專利名稱：激光掩模以及使用該激光掩模的結(jié)晶方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光掩模以及使用該激光掩模的結(jié)晶方法，更具體地，涉及使薄膜晶體管的有源區(qū)域結(jié)晶化而沒有照射標(biāo)記的激光掩模以及使用該激光掩模的結(jié)晶方法。
背景技術(shù)：
近來隨著信息顯示器、尤其是便攜式信息顯示器已引起了極大的關(guān)注，能夠替代現(xiàn)有陰極射線管(CRT)的薄而質(zhì)輕的平板顯示(FPD)裝置已被積極地研究并商用化。特別地，在這些FPD裝置中，液晶顯示器(LCD)作為一種通過使用液晶的光學(xué)各向異性來顯示圖像的裝置，由于它們具有較高的分辨率、顏色再現(xiàn)性能和圖像質(zhì)量等，所以已被廣泛地用于筆記本電腦或者臺式監(jiān)視器。
有源矩陣(AM)驅(qū)動方法通常被用于驅(qū)動LCD器件，這些LCD器件使用非晶硅薄膜晶體管(TFT)作為像素單元中的開關(guān)元件。
非晶硅薄膜晶體管技術(shù)的一般概念是由LeComber等人于1979年在英國創(chuàng)建的，并且在1986年作為三英寸液晶顯示便攜式電視機(jī)而被商用化。最近，已經(jīng)開發(fā)出尺寸超過50英寸的大型TFT-LCD器件。
然而，由于其較低的電子遷移率(＜1cm2/Vsec)，所以非晶硅薄膜晶體管在要求大于1MHz的高速運算的外圍電路上使用受限。因此，已經(jīng)積極地開展了用于通過使用具有大于非晶硅薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率的多晶硅薄膜晶體管，來同時將像素單元和驅(qū)動電路單元集成到玻璃基板上的研究。
由于在1982年就開發(fā)出了液晶顯示彩色電視，所以已經(jīng)將多晶硅薄膜晶體管技術(shù)應(yīng)用于諸如便攜式攝像機(jī)這樣的小型設(shè)備。根據(jù)支持低感光靈敏度和高電場效應(yīng)遷移率的多晶硅薄膜晶體管技術(shù)，可以將驅(qū)動電路直接制造到基板上。
增加的遷移率可以改善驅(qū)動電路單元的操作頻率，該驅(qū)動電路單元確定可以被驅(qū)動的像素數(shù)量，從而可以對顯示器件進(jìn)行良好的微細(xì)加工。另外，通過減小對像素單元的信號電壓的充電時間降低了傳輸信號的失真，從而也預(yù)期圖像質(zhì)量的改善。
此外，與要求高驅(qū)動電壓(即大約25V)的非晶硅薄膜晶體管相比，可以在10V的條件下驅(qū)動多晶硅薄膜晶體管，從而有利地降低了功耗。
另一方面，可以通過以下方式制造多晶硅薄膜晶體管在基板上直接淀積多晶硅薄膜；或者通過在基板上淀積非晶硅薄膜，隨后通過熱處理進(jìn)行使基板結(jié)晶。特別地，為了使用低成本的玻璃基板，需要低溫處理；以及為了將多晶硅薄膜晶體管用于驅(qū)動電路單元中的器件，需要一種用于提高薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率的方法。
一般來說，用于使非晶硅薄膜結(jié)晶的熱處理方法包括固態(tài)結(jié)晶(solid phase crystallization，SPC)方法和受激準(zhǔn)分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)方法。
例如，SPC方法在大約600℃的溫度下形成多晶硅薄膜。在該SPC方法中，在玻璃基板上形成非晶硅薄膜后，通過在大約600℃下執(zhí)行熱處理數(shù)小時到數(shù)十小時，來使該非晶硅薄膜結(jié)晶。通過SPC方法得到的非晶硅薄膜通常具有較大尺寸(大約幾個μm)的晶粒。然而，在該晶粒中包括有許多缺陷。已知這些缺陷對于薄膜晶體管的性能具有負(fù)面影響，盡管不像薄膜晶體管中的晶界那么嚴(yán)重。
ELA方法是在低溫下制造多晶硅薄膜的一種典型方法。在該ELA方法中，通過在數(shù)十納秒的時間內(nèi)對非晶硅薄膜瞬間照射高能量激光束，來使該非晶硅薄膜結(jié)晶。在該方法中，該非晶硅薄膜在非常短的時間內(nèi)熔化并結(jié)晶，以使得玻璃基板不被破壞。
此外，與通過常規(guī)的熱處理方法制造的多晶硅薄膜相比較，通過使用受激準(zhǔn)分子激光器制造的多晶硅薄膜具有優(yōu)異的電特性。例如，非晶硅薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率大約是0.1～0.2cm2/Vsec，而通過常規(guī)的熱處理方法制造的多晶硅薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率大約是10～20cm2/Vsec。通過使用受激準(zhǔn)分子激光方法制造的多晶硅薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率大約大于100cm2/Vsec。
