(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であって、
結晶基板内に配設されるチャネルエリアを備え、前記結晶基板は、互いに平行であり、かつ、等しい間隔λだけ離間する複数の結晶粒界を備え、
前記チャネルエリアの形状は非等角多角形を含み、前記多角形は、前記複数の結晶粒界に垂直に配向する２つの対向する側部縁ならびに上側縁および下側縁を有し、前記上側および下側縁のそれぞれの少なくとも一部分は、前記複数の結晶粒界に対して、０°より大きくかつ９０°以下である傾斜角度で配向し、前記上側および下側縁のそれぞれの縁の前記一部分に対する傾斜角度は、前記多角形によって覆われる結晶粒界の数が、前記結晶基板内の前記チャネルエリアのロケーションに無関係であるように選択されるＴＦＴ。
【請求項２】
前記多角形は凹多角形を含む請求項１に記載のＴＦＴ。
【請求項３】
前記多角形は凸多角形を含む請求項１に記載のＴＦＴ。
【請求項４】
前記上側および下側縁のそれぞれの縁の前記部分に対する傾斜角度は同じである請求項１に記載のＴＦＴ。
【請求項５】
前記上側および下側縁のそれぞれの縁の前記部分に対する傾斜角度は異なる請求項１に記載のＴＦＴ。
【請求項６】
前記多角形は平行四辺形を含む請求項１に記載のＴＦＴ。
【請求項７】
前記上側および下側縁は、互いに平行であり、前記平行四辺形の前記上側および下側縁に対する傾斜角度は、前記上側および下側縁のそれぞれに対する垂直スパンが、前記結晶粒界間の間隔の整数倍であるように選択される請求項６に記載のＴＦＴ。
【請求項８】
前記上側および下側縁に対する傾斜角度θ、前記結晶粒界間の等しい間隔λ、および前記２つの側部縁間の距離Ｗは、式Ｗ*ｔａｎ（θ）＝ｍλを満たし、ｍの値は整数である請求項７に記載のＴＦＴ。
【請求項９】
ｍは１である請求項８に記載のＴＦＴ。
【請求項１０】
ｍは１より大きい整数である請求項８に記載のＴＦＴ。
【請求項１１】
前記多角形は四辺形を含む請求項１に記載のＴＦＴ。
【請求項１２】
前記四辺形の前記上側および下側縁は、互いに平行でなく、前記四辺形の前記上側および下側縁に対する傾斜角度は、前記上側および下側縁に対する前記垂直スパンが、前記結晶粒界間の間隔の異なる整数倍であるよう異なるように選択される請求項１１に記載のＴＦＴ。
【請求項１３】
前記四辺形の前記上側縁または前記下側縁に対する傾斜角度θ、前記結晶粒界間の等しい間隔λ、および前記２つの側部縁間の距離Ｗは、式Ｗ*ｔａｎ（θ）＝ｍλを満たし、ｍの値は整数である請求項１２に記載のＴＦＴ。
【請求項１４】
ソースエリアおよびドレイエリアをさらに備え、それぞれのエリアは、前記上側および下側縁の一方に隣接する請求項１に記載のＴＦＴ。
【請求項１５】
前記上側および下側縁の少なくとも一方は、複数の線分を備え、前記１つまたは複数の線分は、前記複数の結晶粒界に対して、０°より大きくかつ９０°以下である傾斜角度を有し、前記１つまたは複数の線分のそれぞれに対する傾斜角度は、前記多角形によって覆われる結晶粒界の数が、前記結晶基板内の前記チャネルエリアのロケーションに無関係であるように選択される請求項１に記載のＴＦＴ。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の線分のそれぞれに対する傾斜角度は、前記線分の垂直スパンが、前記結晶粒界間の間隔の整数倍であるように選択される請求項１２に記載のＴＦＴ。
【請求項１７】
前記上側および下側縁の一方は、それぞれが同じ傾斜角度θを有するｎの線分からなり、第１側部縁の端部を第２側部縁の端部に接続し、前記２つの側部縁間の距離Ｗについて、前記傾斜角度θは、式Ｗ*ｔａｎ（θ）／ｎ＝ｍλを満たし、ｍの値は整数に近い、請求項１２に記載のＴＦＴ。
【請求項１８】
膜を処理するシステムであって、
レーザビームを供給するレーザ源と、
該レーザビームを、その厚さを通して前記膜の照射部分を溶融させる影響を有するラインビームに成形するレーザ光学部品であって、前記照射部分は長軸と短軸を有しかつ、前記レーザビームの強度が前記短軸の第１の端部から前記短軸の第２の端部に変化するように非対称の強度プロファイルを有する、レーザ光学部品と、
前記膜を支持し、少なくとも前記ｘ方向に併進することが可能なステージと、
コンピュータ可読媒体に記憶されたインストラクションが、
前記膜の第１の部分を前記レーザビームで照射し、該第１の部分を溶融させること、  前記第１の部分が横方向に固化することを許容することを含み、
前記固化した第１の部分が横方向に成長した結晶粒の第１の柱状体を含んでおり、該第１の柱状体は、前記第１の短軸の第１の端部を覆う前記第１の部分の第１の側上で前記長軸に平行に形成されており、第２の柱状体は、前記第１の短軸の第２の端部を覆う前記第１の部分の第２の側上で前記長軸に平行に形成されており、前記短軸方向に測定したとき、前記第１の柱状体の結晶粒の第１の平均長さは前記第２の柱状体の結晶粒の第２の平均長さよりも大きくなっており、
前記インストラクションが、さらに、
前記膜の第２の部分を前記レーザビームで照射し、該第２の部分を溶融させること、を含み、
前記第２の部分は、前記第１の部分に関して所定変位だけ横方向に変位しており、前記所定変位は前記短軸に平行であり、かつ前記短軸の第２の端部から第１の端部の方向に向かっており、さらに、前記所定変位の値は前記第２の平均長さよりも大きく、前記第１及び第２の平均長さの合計よりは小さいことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
多結晶膜を調製する方法であって、
基板であって、基板上に配設された、レーザ誘起溶融が可能な薄膜を有する、基板を設けること、
前記膜を照射するレーザビームを生成することであって、前記レーザビームは、前記膜の照射部分がその厚さ全体にわたって溶融するようにさせるラインビームであり、前記膜の照射部分は、長軸および短軸を有し、さらに、前記レーザビームは、強度プロファイルであって、前記レーザビームの強度が前記短軸の第１端部から前記短軸の第２端部まで変化するように非対称である、強度プロファイルを有する、生成すること、
前記膜の第１部分を、前記レーザビームによって前記第１部分を照射することによって溶融させること、
前記第１部分を横方向に固化させることを可能にすることであって、前記固化した第１部分は、横方向に成長した結晶粒の第１柱状体および第２柱状体を含み、前記第１柱状体は、前記短軸の前記第１端部を覆う前記第１部分の第１側面上で前記長軸に平行に形成され、前記第２柱状体は、前記短軸の前記第２端部を覆う前記第１部分の第２側面上で前記長軸に平行に形成され、前記短軸の方向に測定されると、前記第１柱状体内の結晶粒の第１平均長は、前記第２柱状体内の結晶粒の第２平均長より大きい、可能にすること、および、
前記膜の第２部分を、前記レーザビームによって前記第２部分を照射することによって溶融させることであって、前記第２部分は、前記第１部分に対してある変位量だけ横方向に変位し、前記変位は、前記短軸に平行で、かつ、前記短軸の前記第２端部から前記第１端部へ向かう方向であり、さらに、前記変位の値は、前記第２平均長より大きく、かつ、前記１平均長と前記第２平均長の和より小さい、溶融させることを含む方法。
