DE19625851A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kristallisieren einer amorphen Schicht - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Kristallisieren einer amorphen SchichtInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vor
richtung zum Kristallisieren einer amorphen Schicht
eines Substrats gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1
bzw. des Gattungsbegriffes des Anspruches 10. Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Flüssigkristallbildschirmes.
Für den Aufbau flacher Flüssigkristallbildschirme mit
aktiver Matrix werden Dünnschichttransistoren in einer
amorphen Siliziumschicht auf Glas hergestellt, die je
weils eine Bildpunkt-Elektrode ansteuern. Die Signalzu
führung und Ansteuerung erfolgt dabei über Signal- und
Steuerleitbahnen, die ihrerseits die Signale von
Treiber-ICs erhalten.
Diese Zeilen- und Spaltentreiber lassen sich nicht mit
den notwendigen Eigenschaften in amorphem Silizium her
stellen. Deshalb werden diese ICs gegenwärtig vorwie
gend außerhalb der Glasplatte angebracht und flexibel
mit den Zeilen- und Spaltenzuleitungen verbunden.
Eine andere gegenwärtig eingesetzte Möglichkeit ist die
Aufbringung der Silizium-Treiber-ICs direkt auf das
Glassubstrat (chip on glass technology). Die Integra
tion der Treiber-ICs direkt in die auf der Glasplatte
befindliche Siliziumschicht erfordert die Umwandlung
des amorphen Siliziums in polykristallines Silizium
durch Erhitzen.
Der notwendige Temperprozeß läßt sich allerdings nur
dann in einem Ofen durchführen, wenn als Substrat
Quarzglas verwendet wird. Bei Verwendung eines niedri
ger schmelzenden Glases kann der Temperprozeß auch
durch Bestrahlung mit einem Laser durchgeführt werden.
Dabei wird der Laser auf den zu kristallisierenden Be
reich des Substrats gerichtet. Dazu wird das Substrat
entweder mit einem gebündelten Laserstrahl zeilenförmig
nacheinander belichtet und dadurch lokal aufgeheizt,
oder es wird ein sehr intensiver Laserstrahl so aufge
weitet, daß er ein gesamtes Display in einem Schritt
belichten kann. Da jedoch das polykristalline Silizium
nur in den kleinen Bereichen benötigt wird, in denen
anschließend die Treiber-ICs und evtl. die Bildpunkt-
Transistoren erzeugt werden sollen, wird unnötig viel
Energie mit dem Laser zugeführt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Kristallisieren
einer amorphen Schicht sowie ein Verfahren zur Herstel
lung eines Flüssigkristallbildschirmes anzugeben, wobei
die insgesamt zugeführte Energie reduziert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich
nenden Merkmale der Ansprüche 1, 8 und 10 gelöst.
Durch die Verwendung eines Elektronenstrahls, der auf
die zu kristallisierenden Bereiche des Substrats fokus
siert wird, kann der Kristallisationsprozeß auf die Be
reiche beschränkt werden, die für den weiteren Prozeß
benötigt werden.
Mit Hilfe eines Ablenksystems kann der Elektronenstrahl
so gesteuert werden, daß er nacheinander lediglich die
Bereiche bestrahlt, die kristallisiert werden müssen.
Diese Bereiche sind beispielsweise die Flächen am Rande
einer jeden Bildpunkt-Elektrode, in denen jeweils ein
Bildpunkttransistor hergestellt werden soll und die
Flächen am Ende jeder Signal- und Steuerleitung, die
für die Ansteuer-Elektronik vorgesehen sind.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche und werden anhand der Beschreibung
und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Kristallisieren und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines
Flüssigkristallbildschirmes.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Kristallisie
ren einer amorphen Schicht enthält im wesentlichen eine
Quelle 1 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls 2, ein
Austastsystem 17, ein Linsensystem 3 zur Fokussierung
des Elektronenstrahls auf einen zu kristallisierenden
Bereich eines Substrats 4 sowie ein Ablenksystem 5, um
den Elektronenstrahl auf verschiedene, zu kristallisie
rende Bereiche des Substrats abzulenken.
Das Substrat 4 wird vorzugsweise auf einem Tisch 6 ge
haltert, der in wenigstens zwei senkrecht zueinander
stehenden Richtungen x, y verfahrbar ist. Zur Fixierung
des Substrats 4 auf dem Tisch 6 ist ein Substrathal
ter 7 vorgesehen.