現(xiàn)在將詳細(xì)說明使用激光器的結(jié)晶方法。圖1是示出了結(jié)晶硅薄膜的晶粒尺寸關(guān)于用于形成該結(jié)晶硅薄膜的激光能量密度的曲線圖。
參照圖1，在第一區(qū)域I和第二區(qū)域II中，隨著激光能量密度的增加，多晶硅薄膜的晶粒尺寸也增加。然而，在第三區(qū)域中，當(dāng)照射超過特定能量密度Ec的能量密度時，多晶硅薄膜的晶粒尺寸急劇減小。也就是說，硅薄膜的結(jié)晶機(jī)理根據(jù)所照射的激光能量密度而不同，現(xiàn)在將詳細(xì)解釋這種不同。
圖2A到2C，3A到3C和4A到4C是示出了根據(jù)圖1的曲線圖中的激光能量密度的硅結(jié)晶機(jī)理的截面圖。這些圖示出了根據(jù)各個激光能量密度的順序結(jié)晶過程。利用激光退火的非晶硅結(jié)晶機(jī)理受各種因素影響，諸如激光照射條件(即，激光能量密度、照射壓力(irradiationpressure)、基板溫度等)、非晶硅薄膜的物理和幾何特性(即，吸收系數(shù)、導(dǎo)熱性、質(zhì)量、雜質(zhì)包含度、厚度等)等。
首先，如圖2A到2C所示出的，圖1所示曲線的第一區(qū)域I是部分熔化區(qū)域，非晶硅薄膜12僅向下結(jié)晶到虛線。此時形成的晶粒30的尺寸大約是數(shù)百個。
也就是說，當(dāng)將第一區(qū)域的激光束照射到其上形成有緩沖層11的基板10上的非晶硅薄膜12上時，非晶硅薄膜12熔化。同時，將強(qiáng)激光能量照射在直接暴露于激光束的非晶硅薄膜12的表面上，而將相對弱的激光能量照射在非晶硅薄膜12的下部。結(jié)果，非晶硅薄膜12僅熔化掉一定的部分，以實現(xiàn)部分結(jié)晶。
在激光結(jié)晶方法中，結(jié)晶生長的過程包括第一次熔化，其中通過激光照射來熔化非晶硅表層；第二次熔化，其中通過在所述第一次熔化層固化期間產(chǎn)生的潛熱來熔化下面的層；以及利用該固化的晶體生長?，F(xiàn)在將詳細(xì)描述這些晶體生長過程。
被激光束照射的非晶硅薄膜具有大約大于1000℃的熔化溫度，并且首先熔化為液態(tài)。然后，因為在第一次熔化層與下面的硅以及基板之間存在大的溫差，所以該第一次熔化層直到出現(xiàn)固相成核和固化時才迅速冷卻。由激光束照射形成的熔化層一直殘留，直到固相成核和固化完成為止。因此，當(dāng)激光能量密度高、或者散發(fā)到外部的熱量較低，處在未出現(xiàn)燒蝕(ablation)的范圍內(nèi)時，該熔化狀態(tài)長時間持續(xù)。此外，第一次熔化層在低于結(jié)晶硅熔化溫度(1400℃)的溫度(1000℃)熔化，因此，在溫度低于相變溫度時，該熔化層冷卻并且保持過冷狀態(tài)。當(dāng)該過冷狀態(tài)較大時，也就是說當(dāng)薄膜的熔化溫度低或冷卻速度快時，在固化時的成核速度變大，以實現(xiàn)精細(xì)的晶體生長。
一旦第一次熔化層在固化開始時冷卻，晶體就會從晶核開始向上生長。當(dāng)?shù)谝淮稳刍瘜拥臓顟B(tài)從液態(tài)變換到固態(tài)時，潛熱就會放出。結(jié)果，第二次熔化開始，使處于固態(tài)的下面的非晶硅薄膜熔化，接著再次出現(xiàn)固化。因此，重復(fù)該過程以使晶體生長。與第一次熔化層相比，下面的第二熔化層過度冷卻程度更大，因此，成核速度增加以使得晶體尺寸更小。
因此，改善結(jié)晶特性的一種有效方法是降低冷卻速度。可以通過阻止將已吸收激光能的熱量散發(fā)到外部(例如通過加熱基板、照射雙光束、插入緩沖絕緣層等)來降低冷卻速度。
圖3A到圖3C是順序地示出了與圖1所示曲線的第二區(qū)域II相對應(yīng)的硅結(jié)晶機(jī)理的截面圖。該第二區(qū)域II表示接近完全熔化區(qū)域。
由該附圖可見，多晶硅薄膜具有大約3000到4000的相對大的晶粒(30A到30C)，并且向下形成到下面的緩沖層11的界面。也就是說，當(dāng)將接近完全熔化的能量(但不是完全熔化的能量)照射到非晶硅薄膜12上時，與緩沖層11相鄰的該非晶硅薄膜12熔化。同時，在已熔化硅薄膜12’和緩沖層11之間的界面處存在未被熔化的固體籽晶35。這些籽晶起到晶核的作用，以引起橫向生長，從而形成相對大尺寸的晶粒30A到30C。
然而，由于僅當(dāng)該激光能使得在與緩沖層11的界面上能夠殘留有未熔化的籽晶35時，才能夠使用這種結(jié)晶方法，所以處理窗口(處理容限)不利地非常受限。另外，籽晶35是非均勻地產(chǎn)生的，所以多晶硅薄膜的結(jié)晶晶粒30A到30C可能具有不同的結(jié)晶方向和不同的結(jié)晶特性。
圖4A到4C是示出了與圖1所示圖線的第三區(qū)域III相對應(yīng)的完全熔化區(qū)域的結(jié)晶機(jī)理的截面圖。
