專利名稱：多晶硅薄膜晶體管的多晶硅膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示裝置的制造方法，更具體地，涉及形成多晶硅薄膜晶體管(poly-Si TFT)用的多晶硅膜的形成方法。
背景技術(shù)：
在液晶顯示裝置或有機發(fā)光顯示裝置等中作為轉(zhuǎn)換元件使用的薄膜晶體管(Thin Film Transi stor，以下稱為TFT)是前述平板顯示裝置的性能中最重要的構(gòu)成要素。這里，作為判斷前述TFT性能標(biāo)準(zhǔn)的遷移率或漏泄電流等，很大程度上受作為電荷傳輸體遷移途徑的活性層有何種狀態(tài)或結(jié)構(gòu)，即，作為活性層材料的硅薄膜有何種狀態(tài)或結(jié)構(gòu)所支配?，F(xiàn)在常用的液晶顯示裝置，其TFT的活性層基本上是非晶硅(amorphous silicon，以下稱為a-Si)。
然而，由于使用a-Si作為活性層的a-Si TFT遷移率非常低，在0.5cm2/Vs左右，故要制作裝入液晶顯示裝置的一切轉(zhuǎn)換元件則受到限制。這樣，液晶顯示裝置的周邊電路用的驅(qū)動元件必須非?？焖俚剡\轉(zhuǎn)，但由于a-Si TFT不能滿足周邊電路用驅(qū)動元件所要求的運轉(zhuǎn)速度，所以意味著前述a-Si TFT實際上很難實現(xiàn)周邊電路用的驅(qū)動元件。
另一方面，由于使用多晶硅(polycrystalline silicon，以下稱為poly-Si)作為活性層的poly-Si TFT遷移率高達數(shù)十～數(shù)百cm2/Vs，故可以產(chǎn)生能適應(yīng)于周邊電路用驅(qū)動元件的高驅(qū)動速度。所以，在玻璃基板上形成poly-Si膜時，不僅像素轉(zhuǎn)換元件，而且周邊電路用的驅(qū)動部件也可以實現(xiàn)。因此不僅不需要形成周邊電路所用的其他途徑的模塊工序，而且形成像素區(qū)域時由于甚至可同時地形成周邊電路的驅(qū)動部件，故可期待減少周邊電路用的驅(qū)動部件費用。
不僅如此，而且由于poly-Si TFT高遷移率，故可以比a-Si TFT小型化，此外，由于通過集成工序可以同時形成周邊電路的驅(qū)動元件和像素區(qū)域的轉(zhuǎn)換元件，故線幅寬度更容易微細化，對獲得a-Si TFT-LCD難實現(xiàn)的高圖像清晰度非常有利。
此外，由于poly-Si TFT具有高電流特性，適合作為新一代平板顯示裝置，即有機發(fā)光顯示裝置的驅(qū)動元件使用，因此，最近正活躍地進行在玻璃基板上形成poly-Si膜制造TFT的poly-Si TFT研究。
作為在玻璃基板上形成前述poly-Si膜所采用的方法，可列舉在蒸鍍a-Si膜進行熱處理使前述a-Si膜結(jié)晶化的方法。然而，此時在600℃以上的高溫下玻璃基板可能產(chǎn)生變形，因此會導(dǎo)致可靠性及收率降低。
此外，作為不使玻璃基板熱損傷而可以只使a-Si膜結(jié)晶化的方法，提出了受激準(zhǔn)分子激光退火(Excimer Laser Annealing)方法，作為其他的方法還提出了連續(xù)側(cè)面結(jié)晶化(Sequential Lateral Solidification，以下稱為SLS)方法。
這里，前述SLS方法是利用脈沖激光和掩膜圖形使a-Si結(jié)晶成poly-Si的方法，采用這種方法時，結(jié)晶化形態(tài)依掩膜的形態(tài)與進行方法而有很大不同。
這樣的SLS方法，以先形成的poly-Si作為晶種使以后的poly-Si成長，作為代表性的工序有取向(directional)、2-照射(2-shot)、n-照射(n-shot)工序等。
然而，前述的工序如

