JP2007027737A - 多結晶シリコン薄膜の製造方法、これに使われるマスクパターン及びこれを用いる平板表示装置の製造方法 - Google Patents

多結晶シリコン薄膜の製造方法、これに使われるマスクパターン及びこれを用いる平板表示装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＳＬＳ結晶化法で多結晶シリコン薄膜を製造する場合のレーザービーム内のエネルギー不均一による輝度不均一を改善させた薄膜トランジスタ用多結晶シリコン薄膜の製造方法及びこれに使われるマスクパターンを提供する。また、上記製造方法に用いる平板表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタ用多結晶シリコン薄膜の製造方法、これに使われるマスクパターン及びこれを用いて製造される平板表示装置の製造方法に係り、レーザーが透過する複数個の透過領域で構成される複数個の透過領域集合とレーザーが透過することができない不透過領域が混合された構造を有するマスクを用いて非晶質シリコンをレーザーを利用して結晶化する多結晶シリコン薄膜の製造方法において、マスクをｙ軸方向に移動させながら透過領域は１／ｎだけ重複してレーザービームを照射することで多結晶シリコン薄膜の結晶化が均一にできる。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は薄膜トランジスタ用多結晶シリコンの製造方法、これに使われるマスクパターン及びこれを用いる平板表示装置の製造方法に係り、さらに詳細にはＳＬＳ結晶化技術によって製造された多結晶シリコンを用いるディスプレー素子で発生する輝度不均一を防止することができる薄膜トランジスタ用多結晶シリコンの製造方法、これに使われるマスクパターン及びこれを用いる平板表示装置の製造方法に関する。
通常的に連続側面結晶化法（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ＳＬＳ）は非晶質シリコン層にレーザービームを２回以上重畳照射して結晶粒シリコンを側面成長させることによって結晶化する方法である。これを利用して製造した多結晶シリコン結晶粒は１方向に長い円柱型様子を有することを特徴としており、結晶粒の有限なサイズによって隣接した結晶粒間には結晶粒境界が生じる。
ＳＬＳ結晶化技術を利用して基板上に多結晶または単結晶である粒子が巨大シリコングレーン（ｌａｒｇｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｇｒａｉｎ）を形成することができ、これを利用してＴＦＴを製作した時、単結晶シリコンで製作されたＴＦＴの特性と同様の特性を得ることができると報告されている。
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは通常のＳＬＳ結晶化方法を示す図面である。
ＳＬＳ結晶化方法では図１Ａのようにレーザービームが透過される領域と透過することができない領域を有したマスクを介してレーザービームを非晶質シリコン薄膜層に照射すればレーザービームが透過した領域では非晶質シリコンの溶解が起こるようになる。
レーザービームの照射が終わった後に冷却が始まると、非晶質シリコン／溶融シリコン界面において優先的に結晶化が起こって、この時発生した凝固潜熱により非晶質シリコン／溶融シリコン界面から溶融されたシリコン層方向に温度が徐々に減少される温度勾配が形成される。
したがって、図１Ｂを参照すると、熱流速はマスク界面から溶融されたシリコン層の中央部方向に流れるようになるので多結晶シリコン結晶粒は溶融されたシリコン層が完全に凝固される時まで側面成長が起こるようになるので１方向に長い円柱型形態の結晶粒を有する多結晶シリコン薄膜層が形成される。
この時、溶融されない非晶質シリコン層から結晶粒が成長するのにこの結晶粒の成長方向が接する地点で結晶粒境界が生じるようになる。このように結晶粒成長方向と垂直である方向に形成される結晶粒境界を“プライマリ結晶粒境界”と言う。
次に、図１Ｃに示したように、ステージ移動によりマスクを移動して非晶質シリコン薄膜層と既に結晶化された多結晶シリコン層の一部が露出されるように重畳してレーザービームを照射すれば非晶質シリコン及び結晶質シリコンが溶解された後に、冷却されながらマスクに遮られて溶解されない既に形成された多結晶シリコン結晶粒にシリコン原子が付着されて結晶粒の長さが増加するようになる。
