多晶硅薄膜晶体管的多晶硅膜的形成方法

摘要

本发明提供多晶硅薄膜晶体管(poly－Si TFT)的多晶硅膜的形成方法。本发明多晶硅膜的形成方法是在利用掩膜通过激光照射使蒸镀在玻璃基板上的非晶硅膜结晶形成多晶硅膜的多晶硅薄膜晶体管的多晶硅膜的形成方法，其特征在于，在上述方法中，所述非晶硅膜的结晶化采用使玻璃基板以一定的距离单位平行移动，同时利用具有设定形象的掩膜图形照射激光使晶粒呈圆形地成长的方式进行。

说明书

技术领域

本发明涉及液晶显示装置的制造方法，更具体地，涉及形成多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT)用的多晶硅膜的形成方法。

背景技术

在液晶显示装置或有机发光显示装置等中作为转换元件使用的薄膜晶体管(Thin Film Transi stor，以下称为TFT)是前述平板显示装置的性能中最重要的构成要素。这里，作为判断前述TFT性能标准的迁移率或漏泄电流等，很大程度上受作为电荷传输体迁移途径的活性层有何种状态或结构，即，作为活性层材料的硅薄膜有何种状态或结构所支配。现在常用的液晶显示装置，其TFT的活性层基本上是非晶硅(amorphous silicon，以下称为a-Si)。

然而，由于使用a-Si作为活性层的a-Si TFT迁移率非常低，在0.5cm²/Vs左右，故要制作装入液晶显示装置的一切转换元件则受到限制。这样，液晶显示装置的周边电路用的驱动元件必须非常快速地运转，但由于a-Si TFT不能满足周边电路用驱动元件所要求的运转速度，所以意味着前述a-Si TFT实际上很难实现周边电路用的驱动元件。

另一方面，由于使用多晶硅(polycrystalline silicon，以下称为poly-Si)作为活性层的poly-Si TFT迁移率高达数十～数百cm²/Vs，故可以产生能适应于周边电路用驱动元件的高驱动速度。所以，在玻璃基板上形成poly-Si膜时，不仅像素转换元件，而且周边电路用的驱动部件也可以实现。因此不仅不需要形成周边电路所用的其他途径的模块工序，而且形成像素区域时由于甚至可同时地形成周边电路的驱动部件，故可期待减少周边电路用的驱动部件费用。

不仅如此，而且由于poly-Si TFT高迁移率，故可以比a-Si TFT小型化，此外，由于通过集成工序可以同时形成周边电路的驱动元件和像素区域的转换元件，故线幅宽度更容易微细化，对获得a-Si TFT-LCD难实现的高图像清晰度非常有利。

此外，由于poly-Si TFT具有高电流特性，适合作为新一代平板显示装置，即有机发光显示装置的驱动元件使用，因此，最近正活跃地进行在玻璃基板上形成poly-Si膜制造TFT的poly-Si TFT研究。

作为在玻璃基板上形成前述poly-Si膜所采用的方法，可列举在蒸镀a-Si膜进行热处理使前述a-Si膜结晶化的方法。然而，此时在600℃以上的高温下玻璃基板可能产生变形，因此会导致可靠性及收率降低。

此外，作为不使玻璃基板热损伤而可以只使a-Si膜结晶化的方法，提出了受激准分子激光退火(Excimer Laser Annealing)方法，作为其他的方法还提出了连续侧面结晶化(Sequential Lateral Solidification，以下称为SLS)方法。

这里，前述SLS方法是利用脉冲激光和掩膜图形使a-Si结晶成poly-Si的方法，采用这种方法时，结晶化形态依掩膜的形态与进行方法而有很大不同。

这样的SLS方法，以先形成的poly-Si作为晶种使以后的poly-Si成长，作为代表性的工序有取向(directional)、2-照射(2-shot)、n-照射(n-shot)工序等。

然而，前述的工序如图1所示，成长方向晶粒长大，而与成长方向垂直的方向存在很多晶界(grain boundary)，结果成长方向的电性能好，而垂直方向的电性能比成长方向差。

