DE102004061596B4 - Lasermaske und Kristallisationsverfahren unter Verwendung derselben - Google Patents

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Abstract

Lasermaske mit einem ersten bis einem vierten Block (480', 480'', 480''', 480''''; 580', 580'', 580''', 580''''), von denen jeder über ein periodisches Muster (475A, 475B, 475C, 475D; 575A, 575B, 575C, 575D) mit mehreren Kreisform aufweisenden Transmissionsbereichen (473A, 473B, 473C, 473D) und einem Sperrbereich (474A, 474B, 474C, 474D) verfügt, wobei der Abstand L zwischen den Zentren der Transmissionsbereiche (473A, 473B, 473C, 473D) und der Radius R derselben der Beziehung L/(2√2) ≤ R < L/2 genügen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Lasermaske und ein Kristallisationsverfahren unter Verwendung derselben, und spezieller betrifft sie eine Lasermaske und ein Kristallisationsverfahren unter Verwendung derselben, die die Kristallisationseigenschaften eines Silicium-Dünnfilms verbessern können.
  • Erörterung der einschlägigen Technik
  • In jüngerer Zeit wurden, aufgrund von Erfordernissen bei Informationsdisplays, insbesondere tragbaren Informationsdisplays, Flachtafeldisplays (FPDs) vom Dünnfilmtyp energisch untersucht und in den Handel gebracht, so dass Kathodenstrahlröhren (CRTs) ersetzt werden. Von diesen Flachtafeldisplays zeigen Flüssigkristalldisplays (LCDs) Bilder unter Verwendung einer optischen Anisotropie eines Flüssigkristalls an. Ein LCD kann für Notebookcomputer, Desktopmonitore und andere Anzeigevorrichtung aufgrund seiner hervorragenden Auflösung, seiner Farbwiedergabefähigkeit und seiner Bildqualität verwendet werden.
  • Bei einem Aktivmatrix(AM)ansteuerverfahren, einem typischen Ansteuerverfahren, wie es bei LCDs verwendet wird, wird jedes der Pixel des LCD unter Verwendung eines Dünnschichttransistors aus amorphem Silicium (a-Si-TFT) als Schaltbauteil angesteuert. Die a-Si-TFT-Technik wurde von English Lecomber et al. im Jahr 1979 beschrieben und im Jahr 1986 als tragbarer Flüssigkristall-Fernseher von 3 Zoll in den Handel gebracht. In jüngerer Zeit wurde ein TFT-LCD mit einer Anzeigefläche von mehr als 50 Zoll entwickelt. Jedoch beträgt die Feldeffekt-Beweglichkeit bei einem a-Si-TFT ungefähr 1 cm2/Vs, was seine Verwendung bei Peripherieschaltungen, die Signale an die Pixel anlegen, verhindert, da diese im Allgemeinen bei mehr als 1 MHz arbeiten. Demgemäß wurde eine energische Forschung zum gleichzeitigen Herstellen von Schalttransistoren in einem Pixelbereich und Peripherieschaltungen in einem Treiberschaltungsbereich auf einem Glassubstrat unter Verwendung eines TFT aus polykristallinem Silicium (poly-Si) mit einer Feldeffekt-Beweglichkeit über der eines a-Si-TFT ausgeführt.
  • Poly-Si-TFTs wurden bei kleinen Flachtafeldisplays, wie dem Okular von Camcordern, angewandt, seit im Jahr 1982 ein LCD-Farbfernseher entwickelt wurde. Ein derartiger TFT verfügt über geringe Fotoempfindlichkeit und hohe Feldeffekt-Beweglichkeit, und er kann direkt auf einem Substrat hergestellt werden, um Treiberschaltungen auszubilden. Eine erhöhte Beweglichkeit kann die Betriebsfrequenz der Treiberschaltungen erhöhen. Die Frequenzfähigkeit der Treiberschaltungen bestimmt die Anzahl der ansteuerbaren Pixel während angemessene Anzeigefähigkeiten aufrechterhalten bleiben. Genauer gesagt, senkt die erhöhte Frequenz die Ladezeit für ein an ein Pixel angelegtes Signal, so dass die Signalverzerrung verringert wird und die Bildqualität zunimmt. Im Vergleich mit einem A-Si-TFT, der eine hohe Ansteuerspannung von ungefähr 25 V aufweist, verbraucht ein poly-Si-TFT, der über eine Ansteuerspannung unter 10 V verfügt, weniger Energie.
  • Ein poly-Si-TFT kann dadurch hergestellt werden, dass direkt ein polykristalliner Silicium-Dünnfilm auf einem Substrat abgeschieden wird oder ein amorpher Silicium-Dünnfilm abgeschieden wird, der dann durch einen thermischen Prozess kristallisiert wird. Um billiges Glas als Substrat zu verwenden, sind Niedertemperaturprozesse erforderlich, und um einen poly-Si-TFT für Treiberschaltungen zu verwenden, ist ein Verfahren zum Erhöhen der Feldeffekt-Beweglichkeit erforderlich. Im Allgemeinen sind thermische Bearbeitungsverfahren zum Kristallisieren eines amorphen Silicium-Dünnfilms das Festphasen-Kristallisier(SPC = solid phase crystallization)verfahren und das Excimerlaser-Temper(ELA = excimer laser annealing)verfahren.
  • Beim SPC-Verfahren wird ein polykristalliner Silicium-Dünnfilm dadurch hergestellt, dass ein amorpher Silicium-Dünnfilm auf einem Glassubstrat mit niedrigem Schmelzpunkt abgeschieden wird und dann ein langsamer Erwärmungsprozess für bis zu 10 Stunden bei ungefähr 600°C ausgeführt wird. Ein durch das SPC-Verfahren erhaltener polykristalliner Silicium-Dünnfilm weist vergleichsweise große Körner von ungefähr einigen μm (Mikrometer) auf. Jedoch existieren viele Defekte in den Körnern. Obwohl diese Defekte in einem poly-Si-TFT nicht so schlecht wie Korngrenzen sind, beeinflussen sie das Funktionsvermögen eines solchen negativ.
  • Das Excimerlaser-Temperverfahren ist ein typisches Verfahren zum Herstellen eines poly-Si-TFT bei niedriger Temperatur. Der Excimerlaser kristallisiert einen amorphen Silicium-Dünnfilm durch Aufstrahlen eines hochenergetischen Laserstrahls auf denselben für eine Zeit von 10 Nanosekunden. Bei diesem Verfahren wird das amorphe Silicium in sehr kurzer Zeit aufgeschmolzen und kristallisiert, so dass das Glassubstrat nicht beschädigt wird. Ein durch das Excimerlaserverfahren hergestellter polykristalliner Silicium-Dünnfilm weist ebenfalls hervorragende elektrische Eigenschaften im Vergleich zu einem poly-Si-Dünnfilm auf, der durch ein übliches thermisches Bearbeitungsverfahren hergestellt wurde. Z. B. beträgt die Feldeffekt-Beweglichkeit eines durch das Excimerlaserverfahren hergestellten poly-Si-TFT mehr als 100 cm2/Vs, wohingegen diejenige eines a-Si-TFT 0,1–0,2 cm2/Vs beträgt und diejenige eines durch ein übliches thermisches Bearbeitungsverfahren hergestellten poly-Si-TFT 10–20 cm2/Vs beträgt (IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 36, No. 12, S. 2868, 1989).
  • Nun wird ein Kristallisationsverfahren unter Verwendung eines Lasers detailliert beschrieben. Die 1 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen einer Beziehung zwischen der Korngröße eines polykristallinen Silicium-Dünnfilms und der Energiedichte eines zum Herstellen desselben verwendeten Lasers.
  • Wie es in der 1 dargestellt ist, nimmt, im ersten und zweiten Bereich I und II, wenn die Energiedichte zunimmt, die Korngröße des polykristallinen Silicium-Dünnfilms zu, wie es in IEEE Electron Device Letters, DEL-7, 276, 1986 erörtert ist. Jedoch nimmt im dritten Bereich III, wenn die Energiedichte höher als eine spezifische Energiedichte Ec wird, die Korngröße des kristallisierten polykristallinen Silicium-Dünnfilms drastisch ab. D. h., dass gemäß dem in der 1 dargestellten Kurvenbild der Kristallisationsmechanismus für den Silicium-Dünnfilm anders wird, wenn die Energiedichte höher als eine spezifische Energiedichte Ec ist.
  • Die 2A bis 2C, 3A bis 3C sowie 4A bis 4C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen von Silicium-Kristallisationsmechanismen abhängig von den Laserenergiedichten der 1. D. h., sie veranschaulichen einen sequenziellen Kristallisationsprozess entsprechend jeder Laserenergiedichte. Ein Kristallisationsmechanismus für amorphes Silicium durch Lasertemperung wird durch viele Faktoren beeinflusst, wie Lasereinstrahlbedingungen einschließlich der Laserenergiedichte, des Strahlungsdrucks, der Substrattemperatur, sowie physikalische/geometrische Eigenschaften einschließlich des Absorptionskoeffizienten, der Wärmeleitfähigkeit, der Masse, der enthaltenen Fremdstoffmenge und der Dicke einer Schicht aus amorphem Silicium.
  • Zunächst ist, wie es in den 2A bis 2C dargestellt ist, der erste Bereich (I) in der 1 ein Bereich mit teilweisem Schmelzen, und ein amorpher Silicium-Dünnfilm 12 kristallisiert nur bis zur gestrichelten Linie, und die Größe eines dabei gebildeten Korns G1 beträgt ungefähr hunderte Å. Wenn ein Laserstrahl auf den amorphen Silicium-Dünnfilm 12 auf einem Substrat 10 gestrahlt wird, auf dem eine Pufferschicht 11 ausgebildet ist, wird der amorphe Silicium-Dünnfilm 12 geschmolzen. Dabei wird ein bestimmter Teil des amorphen Silicium-Dünnfilms 12 geschmolzen, da starke Laserenergie direkt auf eine Fläche des amorphen Silicium-Dünnfilms 12 gestrahlt wird und relativ schwache Laserenergie auf einen unteren Teil desselben gestrahlt wird. Im Ergebnis erfolgt eine teilweise Kristallisation.
  • Typischerweise wachsen beim Laser-Kristallisationsverfahren Kristalle durch die Prozesse des Primärschmelzens, bei dem eine Oberflächenschicht eines amorphen Silicium-Dünnfilms durch Laserbestrahlung aufgeschmolzen wird, eines Sekundärschmelzens, bei dem ein tieferer Teil des amorphen Silicium-Dünnfilms durch die latente Wärme aufgeschmolzen wird, wie sie während der Erstarrung des geschmolzenen Siliciums erzeugt wird, und der Erstarrung der tieferen Schicht. Diese Kristallzüchtungsprozesse werden nun detaillierter erläutert.
  • Ein amorpher Silicium-Dünnfilm, auf den ein Laserstrahl gestrahlt wird, verfügt über eine Schmelztemperatur von über 1000°C, und er schmilzt hauptsächlich zu einem flüssigen Zustand. Da zwischen der an der Oberfläche geschmolzenen Schicht und dem tieferen Silicium und dem Substrat eine große Temperaturdifferenz besteht, kühlt die geschmolzene Oberflächenschicht schnell ab, bis eine Festphasen-Keimbildung und eine Erstarrung erzielt werden. Die Oberflächenschicht bleibt geschmolzen, bis die Festphasen-Keimbildung und die Erstarrung abgeschlossen sind. Der Schmelzzustand dauert für lange Zeit an, wenn die Laserenergiedichte hoch ist oder die Wärmeabstrahlung nach außen gering ist. Da die Oberflächenschicht bei niedrigerer Temperatur als der Schmelztemperatur von 1400°C von kristallinem Silicium schmilzt, kühlt die Oberflächenschicht ab und behält einen überkühlten Zustand, wenn die Temperatur niedriger als die Phasenübergangstemperatur ist.
