(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置の製造時に非晶質基板上に形成された非晶質シリコン膜をレーザー源からのレーザービームの照射によって結晶化させる非晶質シリコン膜の結晶化方法であって、（１）照射領域を融解できる所定のエネルギーを有するレーザービームを、非晶質シリコン膜の一部に、オープンパターンを有する第１マスクを通して第１次照射し、前記第１次照射で融解したシリコンが凝固した時に多数のシリコン単結晶を第１次照射領域に生成させる第１次レーザー照射段階と、
（２）前記照射領域を融解できる所定のエネルギーを有するレーザービームを、前記第１次照射領域と少なくとも部分的に重複する領域と、非晶質シリコン膜の一部とに、前記第１マスクのオープンパターンと所定の角度をなすオープンパターンを有する第２マスクを通して第２次照射し、前記第２次照射で融解したシリコンが凝固した時に、前記第１次照射と前記第２次照射とが重複した領域に、前記第１次照射段階で得たシリコン単結晶から、少なくとも１個のシリコン単結晶を成長させる第２次レーザー照射段階と、
（３）前記第２次レーザー照射段階で得られた少なくとも１個の前記シリコン単結晶のサイズと同じか若しくはより小さいサイズを有し前記シリコン単結晶に照準を合わせたマスキング領域と、オープン領域と、を有する第３マスクを通して前記レーザービームを第３次照射し、前記第３次照射で融解したオープン領域のシリコンが凝固した時に、前記シリコン単結晶を前記オープン領域に向けて成長させ、前記非晶質シリコン膜に単結晶領域を形成させる第三次レーザー照射段階と、
を有することを特徴とする非晶質シリコンの膜結晶化方法。
【請求項２】
前記レーザー源は、エキシマレーザー、固体レーザー、及びＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ）レーザーで構成されたグループから選択されるいずれか一つを使用することを特徴とする請求項１に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【請求項３】
前記第１次レーザー照射段階乃至前記第３次レーザー照射段階は、非晶質シリコン膜の所定の部分のみに照射するために、所定形状のスリットパターンを具備したマスクと、レーザービームの縮小照射のための光学系を使用して実施することを特徴とする請求項１に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【請求項４】
前記レーザービームの照射は、マスクのスリットパターンを通過させて非晶質シリコン膜に照射する前記第１次レーザー照射段階後、基板またはマスクを移動させて前記第２次レーザー照射段階を行って、再び基板またはマスクを所定距離移動させて単結晶領域を作るための前記第３次レーザー照射段階を行う方式で遂行することを特徴とする請求項３に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【請求項５】
前記第３次レーザー照射段階は、前記シリコン単結晶上に前記シリコン単結晶より小さいか、あるいは同じ大きさの範囲をマスキングすることができるマスクを使用して遂行することを特徴とする請求項４に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【請求項６】
前記単結晶領域を作るための前記第３次レーザー照射段階後、前記単結晶領域の大きさをさらに大きく育てるための第４次レーザー照射段階をさらに行うことを特徴とする請求項４に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【請求項７】
前記第１次レーザー照射段階及び前記第２次レーザー照射段階のために用いるマスクは、スリットパターンが相互に所定の角度をなすように配置され、前記第３次レーザー照射段階のために用いるマスクは、前記シリコン単結晶と同じ大きさであるか、あるいは小さいマスキング範囲を有する円形または多角形をしていることを特徴とする請求項３に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【請求項８】
前記第１次レーザー照射段階及び前記２次レーザー照射段階のために用いたマスクは、スリットパターンが相互に垂直になるように配置されることを特徴とする請求項３又は７に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【請求項９】
前記第４次レーザー照射段階は、前記第３次レーザー照射段階において作られた単結晶領域の大きさと同じであるか、あるいは小さいマスキング範囲を有する円形または多角形のマスクを使用して遂行することを特徴とする請求項６に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【請求項１０】
前記第１次レーザー照射段階と前記第２次レーザー照射段階との間、及び前記第２次レーザー照射段階と前記第３次レーザー照射段階との間のそれぞれに、前記第１次レーザー照射段階及び前記第２次レーザー照射段階に使用されたスリットパターンより狭いか、あるいは同じ大きさのスリットパターンを具備したマスクを使用してレーザービームの追加照射工程をさらに実施することを特徴とする請求項１に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【請求項１１】
前記第１次レーザー照射段階と前記第２次レーザー照射段階との間、及び前記第２次レーザー照射段階と前記第３次レーザー照射段階との間のそれぞれに、前記第１次レーザー照射段階及び前記第２次レーザー照射段階時に使用されたスリットパターンの両側エッジ部のそれぞれに照射する一対のスリットパターンを有するマスクを使用してレーザービームの追加照射段階をさらに実施することを特徴とする請求項１に記載の非晶質シリコン膜の結晶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置の製造方法に関し、特に、均一度と優秀な素子性能を確保するための非晶質シリコン膜の結晶化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）または有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｃｅｎｔ）材料を利用した有機発光表示装置（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などに利用されるスイッチング素子である薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）は上記の平板表示装置の性能において最も重要な構成要素である。
【０００３】