如該附圖可見，利用與第三區(qū)域III相對應(yīng)的能量密度不規(guī)則地形成非常小的晶粒30。也就是說，當(dāng)激光能量密度大于特定能量密度水平Ec時，對非晶硅薄膜12施加了足夠的能量，以完全熔化該非晶硅薄膜12。結(jié)果，在該非晶硅薄膜12未殘留可以生長為晶粒的固態(tài)籽晶。之后，已通過接收強(qiáng)的激光能量而熔化的硅薄膜12’經(jīng)歷快速冷卻過程，這導(dǎo)致核30的生成和精細(xì)的晶粒30。
另一方面，使用脈沖型激光器的受激準(zhǔn)分子激光退火方法通常被用于激光結(jié)晶。然而，已經(jīng)提出了一種順序橫向固化(SLS)法，其中通過在水平方向上生長晶粒來顯著地改善結(jié)晶特性。
該順序橫向固化(SLS)法利用了如下的事實晶粒從液態(tài)硅和固態(tài)硅之間的界面開始，沿著與該邊界表面相垂直的方向生長。這里，SLS是這樣一種結(jié)晶方法通過適當(dāng)?shù)乜刂萍す饽艿拇笮『图す馐恼丈浞秶鷣碓黾庸杈Я５某叽纾瑥亩跈M向上將晶粒生長為預(yù)定的長度。
當(dāng)SLS作為橫向固化的一個示例時，將參照圖5A到5C來描述用于該橫向固化的結(jié)晶機(jī)理。圖5A到5C是順序地示出了根據(jù)該橫向固化的結(jié)晶過程的截面圖。
首先，如圖5A中所示出的，當(dāng)將大于非晶硅薄膜112完全熔化(即，圖1所示圖線的第三區(qū)域III)的能量密度的激光能量照射到非晶硅薄膜112上時，該非晶硅薄膜112的已被照射了激光能的部分完全熔化。在該方法中，通過使用已構(gòu)圖的掩?？梢孕纬杉す庹丈鋮^(qū)域和激光非照射區(qū)域。
同時，正如圖5B和5C中所示出的，由于在該非晶硅薄膜112上照射了充足的能量，所以該非晶硅薄膜112完全熔化。然而，由于以某種間隔來照射激光束，所以，在激光未照射區(qū)域的硅薄膜112和存在于與已熔化硅薄膜112’的交界處的固態(tài)硅用作為晶體生長的核。
也就是說，在完全照射了激光束之后，熔化的硅薄膜112’從左/右表面(即從激光未照射區(qū)域)起立即冷卻。這是因為與位于硅薄膜112和112’下部的緩沖層111或者玻璃基板110相比，位于左/右表面的固態(tài)非晶硅薄膜112具有較高的導(dǎo)熱性。
因此，在位于左/右兩側(cè)的固態(tài)和液態(tài)之間的界面(而不是中心部分)處，熔化的硅薄膜112’首先達(dá)到成核溫度，從而在對應(yīng)的部分處形成晶核。在形成了晶核之后，晶粒130A和130B從較低溫度側(cè)向著較高溫度側(cè)(即從該界面到中心部分)水平地生長。因此，通過橫向晶體生長形成了大尺寸的晶粒130A和130B，并且由于利用第三區(qū)域III的能量密度來執(zhí)行處理，所以處理窗口(處理容限)被有利地加寬(未受限制)。
然而，為了增加晶粒的尺寸，SLS方法通過無限小地并且重復(fù)地移動掩?；蛘吲_(stage)來進(jìn)行結(jié)晶。因此，可能要花費較長的時間來使大尺寸的硅膜結(jié)晶，所以整個處理時間可能被延長，而處理的合格率可能變低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種激光掩模及使用該激光掩模進(jìn)行結(jié)晶的方法，該方法基本上消除了由于現(xiàn)有技術(shù)的局限和不利所引起的一個或多個問題。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供一種能夠防止照射標(biāo)記(shot mark)或者將照射標(biāo)記減到最小的兩塊(two-block)激光掩模。
本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點將在下面的說明中闡述，并且部分內(nèi)容通過該說明中而明確，或者可以通過對本發(fā)明的實踐來獲知。將通過在書面說明及其權(quán)利要求和附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)并獲得本發(fā)明的這些優(yōu)點。
為了實現(xiàn)這些和其他優(yōu)點以及根據(jù)本發(fā)明的目的，正如本文所包含和廣泛描述的，用于使硅薄膜的預(yù)定區(qū)域結(jié)晶的激光掩模包括在第一塊中的第一掩模圖案；以及，在第二塊中的第二掩模圖案，該第二掩模圖案是第一掩模圖案的相反圖案。
在本發(fā)明的另一方面中，使用激光掩模進(jìn)行結(jié)晶的方法包括提供陣列基板，在該基板中限定有N×M個有源區(qū)域；該基板上方布置具有第一和第二塊的激光掩模，其中該第一和第二塊分別具有第一和第二掩模圖案，并且該第二掩模圖案是該第一掩模圖案的相反圖案；通過第一塊，在所述有源區(qū)域上照射第一激光束；并且通過第二塊，在所述有源區(qū)域上照射第二激光束。
在本發(fā)明的又一個方面中，一種顯示器的制造方法包括提供具有硅薄膜的基板；在該基板上方布置具有第一和第二塊的激光掩模，其中該第一和第二塊分別具有第一和第二掩模圖案，并且該第二掩模圖案是該第一掩模圖案的相反圖案；通過第一塊，在所述硅薄膜上照射第一激光束；以及通過第二塊，在所述硅薄膜上照射第二激光束。