  • Je größer der Unterkühlungszustand ist, d. h., je niedriger die Schmelztemperatur des Dünnfilms ist oder je höher die Abkühlgeschwindigkeit ist, desto größer ist die Keimbildungsrate bei der Erstarrung, so dass während dieser feine Kristalle wachsen. Wenn die Erstarrung beginnt, wenn die geschmolzene Oberflächenschicht abkühlt, wachsen Kristalle von einem Kristallkeim aus nach oben. Dabei wird während des Phasenübergangs der geschmolzenen Oberflächenschicht vom flüssigen in den festen Zustand latente Wärme erzeugt, und so beginnt das Sekundärschmelzen, bei dem der untere, amorphe Silicium-Dünnfilm schmilzt. Dann erfolgt eine Erstarrung des unteren, amorphen Silicium-Dünnfilms. Dabei nimmt die Keimbildungsrate der tieferen, zweiten, geschmolzenen Schicht zu, da der tiefere, amorphe Silicium-Dünnfilm stärker als die erste geschmolzene Schicht unterkühlt ist. So ist die sich aus der zweiten geschmolzenen Schicht ergebende Kristallgröße kleiner. Demgemäß muss die Abkühlgeschwindigkeit bei der Erstarrung verringert werden, um die Kristalleigenschaften zu verbessern. Die Abkühlgeschwindigkeit kann dadurch verringert werden, dass die Abstrahlung absorbierter Laserenergie nach außen beschränkt wird. Beispiele für Beschränkungsverfahren sind ein Erwärmen des Substrats, eine Doppelstrahl-Bestrahlung oder das Einfügen einer Pufferisolierschicht zwischen das Substrat und die amorphe Siliciumschicht.
  • Die 3A bis 3C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen des Silicium-Kristallisationsmechanismus im zweiten Bereich (II) in der 1, der einen Bereich mit nahezu vollständiger Kristallisation repräsentiert.
  • Gemäß den 3A bis 3C verfügt ein polykristalliner Silicium-Dünnfilm über relativ große Körner 30A–30C von ungefähr 3000 bis 4000 Å, die bis herunter zur Grenzfläche der tieferen Pufferschicht 11 ausgebildet sind. Wenn eine Energie für nahezu vollständiges Schmelzen, nicht eine solche für vollständiges Schmelzen, auf den amorphen Silicium-Dünnfilm 12 gestrahlt wird, schmilzt beinahe dieser gesamte amorphe Silicium-Dünnfilm 12 bis herunter zur Pufferschicht 11. Dabei wirken feste Keime 35, die an der Grenzfläche zwischen dem geschmolzenen Silicium-Dünnfilm 12' und der Pufferschicht 11 nicht schmolzen, als Kristallisationskeime zum Induzieren eines Seitenwachstums, wodurch sich relativ große Körner 30A–30C bilden (J. Appl. Phys. 82, 4086). Da jedoch diese Kristallisation nur dann auftritt, wenn die Laserenergie dergestalt ist, dass die festen Körner 35 an der Grenzfläche zur Pufferschicht 11 verbleiben, ist die Prozesstoleranz sehr eingeschränkt. Außerdem weisen, da die festen Keime 35 nicht gleichmäßig erzeugt werden, die kristallisierten Körner 30A–30C des polykristallinen Silicium-Dünnfilms verschiedene Kristallisationsrichtungen auf, wodurch sich ungleichmäßige Kristallisationseigenschaften ergeben.
  • Die 4A bis 4C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen des Silicium-Kristallisationsmechanismus für den dritten Bereich (III) der 1, entsprechend einem vollständig kristallisierten Bereich.
  • Gemäß den 4A bis 4C werden bei einer dem dritten Bereich (III) entsprechenden Energiedichte sehr kleine Körner 30 unregelmäßig gebildet. Wenn die Laserenergiedichte höher als eine spezifische Energiedichte Ec wird, wird ausreichend viel Energie zugeführt, um den amorphen Silicium-Dünnfilm 12 vollständig zu schmelzen, so dass keine festen Keime verbleiben, die zu Körnern wachsen könnten. Danach erfährt der Silicium-Dünnfilm 12', der aufgeschmolzen wurde, als er den Laserstrahl starker Energie empfing, einen schnellen Abkühlprozess, bei dem viele gleichmäßige Keime 35 und so feine Körner 30 erzeugt werden.
  • Indessen wird ein Excimerlaser-Temperverfahren unter Verwendung eines gepulsten Lasers typischerweise zur Laser-Kristallisation verwendet, und in jüngerer Zeit wurde ein Verfahren mit sequenzieller lateraler Erstarrung (SLS = sequential lateral solidification) vorgeschlagen und umfassend untersucht, das eine merkliche Verbesserung der Kristallisationseigenschaften durch Züchten von Körnern in horizontaler Richtung zeigt.
  • Die sequenzielle laterale Erstarrung (SLS) nutzt die Tatsache, dass Körner lateral ausgehend von einer Grenzfläche zwischen Silicium in einer flüssigen Phase und Silicium in einer festen Phase wachsen (Robert S. Sposilli, M. A. Crowder, und James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 452, 956 bis 957, 1997). Bei diesem Verfahren wachsen Körner lateral mit vorbestimmter Länge durch Kontrollieren der Laserenergiedichte und des Bestrahlungsbereichs eines Laserstrahls, wodurch die Größe von Siliciumkörnern zunimmt.
  • Diese SLS ist ein Beispiel lateraler Erstarrung (LS), und der Kristallisationsmechanismus bei LS wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die 5A bis 5C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines sequenziellen Kristallisationsprozesses gemäß einer einschlägigen Technik.
  • Gemäß der 5A schmilzt, wenn ein Laser mit einer Energiedichte im dritten Bereich (III) der 1, derjenigen Energiedichte, mit der ein amorpher Silicium-Dünnfilm 112 vollständig geschmolzen werden kann, auf einen Teil desselben gestrahlt wird, dieser Teil desselben vollständig. Es kann eine strukturierte Maske dazu verwendet werden, einen Laserbestrahlungsbereich und einen Nicht-Laserbestrahlungsbereich auszubilden. Dabei kann, wie es in den 5B und 5C dargestellt ist, da der Laser über ausreichende Energie verfügt, der durch ihn bestrahlte amorphe Silicium-Dünnfilm 112 vollständig aufgeschmolzen werden. Jedoch wird der Laserstrahl mit bestimmten Intervallen auf den amorphen Silicium-Dünnfilm 112 gestrahlt, und Kristalle wachsen ausgehend von der Grenzfläche zwischen dem Silicium-Dünnfilm 112 des Nicht-Laserbestrahlungsbereichs (feste Phase) und dem geschmolzenen Silicium-Dünnfilm 112' (flüssige Phase).
  • So bildet die Grenzfläche Keime für diese Kristallisation. Anders gesagt, kühlt der geschmolzene Silicium-Dünnfilm 112', unmittelbar nach dem Einstrahlen des Laserstrahls, ausgehend von der linken/rechten Fläche, den Grenzflächen des Nicht-Laserbestrahlungsbereichs, ab. Dies, da der amorphe Silicium-Dünnfilm 112 der festen Phase über eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Pufferschicht 111 oder das Glassubstrat 110 unter den Silicium-Dünnfilmen 112 und 112' aufweist. Demgemäß erreicht der geschmolzene Silicium-Dünnfilm 112' als Erstes an der Grenzfläche zwischen der horizontalen festen Phase und der flüssigen Phase eine Keimbildungstemperatur, statt im zentralen Teil, wodurch sich im entsprechenden Teil ein Kristallkeim bildet. Nachdem der Kristallkeim gebildet wurde, wachsen Körner 130A und 130B horizontal von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite, d. h. von der Grenzfläche zum zentralen Teil. Aufgrund der lateralen Kristallisation können große Körner 130A und 130B gebildet werden, und da der Prozess mit der Energiedichte des dritten Bereichs ausgeführt wird, ist die Prozesstoleranz im Vergleich zu anderen Bereichen nicht eingeschränkt. Jedoch bestehen beim SLS die folgenden Probleme.
  • Die Kristallisation wird nämlich durch infinitesimales und wiederholtes Verstellen der Maske oder des Tischs ausgeführt, um die Größe der Körner zu erhöhen. Im Ergebnis ist die Prozesszeit zum Kristallisieren eines großen amorphen Silicium-Dünnfilms länger, und die Prozessausbeute wird niedrig.
  • Die US 2002/0104750 A1 betrifft ein Laserverfahren und eine Laservorrichtung insbesondere zur Kristallisation von Silicium-Dünnfilmen. Hier wird der Einsatz einer Lasermaske beschrieben, die einen ersten Block, einen zweiten Block, einen dritten Block und einen vierten Block aufweist, von denen jeder über ein periodisches Muster mit mehreren quadratischen Transmissionsbereichen und einem Sperrbereich verfügt.
  • Die quadratischen Transmissionsbereiche der periodischen Muster sind dabei so angeordnet, dass vier einander entsprechende Transmissionsbereiche der vier Blöcke einem quadratischen Kristallisationsbereich eines Silicium-Dünnfilms entsprechen, so dass dieser quadratische Kristallisationsbereich des Silicium-Dünnfilms mit vier Schüssen durch die jeweiligen Blöcke ohne Überlappung kristallisiert werden kann. Die periodischen Muster der einzelnen Blöcke sind dabei um die Seitenlänge der quadratischen Transmissionsbereiche in X-, Y- oder X und Y-Richtung gegeneinander versetzt.
  • Aus der US 2003/0088848 A1 ist eine weitere Lasermaske bekannt, die für die Kristallisation von Silicium-Dünnfilmen eingesetzt wird. Die bekannte Lasermaske weist Blöcke auf, die jeweils wiederum in zwei Unterblöcke unterteilt sind, von denen jeder über ein periodisches Muster mit mehreren Transmissionsbereichen und einem Sperrbereich verfügt. Die Transmissionsbereiche des ersten und zweiten periodischen Musters in den ersten Unterblöcken sind dabei in horizontal- oder X-Richtung angeordnet, während die Transmissionsbereiche in den zweiten Unterblöcken in vertikal- oder Y-Richtung ausgebildet sind. Sämtliche Transmissionsbereiche sind dabei als rechteckige Streifen vorgesehen. Diese Lasermaske wird zur Kristallisation eines Silicium-Dünnfilms im 2-Schussverfahren eingesetzt.
  • Die US 2002/0197759 A1 betrifft ein Verfahren zum Kristallisieren von amorphem Silicium und beschreibt eine Lasermaske mit zwei ersten Transmissionsbereichen und einem zweiten Transmissionsbereich. Die Transmissionsbereiche sind dabei jeweils stufenpyramidenförmig mit abnehmender Breite ausgebildet, wobei die ersten Transmissionsbereiche über vier Stufen verfügen, während der zweite Transmissionsbereich nur zwei Stufen ausweist. Hier wird die Maske zwischen den einzelnen Schüssen zur Kristallisation des Silicium-Dünnfilms jeweils so verschoben, dass ein Zentralbereich eines um eine Stufe breiteren kristallisierten Bereichs rekristallisiert wird.
  • Eine weitere Lasermaske zum Einsatz der Kristallisation von amorphem Silicium mittels Laserlicht ist aus der US 2002/0168577 A1 bekannt. Diese Maske weist zwei Transmissionsmuster auf, die sich jeweils aus fünf Rechtecken treppenförmig zusammensetzen. Ferner ist eine weitere Lasermaske beschrieben, deren Transmissionsbereiche jeweils aus drei treppenförmig angeordneten Rechtecken gebildet sind. Soll ein Silicium-Dünnfilm unter Verwendung dieser Masken kristallisiert werden, so wird mit dem ersten Schuss ein entsprechender Bereich des Polysilicium-Films kristallisiert. Für den zweiten Schuss wird die Maske dann in X-Richtung um die Länge der einzelnen Rechtecke verschoben. Beim zweiten Schuss werden somit bisher nichtkristallisierte Bereiche kristallisiert, während gleichzeitig bereits kristallisierte Bereiche rekristallisiert werden.
