专利名称：非晶质硅膜的结晶方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示装置的制造方法，特别是涉及用于确保均匀度和优良的元件性能的非晶质硅膜的结晶方法。
背景技术：
作为在利用液晶显示装置(Liquid Crystal Display)或有机EL(Electroluminecent)材料的有机发光显示装置(Organic Light EmittingDisplay)等中使用的开关元件的薄膜晶体管(Thin Film TransistorTFT)，在所述平板显示装置的性能中是最重要的构成要素。
在这里，作为判断所述TFT性能基准的迁移率(mobility)或漏电流(leakage current)等主要受作为电荷传送体移动路径的活性层(activelayer)材料的硅薄膜具有何种状态(state)或何种结构的影响。例如现有常用的液晶显示装置，TFT的活性层大部分是非晶质硅(amorphous Si下面称作a-Si)膜。
但是，因为活性层使用a-Si膜的a-Si TFT迁移率在0.5cm2/Vs上下非常低，所以限制放入液晶显示装置制作全部开关元件。这意味着，液晶显示装置的外部电路用驱动元件必须非常迅速地动作，但因a-Si TFT不能满足外部电路用驱动元件所要求的动作速度，所以作为所述a-Si TFT实现外部电路用驱动元件实际上存在困难。
因而，制造液晶显示装置中，外部电路用驱动部件，例如驱动电路、各种控制器和数字-模拟转换器等，通过在单晶硅膜上集成的元件构成，与驱动液晶显示装置必须的迅速的动作速度对应，a-Si TFT具有开关功能的同时由于表示为确保图像质量必须的低漏电特性，所以适用于作为像素开关元件。
而作为活性层应用多晶硅(下面称作poly-Si)膜的poly-Si TFT，由于迁移率高达数十～数百cm2/Vs，可以加速为可对应外部电路用驱动元件的高驱动速度。因此，如在玻璃基板上形成poly-Si膜，则不仅可实现像素开关元件，还可实现外部电路用驱动部件等。由此，不仅不必要外部电路形成中必要的其他模制工序，而且形成像素区域时可甚至一同形成外部电路用驱动元件，因此可期待降低外部电路用驱动部件的费用。
不仅如此，因为poly-Si TFT具有高迁移率可制作得比a-Si TFT小，并且通过集成工序可同时形成外部电路驱动元件和像素区域的开关元件，所以更加容易线宽细化并非常有利于得到用a-Si TFT-LCD难以实现的高分辨率。
并且，因所述poly-Si TFT具有高的电流特性，所以适合作为下一代平板显示装置的有机发光显示装置的驱动元件，因此最近在非常积极地进行在玻璃基板上形成poly-Si膜制造TFT的poly-Si TFT的研究和应用所述有机发光显示装置的研究。
作为在玻璃基板上形成所述poly-Si膜的方法，例如有在a-Si膜蒸镀后进行规定的热处理使所述a-Si膜结晶的方法。但是这种情况因在600℃以上的高温玻璃基板发生变形使可靠性和成品率下降。
由此，作为可不导致玻璃基板发生热损伤(thermal damage)仅使a-Si膜结晶的方法，可以使用激元激光器退火(Excimer Laser AnnealingELA)方法。
根据ELA工序，通过激光照射熔化a-Si膜(melting)后，再使其凝固(solidification)的同时结晶。结晶时的晶粒在熔化后凝固的同时从随即生成的晶核成长而形成，此时所述晶粒根据激光照射条件的不同具有数十纳米～数百微米的多种尺寸。
图1A是用于说明现有的ELA工序的平面图及剖面图，图1B是在ELA工序中得到的poly-Si内的显微结构照片。
如图1A所示，ELA工序以沿扫描方式通过激元激光器13全面照射在玻璃基板10上蒸镀100～2000厚的a-Si膜11的方式进行，激光13照射的区域结晶形成poly-Si膜12。为防止照射激光13期间从玻璃基板10进入杂质而导致元件特性下降，在玻璃基板10和a-Si膜11之间插入缓冲层14。
