(57)【要約】【課題】パターニングされたレーザーマスクの横方向移動時にさらに生産性と均一性が高い結晶化工程を可能にするマスクパターン及びこれを利用した結晶化方法を提供する。【解決手段】本発明はＳＬＳレーザー結晶化のためのレーザービームマスクとこれを利用した結晶化に係り、第１方向に階段状で配置されて第２方向に一定間隔離隔されるように配列されて、各々は中央部と中央部の両側面に第１及び２エッジ部でなされる複数個の透過領域と；レーザー装置のレーザービームを遮断する遮断領域を含む多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスクとこれを利用して基板上の非晶質シリコンを１次結晶化して、横方向にマスクパターンの長軸長さ以下に移動させた後２次結晶化して巨大結晶粒を作るシリコン結晶化方法を提供する。【選択図】図５Ａ
2004214614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質シリコン層が形成された基板を提供する段階と；
複数個の透過領域を含んで、前記複数個の透過領域は、第１方向に階段状に配置されかつ第２方向に一定間隔離隔されるように配列されて、各透過領域は中央部と前記中央部の両側面に第１及び２エッジ部でなるマスクを前記非晶質シリコン層上部に配置する段階と；
前記マスクを通して前記非晶質シリコン層に１次レーザービームを照射して前記複数個の透過領域に対応して各々中央部と前記中央部の両側面に第１及び２エッジ部でなる複数個の第１照射領域を形成する段階と；
前記各透過領域の第１エッジ部が前記各第１照射領域の第２エッジ部と重なるように前記基板を前記マスクに対して相対的に移動して整列する段階と；
前記マスクを通して前記非晶質シリコン層に２次レーザービームを照射して前記複数個の透過領域に対応する複数個の第２照射領域を形成する段階と
を含む多結晶シリコン形成方法。
【請求項２】
前記マスクは、前記レーザービームを遮断する遮断領域をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項３】
前記第１方向は、前記第２方向と実質的に垂直であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項４】
前記各透過領域の中央部は、四角形状であって、前記各透過領域の第１及び２エッジ部はテーパ状であることを特徴とする請求項３に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項５】
前記各透過領域の中央部は、前記第１方向と平行して第１長さを有する第１及び２辺と前記第２方向と平行して第２長さを有する第３及び４辺でなされることを特徴とする請求項４に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項６】
前記基板は、前記マスクに対して前記第１方向に前記第１長さほど相対的に移動することを特徴とする請求項５に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項７】
前記第２長さは、前記第２方向によって隣接した前記中央部間の第１距離より大きいことを特徴とする請求項５に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項８】
前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第２距離は、前記第２長さの半分より大きくて前記第２長さより小さいことを特徴とする請求項７に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項９】
前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第２距離は、０より大きく前記第２長さの半分より小さいことを特徴とする請求項７に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項１０】
前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第１距離は、前記第２方向によって隣接した前記中央部間の第２距離より大きいことを特徴とする請求項５に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項１１】