したがって、ＳＬＳ結晶化技術ではマスクパターンのサイズと重畳照射される回数にしたがって結晶粒サイズを制御することができる。
図２は従来の２ショット（ｓｈｏｔ）方式のＳＬＳ技術を用いる多結晶シリコン薄膜の製造方法で使われるマスクパターンを示した図面であって、図３は図２のマスクパターンを用いて多結晶シリコンを製造する場合使われるレーザーのレーザービーム内のエネルギー密度及びそれによって製造される多結晶シリコンを概略的に示した図面である。
図２を参照すると、図２のようなマスクパターンを利用して結晶化をする場合図３のようにレーザービーム内のエネルギー密度が不均一な場合（中心部の場合縁に比べてエネルギー密度が高い）結晶化された多結晶シリコンの結晶性がレーザーパルスが照射される部分別に変わってしまうので、これはＴＦＴ特性に影響を及ぼすようになる。
このようなＳＬＳ技術による非晶質シリコンの結晶化時レーザーエネルギー密度が不均一ならばディスプレー上に輝度不均一が発生するようになる。
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは通常のＳＬＳ技術でレーザーショット混合技術（ｓｈｏｔ ｍｉｘｉｎｇ）による多結晶シリコン薄膜の製造方法で使われるマスクパターンの構造を用いて結晶化する方法を概略的に示す平面図であり、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは各ステージで生成される多結晶シリコン薄膜の平面図である。レーザーショット混合はマスクパターンでｘ軸を基準にして工程を進行する時（すなわち、レーザービームのスキャン方向がｘ軸である場合）、この軸を基準にして結晶化領域を透過パターンで形成して、ｙ軸方向に前記透過パターンが一定間隔でシフト（ｓｈｉｆｔ）されて形成されることによって結晶化されていない領域を結晶化させる方法をいう。
図４Ａは透過領域と不透過領域を具備する通常のマスクを用いて先に非晶質シリコンにレーザーを照射して非晶質シリコンが溶解された後、固形化されながら多結晶シリコンを形成するようになる。そうしてから、図４Ｂに示したように、一定距離だけマスクをシフトした後再びレーザーを照射すれば非晶質シリコンと透過領域が重なる部分の結晶化された領域の多結晶シリコンは図４Ｃに示したように、再び溶解されて結晶化される。このような方法で連続的に続けてスキャニングしながらレーザーを照射して非晶質シリコンと透過領域のマスクパターンが重なる部分での多結晶シリコンが溶解されて再び固形化されながら結晶化がなされる。
図５は前記レーザーショット混合技術によるＳＬＳ結晶化によって製造された多結晶シリコンをディスプレー適用した場合現われる縞模様の跡を示す写真である。
図５に示したように、ショット混合工程の場合輝度不均一現象を減らすことはできるが完全に縞模様の跡をなくすことはできず縞模様の跡が残っているようになって、輝度不均一現象を完全に克服することはできず、また、前記のレーザーショット混合方式の場合最小限一つの結晶を形成するためには４ショット工程が使われて工程時間が長くなるという問題点がある。
一方、特許文献１及び特許文献２には、非晶質シリコンを蒸着した後ＳＬＳ技術で基板全体上の非晶質シリコンを多結晶シリコンに変換したり、基板上の選択領域のみを結晶化する技術が開示されている。
また、特許文献３に開示されているように、ＳＬＳ結晶化技術を利用して巨大粒子シリコングレーンを形成してドライバーと画素配置を含んだＬＣＤデバイス用ＴＦＴ製作時、アクティブチャネル方向がＳＬＳ結晶化方法によって成長された結晶粒方向に対して平行な場合に電荷キャリア方向に対して結晶粒界のバリア効果が最小になるので、単結晶シリコンに次ぐＴＦＴ特性を得ることができる。しかしながら、このような特許でもやはりアクティブチャネル領域と結晶粒成長方向が９０゜である場合には、電荷キャリアのトラップとして作用する多くの結晶粒境界が存在するようになって、ＴＦＴ特性が大幅に低下する。
実際に、アクティブマトリックスディスプレー製作時、駆動回路内のＴＦＴと画素セル領域内のＴＦＴは一般的に９０゜の角度を有する場合があり、この時、各ＴＦＴの特性を大きく低下させないながらＴＦＴ間特性の均一性を向上させるためには結晶成長方向に対したアクティブチャネル領域の方向を３０゜ないし６０゜の角度に傾くように製作することによってデバイスの均一性を向上させることができる。
しかし、この方法もＳＬＳ結晶化技術により形成されるのでレーザーエネルギー密度不均一性による多結晶シリコンの結晶粒不均一が発生するという問題点がある。