圖1所示，成長方向晶粒長大，而與成長方向垂直的方向存在很多晶界(grain boundary)，結(jié)果成長方向的電性能好，而垂直方向的電性能比成長方向差。
即，作為利用取向、2-照射或n-照射區(qū)域工序的SLS方法，在所形成的不均勻poly-Si膜上形成TFT時，由于TFT的溝道方向依與晶粒成長方向一致的場合和與成長垂直的場合而誘導(dǎo)遷移率的不同，結(jié)果誘導(dǎo)TFT性能的不均勻性使制品的性能遭受致命的不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是為了解決上述以往的問題而提出的方案，其目的是提供可以防止因晶粒成長方向而導(dǎo)致TFT性能不均勻的poly-Si TFT的poly-Si膜的形成方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供poly-Si TFT的poly-Si膜的形成方法，其特征是作為利用掩膜圖形通過照射激光使蒸鍍在玻璃基板上的非晶硅膜結(jié)晶化形成多晶硅膜的poly-Si TFT的poly-Si膜的形成方法，前述非晶硅膜的結(jié)晶化采用按一定的距離單位使玻璃基板平行移動，同時利用具有設(shè)定形象掩膜圖形的掩膜照射激光，使晶粒呈圓形成長的方式進行。
這里，前述掩膜圖形被分成有一定長度的3個區(qū)域，各個區(qū)域由6個三角形構(gòu)成的六角形單元格子(ユニツトセル)構(gòu)成，各個單元格子中相對的2個三角形提供透過區(qū)域，其余的4個三角形提供非透過區(qū)域，前述透過區(qū)域的位置在各個區(qū)域中彼此相異。
前述玻璃基板的平行移動達到掩膜圖形上各區(qū)域間的距離的程度。前述激光的照射使用使非晶膜完全熔融的能量進行，并利用脈沖持續(xù)增量機(pulse duration extender)增加脈沖持續(xù)時間進行。
由以下對本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明可以看出如上述的本發(fā)明的目的和其他的特征及優(yōu)點等。
附圖簡述圖1是表示采用以往的SLS方法成長的poly-Si膜微細結(jié)構(gòu)的照片。
圖2是說明本發(fā)明多晶硅膜形成方法中的掩膜圖形的圖。
圖3是說明本發(fā)明多晶硅膜形成方法的圖。
圖4是表示本發(fā)明所形成的多晶硅膜微細結(jié)構(gòu)的圖。
符號說明30玻璃基板32隔離膜34非晶硅膜36多晶硅膜40掩膜42 1次激光照射44 2次激光照射46 3次激光照射48 n次激光照射具體實施方案以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
首先說明本發(fā)明的技術(shù)原理，雖然本發(fā)明采用SLS方法使a-Si結(jié)晶形成poly-Si，但在前述結(jié)晶時通過改變掩膜圖形的形象使晶粒呈圓形地成長。
此時，由于晶粒以沒有特定方向性的狀態(tài)成長，故不會因晶粒的成長方向及與成長垂直的方向產(chǎn)生遷移率的差別而導(dǎo)致TFT性能的不均勻，所以可以提高poly-Si TFT的性能及液晶顯示裝置的成品性能。
更具體地，圖2～圖4是對利用本發(fā)明的SLS方法形成poly-Si膜的方法進行說明的圖，以下對附圖進行說明。圖2是表示本發(fā)明的poly-Si膜形成方法中的掩膜圖形的圖，圖3是說明本發(fā)明的poly-Si膜形成方法的圖，圖4是表示本發(fā)明所形成的poly-Si膜微細結(jié)構(gòu)的圖。
首先，如圖2所圖示，本發(fā)明的poly-Si膜形成方法使用的掩膜40其掩膜圖形被分成有一定長度的3個區(qū)域，即，第1照射區(qū)域和第2照射區(qū)域及第3照射區(qū)域。此時，各照射區(qū)域由許多個六角形單元格子構(gòu)成，各單元格子又由6個三角形區(qū)域構(gòu)成。
