellt ist, die dritten Kristalle 712''' mit derselben Form wie der der ersten Kristalle 712' gebildet. Dabei wird der zentrale Bereich in der 19C, wo der erste, der zweite und der dritte Laserschuss einander überlappen, d.h. wo der erste bestrahlte Bereich P1, der zweite bestrahlte P2 und der dritte bestrahlte Bereich P3 einander überlappen (d.h. der Bereich, der dem dritten Block der Lasermaske 770 für die dritte Lasereinstrahlung entspricht), durch den Laserstrahl des dritten Schusses bestrahlt, so dass ausgehend von den Umfängen der Muster der zweiten Kristalle 712'' (genauer gesagt, Bereich 720'', wo das Maskenmuster des dritten Schusses mit den zweiten Kristallen 712'' überlappt) Kristalle zu den Zentren des Musters der Lasermaske 770 des dritten Schusses wachsen, um die polykristallinen dritten Kristalle 712''' zu bilden (sh. die 14C). Auf diese Weise ist, nachdem die Kristallisation durch drei Schüsse durch Anwenden der Maske mit drei Blöcken ausgeführt wurde, der durch drei Schüsse erzeugte Bereich ohne X-Überlappung kristallisiert, d.h., ohne Schussmarkierung, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. In der 19C sind die durch den zweiten Block der Lasermaske 770 während des dritten Schusses gebildeten Kristalle die zweiten Kristalle 712'', die durch den dritten Laserschuss nach der ersten Kristallisation neu gebildet werden, nicht die dritten Kristalle, und die durch den ersten Block der Lasermaske 770 während des dritten Schusses gebildeten Kristalle sind die durch den dritten Laserschuss neu gebildeten ersten Kristalle 712', nicht die dritten Kristalle.
  • Als Nächstes wird, wie es in der 19D dargestellt ist, der Tisch oder die Lasermaske 770 erneut weiter um den Weg Dx eines X-Schritts in der Richtung der X-Achse verstellt, und dann wird ein vierter Laserstrahl eingestrahlt. Dann wird durch den dritten Laserstrahl der durch drei Schüsse erzeugte Kristallbereich P mit gleichmäßigen Kristalleigenschaften ohne X- oder Y-Überlappung im Zentrum gebildet. Wie oben beschrieben, wird der den Bereich der dritten Kristalle 712''' entsprechende, durch drei Schüsse erzeugte Kristallbereiche P ohne X-Überlappung, d.h. ohne Schussmarkierung, gebildet. Indessen wird der Kristallisationsprozess in der Richtung der X-Achse wiederholt ausgeführt. Dann wird, wie es in den 19E und 19F dargestellt ist, der durch drei Schüsse erzeugte Kristallbereich P ohne Schussmarkierungen in der Richtung der X-Achse größer. Dieser durch drei Schüs se erzeugte Kristallbereich P ist ein gleichmäßiger Kristallbereich ohne Schussmarkierung, der unter Verwendung der Lasermaske mit drei Blöcken, von denen jeder über ein periodisches Muster verfügt, gebildet wird.
  • Als Nächstes wird der Kristallisationsprozess in der Richtung der X-Achse abgeschlossen (erste Kristallisation in der X-Achse), die Maske 770 oder der Tisch wird um den Weg Dy eines Y-Schritts in der Richtung der Y-Achse (im Fall eines Verstellens des Tischs, in der Richtung der "-Y"-Achse) verstellt, und dann wird der oben hinsichtlich der Kristallisation in der X-Achse beschriebene Kristallisationprozess kontinuierlich in der Richtung der "-X"-Achse ausgehend vom Endpunkt ausgeführt, an dem der erste Kristallisationsprozess für die X-Achse abgeschlossen wurde. In diesem Fall wird die Kristallisation dadurch kontinuierlich ausgeführt, dass dieselben Blöcke der Maske 770 wie bei der ersten Kristallisation in der X-Achse verwendet werden. Das obere Muster (d.h. das jenseits des Blockbereichs gebildete Muster) der Maske 770 wird entsprechend dem unteren Bereich positioniert, der nach der ersten Kristallisation in der X-Achse durch keinen Laserstrahl vollständig bestrahlt wurde. Der untere Bereich kann durch den Kristallisationsprozess in der Richtung der "-X"-Achse vollständig kristallisiert werden. Durch diese Prozedur kann der durch den Kristallisationsprozess in der Richtung der "-X"-Achse kristallisierte untere Bereich ohne Y-Überlappung gebildet werden. Danach wird das oben beschriebene Verfahren wiederholt in den Richtungen der X- und der Y-Achse angewandt, um einen wahlfrei kristallisierten Bereich zu erzeugen, wie es in der 19G dargestellt ist.