一方、特許文献４によればレーザービームパターンを三角形状（“△”）で構成することを特徴としており、前記三角形状（“△”）のビームパターンを横方向に移動しながら結晶化を進行する方法が説明されているが、この場合基板全体にかけて結晶化させることができないし常に結晶化されない領域が存在する短所がある。
国際公開第９７／４５８２７号パンフレット 米国特許第６３２２６２５号明細書 米国特許第６１７７３０１号明細書 大韓民国特許出願公開第２００２−９３１９４号明細書
本発明は上で説明したような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的はＳＬＳ結晶化法で多結晶シリコン薄膜を製造する場合のレーザービーム内のエネルギー不均一による輝度不均一を改善させた薄膜トランジスタ用多結晶シリコン薄膜の製造方法及びこれに使われるマスクパターンを提供することにある。
また、本発明の他の目的は上の製造方法を用いる平板表示装置の製造方法を提供することにある。
本発明は前記目的を達成するために、本発明は
レーザーが透過する複数個の透過領域で構成される複数個の透過領域集合とレーザーが透過することができない不透過領域が混合された構造を有するマスクを用いて非晶質シリコンをレーザーを利用して結晶化する多結晶シリコン薄膜の製造方法において、前記マスクをｙ軸方向に移動させながら前記透過領域は１／ｎだけ重複してレーザービームを照射することを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供する。ただし、ここでｎは自然数であり、レーザーショットの回数を言う。
また、本発明は
レーザーが透過する複数個の透過領域で構成される複数個の透過領域集合とレーザーが透過することができない不透過領域が混合された構造を具備し、前記透過領域集合のうち第１透過領域集合の最下段の透過領域の中心部とｙ軸方向に隣接する第２透過領域集合の最上段の透過領域の中心部間の距離ｘは下記式１ないし式３を満足することを特徴とするマスクパターンを提供する。
（式１）
前記透過領域集合が２個である場合、
ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（（ａ＋ｂ）／２）、
（式２）
前記透過領域集合が３個以上である場合、
ｘ＝（ａ＋ｂ）−（（ａ＋ｂ）／ｍ）、
（式３）
ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（ａ−ｌ）且つ、ａ／２＜Ｉ＜ａ、
前記式１ないし３で、ａは透過領域のｙ軸幅であって、ｂは不透過領域のｙ軸幅であって、ｍはマスク上の前記透過領域集合の個数であって、Ｉは前記透過領域と隣接する透過領域がレーザービームが照射時重複するｙ軸方向の幅をいう。
また、本発明は
多結晶シリコンを半導体層で用いる薄膜トランジスタを具備する平板表示装置の製造方法において、前記半導体層は前記非晶質シリコンを前記の結晶化方法を用いて結晶化させて、パターニングして半導体層を形成する段階を含むことを特徴とする平板表示装置の製造方法を提供する。
以上のように、本発明ではレーザーを利用して非晶質シリコンを結晶化する時にマスクパターンを本発明の実施形態でのようにデザインすることによって結晶化時のレーザーエネルギーの不均一性による多結晶シリコンの不均一な結晶化を防止することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
通常的にＴＦＴの電界移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）は多結晶シリコン結晶粒のサイズによって変わるようになって、結晶粒長さ（サイズ）が長くなるほど電界移動度が増加することになる。例えば、結晶粒長さが３．５μｍである場合に比べて結晶粒長さが３μｍである場合には電界移動度は１５％程度減少するようになる。
ＴＦＴの電流特性値は電界移動度に直接的に比例するようになるので人為的にレーザービームが照射される領域内で多結晶シリコンの結晶粒サイズを変化させることで、レーザービーム内のエネルギー不均一による輝度不均一を改善することができる。
すなわち、レーザービームのエネルギー密度の増加による輝度の増加分を調節して、結晶粒サイズを小さくし、それによって相対的に一定電圧で少ない量の電流を流すようにすることによって、輝度を均一に調節することができる。
