(57)【要約】【課題】本発明は、シリコンを結晶化するために順次側面結晶化(SLS)方法を利用する時の生産効率の改善した手法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は非晶質シリコン薄膜が形成された基板を準備する段階と;非晶質シリコン薄膜が形成された基板の上部に第1エネルギー領域と第2エネルギー領域を持つマスクを位置させる段階と;第1エネルギー領域と第2エネルギー領域を持つマスクを通して非晶質シリコン薄膜が形成された基板の第1領域上部にレーザービームを照射して基板の第1領域をマスクの第1エネルギー領域を通して照射されたレーザービームによって結晶化する段階と;結晶化された基板の第1領域を第2エネルギー領域を通じて照射されたレーザービームによつて活性化（アニーリング）する段階を含む。【選択図】  図５
2005005722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質シリコン薄膜が形成された基板を準備する段階と;
前記非晶質シリコン薄膜が形成された基板の上部に第1エネルギー領域と第2エネルギー領域を持つマスクを位置させる段階と;
前記第1エネルギー領域と第2エネルギー領域を持つマスクを通して前記非晶質シリコン薄膜が形成された基板の第1領域上部にレーザービームを照射し、前記基板の第1領域をマスクの第1エネルギー領域を通して照射されたレーザービームによって結晶化される段階と;
前記結晶化された基板の第1領域を第2エネルギー領域を通して照射されたレーザービームによって活性化になる段階を含むことを特徴とするシリコンの結晶化方法。
【請求項２】
前記第1エネルギー領域には第1エネルギー領域パターンが形成されて、前記第2エネルギー領域には前記第1エネルギー領域パターンの大きさより小さい第2エネルギー領域パターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンの結晶化方法。
【請求項３】
前記マスクの第1エネルギー領域を通過したレーザーエネルギー密度が第2エネルギー領域を通過したレーザーエネルギー密度より大きいことを特徴とする請求項１に記載のシリコンの結晶化方法。
【請求項４】
前記マスクには同一なエネルギーのレーザービームが全面に照射されることを特徴とする請求項１に記載のシリコンの結晶化方法。
【請求項５】
前記マスクの第2エネルギー領域は照射されるレーザーを回折させることを特徴とする請求項１に記載のシリコンの結晶化方法。
【請求項６】
前記基板はマスク又はステージが移動することで結晶化が進行されることを特徴とする請求項１に記載のシリコンの結晶化方法。
【請求項７】
前記マスクの第1エネルギー領域はストライプパターンがお互いに行き違うように配置されることを特徴とする請求項１に記載のシリコンの結晶化方法。
【請求項８】
前記第1エネルギー領域パターンの幅はレーザービームを一度照射した場合成長することができるグレインの最大成長の２倍以下であることを特徴とする請求項７に記載のシリコンの結晶化方法。
【請求項９】
前記マスクの第2エネルギー領域はマスクの進行方向に対してマスクの最後尾領域に形成させることを特徴とする請求項1に記載のシリコンの結晶化方法。
【請求項１０】
前記第2エネルギー領域パターンは複数個の四角形、円形、三角形、ストライプ形スリットで成り立つことを特徴とする請求項９に記載のシリコンの結晶化方法。
【請求項１１】
前記第2エネルギー領域パターンは一定間隔を置いて位置することを特徴とする請求項１０に記載のシリコンの結晶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコンの結晶化方法に関することで、特にグレイン（粒界）の内部欠陥を低減する順次側面結晶化(SLS : Sequential Lateral Solidification)方法を利用したシリコン結晶化方法に関することである。
【背景技術】
【０００２】
最近情報化社会で時代が急発展することによって薄型化、軽量化、低消費電力化等の優秀な特性を持つ平板表示装置の必要性が台頭してきているが、その中で色の再形成等の優秀な液晶表示装置(LCD)が活発に開発されている。
【０００３】
一般的に液晶表示装置は電界生成電極がそれぞれ形成されている二つの基板を二つの電極が形成されている面が向い合って対するように配置して二つの基板の間に液晶物質を挿入した後、二つの電極に電圧を印加して生成される電場によって液晶分子が動くことで液晶分子の動きによって変わる光の透過率によって画像を表現する装置である。
【０００４】
液晶表示装置の下部基板はスイチング素子である薄膜トランジスターを含むが、薄膜トランジスターに使われるアクティブ層は非晶質シリコン(amorphous silicon ; a-Si:H)が主流をなしている。