ここで、ＴＦＴの性能を判断する基準である移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）または漏洩電流（ｌｅａｋａｇｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）などは電荷運搬体（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｈａｒｇｅ  ｃａｒｒｉｅｒ）が移動する経路である活性層（ａｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）の材料であるシリコン薄膜がどのような状態、またはどのような構造を有するのかに大きく左右される。現在、常用化されている液晶表示装置の場合、ＴＦＴの活性層は大部分非晶質シリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉ：以下、ａ−Ｓｉと記す）膜である。
【０００４】
ところが、活性層としてａ−Ｓｉ膜を適用したａ−Ｓｉ  ＴＦＴは移動度が約０．５ｃｍ２／Ｖｓ内外と非常に低いことから、液晶表示装置に入っているすべてのスイッチング素子をａ−Ｓｉ  ＴＦＴで作るのは制限的である。これは液晶表示装置の周辺回路用駆動素子は非常に速い速度で動作しなければならないが、ａ−Ｓｉ  ＴＦＴは周辺回路用駆動素子で要求される動作速度を満足させることができないので、ａ−Ｓｉ  ＴＦＴは周辺回路用駆動素子の製造に適用することができないということを意味する。
【０００５】
したがって、液晶表示装置を製造する場合、周辺回路用の駆動部品、例えば、駆動回路、さまざまなコントローラ、そしてデジタル−アナログコンバータなどは単結晶シリコン膜上に集積された素子で構成されて液晶表示装置の駆動に必要な速い動作速度に対応しており、又、ａ−Ｓｉ  ＴＦＴはスイッチング機能を有すると同時に、優れた画質を確保するのに必須な低い漏洩電流特性を示すために、画素スイッチング素子として適用されている。
【０００６】
一方、活性層として多結晶シリコン（以下、ｐｏｌｙ−Ｓｉと記す）膜を適用したｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴは移動度が数十〜数百ｃｍ２／Ｖｓと、高いために周辺回路用駆動素子に対応可能な高い駆動速度を出すことができる。このために、もし、ガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成させれば、画素スイッチング素子だけでなく、周辺回路用駆動部品も容易に形成が可能になる。よって、周辺回路形成に必要な別途のモジュール工程を必要としないだけでなく、画素領域を形成する時に共に周辺回路駆動部品まで形成することができるので、周辺回路用駆動部品の製造費用節減を期待することができる。
【０００７】
それだけでなく、ｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴは高い移動度のためにａ−Ｓｉ  ＴＦＴより小さく作ることができ、そして、集積工程を通じて周辺回路の駆動素子と画素領域のスイッチング素子とを同時に形成することができることから、線幅微細化がさらに容易になるので、ａ−Ｓｉ  ＴＦＴ−ＬＣＤで実現が難しかった高解像度を得るのにｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴ−ＬＣＤは非常に有利である。
【０００８】
また、ｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴが高い電流特性を有するために次世代平板表示装置である有機発光表示装置の駆動素子として好適であり、そのため、最近ガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成させてＴＦＴを製造するｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴの研究、及び有機発光表示装置へのｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴ適用に対する研究が非常に活発に進行されている。
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をガラス基板上に形成させるための方法としては、ａ−Ｓｉ膜の蒸着後に所定の熱処理を行ってａ−Ｓｉ膜を結晶化させる方法を挙げることができる。ところが、この場合には６００℃以上の高温でガラス基板の変形が生じるおそれがあり、そのため、製品の信頼性及び収率の減少がもたらされる。
【０００９】
したがって、ガラス基板に熱的損傷（ｔｈｅｒｍａｌ  ｄａｍａｇｅ）を与えないでａ−Ｓｉ膜のみを結晶化させることができる方法として、エキシマレーザーアニーリング（Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：ＥＬＡ）が利用されている。
ＥＬＡ工程によれば、ａ−Ｓｉ膜はレーザー照射によって溶融（ｍｅｌｔｉｎｇ）された後、再び凝固（ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）しながら結晶化される。結晶化時の結晶粒は溶融後に凝固しながらランダムに生成された結晶核から成長して形成され、この時、結晶粒はレーザー照射条件によって数十ｎｍ〜数百μｍまでの多様な大きさに形成される。
【００１０】
図１は、従来のＥＬＡ工程を説明するための平面図及び断面図であり、図２は、ＥＬＡ工程で得られたｐｏｌｙ−Ｓｉ内の微細構造を示した写真である。
ＥＬＡ工程は、図１に示すように、ガラス基板１０上に１００〜２０００Åの厚さで蒸着されたａ−Ｓｉ膜１１を所定のスキャン方式に従ってエキシマレーザー１３で全面照射する方式で進行され、エキシマレーザー１３が照射された領域が結晶化されてｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１２になる。エキシマレーザー１３の照射がなされる間に、ガラス基板１０からの不純物流入による素子特性低下を防止するためにガラス基板１０とａ−Ｓｉ膜１１との間にはバッファ層１４を介在させる。
【００１１】
エキシマレーザー１３が照射されるａ−Ｓｉ膜１１は、エキシマレーザー１３のエネルギーによって部分溶融（ｐａｒｔｉａｌ  ｍｅｌｔｉｎｇ）されるか、完全溶融（ｃｏｍｐｌｅｔｅ  ｍｅｌｔｉｎｇ）される。この時、ａ−Ｓｉ膜１１が結晶化されて得られたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１２内の微細構造が図２に示される。
ここで、ａ−Ｓｉ膜１１が完全溶融されないとき、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜内の結晶粒の大きさは一般的にエキシマレーザーエネルギーが増加するにしたがって大きくなって、結晶粒の大きさが最大値に達した後にａ−Ｓｉ膜１１が完全溶融されれば再び小さくなっていく。優秀な素子特性を得るためには結晶粒界のような結晶の欠陷が少ないほど良いが、結晶粒の大きさが大きくなるほど結晶粒分布の均一度が下がるようになり、これは、つまり素子特性の均一性を阻害する要因になって製品の信頼性と収率を落とすことになる。