前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第１距離は、前記第２方向によって隣接した前記中央部間の第２距離より小さいことを特徴とする請求項５に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項１２】
前記各透過領域の第１エッジ部が前記各第２照射領域の第２エッジ部と重なるように前記基板を前記マスクに対して相対的に移動して整列する段階と；
前記マスクを通して前記非晶質シリコン層に３次レーザービームを照射して前記複数個の透過領域に対応する複数個の第３照射領域を形成する段階とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の多結晶シリコン形成方法。
【請求項１３】
第１方向に階段状に配置されかつ第２方向に一定間隔離隔されるように配列されて、各々は中央部と前記中央部の両側面に第１及び２エッジ部でなる複数個の透過領域と；
レーザー装置のレーザービームを遮断する遮断領域と
を含むことを特徴とする多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク。
【請求項１４】
前記第１方向は、前記第２方向と実質的に垂直であることを特徴とする請求項１３に記載の多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク
【請求項１５】
前記各透過領域の中央部は、四角形形状であって、前記各透過領域の第１及び２エッジ部はテーパ状であることを特徴とする請求項１４に記載の多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク。
【請求項１６】
前記各透過領域の中央部は、前記第１方向と平行して第１長さを有する第１及び２辺と前記第２方向と平行して第２長さを有する第３及び４辺でなされることを特徴とする請求項１５に記載の多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク。
【請求項１７】
前記第２長さは、前記第２方向によって隣接した前記中央部間の間隔より大きいことを特徴とする請求項１６に記載の多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク。
【請求項１８】
前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第１距離は、前記第２長さの半分より大きくて前記第２長さより小さいことを特徴とする請求項１７に記載の多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク。
【請求項１９】
前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第２距離は、０より大きくて前記第２長さの半分より小さいことを特徴とする請求項１７に記載の多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク。
【請求項２０】
前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第１距離は、前記第２方向によって隣接した前記中央部間の第２距離より大きいことを特徴とする請求項１６に記載の多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク。
【請求項２１】
前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第１距離は、前記第２方向によって隣接した前記中央部間の第２距離より小さいことを特徴とする請求項１６に記載の多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク。
【請求項２２】