【０００５】
前記非晶質シリコンは低い温度で蒸着又は堆積して薄膜を形成するのが可能で、主に低い溶融点を持つ硝子を基板で使う液晶パネル(LCD)のスイチング素子に多く使用されている。
【０００６】
しかし、このような非晶質シリコン薄膜は液晶パネル駆動素子の電気的特性と信頼性を低下させるおそれがあり、大面積LCDスクリーンに用いるのに困難さがある。特に、大面積高精細パネル、一体型ラップトップコンピューター、壁掛けＴＶ用液晶表示素子の商用化は優秀な電気的特性(例えば高い電界効果移動度(30μm/VS)と高周波動作特性及び低い漏洩電流の画素駆動素子を要求するので、高品位多結晶シリコンが要求される。特に、多結晶シリコン薄膜の電気的特性はグレインの大きさに大きな影響を受ける。 すなわち、グレインの大きさが増加することによって電界効果移動度が増加する。
【０００７】
よって、このような点を考慮してシリコンを単結晶化する方法が大きい論点に浮び上がっているし、最近になってエネルギー源をレーザーにしてシリコン結晶の側面成長を誘導して巨大な単結晶シリコーンを製造するSLS(sequential lateral solidification)(順次側面固相化)技術が国際特許'WO 97/45827'と韓国公開特許'2001-004129'に提案された。SLS技術は、シリコングレインが液状シリコンと固相シリコンの境界面でその境界面に対して垂直方向で成長するという事実に基づいている。レーザーエネルギーの強さとレーザービームの走査範囲の移動を適切に調節して、シリコングレインを所定の長さに側面成長させることで非晶質シリコン薄膜を結晶化させることである。このようなSLS技術を利用した結晶化方法に対して以下添付した図面を参照して説明する。
【０００８】
図1はSLS結晶化方法に利用される装置を示す図面である。SLS装備(100)はレーザービーム(112)を発生するレーザー発生装置(111)と、前記レーザー発生装置(111)を通じて放出されたレーザービーム(112)を集束させる集束レンズ(113)と、基板(116)にレーザービーム(112)を分割して照射させるマスク(114)と、マスク(114)の下部に位置してマスク(114)を通過したレーザービーム(112)を一定の比率で縮小する縮小レンズ(115)で構成される。
【０００９】
レーザー発生装置(111)はレーザービーム(112)を放出させて、減衰器(未図示)を通過させてレーザービーム(112)のエネルギーの大きさを調節して、集束レンズ(113)を通じてレーザービーム(112)を照射するようになる。マスク(114)に対応される位置には非晶質シリコン薄膜が堆積された基板(116)が固定されたX-Yステージ(117)上に位置する。この時、基板(116)のすべての領域を結晶化するためにはX-Yステージ(117)を少しづつ移動して結晶領域を序々に拡大して行く方法を使用する。前述の構成で、マスク(114)は前記レーザービーム(112)を通過させる透過領域(114a)と、レーザービーム(112)を吸収する遮断領域(114b)に区分される。透過領域(114a)間の距離(即ち遮断領域の幅)はグレインの側面成長の長さを決定する。
【００１０】
このような従来のSLS結晶化装備を利用してシリコンを結晶化する方法では、一般的に、結晶質シリコンは基板(116)に絶縁膜であるバッファー層(未図示)を形成して、バッファー層上に非晶質シリコン膜を堆積した後にこれを結晶化する。非晶質シリコン膜は一般的に化学気状蒸着法(CVD)などを使って基板(116)に薄膜として堆積されるが、これは薄膜内に水素を多く含む。水素は熱によって薄膜から離脱する特徴があるために、非晶質シリコン膜を熱処理して脱水化過程を通すのが必要である。水素をあらかじめ除去しておく理由は、結晶化の時非晶質シリコン膜に含まれた水素気体の急激な体積膨脹によって結晶化膜の剥離が起きるからだ。
【００１１】
ここで、レーザーを利用した結晶化は基板(116)の全面積を同時に結晶化できない。なぜならば、、レーザービーム(112)のビームスポットとマスク(114)の大きさが制限されているから、大面積に対し一つのマスク(38)を何回か整列し直して、その度に結晶化過程を反復することで全面積の結晶化が行なわれる。この時、単一マスク(114)の面積で結晶化になった領域を一ブロックと定義すれば、一ブロック内の結晶化は、多数回のレーザービームの照射により行なわれる。
【００１２】
