DE102007003261A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kristallisieren einer auf einem Substrat (2) aufgebrachten amorphen Halbleiterschicht mit einem Laser (1), welcher über eine Maske (12) und ein Abbildungsobjektiv (11) auf das Substrat (2) abgebildet wird. Erfindungsgemäß wird das Substrat (2) vor oder nach der Belichtung mit dem Laser (1) auf eine vorbestimmte Position positioniert und lokal mit einem Laser (14) belichtet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und Anspruch 7.
  • So bearbeitete Substrate eignen sich z. B. für die Herstellung von Dünnfilm-Transistoren auf der Basis von polykristallinem Silizium. Dünnfilm-Transistoren werden im Bereich von Flachbildschirmen, sei es für PC oder TV, aber auch im Bereich von Handys und sonstigen Geräten der Unterhaltungselektronik eingesetzt. Dünne amorphe Siliziumschichten, die in Dicken um 50 nm auf Glas- oder Kunststoffsubstraten aufgebracht sind, werden bei diesen sogenannten LTPS-Verfahren (Low Temperature Polysilicon Technology) durch das Belichten mit Laserstrahlung kurzzeitig aufgeschmolzen und verfestigen sich beim Abkühlen zu polykristallinen Schichten.
  • Der Herstellungsprozess der Displays ist, um effizient und damit kostengünstig zu sein, zeitoptimiert und auf große Stückzahlen ausgerichtet. Deshalb muss der Kristallisationsvorgang des Siliziums so schnell wie möglich erfolgen. Aus diesem Grund werden für das Aufschmelzen der amorphen Schicht bevorzugt Excimer-Laser verwendet. Diese Laser stellen neben der benötigten Wellenlänge im UV und einem ausgezeichneten Wirkungsgrad, die großen Leistungen zur Verfügung, welche für einen effizienten Prozess notwendig sind.
  • Grundsätzlich haben sich bei der Verwendung von Excimer-Lasern einige Bearbeitungsverfahren herauskristallisiert, mit denen das amorphe Silizium so umgewandelt werden kann, dass eine hohe Feldeffektbeweglichkeit von freien Ladungsträgern gewährleistet werden kann.
  • Bei dem sogenannten ELA-Verfahren (Excimer Laser Annealing) wird der homogenisierte und zu einer Linie geformte Laserstrahl gepulst mit etwa 300 Hz über das mit amorphem Silizium beschichtete Substrat geführt. Der Laserstrahl wird an der Oberfläche der nur 50 bis 100 nm dünnen amorphen Siliziumschicht absorbiert, ohne das Substrat aufzuheizen und somit zu beschädigen. Bei dem ELA-Verfahren wird das rechteckige Strahlprofil des Excimer-Lasers in eine stabile homogene Linie mit einer Länge von bis zu 465 mm und einer Breite von nur 0,4 mm umgewandelt. Die Energiedichte für diesen Prozess liegt zwischen 350 bis 400 mJ/cm2. Bei diesem Verfahren wird die Schicht aus amorphem Silizium nicht komplett durchgeschmolzen. Das Kristallwachstum beginnt an der Phasengrenze der fest bleibenden unteren Siliziumschicht und setzt sich in Richtung der oberen aufgeschmolzenen Siliziumschicht fort.
  • Grundsätzlich hat sich dieses Verfahren für die Herstellung von polykristallinen Siliziumschichten für Bildschirme bestens bewährt. Werden jedoch für die Flachbildschirme Schaltkreise höherer Performance benötigt, so reicht die durch dieses Verfahren erreichte Korngröße nicht aus. Die Korngrenzen im Material führen zu einer Verminderung der effektiven Elektronenbeweglichkeit. Werden extrem schnelle Schaltungen benötigt, so setzt dies eine Elektronenbeweglichkeit ähnlich der im einkristallinen Si voraus. Aus diesem Grund werden insbesondere zur Realisierung sehr schneller Schaltungen größere Korngrößen angestrebt als sie mit dem herkömmlichen Verfahren erreicht werden können.