【請求項２０】
前記レーザビームの前記強度プロファイルは直線プロファイルであり、前記直線プロファイルは、前記短軸の前記第１端部から前記短軸の前記第２端部まで直線的に変化し、前記長軸に沿って一定のままである請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
結晶基板上に複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造する方法であって、前記複数のＴＦＴは、結晶基板内に配設され、前記結晶基板は、互いに平行であり、かつ、等しい間隔λだけ離間する複数の結晶粒界を有し、
前記複数のＴＦＴの各ＴＦＴのチャネル領域を、非等角多角形を含む形状で形成することを含み、前記多角形は、前記複数の結晶粒界に垂直に配向する２つの対向する側部縁ならびに上側縁および下側縁を有し、前記上側および下側縁のそれぞれの少なくとも一部分は、前記複数の結晶粒界に対して、０°より大きくかつ９０°以下である傾斜角度で配向し、前記上側および下側縁のそれぞれの縁の前記部分に対する傾斜角度は、前記多角形によって覆われる結晶粒界の数が、前記結晶基板内の前記チャネルエリアのロケーションに無関係であるように選択される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される主題は、一般に、薄膜のレーザ結晶化に関し、具体的には、結晶化した薄膜上に形成される薄膜トランジスタ間において性能の均一性を高める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アモルファスまたは多結晶性半導体膜を結晶化するため、または、その結晶性を改善するための種々の技法が調査されてきた。こうした結晶化した薄膜は、画像センサおよびアクティブマトリクス液晶ディスプレイ(active-matrix liquid-crystal display)（「ＡＭＬＣＤ」）デバイスなどの種々のデバイスの製造において使用されうる。後者では、薄膜トランジスタ(thin-film transistor)（「ＴＦＴ」）の規則的なアレイが、適切な透明基板上に作製され、各トランジスタはピクセルコントローラの役をする。
【０００３】
シリコン膜などの結晶性半導体膜は、エキシマレーザアニーリング(excimer laser anneling)（「ＥＬＡ」）プロセスおよび逐次横方向固化(sequential lateral solidification)（「ＳＬＳ」）プロセスを含む種々のレーザプロセスを使用して液晶ディスプレイ用のピクセルを提供するために加工されてきた。ＳＬＳは、ＡＭＬＣＤデバイスならびに有機発光ダイオード(organic light emitting diode)（「ＯＬＥＤ」）およびアクティブマトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）デバイスで使用するための薄膜を処理するのに好適である。
【０００４】
ＥＬＡでは、膜の領域は、エキシマレーザによって照射されて、膜が部分的に溶融され、その後、結晶化する。プロセスは、通常、基板表面上を連続して進む長く狭いビーム形状を使用するため、ビームは、おそらく、表面にわたって半導体薄膜全体を単一スキャンで照射しうる。Ｓｉ膜は、複数回照射されて、均一な粒径を有するランダムな多結晶膜が生成される。ＥＬＡは、粒径が小さい多結晶膜を生成するが、方法は、パルスごとのエネルギー密度変動および／または不均一ビーム強度プロファイルによって引起されうる微細構造的な不均一性を受けることが多い。図１０Ａは、ＥＬＡによって得られうるランダムな微細構造を示す。この図ならびに他の図は、一定比例尺に従って描かれておらず、また、本質的に例示的であることを意図する。図１０Ｅは、ＥＬＡによる膜プロセスの平面ＳＥＭ画像であり、ランダムに位置する結晶粒界１００２を含む膜のランダムな微細構造を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本出願は、横方向に結晶化した薄膜上に作製される薄膜トランジスタデバイスにおいて高い均一性を生成する方法およびシステムを述べる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本出願の一態様によれば、薄膜トランジスタ(thin film transistor)（ＴＦＴ）は、結晶基板内に配設されるチャネルエリアを含み、前記結晶基板は、互いにほぼ平行であり、かつ、ほぼ等しい間隔λだけ離間する複数の結晶粒界を備える。チャネルエリアの形状は非等角多角形を含み、多角形は、複数の結晶粒界に実質的に垂直に配向する２つの対向する側部縁ならびに上側縁および下側縁を備える。上側および下側縁のそれぞれの少なくとも一部分は、複数の結晶粒界に対して、０°より大きくかつ９０°以下である傾斜角度で配向する。上側および下側縁のそれぞれの縁のその部分に対する傾斜角度は、多角形によって覆われる結晶粒界の数が、結晶基板内のチャネルエリアのロケーションに無関係であるように選択される。
【０００７】
本出願の別の態様によれば、多角形は凹多角形を含む。
【０００８】
本出願の別の態様によれば、多角形は凸多角形を含む。
【０００９】
本出願の別の態様によれば、上側および下側縁のそれぞれの縁のその部分に対する傾斜角度は同じである。
【００１０】
本出願の別の態様によれば、上側および下側縁のそれぞれの縁のその部分に対する傾斜角度は異なる。
【００１１】
本出願の別の態様によれば、多角形は平行四辺形を含む。
【００１２】
本出願の別の態様によれば、平行四辺形の上側および下側縁は、互いに実質的に平行であり、平行四辺形の上側および下側縁に対する傾斜角度は、上側および下側縁のそれぞれに対する垂直スパンが、結晶粒界間の間隔のほぼ整数倍であるように選択される。
【００１３】
本出願の別の態様によれば、平行四辺形において、上側および下側縁に対する傾斜角度θ、結晶粒界間のほぼ等しい間隔λ、および２つの側部縁間の距離Ｗは、式Ｗ*ｔａｎ（θ）＝ｍλを満たし、ｍの値はほぼ整数である。
【００１４】
本出願の別の態様によれば、平行四辺形について、ｍはほぼ１である。
【００１５】
本出願の別の態様によれば、平行四辺形について、ｍは１より大きいほぼ整数である。
【００１６】
本出願の別の態様によれば、多角形は四辺形を含む。
【００１７】
本出願の別の態様によれば、四辺形の上側および下側縁は、互いに平行でなく、平行四辺形の上側および下側縁に対する傾斜角度は、上側および下側縁に対する垂直スパンが、結晶粒界間の間隔のほぼ異なる整数倍であるよう異なるように選択される。
【００１８】
本出願の別の態様によれば、四辺形の上側縁または下側縁に対する傾斜角度θ、結晶粒界間のほぼ等しい間隔λ、および２つの側部縁間の距離Ｗは、式Ｗ*ｔａｎ（θ）＝ｍλを満たし、ｍの値はほぼ整数である。
【００１９】
本出願の別の態様によれば、ＴＦＴはまた、ソースエリアおよびドレインエリアを含み、それぞれのエリアは、上側および下側縁の一方に隣接する。
【００２０】
