专利名称：多晶硅膜的形成方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示装置的制造方法，更详细地讲涉及形成多晶硅薄膜晶体管用的多晶硅膜的形成方法。
背景技术：
液晶显示装置或有机发光显示装置等中作为开关元件使用的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下称为TFT)是前述平板显示装置的性能中最重要的构成要素。这里，作为判断前述TFT性能标准的迁移率(mobility)或漏泄电流等，很大程度上受作为电荷传输体迁移路径的活性层有何种状态或结构，即，作为活性层材料的硅薄膜有何种的状态或结构所支配。现在常用的液晶显示装置，其TFT的活性层大部分是非晶硅(amorphous silicon，以下称为a-Si)。
然而，使用a-Si作为活性层的a-Si TFT由于迁移率非常低，在0.5cm2/Vs左右，故要制作装入液晶显示装置的一切开关元件则受限制。这样，液晶显示装置的周边电路用的驱动元件必须非常快速地运转，但由于a-Si TFT不能满足周边电路用驱动元件要求的运转速度，所以意味着前述a-Si TFT实际上很难实现周边电路用的驱动元件。
另一方面，因使用多晶硅(Polycrystalline silicon，以下称为poly-Si)作为活性层的poly-Si TFT迁移率高达数十～数百cm2/Vs，故可以产生能适应于周边电路用驱动元件的高驱动速度。所以，在玻璃基板上形成poly-Si膜时，不仅像素开关元件，而且周边电路用的驱动部件也可以实现。因此不仅不需要形成周边电路所用的其他途径的模块工序，而且形成像素区域时由于甚至可同时地形成周边电路的驱动部件，故可期待减少周边电路用的驱动部件费用。
不仅如此，而且由于poly-Si TFT迁移率高，故可以比a-Si TFT小型化，此外，通过集成工序由于可以同时形成周边电路的驱动元件和像素区域的开关元件，故线幅宽度更容易微细化，对获得a-Si TFT-LCD难实现的高图像清晰度非常有利。
此外，由于poly-Si TFT具有高电流特性，适合作为新一代平板显示装置，即有机发光显示装置的驱动元件使用，因此，最近正活跃地进行在玻璃基板上形成poly-Si膜制造TFT的poly-Si TFT研究。
作为在玻璃基板上形成前述poly-Si膜的方法，可以有蒸镀a-Si膜后进行热处理使前述a-Si膜结晶的方法。然而，此时在600℃以上的高温下玻璃基板可能产生变形，因此会导致可靠性及收率降低。
此外，作为不使玻璃基板热损伤而可以只使a-Si膜结晶的方法，提出了受激准分子激光退火(Excimer Laser Annealing)方法，作为其他的方法还提出了连续侧面结晶(Sequential Lateral Solidification，以下称为SLS)方法。
这里，前述SLS方法是利用脉冲激光和具有提供选择性透过部的狭缝图形(スリットパタ一ン)的掩膜使a-Si结晶成poly-Si的方法，采用这种方法时，结晶的形态依掩膜的形态与进行方法而有很大不同。
这样的SLS方法，以先形成的poly-Si作为晶种使以后的poly-Si成长，作为代表性的工序有取向(directional)、2-照射(2-shot)、3-照射(3-shot)、n-照射(n-shot)工序等。
3-照射SLS方法中，第1照射的狭缝图形，即，在透过部的两边侧面成长的poly-Si晶粒在中央碰撞(衝突)形成突出部(protrusion)同时停止成长。第2照射在以第1照射形成的晶粒为晶种进行成长的过程中，同样因在透过部的两边侧面成长的晶粒碰撞而停止成长。此外，第3照射也在以已经形成的晶粒为晶种进行成长的过程中通过碰撞而停止成长。
然而，采用前述3-照射SLS方法时，由于两边侧面成长的晶粒碰撞而停止成长，故晶粒不能最大地成长，因此，poly-Si的尺寸受到限制，结果poly-Si TFT的性能提高受到限制。
发明内容