図６は本発明によるマスクパターンを概略的に示す図面である。
図６を参照すると、本発明では従来ＳＬＳ方法において使われるマスクパターンとは違ってｘ軸方向にすなわち、列方向に一定に透過領域が形成されている。そして、ｙ軸方向にすなわち、行方向に、一定な間隔ｂを維持しながら等しい透過領域が複数個形成されている。前記透過領域の幅は一定な間隔ａ程度に維持する。
また、前記マスクパターンは複数個の透過領域で構成される透過領域集合Ｓ１、Ｓ２、．．．、Ｓｎを複数個有するように形成される。すなわち、前記マスクパターンはｘ軸を基準にしてすなわち、Ｐ１、Ｐ２、．．、Ｐｎを基準にして等しい形態の透過領域を一つの透過領域集合で構成する。
図７は本発明の第１実施形態で図６のマスクパターンを用いてスキャン回数に関係なく２ショットによって非晶質シリコンをＳＬＳ結晶化技術で結晶化する方法を概略的に示す図面である。
図７を参照すると、前記透過領域を通過してレーザービームが照射された領域は先に溶融され、前記不透過領域にある溶融されない非晶質シリコン層から透過領域の中心部分に溶融された非晶質シリコンが固形化されながら結晶化される。続いて、前記マスクをｙ軸方向に一定距離だけシフトさせた後再びレーザーを照射する。この時、先に結晶化された領域のうち一部が再び透過領域と重複するオーバーラップ領域にもう一度レーザーが照射される。この時、先立った結晶化工程で結晶化されない領域の全部は透過領域が位置してレーザービームが照射されて結晶化される。すなわち、この実施形態では２回のレーザービーム照射によって非晶質シリコンの全領域を結晶化させることができる。
この時、マスクの透過領域パターンは２ショット方式の場合、前記透過領域集合のうちいずれか一つの集合Ｓ１のうち最下段の透過領域の中心とこれに隣接する透過領域集合Ｓ２のうち最上段の透過領域の中心間の距離ｘは次の式１または２を満足するようになる。
（式１）
前記透過領域集合が２個である場合、
ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（（ａ＋ｂ）／２）、
（式２）
前記透過領域集合が３個以上である場合、
ｘ＝（ａ＋ｂ）−（（ａ＋ｂ）／ｍ）、
前記式１及び式２で、ａは透過領域のｙ軸幅であって、ｂは不透過領域のｙ軸幅であって、ｍは３以上の自然数であり、マスク上の前記透過領域集合の個数を言う。
マスクパターンが以上のような式を満足するようになれば、レーザービームを２回照射して非晶質シリコンの全領域を結晶化させることができる。
この時、前記透過領域の形態は矩形または多角形であってもよいが、これらに限られるものではない。
また、前記レーザービームが２回照射されるオーバーラップ領域は前記透過領域と隣接する透過領域が重複するｙ軸方向の幅をＩとすれば、Ｉは０＜Ｉ＜ａ／２でなければならない。Ｉがａ／２以上になれば、レーザービームが重複して２回照射しても非晶質シリコンのすべてがレーザーによって照射されないので２回のレーザーショットによって非晶質シリコンの全領域を結晶化させることができなくなる。
図８は本発明の第２実施形態で図６のマスクパターンを用いてスキャン回数を調節して結晶粒のサイズを調節する場合の非晶質シリコンをＳＬＳ結晶化技術で結晶化する方法を概略的に示す図面である。
図８を参照すると、第２実施形態では一つの非晶質シリコン領域にレーザービームがｎショット照射されて一つの結晶粒を形成するようになる。すなわち、先に、図６のマスクをｔだけ移動させてもう一度レーザーを照射する。このように、続けてｔだけマスクを移動させてレーザーをｎ回照射することによって非晶質シリコンのうち一部領域はｎ回のレーザー照射によって一つの結晶粒が形成されるようになる。ここで、ｔ＝ａ／ｎになる。
この時、前記ｎは３以上になり、第１透過領域集合の最下段の透過領域の中心部とｙ軸方向に隣接する第２透過領域集合の最上段の透過領域の中心部間の距離ｘは下記式３を満足するようになる。
（式３）
ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（ａ−Ｉ）且つ、ａ／２＜Ｉ＜ａ、
前記式３で、
ａは透過領域のｙ軸幅であって、ｂは不透過領域のｙ軸幅であって、Ｉは前記透過領域と隣接する透過領域が重複するｙ軸方向の幅をいう。
そして、前記Ｉはａ−ｔとなる。
また、前記Ｉは下記式４を満足しなければならない。
（式４）
Ｉ＝ａ−[（グレーン長さ−ａ）／（スキャン回数−２）]。