前記第１方向によって隣接した前記透過領域の第１及び２エッジ部は、前記第２方向に平行した仮想線上に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低温ポリシリコン形成方法に係り、さらに詳細にはグレーン（grain）の側面成長を誘導して結晶質シリコンを形成するＳＬＳ（Sequetial Lateral Solidification）技術に適用可能なマスクパターン（mask pattern）及びこれを用いたシリコン結晶化に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、シリコンは、結晶状態によって非晶質シリコン（amorphous sillicon）と結晶質シリコン（crystalline sillicon）に分けることができる。このうち、非晶質シリコンは、比較的低い温度で薄膜（thin film）として形成可能であるので、通常、溶融点が低いガラスなどを基板として活用する液晶パネル（liquid crystal panel）用スイッチング素子（switching device）に用いられる。
【０００３】
しかし、非晶質シリコン薄膜を用いる素子は、電気的特性が多少低下すると共に大面積化がむずかしいという短所を有する。それで、高品位の多結晶シリコン（poly-crystalline sillicon）薄膜が要求されるが、一般的に、多結晶シリコン薄膜は、結晶粒（grain）の大きさが増加するほど電気的特性が改善される傾向がある。したがって、シリコンをなるべく単結晶化する方法が大きな課題として浮び上がっている。
【０００４】
一方、最近になってレーザーをエネルギー源にしてシリコン結晶の側面成長を誘導する逐次的横方向結晶化（Sequetial Lateral Solidification：以下ＳＬＳと称す）技術が国際特許ＷＯ９７／４５８２７、韓国公開特許２００１−００４１２９等に紹介されたことがあるが、これは、シリコングレーンが完全に溶融したシリコン内で液状シリコンと固相シリコンの境界面からその境界面に対して垂直方向に成長するという自然法則を利用したものである。
【０００５】
言い換えれば、マスクを用いてレーザービームの照射範囲を適切に選定して、これを移動しながらシリコングレーンを所定長さほど側面成長させることによって非晶質シリコン薄膜を結晶化することであって、このためのＳＬＳ装置は図１に示すとおりである。
【０００６】
図１は、一般的なＳＬＳ装置の概略的な構造を示した図面であって、レーザービーム３４を発生するレーザーソース３６と、前記レーザービーム３４を集束する第１光学部４０と、前記集束されたレーザービームを所定の形状でパターニングするマスクアセンブリ３２と、前記パターニングされたレーザービームを一定な比率で縮少する第２光学部４２と、前記縮少されたレーザービームが照射される基板４４、そして前記基板４４を支持及び移動させるステージ４６を含む。
【０００７】
ここで、基板４４上面には絶縁膜である緩衝層及びこれの上部に非晶質シリコン薄膜が蒸着された状態であり、特に非晶質シリコン薄膜は脱水素化過程を経ることが望ましい。そして、マスクアセンブリ３２は、マスク３８を含むが、これはレーザービームを通過させる透過領域Ａ、レーザービームを遮断する遮断領域Ｂとして構成される所定のパターンが形成されている。したがって、レーザービームの照射領域及び照射パターンはこのマスク３２に依存する。
【０００８】
一方、現在の技術では、レーザーのビーム幅とマスク３８の大きさが制限されているために、基板４４全面積を同時に結晶化することは不可能である。したがって、前述した構成のＳＬＳ装置を用いて非晶質シリコン薄膜を結晶化するためには、基板４４またはマスクアセンブリ３２を数μｍまたは数十ｍｍ単位で移動させながらレーザービームの照射を繰り返し所定面積のブロック（block）単位で非晶質シリコン薄膜を結晶化して、再びこのブロック単位の結晶化過程を繰り返す。
【０００９】
図２Ａないし図２Ｃは、一般的なＳＬＳ装置を利用してＳＬＳ工程が進められる非晶質シリコン薄膜５２に対する工程平面図であって、パターニングされたレーザーマスクを通して基板に照射されたレーザーにより非晶質シリコンが一側面方向に成長していく様子を示す概略図である。このとき、マスクパターンは説明の便宜上、図１のように３個の横方向スリット形態の透過領域Ａとして定める。
【００１０】
まず、図２Ａは、レーザービームを１次照射した場合、非晶質シリコン薄膜５２が結晶質シリコンとして結晶化される段階を示した図面である。図示したように、レーザービームは、前記マスク（図１の３２）の透過領域に対応するように部分的（Ｄ、Ｅ、Ｆ）に照射される。したがって、該部分の非晶質シリコン薄膜５２は溶融して液化されるが、このとき、レーザーのエネルギーは前記非晶質シリコン薄膜が完全に溶ける程度の高エネルギー領域帯である。