本出願の別の態様によれば、上側および下側縁の少なくとも一方は、複数の線分を備え、１つまたは複数の線分は、複数の結晶粒界に対して、０°より大きくかつ９０°以下である傾斜角度を有する。１つまたは複数の線分のそれぞれに対する傾斜角度は、多角形によって覆われる結晶粒界の数が、結晶基板内のチャネルエリアのロケーションに無関係であるように選択される。
【００２１】
本出願のなお別の態様によれば、１つまたは複数の線分のそれぞれに対する傾斜角度は、その線分に対する垂直スパンが、結晶粒界間の間隔のほぼ整数倍であるように選択される。
【００２２】
本出願の別の態様によれば、上側および下側縁の一方は、それぞれが同じ傾斜角度θを有するｎの線分からなり、第１側部縁の端部を第２側部縁の端部に接続する。さらに、２つの側部縁間の距離Ｗについて、傾斜角度θは、式Ｗ*ｔａｎ（θ）／ｎ＝ｍλを満たし、ｍの値は整数に近い。
【００２３】
本出願のなお別の態様によれば、膜を加工するシステムは、レーザビームパルスのシーケンスを供給するレーザ源と、各レーザビームパルスを一組の形づくられたビームレットに成形するレーザ光学部品であって、ビームレットはそれぞれ、y方向を規定する長さ、ｘ方向を規定する幅、および、照射領域において膜をその厚さ全体にわたって実質的に溶融させるのに十分なフルエンスを有し、さらに、隣接するビームレットからｘ方向に所定のギャップだけ離間する、レーザ光学部品と、膜を支持し、少なくともｘ方向に併進することが可能なステージとを含み、長さと幅の比はほぼ１である。
【００２４】
本出願のなお別の態様によれば、多結晶膜を調製する方法は、基板であって、基板上に配設された、レーザ誘起溶融が可能な薄膜を有する、基板を設けること、膜を照射するレーザビームを生成することであって、レーザビームは、膜の照射部分がその厚さ全体にわたって溶融するようにさせるラインビームであり、膜の照射部分は、長軸および短軸を有し、さらに、レーザビームは、強度プロファイルであって、レーザビームの強度が短軸の第１端部から短軸の第２端部まで変化するように非対称である、強度プロファイルを有する、生成すること、膜の第１部分を、レーザビームによって第１部分を照射することによって溶融させる、第１部分を横方向に凝集させることを可能にすることであって、固化した第１部分は、横方向に成長した結晶粒の第１柱状体および第２柱状体を含み、第１柱状体は、短軸の第１端部を覆う第１部分の第１側面上で長軸に平行に形成され、第２柱状体は、短軸の第２端部を覆う第１部分の第２側面上で長軸に平行に形成され、短軸の方向に測定されると、第１柱状体内の結晶粒の第１平均長は、第２柱状体内の結晶粒の第２平均長より大きい、可能にすること、および、膜の第２部分を、レーザビームによって第２部分を照射することによって溶融させることであって、第２部分は、第１部分に対してある変位量だけ横方向に変位し、変位は、短軸に平行で、かつ、短軸の第２端部から第１端部へ向かう方向であり、さらに、変位の値は、第２平均長より大きく、かつ、１平均長と第２平均長の和より小さい、溶融させることを含む。
【００２５】
本出願の別の態様によれば、レーザビームの強度プロファイルは直線プロファイルであり、直線プロファイルは、短軸の第１端部から短軸の第２端部まで直線的に変化し、長軸に沿ってほぼ一定のままである。
【００２６】
本出願の別の態様によれば、結晶基板内に配設された複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用する方法であって、前記結晶基板は、互いにほぼ平行であり、かつ、ほぼ等しい間隔だけ離間する複数の結晶粒界を含む、方法が提供される。方法は、複数のＴＦＴの各ＴＦＴのチャネル電流によって交差される結晶粒界の数がほぼ同じであるように、複数のＴＦＴの各ＴＦＴを通してチャネル電流が流れるようにさせることを含む。
【００２７】
本出願の別の態様によれば、結晶基板上に複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造する方法であって、複数のＴＦＴは、結晶基板内に配設され、前記結晶基板は、互いにほぼ平行であり、かつ、ほぼ等しい間隔λだけ離間する複数の結晶粒界を有する、方法が提供される。方法は、複数のＴＦＴの各ＴＦＴのチャネル領域を、非等角多角形を含む形状で形成することを含み、多角形は、複数の結晶粒界に実質的に垂直に配向する２つの対向する側部縁ならびに上側縁および下側縁を有し、上側および下側縁のそれぞれの少なくとも一部分は、複数の結晶粒界に対して、０°より大きくかつ９０°以下である傾斜角度で配向し、上側および下側縁のそれぞれの縁のその部分に対する傾斜角度は、多角形によって覆われる結晶粒界の数が、結晶基板内の前記チャネルエリアのロケーションに無関係であるように選択される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１Ａ〜図１Ｃは、周期的結晶粒界を有する結晶化した膜上で異なる傾斜角度で形成されたＴＦＴの略図である。
【図２】周期的結晶粒界を有する結晶化した膜上の小さな傾斜幅のＴＦＴの略図である。
【図３】一部の実施形態による、周期的結晶粒界を有する結晶化した膜上の形状に工夫を施したＴＦＴの略図である。
【図４】一部の実施形態による、周期的結晶粒界を有する結晶化した膜上の３つの形状に工夫を施したＴＦＴの略図である。
【図５】一部の実施形態による、周期的結晶粒界を有する結晶化した膜上の、ジグザグ形状の縁を有する形状に工夫を施したＴＦＴの略図である。
【図６】結晶化に対する異なるビームプロファイルの作用を示す図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、２ショットＳＬＳ技法の略図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、２ショットＳＬＳ技法において非対称ビームプロファイルを使用する実施形態の略図である。
【図９】２Ｄレーザビームを生成するシステムの略図である。
【図１０Ａ】エキシマレーザアニーリングによって形成された結晶性微細構造を有する膜内に形成されたＴＦＴの略図である。
【図１０Ｂ】逐次横方向固化によって形成された結晶性微細構造を有する膜内に形成されたＴＦＴを示す図である。
【図１０Ｃ】逐次横方向固化によって形成された結晶性微細構造を有する膜内に形成されたＴＦＴを示す図である。
【図１０Ｄ】逐次横方向固化によって形成された結晶性微細構造を有する膜内に形成されたＴＦＴを示す図である。
【図１０Ｅ】ＥＬＡによる膜プロセスの平面ＳＥＭ画像である。
【図１０Ｆ】均一な微細構造を有する膜の平面ＳＥＭ画像である。
【図１０Ｇ】指向性微細構造を有する膜の平面ＳＥＭ画像である。
【図１１Ａ】逐次横方向固化を使用した「均一な(uniform)」結晶の生成を示す図である。
【図１１Ｂ】逐次横方向固化を使用した「均一な」結晶の生成を示す図である。
【図１１Ｃ】逐次横方向固化を使用した「均一な」結晶の生成を示す図である。
【図１１Ｄ】逐次横方向固化を使用した「均一な」結晶の生成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
発行された米国特許、許可された出願、公開された外国出願、および参考文献は、それぞれが、まるで参照により組込まれるよう、具体的にかつ個々に指示されたのと同じ程度に、参照により組込まれる。