所述激光器13照射的a-Si膜11通过激光器13的能量部分熔化(partial melting)或完全熔化(complete melting)，此时a-Si膜11结晶而得到poly-Si膜12内的微观结构如图1B所示。
在此，在完全熔化前，poly-Si膜内的晶粒尺寸一般随激光器能量增加而变大，在具有最大值后在完全熔化的区间再减少。为得到优良的元件特性，如晶粒体般的结晶缺陷越少越好，但晶粒的尺寸越大晶粒分布的均匀度(即元件特性的均匀度)就越下降，这成为阻碍元件特性的均匀度的重要原因，使产品可靠性和成品率下降。
由此，为批量制作适宜的poly-Si TFT优良的元件特性是重要的，但还要求元件特性的均匀度。因此，把通过ELA工序结晶的poly-Si膜应用于产品时，只能在保障均匀度的范围内应用具有适当尺寸的晶粒的poly-Si膜。
但是，因为这时由于晶粒尺寸的限度不能制作迁移率高的poly-Si TFT，同时，在外部电路集成中也只能是有限性的，所以作为ELA工序在实现SOG(Silicon On Glass)结构中是有限的。
并且，ELA工序不仅在元件的特性方面有限度，在工序方面也有如下限度。
根据ELA工序，每束(shot)激光照射能量存在离散，并且在具有300～400μm左右大小的激光光束外部激光能量减少的分布(profile)区间约在20～30μm左右，所以通常把每束重叠(overlap)在90％或90％以上来确保均匀度。因此，为将所给区域完全结晶，对相同区域必须重复照射至少10次以上，这样ELA工序在工程效率及费用方面是非常不利的。
而James Im等在美国专利US 6322625和US 6368945中公开了在高生产率中保障均匀度并且使晶粒尺寸大的结晶方法。如图2A所示，称作连续侧向结晶(Sequential Lateral Solidification下面称作SLS)的方法，是在激光23和a-Si膜21之间配置规定的掩膜25，以所需的形态照射激光光束使所述a-Si膜结晶的方法。并且，在实际的工序中可在所述掩膜25和a-Si膜21之间配置规定的光学系统25a，以规定比例缩小，向a-Si膜21照射通过所述掩膜21的激光20。在图2A中，分别以附图符号20表示玻璃基板、用24表示缓冲层。
在此，作为用于实现SLS概念的方案，可举出2-束SLS工序。图2B是表示2-束SLS工序中使用的掩膜的平面图，如所示，2-束SLS工序用掩膜25具有两列的缝隙阵列(slit array)相错开而配置的结构。
根据2-束SLS工序，通过作为图2B所示的掩膜25内空隙区域的缝隙图案(slit pattern)26第一次照射激光。如图2C所示，此时，在缝隙图案26区域的a-Si膜部分进行结晶，此时，在各缝隙图案26区域的结晶，通过晶粒成长从缝隙图案的边缘部开始向缝隙图案中心部进行，在两个边缘部成长起来的晶粒在缝隙图案中心部会合终止。由此，在结晶区域的中心部通过晶粒之间的碰撞生成突出部(protrusion)210。
而这种现象，在激光照射后，在熔化的硅冷却同时在缝隙图案中心附近自然生成核前，以从缝隙图案26的边缘部成长起来的晶粒在中心部会合的方式使缝隙图案的宽度W充分小到3～5μm左右才有可能。假设缝隙图案26的宽度W相当宽，从缝隙图案26的边缘部成长的晶粒，在从中心部与从相对的缝隙图案的边缘成长起来的晶粒会合前，在中心附近区域通过生成核来生成poly-Si，从而使结晶后的结晶性下降，结果使元件特性和均匀度降低。
其次，仔细观察第一次激光照射后的结晶状态，如图2C的下侧所示，侧向成长的长度Lg是缝隙图案26宽度W的约1/2左右，突出部210生成保持一定间隔Sp1同时又结晶的区域。在各结晶区域内存在有成长到结晶开始部的微细晶粒区域212和突出部210处长的晶粒220。即，第一次照射后，就可以以与掩膜25内的缝隙阵列同样的形态呈现结晶区域阵列。缝隙阵列形态的各结晶区中部分未结晶的a-Si膜21的区域以和缝隙图案26间的间隔d1类似的宽度存在。