應(yīng)當(dāng)理解，上面的一般性描述和下面的詳細(xì)描述都是示例性的和解釋性的，并且旨在提供對如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


所包括的附圖提供了對本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，并被并入本說明書中，并且構(gòu)成說明書的一部分，附圖用于說明本發(fā)明的實施例，并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
在附圖中圖1示出了結(jié)晶的硅薄膜的晶粒尺寸相對于所施加的激光的能量密度的曲線圖；圖2至圖4是示出了根據(jù)圖1所示曲線中的激光能量密度的硅結(jié)晶機(jī)理的截面圖；圖5A至5C是順序地示出了根據(jù)橫向固化的結(jié)晶過程的截面圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示板的示意性的平面圖；圖7是示出了圖6中示出的液晶顯示板的陣列基板上的圖像顯示區(qū)域的多個部分的示意性的示例圖；圖8A和8B是示出了與有源區(qū)域相對應(yīng)的激光掩模的兩個塊的示例圖，所述兩個塊被用于根據(jù)本發(fā)明的順序橫向固化；圖9A和9B是示出了使用圖8A和8B示出的激光掩模使硅薄膜結(jié)晶的過程的示例圖；圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的兩塊激光掩模的一部分的示例圖；圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的兩塊激光掩模的一部分的示例圖；而圖12是示出了利用通過根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶方法結(jié)晶的硅薄膜而制造的液晶顯示器件的示例圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，附圖中示出了其示例。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示板的示意性的平面圖，其中驅(qū)動電路與該液晶顯示板的陣列基板相集成。
參照圖6，集成驅(qū)動電路的液晶顯示板200包括陣列基板210、濾色器基板205、以及形成在陣列基板210和濾色器基板205之間的液晶層(未示出)。陣列基板210還包括作為圖像顯示區(qū)域的像素單元215，在像素單元215中，以矩陣結(jié)構(gòu)排列有多個單位像素216；選通驅(qū)動電路單元214和數(shù)據(jù)驅(qū)動電路單元213，位于像素單元215的外部。
盡管在圖中未示出，但是陣列基板210的像素單元215包括彼此交叉的多條選通線和多條數(shù)據(jù)線，以在基板210上限定多個單位像素216；薄膜晶體管，作為形成在選通線和數(shù)據(jù)線的每個交叉處附近的開關(guān)裝置；以及，像素電極，形成在單位像素216區(qū)域中。作為用于向像素電極施加信號電壓以及從像素電極中斷信號電壓的開關(guān)裝置，薄膜晶體管是通過電場來控制電流流動的場效應(yīng)晶體管(FET)。
對于陣列基板210的驅(qū)動電路單元213和214，數(shù)據(jù)驅(qū)動電路單元213位于陣列基板210的較長側(cè)上，與濾色器基板205相比較是突出的，而選通驅(qū)動電路部分214位于陣列基板210的較短側(cè)上。選通驅(qū)動電路單元214和數(shù)據(jù)驅(qū)動電路單元213包括具有CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，該薄膜晶體管是用于適當(dāng)?shù)剌敵鏊斎氲男盘柕淖儞Q器(inverter)。
選通驅(qū)動電路單元214和數(shù)據(jù)驅(qū)動電路單元213是用于分別通過選通線和數(shù)據(jù)線將掃描信號和數(shù)據(jù)信號提供給像素電極的裝置，其被連接到外部信號輸入端子(未地出)，以控制通過外部信號輸入端子傳送的外部信號，并將該信號輸出到像素電極。
盡管未示出，但是在濾色器基板205的圖像顯示區(qū)域215上形成有用于實現(xiàn)彩色的濾色器和公共電極，該公共電極是形成在陣列基板210上的像素電極的相反電極。在陣列基板210和濾色器基板205之間形成有間隔件(未示出)，用來提供均勻的單元間隙。陣列基板210和濾色器基板205通過形成在圖像顯示區(qū)域215的外邊緣上的密封圖案接合，以形成液晶顯示板200。