【００３０】
ＳＬＳは、大きくかつ均一な粒を有する高品質な多結晶膜を生成することができるパルスレーザ結晶化プロセスである。ＳＬＳの場合、膜は、熱に耐えられない可能性がある材料、たとえば、プラスチックまたはガラスでできた基板を含む基板上に設置されうる。例示的なＳＬＳプロセスおよびシステムは、権利者が共通の米国特許第６，３２２，６２５号、第６，３６８，９４５号、第６，５５５，４４９号、および第６，５７３，５３１号に記載され、それらの全内容は、参照により本明細書に組込まれる。
【００３１】
ＳＬＳは、制御されたレーザパルスを使用して、基板上のアモルファスまたは多結晶薄膜の領域を溶融させる。溶融した領域は、その後、固液界面から横方向に固化した柱状構造または複数のロケーション制御された大面積単結晶領域に結晶化する。一般に、溶融／結晶化プロセスは、多数回のレーザパルスによって、大面積薄膜の表面にわたって順次繰返される。基板上の加工された膜は、その後、１つの大面積ディスプレイを生産するために使用されるか、またはさらに、複数のディスプレイを生産するために分割される。図１０Ｂは、ＳＬＳ法、たとえば、「２ショット(2 Shot)」ＳＬＳ法によって生成された「均一な(uniform)」微細構造を有する膜内に作製されたＴＦＴの略図である。図１０Ｆは、均一な微細構造を有する膜の平面ＳＥＭ画像であり、垂直結晶粒界１００４および水平結晶粒界１００８を示す。図１０Ｃは、ＳＬＳによって生成された「指向性(directional)」微細構造を有する膜内に作製されたＴＦＴの略図である。図１０Ｇは、指向性微細構造を有する膜の平面ＳＥＭ画像であり、水平結晶粒界１００６を示す。図１０Ｄは、ＳＬＳによって生成された単結晶構造を有する膜内に作製されたＴＦＴの略図である。
【００３２】
多結晶材料が、ＴＦＴを有するデバイスを作製するのに使用されると、ＴＦＴ内のキャリア輸送に対する総合抵抗は、キャリアが、所与の電位の影響下で移動するときに横断しなければならない高抵抗の障壁の組合せによって影響をうけうる。結晶粒界、すなわち、結晶粒間の境界は、こうした高抵抗障壁を呈しうる。そのため、一般に、ＳＬＳ処理された多結晶膜上で作製されたＴＦＴデバイスの性能は、チャネル内の膜の微細構造ならびに結晶粒界に対するチャネルの配向に依存する。
【００３３】
ＴＦＴを使用するデバイス、たとえば、ディスプレイを製造するときの１つの重要な因子は、異なるＴＦＴ間で均一な性能を達成することである。デバイス内の異なるＴＦＴの性能間の差は、デバイスの出力の変動、たとえば、ディスプレイにおける異なるピクセルの輝度の変動をもたらしうる。こうした差は、肉眼レベルで識別でき、デバイスの総合品質に影響を及ぼしうる。さらに、差は、ピクセルの輝度が急に変化するとき、すなわち、隣接ピクセルが明瞭な輝度差を示すとき、最も顕著である。ピクセルディスプレイ全体にわたる輝度の徐々の変化は、人の目にとって明白でない。そのため、一部のＴＦＴについて高い性能を、また、他のＴＦＴについて中程度のまたは低い性能を達成するのではなく、全てのＴＦＴについて、中程度でもより均一な性能を達成することが有用でありうる。
【００３４】
結晶化した膜上に形成されるＴＦＴの場合、その性能は、ＴＦＴ内のチャネル電流の方向に交差する結晶粒境界である、交差結晶粒界の数によって影響を受けうる。そのため、異なるＴＦＴ間の性能の差は、交差結晶粒界の数およびロケーションの差から生じうる。このタイプの不均一性を低減するために、異なるＴＦＴ間の結晶粒界の数の変動が低減されうる。
【００３５】
１つまたは複数の実施形態では、本発明の一態様によれば、結晶粒界の数およびロケーションならびにこれらの結晶粒界に対するＴＦＴのロケーションは、異なるＴＦＴ間で統計的に同じ数の交差結晶粒界を提供するように制御される。交差結晶粒界は、ＴＦＴの性能を低下させうるが、通常の製造プロセスがこうした境界を生成するため存在する。したがって、異なるＴＦＴが、ほぼ同じ数のこうした交差結晶粒界を受けるように膜を結晶化することが有用でありうる。
【００３６】
本明細書で「均一な」ＳＬＳと呼ぶ照射プロトコルが使用されて、図１０Ｂ、１０Ｆに示す、横方向に細長い結晶の周期的柱状体および一組の周期的な結晶粒界を特徴とする均一な結晶膜が調製されうる。均一なＳＬＳは、膜をパスルレーザ照射にさらすことを含み、パスルレーザ照射は、膜の照射された領域を溶融させる。溶融した領域から照射を取除くと、溶融領域と溶融領域の周りの固体領域との境界から始まるように溶融領域が結晶化する。こうして形成される結晶は、結晶化が停止し、溶融領域が完全に固化する前に距離ＬＧＬ（横方向成長長さ(Lateral Growth Length))だけ成長する。ＬＧＬの最大値は、膜の特性、たとえば、厚さ、膜組成、および溶融温度に依存する。最大ＬＧＬは、結晶化条件が結晶成長に最適であるときに達成される。ＳＬＳ法を使用する一部の実施形態では、レーザビームは、溶融領域の幅がＬＧＬの最大値の２倍を超えないような幅を有するラインビームとして選択される。これらの実施形態では、有効ＬＧＬは、溶融領域の幅のほぼ半分である。各パルス後に、レーザビームは、膜に対して量δだけシフトする。均一のＳＬＳのために、このシフトは、ＬＧＬと２ＬＧＬ（溶融領域の幅）との間、すなわち、ＬＧＬ＜δ＜２ＬＧＬになるように選択される。均一ＳＬＳ法は、図１１Ａ〜１１Ｄを参照して述べられる。
【００３７】
図１１Ａを参照すると、第１レーザパルスは、膜の領域４００を照射し溶融させる。一部の実施形態では、レーザビームは直線ビームである。結果として、溶融領域４００は、長方形形状になる。ビームの幅は、溶融領域の幅Ｗが最大ＬＧＬの２倍未満になるように選択される。ビームの長さは、１０ｍｍより大きく、かつ、１０００ｍｍまでか、または、１０００ｍｍより大きくなることができる。例示的な実施形態では、ビームのエネルギー密度は、照射領域４００を完全に溶融させるのに十分である。照射が領域４００から取除かれた後、溶融領域は、クールダウンし、結晶化する。この場合、粒は、未照射固体領域と溶融領域との間の界面４２０から横方向に成長する。２つの溶融フロントは、溶融物の温度が、核形成を誘発するのに十分に低くなる前に、ほぼ中心ライン４０５で衝当する。結果として、領域４００は、それぞれが幅ＬＧＬを有する結晶粒の２つの柱状体に分割される。ここで、ＬＧＬの値は、Ｗ（最初の溶融領域の幅）のほぼ半分である。
【００３８】
図１１Ｂを参照すると、レーザビームのロケーションは、ＬＧＬより大きく、かつ、２ＬＧＬより小さく選択される所定の変位距離δだけ膜に対してシフトする。膜４００'の第２領域は、第２レーザビームパルスによって照射され、溶融する。膜の変位δは、連続するレーザビームパルスの所望のオーバラップの幅４３０に関連する。オーバラップは、ＬＧＬの約９０％より小さく、かつ、１０％より大きくなることができる。オーバラップは、４００の左手柱状体の結晶粒の一部を溶融させ、柱状体４０７で示す粒の未溶融部を残す。図１１Ａの領域４００と同様の領域４００'は、結晶化して、それぞれが幅ＬＧＬを有する結晶粒の２つの柱状体になる。左手側境界４０６から成長する粒の場合、柱状体４０７内の未溶融結晶粒は、結晶成長のためのシードを構成する。これらの結晶粒は、結晶化のこの段階の間にさらに成長して、図１１Ｃの領域４４０を形成する。