【００１２】
したがって、量産に好適なｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴを製作するためには素子特性の優秀性も重要であるが、素子特性の均一性も要求される。したがって、ＥＬＡ工程によって結晶化されたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を製品に適用する時は均一性が保障される範囲内で適当な大きさの結晶粒を有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を適用するしかない。
しかし、この場合には結晶粒大きさの限界によって移動度が高いｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴを製作することができないし、同時に、周辺回路の集積においても制限がなされ、そのため、ＥＬＡ工程を介してＳＯＧ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）構造を達成させるのは難しい。
【００１３】
また、ＥＬＡ工程は素子の特性面での限界を有するだけでなく、工程面でも次のような制限を受ける。
ＥＬＡ工程によれば、ショット（ｓｈｏｔ）当りのレーザー照射エネルギーのバラ付きが存在し、そして、３００〜４００μｍ程度の大きさを有するレーザービーム周囲に約２０〜３０μｍ程度の大きさのレーザーエネルギーの減少を引き起こすプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）区間が存在しているので、１ショット当りの重複（ｏｖｅｒｌａｐ）率を通常９０％以上にして均一性を確保している。このために、指定された領域を完全に結晶化させるためには同じ領域を少なくとも１０回以上、重複照射しなければならないため、ＥＬＡ工程は工程効率及び製造費用の側面で非常に不利である。
【００１４】
一方、ｊａｍｅｓ  Ｉｍなどによる、特許文献１及び特許文献２に示された、高い生産性に均一度が保障されながらも単結晶の大きさが大きい結晶化方法が開示された。
図３に示すように、逐次的横方向結晶化（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ：以下、ＳＬＳと記す）と呼ばれるこの方法は、レーザー２３とａ−Ｓｉ膜２１との間に所定のマスク２５を配置させてレーザービームを所望の形態に変換しａ−Ｓｉ膜２１を結晶化させる方法である。また、実際の工程ではマスク２５とａ−Ｓｉ膜２１との間に所定の光学系２５ａを配置させてマスク２１を通過したレーザー２３を所定の倍率に縮小させてａ−Ｓｉ膜２１に照射されるようにすることができる。図３で図面符号２０はガラス基板、２４はバッファ層をそれぞれ示す。
【００１５】
ここで、ＳＬＳ概念を実現するための方案として２−ショットＳＬＳ工程が提案されている。図４は、２−ショットＳＬＳ工程で使用されるマスクを示した平面図であり、図に示すように、２−ショットＳＬＳ工程用マスク２５は２列のスリットアレイ（ｓｌｉｔ  ａｒｒａｙ）が千鳥状に互い違いに配置された構造を有する。
【００１６】
２−ショットＳＬＳ工程によれば、図４に示すマスク２５内のオープン領域であるスリットパターン（ｓｌｉｔ  ｐａｔｔｅｒｎ）２６を通じてレーザーが１次照射される。この場合、図５に示すように、スリットパターン２６領域のａ−Ｓｉ膜の部分では結晶化が進行され、この時、各スリットパターン２６領域での結晶化はスリットパターンエッジ部より始まってスリットパターン中心部に向かって単結晶の成長が進行し、両方のエッジ部より成長して来た単結晶がスリットパターンの中心部で出会って終了される。これによって、結晶化領域の中心部には単結晶の衝突によって突出部（ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）２１０が生ずる。
【００１７】
一方、このような現象はレーザー照射工程後、溶融されたシリコンが冷却凝固しながらスリットパターンの中心付近で自発的な核生成が生じる前に、スリットパターン２６のエッジ部から各々成長して来た単結晶が中心部で出会うようにスリットパターンの幅Ｗを３〜５μｍ程度に充分に小さくしてこそ可能である。仮に、スリットパターン２６の幅Ｗが広すぎれば、各々のスリットパターン２６のエッジ部から成長してくる単結晶が対向側のスリットパターン２６のエッジから成長してくる単結晶と中心部で会う前にスリットパターン２６の中心付近で核生成によってｐｏｌｙ−Ｓｉが生じる。これはａ−Ｓｉ膜の結晶化特性を劣化させて、結果的に素子特性と均一性を低下させる。
【００１８】
ここで、１次レーザー照射工程後のａ−Ｓｉ膜の結晶化状態を詳しく述べる。
図４及び図５の下部の図に示すように、単結晶の横方向成長の長さＬｇはスリットパターン２６幅Ｗの約１／２であり、突出部２１０は所定の間隔Ｓｐ１にて一定の間隔で生ずるようになる。各結晶化領域内には結晶化の開始部である微細結晶粒領域２１２と、突出部２１０の地点まで長く成長した単結晶２２０が存在する。すなわち、１次レーザー照射工程後、マスク２５内に形成されたスリットアレイに相当する形態のスリットアレイパターンが結晶化領域に形成される。スリットアレイパターン状に形成された各結晶化領域間の間隔は、ａ−Ｓｉ膜２１を部分的に結晶化させるスリットパターン領域のスリットパターン２６間の間隔ｄ１と実質的に同一である。
【００１９】
１次レーザー照射工程後、結晶化されなかったａ−Ｓｉ領域が存在するので、ａ−Ｓｉ膜を全部結晶化させるために図４に示したマスク２５のスリットパターン２６を通じて２次レーザー照射工程が実行される。この時、２次レーザー照射工程は１次レーザー照射工程後の結晶化された領域から基板を所定距離程度移動させた後、再びレーザーを照射する方式で実行される。基板の移動距離はおおよそスリットの長さＬと同じであるか、若干小さくする。図４に示したマスク２５で２列のスリットアレイが千鳥状に互い違いに配置されているから２次レーザー照射工程での領域は１次レーザー照射工程で結晶化がされなかった部分全体と１次レーザー照射工程後の結晶化された領域を若干重なるようにする。
【００２０】
図６は、２次レーザー照射工程後の結晶化状態を説明するための図である。２次レーザー照射工程時に溶融される領域、例えば図面符号２１６ａと２１６ｂとの間の領域は１次レーザー照射工程後に結晶化がされなかった領域だけでなく、１次レーザー照射工程時に結晶化された領域の一部も含まれる。図面符号２１６、２１６ａ、２１６ｂは２次レーザー照射工程後に溶融された液相−Ｓｉ領域と、残っているｐｏｌｙ−Ｓｉ領域、すなわち、１次レーザー照射工程時に結晶化された部分のうち２次レーザー照射工程後に溶融されずに残っている部分、例えば、図面符号２１６と２１６ｂとの間部分の領域である。
【００２１】