薄膜晶體管形成在陣列基板210的圖像顯示區(qū)域215的每個單位像素216上(即，在選通線和數(shù)據(jù)線的各個交叉處附近)，以及包括數(shù)據(jù)驅(qū)動電路單元213和選通驅(qū)動電路單元214的驅(qū)動電路單元的預(yù)定區(qū)域附近。根據(jù)本發(fā)明，通過激光結(jié)晶方法僅在有源區(qū)域上選擇性地進(jìn)行結(jié)晶，在該有源區(qū)域中布置有薄膜晶體管的有源層，從而縮短了該結(jié)晶的處理時間?，F(xiàn)將詳細(xì)描述該處理。
圖7是示意性示出了圖6中示出的液晶顯示板的陣列基板中的圖像顯示區(qū)域的多個部分的示例圖。為了方便，在圖7中示出了以2×2矩陣結(jié)構(gòu)排列的4個單位像素。
參照圖7，可以將圖像顯示區(qū)域的各個單位像素216分成兩個區(qū)域。形成有開關(guān)裝置的有源層的有源區(qū)域216A(第一區(qū)域)需要結(jié)晶處理；而像素區(qū)域216B(第二區(qū)域)(一個單位像素216中的除了第一區(qū)域216A以外的區(qū)域)不需要結(jié)晶處理。
在該附圖中，有源區(qū)域216A以長方形示出。然而，本發(fā)明并不限于此，有源區(qū)域216A可以根據(jù)有源圖案的設(shè)計條件具有各種形狀。在此，假定通過對有源層進(jìn)行構(gòu)圖而形成的有源圖案位于有源區(qū)域216A內(nèi)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的原理，在制造陣列基板時，可以通過僅使有源區(qū)域選擇性地結(jié)晶來縮短結(jié)晶處理時間。在該有源區(qū)域中，有源圖案所位于的區(qū)域基本上是沒有激光照射標(biāo)記的，當(dāng)通過順序橫向固化形成時，該有源圖案的多晶硅薄膜具有均勻、極好的電特性。
激光照射標(biāo)記是在激光束相交疊的所有激光結(jié)晶方法中出現(xiàn)的問題。根據(jù)本發(fā)明，通過利用激光掩模圖案的周期性以及將激光掩模的多個塊之間的邊界區(qū)域形成為阻光區(qū)域(或者非透射區(qū)域)，來防止或最小化該照射標(biāo)記問題。
圖8A和8B是示出了與有源區(qū)域相對應(yīng)的兩塊激光掩模，所述兩塊激光掩模被用于根據(jù)本發(fā)明的順序橫向固化。如圖所示，每塊掩模具有一圖案，并且通過這兩塊掩模照射激光束兩次，可以使有源區(qū)域完全結(jié)晶。
圖8A示出了激光掩模的第一塊260。如圖8A所示，第一塊包括具有狹縫形狀(slit shape)的多個第一透光區(qū)域240A，用于透射光束；以及，具有狹縫形狀的多個第一阻光區(qū)域240B，用于阻擋光束。第一透光區(qū)域240A與有源區(qū)域216A相對應(yīng)。如圖8B所示，激光掩模的第二塊260’包括具有狹縫形狀的多個第二透光區(qū)域240A’，用于透射光束；以及，具有狹縫形狀的多個第二阻光區(qū)域240B’，用于阻擋光束。第二透光區(qū)域240A’與有源區(qū)域216A相對應(yīng)。
第二透光區(qū)域240A’位于與第一塊的第一阻光區(qū)域240B相對應(yīng)的區(qū)域上，而第二阻光區(qū)域240B’位于與第一塊的第一透光區(qū)域240A相對應(yīng)的區(qū)域上。因此，第一塊的第一透光區(qū)域240A和第二塊的第二透光區(qū)域240A’覆蓋了有源區(qū)域216A的整個區(qū)域。因此，通過激光掩模的兩個塊260和260’照射激光束兩次，可以使有源區(qū)域216A的整個區(qū)域結(jié)晶(“兩次照射結(jié)晶(two-shot crystallization)”)。
在該示例中，盡管透光區(qū)域240A和240A’與阻光區(qū)域240B和240B’形成為具有沿水平方向的狹縫形狀，但是本發(fā)明不限于此，它們可以被形成為具有所有方向上的各種形狀。換言之，根據(jù)本發(fā)明激光掩模可以各種方式來構(gòu)造，只要第二塊具有第一塊的相反圖案即可，從而可以通過兩次照射結(jié)晶來使有源區(qū)域216A的整個區(qū)域結(jié)晶。
圖9A和9B示出了通過使用圖8A和8B示出的激光掩模來使硅薄膜結(jié)晶的過程的示例圖。事實證明，通過使用兩塊激光掩模的結(jié)晶處理而形成的硅薄膜沒有照射標(biāo)記。
參照圖9A，當(dāng)利用激光束通過圖8A中示出的激光的第一塊260(即通過掩模圖案240的第一透光區(qū)域240A)，第一次照射由非晶硅薄膜230形成的有源區(qū)域216A時，該非晶硅薄膜變成多晶硅薄膜230A，該多晶硅薄膜230A是具有朝垂直方向(即圖中所示的Y軸方向)生長的晶粒的第一晶體。在結(jié)晶期間，位于未被激光束照射的界面上的非晶硅薄膜230用作晶核。
通過第一次結(jié)晶而結(jié)晶的區(qū)域與激光掩模的第一透光區(qū)域240A相對應(yīng)。當(dāng)考慮到通過順序橫向固化來生長的晶粒的最大尺寸而配置第一透光區(qū)域240A的寬度W時，第一晶體可以具有大尺寸晶粒，且僅具有一個晶界245。