  • Bei der zweiten Ausführungsform sind zwar das Maskenmuster mit der Position A, das Maskenmuster mit der Position C und das Maskenmuster mit der Position B sequenziell im ersten bis dritten Block der Lasermaske positioniert, jedoch besteht keine Einschränkung hierauf. Z.B. kann entweder das Maskenmuster mit der Position C oder das Maskenmuster mit der Position B im ersten Block positioniert werden, während die Reihenfolge der drei Maskenmuster auf dieselbe Weise erhalten bleibt.
  • Wie es bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, werden Laserstrahlen durch die drei Maskenmuster, die in den drei Blöcken der Lasermaske gebildet sind, auf einen Silicium-Dünnfilm gestrahlt. Demgemäß wird derjenige Teil des Silicium-Dünnfilms, der durch die Laserbestrahlung mit drei Schüssen bestrahlt wird, vollständig kristallisiert. Zum Dreischussverfahren gehört die erste Kristallisation durch den ersten Schuss, die zweite Kristallisation durch den zweiten Schuss und die dritte Kristallisation durch den dritten Schuss. Bei der ersten Kristallisation wachsen Kristalle zu den Zentren der Kreise hin, wobei der um das kreisförmige Muster positionierte amorphe Silicium-Dünnfilm (feste Phase), d.h. an den Umfangsgrenzflächen, als Keim verwendet wird. Bei der zweiten und der dritten Kristallisation wachsen Kristalle zu den Zentren der Maskenmuster des zweiten Schusses und des dritten Schusses unter Verwendung der Umfänge der ersten und zweiten Kristalle als Startpunkt hin.
  • Nun wird ein Verfahren zum Herstellen eines LCD unter Verwendung eines Silicium-Dünnfilms mit verbesserten Kristallisationeigenschaften gemäß der Erfindung beschrieben. Die 20 ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen des Aufbaus einer LCD-Tafel, bei der eine Treiberschaltung mit dem Arraysubstrat derselben integriert ist.
  • Wie dargestellt, verfügt die LCD-Tafel mit integrierter Treiberschaltung über ein Arraysubstrat 820, ein Farbfilter substrat 830 sowie eine zwischen diesen beiden ausgebildete Flüssigkristallschicht (nicht dargestellt). Das Arraysubstrat 820 verfügt über eine Pixeleinheit 825, einen Bildanzeigebereich, in dem Einheitspixel in einer Matrixkonfiguration angeordnet sind, und eine Gatetreiber-Schaltungseinheit 824 sowie eine Datentreiber-Schaltungseinheit 823, die an einem Außenrand der Pixeleinheit 825 positioniert sind. Obwohl es nicht dargestellt ist, verfügt die Pixeleinheit 825 des Arraysubstrats 820 über eine Vielzahl von Gateleitungen und Datenleitungen, die vertikal und horizontal angeordnet sind und eine Vielzahl von Pixelbereichen auf dem Substrat 820 bilden. Die Pixeleinheit verfügt ferner über einen Dünnschichttransistor (TFT), d.h. ein nahe den Schnittstellen der Gateleitungen und der Datenleitungen ausgebildetes Schaltbauteil, sowie in den Pixelbereichen ausgebildete Pixelelektroden. Als Schaltbauteil zum Anlegen einer Signalspannung an die Pixelelektrode ist der TFT ein Feldeffekttransistor (FET) zum Steuern des Stromflusses durch ein elektrisches Feld.