よって、２次レーザー照射工程後に、液相−Ｓｉ領域と残っているｐｏｌｙ−Ｓｉ領域との境界から溶融した領域に向かって、１次レーザー照射工程時に形成された単結晶がシード（ｓｅｅｄ）として作用して単結晶が成長する。スリットパターンの両エッジ部に形成された単結晶が成長し、中心部で出会うことによって結晶化が完了する。この時、１次レーザー照射工程時と同様に突出部２１７、２１７ａが新しく生じる。
【００２２】
図７は、２−ショットＳＬＳ工程後、結晶化されて得られたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜内の微細構造を示す写真である。
このような２−ショットＳＬＳ工程は２回のレーザー照射を通じて所定領域の結晶化を完了させる。この工程では、基板が置かれたＳＬＳ装置のステージを移動させながら繰り返し工程を行い、基板全体にａ−Ｓｉ膜が結晶化されるようにする。
このような２−ショットＳＬＳ工程は、基板の大きさに係わらず広い領域を早く結晶化させることができ、また、広い工程ウィンドウ（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｗｉｎｄｏｗ）を有する。また、前述のＥＬＡ工程と比較して、より大きい単結晶を作ることができ、結晶化されたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の微細構造もある程度制御することができるという長所を有する。
【００２３】
しかしながら、２−ショットＳＬＳ工程によるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜も単結晶ではないために、ＴＦＴ特性を改善するのには相変らず制限がある。また、一列で配列されたｐｏｌｙ−Ｓｉ結晶粒の規則的配列がむしろ短所になるという問題点がある。なぜなら、ｐｏｌｙ−Ｓｉ及び単結晶Ｓｉ膜の配置の規則性がガラス基板上に形成される画素配置及び周辺回路配置設計と合うようにしなければ、均一性にむしろ逆効果が出る恐れがあるからである。
【００２４】
また、２−ショットＳＬＳ工程は、レーザー１ショット当りエネルギーの変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）によって結晶化される部位間に微細な差が発生することがあり、これは突出部間の微細構造が少しずつ相異するという現象をもたらし、結果的に均一性の低下をもたらす可能性を有する。
結果として、上述した２−ショットＳＬＳ工程によるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜もＳＯＧ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）構造が適用された優秀な素子特性を達成させるのには制限があり、結晶化の領域、画素部、及び周辺回路用のＴＦＴの配置においてお互いに整合するようにしなければならないというｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の基本的設計に制限が加わる。
【００２５】
【特許文献１】米国特許第６３２２６２５号明細書
【特許文献２】米国特許第６３６８９４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
そこで、本発明は上記従来の非晶質シリコン膜の結晶化方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、均一性と優秀な素子性能を確保することができる非晶質シリコン膜の結晶化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するためになされた本発明による非晶質シリコン膜の結晶化方法は、液
晶表示装置の製造時に非晶質基板上に形成された非晶質シリコン膜をレーザー源からのレーザービームの照射によって結晶化させる非晶質シリコン膜の結晶化方法であって、
（１）照射領域を融解できる所定のエネルギーを有するレーザービームを、非晶質シリコン膜の一部に、オープンパターンを有する第１マスクを通して第１次照射し、第１次照射で融解したシリコンが凝固した時に多数のシリコンの単結晶を第１次照射領域に生成させる第１次レーザー照射段階と、
（２）照射領域を融解できる所定のエネルギーを有するレーザービームを、第１次照射領域と少なくとも部分的に重複する領域と、非晶質シリコン膜の一部とに、第１マスクのオープンパターンと所定の角度をなすオープンパターンを有する第２マスクを通して第２次照射し、第２次照射で融解したシリコンが凝固した時に、第１次照射と第２次照射とが重複した領域に、第１次照射段階で得たシリコン単結晶から、少なくとも１個のシリコン単結晶を成長させる第２次レーザー照射段階と、
（３）第２次レーザー照射段階で得られた少なくとも１個のシリコン単結晶のサイズと同じか若しくはより小さいサイズを有し、シリコン単結晶に照準を合わせたマスキング領域と、オープン領域と、を有する第３マスクを通してレザービームを第３次照射し、第３次照射で融解したオープン領域のシリコンが凝固した時に、シリコン単結晶をオープン領域に向けて成長させ、非晶質シリコン膜に単結晶領域を形成させる第三次レーザー照射段階と、を有することを特徴とする。
【００２８】
前記熱源は、エキシマレーザー、固体レーザー、ハロゲンランプ、及びＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ）レーザーで構成されたグループから選択されるいずれか一つを使用することを特徴とする。
前記熱源を１次乃至３次照射する工程は、非晶質シリコン膜の所定の一部分のみに照射するために所定形状のスリットパターンを具備したマスクと、熱源の縮小照射のための光学系を使用して実施することを特徴とする。
前記熱源の照射は、マスクのスリットパターンを通過させ非晶質シリコン膜に照射する１次照射工程後、基板またはマスクを移動させて２次照射工程を行って、再び基板またはマスクを所定距離移動させて単結晶領域を作るための３次照射工程を行う方式で遂行することを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、３次照射工程を、シリコン単結晶上にシリコン単結晶より小さいか、あるいは同じ大きさの範囲をマスキングすることができるマスクを使用して遂行することが好ましい。
また本発明は、単結晶領域を作るための３次照射工程後、単結晶領域の大きさをさらに大きく育てるための４次照射工程をさらに行うことが好ましい。
【００３０】
また本発明は、第１次レーザー照射段階及び前記第２次レーザー照射段階のために用いるマスクが、スリットパターンが相互に所定の角度をなすように配置され、第３次レーザー照射段階のために用いるマスクが、シリコン単結晶と同じ大きさであるか、あるいは小さいマスキング範囲を有する円形または多角形をしていることが好ましい。
また本発明は、第１次レーザー照射段階及び第２次レーザー照射段階のために用いたマスクが、スリットパターンが相互に垂直になるように配置されることが好ましい。