【００３９】
図１１Ｃは、第２パルスによる照射が取除かれ、領域４００'が結晶化を終了した後の膜の結晶化した領域４５０を示す。領域４５０は、図１１Ｂの柱状体４０７内の結晶粒の成長から生じる領域４４０を含む。これらの結晶粒は全て、ＬＧＬより大きいδに等しい長さを有する。こうして、細長い結晶からなる幅δを有する柱状体は、平均して２つのレーザビーム照射によって形成される。照射は、膜全体にわたって継続されて、幅δの横方向に伸張した結晶の複数の柱状体が生成される。
【００４０】
図１１Ｄは、複数の照射後の膜の微細構造を示し、横方向に伸張した結晶のいくつかの柱状体４４０を示す。溶融領域内で形成する結晶は、好ましくは、横方向にかつ同様な配向を持って成長し、膜の特定の照射領域内の境界で互いに接する。こうした場合、しかしながら、粒は、それほど細長くなく、均一なサイズおよび配向を有する。具体的には、垂直結晶粒界および平行結晶粒界と呼ばれる２つのタイプの結晶粒界が、均一ＳＬＳによって処理されたシリコン膜内で観察され、図１１Ｄでマーク付けされる。３つの垂直結晶粒界１１１０は、点ａからｂ、ｃからｄ、ｅからｆまで延在する。垂直結晶粒界は、規則的に距離δ離間し、かつ、レーザスキャンの方向に対してほぼ直角に配置する。一部が結晶粒界１１２０としてマーク付けされる他の図示する結晶粒界は、伸張すると、垂直結晶粒界に交差する平行結晶粒界である。平行結晶粒界の方向および間隔は、一般に変動する。さらなる詳細については、その内容全体が参照により本明細書に組込まれている、米国特許第６，５７３，５３１号を参照されたい。
【００４１】
「均一」ＳＬＳ法によって形成される結晶は、垂直結晶粒界の数およびロケーションが実質的に制御されることによって、その粒構造において実質的な均一性を示す。性能のより高い均一性を達成するために、ＴＦＴは、ＴＦＴチャネル方向（そのため、電流の流れ）が平行粒１１２０の方向に沿って通るようにこれらの膜上で配向しており、そのため、平行結晶粒界１１２０ではなく、垂直結晶粒界１１１０がほとんど、そのチャネル電流に交差する。
【００４２】
一部のＳＬＳスキームでは、均一ＳＬＳ法は、「２Ｄシステム」を使用して達成される。２Ｄシステムでは、薄膜の領域が、長方形形態に成形されたレーザパルスによって照射される。図９は、２Ｄレーザビームを生成する例示的なシステム９００を示す。システム９００は、レーザ源２２０、減衰器９１０、望遠鏡９２０、ホモジナイザ９３０、コンデンサーレンズ９４０、およびビーム反射要素９５０を含む。レーザ源２２０によって生成されるレーザビームパルス２４０は、減衰器９１０、望遠鏡９２０、ホモジナイザ９３０、およびコンデンサーレンズ９４０を介してビーム反射要素９５０に誘導される。ビーム反射要素９５０において、到来するレーザビームパルス２４０は、出て行くビーム経路に沿って誘導され、ウェハハンドリングステージ２７０上に搭載された基板２６０に至る。光学経路は、可変焦点フィールドレンズ９７０ｂ、マスク２８０ｂ、および投影レンズ２９５ｂを含む。
【００４３】
一定間隔で結晶粒界を有する均一に結晶化した膜を提供するときに有用な他の方法は、本発明から利益を受けうる。例として、２００５年１２月２日に出願された「Line  Scan  Sequential  Lateral  Solidification  of  Thin  Films」という名称の同時係属中の米国特許公報２００６−０２５４５００Ａ１に記載されるようなラインスキャンＳＬＳ法が使用されうる。
【００４４】
本発明の一態様によれば、種々のＴＦＴの性能の高い均一性は、下地の結晶化膜上に製造されるＴＦＴチャネルの形状または幾何形状の適切な選択によって達成されうる。従来のＴＦＴは、通常、そのチャネル領域が正方形または長方形として成形されるように形成される。さらに、ＴＦＴは、通常、垂直結晶粒界に対してゼロの角度で配置される（たとえば、図１Ａを参照されたい）。こうした配向は、ＴＦＴが膜に対してランダムに設置されると、ＴＦＴ間で最大の性能変動を引起す。
【００４５】
１つまたは複数の実施形態では、ＴＦＴチャネルは、形状に工夫を施される、すなわち、規則正しく位置する結晶粒界（たとえば、均一に結晶化した膜内の垂直結晶粒界）に対して実質的に垂直で、かつ、チャネル内の電流の流れの方向に実質的に平行な平行縁の少なくとも１つのセットを有する多角形として成形される。多角形は、さらに、交差結晶粒界に対して傾斜する縁の第２のセットを有する。縁の第２のセットの形状および傾斜は、交差結晶粒界の平均数が、ランダムに配置された異なるＴＦＴ間でほぼ一定のままであるように選択される。一部の実施形態では、ＴＦＴは、平行四辺形として成形され、縁の傾斜角度はＴＦＴの幅および結晶粒界の周期性に基づいて選択される。一般に、ある形状の縁上の任意の線分に対する傾斜角度は、その線分と周期的な結晶粒界の方向との間の小さな角度として規定される。他の実施形態によれば、縁の傾斜したセットは、複数の、角度付けされた真っ直ぐのサブ縁（たとえば、ジグザグ形状）または交差結晶粒界の変動性をさらに低減するためにある規則正しい形態である縁を含む真っ直ぐでない線として成形される。
【００４６】
図３は、こうした形状エンジニアリング技法が、一部の実施形態に従って使用された例を示す。図３は、距離λだけ離間する周期的な結晶粒界３１９を有する結晶化膜上にわたって生成された、チャネル領域３２０および３２１で表される、形状に工夫を施された２つのＴＦＴを示す。たとえば、ＴＦＴ３２０のチャネル領域は、そのＴＦＴのソースエリア３２３およびドレインエリア３２３との間のエリアとして画定される。チャネル領域３２０および３２１は、それぞれ長さＬおよび幅Ｗを有する平行四辺形として成形されている。さらに、各ＴＦＴのチャネル電流は、ソース３２３とドレイン３２３との間の方向３２５に流れる。平行四辺形の上側および下側縁のそれぞれに対する垂直スパン３２６は、周期的な結晶粒界３１９に垂直な方向に沿うその縁の投影として規定される。平行四辺形の下側および上側縁の傾斜角度θ3は、平行四辺形の下側および上側縁の垂直スパン３２６が、垂直結晶粒界間の間隔λの整数倍に近くなるように選択される。角度θ3は、そのため、以下の一般式（１）
垂直スパン＝Ｗ*ｔａｎ（θ）＝ｍλ      （１）
を満たす。ここで、θは縁の傾斜角度であり、ｍは１または別の整数に近い値によって選択される。
【００４７】
図４は、一部の実施形態による、形状エンジニアリングによって達成される性能の実質的な均一性を示す。図４は、結晶化膜４００に対して３つの異なるロケーションに配置された、３つの同様に成形された平行四辺形ＴＦＴ４１０〜４１２を示す。たとえば、ＴＦＴ４１０の形状および位置は、そのソースおよびドレインエリア４１３の形状および位置によって画定される。３つ全てのＴＦＴのチャネル電流は、方向４２５に流れる。平行四辺形の角度θ4は、式（１）を満たし、ｍは１に近い、すなわち、垂直スパン４０６はλに近い。影付きエリアは、２つの交差結晶粒界が存在するチャネルエリアの部分を示し、影無しエリアは、３つの交差結晶粒界を有する部分を示す。結晶粒界４１９に対してランダムに配置されたＴＦＴ４１０〜４１２の場合、影付き部分および影無し部分の相対ロケーションは変わるが、これらの部分のそれぞれの総面積は一定のままである。そのため、ＴＦＴは、均一な性能を維持しうる。