所述第一次激光照射后，由于存在未结晶的a-Si区域，为全部结晶a-Si膜，通过图2B所示的掩膜25的缝隙图案26进行第一次激光照射。此时，所述第二次激光照射，通过从第一次激光照射后的结晶区域以规定距离移动基板后，再照射激光的方式进行。移动距离约与缝隙长度L相同或稍小。由于在图2B所示的掩膜25中两列缝隙阵列错开配置第二次照射区域稍重叠在第一次照射未结晶的整个部分和第一次照射后的结晶区域。
图2D是用于说明第二次激光照射后的结晶状态的图。第二次激光照射时熔化的区域，例如附图符号216a和216b之间的区域，不仅是第一次激光照射后未进行结晶的区域，而且也含有第一次激光照射时结晶的区域的一部分。附图符号216、216a、216b是第二次照射后熔化的液态-Si和残留的poly-Si区域，即第一次激光照射时结晶的部分中第二次照射后未熔化而残留的部分，例如附图符号216和216b之间部分的区域。由此，在第二次激光照射后，在这些边界熔化的区域内第一次激光照射时形成的晶粒作为籽晶(seed)的作用而成长，两边缘的籽晶成长在中心部会合而完成结晶，与第一次激光照射时同样新生成突出部217、217a。
图2E是表示2-束SLS工序后结晶得到的poly-Si膜内的微观结构照片。
这种2-束SLS工序，通过第二次激光照射完成该区域的结晶，使该过程在移动设置了基板的SLS装备的载物台，反复进行整个基板a-Si膜的结晶。
这种2-束SLS工序的优点在于，不管基板尺寸多大可迅速结晶宽大区域，而且工序窗(precess window)宽广，可在某种程度控制比上述ELA工序大的晶粒和结晶的poly-Si膜的微观结构。
但是，由于2-束SLS工序的poly-Si膜也不是单晶，对提高TFT特性依然有限度。另外，排列成一列的poly-Si晶粒的有序性有可能成为弊端。这是因为，若poly-Si和单晶硅膜配置的有序性与玻璃基板上的像素配置和外部电路配置设计不吻合可能出现适得其反效果的缘故。
另外，2-束SLS工序，由于每个激光束的能量的变动(fluctuation)结晶的宽度有时出现细微差别，这有可能在造成突出部间微观结构些微不同时，结果导致均匀度下降。
结果，通过所述2-束SLS工序形成的poly-Si膜在确保用于实现SOG(Silicon-On-Glass)结构的优良元件特性上也有限度，从而存在在结晶的区域和像素部及外部电路用TFT的配置中必须互相吻合设计上的制约。
发明内容
因此，本发明是为解决所述现有问题而研发的，其目的在于，提供一种可确保均匀度和优良的元件性能的a-Si膜的结晶方法。
为了达到所述目的，本发明的提供一种非晶质硅膜的结晶方法，其作为在液晶显示装置制造时把在非晶质基板上形成的a-Si通过热源的照射结晶的a-Si膜的结晶方法，其特征在于，将像素部的TFT形成区域和外部电路部的TFT形成区域的a-Si膜部分选择地进行热源的第一次和第二次照射制成多晶体后，把所述多晶体内的晶粒中任何一个进行热源的第三次照射以所需的位置和大小制成单晶区域。
在这里，所述热源可以使用激元激光器、固体激光器、卤素灯和CW激光器。
所述第一次至第三次热源的照射使用掩膜和用于缩小照射的光学系统进行，该掩膜为仅照射a-Si膜的一部分具有规定形态的缝隙图案。
所述第一次至第三次热源的照射通过掩膜的缝隙图案的第一次照射后，移动基板或掩膜进行第二次照射，再使基板或掩膜移至大体规定距离进行用于制成单晶区域的第三次照射。
所述第三次照射在第一次及第二次热源照射后，选择性在重复区域形成的晶粒中的任何一个进行照射。
所述第三次照射使用掩膜来进行，该掩膜在籽晶(seed)晶粒上配置比籽晶晶粒小或同样大小的掩蔽区域。
在用于制作所述单晶区域的第三次照射后，再进行用于所述单晶区域长大的第四次照射。
用于所述热源的第一次和第二次照射的掩膜配置成以缝隙图案互相成规定角度最好是互相垂直，用于热源的第三次照射的掩膜具有与籽晶相同或比其小的圆形或多边形的掩蔽区域。
所述热源的第四次照射，使用掩膜来进行，该掩膜具有与第三次照射后制成的单晶区域的大小相同或比其小的圆形或多边形的掩蔽区域。
在所述热源的第一次照射与第二次照射之间和在热源的第二次照射与第三次照射之间可分别使用具有比所述热源的第一次照射和第二次照射时使用的缝隙图案窄或同样大小的缝隙图案的掩膜进行热源的追加照射。
