CN1892420A - 用于连续横向固化技术的掩膜及用其形成多晶硅层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露了一种应用于连续横向固化技术掩膜,用以产生一结晶边界分散的多晶硅薄膜。本发明的掩膜至少包含:一第一区域、一第二区域、及一第三区域。其中,第一区域及第三区域为透光,第二区域则为遮光。第一区域围绕在第二区域的周围,且第一区域以及第二区域具有基本上相同的***形状。第三区域与第一区域具有相同的***形状,且第三区域与第一区域以及第二区域以一预定方向平行配置。本发明的优点在于,利用掩膜上的图案图形互补的概念,设计出可制作至少两种晶粒方向的多晶硅图案,通过控制掩膜上多个遮光区及透光区图案面积大小,可得到完美的晶粒边界。
Description
技术领域
本发明涉及一种多晶硅薄膜工艺中使用的掩膜,特别涉及一种连续横向固化技术产生一结晶边界分散的多晶硅薄膜的掩膜,具体的讲是一种掩膜及其形成的多晶硅。
背景技术
薄膜晶体管(Thin Film Transistor;TFT)已广泛应用在主动式液晶显示器上,其中薄膜晶体管使用的材料通常有非晶硅(amorphous-silicon)与多晶硅(poly-silicon)两种类型。
在液晶显示器制造中,多晶硅材料具有许多优于非晶硅材料的特性。如,多晶硅具有较大的晶粒(grain),电子在多晶硅中容易自由移动,因此多晶硅的电子迁移率(mobility)高于非晶硅。以多晶硅制作的多晶硅薄膜晶体管的反应时间快于非晶硅薄膜晶体管。在相同分辨率的液晶显示器中,使用多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT)占用的基板面积小于使用非晶硅薄膜晶体管占用的基板面积,提高了液晶面板的开口率。在相同的亮度下,使用多晶硅薄膜晶体管的液晶显示器(poly-Si TFTLCD)可以使用低瓦数的背光源,达到低耗电量的要求。
目前,大多使用低温多晶硅工艺(Low Temperature Poly-Silicon;LTPS)在基板上制作多晶硅薄膜,低温多晶硅工艺是以准分子激光(Excimer Laser)作为热源。当激光光照射(irradiate)在具有非晶硅薄膜的基板上,非晶硅薄膜吸收准分子激光的能量而转变成多晶硅薄膜。
连续横向固化(Sequential Lateral Solidification;SLS)技术为一种利用准分子激光退火开发出的多晶硅形成技术。使用激光通过掩膜产生特定形状的激光,第一道激光结晶出横向成长的晶粒后,第二道激光照射与第一道结晶区域的一部份区域重叠,通过照射非晶硅区域,第二道激光照射区域的硅薄膜开始熔融后会以第一道结晶多晶硅薄膜为晶种成长出长柱状的结晶颗粒。
图1A所示为一使用连续横向固化方法制造多晶硅薄膜的侧剖视简图。如图1A所示,一非晶硅薄膜11通过化学气相沉积(CVD)或溅镀法(sputtering)形成在一基板10上,一掩膜2设置于非晶硅薄膜11的上方。如图1B所示,掩膜2包含多个长条状透光区21及多个长条状遮光区22,。一激光光源会依平行于透光区21及遮光区22长条行图案短轴的方向平行步进对进行扫描,以在非品硅薄膜11上步进照射不同的区域以逐步得到横向生长的多晶硅图案。
图1C所示为透过掩膜2所得到的多晶硅图案结构示意图。由掩膜2得到的多晶硅得到的晶粒边界111(grain boundary)垂直于晶粒成长的方向。根据实验结果显示:薄膜晶体管的信道在与晶粒成长方向平行时可有较优良的电性表现,反之,若晶体管的信道在与晶粒成长方向垂直,其电性则较差。因此,面板上的薄膜晶体管信道往往都必须按单一方向排列,这对于电路设计有许多的不便。