【００１１】
続いて、レーザービームの照射が終われば、各部分（Ｄ、Ｅ、Ｆ）別に非晶質シリコン領域５２と液化されたシリコン領域の界面５６において各々シリコングレーン５８ａの側面成長が進められる。このシリコングレーン５８ａの側面成長は、前記界面５６に対して垂直で立ち上がり、その最大成長長さはレーザービームのエネルギー密度、基板温度、非晶質シリコン状態等いろいろな要因の影響を受けるが、通常１μｍないし２μｍ程度である。
【００１２】
このとき、ビームパターン、すなわち、マスク（図１の３２）の透過領域（図１のＡ）の幅が前記グレーン最大成長長さの二倍以上になるならば、シリコン領域の両側界面から各々成長したグレーン領域間には微細多結晶シリコン粒子が存在する核生成領域が形成されるが、これを無くすためにマスク３２の透過領域Ａの幅はシリコングレーン５８ａの最大成長長さの二倍以下であることが望ましい。
【００１３】
前述した１次レーザービーム照射を通して、非晶質シリコン薄膜５２にはマスク透過領域Ａと同一な数及び面積に対応する結晶質シリコンが形成される。
【００１４】
次に、図２Ｂは、レーザービームを２次照射してシリコングレーンが成長した形態を示した図面である。ここで、２次レーザービームの照射領域は、１次レーザービーム照射により両側面から成長したグレーンの界面５６に所定幅で重なるようにしなければならないが、これは１次レーザー照射工程により形成された結晶化領域と他の独立的な結晶が成長することを防止するためである。
【００１５】
したがって、レーザー照射工程を通して進められる結晶成長の長さは、１μｍないし２μｍであることを勘案すれば、図１のＳＬＳ装置の基板４４またはマスクアセンブリ３２の移動距離はこれより小さい１μｍ以下になる。
【００１６】
そして、２次照射されたレーザービームが触れた部分は、図１で結晶化された領域の縁部分と、これと隣接した非晶質シリコン部分を含み、この部分は液化された後、再び結晶化される。したがって、１次照射で形成された多結晶シリコン領域のシリコングレーンに連続して２次液化された部分にグレーン側面成長がなされる。
【００１７】
前記のような工程を複数繰り返して、図２Ｃに示したように、１ブロックに該当する非晶質薄膜を結晶質シリコン薄膜として形成することができ、このブロック単位の結晶化工程を繰り返して、大きな面積の非晶質薄膜を結晶質シリコン薄膜として形成することができる。
【００１８】
しかし、前述した方法のＳＬＳ結晶化方法を用いる場合、結晶化の進行方向は、横または縦のいずれか一つの方向に限定され、マスクまたは基板の移動距離も前記結晶化進行方向に沿って数μｍ程度に過ぎない。したがって、総工程時間の大部分は、マスクまたは基板の移動時間が占めるようになり工程収率が大幅に落ちる。
【００１９】
このため、マスクのパターン形状が非常に重要な意味を有することになり、これに対応して図３に示したようなパターンのマスク６２が提案されたことがある。これは、単に同一の矩形状の透過領域Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６（前記透過領域の数は任意で定める）を一定に羅列したものであって、各々の透過領域Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６の長軸はマスク６２の横方向Ｈと平行を維持する。
【００２０】
、これら透過量域は、横方向Ｈに徐々に段差が付くように一定な高さを置いて階段状で配列され、縦方向Ｖには同一間隔を維持して平行に配列されている。特に、横方向Ｈには各透光領域Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６の対向する両短軸が一部重なる。
【００２１】
そして、このマスク６２または基板は、各透過領域の横方向長さＰだけ横方向に移動することになるが、図４Ａないし図４Ｃを参照して前記マスク６２を利用した結晶化工程を簡単に説明する。
【００２２】
まず、図４Ａは、前記マスク６２を対応させた状態でレーザービームが１次照射された非晶質シリコン薄膜５２を図示したものであって、前記薄膜には各々前記マスクの透過領域Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６に対応する結晶質シリコン領域Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６が各々形成されている。