【００４８】
一部の実施形態では、ＴＦＴは、ゲート誘電体を堆積し、ゲートエリアに金属コンタクトを形成し、次に、ＴＦＴエリアを、たとえば、ｐドープ領域としてドープすることによって製造される。ゲートの存在は、ゲートエリアがドープされることを実質的にマスクし、そのため、ソースとドレインエリアだけがドープされることになり、一方、ゲートエリアは、実質的にドープされたままかまたは軽度にドープされたままになることになる。最後に、ソースおよびドレインコンタクトが、それらの対応するエリア上に形成される。ソースおよびドレインエリアは、両者間で画定されるチャネルエリアが、実施形態で使用される形状に従うような形状を持って構築される。処理された薄膜上にＴＦＴを設置するための明確な方法は、本発明にとって重要ではなく、したがって、任意の知られている技法が使用されてもよい。１つの例示的な技法は、Ｍａｅｇａｗａ他に対する米国特許第５，７６６，９８９号に開示され、その内容は、参照により本明細書に組込まれる。
【００４９】
以下で説明する傾斜エンジニアリング方法と違って、形状エンジニアリング方法は、結晶化デバイスに対してＴＦＴ製造デバイスを傾斜されることを必要としない。チャネル電流３２５の方向は、垂直結晶粒界３１９に垂直で、かつ、平行結晶粒界３２７に実際上平行なままである。この電流の配向は、ＴＦＴの性能に対する平行結晶粒界の影響を最小にし、チャネル電流に交差する、周期的な間隔の垂直結晶粒界の数を制御することを可能にし、したがって、均一な性能を達成する。
【００５０】
図４に見られるように、形状エンジニアリングは、たとえば、図１Ａに見られる、従来のゼロ角度ＴＦＴにおいて遭遇する交差結晶粒界の変動の問題に対処する。図１Ａは、ゼロ角度ＴＦＴ、すなわち、上側および下側ＴＦＴ縁が、線１１０で表す垂直結晶粒界に対してゼロ角度になるように配向した長方形に成形されたＴＦＴの図を示す。平行結晶粒界１１７はまた、ＴＦＴ１２０についてだけ示され、全ての図において結晶化した表面全体にわたって延在し、垂直結晶粒界１１０に交差することが理解される。ゼロ角度ＴＦＴセットアップは、ＴＦＴチャネルの方向を、垂直結晶粒界に垂直な電流の流れを可能にするように配向させることによって均一性を増加させるが、ＴＦＴのロケーションがランダムであることによる、交差結晶粒界の数の変動に対処することができない。ＴＦＴ１２０および１２２について見られるように、チャネル電流に交差する結晶粒界の数は、結晶上のＴＦＴのロケーションに基づいて異なりうる。具体的には、ＴＦＴ１２０の場合、チャネル電流は、縁ならびにソースおよびドレイン領域１２３および１２５の非常に近くに共に位置する２つの結晶粒界を横切る。一方、ＴＦＴ１２２の場合、チャネル電流は、ソースおよびドレイン領域から遠くに位置する１つの結晶粒界を横切る。結果として、ＴＦＴ１２０は、ＴＦＴ１２２と比べて高い抵抗および低い性能を有しうる。交差結晶粒界の数およびロケーションの変動は、チャネル寸法が減少し、粒径と同等になるにつれて、深刻になる。こうした場合、ＴＦＴは、通常、少数の結晶粒界だけを含み、その数のわずかな変動が、大きな相対的変化をもたらしうる。たとえば、図１Ａでは、ＴＦＴ１２０は、１つの垂直結晶粒界を含むＴＦＴ１２２に比較して、２つの垂直結晶粒界を含み、総計して１００％増加になる。
【００５１】
形状エンジニアリングはまた、傾斜エンジニアリング技法によって、ある場合に遭遇する大きな傾斜角度および少ないパッキング数の問題に対処しうる。ＴＦＴチャネルは、図１Ｂ〜１Ｃに示すように、長方形であり、結晶粒界に対して傾斜したある角度で設置される。傾斜角度は、ＴＦＴが、膜上のそのロケーションにかかわらず、実質的に同じ平均数の交差結晶粒界を含むように選択される。そのため、適切な傾斜角度は、ＴＦＴの幅および結晶粒界の周期的長さに依存する。傾斜ＴＦＴに関するさらなる詳細は、その全体の内容が参照により本明細書に組込まれる米国特許出願第１０／４８７，１７０号に見出されうる。傾斜エンジニアリングでは、ランダムに位置付けられるＴＦＴ間で実質的に均一な性能を達成するために、垂直スパンは、粒間隔λの整数倍にほぼ等しくなるように、すなわち、
垂直スパン＝Ｗ*ｓｉｎ（θ）＝ｍλ      （２）
になるように選択されうる。ここで、θは傾斜角度であり、ｍは整数か、または、整数に近い数字である。図１Ｂおよび１Ｃは、膜上に形成されるＴＦＴが、式（２）に従って傾斜するシステムを示す。具体的には、ＴＦＴ１５０〜１５２は、垂直スパン１５６が間隔λに近くなるよう、すなわち、式（２）のｍが１に近くなるよう、角度θ1bで傾斜する。ＴＦＴ１９０〜１９２は、垂直スパン１９６が間隔λの２倍に近くなるよう、すなわち、式（２）のｍが２に近くなるよう、角度θ1cでさらに傾斜する。図１Ｃはまた、ＴＦＴ１９０用のソースおよびドレインエリア２２３が、膜に対して同じ傾斜角度θ1cで生成されることを示す。影付きエリアは、２つの結晶粒界を含むエリアを示し、影無しエリアは、１つの結晶粒界を含むエリアを示す。見られるように、同じ角度で傾斜し、かつ、膜上でランダムに位置付けられるＴＦＴの各セットについて、影付きエリアは、ＴＦＴ内部の周りで移動しうるが、影付き総面積と影無し総面積は、各セット１５０〜１５２および１９０〜１９２内で一定のままである。傾斜エンジニアリングは、処理された薄膜上でチャネル領域自体の配置を傾斜させることによって、または別法として、ＳＬＳ処理中に、傾斜した周期的粒構造を含む薄膜を作製することによって達成されうる。両方の代替法の組合せもまた、使用されうる。例示的な傾斜エンジニアリングプロセスおよびシステムは、「Polycrystalline  TFT uniformity  through    mis-alignment」という名称の権利者が共通の米国特許第７，１６０，７６３号に記載される。
【００５２】
傾斜エンジニアリングは、性能の均一性に達するときの有用な技法でありうるが、傾斜は、狭いＴＦＴまたはランダムなサイズのＴＦＴについて実用性がより低い。傾斜を生成することは、膜および結晶化レーザおよび他の機器に対してＴＦＴ製造機器が傾斜することを必要としうる。一部の工業用結晶化技法および一部のレーザセットアップの場合、こうした機器の傾斜は、効率を減少させうる。さらに、デバイスが、異なる幅（Ｗ）のＴＦＴを含む場合、式（２）によって、異なる傾斜角度が必要とされ、そのため、ＴＦＴ製造機器は、異なるＴＦＴを生成している間に、その傾斜を変更しなければならない。こうした変更は、工業生産において実施するのが困難でありうる。
【００５３】