在所述热源的第一次照射与第二次照射之间和在热源的第二次照射与第三次照射之间可分别使用掩膜进行热源的追加照射，该掩膜具有分别照射所述热源的第一次照射和第二次照射时使用的缝隙图案的两侧边缘部的一对缝隙图案。
如上所述，本发明的方法可将位于玻璃基板或塑料基板等非晶质基板上的a-Si膜在所需的位置以所需的大小形成单晶Si膜。由此，可制造可实现SOG的高性能TFT，并由于是单晶Si所以可很好地改善均匀度。
另外，由于本发明的方法仅结晶必要的部分，可节省工序时间和费用。
另外，作为单晶Si实现的元件，由于不仅对应具有低的开关速度的外部电路用元件，也对应要求高开关速度的外部电路用元件，所以本发明的方法可有利地应用于高标准的产品设计。
同时，因为通过高性能TFT可在基板上集成的外部电路的部件增多，所以与a-Si或poly-Si产品相比可降低制模的部件费用。
此外，单晶Si与poly-Si相比，因为由动作时间引起的门限电压移动少，所以本发明的方法可有利地应用于制造作为要求高可靠性和元件特性的均匀度的电流驱动型显示装置的有机发光显示装置，而且由低电压驱动可降低产品的电力消耗。
另外，由于本发明不仅在大型玻璃基板上，而且在如Si晶片的小型基板上也可实现使用单晶Si，所以也可应用于在半导体存储器的集成工序中的SOI(Silicon On Insulator)和三维集成电路工序中。
以上说明了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员可对此进行修改和变形。由此，本发明的范围理解为只要属于本发明真正的思想和范围，所有的修改和变形都包含在本发明内容中。
图1A是说明现有的ELA工序的平面图及剖面图，图1B是表示现有的ELA工序得到的poly-Si膜的微观结构照片；图2A是说明现有的2-束SLS工序的剖面图，图2B是表示说明现有的2-束SLS工序使用的掩膜的平面图，图2C是说明现有的2-束SLS工序的第一次激光照射后的结晶状态图，图2D是说明现有的2-束SLS工序的第二次激光照射后的结晶状态图，图2E是现有的2-束SLS工序得到的多晶硅膜的微观结构照片；图3A～图3D是说明本发明第一实施例的非晶质硅膜的结晶方法的图；图4A～图4D是说明在图3a至图3d阶段的结晶概念的图；图5A～图5B是表示本发明结晶方法中使用的掩膜的图；图6A～图6C是说明本发明第二实施例的非晶质硅膜的结晶方法图。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明的理想的实施例。
液晶显示装置制造时，因为结晶a-Si膜得到poly-Si膜的现有结晶方法对整个玻璃基板进行结晶工序，所以在均匀度上必然存在问题。另外，由于poly-Si膜在确保用于实现SOG(Silicon-On-Glass)结构的优良的元件特性上有限度，从而有在结晶区域和像素部及外部电路用TFT配置中必须互相吻合的设计上制约。
而单晶Si膜使用任何设计方式(scheme)都可确保优良的元件特性。特别是，即使所述单晶Si膜仅形成在最小限度像素部的TFT上，在元件的特性方面有利。另外，若在形成单晶Si膜中，局部结晶单晶Si膜形成，可确保均匀度。
因此，本发明通过控制位置和大小来形成单晶Si膜，由此在提高形成在玻璃基板、塑料基板或绝缘体等非晶质基板上的结晶Si膜时的结晶性的同时确保均匀度。
因此，本发明利用如激元激光器、固体激光器、卤素灯及CW激光器等热源进行局部多重照射，以如下方式进行结晶过程，首先将第一次照射区域形成为缝隙形态，然后，第二次照射区域也形成为缝隙形态，但与所述第一次照射区域成规定的角度，最好垂直交叉，然后对重复第一次及第二次照射区域的部分再通过具有点(dot)形态照射区域的第三次照射确保单晶区域，然后通过第四次照射扩大结晶区域尺寸。
这此，移动放置基板的载物台选择所需的位置，以设定结晶位置。本发明的结晶方法，与结晶整个薄膜的现有ELA或2-束SLS工序不同，仅选择必要的部分由单晶Si制作。