  • Auf dem Arraysubstrat 820 ist die Datentreiber-Schaltungseinheit 823 an der längeren Seite desselben, die gegenüber dem Farbfiltersubstrat 830 vorsteht, positioniert, und die Gatetreiber-Schaltungseinheit 824 ist an der kürzeren Seite des Arraysubstrats 820 positioniert. Um ein eingegebenes Signal in geeigneter Weise auszugeben, verwenden die Gatetreiber-Schaltungseinheit 824 und die Datentreiber-Schaltungseinheit 823 einen TFT mit CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)-Struktur als Inverter. Eine CMOS-Schaltung ist ein integrierter Schaltkreis mit MOS-Struktur, wie für hohe Signalverarbeitung verwendet, und es sind Transistoren mit p- und mit n-Kanal erforderlich. Die Geschwindigkeit und die Dichteeigenschaften liegen zwischen denen eines NMOS und eines PMOS. Die Gatetreiber-Schaltungseinheit 824 und die Datentreiber-Schaltungseinheit 823, die Einrichtungen zum Liefern eines Scansignals bzw. eines Datensignals an die Pixelelektrode über die Gateleitung bzw. die Datenleitung sind, sind mit einem externen Signaleingangsanschluss (nicht dargestellt) verbunden, um ein über diesen eingegebenes externes Signal zu steuern und es an die Pixelelektrode auszugeben.
  • Obwohl es nicht dargestellt ist, sind im Bildanzeigebereich 825 ein Farbfilter zum Realisieren einer Farbanzeige sowie eine gemeinsame Elektrode, die eine Gegenelektrode der auf dem Arraysubstrat 820 ausgebildeten Pixelelektrode ist, ausgebildet. Zwischen dem Arraysubstrat und dem Farbfiltersubstrat ist ein Abstandshalter vorhanden, um für einen gleichmäßigen Zellenzwischenraum zu sorgen. Das Arraysubstrat und das Farbfiltersubstrat sind durch ein am Außenrand des Bildanzeigebereichs ausgebildetes Abdichtmuster aneinander befestigt, um eine LCD-Tafeleinheit zu bilden. Die zwei Substrate werden mittels einer Befestigungsmarkierung aneinander befestigt, die am Arraysubstrat oder am Farbfiltersubstrat ausgebildet ist. Die LCD-Tafel mit integrierter Treiberschaltung unter Verwendung eines polykristallinen Silicium-Dünnfilms zeigt dahingehend viele Vorteile, dass sie über hervorragende Bauteileigenschaften, hervorragende Bildqualität, angemessene Anzeigefähigkeiten und niedrigen Energieverbrauch verfügt.
  • Ein LCD mit intregrierter Treiberschaltung unter Verwendung eines gemäß der Erfindung hergestellten, kristallisierten Silicium-Dünnfilms wird nun mittels seines Herstellprozesses beschrieben. Die 21 zeigt ein Beispiel eines LCD, das unter Verwendung eines Silicium-Dünnfilms hergestellt wurde, der durch ein Kristallisationsverfahren gemäß der Erfindung kristallisiert wurde. Als in der Pixeleinheit ausgebildeter TFT sind sowohl ein solcher vom n- als auch ein solcher vom p-Typ verfügbar. Für die Treiberschaltungseinheit kann wie für die Pixeleinheit ein TFT vom n- oder vom p-Typ verwendet werden, oder es kann eine CMOS-Struktur mit TFTs sowohl vom n- als auch vom p-Typ verwendet werden. Hierbei veranschaulicht die 21 ein Beispiel eines CMOS-LCD.