在完成第一次結(jié)晶之后，通過圖8B中所示的激光掩模的第二阻光區(qū)域260’照射激光束而進(jìn)行第二次結(jié)晶，從而使剩余的非晶硅薄膜結(jié)晶。第二次結(jié)晶是在通過在不移動激光掩?；蛘咂渖戏胖糜谐练e有非晶硅膜的基板的臺的情況下照射激光束而實現(xiàn)的。如圖9B所示，通過使用由第一次結(jié)晶而結(jié)晶的硅薄膜230A作為籽晶，晶粒朝著第二塊的掩模圖案240’的第二透光區(qū)域240A’生長。結(jié)果，形成了多晶硅的第二晶體230B，從而使有源區(qū)域216A的整個區(qū)域結(jié)晶。
通過第二次結(jié)晶而結(jié)晶的硅薄膜(第二晶體230B)可以具有多個晶粒，這些晶粒從通過第一次結(jié)晶形成的晶界245向通過第二次結(jié)晶形成的晶界245’生長。在此，當(dāng)?shù)诙腹鈪^(qū)域240A’的寬度W等于第一透光區(qū)域240A的寬度時，這些晶粒就變成與寬度W一樣大。
因此，當(dāng)通過應(yīng)用兩塊激光掩模來執(zhí)行兩次照射結(jié)晶時，基板的有源區(qū)域216A可以在沒有X交疊或Y交疊(即沒有照射標(biāo)記)的情況下被結(jié)晶。
上述的兩個塊可以以各種方式應(yīng)用于激光掩模。例如，現(xiàn)在將描述將兩個塊應(yīng)用到一個激光掩模的實施例。
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的兩塊激光掩模的一部分的示例圖，其中示出了用于通過兩次照射使2×2個單位像素的有源區(qū)域316A結(jié)晶的激光掩模的結(jié)構(gòu)。盡管本實施例僅示出了用于使具有2×2個單位像素的有源區(qū)域316A結(jié)晶的激光掩模，但是本發(fā)明不限于此，可以根據(jù)液晶顯示板的尺寸以及激光光學(xué)系統(tǒng)的條件來將激光掩模配置為使具有N×M個單位像素的有源區(qū)域結(jié)晶。
參照圖10，激光掩模360包括兩個塊。第一塊具有用于首先使2×2有源區(qū)域316A結(jié)晶的第一掩模圖案(即多個第一透光區(qū)域340A和多個第一阻光區(qū)域340B)，而第二塊具有用于其次使剩余區(qū)域結(jié)晶的第二掩模圖案(即多個第二透光區(qū)域340A’和多個第二阻光區(qū)域340B’)。
此時，第一塊的第一透光區(qū)域340A與第二塊的第二阻光區(qū)域340B’相對應(yīng)，而第一塊的第一阻光區(qū)域340B與第二塊的第二透光區(qū)域340A’相對應(yīng)，使得通過兩次照射結(jié)晶使整個有源區(qū)域316A結(jié)晶。
在兩次照射結(jié)晶期間，第二次結(jié)晶可以通過以下方式進(jìn)行將激光掩模360或者基板(未示出)在水平方向移動一個塊的距離、并且在完成第一次結(jié)晶之后通過第二塊照射激光束。此外，盡管未示出，但是根據(jù)本發(fā)明，為了使液晶顯示板的N×M個有源區(qū)域316A結(jié)晶，可以將激光掩模或者基板在期望方向上重復(fù)移動。
在該掩模圖案中，透光區(qū)域340A和340A’以及阻光區(qū)域340B和340B’具有沿水平方向的狹縫形狀，因此，在結(jié)晶期間晶粒在垂直方向上生長。所以，第一實施例中的激光掩模360可適合用于使沿垂直方向排列的薄膜晶體管的溝道結(jié)晶，由于在這些溝道中的晶粒沿垂直方向生長，從而可以提高薄膜晶體管的遷移率。當(dāng)希望將這些通道形成在水平方向時，下面的實施例是優(yōu)選的，其中激光掩模中的掩模圖案被排列在垂直方向上。
圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的兩塊激光掩模的一部分的示例圖，除掩模圖案被形成在不同的方向之外，其具有與圖10的第一實施例中示出的激光掩模相同的結(jié)構(gòu)。
如圖11所示，在第一塊中形成有用于首先使2×2有源區(qū)域416A結(jié)晶的第一掩模圖案(即多個第一透光區(qū)域440A和多個第一阻光區(qū)域440B)，而在第二塊中形成有用于其次使剩余區(qū)域結(jié)晶的第二掩模圖案(即多個第二透光區(qū)域440A’和多個第二阻光區(qū)域440B’)。
第一塊的第一透光區(qū)域440A與第二塊的第二阻光區(qū)域440B’相對應(yīng)，并且第一塊的第一阻光區(qū)域440B與第二塊的第二透光區(qū)域440A’相對應(yīng)。與第一實施例的掩模圖案不同，阻光區(qū)域440A和440A’與透光區(qū)域440B和440B’都具有沿垂直方向的狹縫形狀。
接下來，將說明使用根據(jù)本發(fā)明形成的多晶硅薄膜的液晶顯示板的制造方法。