また本発明は、第４次レーザー照射段階が、第３次レーザー照射段階において作られた単結晶領域の大きさと同じであるか、あるいは小さいマスキング範囲を有する円形または多角形のマスクを使用して遂行することができる。
【００３１】
前記熱源の１次照射工程と２次照射工程の間、及び熱源の２次照射工程と３次照射工程の間のそれぞれに、前記熱源の１次及び２次照射工程時に使用されたスリットパターンより狭いか、あるいは同じ大きさのスリットパターンを具備したマスクを使用して熱源の追加照射工程をさらに実施することを特徴とする。
前記熱源の１次照射工程と２次照射工程の間、及び熱源の２次照射工程と３次照射工程の間のそれぞれに、前記熱源の１次及び２次照射工程時に使用されたスリットパターンの両側エッジ部のそれぞれに照射する一対のスリットパターンを有するマスクを使用して熱源の追加照射工程をさらに実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明による非晶質シリコン膜の結晶化方法によれば、ガラス基板またはプラスチック基板のような非晶質基板上にあるａ−Ｓｉ膜を所望の位置に所望の大きさで単結晶Ｓｉ膜を形成することができる。よって、ＳＯＧに対して高性能のＴＦＴを適用させた製造が可能となり、単結晶Ｓｉであるために均一性を大きく改善させることができるという効果がある。
また、ａ−Ｓｉ膜の必要な部分だけ結晶化させるので、工程時間及び製造費用を節減することができるという効果がある。
【００３３】
さらに、単結晶Ｓｉ膜を採用した素子は、低いスイッチング速度を有する周辺回路だけでなく、高いスイッチング速度を要求する周辺回路用の素子にも対応できるので、高性能仕様の製品設計に有利に適用することができるという効果がある。
併せて、高性能ＴＦＴによって周辺回路の部品の多くを基板上に集積することができるので、ａ−Ｓｉまたはｐｏｌｙ−Ｓｉを採用した製品に比べてモジュールの部品費用を節減することができるという効果がある。
【００３４】
付け加えて、単結晶Ｓｉはｐｏｌｙ−Ｓｉに比べて動作時間による閾電圧のシフトが少ないために、高い信頼性と素子特性の均一性を要求する電流駆動型の表示装置である有機発光表示装置の製造にも有利に適用することができ、低電圧駆動が可能で製品の消費電力も低減することができるという効果がある。
また、大型ガラス基板上での単結晶Ｓｉだけでなく、Ｓｉウェハのような小型基板上でも実現可能であるために半導体メモリーの集積工程においてのＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）や３次元集積回路の工程にも応用が可能であるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
次に、本発明に係る非晶質シリコン膜の結晶化方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
液晶表示装置の製造時、ａ−Ｓｉ膜を結晶化させてｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を得る従来の結晶化方法ではガラス基板全体に対して結晶化工程を実行するために、劣った均一性を有するようになる。また、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜はＳＯＧ  （Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）構造に適した優秀な素子の特性を達成するには制限があり、さらにまた従来の結晶化方法では、結晶化領域と画素部及び周辺回路にＴＦＴを適用することにおいてお互いに適合するようにしなければならないというｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の設計方式上の制約が伴う。
【００３６】
一方、単結晶Ｓｉ膜はどのような設計方式（ｓｃｈｅｍｅ）でも優秀な素子特性を達成することができる。特に、単結晶Ｓｉ膜を最小限画素部のＴＦＴにだけでも形成するならば、素子の特性は改善することができる。また、単結晶Ｓｉ膜を形成することにおいて、単結晶Ｓｉ膜を局所結晶化法により形成するならば単結晶Ｓｉ膜の均一性は改善することができる。
したがって、本発明では、非晶質基板の位置と大きさを制御して、ガラス基板、プラスチック基板または絶縁体などのような非晶質基板上に単結晶Ｓｉ膜を形成し、これを通じて単結晶Ｓｉ膜の結晶化特性を改善すると同時に単結晶Ｓｉ膜の均一性を確保する。
【００３７】
このために、本発明はエキシマレーザー、固体レーザー、ハロゲンランプ及びＣＷレーザーなどのような熱源を利用して局所的に多重照射を行うが、まず最初に、ａ−Ｓｉ膜上に形成されたスリット形状の１次照射領域に１次照射を行い、その次に、２次照射領域もスリット形状にするものの、１次照射領域と所定の角度をなすように、望ましくは、直角に交差されるように行う。
引き継いで、１次及び２次照射領域が重複した部分に再びドット（ｄｏｔ）形状の照射領域を有する３次照射を行って単結晶領域を確保する。それから、そしてさらに単結晶領域の大きさを拡大させるために４次照射を実行する。
【００３８】
ここで、結晶化させる位置（ｓｐｏｔ）は基板が置かれるステージを移動させて所望の位置を選択できるようにする。本発明の結晶化方法は、薄膜全体を結晶化させる従来のＥＬＡまたは２−ショットＳＬＳ工程とは違い、ａ−Ｓｉ膜を局所的又は選択的に結晶化させ、基板上に選択的に単結晶Ｓｉを形成する。
【実施例１】
【００３９】
図８乃至図１１、図１２乃至図１５は本発明の第１の実施例によるａ−Ｓｉの結晶化方法を説明するための図面である。以下、これらを用いて本発明の一実施例によるａ−Ｓｉの結晶化方法を説明する。ここで、結晶化工程を実行するためのマスク、レーザー及び基板の配置は図３に示したものと同一である。そして、図８乃至図１１は、マスクを通過してａ−Ｓｉ膜上に照射された熱源のパターンであるものとして理解される。
【００４０】
また、熱源は、エキシマレーザー、固体レーザー、ハロゲンランプ、及びＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ）レーザーで構成されたグループから選択されるいずれか一つを使用し、この例では、レーザータイプのもの使用するものとする。
図８は、１次レーザー照射時に使用されるマスクパターン様相を示した図である。図に示すように、マスクパターン３０ａ内には所定長さＬｓ１及び幅Ｗｓ１を有するオープン領域３２ａであるスリットパターン３１ａが具備される。図面符号３３ａはマスキング領域を示す。
【００４１】
マスクパターン３０ａのスリットパターン３１ａを通過してａ−Ｓｉ膜が充分に溶融される程度のエネルギーで１次照射が実行されれば、オープン領域３２ａのａ−Ｓｉ膜が液相にシフトした後、凝固しながら結晶化が進行する。ａ−Ｓｉ膜の結晶化後の微細構造は図１２に示す。