  • Nun wird ein Verfahren zum Herstellen dieses CMOS-LCD beschrieben. Als Erstes wird auf einem Substrat 820 aus einem transparenten, isolierenden Material wie Glas, eine Pufferschicht 821 in Form eines Siliciumoxidfilms (SiO2) hergestellt. Als Nächstes werden aktive Schichten 824N und 824P aus polykristallinem Silicium auf dem mit der Pufferschicht versehenen Substrat 820 hergestellt. Zu diesem Zweck werden, nachdem ein Dünnfilm aus amorphem Silicium auf der gesamten Oberfläche des Substrats 820 hergestellt wurde, die aktiven Schichten 824N und 824P sequenziell lateral durch ein erfindungsgemäßes Kristallisationsverfahren mit drei Schüssen zum Erstarren gebracht. Dabei nutzt das Dreischuss-Kristallisationsverfahren eine Lasermaske mit drei Blöcken, von denen jeder über ein periodisches Muster verfügt. Demgemäß kann ein gleichmäßiger, polykristallinen Silicium-Dünnfilm ohne Schussmarkierung hergestellt werden.
  • Danach wird der kristallisierte polykristalline Silicium-Dünnfilm durch einen Fotolithografieprozess strukturiert, um die aktiven Muster 824N und 824P in NMOS- und PMOS-Bereichen auszubilden. Dann wird auf den aktiven Schichten 824N und 824P ein Gateisolierfilm 825A abgeschieden. Auf diesem werden anschließend Gateelektroden 850N und 850P aus Molybdän (Mo), Aluminium (Al), einer Aluminiumlegierung oder dergleichen in einem bestimmten Bereich (d.h. einem Kanalausbildungsbereich der aktiven Schichten 824N und 824P) hergestellt. Die Gateelektroden 850N und 850P werden durch einen Fotolithografieprozess ausgebildet, nachdem ein Gatemetall auf dem Gateisolierfilm 825A abgeschieden wurde. Dann werden ein n- und ein p-Dotierprozess sequenziell ausgeführt, um einen PFT vom n-Typ (d.h. einen TFT mit Source/Drain-Bereichen 822N und 823N, die durch Implantieren von n+-Ionen in einem bestimmten Bereich der aktiven Schicht 824N gebildet werden) und einen solchen vom p-Typ auszubilden. Dabei werden der Sourcebereich 822N und der Drainbereich 823N des n-TFT durch Injizieren eines Elements der fünften Gruppe, wie Phosphor (P), das als Elektronendonator wirken kann, ausgebildet. Der Source/Drain-Bereich 822P und 823P des p-TFT werden durch Injizieren eines Elements der dritten Gruppe, wie Bor (B) ausgebildet, das als Löcherdonator dienen kann. Danach wird auf der gesamten Oberfläche des Substrats 820 ein Zwischenschicht-Isolierfilm 825B abgeschieden, in dem durch einen Fotolithografieprozess Kontaktlöcher 860N und 860P ausgebildet werden, um einen Teil der Source/Drain-Bereiche 822N, 822P, 823N und 823P freizulegen. Abschließend werden Source/Drain-Elektronen 851N, 851P, 852N und 852P so ausgebildet, dass sie durch die Kontaktlöcher 860N und 860P elektrisch mit den genannten Source/Drain-Bereichen verbunden sind, um dadurch ein CMOS-LCD fertigzustellen. Obwohl die vorliegende Ausführungsform ein Verfahren zum Herstellen eines LCD mit einem kristallisierten Silicium-Dünnfilm angibt, können die Prinzipien der Erfindung auch bei anderen Displays wie einem organischen EL-Display angewandt werden, ohne dass eine Einschränkung auf irgendeine Displayart bestünde.