圖12是示出了通過使用由根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶方法而結(jié)晶的硅薄膜而制造的液晶顯示板的示例圖。
在此，或者N型或者P型薄膜晶體管可用于像素單元上的薄膜晶體管。對于驅(qū)動電路單元，典型地使用具有N型和P型兩種薄膜晶體管的CMOS結(jié)構(gòu)。然而，作為參考，在圖中示出了CMOS結(jié)構(gòu)的示例。
下面，將描述制造液晶顯示器件的方法。
首先，在由諸如玻璃的透明材料制成的基板510上形成由二氧化硅膜SiO2制成的緩沖層511。
其次，在其上具有緩沖層511的基板510上形成由多晶硅制成的有源層524N和524P。通過在基板上淀積非晶硅薄膜，然后使用根據(jù)本發(fā)明的兩塊激光掩模通過兩次照射結(jié)晶方法來僅使有源區(qū)域結(jié)晶，從而將有源層524N和524P形成為具有均勻的結(jié)晶特性的多晶硅薄膜制成而沒有照射標(biāo)記。然后，通過光刻工藝對已結(jié)晶的多晶硅薄膜進(jìn)行構(gòu)圖，以在NMOS和PMOS區(qū)域上形成有源圖案524N和524P。
然后，在其上形成有有源層524N和524P的基板510上淀積柵絕緣膜525A。
然后，在其上沉積有柵絕緣膜525A的基板510的預(yù)定區(qū)域(即有源層524N和524P的溝道區(qū)域)上形成由鉬(Mo)、鋁(Al)或鋁合金制成的柵極550N和550P。通過其上形成有柵絕緣膜525A的基板510的整個表面上淀積柵金屬，然后通過使用光刻工藝來形成柵極550N和550P。
然后，通過順序地執(zhí)行N摻雜處理和P摻雜處理來形成N型薄膜晶體管(通過在有源層524N的預(yù)定區(qū)域(源/漏區(qū)域522N和523N)中植入n+雜質(zhì)離子來形成)和P型薄膜晶體管(通過在有源層524N的預(yù)定區(qū)域(源/漏區(qū)域522N和523N)中植入p+雜質(zhì)離子來形成)。
然后，在基板510的整個表面上淀積層間絕緣膜525B，然后使用光刻工藝來形成暴露部分源/漏區(qū)域的多個接觸孔(未示出)。
然后，形成通過接觸孔電連接到源/漏區(qū)域522N、522P、523N和523P的源/漏極551N、551P、552N和522P，從而完成了圖12所示的CMOS液晶顯示器件。
盡管該實施例描述了根據(jù)本發(fā)明的用于制造液晶顯示器件的方法，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于此，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用到諸如有機(jī)電致發(fā)光(EL)等的其它器件。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對上面討論的顯示器及其驅(qū)動方法進(jìn)行各種修改和變型。因此，本發(fā)明意在涵蓋落入所附權(quán)利要求及其等價物范圍內(nèi)的對于本發(fā)明的所有修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種用于使硅薄膜的預(yù)定區(qū)域結(jié)晶的激光掩模，包括第一塊中的第一掩模圖案；以及第二塊中的第二掩模圖案，所述第二掩模圖案是所述第一掩模圖案的相反圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掩模，其中，所述第一掩模圖案包括多個第一透光區(qū)域，和除所述第一透光區(qū)域以外的多個第一阻光區(qū)域；而所述第二掩模圖案包括與所述第一透光區(qū)域相對應(yīng)的多個第二阻光區(qū)域，和與所述第一阻光區(qū)域相對應(yīng)的多個第二透光區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光掩模，其中所述第一透光區(qū)域和所述第二阻光區(qū)域具有相同的形狀，并且所述第一阻光區(qū)域和所述第二透光區(qū)域具有相同的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光掩模，其中所述透光區(qū)域和所述阻光區(qū)域具有沿水平方向的狹縫形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光掩模，其中所述透光區(qū)域和所述阻光區(qū)域具有沿垂直方向的狹縫形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掩模，其中所述預(yù)定區(qū)域是具有其中形成有有源圖案的單位像素的有源區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光掩模，其中在所述激光掩模的所述第一塊和所述第二塊之間的界面位于所述有源區(qū)域的外部，以消除照射標(biāo)記。