  • WO 01/18854 A1 zeigt eine weitere Lasermaske zur Kristallisation von Polysilicium-Dünnfilmen. Hier ist die Maske mit einem sogenannten Polka-Punkt-Muster versehen und stellt dabei eine invertierte Maske dar, bei der die Polka-Punkte den maskierten Bereichen, also den Abschirm- oder Sperrbereichen entsprechen, während der Rest der Maske transparent ist. Wird die Maske für vier aufeinander folgende Schüsse zunächst in +Y- dann in –X- und schließlich –Y-Richtung verschoben, so ergibt sich dann ein Kristallisationsmuster in Abhängigkeit der Abstände der Polka-Punkte bezüglich der Kristallwachstumslänge.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lasermaske zur Durchführung eines Verfahrens zum Kristallisieren eines Silicium-Dünnfilms bereitzustellen, die bei kurzer Prozesszeit zum Kristallisieren eine Verbesserung der Kristallisationseigenschaften des Silicium-Dünnfilms ermöglicht und somit die Prozessausbeute erhöht.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kristallisationsverfahren unter Verwendung einer derartigen Maske, ein Display sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kristallisationsverfahrens anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird bezüglich der Maske durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie im übrigen durch die anderen unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • In der Lasermaske sind ein erstes Maskenmuster mit einer Position A, ein zweites Maskenmuster mit einer Position B, ein drittes Maskenmuster mit einer Position C und ein viertes Maskenmuster mit einer Position D jeweils im ersten bis vierten Block ausgebildet, wobei die Positionen A bis D voneinander verschieden sind.
  • Es ist zu beachten, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und dazu vorgesehen sind, für eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung zu sorgen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um für ein weiteres Verständnis der Erfindung zu sorgen, und die in diese Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
  • In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt.
  • 1 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen einer Beziehung zwischen der Korngröße eines polykristallinen Silicium-Dünnfilms und der Energiedichte eines Lasers, der zum Herstellen des polykristallinen Silicium-Dünnfilms verwendet wird;
  • 2 bis 4 sind Schnittansichten zum Veranschaulichen von Silicium-Kristallisationsmechanismen abhängig von den Laserenergiedichten gemäß der 1;
  • 5A bis 5C sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines sequenziellen Kristallisationsprozesses gemäß einer einschlägigen Technik;
  • 6A ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen eines Beispiels einer Lasermaske, die für sequenzielle laterale Erstarrung (SLS) verwendet wird;
  • 6B ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen eines Silicium-Dünnfilms, der durch die Maske der 6A kristallisiert wurde;
  • 7 ist eine vergrößerte Draufsicht zum Veranschaulichen des Abschnitt E des kristallisierten Silicium-Dünnfilms der 6B;
  • 8A bis 8C sind Draufsichten zum Veranschaulichen eines sequenziellen Prozesses zum Kristallisieren eines Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der Maske der 6A;
  • 9A veranschaulicht ein Verfahren zum Aufbauen periodischer Muster in einer erfindungsgemäßen Lasermaske;
  • 9B ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen der Größe und des Abstands zwischen den Transmissionsbereichen in der 9A;
  • 10 veranschaulicht ein Verfahren zum Aufbauen einer Lasermaske mit vier Blöcken, wobei jeder Block über eines der Maskenmuster der 9A verfügt;
  • 11A bis 11D veranschaulichen eine vier-Blöcke-Lasermaske, die gemäß dem anhand der 10 beschriebenen Verfahren aufgebaut wurde;
  • 12A bis 12D veranschaulichen einen Prozess zum Kristallisieren eines Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der anhand der 11A bis 11D beschriebenen Lasermaske;
  • 13A veranschaulicht ein Verfahren zum Aufbauen einer Lasermaske gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 13B veranschaulicht ein Beispiel einer Lasermaske, die durch das unter Bezugnahme auf die 13A beschriebene Mustererstellungsverfahren hergestellt wurde;
  • 14A bis 14G veranschaulicht einen sequenziellen Prozess zum Kristallisieren eines Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der in der 13B dargestellten Lasermaske;
  • 15 ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen des Aufbaus einer Flüssigkristalldisplay-Tafel, bei der eine Treiberschaltung mit dem Arraysubstrat der LCD-Tafel integriert ist;
  • 16 veranschaulicht ein Beispiel eines LCD, das unter Verwendung eines Silicium-Dünnfilms hergestellt wurde, der durch ein erfindungsgemäßes Kristallisationsverfahren kristallisiert wurde.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nun wird detailliert auf die Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, zu denen in den beigefügten Zeichnungen Beispiele veranschaulicht sind.
  • Die 6A ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen eines Beispiels einer für sequenzielle laterale Erstarrung (SLS) verwendeten Lasermaske, die so konzipiert ist, dass die Kristallisationszeit im Vergleich zur einschlägigen Technik verkürzt wird. Gemäß der 6A verfügt eine Lasermaske 270 über ein schlitzförmiges Muster 275 mit einem rechteckigen Transmissionsbereich 273 vorbestimmter Breite und Länge. Die Lasermaske 270 verfügt über zwei rechteckige Transmissionsbereiche 273 zum Durchlassen von Licht sowie einen Sperrbereich 274 zum Ausblenden von Licht. Ein durch die Transmissionsbereiche 273 des Schlitzes 275 gestrahlter Laserstrahl kristallisiert einen Silicium-Dünnfilm entsprechend der Form (z. B. der Rechteckform) der Transmissionsbereiche 273.
  • Gemäß der 6B verfügt jedoch ein Randabschnitt (E) des kristallisierten Silicium-Dünnfilms aufgrund der Beugung des Laserstrahls über runde Form, verschieden vom Maskenmuster (dem Schlitz 275). Dies wird nun detailliert beschrieben. Zur Bezugnahme veranschaulicht die gestrichelte Linie im Randabschnitt (E) des in der 6B dargestellten kristallisierten Silicium-Dünnfilms die Form des Schlitzes 275 der zur Kristallisation verwendeten Maske 270.
  • Die 7 ist eine vergrößerte Draufsicht zum Veranschaulichen des Abschnitts E des kristallisierten Silicium-Dünnfilms der 6B. Wie es in der 7 dargestellt ist, verfügt ein Bereich A im Zentrum des Randabschnitts (E) über ein ähnliches Kristallisationsmuster wie der Schlitz 275, da ein Laserstrahl mit einer Energiedichte eingestrahlt wird, die dazu ausreicht, den Siliciumfilm vollständig zu schmelzen. Jedoch wird der Laserstrahl in einem Bereich B, den Ecken des Randabschnitts (E) des Schlitzes 275 gebeugt. So kann der Laserstrahl keine Energiedichte aufweisen, die dazu ausreichen würde, den Silicium-Dünnfilm vollständig zu schmelzen. Im Ergebnis erlangt der Randabschnitt (E) konvexe oder runde Form. Anders gesagt, wächst, da die Körner im Randabschnitt (E) des kristallisierten Silicium-Dünnfilms mit runder Form aus Keimen wachsen, die nahe dem amorphen Silicium-Dünnfilm (feste Phase) an der Grenzfläche des geschmolzenen amorphen Siliciums gebildet werden, ein zweites Korn 230B in einer anderen Richtung als ein erstes Korn 230A. D. h., dass das zweite Korn 230B andere Kristallisationseigenschaften als das erste Korn 230A aufweist, weswegen im kristallisierten Silicium-Dünnfilm ein diskontinuierlicher Bereich existiert. Dabei muss, da der diskontinuierliche Bereich mit einer Breite (W), der konvexe Randabschnitt (E) des kristallisierten Silicium-Dünnfilms, andere Kristallisationseigenschaften aufweist, die Breite (W) des diskontinuierlichen Bereichs verringert werden, um den Silicium-Dünnfilm bei einem LCD anzuwenden.
  • Nun wird ein Kristallisationsprozess zum Kristallisieren des Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der oben beschriebenen Maske beschrieben. Die 8A bis 8C sind Draufsichten zum Veranschaulichen eines sequenziellen Prozesses zum Kristallisieren eines Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der Maske der 6A.
  • Als Erstes wird, wie es in der 8A dargestellt ist, die Maske 270 der 6A auf einem Substrat 210 positioniert, auf das ein erster Laserstrahl gestrahlt wird, um einen auf ihm ausgebildeten amorphen Silicium-Dünnfilm 212 zu kristallisieren. Dabei entspricht der kristallisierte Bereich dem Transmissionsbereich 273 der Maske 270, und wenn die Maske 270 über zwei Transmissionsbereiche verfügt, verfügt der kristallisierte Bereich über zwei kristallisierte Bereiche mit vorbestimmter Länge in horizontaler Richtung. Anders gesagt, wächst, wenn der erste Laserstrahl unter Verwendung der Maske 270 mit dem rechteckigen Schlitz 275 auf die Oberfläche des Substrats 210 gestrahlt wird, der Silicium-Dünnfilm, auf den der erste Laserstrahl durch den Schlitz 275 gestrahlt wird, ausgehend von Keimen, die nahe dem amorphen Silicium-Dünnfilm 212 (feste Phase) erzeugt werden, der an der oberen und unteren Grenzfläche positioniert ist, lateral ein erstes Korn 230A (vertikal in der 8A). Dabei verfügen, wie oben angegeben, die Randabschnitte des kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212' über eine runde Form, verschieden vom Maskenmuster, der Form des Schlitzes 275, aufgrund der Beugung des Laserstrahls, und in den abgerundeten Randabschnitten (E) wächst ausgehend von Keimen, die nahe dem amorphen Silicium-Dünnfilm 212 (feste Phase) gebildet werden, der an der Grenzfläche des geschmolzenen amorphen Siliciums positioniert ist, ein zweites Korn 230B in einer Richtung verschieden vom ersten Korn 230A. D. h., dass das zweite Korn 230B andere Kristallisationseigenschaften als das erste Korn 230A aufweist und im kristallisierten Silicium-Dünnfilm ein diskontinuierlicher Bereich existiert.
  • Nachdem die erste Kristallisation abgeschlossen ist, wird der Tisch (nicht dargestellt) oder die über dem Substrat 210 platzierte Maske 270 um einen kurzen Weg verstellt, der nicht größer als die horizontale Länge des Musters der Maske 270 (die Breite des Schlitzes 275) ist, und dann wird ein zweiter Laserstrahl eingestrahlt, um mit dem Kristallisationsprozess in der Richtung der X-Achse fortzuschreiten. Z. B. wird, nachdem der Tisch in der Richtung der '–X'-Achse so verstellt wurde, dass er mit dem diskontinuierlichen Bereich 280 des mit dem Schlitzmuster kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212' überlappt, anschließend der zweite Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats 210 gestrahlt.
  • Dann wird, wie es in der 8B dargestellt ist, das zweite kristallisierte Muster 212'' mit demselben Muster wie dem des durch die erste Kristallisation kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212' in der Richtung der X-Achse gebildet, während Überlappung mit dem diskontinuierlichen Bereich 280 des ersten kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212' besteht. Danach wird, wenn ein dritter Laserstrahl auf dieselbe Weise, wie sie für den ersten Laserstrahl beschrieben wurde, auf die Oberfläche des Substrats 210 gestrahlt wird, das dritte Kristallisationsmuster 212''' mit demselben Muster wie dem des durch die zweite Kristallisation kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212'' erzeugt, während Überlappung mit dem diskontinuierlichen Bereich 280 des zweiten kristallisierten Silicium-Dünnfilms 212'' besteht. Dabei ist der Überlappungsbereich des Laserstrahls für den nächsten Schuss umso weiter, je weiter der diskontinuierliche Bereich 280 ist, was die Gesamtbearbeitungszeit erhöht. Die diskontinuierlichen Bereiche 280 der kristallisierten Silicium-Dünnfilme 212', 212'' und 212''' verfügen über verschiedene Kristallisationseigenschaften, und daher muss, da der Silicium-Dünnfilm 212 um die diskontinuierlichen Bereiche 280 herum in einem amorphen Zustand verbleibt, ohne dass er kristallisiert, der nächste Schuss des Laserstrahls mit diesen diskontinuierlichen Bereichen 280 überlappen.