因此,如何解决SLS工艺过程中遇到的结晶方向影响的电路布线设计的问题是为相关从业人员的努力方向之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多晶硅薄膜掩膜,以应用于连续横向固化技术,以产生一结晶边界分散的多晶硅薄膜。
本发明的另一目的在于提供一种应用于连续横向固化技术的掩膜,以制作出具有至少两种晶粒方向的多晶硅图案。
本发明提供了一种应用于连续横向固化技术的掩膜,用以产生一结晶边界分散的多晶硅薄膜。本发明的掩膜至少包含:一第一区域、一第二区域及一第三区域。其中第一区域及第三区域透光,第二区域遮光。第一区域围绕在第二区域的周围,且第一区域以及第二区域具有基本上相同的***形状。第三区域与第一区域具有相同的***形状,且与第一区域与第二区域按一预定方向平行配置。
本发明还提供了一种应用掩膜形成一多晶硅层的方法,其特征在于,包含:
一第一次雷射结晶工艺,提供一激光束透过所述的掩膜扫描一非晶硅薄膜;改变所述的掩膜与所述的激光束扫描方向的相对位置;以及一第二次雷射结晶工艺,提供一激光束透过所述的掩膜扫描所述的非晶硅薄膜;其中,所述的激光第二次照射在所述的非晶硅薄膜的照射区域时,是沿所述的掩膜的所述的第一区域向所述的第三区域的方向移动。
综上所述,本发明揭露的应用SLS技术中的掩膜是利用掩膜上的图案图形互补的概念,设计出可产生至少两种晶粒方向的多晶硅图案,并且通过控制掩膜上的多个遮光区及透光区图案面积大小,以得到完美的晶粒边界。
附图说明
图1A为一使用连续横向固化方法制造多晶硅薄膜的侧剖视简图;
图1B为图1A中所使用的掩膜正面示意图;
图1C为通过图1B中的掩膜得到的多晶硅图案结构示意图;
图2为本发明的一较佳实施例的掩膜俯视示意图;
图3为应用本发明揭露的掩膜在SLS技术中形成一多晶硅层的流程示意图;
图4A~图4B为图2中掩膜形成的多晶硅图案示意图;
图4C为使用图2中掩膜形成多晶硅图案信道配置示意图;
图5A~图5B为图2中掩膜形成的多晶硅图案示意图;
图6为本发明揭露的掩膜另一较佳实施例图案示意图;
图7A~图7B为图6中掩膜形成的多晶硅图案示意图;
图8为本发明揭露的掩膜的另一较佳实施例图案示意图;
图9A~图9B为图8中掩膜形成的多晶硅图案示意图;
图10为本发明揭露的掩膜另一较佳实施例图案示意图。
主要组件符号说明
10基板 11非晶硅薄膜 2掩膜
21透光区 22遮光区 111晶粒边界
3掩膜 31第一区域 32第二区域
33第三区域 3a薄膜晶体管信道 3b栅极线
4掩膜 41第一区域 42第二区域
43第三区域 5掩膜 51第一区域
52第二区域 53第三区域 6掩膜
61第一区域 62第二区域 63第三区域
64第四区域 65第五区域 66第六区域
67第七区域 68第八区域
具体实施方式
本发明揭露了一种应用于连续横向固化技术(SLS)的掩膜,用以产生一结晶边界分散的多晶硅薄膜。以下结合附图及多个个具体实施例,详细描述本发明所述的掩膜,。
如图2所示为本发明的一较佳实施例的掩膜俯视示意图。图2中的掩膜3至少包含:一第一区域31、一第二区域32、及一第三区域33。其中,第一区域31及第三区域33为透光,第二区域32则为遮光。
第一区域31围绕在第二区域32的周围,且第一区域31以及第二区域32具有基本上相同的***形状。第三区域33与第一区域31具有相同的***形状,在本实施例中,上述三区域的***形状为矩形结构。并且,第三区域33与第一区域31以及第二区域32以一预定方向平行配置。
将本发明的掩膜应用在图1A中的现有技术所述的连续横向固化技术中,以达到产生一结晶边界分散的多晶硅薄膜的目的。图3所示为在SLS技术中应用本发明揭露的掩膜以形成一多晶硅层的流程示意图,至少包括:
步骤S301:提供一激光束扫描透过掩膜3的第一区域31或第三区域33对一非晶硅薄膜进行一第一次激光结晶工艺;