  • Wie insoweit beschrieben, zeigen die Lasermaske und das Kristallisationsverfahren gemäß der Erfindung viele Vorteile. Eine erfindungsgemäßge Lasermaske verfügt über drei Blöcke, von denen jeder über sein eigenes periodisches Muster verfügt. Mit einem erfindungsgemäßen Kristallisationsverfahren unter Verwendung einer solchen Lasermaske kann ein polykristalliner Silicium-Dünnfilm ohne X- oder Y-Überlappung, d.h. ohne Schussmarkierung, durch wiederholtes Anwenden der drei Blöcke erhalten werden. Außerdem kann durch Herstellen eines LCD unter Verwendung eines solchen polykristallinen Silicium-Dünnfilms dasselbe aufgrund der guten Kristallisationseigenschaften der aktiven Schicht mit gleichmäßigen und verbesserten Eigenschaften hergestellt werden. Darüber hinaus kann auch die Bildqualität eines LCD verbessert werden, da die aktive Schicht über keine Schussmarkierungen verfügt.

Claims (20)

  1. Lasermaske mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Block, von denen jeder über ein periodisches Muster mit einer Anzahl von Transmissionsbereichen und einem Ausblendbereich verfügt, wobei das periodische Muster des ersten Blocks über eine erste Position verfügt, das periodische Muster des zweiten Blocks über eine zweite Position verfügt und das periodische Muster des dritten Blocks über eine dritte Position verfügt, wobei die drei Positionen voneinander verschieden sind.
  2. Lasermaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die drei periodischen Muster in einem Block projiziert werden, die benachbarten drei Transmissionsbereiche ein gleichseitiges Dreieck bilden und sechs gleichseitige Dreiecke ein regelmäßiges Sechseck bilden.
  3. Lasermaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionsbereich kreisförmig sind.
  4. Lasermaske nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Abstand zwischen den Zentren der kreisförmigen Transmissionsbereiche L ist und der Radius derselben R ist, L und R der Beziehung L/3 ≤ R < L/2 genügen.
  5. Lasermaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionsbereiche polygonförmig sind, wozu die Formen von Dreiecken, Quadraten, Sechsecken und Achtecken gehören.
  6. Lasermaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionsbereiche in jedem Block mit einer Matrixkonfiguration von N Zeilen auf M Spalten (N und M sind jeweils ganze Zahlen) angeordnet sind.
  7. Lasermaske nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionsbereiche in jedem Block ungeraden und geraden Zeilen zickzackförmig angeordnet sind.
  8. Lasermaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe aus einem Metall, z.B. Chrom oder Aluminium, besteht.
  9. Kristallisationsverfahren unter Verwendung einer Maske, das die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen eines Substrats mit einer Halbleiterschicht; – Positionieren einer Lasermaske gemäß einem der vorstehenden Ansprüche über dem Subtrat; und – Kristallisieren der Halbleiterschicht durch Einstrahlen eines Laserstrahls durch die Maske.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Displays, mit den folgenden Schritten: – Herstellen einer Vielzahl von Gateleitungen und Datenleitungen auf einem Substrat, die einander schneiden, um Pixel zu bilden; und – Herstellen eines Dünnschichttransistors (TFT) nahe jeder Schnittstelle im Pixel, wobei dieser Schritt ferner die folgenden Unterschritte beinhaltet: – Herstellen einer Halbleiterschicht auf dem Substrat; – Positionieren einer Lasermaske gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 über dem Substrat; und – Kristallisieren der Halbleiterschicht durch Einstrahlen eines Laserstrahls durch die Maske.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, der Kristallisationsvorgang für die Halbleiterschicht ferner das Folgende beinhaltet: - Einstrahlen eines ersten Laserstrahls durch die Maske, um einen ersten kristallisierten Bereich auszubilden, dessen Größe W ist; – Verstellen des Substrats um weniger als W; – Einstrahlen eines zweiten Laserstrahls durch die Maske, um einen zweiten kristallisierten Bereich auszubilden; – Verstellen des Substrats um weniger als W; und – Einstrahlen eines dritten Laserstrahls durch die Maske, um einen dritten kristallisierten Bereich auszubilden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat um ein Drittel von W verstellt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, der Kristallisationsvorgang für die Halbleiterschicht ferner das Folgende beinhaltet: – Einstrahlen eines ersten Laserstrahls durch die Maske, um einen ersten kristallisierten Bereich herzustellen; – Verstellen der Maske um einen Weg, der der Größe eines Blocks entspricht; – Einstrahlen eines zweiten Laserstrahls durch die Maske, um einen zweiten kristallisierten Bereich auszubilden; – Verstellen der Maske um einen Weg, der der Größe eines Blocks entspricht; und – Einstrahlen eines dritten Laserstrahls durch die Maske, um einen dritten kristallisierten Bereich auszubilden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der eingestrahlte Laserstrahl eine Energiedichte aufweist, die einem Bereich vollständigen Aufschmelzens entspricht.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht durch ein SLS(sequential lateral solidification = sequenzielle laterale Erstarrung)-Verfahren kristallisiert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Display entweder ein Flüssigkristalldisplay oder ein Elektrolumineszenzdisplay ist.