  • Nachdem der Kristallisationprozess in der Richtung der X-Achse abgeschlossen ist, wird die Maske 270 oder der Tisch um einen vorbestimmten Weg in der Richtung der Y-Achse verstellt (beim Verstellen des Tischs wird dieser in der Richtung der '–Y'-Achse verstellt). Dann wird, wie es in der 8C dargestellt ist, ein Laserbestrahlungsprozess erneut in der Richtung der X-Achse, ausgehend vom Punkt, an dem der ersten Kristallisationsprozess beendet wurde, ausgeführt.
  • Wenn der oben beschriebene Kristallisationsprozess wiederholt ausgeführt wird, tritt ein Problem dahingehend auf, dass der polykristalline Silicium-Dünnfilm über mehrere erste Bereiche (P1) mit normalen Körnern und mehrere zweite Bereiche (P2) mit den diskontinuierlichen Bereichen, die andere Kristallisationseigenschaften aufweisen und zwischen den ersten Bereichen P1 liegen, verfügt. D. h., dass dann, wenn ein LCD dadurch hergestellt wird, dass ein derartiger Silicium-Dünnfilm mit diesen diskontinuierlichen Bereichen eingeschlossen wird, das LCD unter ungleichmäßigen Eigenschaften leidet und so die Qualität desselben beeinträchtigt ist. Außerdem muss, da der Silicium-Dünnfilm um die diskontinuierlichen Bereiche herum in einem Zustand amorphen Siliciums verbleibt, anstatt dass er kristallisiert wird, der nächste Schuss des Laserstrahls mit diesen diskontinuierlichen Bereichen 280 überlappen. Diese Überlappungsbereiche (d. h. die X-Überlappungsbereiche), in denen die diskontinuierlichen Bereiche einander überlappen, erzeugen eine Schussmarke. Die Schussmarke verringert die Bildqualität und erzeugt ungleichmäßige Bauteileeigenschaften, wenn Anwendung bei einem LCD oder einer organischen Lichtemissionsdiode erfolgt.
  • Indessen können sich, was jedoch beim obigen Kristallisationprozess nicht beschrieben ist, die Körner in der Richtung der Y-Achse erstrecken, und die Maske überlappt in der Richtung der Y-Achse, um die Größe der Körner zu erhöhen, und dann kann die Kristallisation wiederholt ausgeführt werden. In diesem Fall kann jedoch eine Schussmarke in den Überlappungsbereichen (d. h. Y-Überlappungsbereichen) in der Richtung der Y-Achse erzeugt werden.
  • Die Schussmarke bildet auch einen kritischen Punkt, wenn eine Lasermaske 370 gemäß einem Einzelscanverfahren verwendet wird, wie es durch die 9 dargestellt ist, wie auch dann, wenn das oben beschriebene Übergangsverfahren (Mehrfachscanverfahren) verwendet wird. D. h., dass das Schussmarkenproblem bei jedem Kristallisationsverfahren gelöst werden muss, bei dem der Laserstrahl überlappt. So offenbart die Erfindung eine Lasermaske und ein Kristallisationsverfahren unter Verwendung derselben, bei denen in einem kristallisierten Siliciumfilm kein derartiger Überlappungsbereich gebildet wird. Zu diesem Zweck verfügt eine erfindungsgemäße Lasermaske über periodische Muster.
  • Eine erfindungsgemäße Lasermaske ist in vier Blöcke unterteilt, von denen jeder über ein periodisches Muster verfügt. Ein Laserstrahl wird viermal auf einen Silicium-Dünnfilm gestrahlt, wobei jedesmal einer der vier Blöcke verwendet wird (”4-Schüsse-Kristallisationsverfahren” oder ”4-Schüsse-Verfahren”). Eine durch das o. g. Verfahren kristallisierter Silicium-Dünnfilm verfügt über gleichmäßige Kristallisationseigenschaften ohne X- oder Y-Überlappungsbereich, und zwar aufgrund der periodischen Muster der Maske. Ein durch die periodischen Maskenmuster und das 4-Schüsse-Verfahren hergestellter kristallisierter Silicium-Dünnfilm verfügt über gleichmäßige Körner, die radial gewachsen sind, ohne Schussmarke, was nun detailliert beschrieben wird.
  • Als Erstes wird nun ein Verfahren zum Erstellen derartiger periodischer Muster in einer Lasermaske beschrieben. Die 9A und 9B veranschaulichen ein Verfahren zum Erstellen periodischer Muster in einer Lasermaske gemäß der Erfindung. Die Lasermaske verfügt über vier Blöcke, wobei jeder Block über sein eigenes periodisches Muster verfügt.
  • Gemäß der 9A verfügt eine erfindungsgemäße Lasermaske über mehrere Transmissionsbereiche von Kreisform. Die Lasermaske ist in vier Blöcke unterteilt, um das Schussmarkenproblem zu lösen. Ein Transmissionsbereich 375A mit einer Position A ist in einem ersten Block ausgebildet, und ein Transmissionsbereich 375B mit einer Position B, ein Transmissionsbereich 375C mit einer Position C oder ein Transmissionsbereich 375D mit einer Position D ist in einem zweiten Block ausgebildet. Ein Transmissionsbereich, der von den Transmissionsbereichen im ersten und zweiten Block verschieden ist, ist in einem dritten Block ausgebildet. Anders gesagt, ist, wenn Transmissionsbereiche mit den Positionen A und B im ersten und zweiten Block ausgebildet sind, im dritten Block ein Transmissionsbereich mit der Position C oder D ausgebildet. Im vierten Block ist ein Transmissionsbereich ausgebildet, der verschieden von den Transmissionsbereichen im ersten bis dritten Block ist. Anders gesagt, verfügt, wenn der dritte Block über einen Transmissionsbereich mit der Position C verfügt, der vierte Block über einen Transmissionsbereich mit der Position D, während dann, wenn der dritte Block über einen Transmissionsbereich mit der Position D verfügt, der vierte Block über einen Transmissionsbereich mit der Position C verfügt.
  • In der 9A sind, bezogen auf das Maskenmuster 375A mit dem Transmissionsbereich mit der Position A (nachfolgend als ”Referenzpunkt” bezeichnet), die Maskenmuster 375B, 375C und 375D in der Gegenuhrzeigerrichtung in der Lasermaske positioniert. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, und eine Lasermaske gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verfügt über vier Blöcke, wobei jeder Block über eines der vier Maskenmuster 375A, 375B, 375C und 375D verfügt.
  • Bei einer Anordnung wie sie in der 9A dargestellt ist, bilden, wenn die vier Transmissionsbereiche der vier Maskenmuster 375A bis 375D in einem Block projiziert werden, ein gleichseitiges Rechteck. In Bezug auf den Referenzpunkt sind die Transmissionsbereiche der zwei Maskenmuster 375B und 375C in einem ersten benachbarten Bereich positioniert (d. h. vier Bereichen, die dem Referenzpunkt 375A am nächsten liegen), und der Transmissionsbereich des vierten Maskenmusters 375D mit der Position D ist in einem zweiten benachbarten Bereich in der Diagonalrichtung des Rechtecks positioniert. Anders gesagt, ist der Transmissionsbereich des im ersten Block ausgebildeten Maskenmusters 375A an einer Ecke des Rechtecks positioniert, und die Transmissionsbereiche der anderen Muster 375B bis 375D sind an den anderen drei Ecken des Rechtecks positioniert, wie es in der 9A dargestellt ist.
  • Indessen sollten die Größe und die Intervalle der vier periodischen Muster 375A bis 375D einer bestimmten Beziehung genügen, damit mit der Lasermaske amorphes Silicium durch viermaliges Bestrahlen (4-Schüsse-Verfahren) amorphes Silicium ohne Schussmarke vollständig kristallisiert wird. Dies wird nun beschrieben.
  • Die 9B ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen der Größe und des Abstands zwischen den Transmissionsbereichen der 9A, wobei als Beispiel der Transmissionsbereich mit der Position A verwendet ist. Wie dargestellt, sollte, wenn der Radius des Transmissionsbereichs 475A an der Position A zu R angenommen wird und der Abstand zwischen den Zentren der Transmissionsbereiche 275A den Wert L hat, der Radius (R) des Transmissionsbereichs der Gleichung (1) genügen, um den Gesamtbereich eines amorphen Siliciumfilms zu kristallisieren. L/(2√2) ≤ R < L/2 Gleichung (1)
  • Wenn der Radius (R) der Transmissionsbereiche der Maskenmuster (375A bis 375D) kleiner als L/(2√2) ist, kann der Gesamtbereich nicht durch das 4-Schüsse-Verfahren kristallisiert werden, und wenn der Radius (R) größer als L/2 ist, stehen die Maskenmuster (375A bis 375D) miteinander in Kontakt.
  • Nun wird eine Lasermaske mit den vier Maskenmustern in vier Blöcken detailliert beschrieben. Die 10 veranschaulicht ein Verfahren zum Erstellen einer Lasermaske mit vier Blöcken, wobei jeder Block über eines der Maskenmuster der 9A verfügt.
  • Wie dargestellt, werden Maskenmuster 475A bis 475D mit einer Matrixkonfiguration von 6 Zeilen × 6 Spalten angeordnet, wobei gleichseitige Rechtecke gebildet werden, wie es anhand der 9A erörtert wurde. In der ersten Zeile sind die Transmissionsbereiche des Maskenmusters 475A mit der Position A und die Maskenmuster 475C mit der Position C wiederholt und abwechselnd in der Richtung der X-Achse, ausgehend vom Transmissionsbereich des Maskenmusters 475A mit der Position A, positioniert. Betreffend die zweite Zeile sind, nach einer Verschiebung in der Richtung der Y-Achse um einen Weg, der der Länge (L') der Seite des gleichseitigen Rechtecks in den Maskenmustern 475A und 475C in der ersten Zeile entspricht, die Transmissionsbereiche der Maskenmuster 475B und 475D wiederholt und abwechselnd positioniert. Anders gesagt, sind in der zweiten Zeile, nach einer Verstellung um L' in der Richtung der Y-Achse, die Transmissionsbereiche des Maskenmusters 475B mit der Position B sowie das Maskenmuster 475D mit der Position D wiederholt in der Richtung der X-Achse positioniert. Die erste und die dritte Zeile (d. h. die ungeradzahligen Zeilen) verfügen über denselben Aufbau, und die zweite und die vierte Zeile (d. h. die geradzahligen Zeilen) verfügen über denselben Aufbau.
  • Indessen sind in der ersten Spalte die Transmissionsbereiche der Maskenmuster 475A und 475B wiederholt und abwechselnd ausgehend vom Transmissionsbereich des Maskenmusters 475A mit der Position A positioniert. In den geradzahligen Spalten sind die Transmissionsbereiche der Maskenmuster 475C und 475D wiederholt und abwechselnd positioniert, und in diesem Fall werden die geradzahligen Spalten um das Stück L' (so lang wie die Länge der Seite des gleichseitigen Dreiecks) in der Richtung der X-Achse ausgehend von den ungeradzahligen Spalten verstellt. Die erste und die dritte Spalte (d. h. die ungeradzahligen Spalten) verfügen über denselben Aufbau, und die zweite und die vierte Spalte (d. h. die geradzahligen Spalten) verfügen über denselben Aufbau.
  • Durch Positionieren der vier periodischen Maskenmuster in vier Blöcken in einer Lasermaske und durch Anwenden derselben beim 4-Schüsse-Kristallisationsverfahren kann ein kristallisierter Silicium-Dünnfilm ohne X- oder Y-Überlappung erhalten werden. Dies wird nun detaillierter beschrieben.
  • Die 11A bis 11D veranschaulichen vier Blöcke einer gemäß dem anhand der 10 beschriebenen Verfahren aufgebauten Lasermaske.