Die exakte Ausrichtung des Substrats 4 auf dem Tisch 6
in bezug auf die Quelle 1 kann beispielsweise durch me
chanische Justierung, lichtoptische Positionierung oder
dadurch erfolgen, daß mit dem Elektronenstrahl Positi
onsmarken am Substrat abgetastet werden und die ausge
lösten Sekundärelektronen 8 mit Hilfe eines Detektors 9
nachgewiesen werden.
Der Tisch 6 mit dem Substrat 4 befindet sich in einer
evakuierten Arbeitskammer 10. Das Vakuum wird mit Hilfe
eines Vakuumsystems 11 aufrechterhalten.
Zum Austauschen des Substrats 4 ist ein Transport
system 12 vorgesehen, das das Substrat zwischen der
Arbeitskammer 10 und einer Schleuse 13 transportiert.
Zwischen Schleuse 13 und Arbeitskammer 10 ist ein Va
kuum-Ventil 14 vorgesehen. Vor dem Öffnen des Vakuum-
Ventils 14 wird in der Schleuse 13 ebenfalls ein Vakuum
erzeugt. Um die Pump- und Belüftungsvorgänge der
Schleuse 13 möglichst gering zu halten, sind in der
Schleuse wenigstens zwei Ablagepositionen 15a, 15b vor
gesehen, so daß das bereits kristallisierte Substrat
auf einer Ablageposition abgelegt und das noch zu kris
tallisierende zweite Substrat in die Arbeitskammer 10
gefahren werden kann, ohne das Vakuum-Ventil zu schlie
ßen und in der Schleuse 13 einen Belüftungsvorgang ein
leiten zu müssen. Selbstverständlich können in der
Schleuse 13 auch weitere Ablagepositionen vorgesehen
werden. Die bereits kristallisierten Substrate sowie
die noch zu kristallisierenden Substrate werden über
ein Ventil 16 aus der bzw. in die Schleuse gebracht.
Vor dem Öffnen des Ventils 16 wird das Vakuum-Ventil 14
geschlossen und die Schleuse 13 belüftet.
Für die Pump- und Belüftungsvorgänge des Vakuum
systems 11 und die Ansteuerung des Transportsystems 12
ist ein nicht mehr dargestelltes Steuerungssystem vor
gesehen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Flüs
sigkristallbildschirmes. Er besteht aus einer Vielzahl
in Spalten und Zeilen angeordneter Bildpunkt-Elektro
den 20, die jeweils über einen Bildpunkt-Transistor 21
angesteuert werden. Die Signalzuführung und Ansteuerung
der Bildpunkt-Transistoren 21 erfolgt über Signal- und
Steuerleitbahnen 22, die ihrerseits die Signale von
Treiber-ICs 23 erhalten.
Zur Herstellung eines Flüssigkristallbildschirmes wird
das mit einer Halbleiterschicht, insbesondere einer Si
liziumschicht versehene Substrat 4 zunächst in bestimm
ten Bereichen kristallisiert. Diese Bereiche sind im
dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere die Flä
chen, an denen die Bildpunkt-Transistoren 21 und die
Treiber-ICs 23 vorgesehen sind. In den Bereichen der
Bildpunkt-Elektroden 20 wird im anschließenden Prozeß
schritt die Halbleiterschicht entfernt, so daß dort
eine Kristallisation nicht notwendig ist.
Zum Kristallisieren der Bereiche 21, 22 wird das Sub
strat 4 in die Arbeitskammer 10 der in Fig. 1 beschrie
benen Vorrichtung eingeführt. Die Quelle 1 und das Lin
sensystem 3 ist so ausgelegt, daß der Elektronenstrahl
den zu kristallisierenden Bereich mit einer Stromdichte
und einer Energie erreicht, die die bestrahlte amorphe
Schicht in den kristallinen Zustand umformt. Diese Pa
rameter hängen insbesondere von den verwendeten Sub
stratmaterialien und Schichtdicken ab und können empi
risch ermittelt werden.
Als Substratmaterialien eignen sich insbesondere Trä
gersubstrate aus Glas oder Kunststoff, die mit einer
Halbleiterschicht, vorzugsweise aus Silizium, beschich
tet sind.