  • Um größere Körner und damit qualitativ hochwertigere Displays herstellen zu können, wurde das sogenannte SLS-Verfahren (Sequential Lateral Solidification) entwickelt. Bei einer Ausgestaltung des SLS Verfahrens wird im Gegensatz zum vorher beschriebenen ELA – Linienstrahlverfahren ein Maskenabbildungsverfahren angewandt. Dabei wird das relativ kleine Belichtungsfeld schrittweise über das Substrat geführt, um Mikrostrukturen ausgerichteter Kristallite in Siliziumschichten zu erzeugen. Bei diesem Verfahren wird die amorphe Siliziumschicht vollständig durchgeschmolzen. Die Kristallisierung beginnt daher nicht an der Phasengrenze der unteren Siliziumschicht, sondern an der seitlichen Phasengrenze des festen und des geschmolzenen Siliziums. Hierzu wird typischerweise eine 3–6 μm breite Linie der Siliziumschicht mit gepulster Excimerlaserstrahlung belichtet und aufgeschmolzen. Beim Abkühlen findet ein kontrolliertes Kristallwachstum statt, das von den nicht aufgeschmolzenen Rändern der Linie ausgeht. Dies führt zu den gewünschten Mikrostrukturen. Im Gegensatz zum ELA Verfahren findet das Kristallwachstum nicht vertikal sondern horizontal (lateral) statt.
  • Des Weiteren wurde das sogenannte SELAX-Verfahren (Selectively Enlarging Laser Crystallization) vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird das Substrat in einem ersten Bearbeitungsschritt mittels eines Excimerlasers entsprechend dem ELA-Verfahren in polykristallines Silizium umgewandelt. In einem weiteren Bearbeitungsschritt wird die polykristalline Silizium-Schicht mit Puls moduliertem Laserlicht eines grünen Festkörperlasers beaufschlagt, um die p-Si Schicht erneut aufzuschmelzen und ein erneutes Kristallwachstum in dem polykristallinen Silizium hervorzurufen, um so größere Körner und damit qualitativ hochwertigeres polykristallines Silizium zu erzeugen.
  • Diese Verfahren führen bereits zu recht guten Resultaten von qualitativ hochwertigen Siliziumschichten für Flachbildschirme. Große Kristallite z. B. mit dem SELAX-Verfahren herzustellen ist aber teuer, da hierzu das Silizium mehrfach unter Nutzung verschiedener Lichtquellen aufgeschmolzen werden muss. Auf Grund des enormen Kostendrucks, der in diesem Marktsegment herrscht, ist der Druck nach einer weiteren Optimierung des Herstellprozesses zu suchen weiter gewachsen. Insbesondere ist man bestrebt, polykristallines Silizium mit möglichst großen Körnern bei größtmöglichem Durchsatz, also möglichst geringen Herstellungszeiten, zu erzeugen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten so auszugestalten, dass sie eine kostengünstige Herstellung polykristalliner Halbleiterschichten für qualitativ hochwertige Displays ermöglicht.
  • Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7.
  • Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterlaser in ein SLS-System zum Aufschmelzen von amorphem Silizium integriert, mit dem ausgewählte Gebiete auf der Halbleiterschicht vor oder nach dem herkömmlichen Aufschmelzprozess zusätzlich behandelt werden können um größere Körner zu erzeugen. Einen Halbleiterlaser (cw oder gepulst) in ein SLS-System zu integrieren ist besonders vorteilhaft, da ein SLS-System, bei dem ein Laserstrahl über eine Maske auf die Halbleiterschicht positionsgenau abgebildet werden muss, inhärent bereits die Möglichkeit bietet, gezielt beliebige Positionen auf dem Substrat anzufahren und mit dem Halbleiterlaser vor- oder nachzubehandeln. An diesen mehrfach behandelten Gebieten entstehen größere und defektfreie Kristallite mit weniger Korngrenzen und damit einer höheren Elektronenbeweglichkeit. Dadurch dass diese Mehrfachbehandlung aufgrund der Positioniermöglichkeit die das SLS-Verfahren bietet positionsgenau und damit lokal vorgenommen werden kann ist es möglich, die Vor- bzw. Nachbehandlung der Halbleiterschicht auf ausgewählte Gebiete zu beschränken, an denen eine höhere Elektronenbeweglichkeit besonders wünschenswert ist. Da nicht das gesamte Panel vor- oder nachbehandelt werden muss, kann gegenüber herkömmlichen Verfahren eine deutliche Zeitersparnis erreicht werden.