図１２を参照すると、結晶化はマスクパターン３０ａを通過して得られるスリットパターン３１ａのエッジ（ｅｄｇｅ）部で核生成によって結晶核が形成された後、結晶核の成長がスリットパターン３１ａの中心部に向けてそれぞれＡ方向とＢ方向に進行されながらスリットパターンの中心部で両側エッジ部から成長されて来た単結晶が出会い、突出部３１０を作りながら終了する。
【００４２】
スリットパターン３１ａのエッジ部の核生成領域３０９で形成された単結晶は結晶方向によって成長速度が違って、お互いに競争しながら成長し、初期形成された時点で比較的大きい粒径を有する単結晶３０７が大きく育つようになる。単結晶の成長初期にはこのような競争的な成長が生じ、この領域では数多くの結晶が集まっている微細単結晶の領域をなす。図１２で図面符号３０６は微細単結晶の領域を、そして、Ｌｇ１は単結晶の横方向成長の長さをそれぞれ示す。
【００４３】
図９は、２次レーザー照射時に使用されるマスクパターン様相を示した図である。図に示すように、マスクパターン３０ｂ内に具備されたスリットパターン３１ｂは１次照射時のそれと形状は類似であるが、その配置が１次照射時と直交するようになっている。スリットパターン３１ｂは所定幅Ｗｓ２及び長さＬｓ２を有する。２次レーザー照射はマスクパターン３０ｂ内のマスキング領域３３ｂを除いたオープン領域３２ｂのａ−Ｓｉ膜が溶融されるように適切なエネルギーで実行される。
【００４４】
結晶化は１次レーザー照射時と同様にスリットパターン３１ｂのエッジ部から単結晶の成長がそれぞれＡ方向とＢ方向に進行され、スリットパターン３１ｂの中心部で両側エッジ部から育って来た単結晶が出会いながら終了される。
ところが、２次レーザー照射時のオープン領域３２ｂはａ−Ｓｉ領域３４と１次レーザー照射時に結晶化された重複領域３５とに分けられ、ａ−Ｓｉ領域３４は１次レーザー照射時と同様にスリットパターンエッジ部での核生成によって形成された単結晶の横方向成長で結晶化が進行されるが、重複領域３５ではスリットパターンエッジ部がａ−Ｓｉではなくｐｏｌｙ−Ｓｉであるために、この重複領域３５での結晶化はｐｏｌｙ−Ｓｉをシード（ｓｅｅｄ）にして溶融Ｓｉ内の単結晶成長によって進行される。
【００４５】
より詳しくは、図１３の、重複領域での２次レーザー照射後に結晶化完了までの状態を説明するための図を用いて説明する。
一番目の図で、２次レーザー照射領域３２０は１次レーザー照射時のｐｏｌｙ−Ｓｉ領域３２４だけでなくａ−Ｓｉ領域３２１を溶融させる。この時、照射領域エッジ部に溶融された領域と溶融されなかった領域の境界が生ずるが、重複領域では１次レーザー照射時に形成された単結晶の一部が溶融されないでシード単結晶３２３ａ、３２３ｂ、３２３ｃ、３２３ｄとして作用する。
【００４６】
二番目の図は、レーザー照射後に溶融−Ｓｉ３３９内で単結晶の成長が進行する様相を示す。ａ−Ｓｉ領域での単結晶成長３３４〜３３７、３３７ａは１次レーザー照射時と同様にスリットパターンエッジ部の結晶核３３８から成長する。
しかし、重複領域での単結晶は単結晶３２５〜３２８から単結晶の成長がなされて単結晶３２５１〜３２８１は溶融領域３３９内に向かって成長する。重複領域内には１次レーザー照射後に長く成長した大きい単結晶３２５〜３２８をシードとして成長した単結晶３２５１〜３２８１だけでなく、１次レーザー照射後に結晶化領域エッジ付近の微細単結晶３０６（図１２参照）、３３３ｂから成長した単結晶３３０〜３３３も存在する。２次レーザー照射後、結晶化時のシード効果は１次レーザー照射後に形成された単結晶の長さが長いほど著しく、１次レーザー照射後に形成された微細単結晶の長さは長くないので、１次レーザー照射後に結晶化領域エッジ付近の微細単結晶（図１２の３０６、図１３の３３３ｂ）から成長した単結晶３３０〜３３３が寄与する効果は少ない。
【００４７】
三番目の図は、２次レーザー照射後に結晶化が完了した状態を示す。２次レーザー照射後の重複領域は、１次レーザー照射時に長く成長した単結晶から成長した単結晶３２５２〜３２８２と、１次レーザー照射後に微細単結晶領域から成長した単結晶３３０１〜３３３１とを有する。勿論、重複領域の外領域はスリットパターンを通じたレーザー照射後、結晶化後の微細構造を示す単結晶３３４１〜３３７１で構成される。
この時、２次照射後の重複領域に形成された単結晶は従来の２−ショットＳＬＳ工程では見られない大きい単結晶でなされて、このように２次レーザー照射後に重複領域で形成された大きい単結晶は次の３次照射時に再び追加結晶化に必要な単結晶として使用される。
【００４８】
図１０は、３次レーザー照射時のマスクパターン配置と結晶化過程を説明するための図である。
図に示すようにマスクパターン３０ｃは所定の領域をカバーするマスキング領域３３ｃとそれ以外のオープン領域３２ｃで構成される。３次レーザー照射は、２次レーザー照射後の重複領域に形成された大きい単結晶のうちから一つの単結晶３２５３を選択して選択された単結晶にマスキング領域３３ｃを合わせて実施する。この時、マスキング領域３３ｃの大きさは単結晶と比較して同じであるか、又は小さくして、その形態は円形や多角形など、多様な形態の適用が可能である。
【００４９】
３次レーザー照射は、マスキング領域３３ｃを除いたオープン領域３２ｃが溶融されるようにレーザーエネルギーを設定して実施する。３次レーザー照射結果、マスキング領域３３ｃのＳｉ単結晶を除いて２次レーザー照射後に形成されたｐｏｌｙ−Ｓｉ領域を含んだ全領域が溶融される。結晶化はマスキング領域３３ｃにあるＳｉ単結晶をシードにして溶融されたＳｉ領域内を成長していく。
単結晶の成長は溶融されたＳｉが冷却しながら自発的な核生成による単結晶と出会うときまで進行される。最終的に成長した単結晶の直径は、図１４に示すように、単結晶の大きさと、単結晶と液状Ｓｉの境界（図１４の３４６１）から成長した長さＬｇ３との和の２倍に相当する程度になる。
【００５０】
図１４は、３次レーザー照射後にａ−Ｓｉ膜が結晶化が完了した様相を示した概略図である。
図に示すように、元々シードであった領域３４５１と新しく成長した領域３４８及び溶融領域内での自発的核生成と成長によって形成されたｐｏｌｙ−Ｓｉ領域３４９が境界３５０を挟んで形成されている。ｐｏｌｙ−Ｓｉ領域３４９内の単結晶は自発的核生成によるものであるために結晶の大きさは小さい。ここで、３次レーザー照射は２次レーザー照射後に得られるＳｉ単結晶の一つを選択してこれをシードとして利用するので単結晶Ｓｉを成長させることができる。
【００５１】
したがって、本発明では所定形態のスリットパターンを１次、２次及び３次レーザー照射を通じて所望の位置に所望の大きさで単結晶Ｓｉ膜を成長させることができる。例えば、ＴＦＴを形成するためのＳｉ活性層はＴＦＴ形成領域のみに１次、２次及び３次レーザー照射を実施した後、この結果として形成される単結晶Ｓｉ領域を適切な形態でエッチングすることによって得ることができる。
【００５２】
一方、必要によって単結晶Ｓｉ膜をさらに大きく育てたい場合、図１１に示すように３次レーザー照射で形成された単結晶Ｓｉ領域より小さいか、又は同じ大きさのマスキング領域３３ｄを有するマスクパターン３０ｄを適用して４次レーザー照射を実施する。この時、マスキング領域３３ｄの大きさは単結晶Ｓｉ領域を拡張させるために３次レーザー照射時のマスキング領域３３ｃより大きくなければならない。