前記式でＩがａ／２以下になれば、２ショット工程になる。すなわち、一定な非晶質領域にレーザーショットを２回照射するようになれば全領域にかけて結晶化されるようになる。
本実施形態では、一定な非晶質シリコンの一部領域をレーザーショットを数回すなわち、ｎ回照射し、結晶化された領域を再び再結晶化する工程を反復することによって、電界移動度などに影響を与える結晶粒境界の影響を最小にし、既存の工程で発生する縞模様現象（輝度不均一現象）をなくすことができる。
図９は前記実施形態によって製造された多結晶シリコンを有機電界発光素子用ＴＦＴに適用した場合前記素子をディスプレーした状態を示す写真である。
図９を参照すると、従来技術によって製造された多結晶シリコンを用いた場合ディスプレー上で発生された輝度不均一による縞模様現象が消えたことを確認することができる。
図１０は本発明の第３実施形態によるマスクパターン及びこれを用いる多結晶シリコンの製造方法を概略的に示す図面である。
図１０を参照すると、第３実施形態では不透過領域がドットパターン形態で構成される。この時、複数個の不透過領域で構成された複数個の不透過領域集合Ｓ１、Ｓ２、．．．、Ｓｎが構成される。前記不透過領域集合に形成されているドットパターン形態の不透過領域は等しいサイズ、すなわち、等しい直径を有するドット形態で前記ドットパターン間の間隔は一定に維持されている。そして、前記等しい不透過領域集合に属するドットパターンは等しい行または等しい列にあるドットパターンは一列に形成されている。
一方、例えば、複数個の不透過領域集合のうち第１不透過領域集合Ｓ１とこれに隣接する第２不透過領域集合Ｓ２に形成されている等しい行に形成されている不透過領域はｙ軸を基準にして、すなわち、ｘ軸方向にｒだけ第２不透過領域集合Ｓ２に形成されている不透過領域がシフトされている。この時、前記ｒは前記マスクパターンをｙ軸方向に移動させる時第２不透過領域集合Ｓ２に形成されている不透過領域と一部は重複するように定められる。
したがって、第３実施形態では先に、マスクを非晶質シリコンに位置させた後に、レーザービームを照射すれば、前記ドット形態の不透過領域にはレーザービームが照射されないのでドットパターン下部の非晶質シリコンを除いては非晶質シリコンが溶融された後固形化されて結晶化される。
前記マスクをｙ軸方向に一定距離だけ移動させた後、前記第１不透過領域集合の不透過領域と前記第２不透過領域集合の不透過領域が一部重複するようにマスクを位置させて、レーザービームを照射するようになれば、結晶化されないドットパターン下部の一部非晶質シリコンと結晶化された一部の結晶質シリコンが溶融された後固形化されて結晶化される。このような過程を２ショットの場合には２回反復すれば良くて、それ以外の方法では２回以上反復して実施すれば非晶質シリコンを多結晶シリコンで製造することができる。
第３実施形態では先の実施形態である第１実施形態及び第２実施形態の場合のように２ショット及びスキャン回数がｎである場合にも適用される。
図１１は本発明の第１実施形態ないし第３実施形態のうちいずれか一つの方法で非晶質シリコンを多結晶シリコンで形成する方法で形成された多結晶シリコンを薄膜トランジスタの半導体層で用いた有機電界発光素子の断面構造を示す断面図である。
図１１を参照すると、先に、基板１００上にバッファー層１１０を形成する。前記基板１００では絶縁透明基板または透明な金属性基板を用いることができて、前記バッファー層１１０は選択的に用いることができて、前記バッファー層１１０としてはＳｉＮｘまたはＳｉＯ２、これらの二重層を用いることができる。
そうしてから、前記バッファー層１１０上に非晶質シリコンを蒸着した後に、本発明の実施形態１ないし３のうちいずれか一つのＳＬＳ結晶化方法を用いて前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層１２０で結晶化させ、パターニングして半導体層１２０を形成する。
続いて、基板１００全面にかけてＳｉＮｘ、ＳｉＯ２またはこれらの二重層でゲート絶縁膜１３０を形成して、前記ゲート絶縁膜１３０上にゲート電極物質を蒸着した後パターニングしてゲート電極１４０を形成する。続いて、前記ゲート電極１４０をマスクにして前記半導体層１２０にｐ型不純物またはｎ型不純物をドーピングして前記半導体層１２０にソース／ドレイン領域１２０ｓ、１２０ｄを形成する。
そうしてから、基板１００全面にかけて層間絶縁膜１５０を形成して、ソース／ドレイン電極１６０ｓ、１６０ｄとソース／ドレイン領域１２０ｓ、１２０ｄをコンタクトするためのコンタクトホールを前記ゲート絶縁膜１３０及び層間絶縁膜１５０に形成する。