8.一種使用激光掩模的結(jié)晶方法，包括提供陣列基板，在該基板中限定有N×M個有源區(qū)域；在所述基板上方布置具有第一塊和第二塊的激光掩模，其中所述第一塊和第二塊分別具有第一掩模圖案和第二掩模圖案，并且所述第二掩模圖案是所述第一掩模圖案的相反圖案；通過所述第一塊在所述有源區(qū)域上照射第一激光束；并且通過所述第二塊在所述有源區(qū)域上照射第二激光束。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一掩模圖案包括多個第一透光區(qū)域，和除所述第一透光區(qū)域以外的多個第一阻光區(qū)域；而所述第二掩模圖案包括與所述第一透光區(qū)域相對應(yīng)的多個第二阻光區(qū)域，以及與所述第一阻光區(qū)域相對應(yīng)的多個第二透光區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一透光區(qū)域和所述第二阻光區(qū)域具有相同的形狀，并且所述第一阻光區(qū)域和所述第二透光區(qū)域具有相同的形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述透光區(qū)域和所述阻光區(qū)域具有沿水平方向的狹縫形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述透光區(qū)域和所述阻光區(qū)域具有沿垂直方向的狹縫形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一塊和第二塊之間的界面位于所述有源區(qū)域的外部，以消除照射標(biāo)記。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述照射第二激光束的步驟包括在X軸或者Y軸方向上移動所述激光掩?；蛘咂渖霞虞d有所述基板的臺。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括重復(fù)所述結(jié)晶以使整個N×M個有源區(qū)域結(jié)晶。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述激光掩?；蛘咚雠_被移動了每個塊的尺寸。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一和第二激光束具有使區(qū)域完全熔化的能量密度。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述結(jié)晶是順序橫向固化。
19.一種顯示器的制造方法，包括提供具有硅薄膜的基板；在所述基板上方布置具有第一塊和第二塊的激光掩模，其中所述第一塊和第二塊分別具有第一掩模圖案和第二掩模圖案，并且所述第二掩模圖案是所述第一掩模圖案的相反圖案；通過所述第一塊在所述硅薄膜上照射第一激光束；以及通過所述第二塊在所述硅薄膜上照射第二激光束。
20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一掩模圖案包括多個第一透光區(qū)域，和多個第一阻光區(qū)域；而所述第二掩模圖案包括與所述第一透光區(qū)域相對應(yīng)的多個第二阻光區(qū)域，以及與所述第一阻光區(qū)域相對應(yīng)的多個第二透光區(qū)域。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述透光區(qū)域和所述阻光區(qū)域具有狹縫形狀。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述照射第二激光束的步驟包括在X軸或者Y軸方向上移動所述激光掩?；蛘咴谄渖霞虞d有所述基板的臺。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述激光掩模或者所述臺被移動了每個塊的尺寸。
全文摘要
激光掩模以及使用該激光掩模的結(jié)晶方法。提供了一種通過使用用于選擇性地使有源區(qū)域結(jié)晶而無激光照射標(biāo)記的激光掩模來進(jìn)行結(jié)晶的方法，包括提供陣列基板，在該陣列基板中限定有N×M個有源區(qū)域；在所述基板上方布置具有第一塊和第二塊的激光掩模，其中所述第一塊和第二塊分別具有第一和第二掩模圖案，并且所述第二掩模圖案是所述第一掩模圖案的相反圖案；通過所述第一塊在所述有源區(qū)域上照射第一激光束；并且通過所述第二塊在所述有源區(qū)域上照射第二激光束。
文檔編號H01L21/20GK1683995SQ200510067290
公開日2005年10月19日 申請日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
發(fā)明者俞載成 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社