具体地，图3A至图3D和图4A至图4D是说明本发明第一实施例的a-Si结晶方法的图，说明如下。在此，用于进行结晶工序的掩膜、激光和基板的配置与图2A所示相同。并且可以理解为，图3A至图3D是通过掩膜在a-Si膜上照射的热源的状态。
图3A是表示第一次激光照射时的图案形态。如图所示，在掩蔽图案30a内具有作为空隙区域32a的规定长度Ls1和宽度Ws1的缝隙图案31a。附图符号33a表示掩蔽区域。
若通过掩蔽图案30a的缝隙图案31a以a-Si膜充分熔化程度的能量进行第一次照射，则空隙区域32a的a-Si膜变成液态Si后，凝固的同时进行结晶。所述a-Si膜结晶后的微观结构如图4A所示。
参照图4A，在通过掩蔽图案得到的缝隙图案边缘(edge)部通过生成核形成晶核后，晶核的成长向缝隙图案的中心部分别在A方向和B方向进行的同时，在缝隙图案的中心部从两侧边缘成长起来的晶粒相会合，制成突出部310，从而结晶终止。在缝隙图案边缘部的生成核区域309形成的晶粒，成长速度因结晶方向而异，互相竞争的同时成长，优先成长的晶粒307长大。在晶粒成长初期出现这种竞争性成长，成为在该区域众多晶粒聚集的微细晶粒区域。在图4A中，附图符号306表示细微晶粒区域，Lg1表示晶粒的侧向成长的长度。
图3B是表示第二次激光照射时图案状态的图。如图所示，掩蔽图案30b内具备的缝隙图案31b，与第一次照射时的形态和实施方式类似，但其配置成与第一次照射时垂直。所述缝隙图案31b具有规定宽度Ws2和长度Ls2。第二次激光照射通过适当的能量熔化掩蔽图案30b内的掩蔽区域33b以外的空隙区域32b的a-Si膜进行。
结晶与第一次激光照射时同样，晶粒的成长从缝隙图案边缘部分别在A方向和B方向进行，在缝隙图案中心部从两侧边缘部成长起来的晶粒相会合，从而终止。
但是，所述第二次激光照射时的空隙区域32b，可分为a-Si区域34和第一次激光照射时结晶的重复区域35，所述a-Si区域34，与第一次激光照射时同样，通过借助缝隙图案边缘部的核生成形成的晶粒的侧向成长进行结晶，但因为在所述重复区域35缝隙图案边缘部不是a-Si而是poly-Si，所以在该区域35的结晶将所述poly-Si形成籽晶(seed)在熔化Si内进行晶粒成长。
更具体地，图4B是说明在重复区域的第二次激光照射后到结晶完成的状态的图。
在第一幅图中，第二次激光照射区域320不仅熔化第一次激光照射时的poly-Si区域324，也熔化a-Si区域321。此时，在照射区域边缘部出现熔化的区域和未发生熔化的区域的边界，但在重复区域，第一次激光照射时形成的poly-Si晶粒的一部分未熔化而作为籽晶晶粒323a、323b、323c、323d起作用。
第二幅图表示激光照射后，在熔化Si339内晶粒成长的状态。在a-Si区城的晶粒成长334～337和337a，与第一次激光照射时类似，从缝隙图案边缘部的晶核338成长。但是，在重复区域的晶粒成为从poly-Si籽晶晶粒325～328进行的晶粒成长，晶粒3251～3281在熔化区域339内成长。在重复区域内，不仅存在第一次激光照射后长大的大晶粒325～328作为籽晶成长的晶粒3251～3281，也存在第一次激光照射后从结晶区城边缘附近的细微晶粒(图3B的306、图4B的333b)成长的晶粒330～333。第二次激光照射后，结晶时的籽晶效果是第一次激光照射后形成的晶粒长度越长越明显，由于第一次激光照射后形成的晶粒长度不大，所以在所述第一次照射后从结晶区域边缘附近的微细晶粒(图3B的306、图4B的333b)成长的晶粒330～333有帮助的效果少。
第三幅图表示第二次激光照射后结晶完成时的状态。第二次激光照射后的重复区域，是由从第一次激光照射时长大的晶粒成长的晶粒3252～3282和第一次激光照射后从细微晶粒区域成长的晶粒3301～3331形成。当然，重复区域的外部区域照射通过缝隙图案的激光后，由表示结晶后的微细结构的晶粒3341～3371构成。此时，在第二次照射后的重复区域形成的晶粒由现有的2-束SLS工序中看不到的大晶粒构成，这样，在第二次激光照射后在重复区域形成的大晶粒，在其后的第三次照射时再次作为附加结晶的必要的籽晶结晶使用。