  • Insbesondere wenn vor der Bearbeitung der Halbleiterschicht bereits festgelegt wird, an welche Position bei einem späteren Display die Integration von Treibern und CPU-Funktionen vorgenommen wird, ist es möglich, gezielt genau die hierfür vorgesehenen Bereiche mittels des Halbleiterlasers vor- bzw. nachzubehandeln. Gerade an diesen Positionen ist nämlich eine höhere Elektronenbeweglichkeit besonders wünschenswert, während in anderen Bereichen eine geringere Elektronenbeweglichkeit durchaus ausreichend ist. Dieser Umstand wird mittels der exakten Positionierung und lokalen Bearbeitung des Panels genutzt um ein besonders effizientes Verfahren zu erwirken.
  • Beim SLS-Verfahren ermöglicht eine bereits vorhandene Positioniereinheit, jede Position der zu bearbeitenden Halbleiterschicht gezielt anzufahren. Um dies nun für eine Vor- bzw. Nachbehandlung mit einem weiteren Halbleiterlaser nutzen zu können ist es vorteilhaft, eine Markierung auf dem Substrat vorzusehen, welche als Referenzposition dient, um die Gebiete zu ermitteln, welche später den Treibern und CPU-Funktionen des Displays vorenthalten bleiben sollen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, die Vor- bzw. Nachbehandlung des Substrats mit einem sogenannten OPS-Laser (Optically-Pumped-Semiconductor-Laser) wie er beispielsweise in der US 6,940,880 beschrieben ist, vorzunehmen. Mittels dieser Lasertechnologie ist quasi jede Wellenlänge beim Herstellungsprozess des Lasers voreinzustellen. Insbesondere kann damit aber ein Laser eingesetzt werden, der das Substrat in einem blauen Wellenlängenbereich zwischen 430 und 490 nm belichtet. Je kürzer die Wellenlänge des das Substrat aufschmelzenden Lasers ist, desto größer ist der Absorptionskoeffizient des Si. D. h., in der Siliziumschicht wird pro eingestrahlter Lichtenergie mehr Energie absorbiert während ein geringerer Anteil dieser Energie durch die aufzuschmelzende Schicht hindurchtritt. Dies hat zwei entscheidende Vorteile gegenüber der Verwendung eines beispielsweise grünen Lasers wie es im bisherigen Verfahren üblich war. Zum einen muss weniger Energie pro Zeiteinheit auf die zu bearbeitende Si Schicht geleitet werden um einen ausreichenden Aufschmelzvorgang zu bewirken, so dass pro Zeiteinheit eine größere Fläche bearbeitet werden kann, was die Effizienz des Verfahrens steigert. Zum anderen erreicht bei gleicher Energiebeaufschlagung mit einem Laser kürzerer Wellenlänge weniger Strahlung das Substrat. Damit ist die Gefahr der Schädigung des Glas- oder Kunststoffsubstrats aufgrund der transmittierten Energie, also die Gefahr eines Ablösens der polykristallinen Siliziumschicht oder von Rissen im Trägersubstrat deutlich reduziert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der vor- bzw. nachbehandelnde Halbleiterlaser ebenfalls über eine Maske auf das Substrat abgebildet. Hierdurch lassen sich besonders gut gezielt große Kristallitverbinde bzw. Einkristallite erzeugen.
  • Die erfindungsgemäße Integration lässt sich vorteilhaft sowohl in ein SLS-System einfügen, bei dem das Substrat mit einem Excimerlaser aufgeschmolzen wird, als auch bei einem SLS-System, bei dem mit einem gepulsten Laser, etwa gütegeschalteten Festkörperlaser gearbeitet wird.
  • Besonders effizient ist das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn der das gesamte Substrat aufschmelzende erste Laser und der, definierte Gebiete vor- bzw. nachbearbeitende zweite Laser so in das SLS-System eingebunden sind, dass das Substrat von beiden Lasern parallel aufgeschmolzen werden kann. Hierdurch ist es möglich, dass die Erzeugung von größeren Kristallen an vordefinierten Positionen in einem Arbeitsgang gleichzeitig mit dem herkömmlichen Annealing stattfinden kann und somit keine weitere Bearbeitungszeit für die Halbleiterschicht anfällt, obwohl qualitativ deutlich hochwertigere Resultate für das aufzubauende Display zu erreichen sind.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die anhand der Zeichnungen eingehend erläutert werden.