図2はレーザーエネルギー密度対シリコンの結晶化曲線グラフであるが、グレイン大きさによって結晶化領域を分類した図面である。図2に図示されたところのように、グラフ上の第1領域は部分溶融領域として、シリコン層の表面のみを溶融させて小さなグレインを形成している。そして、第2領域である完全溶融近接領域においては、第1領域より粗大したグレインを形成することができるが均一なグレインでない。第3領域は完全溶融領域として、非晶質シリコン層全体を溶融させた後均一な結晶核生成(homogeneous nucleation)によって微細なグレインが形成される。
【００１３】
ここで、既存のSLS技術を利用してシリコンを結晶化する方法は、レーザー結晶化のためにシリコンを完全に溶かすエネルギー領域帯である完全溶融領域(第3領域)で工程を進行する。
【００１４】
図3は従来SLS技術を利用してシリコンを結晶化するためのマスクを概略的に図示した平面図である。図3に現わしたところのように、従来のマスク(114)にパターンされた透過領域(114a)と遮断領域(114b)の模様を横方向で長いスリット形態になるように構成して結晶化工程を行う。この時、透過領域(114a)の縦の長さ(d)は基本的にレーザーの照射工程によって側面成長するグレインの最大の長さの二倍又はその以下の長さを持つように構成する。このようにマスクを構成した後ビームを照射した場合、マスクの透過領域各々に対応する非晶質シリコン上のメルティング領域で溶融された非晶質シリコン層の両側界面でグレインが側面成長するようになって、各側面成長したグレインの境界が液相中間で互いに衝突する迄成長をする。
【００１５】
この時、結晶化工程中、マスク(114)を通過して縮小レンズ(図1の115)によって縮小されたビームパターンはX軸方向に移動して結晶化を進行する。この時、その移動は前記マスク(114)の横方向の長さ（幅）Ｗすなわち、レンズによって縮小されたパターンの横方向の長さである数百μm〜数mm単位に移動して結晶化工程を進行する。
【００１６】
以下、図4A乃至図4Dを参照して、従来のSLS技術を利用した結晶化方法を詳細に説明する。ここで、図4A乃至図4Dは2ショットSLSポリシリコン結晶化方法を例えて説明する(マスクには3個の透過パターンが形成されていると仮定しよう。)2ショットポリシリコン結晶化方法は基板の上の任意の領域にレーザービームを2回照射することでマスク透過領域に対応する非晶質シリコン領域の結晶化を完了して、このような結晶化を横方向で連続して行う。基板に対する横方向での結晶化が完了すれば縦方向でμm単位に微細移動した後、再び横方向での結晶化を進行して希望する領域の結晶化工程を完了する方式である。
【００１７】
先に、前述した図3のマスクを先ず基板上に位置させて、レーザービームを照射して、透明な絶縁基板に堆積された非晶質シリコン膜の結晶化を進行する。この時、照射されたレーザービームはマスクに構成された多数のスリット(図3の114a、 114b)によって分けられて部分的に非晶質シリコン薄膜を溶かして液状化する。このような場合、レーザーエネルギーの程度は非晶質シリコン薄膜が完全に溶ける程度の高いエネルギー領域帯即ち完全溶融領域を使用する。
【００１８】
前記完全に溶融され液状化されたシリコンはレーザービームの照射が終われば、固相の非晶質シリコン領域と液状化されたシリコン領域の界面付近でシリコングレインの側面成長が進行される。この時、マスクを通過したビームパターンの幅はグレインの側面成長の長さ(グレインの長さ)の二倍以下にして、結晶化された領域はマスクの透過領域(図3の114a)に対応する部分である。この透過領域(114a)に対応して結晶化領域又は横方向で所定の長さを持つ結晶領域(A1、 A2、 A3)が形成されて、マスクの遮断領域(図3の114b)に対応して非晶質シリコン領域(167)が残されている。  
【００１９】
この時、結晶領域(A1、 A2、 A3)内ではレーザーを通じて溶融された液状シリコンと固相シリコンの界面から垂直にグレイン(166a、 166b)が成長し、各グレイン(166a、 166b)が側面成長して図示したところのようにグレインバウンドリ(166c)を形成するようになる。
【００２０】
次に、基板が置かれたステージ(未図示)を縮小されたマスクパターン(ビームパターン)の横の長さ位数百μm〜数mm単位に移動しながら、連続的にX軸方向での結晶化を進行する。図4Bに図示したところのように、X軸方向(横)での結晶化が全て行なわれたら、マスク(114)又はX-YステージはY軸方向(縦)に微小に移動する。次に、１番目の結晶化工程が終わった部分からレーザーの照射工程を２番目の結晶化工程としてX軸に移動しながら進行するようになる。このようにすれば、レーザーの照射によって結晶化されたシリコンのグレインが連続して成長するようになる。すなわち、１番目のレーザー照射工程の時形成された結晶領域(A1)で各グレインがぶつかるグレインバウンドリー(166c)から、隣りの結晶領域(A2)のグレインバウンドリまでの距離(k)の1/2に当たる長さを持つグレインで成長するようになる。