图3C是说明第三次激光照射时的掩蔽图案配置和结晶概念的图。如图所示，掩蔽图案30c由表示特定区域的掩蔽区域33c和其以外的空隙区域32c形成。第三次激光照射是在第二次激光照射后的重复区域形成的大晶粒中选择一个3253，在所述选择的晶粒上排列掩蔽区域33c而进行。此时，使掩蔽区域33c的尺寸小于或等于籽晶结晶，其形态可用圆形和多边形等任意形态。
第三次激光照射，以熔化掩蔽区域33c以外的空隙区域32c设定激光能量进行。第三次激光照射的结果，除掩蔽区域33c的Si晶粒，熔化含使有第二次激光照射后形成的poly-Si区域的全部区域。结晶将位于掩蔽区域33c的Si晶粒作为籽晶在熔化的Si区域内成长。晶粒成长进行到熔化的Si冷却同时与自然生成核形成的晶粒会合时为止。如图4C所示，最终成长的晶粒直径，相当于晶种的半径和籽晶结晶从液态Si的边界(图4C的3461)成长的长度Lg3之和的两倍左右。
图4C是第三次激光照射后完成结晶的状态的示意图。如图所示，原来是籽晶的区域3451和通过在新成长的区域348以及熔化区域内由自然生成核成长形成的poly-Si区域349设置边界350而形成。因为所述poly-Si区域349内的晶粒通过自然生成核形成，所以晶粒的尺寸小。在这里，第三次激光照射，通过从第二次激光照射后得到的Si晶粒选择一个作为籽晶使用，可使单晶Si成长。
因此，本发明把规定形态的缝隙图案，通过第一次、第二次及第三次激光照射，在所需的位置上以所需的大小使单晶Si膜成长。例如，用于形成TFT的Si活性层，仅在TFT形成区域进行第一次、第二次及第三次激光照射后，把作为其结果形成的单晶Si区域通过适当的形态蚀刻而得到。
如图3D所示，在根据需要再次希望培育单晶Si膜时，对具有比第三次激光照射形成的单晶Si区域小或相同的掩蔽区域33d的掩蔽图案30d，进行第四次激光照射。此时，掩蔽区域33d的大小，比第三次激光照射时的掩蔽区域33c大，因而可使单晶Si区域扩大。
此时，在除去掩蔽区域33d的Si部分的第三次激光照射时形成的单晶Si区域的一部分3481和poly-Si区域3491因为是空隙区域32d故全部熔化，如图4D所示，结晶从熔化区域和单晶Si区域间的边界3551通过侧向成长，成长一定距离Lg4。
与第三次激光照射时同样，在熔化的Si内存在由自然生成核成长的小晶粒形成的poly-Si区域357，位于poly-Si区域的晶粒和从籽晶3541发育的晶粒会合同时，通过第四次照射决定形成的单晶Si的大小。
在第四次激光照射后，在掩蔽区域的大小和形态一直发育的同时重复所述工序，根据照射的次数可以使各种形态单晶Si成长。另外，如上所述，可把形成的单晶Si蚀刻成所需的形态用作TFT的活性层图案。形成单晶Si的位置，可通过移动放置基板的载物台或掩膜，最好是通过移动载物台而进行控制。
结果，本发明的结晶方法可不必使a-Si膜的全部区域结晶，通过仅把必要的部分由单晶Si膜结晶，通过形成单晶Si而提高像素部及外部电路用TFT的特性，同时也确保均匀度。
图5A及图5B是表示用于实现第一次～第四次激光照射的掩膜的例图。
激光透过掩膜50a、50b而具有规定的图案形态。根据需要激光可通过光学系统缩小仅照射要结晶的部分。各束可分别使用掩膜，但为了提高照射位置的正确度和生产率，希望在一个掩膜内制作对应各照射的空隙区域移动基板或掩膜对所需的位置实施照射。
照射方式可利用使掩膜和基板在一个方向移动顺次照射，或在X或Y方向移动顺次照射，或者使基板和掩膜旋转顺次照射进行。
图5A是在掩膜固定状态下从右向左移动基板并同时进行照射或在基板固定状态下从左向右移动掩膜并同时进行照射时使用的掩膜。在掩膜50a内插入对应1～第四次激光照射时的图案51～55。其顺序是，第一次照射后移动大约规定的距离，以符合所述结晶概念决定照射位置，进行第二次照射，然后在移动大约规定的距离同时进行第三次和第四次激光照射。
图5B是在使掩膜或设置基板的载物台旋转的同时进行照射使用的掩膜。