  • Es zeigen:
  • 1 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum Kristallisieren amorpher Halbleiterschichten nach dem SLS-Verfahren, erweitert um einen zusätzlichen Strahlengang mit einer CW-Lichtquelle,
  • 2 den Aufbau von 1 mit einer in den Strahlengang der CW-Lichtquelle integrierten Maske,
  • 3 den Aufbau des Substrats,
  • 4 schematisch eine amorphe Halbleiterschicht, die teilweise in polykristalline Segmente umgewandelt und dort mit einer CW-Lichtquelle stellenweise nachbehandelt wurde und
  • 5 ein polykristallines Segment, das mit einer maskierten CW-Lichtquelle nachbe handelt wurde.
  • 1 zeigt schematisch einen Fertigungsplatz für Siliziumpanel für TFT-Displays. Ein Excimerlaser 1 emittiert einen Laserstrahl 3, der in kurzen Pulsen im Nanosekundenbereich und mit sehr hoher Intensität, bis in den Megawattbereich, abgestrahlt wird. Statt Excimerlasern 1 können auch andere Hochleistungslaser vorzugsweise im UV-Bereich verwendet werden. Der emittierte Laserstrahl 3 durchläuft üblicherweise einen Abschwächer 4 in dem die Strahlintensität auf einen maximalen Wert begrenzt wird. Dieser Abschwächer 4 besteht aus zwei speziell beschichteten Optiksubstraten 41 und 42, die gegeneinander verstellbar sind. Anschließend wird der Laserstrahl 3 von einem Teleskop 5 auf die Eintrittsblende des Homogenisierers 6 hin aufgeweitet und kollimiert. Der Homogenisierer 6 weist zwei Paar Zylinderlinsen-Arrays auf, welche den Laserstrahl 3 so durchmischen, dass die Intensitätsverteilung über die gesamte Querschnittsfläche des Laserstrahls 3 im wesentlichen gleichmäßig ist. Eine Homogenisierung des Laserstrahls 3 ist wichtig, um die gleichmäßige Ausleuchtung der Maske 12 sicherzustellen. Der Laserstrahl 3 wird aus gerätetechnischen Gründen durch Umlenkspiegel 7 und 8 umgelenkt und trifft auf eine Gruppe von Feldlinsen 10. Die Feldlinsen 10 projizieren den Laserstrahl 3 auf die Maske 12.
  • Die Maske 12 trägt ein Muster von parallelen Linien in einem für das Laserlicht transparenten Feld von typischerweise 10 mm × 50 mm. Die Linien sind jeweils 15 μm breit und 2 mm lang. Der Laserstrahl 3 wird über einen Umlenkspiegel 9 auf die Eintrittslinse eines Abbildungsobjektives 11 projiziert. Das Abbildungsobjektiv 11 bildet die Maske 12 mit einem Verkleinerungsfaktor von z. B. Fünf auf ein Substrat 2 ab.
  • Ein weiterer Laserstrahl 15 wird von einer CW-Lichtquelle 14 emittiert. Diese CW-Lichtquelle 14 arbeitet im grünen Spekralbereich bei ca. 532 nm. Dieser Laserstrahl 15 wird aus gerätespezifischen Gründen über drei Umlenkspiegel 16, 17 und 18 in eine Optik 19 umgelenkt. In dieser Optik 19, die standardgemäß hier nicht dargestellte Homogenisierungselemente und Elemente zur Strahlformung enthält, wird der Laserstrahl zu einer Linie geformt. Auch hier ist es die Aufgabe der Homogenisierungselemente, den Laserstrahl 15 so zu durchmischen, dass die Intensitätsverteilung über der Linie möglichst gleichmäßig ist. Nach Verlassen der Optik 19 gelangt der Laserstrahl 15 auf das Substrat 2. Die xy-Positioniereinheit 20, auf der sich das Substrat 2 befindet, ist so dimensioniert, dass auch hier jeder Punkt des Substrats unter dem Abbild des Laserstrahls 15 positioniert werden kann.
  • Das Abbild der Maske 12 und das Abbild des Laserstrahls 15 kann zwischen dem Abbildungsobjektiv 11 bzw. der Optik 19 und dem Substrat 2 durch einen Verschluss 13 unterbrochen werden.