【００２１】
よって、図4Cに図示されたところのように、所定長に成長したグレイン(168a、 168b)で構成されたポーリシリコン薄膜層を構成することができる。この時、２番目の結晶工程で形成された結晶領域(B1、 B2)内ではレーザーを通じて溶融された液状シリコンと固相シリコンの界面から垂直にグレイン(168a、 168b)が成長するようになって、各グレイン(168a、 168b)が成長して図示したところのように中間付近で合って新しいグレインバウンドリー(168c)を形成するようになる。このように形成された結晶模様の一部分を図4Dで拡大して見せている。
【００２２】
前述した従来のSLS方法を利用した非晶質シリコンの結晶化方法はシリコンを完全に溶かすエネルギー領域である完全溶融領域で行なわれるが、このような完全溶融帯での側面結晶化方法は大きいグレイン内部に図４Ｄに示すような多くの欠陥(169)を含むという問題点があるよって、このようなグレイン内部欠陥(169)を治療するため、完全溶融台より低いエネルギー領域である完全溶融近接領域でエキシマレーザアニーリング(Eximer Laser Annealing：ELA)をする。しかし、グレイン内部欠陥を治療するために高いエネルギーのレーザーを使った後追加工程で低いエネルギーを使う方法は全体結晶化工程時間を増やすようになって生産効率を低下させる問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、シリコンを結晶化するために順次側面決定化(SLS)方法の生産効率を改善する手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明による手法では、レーザーマスクを(N+1)ブロックで分けて一つのブロックにレーザー光が部分的に通過するようにすることで低いレーザーエネルギー帯を持つようにしてSLS工程進行と同時に低いレーザーエネルギー領域によってアニーリングして良質のグレーンを得ることができる。
【００２５】
本発明によるシリコン結晶化方法は、非晶質シリコン薄膜が形成された基板を準備する段階と;前記非晶質シリコン薄膜が形成された基板の上部に第1エネルギー領域と第2エネルギー領域を持つマスクを位置させる段階と;前記第1エネルギー領域と第2エネルギー領域を持つマスクを通して前記非晶質シリコン薄膜が形成された基板の第1領域上部にレーザービームを照射して、前記基板の第1領域をマスクの第1エネルギー領域を通して照射されたレーザービームによって結晶化する段階と;前記結晶化された基板の第1領域をマスクの第2エネルギー領域を通して照射されたレーザービームによって活性化する段階;を含む。
【００２６】
一実施例では、前記マスクの第1エネルギー領域を通過したレーザーエネルギーが第2エネルギー領域を通過したレーザーエネルギーより大きくなるよう、前記マスクの第2エネルギー領域は照射されるレーザーを回折させられている。前記基板はマスク又はステージが移動することで結晶化が進行される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は一度のレーザー照射工程で高いレーザーエネルギーと低いレーザーエネルギーを同時に得ることができ、高いレーザーエネルギーによって生じた結晶化膜の欠陥を低いレーザーエネルギーに同時に活性化（アニーリング）して治療することができるので生産効率の低下なしに良質の多結晶シリコンを形成することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付した図面を参照にして本発明の具体的な実施例に対して詳細に説明する。本発明では順次側面結晶化(SLS)技術を利用し、レーザーマスクを一定間隔の(N+1)ブロックで分けて、それぞれのブロック各々の透過領域及び遮断領域のパターンを変形して横方向でのレーザービームスキャンを通じて希望する領域の非晶質シリコンを結晶化するシングルスキャン(single scan)方式'を使用する。
【００２９】
図5は本発明によるマスク(2ブロックマスクにする)の実施例を概略的に図示した平面図である。図示したところのように、本実施例のマスクはマスク(270)に構成された多数の透過パターン(272a)が縦方向で所定間隔を置いて構成された第1ブロック(C)と、第1ブロック(C)の透過パターン(272a)と形状は同一な透過パターン（272b）を有する第2ブロック(D)と、前記第2ブロック(D)に属する透過パターン(272b)は前記第1ブロック(C)の透過パターン(272a)の間の遮断領域(273a)に対応されるように構成されている、そして四角形の小さなスリットを多数含む活性化領域(E)とで構成される。