因此，本发明是为了解决上述以往的问题而提出的方案，其目的是利用3-照射SLS方法提供可以使晶粒尺寸极大化的poly-Si膜形成方法。
本发明的另一目的是通过利用3-照射SLS方法使晶粒的尺寸极大化，提供可以提高TFT性能的poly-Si膜的形成方法。
为了达到如前述的目的，本发明提供poly-Si膜的形成方法，该方法是在夹有隔离膜(バッフア一膜)的条件下利用设定的掩膜通过对蒸镀在玻璃基板上的a-Si膜照射激光使其结晶化形成poly-Si膜的方法，其特征在于，在该方法中，设计前述掩膜使之具有如下的掩膜图形该掩膜被分成同样地具有一定长度的第1照射区域和第2照射区域及第3照射区域，该第1照射区域及第2照射区域具有下述形象交替地配置透过部与非透过部，相互之间透过部与非透过部的位置彼此相反，而且各区域的透过部的端部有一定部分的重叠；该第3照射区域具有下述形象交替地配置透过部与非透过部，但该透过部配置在与第1照射区域及第2照射区域的透过部的中央相对应的位置。利用具有前述掩膜图形的掩膜，使前述玻璃基板按一定的距离单位平行移动，同时进行n次激光照射，使a-Si膜全部结晶化。
这里，设计前述第1照射区域及第2照射区域的透过部使之具有如下的厚度在通过该透过部照射激光时可以产生自发成核、并且通过第3照射区域的透过部照射激光可以使多晶硅结晶。设计前述第3照射区域的透过部使之具有比第1及第2照射区域的透过部小的厚度。
前述激光照射使用使a-Si膜或poly-Si膜完全熔融的能量进行，并使用脉冲持续增量机(pulse duration extender)增加脉冲持续时间。
由以下对本发明优选实施例的说明可以看出上述本发明的目的和其他的特征及优点等。
附图简述
图1是说明本发明多晶硅膜形成方法中的掩膜图形的附图。
图2是说明本发明的多晶硅膜形成方法的附图。
图3是表示本发明所形成的多晶硅膜微细结构的附图。
符号说明20玻璃基板22隔离膜24非晶硅膜26多晶硅膜30掩膜32 1次激光照射
34 2次激光照射36 3次激光照射38 n次激光照射具体实施方案以下，参照附图详细地说明本发明的优选实施例。
首先，说明本发明的技术原理，本发明在采用3-照射SLS方法使a-Si结晶成poly-Si的过程中改变掩膜图形的形象，使最终得到的poly-Si膜的晶粒尺寸比以往方法制得的poly-Si膜的晶粒尺寸格外地大。
即，采用SLS方法的晶粒成长是两边侧面成长的晶粒在中央边碰撞边停止成长，此时成长过的晶粒尺寸与使a-Si完全熔融的狭缝图形的厚度有关。因此，在此不具体说明，但过去由于激光透过的狭缝图形的厚度小，故两边侧面成长的晶粒的成长长度短，故晶粒的成长尺寸小，因此，最终得到的poly-Si膜的晶粒尺寸有限。
因此，本发明在进行3-照射工序时，将所使用掩膜上的掩膜图形分成3个区域而构成，第1照射区域及第2照射区域只使透过部与非透过部的位置彼此相反，同时使作为透过部的狭缝图形的厚度比过去大，在中央按照可自发成核的程度的尺寸扩宽。另外，第3照射区域使透过部配置在通过第1照射及第2照射发生成核的区域可再熔融及侧面成长的位置。
这样，由于第1照射及第2照射成长的晶粒尺寸比采用以往方法成长的晶粒尺寸大，结果本发明可以形成晶粒尺寸比过去大的poly-Si膜，由此可以改善poly-Si TFT的性能。
更具体地，图1～3是对利用本发明的SLS方法形成poly-Si膜的方法进行说明用的附图，以下对附图进行说明。
图1是图示本发明的poly-Si膜形成方法中掩膜图形的图，图2是说明本发明的poly-Si膜形成方法的图，图3是表示本发明所形成的poly-Si膜微细结构的图。
参照图1，本发明poly-Si膜形成方法中使用的掩膜30具有下述形象该掩膜的掩膜图形被分成同样地具有一定长度的3个区域，即第1照射区域、第2照射区域及第3照射区域，此时，各照射区域相当于狭缝图形的透过部A与不是狭缝图形的非透过部B在垂直方向交替配置。
更具体地，第1照射区域是透过部A与非透过部B交替配置的形象，此时，前述透过部A在中央具有可产生自发成核(nucleation)的宽度，即厚度d。另外，设计产生前述成核的区域(以下称为成核区域)使之具有通过以后第3照射全部熔融并变成侧面成长的poly-Si的厚度d。