  • Das Substrat 2 besteht üblicherweise aus einem transparenten Trägermaterial 25 (siehe 3), das aus Glas oder Kunststoff besteht und mit einer typischerweise 50 nm starken Siliziumschicht 27 bedampft ist. Zwischen dem Trägermaterial 25 und der Siliziumschicht 27 existiert eine Trennschicht 26. Die Trennschicht 26 stellt eine Sperre für den durch den Excimerlaser 1 emittierten Laserstrahl 3 dar. Sie verhindert, dass der Laserstrahl 3 beim Aufschmelzen der amorphen Siliziumschicht 27 das Trägermaterial 25 schädigt. Das Substrat 2 liegt auf einer über eine Steuerung 31 kontrollierte xy-Positioniereinheit 20, die das Substrat 2 zum Kristallisieren unter dem Abbild der Maske 12 so bewegt, dass jeder Punkt des Substrats 2 unter dem Abbild positioniert werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Belichtung nicht allein durch den Laserstrahl 3 des Excimerlasers 1 durchgeführt, sondern im Besonderen durch den Laserstrahl 15 der grünen CW-Lichtquelle 14. Ein Vor- oder Nachbehandeln mit der grünen CW-Lichtquelle 14 führt zu größeren und defektfreien Kristalliten mit weniger Korngrenzen als dies mit dem Excimerlaser 1 möglich wäre. Da jeder der Laserstrahlen 3 und 15 ein eigenes Abbildungsobjektiv 11 bzw. eine eigene Optik 19 nutzt, treffen die Laserstrahlen 3, 15 an unterschiedlichen Stellen auf das Substrat 2, wenn das Substrat 2 nicht zwischenzeitlich durch die xy-Positioniereinheit 20 verschoben wurde. Auf die nachbelichte ten Flächen 23, die mit dem Laserstrahl 15 der CW-Lichtquelle 14 behandelt werden, können in einem späteren Fertigungsprozess z. B. Transistoren aufgebracht werden. Die absolute und zueinander relative Lage der elektronischen Bauteile auf dem Substrat 2 ist durch das Layout der elektronischen Schaltpläne bestimmt. Vor der Bestückung mit den elektronischen Bauteilen wird das Substrat 2 noch gesägt. Mit dem SLS-Verfahren können nun die relativ zueinander liegenden Segmente, die später die elektronischen Bauteile tragen werden, problemlos angefahren und belichtet werden. Damit auch die später folgenden Fertigungsschritte erkennen, wo die durch die CW-Lichtquelle 14 erzeugten Kristallite liegen, muss die absolute Lage der Kristallite eindeutig erkennbar und zuordenbar sein. Dies erfolgt durch Markierungen 21, die auf dem Substrat 2 aufgebracht sind. Somit bezieht sich jeder Fertigungsschritt, angefangen mit der Belichtung durch den Excimerlaser 1 über die Belichtung mit der CW-Lichtquelle 14 bis hin zur Bestückung mit den elektronischen Bauteilen, auf diese Markierungen 21.
  • In 2 wird der Laserstrahl 15, der durch die CW-Lichtquelle 14 emittiert wird, durch den Umlenkspiegel 18 auf eine Eingangsoptik 34 gelenkt. Die Eingangsoptik 34 enthält z. B. Elemente zur Strahlformung, einen Homogenisierer und einen Kohärenzzerstörer, die hier nicht dargestellt sind. Der die Eingangsoptik 34 verlassende Laserstrahl 15 tritt durch eine Maske 30. Die Maske 30 trägt ein U-, V- oder Chevron-Muster in einem für das Laserlicht transparenten Feld, das typischerweise rechteckig ist. Das dort erzeugte Bild wird durch eine Abbildungsoptik 35 auf das Substrat 2 abgebildet.
  • Die Elemente zur Strahlformung der Eingangsoptik 34 formen den Laserstrahl 15 so, dass er das in der Maske 30 vorhandene Muster vollständig ausleuchtet. Die Homogenisierungselemente der Eingangsoptik 34 durchmischen den Laserstrahl 15 so, dass dieser über dem Muster der Maske 30 eine möglichst gleichmäßige Intensität aufweist. Dem Kohärenzzerstörer obliegt es, die feste Phasenbeziehung hinsichtlich der räumlichen und zeitlichen Ausbreitung, die der Laserstrahl 15 aufweist, zu zerstören. Dies führt bezüglich Frequenz und Phase zu einem gleichmäßigen Laserstrahl 15. Das Zusammenspiel aus Excimerlaser 1 und CW-Lichtquelle 14 mit der Maske 30 führt nach dem zweimaligen Aufschmelzprozess zur Bildung eines Einkristalliten 32 (Siehe 5). Ein solcher wächst von der Innenseite der Spitze des V-Musters 33 zu der ihr gegenüberliegenden Außenseite der Spitze, ohne dass es zur Bildung von Korngrenzen kommen kann. Die Bildung des Einkristalliten 32 erfolgt von der Protrusionline 43 aus, welche mittig zwischen den Schenkeln des V-Musters 33 liegt. Der Einkristallit 32 hat nach dem Kristallisierungsprozess in etwa die Form einer Raute. Durch weitere überlappende Belichtungen ist es möglich, den Einkristallit 32 sowohl in seiner Länge als auch in seiner Breite wachsen zu lassen. Da der Kristallisationsprozess den Einkristallit 32 immer an der gleichen Stelle im U-, V- oder Chevron-Muster hervorbringt, ist es somit möglich, ausgehend von den Protrosionlines 43 präzise auf dem Substrat 2 Einkristallite 32 zu platzieren, vorausgesetzt eine exakte Zuordnung zwischen dem Abbild der Maske 30 und der Position auf dem Substrat 2 kann z. B. über eine Markierung 21 gefunden werden.