【００２３】
また、図４Ｂは、図４Ａの状態で前記マスク（６２：または非晶質薄膜、以下同一である）を横方向に各透過領域Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６の横方向長さＰだけ移動させた状態を表示したものであって、この状態で、２次レーザービームを照射すれば、図４Ｃのように、各々の結晶化領域が横及び／または縦方向に拡張された結果を得ることができる。
【００２４】
したがって、続けて、マスク６２を各透過領域Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６の横方向長さＰほど移動させながらレーザービームを照射すれば、結局、図４Ｄのように、全面積が多結晶シリコン５２ａで形成される。
【００２５】
すなわち、前記のようなパターンのマスクを用いる場合、マスクの移動方向は横方向であり、結晶質シリコンの拡張領域は横、縦方向であるので、工程時間を短縮させることができ、特に、マスクの移動によって各々重なる領域が一定に拡大されるので均等した結晶質シリコン薄膜を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかし、前述した構成において、マスク６２は、複数の矩形状の透過領域を、長軸方向に平行に配置し、かつ短軸方向に一部が重なって階段状に配置して、長軸方向に沿って長軸方向の長さＰだけ移動を進めるが、数々の問題点を示す。例えば、以前の照射段階で結晶化された領域と、次の照射段階で結晶化される領域との境界において不均一な結晶化が進められることになる。
【００２７】
すなわち、図４Ｂにおいて、各段階別のレーザービーム照射により透過領域の短軸方向が互いに接する部分Ｋを注意深く観察した結果、パターニングされたマスク６２の透過領域において縁部分のレーザービームは、回折現象により歪曲されたビームが走査され、これによって一部に非常に小さい結晶粒が複数発生する。このような小さな結晶粒は、透過領域の長軸方向では結晶化過程中に消滅するが、短軸方向が互いに接する部分Ｋにおいては消滅しないで残り、この部分に素子が形成される場合には深刻な素子の作動特性低下を発生させる。
【００２８】
そこで、本発明は、結晶粒の不均一性を除去すると同時に総工程時間を短縮して生産性を向上するために案出されたものであり、パターニングされたレーザーマスクの横方向移動においてさらに生産性と均一性が高い結晶化工程を可能にするマスクパターン及びこれを利用した結晶化方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、前記のような目的を達成するために、第１方向に階段状に配置されかつ第２方向に一定間隔離隔されるように配列されて、各々は中央部と前記中央部の両側面に第１及び２エッジ部でなされる複数個の透過領域と；レーザー装置のレーザービームを遮断する遮断領域を含む多結晶シリコン形成用レーザー装置のマスクを提供する。
【００３０】
このとき前記第１方向は前記第２方向と実質的に垂直であり、前記各透過領域の中央部は四角形形状であって、前記各透過領域の第１及び２エッジ部はテーパ状で有り得る。
【００３１】
前記各透過領域の中央部は前記第１方向と平行して第１長さを有する第１及び２辺と前記第２方向と平行して第２長さを有する第３及び４辺でなされて前記第２長さは前記第２方向によって隣接した前記中央部間の間隔より大きくありえる。
【００３２】
また、前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第１距離は前記第２長さの半分より大きくて前記第２長さより小さく形成したり、前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第２距離は０より大きくて前記第２長さの半分より小さく形成することができる。
【００３３】
前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第１距離は、前記第２方向によって隣接した前記中央部間の第２距離より大きかったり、前記第１方向によって隣接した前記中央部の第１辺間の第１距離は前記第２方向によって隣接した前記中央部間の第２距離より小さく形成することもできる。
【００３４】