  17. Display mit: – einer Gateleitung und einer Datenleitung, die einander schneiden, um ein Pixel zu bilden; – einem Dünnschichttransistor (TFT) nahe der Schnittstelle, der über eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Anzahl kreisförmiger Kristalle verfügt, wobei drei benachbarte kreisförmige Kristalle ein gleichseitiges Dreieck bilden und sechs gleichseitige Dreiecke ein regelmäßiges Sechseck bilden.
  18. Display mit: – einer Gateleitung und einer Datenleitung, die einander schneiden, um ein Pixel zu bilden; – einem Dünnschichttransistor (TFT) nahe der Schnittstelle, der über eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Anzahl polygonförmiger Kristalle verfügt, wobei drei benachbarte polygonförmige Kristalle ein gleichseitiges Dreieck bilden und sechs gleichseitige Dreiecke ein regelmäßiges Sechseck bilden.
  19. Display nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe entweder ein Flüssigkristalldisplay oder ein Elektrolumineszenzdisplay ist.
  20. Display nach einem der Ansprüche 17 oder 18, Laserstrahl jeder Kristall mehrere radial gewachsene Körner enthält.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6792029B2 (en) * 2002-03-27 2004-09-14 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method of suppressing energy spikes of a partially-coherent beam
KR100606450B1 (ko) * 2003-12-29 2006-08-11 엘지.필립스 엘시디 주식회사 주기성을 가진 패턴이 형성된 레이저 마스크 및 이를이용한 결정화방법
KR100631013B1 (ko) * 2003-12-29 2006-10-04 엘지.필립스 엘시디 주식회사 주기성을 가진 패턴이 형성된 레이저 마스크 및 이를이용한 결정화방법
TWI304897B (en) * 2004-11-15 2009-01-01 Au Optronics Corp Method of manufacturing a polysilicon layer and a mask used thereof
TWI299431B (en) * 2005-08-23 2008-08-01 Au Optronics Corp A mask for sequential lateral solidification (sls) process and a method thereof
JP5133548B2 (ja) * 2006-09-29 2013-01-30 富士フイルム株式会社 レーザアニール方法およびそれを用いたレーザアニール装置
CN102077318B (zh) * 2008-06-26 2013-03-27 株式会社Ihi 激光退火方法及装置
JP5540476B2 (ja) * 2008-06-30 2014-07-02 株式会社Ｉｈｉ レーザアニール装置
US20100129617A1 (en) * 2008-11-21 2010-05-27 Corrigan Thomas R Laser ablation tooling via sparse patterned masks
US20110070398A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 3M Innovative Properties Company Laser ablation tooling via distributed patterned masks
JP5534402B2 (ja) * 2009-11-05 2014-07-02 株式会社ブイ・テクノロジー 低温ポリシリコン膜の形成装置及び方法
CN102379041A (zh) * 2010-06-21 2012-03-14 松下电器产业株式会社 薄膜晶体管阵列器件、有机el显示装置以及薄膜晶体管阵列器件的制造方法
JP5884147B2 (ja) * 2010-12-09 2016-03-15 株式会社ブイ・テクノロジー レーザアニール装置及びレーザアニール方法
TWI465862B (zh) 2012-02-10 2014-12-21 Macronix Int Co Ltd 光罩及其圖案配置方法與曝光方法
CN103246158B (zh) * 2012-02-14 2015-03-25 旺宏电子股份有限公司 掩模及其图案配置方法与曝光方法
US9003338B2 (en) * 2013-03-15 2015-04-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Common template for electronic article
EP2792345B1 (de) 2013-04-15 2019-10-09 Ivoclar Vivadent AG Lithiumsilikat-Glaskeramik und -Glas mit Gehalt an Cäsiumoxid