  • Für den Schmelzprozess des Siliziums ist die durch das Silizium absorbierte Strahlung eines Lasers verantwortlich. Die durch das Silizium transmittierte Strahlung dringt in das Trägermaterial 25 ein. Ein zu hoher Energieeintrag in die Trägerschicht 25 schädigt das Substrat 2 durch Rissbildung oder ruft eine Ablösung der Siliziumschicht von der Trägerschicht 25 hervor. Wenn die grüne CW-Lichtquelle 14 mit ihren 532 nm im SLS-Verfahren eingesetzt wird, transmittiert etwa die Hälfte der eingebrachten Strahlung. Dies kann bei großflächiger Anwendung und damit verbundenem erhöhten Energieeintrag die oben beschriebenen Schädigungen des Substrats 2 verursachen. Nun hat sich gezeigt, dass die Absorptionsfähigkeit von Silizium mit sinkender Wellenlänge steigt und damit die transmittierte Strahlung, die eine Schädigung des Substrats erzeugen kann, relativ zur Absorption sinkt.
  • In einem weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird deshalb die grüne CW-Lichtquelle 14 durch einen blauen im continous mode (CW) arbeitenden Laser (zum Beispiel der bereits erwähnte OPS Laser) 14 ersetzt, der in einem Bereich von 460–490 nm arbeitet. Um den Kristallisationsprozess unter den gleichen Randbedingungen wie beim Einsatz der grünen CW-Lichtquelle 14 ablaufen zu lassen ist bei der Verwendung der blauen CW-Lichtquelle 14 aufgrund der erhöhten Absorptionsfähigkeit des Silizums im Blauen eine Verringerung der Laserleistung möglich. Da zusätzlich der Trans missionskoeffizient bei der Verwendung von blauer Laserstrahlung gegenüber der Verwendung von grüner Laserstrahlung sinkt, ist der Energieeintrag in die Trägerschicht 25 erheblich geringer. Somit können unter Verwendung der blauen CW-Lichtquelle 14 erheblich mehr Belichtungen durchgeführt werden, ohne das Substrat 2 zu schädigen. Dies kann nun dazu genutzt werden, entweder größere Einkristallite 32 zu erzeugen oder in der Summe mehr Einkristallite 32 auf dem Substrat 2.
  • Gleichzeitig ist bei gleicher Ausgangsleistung der CW-Lichtquellen 14 die absorbierte Strahlung bei der blauen CW-Lichtquelle 14 höher. Dies kann dazu genutzt werden, die Linienbreite der U-, V- oder Chevron-Muster zu vergrößern oder die Belichtungsdauer zu verkürzen. Bei letzterem können, bei gleicher Leistung der Lichtquelle, mehr Belichtungen pro Zeiteinheit durchgeführt werden. Dies kommt unter Anderem entweder der Lebensdauer der Lichtquelle oder der Effizienz des Prozesses zugute.
  • Da das Belichten des Substrats 2 mit der CW-Lichtquelle 14 einen zusätzlichen Arbeitsschritt bedeutet, damit zusätzliche Zeit im Herstellungsprozess benötigt und das Produkt verteuert, wird der Fertigungsschritt nur an den Positionen durchgeführt, die von der höheren Feldeffekt-Beweglichkeit profitieren. An solchen Positionen werden im weiteren Fertigungsverlauf z. B. Treiber oder CPU's integriert.