この場合、マスキング領域３３ｄのＳｉ部分を除いた３次レーザー照射時に形成された単結晶Ｓｉ領域の一部３４８１とｐｏｌｙ−Ｓｉ領域３４９１はオープン領域３２ｄであるためにすべて溶融され、結晶化は図１５に示すように、溶融領域と単結晶Ｓｉ領域間の境界３５５１から横方向成長によって所定距離Ｌｇ４程度成長する。
【００５３】
３次レーザー照射時と同様に溶融されたＳｉ内では自発的核生成から成長した小さな結晶でなされたｐｏｌｙ−Ｓｉ領域３５７が存在して、ｐｏｌｙ−Ｓｉ領域にある結晶と単結晶３５４１から育った単結晶が出会いながら４次照射によって形成される単結晶Ｓｉの大きさが決定される。
４次レーザー照射後にマスキング領域の大きさ、又は形状を大きくしながら上記のような工程を繰り返せば、照射の回数によって多様な形態の単結晶Ｓｉを成長させることができる。また、前述したように、形成された単結晶Ｓｉを所望のパターンにエッチングしてＴＦＴの活性層パターンとして利用すれば良い。単結晶Ｓｉを形成する位置は基板が置かれるステージやマスク、望ましくはステージを移動させることを通じて制御する。
結果的に、本発明の結晶化方法はａ−Ｓｉ膜の全領域を結晶化させる必要なしに必要な部分のみを単結晶Ｓｉ膜に結晶化させることで単結晶Ｓｉの形成を通じて画素部及び周辺回路用ＴＦＴの特性を高めると同時に均一性も確保することができる。
【００５４】
図１６及び図１７は、１〜４次レーザー照射を実現するためのマスクの例を示した図である。
レーザービームは、マスク５０ａ、５０ｂを透過して所定のパターン形態を有するようになる。必要によってレーザービームは光学系を通じて縮小されて結晶化しようとする部分のみに照射することができる。必要があれば、各ショットごとに新しいマスクを別途使用して実施することができるが、照射工程の正確度を高めて生産性を高めるために一つのマスク内に各照射工程に相当するオープン領域を作って基板またはマスクを移動させて所望の位置に照射を実施することが望ましい。
レーザービームの照射方式は、マスクや基板を一方向に移動させながら順次に照射するか、ＸまたはＹ方向に移動させながら順次照射するか、または基板やマスクを回転させながら順次照射する方式などを利用することができる。
【００５５】
図１６は、マスクを固定させたまま基板を右側から左側に移動させながら照射するか、または基板を固定させたままマスクを左側から右側に移動させながら照射する時に使用するマスクである。マスク５０ａ内には１〜４次レーザー照射時に用いるパターン５１〜５５が形成されている。順序は、１次照射後に上述の結晶化状況にマッチするように照射位置が決まる所定の距離を移動させた後に２次照射を、そして、続いて所定の距離を移動させながら３次及び４次レーザー照射を実施する。
図１７は、マスクまたは基板が置かれるステージを回転させながら照射する時に使用するマスクである。
【実施例２】
【００５６】
ａ−Ｓｉ膜を選択的に結晶化させるために本発明の第２の実施例として、図１８に示すようなマスクを使用することができる。各レーザー照射段階で照射される位置を表示するために１〜４次レーザー照射工程時の各パターンを点線で表示して互いに重なった表示をした。
図に示すように、マスク６０ａ内にはレーザーが透過することができないマスキング領域６３ａとレーザーが透過するオープン領域６２ａが具備される。マスク６０ａの内部構成は上述したマスクの内部構成とほとんど同一であり、３次及び４次照射時のマスキング領域が四角形の形態であり、１次及び２次レーザー照射工程後に重複領域で形成された単結晶をシードとして用いる３次レーザー照射工程時のマスキング領域の配置が１次及び２次レーザー照射工程時のスリット中心部の交差地点に正確に整列配置された形態である。
【００５７】
これらマスク６０ａ内のパターンは、上述したように投射レンズのような所定の光学系を通じて結晶化しようとする試片に照射される。通常、１／５程度の縮小倍率で縮小される。
重複領域のエッジから現われる不必要な結晶粒の発生を抑制するために、図１８に示したマスク６０ａで１次及び２次レーザー照射工程をもう一度施行するように交差スリットマスクを設計して計６次照射工程を実施することもできるし、１次または２次レーザー照射工程のどちらかをもう一度実施して５回の照射によって結晶化が完了するようにすることもできる。
【実施例３】
【００５８】
図１９は、本発明の第３の実施例によるａ−Ｓｉ膜の結晶化方法を説明するための図である。
図に示すように、この実施例でのマスク６０ｂは図１８のそれと同様に内部にマスキング領域６３ｂとオープン領域６２ｂを具備する。また、この実施例では図１８の１次及び２次レーザー照射工程時に用いたスリットパターンよりさらに広い幅のスリットパターンを用いて１次及び３次レーザー照射工程を行う。
【００５９】
この場合、スリットパターンの幅が広いのでレーザー照射後にスリットパターンエッジ部から長く成長する単結晶だけでなく、自発的核生成によって中心部で形成されるｐｏｌｙ−Ｓｉ領域を形成することができる。また、これらｐｏｌｙ−Ｓｉ領域全体と、１次及び３次レーザー照射工程時にエッジ部から横方向成長によって成長してきた単結晶の一部とを溶かすように２次及び４次レーザー照射工程を実施する。すなわち、１次レーザー照射後に横方向成長によって形成された単結晶は２次照射後さらに長く成長してスリットパターン中心部で出会って、３次レーザー照射工程を経て単結晶はさらに大きく成長する。
【００６０】
また、この第３の実施例では図１８の第２の実施例と比較して重複領域エッジ部で成長する不必要な微細結晶粒の発生量をさらに減らすことができる。
これは４次レーザー照射工程後に重複領域のエッジ部に形成された単結晶は、図１８に示すマスクを用いた２次レーザー照射工程後に重複領域で形成された単結晶よりさらに大きくなるからである。よって、重複領域で形成された大きい単結晶を選択して単結晶Ｓｉパターンを作るための５次レーザー照射工程を実施する時、照射位置の整合配置に対するマージンが増加し、これによって、５次レーザー照射工程時にマスキングパターンを重複領域のエッジ部からさらに離れた位置に配置することができ、それによって、単結晶Ｓｉパターンをより容易に得ることができる。
【００６１】
同様に、６次レーザー照射工程は、５次レーザー照射工程時に形成された単結晶Ｓｉパターンの大きさをさらに拡大するためのものである。必要に応じて、１次または３次レーザー照射工程中に広いスリットを一度だけ使用することも可能であり、１〜４次レーザー照射工程の手順をいろいろに変更することもできる。
結果として、この第３の実施例によれば、交差スリットによる１次及び２次レーザー照射工程時に重複領域周りの不必要な微細結晶粒の発生量を減らして単結晶Ｓｉ膜をより正確に形成することができる。
【００６２】