  • In der Lasermaske ist das Maskenmuster 475A mit der Position A im ersten Block 480' ausgebildet, das Maskenmuster 475B mit der Position B ist im zweiten Block 480'' ausgebildet, das Maskenmuster 475C mit Position C ist im dritten Block 480''' ausgebildet, und das Maskenmuster 475D mit der Position D ist im vierten Block 480'''' ausgebildet. Dieses Positionierverfahren ist lediglich ein Beispiel der Erfindung, und ein Silicium-Dünnfilm kann ohne Schussmarke durch das 4-Schüsse-Kristallisationsverfahren unter Verwendung einer derartigen Maske kristallisiert werden.
  • Jeder Block (480' bis 480'''') verfügt über mehrere kreisförmige Transmissionsbereiche und einen Sperrbereich mit einem der Maskenmuster 473A bis 473D. Der erste Block 480' verfügt über die Transmissionsbereiche des Maskenmusters 475A mit der Position A, mit Positionierung in den (2N – 1) (N = 1, 2, 3) Zeilen × (2N – 1) Spalten der 10. Der zweite Block 480'' verfügt über die Transmissionsbereiche des Maskenmusters 475B mit der Position B, mit Positionierung in (2N) Zeilen × (2N – 1) Spalten. Der dritte Block 580''' verfügt über die Transmissionsbereiche des Maskenmusters 575C mit der Position C, mit Positionierung in (2N – 1) Zeilen × (2N) Spalten. Der vierte Block 480'''' verfügt über die Transmissionsbereiche der Maskenmuster 475D mit der Position D, mit Positionierung in 2N Zeilen × 2N Spalten.
  • Obwohl die Transmissionsbereiche der Maskenmuster 575A bis 575C in den Zeichnungen Kreisform aufweisen, können sie auch so ausgebildet sein, dass sie die Form eines regelmäßigen Vielecks zeigen, wie eines regelmäßigen Dreiecks, eines Quadrats, eines regelmäßigen Sechsecks oder eines regelmäßigen Achtecks, ohne dass eine Einschränkung hierauf bestünde. Außerdem beträgt zwar in den Zeichnungen der Radius (R) der kreisförmigen Maskenmuster 475A bis 475D L/(2√2), jedoch besteht keine Beschränkung hierauf, solange die Beziehung zwischen R und L der Gleichung 1 genügt.
  • Die 12A bis 12D veranschaulichen einen Prozess zum Kristallisieren eines Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der anhand den 11A bis 11D beschriebenen Lasermaske. Ein durch die oben beschriebene 4-Blöcke-Lasermaske kristallisierter Silicium-Dünnfilm verfügt über gleichmäßige Kristallisationseigenschaften ohne Schussmarke.
  • Als Erstes wachsen, wie es in der 12A dargestellt ist, wenn ein erster Laserstrahl durch das Maskenmuster 475A mit der Position A (d. h. die Transmissionsbereiche 473A des Maskenmusters 475A), wie es im ersten Block 480 ausgebildet ist, auf einen Siliciumfilm 412 auf einem Substrat 410 gestrahlt wird, Körner unter Verwendung des amorphen Silicium-Dünnfilms (feste Phase) 412, der sich an der Grenzfläche befindet, als Keime zum Zentrum des Kreismusters 475A hin, um dadurch erste polykristalline Kristalle 412' mit Kreisform zu bilden. Die durch diese erste Kristallisation kristallisierten Bereiche entsprechen den Transmissionsbereichen 473A der Lasermaske. Demgemäß werden, wenn sich neun Transmissionsbereiche im ersten Block der Lasermaske befinden, neun polykristalline Kristalle 412' mit Kreisform im Silicium-Dünnfilm 412 gebildet.
  • Nachdem die erste Kristallisation abgeschlossen ist, wird ein zweiter Laserstrahl durch den zweiten Block 480'' der 11B auf den Silicium-Dünnfilm 412' mit den ersten polykristallinen Kristallen gestrahlt. Diese zweite Kristallisation verwendet den Block 480'', in dem das Maskenmuster 475B mit der Position B ausgebildet ist, ohne dass das Substrat in der Richtung X oder Y verstellt würde. Im Ergebnis wachsen, wie es in der 12B dargestellt ist, Körner zu den Zentren des Maskenmusters 475B des zweiten Blocks 480'', um die zweiten polykristallinen Kristalle 412'' ausgehend von den Umfängen der ersten polykristallinen Kristalle 412' auszubilden. Die zweite Kristallisation ist dergestalt, dass zwei der ersten Kristalle 412' an der Unter- und der Oberseite des zweiten Kristalls 412'' positioniert sind und die zweite Kristallisation ausgehend von den Bereichen startet, in denen das Maskenmuster 475B mit der Position B mit den zwei ersten Kristallen 412' überlappt. Im Ergebnis wachsen die zweiten Kristalle 412'' zu den Zentren des Maskenmusters 475B mit der Position B.
  • Als Nächstes wird ein dritter Laserstrahl durch den dritten Block 480''', in dem das Maskenmuster 475C mit der Position C ausgebildet ist, auf den Silicium-Dünnfilm 412 mit den ersten und zweiten Kristallen 412' und 412'' gestrahlt. Dann wachsen, wie es in der 12C dargestellt ist, Körner zu den Zentren des Maskenmusters 475C des dritten Blocks 480''', um ausgehend von den Umfängen des durch die erste Kristallisation kristallisierten Silicium-Dünnfilms 412' dritte polykristalline Kristalle 412''' zu bilden. Die dritte Kristallisation ist dergestalt, dass die ersten Kristalle 412' auf der linken und der rechten Seite des dritten Kristalls 412''' positioniert sind, wobei diese dritte Kristallisation durch den dritten Schuss ausgehend von den Bereichen startet, in denen zwei erste Kristalle 412' mit dem Maskenmuster 475C mit der Position C überlappen. Im Ergebnis werden die dritten Kristalle 412''' zu den Zentren des Maskenmusters 475C mit der Position C hin gebildet. Auf diese Weise wachsen die zweiten und dritten Kristalle 412'' und 412''' unter Verwendung der ersten Kristalle 412', die durch die erste Kristallisation kristallisiert wurden, als Keime zu den Zentren der Maskenmuster 475B und 475C hin. Wenn die Größe oder der Radius der Transmissionsbereiche der Maskenmuster 475A bis 475D größer als eine spezifizierte Größe ist, überlappen die durch den dritten Schuss gebildeten dritten Kristalle 412''' mit den zweiten Kristallen 412'' sowie mit einem Teil der ersten Kristalle 412''. Selbst in diesem Fall wachsen jedoch die Körner der dritten Kristalle 412''' unter Verwendung der durch die erste Kristallisation kristallisierten ersten Kristalle 412' und der durch die zweite Kristallisation kristallisierten zweiten Kristalle 412'' als Keime zu den Zentren des Maskenmusters 475C mit der Position C hin.
  • Schließlich wird ein vierter Laserstrahl durch den vierten Block 480'''', in dem das Maskenmuster 475D mit der Position D ausgebildet ist, auf den Silicium-Dünnfilm mit den ersten bis dritten polykristallinen Kristallen 412' bis 412''' gestrahlt. Dann wachsen, wie es in der 12D dargestellt ist, Körner zu den Zentren des Maskenmusters 475D des vierten Blocks 480'''', um vierte polykristalline Kristalle 412'''' zu bilden, ausgehend von den Umfängen der durch die zweite Kristallisation kristallisierten zweiten Kristalle 412'' und der durch die dritte Kristallisation kristallisierten dritten Kristalle 412''', hin. Auf diese Weise wird durch das 4-Schüsse-Verfahren der Siliciumfilm auf dem Substrat 410 unter Verwendung der Lasermaske ohne X- oder Y-Überlappung, d. h. ohne Schussmarke, vollständig kristallisiert.
  • Wie erläutert, verfügt die Lasermaske über vier Blöcke, wobei jeder Block über ein periodisches Muster verfügt. Dabei verfügen die ersten bis vierten Kristalle 412' bis 412'''', wie sie durch das 4-Schüsse-Verfahren erzeugt werden, über dieselbe Kreisform wie die Maskenmuster 475A bis 475D. Demgemäß weist der kristallisierte Silicium-Dünnfilm gleichmäßige Körner, die radial gewachsen sind, auf.
  • Nun werden eine Lasermaske und ein Prozess zum Kristallisieren eines großen Silicium-Dünnfilms unter Verwendung derselben gemäß der Erfindung beschrieben. Die 13A veranschaulicht ein Verfahren zum Erstellen einer Lasermaske gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Gemäß der 13A ist ein Maskenmuster 575A mit der Position A in einem ersten Block 580' ausgebildet, der durch eine quadratische, durchgezogene Linie gekennzeichnet ist, ein Maskenmuster 575B mit der Position B ist in einem zweiten Block 580'' ausgebildet, ein Maskenmuster 575C mit der Position C ist in einem dritten Block 580''' ausgebildet, und ein Maskenmuster 575D mit der Position D ist in einem vierten Block 580'''' ausgebildet. Die vier Maskenmuster 575A bis 575D sind in den vier Blöcken 580' bis 580'''' der Lasermaske entsprechend dem anhand der 9A oder der 10 beschriebenen Mustererstellverfahren ausgebildet.
  • Im ersten Block 580' sind neun Transmissionsbereiche (das Maskenmuster 575A mit der Position A) mit Kreisform mit einer Matrixkonfiguration von 3 Zeilen × 3 Spalten angeordnet. Im zweiten Block 580'' sind die Transmissionsbereiche des Maskenmusters 575B mit der Position B ausgebildet, nachdem ein Verstellen nach unten um einen Weg erfolgte, der einer Seite des gleichseitigen Rechtecks entspricht (d. h. dem kleinen gleichseitigen Rechteck, das durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist), und zwar in Bezug auf das Muster 575A mit der Position A des ersten Blocks 580''. Wie beim Maskenmuster 575A mit der Position A sind insgesamt neun Transmissionsbereiche des Maskenmusters 575B mit einer Matrixkonfiguration von 3 Zeilen × 3 Spalten ausgebildet. Im dritten Block sind die Transmissionsbereiche des Maskenmusters 575C mit der Position C nach einer Verstellung nach rechts um einen Abstand entsprechend einer Seite des gleichseitigen Rechtecks in Bezug auf das Muster 575A mit der Position A, wie im ersten Block 580' ausgebildet, gebildet. Neun Transmissionsbereiche des Maskenmusters 575C mit der Position C sind mit einer Matrixkonfiguration von 3 Zeilen × 3 Spalten ausgebildet. Schließlich sind im vierten Block die Transmissionsbereiche des Maskenmusters 575D mit der Position D nach einer Verstellung nach rechts und unten um einen Weg entsprechend einer Seite der gleichseitigen Rechteckform in Bezug auf das Muster 575A mit der Position A, mit Ausbildung im ersten Block 580', gebildet. Neun Transmissionsbereiche des Maskenmusters 575D sind mit einer Matrixkonfiguration von 3 Zeilen × 3 Spalten gebildet.
  • Die Positionen der Transmissionsbereiche der Maskenmuster 575A bis 575D entsprechen den Positionen der durch eine gestrichelte Linie im ersten Block 580' gekennzeichneten Rechtecke. Hinsichtlich der Position des Musters 575A in den N Zeilen × M Spalten des ersten Blocks 580' ist das Maskenmuster 575B mit der Position B, mit Positionierung in den N Zeilen × M Spalten des zweiten Blocks 580'' um die Länge einer Seite des gleichseitigen Rechtecks in der Richtung der Y-Achse verschoben, das Maskenmuster 575C mit der Position C, mit Positionierung in den N Zeilen × M Spalten des dritten Blocks 580''', ist um die Länge einer Seite des gleichseitigen Rechtecks nach rechts (d. h. in der '–X'-Achse) verschoben, und das Maskenmuster 575D mit der Position D, mit Positionierung in den N Zeilen × M Spalten des vierten Blocks 580'''', ist um die Länge einer Seite des gleichseitigen Rechtecks in den Richtungen der Achsen –X und Y verschoben. Anders gesagt, sind, wenn die Maskenmuster 575B bis 575D im ersten Block 580' gebildet werden, diese um einen vorbestimmten Weg (d. h. die Länge einer Seite des gleichseitigen Rechtecks) gegenüber dem Maskenmuster 575A in den Richtungen der X-Achse, der Y-Achse bzw. der X- und der Y-Achse verschoben.