    • 1
    Excimerlaser
    2
    Substrat
    3
    Laserstrahl
    4
    Abschwächer
    5
    Teleskop
    6
    Homogenisierer
    7
    Umlenkspiegel
    8
    Umlenkspiegel
    9
    Umlenkspiegel
    10
    Feldlinsen
    11
    Abbildungsobjektiv
    12
    Maske
    13
    Verschluss
    14
    CW-Lichtquelle
    15
    Laserstrahl
    16
    Umlenkspiegel
    17
    Umlenkspiegel
    18
    Umlenkspiegel
    19
    Optik
    20
    xy-Positioniereinheit
    21
    Markierung
    22
    Belichtungslinie
    23
    nachbelichtete Fläche
    25
    Trägermaterial
    26
    Trennschicht
    27
    amorphes Silizium
    30
    Maske
    31
    Steuerung
    32
    Einkristallit
    33
    V-Muster
    34
    Eingangsoptik
    35
    Abbildungsoptik
    41
    Optiksubstrat
    42
    Optiksubstrat
    43
    Protrusionline
    44
    Ausschnitt
    45
    polykristalline Siliziumschicht
    46
    Kristallit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6940880 [0015]

Claims (17)

  1. Verfahren zum Kristallisieren einer auf einem Substrat (2) aufgebrachten amorphen Halbleiterschicht mit einem Laser (1), welcher über eine Maske (12) und eine Abbildungsobjektiv (11) auf das Substrat (2) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) vor oder nach der Belichtung mit dem Laser (1) auf eine vorbestimmte Position positioniert und lokal mit einem Laser (14) belichtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Position anhand der Position festgelegt wird, die bei der Bestückung der Halbleiterschicht für die Steuerelemente vorgesehenen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu belichtende, vorbestimmte Position anhand einer, auf dem Substrat (2) befindlichen Markierung (21) bestimmte wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) lokal mit einem CW-Laser (14) vor- oder nachbelichtet wird
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) lokal mit einem OPS-Laser (14) vor- oder nachbelichtet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) lokal mit einer Wellenlänge zwischen 430 und 490 nm vor- oder nachbelichtet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) lokal über eine, über eine Abbildungsobjektiv (19) abgebildete Maske (30) vor- oder nachbelichtet wird.
  8. Vorrichtung zum Kristallisieren einer auf einem Substrat (2) aufgebrachten amorphen Halbleiterschicht mit einem Excimer-Laser (1), einer Maske (12) und einem Abbildungsobjektiv (11) zum Abbilden der Maske (12) auf das auf einer Positioniereinheit (20) angeordnete Substrat (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen CW-Laser (14) aufweist, welcher ebenfalls auf das Substrat (2) abbildbar ist.
  9. Vorrichtung zum Kristallisieren einer auf einem Substrat (2) aufgebrachten amorphen Halbleiterschicht mit einem Laser (1), einer Maske (12) und einem Abbildungsobjektiv (11) zum Abbilden des Maske (12) auf das Substrat (2), gekennzeichnet durch, einen CW-Laser (14) zum Belichten einer vorbestimmte Position auf dem Substrat (2), wobei die Einstellung der vorbestimmte Position über eine Positioniereinheit (20) erfolgt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) als Excimer-Laser ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) als CW-Laser ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (14) gepulst im grünen Spektralbereich bei ca. 532 nm arbeitet.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Positioniereinheit (20) mit einer Aufnahmeeinrichtung, zur Bestimmung der Position des Substrats (2) anhand einer auf dem Substrat (2) befindlichen Markierung (21).
  14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als CW-Laser (14) ein OPS-Laser (optically pumped semiconductor) vorgesehen ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der OPS-Laser in einem Wellenlängenbereich zwischen 430 und 490 nm emittiert.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 13, gekennzeichnet durch, eine Maske (30) und eine Abbildungsobjektiv (19) zum Abbilden des CW-Lasers (14) auf das Substrat (2).
  17. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser (1) und (14) und deren Abbildungsoptiken (11) und (19) so angeordnet sind, dass sie gleichzeitig auf das Substrat (2) abbildbar sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6940880B2 (en) 2003-03-11 2005-09-06 Coherent, Inc. Optically pumped semiconductor ring laser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mariucci, L. et al.: Advanced excimer laser crystallization techniques, In: Thin Solid Films, ISSN 0040-6090, 2001, Vol. 383, S. 39-44 *

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