使用激光掩模结晶的显示器件制造技术

本发明专利技术公开了一种显示器件，包括彼此交叉以形成像素的栅线和数据线；以及靠近所述交叉点的薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括多晶硅层，其中该多晶硅层包括多个圆形晶体，并且四个毗邻的圆形晶体的中心构成一等边矩形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光掩模以及使用其的结晶方法，具体涉及一种能够改善硅薄膜结晶特性的激光掩模以及使用其的结晶方法。
技术介绍
近来，由于对信息显示器件特别是便携式信息显示器件的需求，对薄膜型平板显示(FPD)器件的研发和市场化取得了积极的进展，正在取代阴极射线管(CRT)。在这些平板显示器件当中，液晶显示(LCD)器件利用液晶的光学各向异性显示图像。LCD因其具有良好的分辨率、色彩表现能力和图像质量而被用于笔记本计算机、台式监视器和其它显示器件。有源矩阵(AM)驱动方法是LCD器件中使用的一种典型驱动方法，用非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)作为开关元件驱动LCD器件的各像素。英国人LeComber等人在1979年公开了a-Si TFT技术，并且在1986年被商业化应用于三英寸液晶便携电视。近来已经开发出显示面积在50英寸以上的TFT-LCD器件。然而，a-Si TFT的场效应迁移率大约是1cm2/Vsec，这阻碍了其在对像素施加信号的外围电路中的应用，因为外围电路一般是按1MHz以上的频率工作。为此，正在积极从事对于用场效应迁移率大于a-Si TFT的多晶硅(多晶-Si)TFT在玻璃基板上的像素区和驱动电路区内的外围电路中同时形成开关晶体管的研发。自从1982年出现LCD彩色电视以来，多晶-Si TFT主要用于小型平板显示器件中，例如是摄像机的目镜。这种TFT具有低的光敏特性和高的场效应迁移率，并且可以直接制造在基板上形成驱动电路。提高的迁移率能增加驱动电路的工作频率。驱动电路的频率容量决定了在维持适当显示性能的同时所能驱动的像素数量。具体地说，增加的频率会缩短施加到像素的信号的充电时间，从而减少信号畸变并提高图像质量。与驱动电压高达25V的a-Si TFT相比，多晶-Si TFT的驱动电压在10V以下，消耗的功率较小。在基板上直接淀积多晶硅薄膜或是淀积一层非晶硅薄膜然后通过热处理使其结晶就能制成多晶-Si TFT。为了用廉价的玻璃作为基板，需要采用低温处理，并且，为了对驱动电路采用多晶-Si TFT，需要一种提高场效应迁移率的方法。使非晶硅薄膜结晶的热处理方法一般有固相结晶(SPC)方法和受激准分子激光退火(ELA)方法。SPC方法按600℃左右的低温形成多晶硅薄膜。按照这种方法，是在具有低熔点的玻璃基板上淀积一层非晶硅薄膜，然后按600℃左右执行数十小时的缓慢热处理形成多晶硅薄膜。用SPC方法获得的多晶硅薄膜具有数μm(微米)比较大的颗粒。然而晶粒中有许多缺陷。尽管多晶-Si TFT中的晶界没有这样坏，这些缺陷对多晶-Si TFT的性能也会有负面影响。受激准分子激光器退火方法是低温下制造多晶-Si TFT的一种典型方法。受激准分子激光器用十纳秒时间对非晶硅薄膜照射高能激光束使非晶硅薄膜结晶。按照这种方法，在很短时间内使非晶硅熔化并且结晶，不会损坏玻璃基板。与按照常规热处理方法制造的多晶-Si薄膜相比，用受激准分子激光器方法制造的多晶硅薄膜还具有良好的电特性。例如，用受激准分子激光器方法制造的多晶-Si TFT的场效应迁移率在100cm2/Vsec以上，a-Si TFT的场效应迁移率是0.1~0.2cm2/Vsce，而按照一般热处理方法制造的多晶-Si TFT的场效应迁移率是10~20cm2/Vsce(IEEE Trans.Electron Devices，vol.36，no.12，p2868，1989)。以下要描述采用激光器的结晶方法。图1的示意图表示多晶硅薄膜的晶粒尺寸与用于形成多晶硅薄膜的激光能量密度之间的关系。如图1所示，如在IEEE Electron Device Letters，DEL-7，276，1986中所述，在第一和第二区I和II内，多晶硅薄膜的晶粒随着能量密度的增大而增大。