  • In der Zeichnung sind Maskenmuster 575A bis 575D auch außerhalb der vier Blöcke 580' bis 580'''', wie durch die durchgezogene Linie gekennzeichnet, gebildet. Die vier Blöcke 580' bis 580'''' sind gedachte Bereiche zum Erstellen der periodischen Muster 575A bis 575D an einer Lasermaske, und so können die Maskenmuster 575A bis 575D entsprechend Prozessbedingungen, wie einer Laseranlage und einem optischen System, umgeordnet werden.
  • Die Blöcke 580' bis 580'''' können während des 4-Schüsse-Kristallisationsverfahrens als Bezugswert für den nächsten Schuss verwendet werden. Demgemäß ist der Verstellweg in der Richtung der X-Achse (X-Schrittweg (Dx)) im Wesentlichen der Länge der horizontalen Seite des Quadrats (ein Block) gleich, und der Verstellweg in der Richtung der Y-Achse (Y-Schrittweg (Dy)) entspricht im Wesentlichen der Länge der vertikalen Seite des Quadrats. Der X-Schrittweg (Dx) bedeutet den Verstellweg der Lasermaske oder des Tischs in der Richtung der X-Achse für das 4-Schüsse-Verfahren, und der Y-Schrittweg (Dy) bedeutet den Verstellweg der Lasermaske oder des Tischs in der Richtung der Y-Achse, um nach der Kristallisation in der X-Achse mit der Kristallisation in der Y-Achse fortzufahren. Der Y-Schrittweg (Dy) bedeutet auch den Verstellweg der Maske oder des Tischs in der Richtung der Y-Achse in solcher Weise, dass ein tieferer Bereich des Silicium-Dünnfilms, der während der Kristallisation in der X-Achse nicht durch den 4-Schüsse-Laserstrahl bestrahlt wird, durch das 4-Schüsse-Verfahren kristallisiert werden kann. Der X-Schrittweg (Dx) und der Y-Schrittweg (Dy) werden unter Berücksichtigung der Periodizität der vier Blöcke 580' bis 580'''' bestimmt, um eine X- oder eine Y-Überlappung zu beseitigen.
  • Nun wird eine Silicium-Dünnfilm mit den oben beschriebenen vier Maskenmustern durch ein Beispiel beschrieben. Die 13B veranschaulicht ein Beispiel einer Lasermaske, die durch das unter Bezugnahme auf die 13A beschriebene Mustererstellverfahren hergestellt wurde.
  • Wie oben beschrieben, verfügt eine Lasermaske 570, die durch das Maskenerstellverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstellt wird, über vier Blöcke mit dem Maskenmuster 575A mit der Position A, dem Maskenmuster 575B mit der Position, dem Maskenmuster 575C mit der Position C und dem Maskenmuster 575D mit der Position D. Die Lasermaske 570 blendet einen Laserstrahl mit Ausnahme der Transmissionsbereiche der Maskenmuster 575A bis 575D, die mit einer bestimmten Periodizität ausgebildet sind, aus. Die Maske 570 kann aus einem lichtsperrenden Metall, wie Chrom, Aluminium oder dergleichen, bestehen. Obwohl in jedem Block der Lasermaske 570 neun Transmissionsbereiche ausgebildet sind, können unter Berücksichtigung der Prozessbedingungen wie der Laseranlage oder des optischen Systems mehr als neun Transmissionsbereiche in jedem Block ausgebildet werden.
  • Nun wird ein Prozess zum Kristallisieren eines großen Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der oben beschriebenen Lasermaske beschrieben. Die 14A bis 14G veranschaulichen einen sequenziellen Prozess zum Kristallisieren eines Silicium-Dünnfilms unter Verwendung der in der 13B dargestellten Lasermaske.
  • Gemäß der Darstellung sind vier Blöcke der Zweckdienlichkeit der Erläuterung halber durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnet. So ist jeder Block durch eine quadratische, durchgezogene Linie gekennzeichnet. Bei diesem Beispiel entspricht, ausgehend von links, ein erster Block 580' dem Maskenmuster mit der Position A, ein zweiter Block 580'' entspricht dem Maskenmuster mit der Position B, ein dritter Block 580''' entspricht dem Maskenmuster mit der Position C, und ein vierter Block 580'''' entspricht dem Maskenmuster mit der Position D.
  • Gemäß der 14A wird eine erste Kristallisation dadurch ausgeführt, dass ein Laserstrahl durch die in der 13B dargestellte Lasermaske hindurch auf einen auf einem Substrat 510 abgeschiedenen Siliciumfilm 512 gestrahlt wird. Dabei verfügt der Laserstrahl über eine Energiedichte entsprechend dem im früheren Abschnitt beschriebenen Bereich vollständigen Schmelzens, und Kristalle wachsen zu den Zentren der Kreise hin, wobei der an der Grenzfläche positionierte amorphe Silicium(feste Phase)-Dünnfilm 512 als Keim verwendet wird, wodurch erste polykristalline Kristalle 512' in einem ersten bestrahlten Bereich (P1) gebildet werden. Die erste Kristalle 512 verfügen über radiale Körner. In diesem Fall kristallisiert nicht die Gesamtheit des ersten bestrahlten Bereichs (P1), sondern es werden mehrere erste Kristalle 512' mit Kreisform entsprechend den Mustern auf der Maske 570 gebildet. Genauer gesagt, entsprechen die durch die erste Kristallisation kristallisierten Bereiche den Transmissionsbereichen der Maske 570. Demgemäß verfügt, wenn die Maske mit den vier Blöcken 580' bis 580'''' über 36 Transmissionsbereiche verfügt, auch der Siliciumfilm über 36 polykristalline Siliciumkristalle 512', wobei jeder Kristall einen vorbestimmten Radius aufweist.
  • Nachdem die erste Kristallisation abgeschlossen ist, wird der Tisch (nicht dargestellt), auf dem das Substrat platziert ist, oder die Maske 570 in der Richtung der X-Achse um den Weg der Seitenlänge des Quadrats (ein Block) verstellt, wobei es sich um den X-Schrittabstand (Dx) handelt, und dann wird ein zweiter Laserstrahl eingestrahlt. Wenn z. B. der Tisch in der Richtung der '–X'-Achse um den X-Schrittabstand (Dx) verstellt wird, überlappen die durch den dritten Block gebildeten ersten Kristalle 512' mit der Position C mit dem Maskenmuster mit der Position D im vierten Block. Wenn dann ein zweiter Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats gestrahlt wird, werden zweite Kristalle 512'' mit derselben Form wie der der ersten Kristalle 512' gebildet, wie es in der 14B dargestellt ist. Dabei sind die Positionen der zweiten Kristalle 512'' in Bezug auf die ersten Kristalle 512' um den X-Schrittabstand (Dx) verschoben, und so überlappen die zweiten Kristalle 512'' mit einem Teil der ersten Kristalle 512'.
  • Die zwei zentralen Bereiche in der 14B, in denen der erste Laserschuss und der zweite Laserschuss einander überlappen, d. h., wo der erste bestrahlte Bereich (P1) und der zweite bestrahlte Bereich (P2) einander überlappen (mit Ausnahme des zentralen Bereichs, wo der erste bestrahlte Bereich (P1) und der zweite bestrahlte Bereich (P2) in diesem Fall einander nicht überlappen), werden durch den Laserstrahl des zweiten Schusses bestrahlt, so dass ausgehend von den Umfängen der ersten Kristalle 512' Kristalle zu den Zentren der Muster der Maske 570 beim zweiten Schuss wachsen, um die zweiten polykristallinen Kristalle 512'' zu bilden. Anders gesagt, sind die zwei ersten Kristalle 512', die durch die erste Kristallisation kristallisiert wurden, an der Ober- und der Unterseite der zweiten Kristalle 512'' positioniert und die zweite Kristallisation startet ausgehend von den Bereichen 520', wo das Maskenmuster und die zwei ersten Kristalle 512' einander überlappen, um dadurch die zweiten Kristalle 512'' zu bilden, die zu den Zentren des Maskenmusters hin wachsen (sh. die 12B). In der 14B sind die durch den ersten Block der Maske 570 während des zweiten Schusses gebildeten Kristalle die ersten Kristalle, nicht die zweiten Kristalle.
  • Als Nächstes wird der Tisch oder die Maske 570 erneut um den X-Schrittabstand (Dx) in der Richtung der X-Achse verstellt, und dann wird ein dritter Laserstrahl auf den Siliciumfilm 512 gestrahlt. Dabei überlappen die ersten Kristalle 512' mit der Position B, die durch den zweiten Block gebildet wurden, mit dem Maskenmuster mit der Position D im vierten Block. Dann werden, wie es in der 14C dargestellt ist, dritte Kristalle 512''' mit derselben Form wie der der ersten Kristalle 512'' gebildet. Die Positionen der dritten Kristalle 512''' sind um den X-Schrittabstand (Dx) in Bezug auf die ersten Kristalle 512' verschoben, und sie überlappen so mit einem Teil der ersten Kristalle 512' und der zweiten Kristalle 512''.
  • Dabei werden die zwei zentralen Bereiche in der 14C, wo der erste bis dritte Laserschuss einander überlappen, d. h., wo der erste bestrahlte Bereich (P1), der zweite bestrahlte Bereich (P2) und der dritte bestrahlte Bereich (P3) einander überlappen, durch den Laserstrahl des dritten Schusses bestrahlt, so dass ausgehend vom Umfang der ersten und zweiten Kristalle 512' und 512'' dritte Kristalle zu den Zentren der Muster der Maske 570 hin wachsen, um die dritten polykristallinen Kristalle 512''' zu bilden. Im linken Bereich der zwei zentralen Bereiche sind die durch die erste Kristallisation kristallisierten ersten Kristalle 512' auf der linken und der rechten Seite der dritten Kristalle 512'' positioniert, und die dritte Kristallisation startet ausgehend von den Bereichen 520'', wo das Maskenmuster gemäß dem dritten Schuss mit den zwei ersten Kristallen 512'' überlappt, um dadurch die dritten Kristalle 512''' zu bilden, die zu den Zentren des Maskenmusters hin wachsen (sh. die 12C). Außerdem sind im rechten Bereich der zwei zentralen Bereiche die vier ersten Kristalle 512', die durch die erste und die zweite Kristallisation kristallisiert wurden, an der Ober-/Unterseite und der linken/rechten Seite der dritten Kristalle 512''' positioniert, und die dritte Kristallisation startet ausgehend von den Bereichen 520'', wo das Maskenmuster des dritten Schusses und die vier ersten Kristalle 512' einander überlappen, um dadurch die dritten Kristalle 512''' zu bilden, die zu den Zentren des Maskenmusters hin wachsen.
  • Anschließend wird der Tisch oder die Maske 570 erneut um den X-Schrittabstand (Dx) in der Richtung der X-Achse verstellt, und dann wird ein vierter Laserstrahl eingestrahlt, um kontinuierlich mit der Kristallisation in der Richtung der X-Achse fortzufahren. Dabei überlappen die ersten Kristalle 512' mit der Position A, die durch den ersten Block erzeugt wurden, mit dem Maskenmuster mit der Position D im vierten Block. Dann werden, wie es in der 14D dargestellt ist, vierte Kristalle 512'''' mit derselben Form wie der der ersten Kristalle 512' gebildet. Die Positionen der vierten Kristalle 512'''' sind um den X-Schrittabstand (Dx) in Bezug auf die ersten Kristalle 512' verschoben, und sie überlappen so mit einem Teil der ersten, zweiten und dritten Kristalle 512', 512'' und 512'''.