第2照射区域与第1照射区域同样地由透过部A与非透过部B交替地配置的形象构成，但与前述第1照射区域相比时，该透过部A与非透过部B的位置相反，同时其构成使透过部A的端部与第1照射区域的端部重叠以便连续地进行决定成长(決定成長)。同样地，前述透过部A在中央有可发生成核的厚度。
第3照射区域同样地由透过部A与非透过部B交替配置的形象构成，但该透过部A配置在与第1照射及第2照射区域中成核区域相对应的位置，通过这种构成，利用侧面成长使前述第1照射区域及第2照射区域中的成核区域变成poly-Si区域。此时，优选设计该透过部A的厚度使之比成核区域的厚度稍大。
另外，各照射区域的长度在进行利用具有这种掩膜图形的掩膜的3-照射SLS工序时，变成掩膜图形的平行移动距离。
利用本发明的掩膜30形成poly-Si膜的方法如图2所示。
参照图2，在玻璃基板20上形成由SiOx、SiOxNy或SiNx等含硅氧化膜或氮化膜、Al、Cu、Ag、Ti及W之类的金属膜、或金属氮化膜及金属氧化膜等制的隔离膜22后，在前述隔离膜22上蒸镀a-Si膜24。
然后，在前述a-Si膜24的上部配置具有图1所示掩膜图形的掩膜30的状态下，使用可以使该a-Si区域完全熔融的能量以上的脉冲激光对前述a-Si膜24进行1次激光照射32。
此时，激光只照射到掩膜图形的第1照射区域的透过部，被照射区域的a-Si完全熔融。另外，只是完全熔融的a-Si部分随着时间而温度降低、同时从激光透过区域的端部凝固成poly-Si并产生侧面成长。尤其是，两边成长的晶粒通过与在熔融区域的中央发生的成核碰撞停止其侧面成长，结果晶粒可以侧面成长至产生自发成核，所以本发明可以得到晶粒比过去大的poly-Si。
接着，玻璃基板20按照掩膜图形上的平行移动距离移动，使用脉冲激光进行2次激光照射34。此时，对包括通过1次激光照射结晶的区域的端部的不能结晶化的a-Si膜部分进行激光照射，同样地照射激光后完全熔融的a-Si区域温度随时间降低，同时从激光透过区域的端部凝固成poly-Si并产生侧面成长。此时由于侧面成长以第1照射区域形成的poly-Si为晶种进行成长，故晶粒可以连续地成长。另外，两边成长的晶粒与熔融区域中央发生的成核碰撞，由此停止侧面成长，结果同样地可侧面成长至产生自发成核，故本发明可以得到晶粒比过去大的poly-Si。
前述1次与2次激光照射的结果，变成具有掩膜图形由第1照射区域与第2照射区域两边侧面成长的大晶粒的poly-Si与通过内部成核产生的小晶粒的poly-Si共存的结构。
另外，前述小晶粒的poly-Si区域对整体poly-Si膜的特性有不良影响。因此，通过以后的3次激光照射消除前述小晶粒的poly-Si区域。
接着，玻璃基板20再以平行移动距离程度移动并使用脉冲激光进行3次激光照射36。此时，实际上是对1次及2次激光照射32、34时产生自发成核的区域，即，对小晶粒的poly-Si区域进行激光照射，因此，前述3次激光照射36使用可使前述小晶粒的poly-Si区域完全熔融的能量。
前述3次激光照射的结果，小晶粒的poly-Si区域当然完全熔融，温度随时间而降低，同时从激光透过端凝固成poly-Si并产生侧面成长，此时，由于侧面成长以第1照射及第2照射形成的poly-Si为晶种进行成长，故晶粒可以连续地进行成长。同时，在透过部的两边进行侧面成长的晶粒通过在熔融区域中相互碰撞形成突出部，由此停止其侧面成长。
这里，通过3次激光照射36形成poly-Si，与以往同样地在两边进行侧面成长的过程中，在中央相互碰撞停止成长，结果虽然晶粒尺寸不大，但由于已通过1次及2次激光照射形成大晶粒的poly-Si，同时，3次激光照射对象区域是成核区域，而且，完全熔融区域的尺寸也略有增加，故在3次激光照射区域也可以得到晶粒比过去大的poly-Si。
以后，连续地进行上述过程，即，边使玻璃基板20按平行移动距离进行移动，边使用脉冲激光进行n次激光照射38，使a-Si膜全部结晶，通过这种过程最终形成具有如图3所示微细结构的大晶粒的poly-Si膜26。
