[发明专利]用于形成低温多晶硅膜的装置和方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种用于形成低温多晶硅膜的装置和方法，其中使用激光照射非晶态硅膜(“a-Si膜”)并通过激光退火，由此a-Si结晶为多结晶硅(“多晶硅”)。

 

背景技术

反向交错结构的薄膜晶体管的一个实例为非晶态硅晶体管。如下得到这种晶体管：在绝缘衬底上由Cr、Al等制成的金属层形成栅电极；在包括栅电极的衬底上形成例如SiN膜作为栅绝缘膜；随后在整个表面上形成氢化非晶态硅(“a-Si:H”)膜；在栅电极上在预定的区域中以岛形状使a-Si:H膜形成图案；和由金属层形成源电极和漏电极。

然而，由于这种非晶态硅晶体管在通道区域中具有a-Si:H膜，缺点在于电荷在通道区域中的迁移率低。因此，尽管非晶态硅晶体管在液晶显示器装置的像素部分中可用作像素晶体管，但是由于电荷在通道区域中的迁移率低，它们难以在需要高速重写的外周驱动电路中用作驱动晶体管。

另一方面，直接在衬底上形成多晶硅膜需要使用低压化学气相沉积(LPCVD)，但是该方法为在约1500℃下进行的高温过程，因此不能用于在玻璃衬底(软化点：400-500℃)上直接形成多晶硅膜，比如用于液晶显示器装置中的多晶硅膜。

有鉴于此，采用低温多晶硅过程，其中通过从固相到液相以及从液相到固相的非常快速的相变，将a-Si:H膜结晶为多晶硅膜。这通过如下实现：首先在通道区域中形成a-Si:H膜，随后使用来自YAG受激准分子激光器等的激光照射a-Si:H膜，以使膜退火。由此，可使用多晶硅膜在玻璃衬底上形成晶体管，其中电荷在通道区域中的迁移率高，并且晶体管运行速度可提高(专利参考文献1)。

现有技术参考文献

专利参考文献

专利参考文献1：日本临时公开号hei 5-63196

发明公开

[本发明待解决的问题]

然而，使用上述用于形成低温多晶硅膜的方法，通过激光退火形成的多晶硅膜的性质的局部变化构成妨碍实际实现的问题。这种低温多晶硅膜的性质的局部变化可在液晶显示器装置的屏幕上产生显示器不规则。

a-Si膜的特征的局部变化的一个起因在于结晶Si晶粒的尺寸发生局部变化，和多晶硅膜内的电导率根据晶粒边界的密度或状态变化，使得多晶硅膜的电导率作为整体变化。出于该原因，低温多晶硅膜的实际实现需要通过使用例如YAG受激准分子激光照射，通过退火形成的多晶硅膜的晶粒尺寸控制在给定的范围内。

用于控制晶粒尺寸的可能的方法包括调节受激准分子激光照射条件，具体地，调节激光能量、脉冲宽度、衬底温度和其它属性。然而，在通过激光照射在非常短的时间间隔内熔融和固化的情况下，结晶速率粗略地比正常的结晶速率快10个数量级，并且由于该极快的结晶速率，晶粒尺寸难以控制。具体地，比起仅确定仅适于将晶粒尺寸控制在不大于最大值目的的激光照射条件或适于将晶粒尺寸控制在至少最小值目的的激光照射条件的情况，确定适于将晶粒尺寸控制在具有上限和下限的预定的范围内的激光照射条件更困难。具体地，如果a-Si膜厚度或膜的Si密度变化，即使在相同的退火条件下，晶粒尺寸也将变化；因此，需要在设定退火条件之前检验膜品质，使得设定退火条件的程序极复杂。

考虑前述问题，本发明的一个目的是提供一种用于形成低温多晶硅膜的装置和方法，由此可得到具有最高可能的晶粒尺寸均匀性的低温多晶硅膜，其中晶粒尺寸的变化可忽略。

[解决问题的方式]

根据本发明的第一方面的低温硅膜形成装置包括：一维或二维排列的多个微透镜；激光产生源；光导部分，用于将激光从激光产生源引导至微透镜，以通过微透镜将激光在非晶态硅膜上聚光；和为每一个微透镜排列的多个掩模；其中用于透射激光的多个透射区和用于阻断激光的多个阻光区在掩模上为二维排列，并且在一个方向交替布置，使得透射区彼此不相邻且阻光区彼此不相邻。

在用于形成低温多晶硅膜的装置中，例如，透射区和阻光区为矩形；并且掩模的透射区和阻光区以格栅形式排列。

根据本发明的第二方面的一种用于形成低温多晶硅膜的装置包括：一维或二维排列的多个微透镜；激光产生源；光导部分，用于将激光从激光产生源引导至微透镜，以通过微透镜将激光在非晶态硅膜上聚光；和为每一个微透镜排列的多个掩模；其中掩模以某一排列形成，使得用于透射激光的多个点形透射区在用于阻断激光的阻光区内二维散布。