前記ゲート絶縁膜１３０、ゲート電極１４０、層間絶縁膜１５０は従来に使われる通常の物質を用いて形成する。
このようにすることによって、薄膜トランジスタが完成される。本実施形態では前記ゲート電極１４０が前記半導体層１２０上部に形成されるトップゲート（ｔｏｐ ｇａｔｅ）型薄膜トランジスタに対して説明したが、前記ゲート電極１４０が前記半導体層１２０下部に形成されるボトムゲート（ｂｏｔｔｏｍ ｇａｔｅ）型薄膜トランジスタにも本発明は適用が可能である。
続いて、前記ソース／ドレイン電極１６０ｓ、１６０ｄ上に絶縁膜１７０を積層する。前記絶縁膜１７０は保護膜であるか平坦化膜またはこれらの積層膜であることができる。続いて、前記絶縁膜１７０上に画素電極１８０をパターニングして形成して、前記画素電極エッジ部分を覆うように基板１００全面にかけて形成して、前記画素電極１８０の上部が開口されるようにパターニングして画素定義膜１９０を形成する。
図示しなかったが、以後従来の工程と同一な工程で前記画素電極１８０上部に有機発光層を含む有機膜層、上部電極を形成して有機電界発光素子を完成する。
本発明では有機電界発光素子を例を挙げて説明したが本発明の実施形態によって製造された多結晶シリコン薄膜はアクティブ形の平板表示素子であればすべて適用されることができる。
通常のＳＬＳ結晶化方法を概略的に示した図面である。 通常のＳＬＳ結晶化方法を概略的に示した図面である。 通常のＳＬＳ結晶化方法を概略的に示した図面である。 従来の２ショット（ｓｈｏｔ）方式のＳＬＳ技術による多結晶シリコン薄膜の製造方法で使われるマスクパターンを示した図面である。 図２のマスクパターンを用いて多結晶シリコンを製造する場合使われるレーザーのレーザービーム内のエネルギー密度及びそれによって製造される多結晶シリコンを概略的に示した図面である。 通常のＳＬＳ技術でレーザーショット混合技術を用いる多結晶シリコン薄膜の製造方法で使われるマスクパターンの構造を用いて結晶化する方法を概略的に示す平面図である。 通常のＳＬＳ技術でレーザーショット混合技術を用いる多結晶シリコン薄膜の製造方法で使われるマスクパターンの構造を用いて結晶化する方法を概略的に示す平面図である。 通常のＳＬＳ技術でレーザーショット混合技術を用いる多結晶シリコン薄膜の製造方法で使われるマスクパターンの構造を用いて結晶化する方法を概略的に示す平面図である。 前記レーザーショット混合技術を用いるＳＬＳ結晶化によって製造された多結晶シリコンをディスプレーに適用した場合に現われる縞模様の跡を示す写真である。 本発明によるマスクパターンを概略的に示す図面である。 本発明の第１実施形態で前記図６のマスクパターンを用いてスキャン回数に関係なく２ショットによって非晶質シリコンをＳＬＳ結晶化技術で結晶化する方法を概略的に示す図面である。 本発明の第２実施形態で図６のマスクパターンを用いてスキャン回数によって結晶粒のサイズが決定される場合非晶質シリコンをＳＬＳ結晶化技術で結晶化する方法を概略的に示す図面である。 前記実施形態によって製造された多結晶シリコンを有機電界発光素子用ＴＦＴに適用した場合の前記素子をディスプレーした状態を示す写真である。 本発明の第３実施形態によるマスクパターン及びこれを用いる多結晶シリコンの製造方法を概略的に示す図面である。 本発明の第１実施形態ないし第３実施形態のうちいずれか一つの方法で非晶質シリコンを多結晶シリコンで形成する方法で形成された多結晶シリコンを薄膜トランジスタの半導体層で用いた有機電界発光素子の断面構造を示す断面図である。
符号の説明
１００ 基板
１１０ バッファー層
１２０ 多結晶シリコン層
１３０ ゲート絶縁膜
１４０ ゲート電極
１５０ 層間絶縁膜
１６０ｓ ソース電極
１６０ｄ ドレイン電極
１７０ 絶縁膜
１８０ 画素電極
１９０ 画素定義膜

Claims (26)

  1. レーザーが透過する複数個の透過領域で構成される複数個の透過領域集合とレーザーが透過することができない不透過領域が混合された構造を有するマスクを用いて非晶質シリコンをレーザーを利用して結晶化する多結晶シリコン薄膜の製造方法において、
    前記マスクをｙ軸方向に移動させながら前記透過領域は１／ｎだけ重複してレーザービームを照射することを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。ただし、ここでｎは自然数であり、レーザーショットの回数を言う。