  • Dabei wird der zentrale Bereich, wo der erste bis vierte Laserschuss einander überlappen, d. h., wo der erste bestrahlte Bereich (P1), der zweite bestrahlte Bereich (P2), der dritte bestrahlte Bereich (P3) und der vierte bestrahlte Bereich (P4) einander überlappen, durch den Laserstrahl des vierten Schusses bestrahlt, so dass ausgehend von den Umfängen der zweiten und dritten Kristalle 512'' und 512''', die durch die zweite und dritte Kristallisation kristallisiert wurden, die vierten Kristalle zu den Zentren des Musters der Maske 570 hin wachsen, um die vierten polykristallinen Kristalle 512'''' zu bilden. Anders gesagt, sind vier der zweiten und dritten Kristalle 512'' und 512''', die durch die zweite und die dritte Kristallisation kristallisiert wurden, an der Ober-/Unterseite und der linken/rechten Seite der vierten Kristalle 512'''' positioniert, und die vierte Kristallisation startet ausgehend von den Bereichen 520''', wo das Maskenmuster des vierten Schusses mit den vier zweiten und dritten Kristallen 512'' und 512''' überlappt, um dadurch die vierten Kristalle 512'''' zu bilden, die zu den Zentren des Maskenmusters hin wachsen (sh. die 12D).
  • Auf diese Weise ist, nach dem viermaligen Einstrahlen eines Laserstrahls durch die Lasermaske mit vier Blöcken in der Richtung der X-Achse der Teil des Silicium-Dünnfilms, der viermal bestrahlt wurde (”4-Schüsse-Kristallbereich” oder ”4-Schüsse-Bereich”) ohne X-Überlappung, d. h. ohne Schussmarke, kristallisiert, wie es in der 14D dargestellt ist. D. h., dass der Bereich, in dem die ersten Kristalle 512', die zweiten Kristalle 512'', die dritten Kristalle 512''' die vierten Kristalle 512'''' ausgebildet sind, dem 4-Schüsse-Bereich entspricht, der ohne Schussmarke kristallisiert.
  • Indessen wird der Kristallisationsprozess wiederholt in der Richtung der X-Achse ausgeführt. Dann wird, wie es in den 14E und 14F dargestellt ist, der 4-Schüsse-Kristallbereich (P) ohne Schussmarke in der Richtung der X-Achse größer. Dieser 4-Schüsse-Kristallbereich (P) ist ein gleichmäßiger Kristallbereich ohne Schussmarke, der durch das 4-Schüsse-Kristallisationsverfahren unter Verwendung der Lasermaske mit vier Blöcken, wobei jeder Block über ein periodisches Muster verfügt, erzeugt wird.
  • Der tiefere Bereich des Siliciumfilms ist durch einen Laserstrahl nicht vollständig bestrahlt. Dies, da der Kristallisationsprozess nur in der Richtung der X-Achse ausgeführt wurde. Nachdem der Kristallisationsprozess in der Richtung der X-Achse abgeschlossen wurde (”X-Achse-Kristallisation”), wird die Maske 570 oder der Tisch um den Y-Schrittabstand (Dy) in der Richtung der Y-Achse verstellt (im Fall eines Verstellens des Tischs in der Richtung der '–Y'-Achse), und dann wird der oben hinsichtlich der X-Achse-Kristallisation beschriebene Kristallisationsprozess in der Richtung der '–X'-Achse ausgehend vom Endpunkt, an dem der erste X-Achse-Kristallisationsprozess endete, kontinuierlich ausgeführt, was in der 14G veranschaulicht ist.
  • In diesem Fall wird die Kristallisation dadurch kontinuierlich ausgeführt, dass dieselben Blöcke der Maske 570 wie bei der X-Achse-Kristallisation angewandt werden. Das obere Muster (d. h. das Muster, das jenseits des Blockbereichs ausgebildet ist) der Maske 570 wird entsprechend dem tieferen Bereich positioniert, der nach der ersten X-Achse-Kristallisation nicht vollständig durch einen Laserstrahl bestrahlt ist. So kann der tiefere Bereich durch den Kristallisationsprozess in der Richtung der '–X'-Achse vollständig kristallisiert werden. Durch diese Prozedur kann der durch den Kristallisationsprozess in der Richtung der '–X'-Achse kristallisierte tiefere Bereich ohne Y-Überlappung erzeugt werden.
  • Danach wird das oben beschriebene Verfahren wiederholt in den Richtungen der X-Achse und der Y-Achse angewandt, um polykristallines Silicium einer gewünschten Größe auszubilden. Insbesondere ist der 4-Schüsse-Kristallbereich (P) ein kristallisierter Bereich ohne X- oder Y-Überlappung, der über gleichmäßige Kristallisationseigenschaften verfügt. Dies, da dieser Bereich keine Schussmarke aufweist und/oder die Kristalle über radiale Körner verfügen.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein polykristalliner Silicium-Dünnfilm ohne X- oder Y-Überlappung durch das 4-Schüsse-Kristallisationsverfahren unter Verwendung einer Lasermaske mit vier Blöcken, wobei jeder Block über ein periodisches Muster verfügt, erhalten. Obwohl die Maskenmuster über Transmissionsbereiche mit Kreisform verfügen, können sie auch so ausgebildet sein, dass sie die Form eines regelmäßigen Vielecks haben, wie eines regelmäßigen Dreiecks, eines Quadrats, eines regelmäßigen Sechsecks, eines regelmäßigen Achtecks oder dergleichen. Außerdem verfügt zwar jeder Block über neun Transmissionsbereiche, jedoch kann die Anzahl der Transmissionsbereiche in jedem Block abhängig von Prozessbedingungen variiert werden.
  • Darüber hinaus beträgt zwar der Radius (R) der Transmissionsbereiche L/2√@, wobei L der Abstand zwischen den Zentren der Transmissionsbereiche ist, jedoch kann er variiert werden, solange die Beziehung zwischen R und L der Gleichung 1 genügt. Bei dieser Ausführungsform sind zwar das Maskenmuster mit der Position A, das Maskenmuster mit der Position B, das Maskenmuster mit der Position C und das Maskenmuster mit der Position D der Reihe nach im ersten bis vierten Block der Maske positioniert, jedoch können die Positionen der Maskenmuster variiert werden. Ferner können die vier Maskenmuster mit anderer Reihenfolge erstellt werden, solange ein Lasermaske viermal auf die vier Maskenmuster gestrahlt werden kann.
  • Wie es bei der obigen Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist, werden Laserstrahlen durch eine Lasermaske mit vier Maskenmustern, die in den vier Blöcken der Lasermaske ausgebildet sind, auf einen Silicium-Dünnfilm gestrahlt. Demgemäß wird der Teil des Silicium-Dünnfilms, der viermal durch einen Laserstrahl bestrahlt wird, vollständig kristallisiert. Zum 4-Schüsse-Verfahren gehört eine erste Kristallisation durch den ersten Schuss, eine zweite Kristallisation durch den zweiten Schuss, eine dritte Kristallisation durch den dritten Schuss und eine vierte Kristallisation durch den vierten Schuss. Bei der ersten Kristallisation wachsen Kristalle unter Verwendung des amorphen Silicium-Dünnfilms (feste Phase), der um das kreisförmige Muster herum positioniert ist, was an der Grenzfläche der Umfänge liegt, als Keim zu den Zentren der Muster hin. Bei der zweiten, dritten und vierten Kristallisation wachsen Kristalle unter Verwendung der Umfänge der ersten, zweiten und dritten Kristalle als Startpunkt zu den Zentren der Maskenmuster des zweiten, dritten und vierten Schusses hin. Bei der dritten Kristallisation können Kristalle auch unter Verwendung der Umfänge der Kristalle, die durch die erste Kristallisation kristallisiert wurden, als Startpunkt zu den Zentren des Maskenmusters des dritten Schusses hin wachsen.
  • Nun wird ein Verfahren zum Herstellen eines LCD unter Verwendung eines Silicium-Dünnfilms mit verbesserten Kristallisationseigenschaften gemäß der Erfindung beschrieben. Die 15 ist eine Draufsicht zum Veranschaulichen des Aufbaus einer Flüssigkristalldisplay-Tafel, wobei eine Treiberschaltung mit dem Arraysubstrat der LCD-Tafel integriert ist.
  • Wie dargestellt, verfügt die LCD-Tafel mit integrierter Treiberschaltung über ein Arraysubstrat 820, ein Farbfiltersubstrat 830 und eine zwischen dem Arraysubstrat 820 und dem Farbfiltersubstrat 830 ausgebildete Flüssigkristallschicht (nicht dargestellt). Das Arraysubstrat 820 verfügt über eine Pixeleinheit 825, einen Bildanzeigebereich, in dem Einheitspixel mit Matrixkonfiguration angeordnet sind, und eine Gatetreiberschaltungseinheit 824 und eine Datentreiberschaltungseinheit 823, die an einem Außenrand der Pixeleinheit 825 positioniert sind. Obwohl es nicht dargestellt ist, verfügt die Pixeleinheit 825 des Arraysubstrats 820 über mehrere Gateleitungen und Datenleitungen, die vertikal und horizontal angeordnet sind und eine Vielzahl von Pixelbereichen auf dem Substrat 820 bilden. Die Pixeleinheit verfügt ferner über einen Dünnschichttransistor, ein Schaltbauteil, das nahe den Schnittstellen zwischen den Gateleitungen und den Datenleitungen ausgebildet ist, sowie in den Pixelbereichen ausgebildete Pixelelektroden. Als Schaltbauteil zum Anlegen einer Signalspannung an die Pixelelektrode ist der Dünnschichttransistor (TFT) ein Feldeffekttransistor (FET) zum Steuern des Stromflusses durch ein elektrisches Feld.
  • Betreffend das Arraysubstrat 820 ist die Datentreiberschaltungseinheit 823 an der längeren Seite desselben positioniert, die im Vergleich zum Farbfiltersubstrat 830 vorsteht, und die Gatetreiberschaltungseinheit 824 ist an der kürzeren Seite des Arraysubstrats 820 positioniert. Um ein eingegebenes Signal geeignet auszugeben, verwenden die Gatetreiberschaltungseinheit 824 und die Datentreiberschaltungseinheit 823 einen Dünnschichttransistor mit CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)-Struktur, einen Inverter. Ein CMOS ist ein integrierter Schaltkreis mit MOS-Struktur, der für hochwertige Signalverarbeitung verwendet wird, und er benötigt p- und n-Kanal-Transistoren. Seine Geschwindigkeit und seine Dichteeigenschaften liegen zwischen denen eines NMOS und eines PMOS. Die Gatetreiberschaltungseinheit 824 und die Datentreiberschaltungseinheit 823, die Bauteile zum Liefern eines Scansignals und eines Datensignals an die Pixelelektrode über die Gateleitung und die Datenleitung sind, sind mit einem externen Signaleingangsanschluss (nicht dargestellt) verbunden, um ein über diesen übertragenes externes Signal zu steuern und es an die Pixelelektrode auszugeben.
  • Obwohl es nicht dargestellt ist, sind ein Farbfilter zum Realisieren von Farbe sowie eine gemeinsame Elektrode, die eine Gegenelektrode zur auf dem Arraysubstrat 820 ausgebildeten Pixelelektrode ist, im Bildanzeigebereich 825 ausgebildet. Ein Abstandshalter zwischen dem Arraysubstrat und dem Farbfiltersubstrat dient zum Erzielen eines gleichmäßigen Zellenzwischenraums. Das Arraysubstrat und das Farbfiltersubstrat sind durch ein Abdichtungsmuster aneinander befestigt, das am Außenrand des Bildanzeigebereichs ausgebildet ist, um eine Flüssigkristalldisplay-Tafeleinheit zu bilden. Die zwei Substrate werden mittels eines Befestigungsschlüssels aneinander befestigt, der am Arraysubstrat oder am Farbfiltersubstrat ausgebildet ist. Die LCD-Tafel mit integrierter Treiberschaltung unter Verwendung eines polykristallinen Silicium-Dünnfilms zeigt viele Vorteile dahingehend, dass sie über hervorragende Bauteileeigenschaften, hervorragende Bildqualität, angemessene Anzeigeeigenschaften und niedrigen Energieverbrauch verfügt.