作为本发明另一实施例，为选择性地使a-Si膜结晶可以使用如图6A所示的掩膜。为表示各激光照射阶段照射位置，把1～第四次激光照射时的各图案边界用虚线重合表示。
如图所示，在掩膜60a内具有激光不能透过的掩蔽区域63a和透过激光的空隙区域62a。掩膜60a的内部与所述掩膜的内部几乎相同，第三次及第四次照射时的掩蔽区域为四边形，用于使第一次及第二次激光照射后在重复区域形成的晶粒形成籽晶的第三次激光照射时的掩蔽区域的配置，是正确排列在第一次及第二次激光照射时的缝隙中心部的交叉地点的形态。
这些掩膜60a内的图案通过如上所述的如投射透镜的规定的光学系统，照射要结晶的试片。通常，以1/5左右的规定倍数缩小。
为了抑制重复区域边缘出现的不需要的晶粒发生，可在如前面图6A所示的掩膜60a中以对再次实施第一次及第二次照射时的交差缝隙部分设计掩膜共进行六次照射，也可再次进行第一次或第二次照射，通过五次照射完成结晶。
图6B是说明本发明的又一实施例的a-Si膜的结晶方法的图。如图所示，该实施例中的掩膜60b与图60A同样在其内部具有掩蔽区域63b和空隙区域62b。另外，在该实施例中，在图6A的实施中，应用比在第一次及第二次激光照射时应用的缝隙图案更宽的缝隙图案进行第一次和第三次照射。此时，因为缝隙图案宽，激光照射后不仅存在从缝隙图案边缘部长大的晶粒，还存在中心部通过自然生成核形成的poly-Si区域。然而，应用第二次及第四次缝隙的照射，熔化这些poly-Si区域整体与第一次和第三次照射时从边缘部侧向成长而长大的晶粒一部分。即，在第一次激光照射后通过侧向成长形成的晶粒，第二次照射后长得更大在中心部会合，第三次照射时形成的晶粒长得更大。
另外，该实施例与图6A的实施例比较，可进一步减小在重复区域边缘部成长的不需要的细微晶粒的影响。这是因为第四次激光照射后形成的晶粒，比使用图6A的掩膜时在第二次照射后在重复区域形成的晶粒更大。因此，在用于选择重复区域的大晶粒制作单晶Si图案的第五次照射时，在照射位置的排列侧向进一步增加余量，由此，第五次激光照射时掩蔽图案可更加远离重复区域边缘部分而配置，由此可更容易地得到单晶Si图案。
同样，第六次激光照射是用于进一步培育第五次激光照射时形成的单晶Si图案。根据需要在第一次或第三次照射中可仅使用第一次宽的缝隙，还可以对第一次～第四次照射的次序进行各种变更。
结果是，按照该实施例，使用交叉缝隙的照射时，可以减少重复区域附近的不需要的细微晶粒的影响，更可靠地制造单晶Si。
而第一次及第三次照射，可使用与前面实施例的第一次及第二次照射时的掩膜同样的掩膜来进行，同时，还可以使用具有比所述第一次及第三次照射时的缝隙图案更窄或同样大小的缝隙图案的掩膜来进行第二次和第四次照射。此时，结晶以如所述的概念进行。
作为本发明的又一实施例，使用如图6C所示的掩膜进行结晶必要的照射。在该实施例中，在第一次照射后在缝隙图案边缘部生成的细微晶粒在第二次照射时除去的同时，在第一次照射后长大至突出部的地方的晶粒进一步长大。由此，更容易得到第三次照射后的单晶Si区域。不仅如此，第三次照射后即使在重复区域边缘部产生不需要的细微晶粒的区域，通过第四次照射可取除边缘部的细微晶粒，进一步培育第三次照射时产生的单晶区域。这样，可通过其后的第五次及第六次照射，更容易得到单晶Si图案，然后发育长大。
该实施例是可靠发育单晶Si图案的方法之一，在第二次或第四次照射时，即使仅使用一种缝隙图案也无妨。另外，在反复进行1～第四次照射后还可以进行第五次及第六次照射。另外，由于可把第一次照射时的缝隙图案边缘部分的不需要的晶粒的影响减至最小，可更容易得到单晶Si图案。
而在所述本发明的各实施例中，第二次照射时的掩膜的缝隙图案，与第一次照射时掩膜的缝隙图案垂直配置，但也可不垂直而配置成具有规定的角度。
权利要求
1.一种非晶质硅膜的结晶方法，其在液晶显示装置制造时把在非晶质基板上形成的非晶质硅膜通过热源照射结晶的方法，其特征在于，把像素部的TFT形成区域和外部电路部的TFT形成区域的非晶质硅膜部分选择地进行热源的第一次和第二次照射制成多晶体后，把所述多晶体内的晶粒中任何一个进行热源的第三次照射以所需的位置和大小制成单晶区域。