前述第1照射區(qū)域相對的2個三角形提供透過區(qū)域A，其余的4個三角形提供非透過區(qū)域B。因此，第1照射區(qū)域的掩膜圖形整個區(qū)域的1/3透過激光。與第1照射區(qū)域同樣，前述第2照射區(qū)域相對的2個三角形是透過區(qū)域A，其余4個三角形是非透過區(qū)域B，但該透過區(qū)域A的位置由與第1照射區(qū)域位置不同的區(qū)域構(gòu)成，同樣地整個區(qū)域的1/3透過激光。同樣地，前述第3照射區(qū)域相對的2個三角形是透過區(qū)域A，其余4個三角形是非透過區(qū)域B，第1照射區(qū)域及第2照射區(qū)域中不是透過區(qū)域A的其余1/3的區(qū)域變成透過區(qū)域A。而且，各照射區(qū)域的長度在工序進行時成為掩膜圖形的平行移動距離。
利用本發(fā)明的掩膜40形成poly-Si膜的方法如圖3所圖示。
參照圖3，在玻璃基板30上形成由SiOx、SiOxNy或SiNx等含硅絕緣膜，Al、Cu、Ag、Ti或W之類的金屬膜，或金屬氮化膜及金屬氧化膜制的隔離膜32后，在前述隔離膜32上蒸鍍a-Si膜34。然后，在前述a-Si膜34的上部配置具有如圖2所示的掩膜圖形的掩膜40的狀態(tài)下，使用可以使a-Si完全熔融的能量以上的脈沖激光對前述a-Si膜34進行1次激光照射42。
此時，激光只照射在掩膜圖形的第1照射透過的2個三角區(qū)域上，受到激光照射的區(qū)域的a-Si膜完全熔融。而且，完全熔融的a-Si膜溫度隨時間降低，同時從透過的三角形端部凝固成poly-Si并產(chǎn)生側(cè)面成長(lateralgrowth)。另外，兩邊成長的晶粒在熔融的三角形區(qū)域中因相互碰撞而形成突出部(protrusion)，同時poly-Si的側(cè)面成長停止。經(jīng)過以上過程，通過第1照射，區(qū)域的1/3由a-Si結(jié)晶成poly-Si。
接著，使玻璃基板30移動掩膜圖形上的平行移動距離左右，并使用脈沖激光進行2次激光照射44。此時對通過第1照射結(jié)晶化的區(qū)域再照射激光，結(jié)果同樣地在2個三角形區(qū)域完全熔融的a-Si結(jié)晶成poly-Si。此時，由于側(cè)面成長以第1照射形成的poly-Si作為晶種進行成長，故晶粒呈連續(xù)的圓形進行成長。第2照射又使整個區(qū)域的1/3結(jié)晶化，總地來講，通過第1與第2照射，整個區(qū)域的2/3結(jié)晶化。
然后，再使玻璃基板移動大約平行移動距離，并使用脈沖激光進行3次激光照射46。此時，這次對通過第1照射和第2照射結(jié)晶化的區(qū)域進行第3照射。由于第3照射與第1及第2照射透過的2個三角形區(qū)域不同，因此對通過前述第1及第2照射以a-Si形式殘留的區(qū)域照射激光，該激光照射的區(qū)域的a-Si完全熔融，邊凝固邊結(jié)晶化poly-Si。此時，由于側(cè)面成長以第1照射和第2照射所形成的poly-Si作為晶種進行成長，故晶粒呈連續(xù)的圓形進行成長。通過第3照射，激光照射的全部區(qū)域結(jié)晶化，因此進行激光照射的全部區(qū)域結(jié)晶成poly-Si。
以后，使玻璃基板移動大約平行移動距離，同時使用脈沖激光進行n次激光照射48，通過這種過程使a-Si膜全部結(jié)晶化，最終形成poly-Si膜36。
這里，前述poly-Si膜48如圖4所圖示，晶粒呈圓形成長，不具有特定的方向性，因此成長成均勻的poly-Si膜。
另外，前述的本發(fā)明實施例中，可以使用塑料基板代替玻璃基板，并且可以利用脈沖持續(xù)增量機增加脈沖持續(xù)時間進行激光照射。此外，除了使a-Si膜多結(jié)晶化以外，還可以使a-Ge、a-SixGey、a-Ga、a-GaNx或a-GaxAsy等多結(jié)晶化，同時也可以使前述的多晶膜本身結(jié)晶化。此外，激光照射時，基板移動的方向可以利用前方向及后方向兩方。