そして、前記第１方向によって隣接した前記透過領域の第１及び２エッジ部は前記第２方向に平行した仮想線上に配置されるように形成されることができる。
【００３５】
一方、本発明は、横方向及び縦方向への移動が可能なステージを備えた結晶化装備を利用して非晶質シリコン層が形成された基板を提供する段階と；複数個の透過領域を含んで、前記複数個の透過領域は第１方向に階段状で配置されて第２方向に一定間隔離隔されるように配列されて、各透過領域は中央部と前記中央部の両側面に第１及び２エッジ部でなされるマスクを前記非晶質シリコン層上部に配置する段階と；前記マスクを通して前記非晶質シリコン層に１次レーザービームを照射して前記複数個の透過領域に対応して各々中央部と前記中央部の両側面に第１及び２エッジ部でなされる複数個の第１照射領域を形成する段階と；前記各透過領域の第１エッジ部が前記各第１照射領域の第２エッジ部と重なるように前記基板を前記マスクに対して相対的に移動して整列する段階と；前記マスクを通して前記非晶質シリコン層に２次レーザービームを照射して前記複数個の透過領域に対応する複数個の第２照射領域を形成する段階を含む多結晶シリコン形成方法を提供する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は、ＳＬＳレーザーマスクのエッジ部で発生する結晶粒の不均一性を解消することが可能なマスク及び結晶化方法を提供することができ、これを通して、さらに改善されたＳＬＳ素子の製作が可能である。特に、本発明による各透過領域はエッジ部の幅が徐々に狭まるように形成され、これを通してさらに信頼性ある結晶化工程を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図５Ａないし図５Ｃは、本発明によるレーザーマスク及びこれを利用したシリコン結晶化方法の第１の実施の形態を示した図面であって、図５Ａは、第１の実施の形態に係るレーザーマスク１００、図５Ｂは、図５ＡのＧ部の拡大及び説明図、図５Ｃは、前記レーザーマスク１００の結晶化工程によって各透過領域が如何に配列されるのかを示した工程図である。
【００３８】
図５Ａに示すように、本発明の第１の実施の形態に係るレーザーマスク１００は、レーザービームを通過させる透過領域１０２と、レーザービームを遮断する遮断領域１０４で構成されている。
【００３９】
透過領域１０２は、一定な形状が繰り返して配列されて構成されるが、説明の便宜上、各透過領域１０２を連続した二部分に区分して説明すれば、前記各透過領域１０２は、矩形状の中央部１０６と、この中央部１０６の各短軸からそれぞれ遠ざかるように延ばして、徐々に幅が狭まるテーパ状の両エッジ部１０８ａ、１０８ｂとでなる。このため、一見すれば、各透過領域１０２は六角形に近い形状を有すると言える。また、このレーザーマスクは、両エッジ部１０８ａ、１０８ｂが楕円形または円形の形状を有することもできる。
【００４０】
また、これら各透過領域１０２は、長軸がマスク１００の横方向Ｘ１、すなわち進行方向と平行をなすように一定に配列されるが、説明の便宜上、これら各透過領域１０２は、マスク１００の横方向Ｘ１に行をなし、縦方向Ｘ２には列をなすことを前提にする。
【００４１】
ここで、任意の一つの透過領域Ｎ１は、行方向Ｘ１の少なくとも一つ以上の透過領域Ｎ２またはＮ３と隣接し、列方向Ｘ２の少なくとも一つ以上の透過領域Ｎ４またはＮ５と隣接するが、行方向Ｘ１に隣接する透過領域Ｎ２またはＮ３同士は一定な高さを置いて段差付けられるように配列され、列方向Ｘ２に隣接する透過領域Ｎ４またはＮ５同士は一定な間隔を置いて平行に配列されることが望ましい。
【００４２】
図５Ｂを利用してこれを詳細に説明すれば、透過領域Ｎ１の中央部１０６の長軸１０６ａ、１０６ｂの長さをＬ１、短軸１０６ｃ、１０６ｄの長さをＬ２とすると、透過領域Ｎ１と行方向Ｘ１に隣接する透過領域Ｎ３とがなす高さの差Ｌ４は、各透過領域１０２の中央部１０６の短軸１０６ｃ、１０６ｄの長さＬ２の１／２より大きく、前記短軸１０６ｃ、１０６ｄの長さＬ２よりは小さいことを特徴とし、透過領域Ｎ１の列方向Ｘ２に隣接する透過領域Ｎ５との間隔Ｌ３は、前記短軸１０６ｃ、１０６ｄの長さＬ２より小さく、透過領域Ｎ１とは重さならないことが望ましい。理解を助けるために、遮断領域１０４を、各透過領域１０２の中央部１０６の短軸１０６ｃ、１０６ｄの長さＬ２より小さい厚さの織物にたとえて、これらが交差しながら１方向がさらに長い六角形と同様な網目をなすように編まれた構造として理解すれば易しい。