即，作为利用取向、2-照射或n-照射区域工序的SLS方法，在所形成的不均匀poly-Si膜上形成TFT时，由于TFT的沟道方向依与晶粒成长方向一致的场合和与成长垂直的场合而诱导迁移率的不同，结果诱导TFT性能的不均匀性使制品的性能遭受致命的不良影响。

发明内容

因此，本发明是为了解决上述以往的问题而提出的方案，其目的是提供可以防止因晶粒成长方向而导致TFT性能不均匀的poly-Si TFT的poly-Si膜的形成方法。

为了达到上述目的，本发明提供poly-Si TFT的poly-Si膜的形成方法，其特征是作为利用掩膜图形通过照射激光使蒸镀在玻璃基板上的非晶硅膜结晶化形成多晶硅膜的poly-Si TFT的poly-Si膜的形成方法，前述非晶硅膜的结晶化采用按一定的距离单位使玻璃基板平行移动，同时利用具有设定形象掩膜图形的掩膜照射激光，使晶粒呈圆形成长的方式进行。

这里，前述掩膜图形被分成有一定长度的3个区域，各个区域由6个三角形构成的六角形单元格子(ユニツトセル)构成，各个单元格子中相对的2个三角形提供透过区域，其余的4个三角形提供非透过区域，前述透过区域的位置在各个区域中彼此相异。

前述玻璃基板的平行移动达到掩膜图形上各区域间的距离的程度。前述激光的照射使用使非晶膜完全熔融的能量进行，并利用脉冲持续增量机(pulse duration extender)增加脉冲持续时间进行。

由以下对本发明优选实施例的说明可以看出如上述的本发明的目的和其他的特征及优点等。

附图简述

图1是表示采用以往的SLS方法成长的poly-Si膜微细结构的照片。

图2是说明本发明多晶硅膜形成方法中的掩膜图形的图。

图3是说明本发明多晶硅膜形成方法的图。

图4是表示本发明所形成的多晶硅膜微细结构的图。

符号说明

30玻璃基板

32隔离膜

34非晶硅膜

36多晶硅膜

40掩膜

42 1次激光照射

44 2次激光照射

46 3次激光照射

48 n次激光照射

具体实施方案

以下，参照附图详细地说明本发明的优选实施例。

首先说明本发明的技术原理，虽然本发明采用SLS方法使a-Si结晶形成poly-Si，但在前述结晶时通过改变掩膜图形的形象使晶粒呈圆形地成长。

此时，由于晶粒以没有特定方向性的状态成长，故不会因晶粒的成长方向及与成长垂直的方向产生迁移率的差别而导致TFT性能的不均匀，所以可以提高poly-Si TFT的性能及液晶显示装置的成品性能。

更具体地，图2～图4是对利用本发明的SLS方法形成poly-Si膜的方法进行说明的图，以下对附图进行说明。图2是表示本发明的poly-Si膜形成方法中的掩膜图形的图，图3是说明本发明的poly-Si膜形成方法的图，图4是表示本发明所形成的poly-Si膜微细结构的图。

首先，如图2所图示，本发明的poly-Si膜形成方法使用的掩膜40其掩膜图形被分成有一定长度的3个区域，即，第1照射区域和第2照射区域及第3照射区域。此时，各照射区域由许多个六角形单元格子构成，各单元格子又由6个三角形区域构成。

前述第1照射区域相对的2个三角形提供透过区域A，其余的4个三角形提供非透过区域B。因此，第1照射区域的掩膜图形整个区域的1/3透过激光。与第1照射区域同样，前述第2照射区域相对的2个三角形是透过区域A，其余4个三角形是非透过区域B，但该透过区域A的位置由与第1照射区域位置不同的区域构成，同样地整个区域的1/3透过激光。同样地，前述第3照射区域相对的2个三角形是透过区域A，其余4个三角形是非透过区域B，第1照射区域及第2照射区域中不是透过区域A的其余1/3的区域变成透过区域A。而且，各照射区域的长度在工序进行时成为掩膜图形的平行移动距离。