  • Nun wird ein LCD mit integrierter Treiberschaltung unter Verwendung eines gemäß der Erfindung hergestellten kristallisierten Silicium-Dünnfilms mittels seines Herstellprozesses beschrieben. Die 21 veranschaulicht ein Beispiel eines LCD, das unter Verwendung eines Silicium-Dünnfilms hergestellt wurde, der durch ein erfindungsgemäßes Kristallisationsverfahren kristallisiert wurde. Betreffend den an der Pixeleinheit ausgebildeten Dünnschichttransistor (TFT) sind sowohl TFTs vom n- als auch vom p-Typ verfügbar. Für die Treiberschaltungseinheit kann, wie in der Pixeleinheit, ein TFT entweder vom n- oder vom p-Typ verwendet werden, oder es kann auch eine CMOS-Struktur mit sowohl einem n-TFT als auch einem p-TFT verwendet werden. Hierbei veranschaulicht die 16 ein Beispiel eines CMOS-Flüssigkristalldisplays.
  • Ein Verfahren zum Herstellen des CMOS-LCD wird wie folgt beschrieben. Als Erstes wird eine Pufferschicht 821 aus einem Siliciumoxidfilm (SiO2) auf einem Substrat 820 aus einem transparenten Isoliermaterial wie Glas hergestellt. Als Nächstes werden aktive Schichten 824N und 824P aus polykristallinen Silicium auf dem mit der Pufferschicht versehenen Substrat 820 hergestellt. Zu diesem Zweck werden, nachdem ein amorpher Dünnfilm auf der gesamten Oberfläche des Substrats 820 hergestellt wurde, die aktiven Schichten 824N und 824P durch das 4-Schüsse-Kristallisationsverfahren gemäß der Erfindung sequenziell lateral zum Erstarren gebracht. Dabei verwendet das 4-Schüsse-Kristallisationsverfahren eine Lasermaske mit vier Blöcken, von denen jeder über ein periodisches Muster verfügt. Demgemäß kann ein gleichmäßiger polykristalliner Silicium-Dünnfilm ohne Schussmarke hergestellt werden.
  • Danach wird der kristallisierte polykristalline Silicium-Dünnfilm durch einen Fotolithografieprozess strukturiert, um die aktiven Muster 824N und 824P im NMOS- und im PMOS-Bereich auszubilden. Dann wird auf den aktiven Schichten 824N und 824P ein Gateisolierfilm 825A abgeschieden. Anschließend werden Gateelektroden 850N und 850P aus Molybdän (Mo), Aluminium (Al), einer Aluminiumlegierung oder dergleichen in einem bestimmten Bereich (d. h. einem Kanalbildungsbereich der aktiven Schichten 824N und 824P) auf dem Gateisolierfilm 825 hergestellt. Die Gateelektroden 850N und 850P werden durch einen Fotolithografieprozess hergestellt, nachdem ein Gatemetall auf dem Gateisolierfilm 825A abgeschieden wurde. Dann werden ein n-Dotierprozess und ein p-Dotierprozess sequenziell ausgeführt, um einen n-TFT (d. h. einen TFT mit Source-/Drainbereichen 822N und 823N, die durch Implantieren von n+-Ionen in einem bestimmten Bereich der aktiven Schicht 824N erzeugt wurden) und einen p-TFT herzustellen. Dabei werden der Sourcebereich 822N und der Drainbereich 823N des n-TFT dadurch hergestellt, dass ein Element der fünften Gruppe, wie Phosphor (P), das ein Elektron abgeben kann, injiziert werden. Der Source-/Drainbereich 822P und 823P des p-TFT werden durch Injizieren eines Elements der dritten Gruppe wie Bor (B), das ein Loch abgeben kann, hergestellt. Danach wird ein Zwischenschicht-Isolierfilm 825B auf der gesamten Oberfläche des Substrats 820 abgeschieden, und durch einen Fotolithografieprozess werden Kontaktlöcher (nicht dargestellt) hergestellt, um einen Teil der Source-/Drainbereiche 822N, 822P, 823N und 823P freizulegen. Abschließend werden Source-/Drainelektroden 851N, 851P, 852N und 852P so hergestellt, dass sie durch die Kontaktlöcher elektrisch mit den Source-/Drainbereichen 822N, 822P, 823N und 823P verbunden sind, um dadurch ein CMOS-Flüssigkristalldisplay fertigzustellen. Obwohl durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines LCD mit einem kristallisierten Silicium-Dünnfilm angegeben ist, können die Prinzipien der Erfindung auch bei anderen Anzeigebauteilen angewandt werden, wie einem organischen EL, ohne dass eine Beschränkung hierauf bestünde.
  • So wie bisher beschrieben, verfügen die Lasermaske und das Kristallisationsverfahren gemäß der Erfindung über viele Vorteile. Eine erfindungsgemäße Lasermaske verfügt über vier Blöcke, von denen jeder über sein eigenes periodisches Muster verfügt. Durch ein erfindungsgemäßes Kristallisationsverfahren unter Verwendung dieser Lasermaske kann ein polykristalliner Silicium-Dünnfilm ohne X- oder Y-Überlappung, d. h. ohne Schussmarke, durch wiederholtes Anwenden der vier Blöcke erhalten werden. Außerdem kann durch Herstellen eines Flüssigkristalldisplays unter Verwendung des polykristallinen Silicium-Dünnfilms diese Vorrichtung aufgrund der Kristallisationseigenschaften der aktiven Schicht gleichmäßige und verbesserte Eigenschaften zeigen. Darüber hinaus kann auch, da die aktive Schicht über keine Schussmarke verfügt, die Bildqualität des Flüssigkristalldisplays verbessert werden.
  • Der Fachmann erkennt, dass am oben erörterten Display und dem Ansteuerverfahren für dieses verschiedene Modifizierungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. So soll die Erfindung die Modifizierungen und Variationen der Erfindung abdecken, vorausgesetzt, dass sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.

Claims (15)

  1. Lasermaske mit einem ersten bis einem vierten Block (480', 480'', 480''', 480''''; 580', 580'', 580''', 580''''), von denen jeder über ein periodisches Muster (475A, 475B, 475C, 475D; 575A, 575B, 575C, 575D) mit mehreren Kreisform aufweisenden Transmissionsbereichen (473A, 473B, 473C, 473D) und einem Sperrbereich (474A, 474B, 474C, 474D) verfügt, wobei der Abstand L zwischen den Zentren der Transmissionsbereiche (473A, 473B, 473C, 473D) und der Radius R derselben der Beziehung L/(2√2) ≤ R < L/2 genügen.
  2. Lasermaske nach Anspruch 1, bei der ein erstes Maskenmuster (475A; 575A) mit einer Position A, ein zweites Maskenmuster (475B; 575B) mit einer Position B, ein drittes Maskenmuster (475C; 575C) mit einer Position C und ein viertes Maskenmuster (475D; 575D) mit einer Position D jeweils im ersten bis vierten Block (480', 480'', 480''', 480'''', 580'' ...) ausgebildet sind, wobei die Positionen A bis D voneinander verschieden sind.
  3. Lasermaske nach Anspruch 2, bei dem dann, wenn das erste bis vierte Maskenmuster (475A, 475B, 475C, 475D) in einen Block projiziert werden, die Zentren der vier benachbarten Transmissionsbereiche (473A, 473B, 473C, 473D) ein gleichseitiges Rechteck bilden.
  4. Lasermaske nach Anspruch 2, bei dem die Transmissionsbereiche (473A, 473B, 473C, 473D) in jedem Block mit einer Matrixkonfiguration von N Spalten × M Zeilen angeordnet sind (wobei N und M jeweils eine ganze Zahl sind).
  5. Lasermaske nach Anspruch 3, bei dem in Bezug auf das erste Maskenmuster (475A; 575A) im ersten Block (480'; 580') das zweite Maskenmuster (475B; 575B) um die Länge einer Seite des gleichseitigen Rechtecks nach unten verschoben ist, das dritte Maskenmuster (475C; 575C) im dritten Block (480'''; 580''') um die Länge einer Seite des gleichseitigen Rechtecks nach rechts verschoben ist und das vierte Maskenmuster (457D; 575D) im vierten Block (480''''; 580'''') um die Länge einer Seite des gleichseitigen Rechtecks nach rechts und nach unten verschoben ist.
  6. Kristallisationsverfahren, das Folgendes umfasst: – Bereitstellen eines Substrats (510) mit einem Silicium-Dünnfilm (512); – Positionieren einer Lasermaske (570) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche; und – Kristallisieren des Silicium-Dünnfilms (512) durch Einstrahlen eines Laserstrahls durch die Lasermaske (570).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem es zum Kristallisieren des Silicium-Dünnfilms (512) durch Einstrahlen eines Laserstrahls durch die Lasermaske (570) ferner Folgendes gehört: – Kristallisieren des Silicium-Dünnfilms (512) durch ein 4-Schüsse-Verfahren, das ferner Folgendes aufweist: – Einstrahlen eines ersten Laserstrahls auf einen bestimmten Bereich des Silicium-Dünnfilms (512) durch die Lasermaske (570) hindurch; – Verstellen der Lasermaske (570) oder eines Tischs mit dem Substrat (510) in der Richtung einer X-Achse und Strahlen eines zweiten Laserstrahls durch die Lasermaske (570) hindurch; – Verstellen der Lasermaske (570) oder des Tischs in der Richtung der X-Achse und Einstrahlen eines dritten Laserstrahls durch die Lasermaske (570) hindurch; – Verstellen der Lasermaske (570) oder des Tischs in der Richtung der X-Achse und Einstrahlen eines vierten Laserstrahls durch die Lasermaske (570) hindurch; – wiederholtes Ausführen einer Kristallisation des Silicium-Dünnfilms durch das 4-Schüsse-Verfahren in der Richtung der X-Achse; und – Verstellen der Lasermaske (570) oder des Tischs in der Richtung einer Y-Achse und wiederholtes Ausführen des 4-Schüsse-Verfahrens in der Richtung der '–X'-Achse unter Verwendung der Lasermaske.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Lasermaske (570) oder der Tisch um einen Weg verstellt wird, der der Größe eines Blocks (580) entspricht.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Verstellweg der Lasermaske (570) oder des Tischs so bestimmt wird, dass eine X- oder eine Y-Überlappung beseitigt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der eingestrahlte Laserstrahl eine Energiedichte für einen Bereich vollständigen Schmelzens aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Kristallisation eine sequenzielle laterale Erstarrung (SLS) ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der kristallisierte Silicium-Dünnfilm (512) im Wesentlichen frei von einer Schussmarke ist.
  13. Display mit: – einer Gateleitung und einer Datenleitung, die einander schneiden, um ein Pixel zu bilden; und – einem Dünnschichttransistor (TFT) nahe der Schnittstelle, der über eine polykristalline Siliciumschicht verfügt, die unter Verwendung eines Kristallisationsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12 hergestellt ist und die eine Anzahl kreisförmiger Kristalle aufweist, wobei die Zentren von vier benachbarten kreisförmigen Kristallen ein gleichseitiges Rechteck bilden.
  14. Display nach Anspruch 13, das ein Flüssigkristalldisplay oder eine Licht emittierende Diode ist.
  15. Verfahren zum Herstellen eines Displays, umfassend: – Herstellen mehrerer Gateleitungen und Datenleitungen auf einem Substrat, wobei die Gate- und die Datenleitungen einander schneiden, um Pixel zu bilden; und – Herstellen eines Dünnschichttransistors (TFT) nahe jeder Schnittstelle im Pixel unter Verwendung eines Kristallisationsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12.
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