傾斜エンジニアリングはまた、大きな傾斜角度については実用性が低くなりうる。技術が進歩し、チャネルが狭くなるにつれて、必要とされる傾斜角度は増加し、製造上の困難さを呈し、また同様に、平行結晶粒界のランダムな作用を増加させる。図２は、間隔λに対して小さな幅Ｗを有するチャネル領域によって表されるＴＦＴ３１０の略図を示す。式（２）によれば、１に近いｍの場合でも、ＴＦＴ３１０は、垂直スパン３０６がλに近くなるように比較的大きな角度θ2を必要とする。大きな傾斜角度、たとえば、４５°に近いかまたはそれより大きい角度は、それらの角度で機器を設置するときに実用上の困難さを呈する。さらに、大きな傾斜角度の場合、ＴＦＴの性能は、平行結晶粒界によって影響を受けることになる。ＴＦＴ３１１について見られるように、大きな傾斜角度θ2の場合、チャネル電流３１５は、もはや平行結晶粒界３１７に実際には平行でない。代わりに、多くの数の平行結晶粒界が、チャネル電流に交差し、そのため、ＴＦＴの抵抗を増加させる。これらの交差の数は、ＴＦＴおよび平行結晶粒界のロケーションに依存し、ＴＦＴごとに変動しうる。これらの変動は、ＴＦＴの性能の変動を増加させ、傾斜の効果を制限する。
【００５４】
上記困難さを回避するため、図３に見られるように、形状に工夫を施したＴＦＴは、ＴＦＴの縁において大きな傾斜を導入して、平行結晶粒界に平行である電流方向を維持しながら、デバイス均一性を保証しうる。さらに、形状に工夫を施したＴＦＴは、傾斜に工夫を施したＴＦＴと比較して、より効率的な結晶化処理を使用する。その理由は、ＴＦＴ製造機器に対して結晶化機器を傾斜させる必要性が存在しないからである。
【００５５】
形状エンジニアリングはまた、傾斜エンジニアリングと比較して大きなパッキング効率を達成する。たとえば、平行四辺形に成形されたＴＦＴ３２０は、小さなパッキングファクタを有し、傾斜ＴＦＴ３１０と比較して膜をより有効に使用する。その傾斜のために、Ｗt、傾斜ＴＦＴ３１０の有効水平スパンは、Ｗ、平行四辺形に成形されたＴＦＴ３２０の水平スパンよりかなり大きい。結果として、形状に工夫を施したＴＦＴによって使用される膜の有効面積は、傾斜ＴＦＴ３１０によって使用される膜の有効面積より小さく、デバイスの任意所与のエリアにおいて、傾斜ＴＦＴと比較してより多くの平行四辺形に成形されたＴＦＴをパッキングすることが可能である。あるいは、一定数のＴＦＴがデバイスで使用される場合、形状に工夫を施したＴＦＴは、傾斜ＴＦＴと比較して少ない結晶化面積を必要とする。
【００５６】
平行四辺形形状に加えて、一部の実施形態により、他の形状が、形状に工夫を施したＴＦＴのために使用されうる。一部の実施形態では、ＴＦＴは、四辺形として成形され、四辺形の場合、側部縁は、互いに平行であり、かつ、周期的結晶粒界に垂直である。四辺形のベース縁は、一方、結晶粒界に対して２つの異なる傾斜角度で配置されるため、各傾斜角度は、他の角度と異なるｍの値によって式（１）を別々に満たす。そのため、下側縁の垂直スパンは、上側縁の垂直スパンと異なりうる。たとえば、１つのこうした四辺形は、上側および下側縁が、異なる傾斜角度を有し、そのため、互いに平行でないように、図３の平行四辺形を修正することによって形成されうる。
【００５７】
なお一部の他の実施形態では、ＴＦＴは、縁の一方または両方が、複数の交差する角度付けされたサブ縁を含むように成形される。なお他の実施形態では、ＴＦＴは、他の不規則な形状を有する縁を有する。図５は、一部の実施形態による、形状に工夫を施したＴＦＴ５１０を示す。ＴＦＴ５１０では、ソースおよびドレインエリア５１３によって画定されるチャネル領域の上側および下側縁は、複数のサブ縁を含む（いわゆる、ジグザグ）２つの縁の形態で成形される。サブ縁のそれぞれに対する傾斜角度θ5は、そのサブ縁と周期的結晶粒界の方向との間の小さな角度として規定される。図５の形状に対する傾斜角度は、平行四辺形の上側および下側縁の垂直スパン５０６が、垂直結晶粒界間の間隔λの整数倍に近くなりうるよう、θ5に等しくなるように全て選択される。そのため、角度θ5は、以下の一般式（３）
垂直スパン＝Ｗ*ｔａｎ（θ）／ｎ＝ｍλ      （３）
を満たす。ここで、ｎはサブ縁の数であり、ｍは整数に近い値を有するように選択される。具体的には、図５の場合、ｎの値は６であり、ｍの値は１に近い。一部の実施形態では、サブ縁は、異なる角度を有する。ランダムに配置された異なるＴＦＴ間にほぼ一定数の交差結晶粒界を提供する他の幾何形状が考慮されてもよい。
【００５８】
一部の実施形態では、上側および下側縁の一方または両方は、傾斜角度が同じでない複数のサブ縁を含みうる。たとえば、ある実施形態では、縁は、「鋸歯(saw-tooth)」形状を有し、サブ縁の傾斜角度は、９０°未満の値と９０°に等しい値との間で交互に変わる。一部の他の実施形態では、サブ縁は、ゼロ傾斜角度で配向する、そのため、ゼロの垂直スパンを有する線分と相互接続されうる。一部の他の実施形態では、サブ縁のそれぞれについて、垂直スパンは、間隔の整数倍である。
【００５９】
一部の実施形態では、傾斜エンジニアリングと形状エンジニアリングの組合せが使用されて、膜に対しても傾斜する、形状に工夫を施したＴＦＴが生成されうる。一部の実施形態では、平行四辺形の角度は、角度が、１より大きな整数に近いｍの値、たとえば、２によって式（１）または式（３）を満たすよう、大きくなるように選択されうる。ｍの大きな値は、不均一な結晶粒界を有する膜の場合に特に推奨される。
【００６０】
２Ｄシステムによって生成される結晶化膜の不均一性の１つの原因は、長方形に成形されたレーザビームの放射パワーの不均一性でありうる。２Ｄシステムでは、ビームは、スキャン領域を拡張し、ステージスキャン速度を減少させるために伸長される。こうした伸張は、スループットレートを増加させるが、放射パワーの均一性を減少させうる。その理由は、レーザ軸に近い領域と比較して、レーザ軸から遠い領域において同じ投影特性を有することが困難でありうるからである。そのため、ビームを伸張することによって、レーザビームのパワーが、縁に近いエリアにおいて減少しうる。レーザの放射パワーの不均一性は、次に、溶融膜および得られる結晶の特性の不均一性をもたらしうる。
【００６１】
一部の実施形態では、結晶粒界の数の変動の相対的な作用を低減するために、大きなＴＦＴ、より具体的には、長さＬが大きいＴＦＴが利用される。より大きなＴＦＴは、通常、多数の垂直結晶粒界を含む。結果として、それらの特性は、多数の個々の結晶粒界の特性の平均から生じうる。さらに、その数の結晶粒界内の１つの結晶粒界の変動は、全体の数の結晶粒界における小さな相対的変化およびＴＦＴの性能における小さな相対的変動をもたらす。
【００６２】
他の実施形態では、デバイスの均一性は、より有効な平均化が起こるように、デバイス寸法に対して結晶粒径を減少させることによって増加する。こうしたセットアップは、将来のディスプレイ製品およびＡＭＯＬＥＤディスプレイに特に有用でありうる。概念的に、より短い粒（垂直結晶粒界間の小さな間隔）は、横方向成長フロントが直ぐに衝当するように、ビーム幅、たとえば、ビーム幅の「短軸（short axis)」を減少させることによって達成されうる。ビーム幅の減少は、たとえば、おそらく放射強度を減少させることと組合せて、投影されるパターンの幅を減少させることによって達成されうる。しかし、実際には、使用される投影システムの分解能の制限のためにこれは容易でない。高分解能は、焦点深度の減少という犠牲を払って達成されるだけである。ビーム寸法（たとえば、Ｇｅｎ４パネルの幅と同程度の長さ）およびパネルの粗さのために、これは問題になる。同様な問題が、ビームが狭いライン内に収束される非投影システムに関して見出される。ここで、さらなる問題は、結晶化が、パルスごとのパワーに敏感であるため、ガウスビームプロファイルがより好ましくないことである。