步骤S302:改变掩膜3与激光束扫描方向的相对位置,其中改变掩膜3以及激光束扫描方向的相对位置的方法包含:移动掩膜3或移动激光束扫描方向,可根据操作机台的情况而变化;
步骤S303:提供一激光束透过掩膜3扫描对同一非晶硅薄膜进行一第二次激光结晶工艺。其中,激光二次照射在非晶硅薄膜的照射区域对应步骤301,沿掩膜3的第一区域31向第三区域33方向移动,或是由第三区域33向第一区域31的方向移动。
图4A,图4B所示为通过上述掩膜3及工艺制造出来的多晶硅薄膜。图4A所示为步骤S301完成第一次激光结晶工艺后,非晶硅薄膜上呈现的多晶硅图案。由于熔融后的晶硅具有从低温处开始成长晶粒的特性,因此会形成如图4A所示的晶粒边界分散的多晶硅图案。当工艺进入步骤S303的第二次激光结晶工艺,掩膜3上的遮光区与透光区恰为相反时,则会完成如图4B所示的多晶硅图案。
上述步骤S302中,改变掩膜3以及激光束扫描方向的相对位置,当移动的方为沿掩膜3的第一区域31向第三区域33的方向移动,可得到图4A~图4B所示的多晶硅图案;若由第三区域33向第一区域31的方向移动,则会得到如图5A~图5B所示的多晶硅图案。本发明揭露的掩膜图案用于得到晶粒边界分散、至少有两个方向结晶的晶粒的多晶硅图案,无论激光的照射顺序为何,只要是依序将不同区域逐步照射,都可得到本发明希望达到的目的。
本发明设计的掩膜图案是通过类似图形互补的概念,设计出不同的遮光区域及透光区域。值得一提的是,为了使多晶硅图案晶粒边界多向化的同时,使晶粒成长匀称完美,本发明的掩膜图案的大小设计上具有巧思。以图2的掩膜3为例,其中第三区域33的面积大小介于第一区域31的面积及第二区域32的面积间。这是为了在第一次激光工艺及第二次激光结晶工艺中移动掩膜与激光位置时,造成激光重复照射透光区域。由于第二区域22遮光区的边界为非晶硅熔融时较低温的区域,会较快的结晶,从而导致晶粒结晶不良的机率提高,因此激光重复照射透光区域将局部区域再度熔融以达到晶粒边界成长更为完美的目的。
利用本发明揭露的掩膜可以成长出两种方向的结晶薄膜,配合双栅极薄膜晶体管得到均匀且良好的电性。如图4C所示为使用掩膜3形成的多晶硅图案配置的薄膜晶体管信道(channel)3a与栅极线(gate line)3b示意图。
本发明揭露的掩膜应用在连续横向固化技术中可以得到一结晶边界分散的多晶硅薄膜,掩膜上使用的图案形状不受限制。只要图案设计能够同时制作出至少两种方向和任意形状的框状形状都可以套用在本发明的掩膜图案中。图6及图8所示为本发明揭露的掩膜的另外两个较佳实施例的图案示意图。图6中的掩膜4包括第一区域41、第二区域42及第三区域43,相对位置的设计及光学特性与上述掩膜3相同,只是掩膜4的第一区域41、第二区域42及第三区域43的***形状为圆形。将掩膜4应用在SLS工艺中可得到如图7A~图7B所示的多晶硅图案。同样地,利用图8中的掩膜5,其第一区域51、第二区域52及第三区域53的***形状为三角形,可得到如图9A~图9B所示的多晶硅图案。
本发明中揭露的掩膜中掩膜图案里的遮光区域及透光区域的数目不受到限定。只要图案设计能够同时制作出至少两种方向,多个同样形状的框状就可套用在本发明的掩膜图案中。如图10所示为本发明揭露的掩膜另一较佳实施例示意图。图10中的掩膜6包括:一第一区域61、一第二区域62、一第三区域63、一第四区域64、一第五区域65、一第六区域66、一第七区域67、及一第八区域68。其中第一区域61、第三区域63、第四区域64、第七区域67、及第八区域68为透光区;第二区域62、第五区域65、及第六区域66为遮光区,上述区域的基本***形状为矩形。