另外，前述本发明的实施例中，可以使用塑料基板代替玻璃基板。另外，优选利用脉冲持续增量机增加脉冲持续时间进行激光照射。此外，激光照射时基板移动的方向可以利用前方向及后方向两方。
此外，前述本发明的方法除了使a-Si膜结晶化以外，也可以使a-Ge、a-SixGey、a-Ga、a-GaNx或a-GaxAsy等结晶化，同时也可以使前述的多晶膜本身结晶化。
发明效果如以上所述，本发明虽然采用SLS方法使a-Si结晶化形成poly-Si，但前述结晶化时通过改变所使用的掩膜图形的形象使晶粒的侧面成长进行至产生中央部的自发性成核，可以形成晶粒尺寸比过去大的poly-Si。
因此，由于本发明可以形成大晶粒的poly-Si，故可以提高poly-Si TFT的性能，进而可以提高使用这种poly-Si TFT的液晶显示装置的品质。
以上，对本发明的特定实施例已进行说明并图示，但本领域人员可以对该发明进行修正和改变形式。因此，以下权利要求书可以理解为包含一切可属于本发明的真正思想和范围的修正与改变形式。
权利要求
1.多晶硅膜的形成方法，其特征在于，将在夹有隔离膜的条件下蒸镀到玻璃基板上的非晶硅膜，利用设定的掩膜通过激光照射使其结晶形成多晶硅膜，在该方法中，设计前述掩膜使之具有如下的掩膜图形该掩膜被分成同样地具有一定长度的第1照射区域、第2照射区域和第3照射区域，该第1照射区域及第2照射区域具有下述形象交替地配置透过部与非透过部，相互之间透过部与非透过部的位置彼此相反，而且各区域的透过部的端部有一定部分的重叠；该第3照射区域具有下述形象交替地配置透过部与非透过部，但该透过部配置在与第1照射区域及第2照射区域的透过部的中央相对应的位置；利用具有前述掩膜图形的掩膜，使前述玻璃基板按一定的距离单位平行移动，同时进行n次激光照射，使a-Si膜全部结晶化。
2.权利要求1所述的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述第1照射区域及第2照射区域的透过部具有如下的厚度在通过该透过部照射激光时可以产生自发成核、并且通过第3照射区域的透过部照射激光可以使多晶硅结晶。
3.权利要求2所述的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述第3照射区域的透过部具有比第1和第2照射区域的透过部小的厚度。
4.权利要求1所述的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述激光照射使用使非晶硅膜或多晶膜完全熔融的能量进行。
5.权利要求1或4所述的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述激光照射利用脉冲持续增量机使脉冲的持续时间增加而进行。
全文摘要
本发明提供通过非晶硅膜的结晶化形成多晶硅膜的方法，本发明多晶硅膜形成方法的特征是在隔离膜的存在下利用设定的掩膜，通过对蒸镀在玻璃基板上的非晶硅膜照射激光使其结晶化形成多晶硅膜的方法中，设计前述掩膜使之具有如下的掩膜图形该掩膜被分成同样地具有一定长度的第1照射区域、第2照射区域和第3照射区域，该第1照射区域及第2照射区域具有下述形象交替地配置透过部与非透过部，相互之间透过部与非透过部的位置彼此相反，而且各区域的透过部的端部有一定部分的重叠；该第3照射区域具有下述形象交替地配置透过部与非透过部，但该透过部配置在与第1照射区域及第2照射区域的透过部的中央相对应的位置。利用具有前述掩膜图形的掩膜，使前述玻璃基板按一定的距离单位平行移动，同时进行n次激光照射，使a－Si膜全部结晶化。
文档编号H01L21/324GK1638023SQ20041008578
公开日2005年7月13日 申请日期2004年10月22日 优先权日2003年12月29日
发明者金亿洙, 李镐年, 柳明官, 朴宰彻, 孙暻锡, 李俊昊, 权世烈 申请人:京东方显示器科技公司