CN103537794B (zh) * 2013-10-22 2015-09-30 中山大学 样品做一维精密平动实现二维激光sls晶化的方法
US9846309B2 (en) * 2015-04-17 2017-12-19 Dongseo University Technology Headquarters Depth-priority integral imaging display method using nonuniform dynamic mask array
KR102463885B1 (ko) * 2015-10-21 2022-11-07 삼성디스플레이 주식회사 레이저 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3645380B2 (ja) * 1996-01-19 2005-05-11 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法、情報端末、ヘッドマウントディスプレイ、ナビゲーションシステム、携帯電話、ビデオカメラ、投射型表示装置
US6555449B1 (en) 1996-05-28 2003-04-29 Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods for producing uniform large-grained and grain boundary location manipulated polycrystalline thin film semiconductors using sequential lateral solidfication
KR100324871B1 (ko) * 1999-06-25 2002-02-28 구본준, 론 위라하디락사 박막트랜지스터 제조방법
US6574510B2 (en) * 2000-11-30 2003-06-03 Cardiac Pacemakers, Inc. Telemetry apparatus and method for an implantable medical device
TW521310B (en) 2001-02-08 2003-02-21 Toshiba Corp Laser processing method and apparatus
US6624549B2 (en) * 2001-03-02 2003-09-23 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive device and method of fabricating the same
KR100405080B1 (ko) 2001-05-11 2003-11-10 엘지.필립스 엘시디 주식회사 실리콘 결정화방법.
KR100379361B1 (ko) * 2001-05-30 2003-04-07 엘지.필립스 엘시디 주식회사 실리콘막의 결정화 방법
KR100558678B1 (ko) 2001-06-01 2006-03-10 엘지.필립스 엘시디 주식회사 폴리실리콘 결정화방법
KR100424593B1 (ko) 2001-06-07 2004-03-27 엘지.필립스 엘시디 주식회사 실리콘 결정화방법
JP4109026B2 (ja) 2001-07-27 2008-06-25 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社 アレイ基板を製造する方法およびフォトマスク
US6767804B2 (en) 2001-11-08 2004-07-27 Sharp Laboratories Of America, Inc. 2N mask design and method of sequential lateral solidification
US6733931B2 (en) 2002-03-13 2004-05-11 Sharp Laboratories Of America, Inc. Symmetrical mask system and method for laser irradiation
US7192479B2 (en) 2002-04-17 2007-03-20 Sharp Laboratories Of America, Inc. Laser annealing mask and method for smoothing an annealed surface
KR100484399B1 (ko) * 2002-05-23 2005-04-20 엘지.필립스 엘시디 주식회사 실리콘의 결정화용 마스크 및 결정화 방법
WO2004017382A2 (en) 2002-08-19 2004-02-26 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Process and system for laser crystallization processing of film regions on a substrate to provide substantial uniformity within areas in such regions and edge areas thereof, and a structure of such film regions
KR100646160B1 (ko) 2002-12-31 2006-11-14 엘지.필립스 엘시디 주식회사 순차측면결정화를 위한 마스크 및 이를 이용한 실리콘결정화 방법
KR100631013B1 (ko) * 2003-12-29 2006-10-04 엘지.필립스 엘시디 주식회사 주기성을 가진 패턴이 형성된 레이저 마스크 및 이를이용한 결정화방법
KR100663298B1 (ko) 2003-12-29 2007-01-02 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 다결정실리콘 박막트랜지스터의 다결정 실리콘막 형성방법

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GB2409765A (en) 2005-07-06

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