發(fā)明效果如以上所述，本發(fā)明雖然采用SLS方法使a-Si結(jié)晶形成poly-Si，但前述結(jié)晶時通過改變掩膜圖形的形象使晶粒呈圓形地成長，通過晶粒沒有特定方向性地成長可以防止TFT上的晶粒因在成長方向及與成長垂直的方向產(chǎn)生遷移率的差別，因此可以防止TFT性能的不均勻性，結(jié)果可以提高poly-Si TFT的性能及液晶顯示裝置的產(chǎn)品性能。
以上，對本發(fā)明的特定實施例已進行說明、圖示，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對該發(fā)明進行修正和改變形式。因此，以下權(quán)利要求書可以理解為包含一切可屬于本發(fā)明的真正思想和范圍的修正與改變形式。
權(quán)利要求
1.多晶硅薄膜晶體管的多晶硅膜的形成方法，該方法是利用掩膜圖形通過激光照射使蒸鍍在玻璃基板上的非晶硅膜結(jié)晶形成多晶硅膜的多晶硅薄膜晶體管的多晶硅膜形成方法，其特征在于，在上述方法中，所述非晶硅膜的結(jié)晶化以下述方式進行使玻璃基板以一定的距離單位平行移動，同時利用具有設(shè)定形象掩膜圖形的掩膜照射激光，使晶粒以圓形成長。
2.權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜晶體管的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，所述掩膜圖形被分成有一定長度的3個區(qū)域，各個區(qū)域由6個三角形構(gòu)成的六角形單元格子構(gòu)成，各個單元格子相對的2個三角形提供透過區(qū)域，其余的4個三角形提供非透過區(qū)域，所述透過區(qū)域的位置在各個區(qū)域中彼此相異。
3.權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜晶體管的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述玻璃基板的平行移動達到掩膜圖形上的各區(qū)域間的距離程度。
4.權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜晶體管的多晶硅膜的形成方法，其特征是前述激光照射使用使非晶硅膜完全熔融的能量進行。
5.權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜晶體管的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，前述激光的照射利用脈沖持續(xù)增量機增加脈沖的持續(xù)時間進行。
全文摘要
本發(fā)明提供多晶硅薄膜晶體管(poly－Si TFT)的多晶硅膜的形成方法。本發(fā)明多晶硅膜的形成方法是在利用掩膜通過激光照射使蒸鍍在玻璃基板上的非晶硅膜結(jié)晶形成多晶硅膜的多晶硅薄膜晶體管的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，在上述方法中，所述非晶硅膜的結(jié)晶化采用使玻璃基板以一定的距離單位平行移動，同時利用具有設(shè)定形象的掩膜圖形照射激光使晶粒呈圓形地成長的方式進行。
文檔編號C30B13/24GK1638044SQ20041008578
公開日2005年7月13日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者金億洙, 李鎬年, 柳明官, 樸宰徹, 孫暻錫, 李俊昊, 權(quán)世烈 申請人:京東方顯示器科技公司