2.如权利要求1中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，所述热源从激元激光器、固体激光器、卤素灯和CW激光器构成的组中选择任何一种使用。
3.如权利要求1中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，所述第一次至第三次热源的照射使用掩膜和用于缩小照射的光学系统进行，该掩膜为仅照射非晶质硅膜的一部分具有规定形态的缝隙图案。
4.如权利要求3中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，所述热源的照射，通过掩膜的缝隙图案的第一次照射后，移动基板或掩膜进行第二次照射，再使基板或掩膜移至大体规定距离进行用于制成单晶区域的第三次照射。
5.如权利要求4中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，所述第三次照射在第一次及第二次热源照射后，选择性在重复区域形成的晶粒中的任何一个进行照射。
6.如权利要求4中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，所述第三次照射使用掩膜来进行，该掩膜在籽晶(seed)晶粒上配置比籽晶晶粒小或同样大小的掩蔽区域。
7.如权利要求4中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，在用于制作所述单晶区域的第三次照射后，再进行用于所述单晶区域长大的第四次照射。
8.如权利要求3中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，用于所述热源的第一次和第二次照射的掩膜配置成以缝隙图案互相成规定角度的方式，用于热源的第三次照射的掩膜具有与籽晶相同或比其小的圆形或多边形的掩蔽区域。
9.如权利要求3或8中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，用于所述热源的第一次和第二次照射的掩膜配置成以缝隙图案互相垂直的方式。
10.如权利要求8中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，所述热源的第四次照射，使用掩膜来进行，该掩膜具有与第三次照射后制成的单晶区域的大小相同或比其小的圆形或多边形的掩蔽区域。
11.如权利要求3中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，在所述热源的第一次照射与第二次照射之间和在热源的第二次照射与第三次照射之间分别使用具有比所述热源的第一次照射和第二次照射时使用的缝隙图案窄或同样大小的缝隙图案的掩膜进行热源的追加照射。
12.如权利要求1中所述的非晶质硅膜的结晶方法，其特征在于，在所述热源的第一次照射与第二次照射之间和在热源的第二次照射与第三次照射之间分别使用掩膜进行热源的追加照射，该掩膜具有分别照射所述热源的第一次照射和第二次照射时使用的缝隙图案的两侧边缘部的一对缝隙图案。
全文摘要
一种在玻璃基板或塑料基板等非晶质基板上形成单晶Si膜的方法。其是在液晶显示装置制造时把在非晶质基板上形成的非晶质硅膜通过热源的照射而结晶的非晶质硅膜的结晶方法。其对像素部的TFT形成区域和外部电路部的TFT形成区域的非晶质硅膜部分选择地进行热源的第一次和第二次照射制成多晶体后，对所述多晶内的晶粒中的任何一个进行热源的第三次照射以所需的位置和大小制成单晶区域。本发明因为不必使非晶质硅膜的全部区域结晶，而仅将必要的部分通过单晶硅膜结晶，所以在提高像素部和外部电路部用的TFT特性的同时可确保均匀度。
文档编号H01L21/20GK1622280SQ20041005776
公开日2005年6月1日 申请日期2004年8月17日 优先权日2003年11月26日
发明者柳明官, 李镐年, 朴宰徹, 金亿洙, 孙暻锡, 李俊昊, 权世烈 申请人:京东方显示器科技公司