  2. 前記ｎが２である場合、前記透過領域集合のうち第１透過領域集合の最下段の透過領域の中心部とｙ軸方向に隣接する第２透過領域集合の最上段の透過領域の中心部間の距離ｘは下記式１または式２を満足することを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
    （式１）
    前記透過領域集合が２個である場合、
    ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（（ａ＋ｂ）／２）、
    （式２）
    前記透過領域集合が３個以上である場合、
    ｘ＝（ａ＋ｂ）−（（ａ＋ｂ）／ｍ）、
    前記式１及び式２で、ａは透過領域のｙ軸幅であって、ｂは不透過領域のｙ軸幅であって、ｍは３以上の自然数であり、マスク上の前記透過領域集合の個数を言う。
  3. 前記透過領域のパターン形態は矩形または多角形であることを特徴とする請求項２に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
  4. 前記透過領域と隣接する透過領域が重複するｙ軸方向の幅Ｉは０＜Ｉ＜ａ／２であることを特徴とする請求項２に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
  5. 前記ｎが３以上である場合、第１透過領域集合の最下段の透過領域の中心部とｙ軸方向に隣接する第２透過領域集合の最上段の透過領域の中心部間の距離ｘは下記式３を満足することを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
    （式３）
    ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（ａ−Ｉ）且つ、ａ／２＜Ｉ＜ａ、
    前記式３で、
    ａは透過領域のｙ軸幅であって、ｂは不透過領域のｙ軸幅であって、Ｉは前記透過領域と隣接する透過領域が重複するｙ軸方向の幅をいう。
  6. 前記Ｉは下記式４を満足することを特徴とする請求項５に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
    （式４）
    Ｉ＝ａ−[（グレーン長さ−ａ）／（スキャン回数−２）]。
  7. レーザーが透過する複数個の透過領域で構成される複数個の透過領域集合とレーザーが透過することができない不透過領域が混合された構造を具備し、前記透過領域集合のうち第１透過領域集合の最下段の透過領域の中心部とｙ軸方向に隣接する第２透過領域集合の最上段の透過領域の中心部間の距離ｘは下記式１ないし式３を満足することを特徴とするマスクパターン。
    （式１）
    前記透過領域集合が２個である場合、
    ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（（ａ＋ｂ）／２）、
    （式２）
    前記透過領域集合が３個以上である場合、
    ｘ＝（ａ＋ｂ）−（（ａ＋ｂ）／ｍ）、
    （式３）
    ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（ａ−Ｉ）且つ、ａ／２＜Ｉ＜ａ、
    前記式１ないし３で、ａは透過領域のｙ軸幅であって、ｂは不透過領域のｙ軸幅であって、ｍはマスク上の前記透過領域集合の個数であって、Ｉは前記透過領域と隣接する透過領域がレーザービームが照射時重複するｙ軸方向の幅をいう。
  8. 前記透過領域のパターン形態は矩形または多角形であることを特徴とする請求項７に記載のマスクパターン。
  9. 前記透過領域と隣接する透過領域が重複するｙ軸方向の幅Ｉは０＜Ｉ＜ａ／２であることを特徴とする請求項７に記載のマスクパターン。
  10. 前記Ｉは下記式４を満足することを特徴とする請求項９に記載のマスクパターン。
    （式４）
    Ｉ＝ａ−[（グレーン長さ−ａ）／（スキャン回数−２）]。
  11. レーザーが透過することができない複数個の不透過領域で構成される複数個の不透過領域集合とレーザーが透過する透過領域が混合された構造を有するマスクを用いて非晶質シリコンをレーザーを利用して結晶化する多結晶シリコン薄膜の製造方法において、