与其它实施例设计概念等同,利用掩膜6中的图案的每个区域间的面积大小的不同使激光重复照射透光区域。例如,第六区域66的面积介于第二区域62面积及第四区域64的面积之间,第八区域68的面积介于第四区域64面积及第五区域65的面积之间。
与现有技术比较,本发明揭露的在SLS技术中应用的掩膜具有以下下列特性及优点:
1.利用掩膜上的图案图形互补的概念,设计出可制作至少两种晶粒方向的多晶硅图案。
2.通过控制掩膜上多个遮光区及透光区图案面积大小,可得到完美的晶粒边界。
上列详细说明是针对本发明较佳实施例的具体说明,上述实施例并非用于限制本发明的保护范围,凡是未脱离本发明技术所作的等效实施或变更,均应包含于本案的保护范围中。
Claims (17)
1.一种应用于连续横向固化技术的掩膜,其特征在于,掩膜用以产生一结晶边界分散的多晶硅薄膜,所述的掩膜包含:
一第一区域,为透光;
一第二区域,为遮光,其中所述的第一区域围绕在所述的第二区域的周围;以及
一第三区域,为透光,与所述的第一区域具有相同的***形状,且所述的第三区域与所述的第一区域以及所述的第二区域以一预定方向平行配置。
2.如权利要求1所述的掩膜,其特征在于,所述的第一区域与所述的第二区域具有基本上相同的***形状。
3.如权利要求1所述的掩膜,其特征在于,所述的第三区域的面积介于所述的第一区域的面积与所述的第二区域的面积之间。
4.如权利要求1所述的掩膜,其特征在于,还包含:
一第四区域,为透光;其中,所述的第二区域围绕在所述的第四区域的周围。
5.如权利要求4所述的掩膜,其特征在于,所述的第二区域与所述的第四区域具有相同的***形状。
6.如权利要求4所述的掩膜,其特征在于,还包含:
一第五区域,为遮光;其中,所述的第三区域围绕在所述的第五区域的周围。
7.如权利要求6所述的掩膜,其特征在于所述的第三区域与所述的第五区域具有相同的***形状。
8.如权利要求6所述的掩膜,其特征在于,所述的第五区域的面积介于所述的第二区域的面积以及所述的第四区域的面积之间。
9.如权利要求6所述的掩膜,特征在于,还包含:
一第六区域,为透光;其中,所述的第五区域围绕在所述的第六区域的周围。
10.如权利要求9所述的掩膜,其特征在于,所述的第五区域与所述的第六区域具有相同的***形状。
11.如权利要求1所述的掩膜,其特征在于,所述的第一区域与所述的第二区域的***形状为三角形。
12.如权利要求1所述的掩膜,其特征在于,所述的第一区域与所述的第二区域的***形状为圆形。
13.如权利要求1所述的掩膜,其特征在于,所述的第一区域与所述的第二区域的***形状为椭圆形。
14.如权利要求1所述的掩膜,其特征在于,所述的第一区域与所述的第二区域的***形状为矩形。
15.一种应用掩膜形成一多晶硅层的方法,其特征在于,包含:
一第一次雷射结晶工艺,提供一激光束透过所述的掩膜扫描一非晶硅薄膜;
改变所述的掩膜与所述的激光束扫描方向的相对位置;以及
一第二次雷射结晶工艺,提供一激光束透过所述的掩膜扫描所述的非晶硅薄膜;
其中,所述的激光第二次照射在所述的非晶硅薄膜的照射区域时,是沿所述的掩膜的所述的第一区域向所述的第三区域的方向移动。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于,改变所述的掩膜与所述的激光束扫描方向的相对位置的步骤为移动所述的掩膜。
17.如权利要求15所述的方法,其特征在于,改变所述的掩膜以及所述的激光束扫描方向的相对位置的步骤为移动所述的激光束扫描方向。
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PB01 | Publication | ||
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