【００４３】
そして、特に、行方向Ｘ１に隣接する透過領域Ｎ１、Ｎ３同士は対向する両エッジ部が交差することを特徴とするが、このマスク１００の進行距離は前記中央部１０６の長軸１０６ａ、１０６ｂの長さＬ１より同じか小さいことを特徴とする。
【００４４】
図５Ｃは、前記マスク１００の工程の進行によって各透過領域が如何に配列されるのかを図示したものであって、区別の便宜のために１次レーザービームが照射される場合を実線で、２次レーザービームが照射される場合を一点鎖線で、そして、３次レーザービームが照射される場合を点線で表示し、重複した図面符号は省略した。
【００４５】
上述した段階で、１次レーザービームが照射されれば、マスクのパターンとほとんど同一な領域にかけて非晶質シリコンの側面結晶化がなされて、前記マスクパターンを透過領域の長軸の長さＬ１と同じか短い距離を横方向に移動させて、２次レーザー照射を行うことによって、透過領域の高さの差（Ｌ３）部分がすべて結晶化される。これによって、二回のレーザービーム照射で１ブロックの領域の結晶化が完成される。
【００４６】
図５Ｃにおいては、説明の便宜上、２本の列でなされた透過領域を有したレーザーマスクの例を挙げて説明したが、さらに多くの列でなされた透過領域を有したマスクで結晶化する場合には、１ブロックに二回のレーザーを照射後、３番目レーザを照射する時には２番目レーザーを照射した領域の端部分の透過領域列と３番目レーザーを照射する領域の最初列の透過領域を整列してレーザーを照射するようになるので、優れた生産性を得ることができる。また、前記第１の実施の形態の各々のレーザー照射段階で各々のエッジ部は次の工程のレーザー透過領域の中央部と重なるようになっており、これによって、レーザーの回折により発生する不均一な結晶粒の発生が相殺される効果を有するようになる。
【００４７】
図６Ａないし図６Ｃは、本発明によるレーザーマスク及びこれを利用したシリコン結晶化方法の第２の実施の形態を示した図面であって、図６Ａは、第２の実施の形態に係るレーザーマスク２００、図６Ｂは、これの詳細説明図、図６Ｃは、前記レーザーマスク２００の結晶化工程によって各透過領域が如何に配列されるのかを示した工程図である。
【００４８】
図６Ａに示す本発明の第２の実施の形態に係るレーザーマスクは、レーザービームを通過させる透過領域２０２と、レーザービームを遮断する遮断領域２０４で構成されている。
【００４９】
透過領域２０２は、一定な形状が繰り返して配列されて構成されるが、説明の便宜上、各透過領域２０２を連続された二部分に区分すれば、各透過領域２０２は、矩形状の中央部２０６と、この中央部の各短軸を互いに遠ざかるように延ばし、徐々に幅が狭まるテーパ状の両エッジ部２０８ａ、２０８ｂとでなる。一見すれば、六角形に近い形状を有すると言える。また、このレーザーマスクは、両エッジ部２０８ａ、２０８ｂが楕円形または円形の形状を有することもできる。
【００５０】
また、これら各透過領域２０２は、長軸２０６ａ、２０６ｂがマスク２００の横方向Ｘ１、すなわち進行方向と平行をなすように一定に配列されるが、説明の便宜上、これら各透過領域２０２がマスク２００の横方向Ｘ１に行をなし、縦方向Ｘ２には列をなすことを前提にする。
【００５１】
ここで、任意の一つの透過領域Ｎ５は、行方向Ｘ１の少なくとも一つ以上の透過領域Ｎ４、Ｎ６と隣接し、列方向Ｘ２の少なくとも一つ以上の透過領域Ｎ２、Ｎ８と隣接するが、行方向Ｘ１に隣接する透過領域Ｎ４、Ｎ６同士は一定な高さを置いて段差付けられるように配列され、列方向Ｘ２に隣接する透過領域Ｎ２、Ｎ８同士は一定な間隔を置いて平行に配列されることが望ましい。
【００５２】
図６Ｂを利用してこれを詳細に説明すれば、各透過領域２０２の中央部２０６の長軸２０６ａ、２０６ｂの長さをＬ１、短軸２０６ｃ、２０６ｄの長さをＬ２とすると、行方向Ｘ１に隣接する透過領域Ｎ１、Ｎ２となす高さの差Ｌ４は、各透過領域２０２の中央部２０６の短軸２０６ｃ、２０６ｄの長さＬ２の１／２より小さいことを特徴とし、列方向Ｘ２に隣接する透過領域Ｎ１、Ｎ４との間隔Ｌ３は、前記列方向Ｘ２に配列された透過領域の個数と相関関係を有し、最初の行における最後の透過領域Ｎ３とその次の行における最初の透過領域Ｎ４が横方向に移動する時に相互に噛み合ったり一部重なりうる程度の長さとすることが望ましい。
【００５３】