    前記マスクをｙ軸方向に移動させながらレーザービームを照射する場合前記不透過領域は１／ｎだけ重複することを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。ただし、ここでｎは自然数であり、レーザーショットの回数を言う。
  12. 前記複数個の不透過領域集合のうち第１不透過領域集合の最下段の不透過領域と前記第１不透過領域集合にｙ軸方向に隣接する第２不透過集合領域の最上段の不透過領域はｘ軸上に一定間隔だけ離れていることを特徴とする請求項１１に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
  13. 前記不透過領域の形態はドット形態であることを特徴とする請求項１１に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
  14. レーザーが透過することができない複数個の不透過領域で構成される複数個の不透過領域集合とレーザーが透過する透過領域が混合された構造を具備し、前記不透過領域集合のうち第１不透過領域集合の最下段の不透過領域の中心部とｙ軸方向に隣接する第２不透過領域集合の最上段の不透過領域の中心部間は一定の距離だけ離れてあることを特徴とするマスクパターン。
  15. 前記不透過領域の形態はドット形態であることを特徴とする請求項１４に記載のマスクパターン。
  16. 多結晶シリコンを半導体層で用いる薄膜トランジスタを具備する平板表示装置の製造方法において、
    前記半導体層は前記非晶質シリコンを請求項１項または請求項１１項の結晶化方法を用いて結晶化させて、パターニングして半導体層を形成する段階を含むことを特徴とする平板表示装置の製造方法。
  17. 前記薄膜トランジスタはゲート電極が前記半導体層下部に形成されることを特徴とする請求項１６に記載の平板表示装置の製造方法。
  18. 前記薄膜トランジスタはゲート電極が前記半導体層上部に形成されることを特徴とする請求項１６に記載の平板表示装置の製造方法。
  19. 前記平板表示装置は有機電界発光素子または液晶表示素子であることを特徴とする請求項１６に記載の平板表示装置の製造方法。
  20. 前記ｎが２である場合、前記透過領域集合のうち第１透過領域集合の最下段の透過領域の中心部とｙ軸方向に隣接する第２透過領域集合の最上段の透過領域の中心部間の距離ｘは下記式１または式２を満足することを特徴とする請求項１６に記載の平板表示装置の製造方法。
    （式１）
    前記透過領域集合が２個である場合、
    ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（（ａ＋ｂ）／２）、
    （式２）
    前記透過領域集合が３個以上である場合、
    ｘ＝（ａ＋ｂ）−（（ａ＋ｂ）／ｍ）、
    前記式１及び式２で、ａは透過領域のｙ軸幅であって、ｂは不透過領域のｙ軸幅であって、ｍは３以上の自然数であり、マスク上の前記透過領域集合の個数を言う。
  21. 前記透過領域のパターン形態は矩形または多角形であることを特徴とする請求項２０に記載の平板表示装置の製造方法。
  22. 前記透過領域と隣接する透過領域が重複するｙ軸方向の幅Ｉは０＜Ｉ＜ａ／２であることを特徴とする請求項２０に記載の平板表示装置の製造方法。
  23. 前記ｎが３以上である場合、第１透過領域集合の最下段の透過領域の中心部とｙ軸方向に隣接する第２透過領域集合の最上段の透過領域の中心部間の距離ｘは下記式３を満足することを特徴とする請求項１６に記載の平板装置の製造方法。
    （式３）
    ｘ＝（ａ＋ｂ）＋（ａ−Ｉ）且つ、ａ／２＜Ｉ＜ａ、
    前記式３で、
    ａは透過領域のｙ軸幅であって、ｂは不透過領域のｙ軸幅であって、Ｉは前記透過領域と隣接する透過領域が重複するｙ軸方向の幅をいう。
  24. 前記Ｉは下記式４を満足することを特徴とする請求項２３に記載の平板表示装置の製造方法。
    （式４）
    Ｉ＝ａ−[（グレーン長さ−ａ）／（スキャン回数−２）]。
  25. 前記複数個の不透過領域集合のうち第１不透過領域集合の最下段の不透過領域と前記第１不透過領域集合にｙ軸方向に隣接する第２不透過集合領域の最上段の不透過領域はｘ軸上に一定間隔だけ離れていることを特徴とする請求項１６に記載の平板表示装置の製造方法。
  26. 前記不透過領域の形態はドット形態であることを特徴とする請求項１６に記載の平板表示装置の製造方法。
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