然而，在第三区III内，如果能量密度大于特定的能量密度Ec，结晶的多晶硅薄膜的晶粒尺寸就会急剧下降。也就是说，按照图1的曲线所示，当能量密度高于特定的能量密度Ec时，硅薄膜的结晶机理变得与不同。图2A到2C、3A到3C和4A到4C的示意图表示按照图1的激光能量密度的硅结晶机理。也就是表示了按照各激光器能量密度的顺序结晶过程。采用激光退火的非晶硅的结晶机理会受到包括激光能量密度、照射压力的基板温度的激光照射条件以及包括吸收系数，热传导率，质量，杂质含量和非晶硅层厚度等物理/几何特性等诸多因素的影响。首先如图2A到2C所示，图1的第一区(I)是部分熔化区，结晶的非晶硅薄膜12仅仅达到虚线，并且此时形成的晶粒G1的尺寸是大约100埃。如果用激光束照射基板10上已形成缓冲层11的非晶硅薄膜12，非晶硅薄膜12就会熔化。此时，由于强激光能量直接照射在非晶硅薄膜12的表面上，而照射非晶硅薄膜12下部的激光能量比较弱，非晶硅薄膜12的一定部分熔化。由此执行部分结晶。按照典型的激光结晶方法，晶体生长通过用激光照射使非晶硅薄膜的表层熔化的基本熔化，用熔化的硅固化过程中产生的潜热熔化非晶硅薄膜下部的二次熔化，以及下层的固化等完成。以下要详细解释这些晶体生长过程。被激光束照射的非晶硅薄膜的熔化温度在1000℃以上，并且基本上熔化成液态。由于表面熔化层与下层的硅和基板之间有很大的温度差，表面熔化层快速冷却直至形成固相晶核并且固化。表面层仍然是熔化的直至完成固相成核和固化。如果激光能量密度很高或是对外的散热很低，熔化状态会持续很长时间。由于表面层会在使硅结晶的1400℃熔化温度以下的低温熔化，在温度低于相变温度时，表面层会冷却并维持在超冷却状态。超冷却状态越大，也就是薄膜的熔化温度越低或是冷却速度越快，在固化时晶核的形成速率越高，使得在固化过程中形成良好的晶体生长。在随着熔化的表层冷却开始固化时，晶体从晶核朝上生长。此时，在熔化的表面层从液态到固态的相变过渡过程中会产生潜热，因此在下面的非晶硅薄膜溶化而开始二次熔化。下层非晶硅随后发生固化。此时，下层二次熔化的晶核生长速率加快，因为下层非晶硅薄膜比基本熔化层的超冷却更快。因此，二次熔化层形成的晶体尺寸更小。因此就必须降低固化的冷却速度以改善结晶特性。可以通过限制所吸收的向外发射的激光能量降低冷却速度。这种限制方法有加热基板、双激光束照射或是在基板与非晶硅层之间插入一缓冲绝缘层等。图3A到3C的截面图表示图1中第二区(II)的硅结晶机理，第二区(II)代表接近完全结晶区的状态。参照图3A到3C，多晶硅薄膜具有向下形成到下缓冲层11界面的3000到4000埃比较大的晶粒30A-30C。如果用接近完全熔化的能量而不是完全熔化的能量照射非晶硅薄膜12，紧靠缓冲层11下面的几乎所有非晶硅薄膜12会熔化。此时，在熔化的硅薄膜12’与缓冲层11之间界面上尚未熔化的固体籽晶35用作晶核以引发侧向生长，从而形成比较大的颗粒30A-30C(J.Appl.phys.82，4086)。然而，由于仅仅在激光能量使固体籽晶35留在缓冲层11表面上时才会发生结晶，工艺余量极为有限。另外，由于固体籽晶35不是均匀产生，多晶硅薄膜的结晶颗粒30A-30C具有不同的结晶方向，这样会产生不均匀的结晶特性。图4A到4C的截面图表示图1中对应着完全结晶区的第三区(III)的硅结晶机理。参照图4A到4C，用对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示器件，包括：彼此交叉以形成像素的栅线和数据线；以及靠近所述交叉点的薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括多晶硅层，其中该多晶硅层包括多个圆形晶体，并且四个毗邻的圆形晶体的中心构成一等边矩形。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：俞载成，
申请(专利权)人：乐金显示有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]