そして、特に、行方向Ｘ１に隣接する透過領域Ｎ１、Ｎ２同士は、対向する両エッジ部が交差することを特徴とするのが、このマスク２００の進行距離は前記中央部２０６の長軸長さＬ１と同じか小さいことを特徴とする。
【００５４】
図６Ｃは、前記マスク２００が工程の進行によって各透過領域が如何に配列されるのかを図示したものであって、区別の便宜のために１次レーザービームが照射される場合を実線で、２次レーザービームが照射される場合を一点鎖線で、３次レーザービームが照射される場合を点線で、そして、４次レーザービームが照射される場合を二点鎖線で表示し重複した図面符号は省略した。
【００５５】
上述した段階で、１次レーザービームが照射されれば、マスクのパターンとほとんど同一な領域にかけて非晶質シリコンの側面結晶化がなされ、前記マスクパターンを透過領域の長軸の長さＬ１と同じか短い距離を横方向に移動させて、２次レーザー照射を行うことによって、１次レーザー照射により結晶化された部分に続いて成長する結晶粒を得ることができ、３次レーザー照射を通して２次レーザー結晶化で得られた結晶をさらに成長させると同時に最初の行の最後の透過領域Ｎ３とその次の行の最初の透過領域Ｎ４が重なりながら１ブロックの結晶化が完成される。
【００５６】
このように全基板の横方向レーザー照射が終われば、マスク２００をマスク透過領域の高さほど縦方向に移動させて結晶化を進める。図６Ｃにおいては説明の便宜のために３本の行と３本の列でなされた透過領域を有したレーザーマスクを例に挙げて説明したが、さらに多くの行と列でなされた透過領域を有したマスクで結晶化する場合にはさらに優れた生産性を得ることができる。また、前記第２の実施の形態における各々のレーザー照射段階においても第１の実施の形態と同一に各々のエッジ部は次の工程のレーザー透過領域の中央部と重なるようになっており、これによって、レーザーの回折により発生する不均一な結晶粒の発生が相殺される効果を有するようになる。
【００５７】
上述した第１及び第２の実施の形態の各段階において、エッジ部が交差する部分を注意深く観察した結果、レーザービームの照射次数を繰り返すによって一つの透過領域の上、下、左、右すべての角を各々自身が、または隣接する透過領域がオーバーラップすることが確認できるのに、特に一般的な場合において不均一な結晶があらわれる領域すなわち、各透過領域エッジ部の交差部分Ｋはエッジ部が次の工程のレーザーマスクの透過部中央部と重なるようになりながらレーザー回折による不均一領域がなくなることが分かる。
【００５８】
したがって、マスクのエッジ部においてレーザービームの回折が発生しても工程中の他の透過領域により相殺されて非晶質シリコンが残存したりまたは不均一な結晶が発生したりする可能性を大幅に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】一般的なＳＬＳ工程装備の概略的な構造図。
【図２Ａ】一般的なレーザーマスクを用いたＳＬＳ結晶化方法を説明するための非晶質シリコン薄膜の平面図。
【図２Ｂ】一般的なレーザーマスクを用いたＳＬＳ結晶化方法を説明するための非晶質シリコン薄膜の平面図。
【図２Ｃ】一般的なレーザーマスクを用いたＳＬＳ結晶化方法を説明するための非晶質シリコン薄膜の平面図。
【図３】レーザーマスクの平面図。
【図４Ａ】図３のマスクを用いた結晶化方法を説明するための非晶質シリコン薄膜の平面図。
【図４Ｂ】図３のマスクを用いた結晶化方法を説明するための非晶質シリコン薄膜の平面図。
【図４Ｃ】図３のマスクを用いた結晶化方法を説明するための非晶質シリコン薄膜の平面図。
【図４Ｄ】図３のマスクを用いた結晶化方法を説明するための非晶質シリコン薄膜の平面図。
【図５Ａ】本発明の第１の実施の形態によるマスクの一例を示した平面図。
【図５Ｂ】図５ＡのＧの拡大図。
【図５Ｃ】本発明の第１の実施の形態によるマスクの移動による透過領域の重畳を説明するための工程図。
【図６Ａ】本発明の第２の実施の形態によるマスクの一例を示した平面図。
【図６Ｂ】図６Ａの細部説明図。
【図６Ｃ】本発明の第２の実施の形態によるマスクの移動による透過領域の重畳を説明するための工程図。
【符号の説明】
【００６０】
１００、２００：マスク、１０２、２０２：透過領域、１０４、２０４：遮断領域。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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