Der Elektronenstrahl eignet sich besonders gut zum Kri
stallisieren einer amorphen Schicht, da er sehr leicht
fokussierbar und mit einfachen Mitteln ablenkbar ist.
Dies ermöglicht eine sehr gezielte, örtlich begrenzte
Bestrahlung bzw. Kristallisation. Es ist daher nicht
erforderlich, unnötig viel Energie zuzuführen, um Be
reiche zu kristallisieren, die später nicht benötigt
werden. Dadurch läßt sich eine deutliche Reduzierung
der insgesamt zugeführten Energie und damit eine gerin
gere Erwärmung des Trägersubstrates erreichen.
Claims (18)
1. Verfahren zum Kristallisieren einer amorphen
Schicht, in dem ein zu kristallisierender Bereich
eines Substrats (4) einer Energiestrahlung ausge
setzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß als Energiestrahlung ein
Elektronenstrahl (2) verwendet wird, der auf den zu
kristallisierenden Bereich fokussiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektronenstrahl (2) abgelenkt wird und
nacheinander verschiedene Bereiche des Substrats (4)
bestrahlt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Substrat (4) mit einer Halbleiterschicht
verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Halbleiterschicht eine Siliziumschicht ver
wendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die amorphe Schicht durch den Kristallisations
vorgang in eine polykristalline Schicht umgewandelt
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß vor der Kristallisierung die Lage des Substrats
(4) mittels des Elektronenstrahls (2) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lagebestimmung durch Abtasten von auf dem
Substrat (4) befindlichen Positionsmarken erfolgt,
wobei Sekundärelektronen (8) ausgelöst und detek
tiert werden.
8. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristallbild
schirmes, wobei bestimmte Bereiche eines mit einer
Halbleiterschicht versehenen Substrats (4) gemäß dem
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 kristal
lisiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß in kristallisierten Bereichen des Substrats in
tegrierte Schaltungen, Transistoren oder Dioden her
gestellt werden.
10. Vorrichtung zum Kristallisieren einer amorphen
Schicht eines Substrats (4) mit einer Quelle (1) zur
Erzeugung einer Energiestrahlung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls (2) ausgebildet ist und ein Linsensystem (3) zur Fokussierung des Elektronen strahls auf einen zu kristallisierenden Bereich des Substrats vorgesehen ist.
dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls (2) ausgebildet ist und ein Linsensystem (3) zur Fokussierung des Elektronen strahls auf einen zu kristallisierenden Bereich des Substrats vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß ein Ablenksystem (5) vorgesehen ist, um den
Elektronenstrahl (2) auf verschiedene zu kris
tallisierende Bereiche des Substrats abzulenken.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß ein Austastsystem (17) zum Austasten des
Elektronenstrahls (2) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß eine evakuierbare Arbeitskammer (10) vorge
sehen ist, innerhalb derer das Substrat (4) während
des Kristallisierens angeordnet wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß ein in wenigstens zwei senkrecht zueinander
stehenden Richtungen (x, y) verfahrbarer Tisch (6)
vorgesehen ist, auf dem das Substrat (4) gehaltert
ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß ein Transportsystem (12) vorgesehen ist, um
Substrate (4) zwischen einer Schleuse (13) und dem
in einer Arbeitskammer (10) angeordneten Tisch (6)
zu transportieren.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich
net, daß das Vakuumsystem (11) zwischen Schleuse
(13) und Arbeitskammer (10) ein Vakuumventil (14)
aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß ein Detektor (9) zum Nachweis von Sekun
därelektronen (8) vorgesehen ist, die bei der Be
stimmung der Lage des Substrats (4) mittels des
Elektronenstrahls (2) von Positioniermarken
ausgelöst werden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 13 und 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Steuersystem zum Steuern des
Transportsystems (12) und des Vakuumsystems (11)
beim Ein- und Ausbringen des Substrats (4) in bzw.
aus der Arbeitskammer (10) vorgesehen ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19625851A DE19625851A1 (de) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | Verfahren und Vorrichtung zum Kristallisieren einer amorphen Schicht |
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Publications (1)
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Derwent Abstract: Ref. 95-165443/22 zu JP 07-086602 A * |
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