利用本发明的掩膜40形成poly-Si膜的方法如图3所图示。

参照图3，在玻璃基板30上形成由SiO_x、SiO_xN_y或SiN_x等含硅绝缘膜，Al、Cu、Ag、Ti或W之类的金属膜，或金属氮化膜及金属氧化膜制的隔离膜32后，在前述隔离膜32上蒸镀a-Si膜34。然后，在前述a-Si膜34的上部配置具有如图2所示的掩膜图形的掩膜40的状态下，使用可以使a-Si完全熔融的能量以上的脉冲激光对前述a-Si膜34进行1次激光照射42。

此时，激光只照射在掩膜图形的第1照射透过的2个三角区域上，受到激光照射的区域的a-Si膜完全熔融。而且，完全熔融的a-Si膜温度随时间降低，同时从透过的三角形端部凝固成poly-Si并产生侧面成长(lateralgrowth)。另外，两边成长的晶粒在熔融的三角形区域中因相互碰撞而形成突出部(protrusion)，同时poly-Si的侧面成长停止。经过以上过程，通过第1照射，区域的1/3由a-Si结晶成poly-Si。

接着，使玻璃基板30移动掩膜图形上的平行移动距离左右，并使用脉冲激光进行2次激光照射44。此时对通过第1照射结晶化的区域再照射激光，结果同样地在2个三角形区域完全熔融的a-Si结晶成poly-Si。此时，由于侧面成长以第1照射形成的poly-Si作为晶种进行成长，故晶粒呈连续的圆形进行成长。第2照射又使整个区域的1/3结晶化，总地来讲，通过第1与第2照射，整个区域的2/3结晶化。

然后，再使玻璃基板移动大约平行移动距离，并使用脉冲激光进行3次激光照射46。此时，这次对通过第1照射和第2照射结晶化的区域进行第3照射。由于第3照射与第1及第2照射透过的2个三角形区域不同，因此对通过前述第1及第2照射以a-Si形式残留的区域照射激光，该激光照射的区域的a-Si完全熔融，边凝固边结晶化poly-Si。此时，由于侧面成长以第1照射和第2照射所形成的poly-Si作为晶种进行成长，故晶粒呈连续的圆形进行成长。通过第3照射，激光照射的全部区域结晶化，因此进行激光照射的全部区域结晶成poly-Si。

以后，使玻璃基板移动大约平行移动距离，同时使用脉冲激光进行n次激光照射48，通过这种过程使a-Si膜全部结晶化，最终形成poly-Si膜36。

这里，前述poly-Si膜48如图4所图示，晶粒呈圆形成长，不具有特定的方向性，因此成长成均匀的poly-Si膜。

另外，前述的本发明实施例中，可以使用塑料基板代替玻璃基板，并且可以利用脉冲持续增量机增加脉冲持续时间进行激光照射。此外，除了使a-Si膜多结晶化以外，还可以使a-Ge、a-Si_xGe_y、a-Ga、a-GaN_x或a-Ga_xAs_y等多结晶化，同时也可以使前述的多晶膜本身结晶化。此外，激光照射时，基板移动的方向可以利用前方向及后方向两方。

发明效果

如以上所述，本发明虽然采用SLS方法使a-Si结晶形成poly-Si，但前述结晶时通过改变掩膜图形的形象使晶粒呈圆形地成长，通过晶粒没有特定方向性地成长可以防止TFT上的晶粒因在成长方向及与成长垂直的方向产生迁移率的差别，因此可以防止TFT性能的不均匀性，结果可以提高poly-Si TFT的性能及液晶显示装置的产品性能。

以上，对本发明的特定实施例已进行说明、图示，但本领域技术人员可以对该发明进行修正和改变形式。因此，以下权利要求书可以理解为包含一切可属于本发明的真正思想和范围的修正与改变形式。