【００６３】
一部の実施形態では、レーザビームの短軸に沿って非対称である強度プロファイルを有するレーザビームが、小さな粒を生成するのに利用される。図６（ｃ）は、こうしたビームの強度プロファイルの例を示す。一部の実施形態では、非対称ビームプロファイルは、レンズの中心から投影レンズに誘導される入射ビームをシフトさせることによって生成されうる。シフトは、収差をもたらし、非対称な強度のビームを生成する。他の実施形態では、非対称ビームプロファイルは、入射ビームをビーム幅規定スリット内に誘導することによって生成される。なお他の実施形態では、非対称ビームは、光学要素、たとえば、投影レンズ、スリット、ホモジナイザなどの位置を修正して、レーザエネルギーの強度をビーム幅内で再分配することによって生成されうる。
【００６４】
異なる短軸ビームプロファイルの作用は図６に示される。図６（ａ）の場合のような低い強度のビームは、制限された横方向成長をもたらす。領域６００１は、ビームによって溶融する。ビームを取除くと直ぐ、領域６００１は、領域６００２および６００３内に横方向に結晶化する。ビームのエネルギーが低いため、結晶化した領域６００２および６００３は、互いに接する前にその結晶化を終了し、両者の間に、結晶化されない核形成したシリコン領域６００４が形成される。したがって、減少したビームエネルギーは、小さな横方向粒成長をもたらすが、ビーム分解能に対する制限が、こうしたビームの実用上の適用を妨げる。核形成した領域は、ビーム幅を減少させることによって回避されうるが、こうした減少は、前に説明したように実行可能でない。図６（ｂ）の場合のような高い強度のビームは、大きな横方向成長長さをもたらす。この場合、横方向に結晶化した領域６００５および６００６は、結晶粒界６００８に沿って接し、核形成したシリコン領域は存在しない。一部の実施形態では、低い強度は、完全溶融強度の約１．３倍であってもよく、一方、高い強度は、完全溶融強度の約１．９倍であってもよい。完全溶融強度は、膜厚およびパルス継続時間に依存する。一部の実施形態では、完全溶融強度の典型的な値は、約０．４〜０．９ジュール／ｃｍ2である。
【００６５】
図６（ｃ）に示す非対称強度ビームは、しかし、図６（ｂ）のビームのような高エネルギー密度プロファイルと比較して、長い横方向成長と短い横方向成長の両方を提供しうる。具体的には、核形成が、最も熱い領域において依然として実際に抑制されている間に、冷たい側、すなわち、図６（ｃ）の左手側の成長が、熱い側、すなわち、右手側に比べて迅速に進行する可能性がある。結果として、ビームの強力でない側、すなわち、図６（ｃ）の例の左手側の横方向成長は、ビームのより強力な側、すなわち、右手側の横方向成長より長い。これは、非対称横方向成長をもたらし、領域６０１２の横方向成長ＬＧＬ１は、領域６０１４の横方向成長ＬＧＬ２より長い。
【００６６】
非対称強度ビームによるシステムは、高いスループットを有するＧｅｎ４パネルを結晶化するのに使用されうる。指向性を持って固化する材料を生成することを目論むこうしたシステムでは、サンプル併進速度を上げることによって、パルス間併進距離（膜に対するビームの相対変位）が増加され、それにより、高いスループットが達成されうる。
【００６７】
一部の実施形態では、２ショットＳＬＳ技法を利用して、非対称ビームが、結晶粒径を減少させるのに使用されうる。図７Ａ〜７Ｃは、対称ビームを使用した２ショットＳＬＳ法におけるビーム進行を示す。こうしたシステムでは、ビームは、ＬＧＬと２ＬＧＬとの間にある変位Ｄだけ移動する。得られる周期的結晶粒界は、変位Ｄの値だけ離間する。
【００６８】
図８Ａ〜８Ｃは、一部の実施形態による、非対称ビームを使用した２ショットＳＬＳ法におけるビーム進行を示す。こうしたシステムでは、ビームは、大きな粒の方向である左に移動する。２ショットＳＬＳシステムの場合、変位Ｄの値は、ＬＧＬ２と、ＬＧＬ１＋ＬＧＬ２（ビームの総合幅である）との間でなければならない。得られる周期的結晶粒界は、依然として変位Ｄの値だけ離間する。したがって、変位Ｄ'をＬＧＬ２に近くなるように選択することによって、図７Ｃのシステムの周期的結晶粒界より近くなる周期的結晶粒界が生成されうる。そのため、焦点深度を損なうことなく、短い粒が生成される。通常、Ｄ'は、ＬＧＬ２＋δ（δは小さくなるように選択される）に等しくなるように選択されるが、連続する照射間のオーバラップが、ビーム縁に沿うビームの強度の変動の影響を低減するように選択される。ビーム幅が通常４ミクロンと１０ミクロンとの間である一部の実施形態では、δは、通常、約０．２〜０．５ミクロンでありうる。
【００６９】
図８Ａ〜８Ｃの変位が図７Ａ〜７Ｃより小さくなるように選択されるため、図８Ａ〜８Ｃのスループットは、長い粒を生成するために対称ビームを使用する図７Ａ〜７Ｃより低くなることになる。一方、対称ビームによる指向性ＳＬＳ法を使用するシステムでは、変位は、ＬＧＬ、ビーム幅の半分より小さくなるように選択されなければならない。そのため、図８Ａ〜８Ｃの変位が、後者のシステムの変位に匹敵するかまたはそれより大きい場合、図８Ａ〜８Ｃのスループットは、非対称ビームを使用する指向性ＳＬＳのスループットに匹敵するかまたはそれより優れる可能性がある。
【００７０】
一部の実施形態では、性能の不均一性は、２次元（２Ｄ）レーザビームのパワーの変動によって引起される。このタイプの不均一性を低減するために、一部の実施形態では、小さなアスペクト比が、ビームについて使用され、ビームの長さとその幅との比が低減され、正方形に近い形状を有するレーザビームが生成される。小さなアスペクト比のビームは、レンズの外側の完全でない部分と対照的に、ビームを収束させるレンズの中心部分を十分に利用する。こうした技法は、ＪＳＷが販売する２Ｄレーザシステムなどのレーザセットアップについて特に有用でありうる。
【００７１】
本発明の実施例を示し、述べたが、本発明の範囲から逸脱することなく、例において種々の変更および修正が行われうることが当業者に容易に明らかになるであろう。当業者は、通常の実験を使用することなく、たとえば、要素または実施形態を再配置または組み合わせることによって、本明細書で述べる特定の構成および手順に対する多数の等価物を認識するか、または、確認できるであろう。こうした等価物は、本発明の範囲内にあると考えられ、また、添付特許請求の範囲によってカバーされる。
【図１Ａ−１Ｃ】
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【図２−３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ−Ｃ】
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【図８Ａ−Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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