一方、１次及び３次レーザー照射工程は、図１８に示した第２の実施例の１次及び２次レーザー照射工程時のマスクと同一のマスクを使用して実施し、２次及び４次レーザー照射工程を前記１次及び３次レーザー照射工程時のスリットパターンより狭いか、又は同じ大きさのスリットパターンを具備したマスクを使用して実施することもできる。この場合、結晶化は上述したのような過程でなされる。
【実施例４】
【００６３】
本発明の第４の実施例として、図２０に示すようなマスクを使用して結晶化に必要なレーザー照射を行うことができる。図に示すように、この実施例でのマスク６０ｃは図１８、１９のそれと同様に内部にマスキング領域６３ｃとオープン領域６２ｃを具備する。
ここでは、２次及び４次レーザー照射工程時のスリットパターンは、１次及び３次レーザー照射工程時に使用されたスリットパターンの両側エッジ部のそれぞれに照射する一対のスリットパターンを有する。
【００６４】
この第４の実施例では１次レーザー照射工程後にスリットパターンエッジ部に生ずる微細単結晶を２次レーザー照射工程時にとり除くと同時に、突出部まで及ぶ長さを有する単結晶をさらに長くする。これにより、３次レーザー照射工程後の単結晶Ｓｉ領域がより容易に得られる。それだけでなく、３次レーザー照射工程後に重複領域エッジ部に不必要な微細単結晶の領域が生じたとしても、４次レーザー照射工程によってエッジ部の微細単結晶をとり除いて３次レーザー照射工程時に生じた単結晶領域をさら拡大する。このようにして次の５次及び６次レーザー照射工程によって単結晶Ｓｉパターンをさらに易しく、そして大きく育てることができる。
【００６５】
この実施例は単結晶Ｓｉパターンを正確に形成する方法の一つであり、２次または４次レーザー照射工程時のスリットパターンの一方だけを使用しても構わない。また、１〜４次レーザー照射工程を繰り返し実行した後に５次及び６次レーザー照射工程を行うこともできる。さらに、１次レーザー照射工程時のスリットパターンエッジ部の不必要な単結晶の発生量を最小化することができるので、より易しく単結晶Ｓｉパターンを得ることができる。
一方、上述した本発明の第１〜第４の実施例では２次レーザー照射工程時のマスクのスリットパターンが１次レーザー照射工程時のマスクのスリットパターンと垂直になるように配置されたが、垂直でない所定の角度を有するように配置することも可能である。
【００６６】
尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来のＥＬＡ工程を説明するための平面図及び断面図である。
【図２】従来のＥＬＡ工程で得られたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の微細構造を示した写真である。
【図３】従来の２−ショットＳＬＳ工程を説明するための断面図である。
【図４】従来の２−ショットＳＬＳ工程で使用されるマスクを示す平面図である。
【図５】従来の２−ショットＳＬＳ工程での１次レーザー照射後の結晶化様相を説明するための図である。
【図６】従来の２−ショットＳＬＳ工程での２次レーザー照射後の結晶化様相を説明するための図である。
【図７】従来の２−ショットＳＬＳ工程で得られた多結晶シリコン膜の微細構造を示す写真である。
【図８】本発明の第１の実施例による非晶質シリコン膜の結晶化方法を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施例による非晶質シリコン膜の結晶化方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施例による非晶質シリコン膜の結晶化方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１の実施例による非晶質シリコン膜の結晶化方法を説明するための図である。
【図１２】図８乃至図１１の段階での結晶化概念を説明するための図である。
【図１３】図８乃至図１１の段階での結晶化概念を説明するための図である。
【図１４】図８乃至図１１の段階での結晶化概念を説明するための図である。
【図１５】図８乃至図１１の段階での結晶化概念を説明するための図である。
【図１６】本発明の第１の実施例での結晶化方法で使用されるマスクを示した図である。
【図１７】本発明の第１の実施例での結晶化方法で使用される他のマスクを示した図である。
【図１８】本発明の第２の実施例による非晶質シリコン膜の結晶化方法を説明するための図である。
【図１９】本発明の第３の実施例による非晶質シリコン膜の結晶化方法を説明するための図である。
【図２０】本発明の第４の実施例による非晶質シリコン膜の結晶化方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ
マスクパターン
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ    オープン領域
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ    マスキング領域
３４          ａ−Ｓｉ領域
３５          重複領域
３０６        微細単結晶の領域
３０７        比較的大きい粒径を有する単結晶
３０９        核生成領域
３１０        突出部
３２０        ２次レーザー照射領域
３２１        ａ−Ｓｉ領域
３２３ａ、３２３ｂ、３２３ｃ、３２３ｄ    シード単結晶
３２４        １次レーザー照射時のｐｏｌｙ−Ｓｉ領域
３２５〜３２８    単結晶
３２５１〜３２８１    単結晶
３２５２〜３２８２    １次レーザー照射時に長く成長した単結晶から成長した単結晶
３２５３      結晶粒
３３０〜３３３    ３３３ｂから成長した単結晶
３３０１〜３３３１    １次レーザー照射後に微細単結晶領域から成長した単結晶
３３３ｂ      結晶化領域エッジ付近の微細単結晶
３３４〜３３７    ａ−Ｓｉ領域での単結晶成長
３３４１〜３３７１    結晶化後の微細構造を示す単結晶
３３８        スリットパターンエッジ部の結晶核
３３９        溶融−Ｓｉ
３４５１      元々シードであった領域
３４６１      単結晶と液状Ｓｉの境界
３４８        新しく成長した領域
３４８１      単結晶Ｓｉ領域の一部
３４９、３４９１    ｐｏｌｙ−Ｓｉ領域
３５０        境界
３５４１      単結晶
３５５１      溶融領域と単結晶Ｓｉ領域間の境界
３５７        小さな結晶粒でなされたｐｏｌｙ−Ｓｉ領域
５０〜５５    パターン
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２】
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【図７】
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【図１２】
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