【００３０】
非晶質シリコンの所定領域Ａは順次側面結晶化(SLS)で利用する高いエネルギーのレーザービーム照射により、マスクの第1ブロックと第2ブロックの透過パターン(272a、 272b)の領域において完全に溶融された後凝固されながら側面結晶化が行なわれる。
【００３１】
その後、ステージが横方向に移動することによってマスクの第1ブロックと第2ブロックによって生成された結晶領域上部に活性化領域(E)が位置するされ得る。このとき、レーザー照射時に活性化領域(E)の多数の小さな四角形スリット(275)を通過した高いエネルギー帯のレーザーが回折して、第１ブロックと第２ブロック各々が低いエネルギーとしてレーザー照射され得る。つまり、マスクの活性化領域によりレーザ照射すれば、前述のアニーリングが可能となる。このマスクを用いて、非晶質シリコンの領域Ａを結晶化する際に、先ずマスクの第１ブロック（Ｃ）が領域Ａに置かれ、この透過領域202aに対応する部分を結晶化する。そして前述のような透過パターンを持ったマスク(270)を透過パターン(272a、 272b)の横の長さ(W/3)位横方向に移動すれば、第2ブロック(D)に属する透過パターン(272b)は第1ブロック(C)の透過パターン(272a)の間の遮断領域(273a)に対応される非晶質シリコンの上部に位置するようになる。ここで、レーザ照射すれば領域Ａの残された非晶質部分が結晶化され、領域Ａの全体が結晶化される。引き継いで、ステージをもう一度透過パターンの横の長さ(W/3)位横方向に移動すれば、マスク(270)の活性化領域(E)は前記第1ブロック(C)が最初に位置し、その後第2ブロック(D)が位置した領域Ａ（現時点では領域Ａは全体が結晶化されている）上部に位置するようになる。そして、レーザ照射することで領域Ａをアニーリングする。結果的に、前記ステージを横方向に移動させることで前記マスク(270)を利用して続けて、希望する領域に結晶化と再結晶化（アニーリング）を１つのレーザービームスキャン工程で完了することができる。
【００３２】
この時、前記透過パターン(272a、 272b)の幅はレーザービームの照射によるグレインの最大成長の長さの二倍以下になるように構成する。前記活性化領域(E)には小さな四角形のスリット(275)が多数個形成されているのは、これは高いエネルギーに照射されるレーザーが小さなスリットを通過する際回折されて低いエネルギー密度となるようにして、シリコン膜に照射されるようにするためである。故に、前記活性化領域(E)は2ブロックマスク（Ｃ）と（Ｄ）によって結晶化された多結晶シリコーンをもう一度再結晶させて活性化する（アニーリング）ことでグレイン内部欠陥を治療する長所がある。マスクの第１ブロック部と第２ブロック部は、第１エネルギー領域、マスクの活性化領域は第２エネルギー領域と称することができる。
【００３３】
以下、図6A乃至図6Eを参照して本発明の実施例による結晶化方法を説明する。図6A乃至図6Eは本発明による結晶化工程を順序通りに図示した工程断面図である。先に、基板(220)に絶縁膜であるバッファー層(未図示)を形成して、前記バッファー層上部に非晶質シリコン膜(222)を堆積する。次に、非晶質シリコン膜(222)を熱処理して脱水消化過程を経る。図6Aに図示したところのように、非晶質シリコン膜(222)が形成された基板(220)の上部に前記図5に図示したマスク(未図示)を位置させる。次に、前記マスク(図5から270)の上部に１番目のレーザービームを照射して、マスクの透過パターン(図5から272a、272b)に形成されたビームパターンを前記非晶質シリコン膜(222)に照射する。前記マスクの透過パターンを通じてレーザービームが走査された領域(286a、 286b)は完全溶融になって、温度が低くなれば溶融領域の両側界面からグレインが成長して第1グレイン領域(282a)と第2グレイン領域(282b)と、前記二つの領域が合うグレインバウンドリー(284)が形成される。
【００３４】
この時、グレイン領域(282a、 282b)内での結晶化状態を説明すれば、レーザーによって完全に溶けてしまった非晶質シリコンの溶液が溶けない両側の非晶質シリコンを種(seed)にして、平面的には上部と下部からグレイン(282a、 282b)がそれぞれ育つ形状になって、前記各グレーンのバウンドリー(284)が図示したところのように領域中間付近で形成される。
【００３５】
１番目のレーザーの照射工程で結晶領域は前述の図5に説明したマスクの第1ブロック(C)の透過パターン(272a)に対応する結晶化された多数の第1結晶領域(286a)を含む第1結晶領域グループ(C1)と、前記第2ブロック(D)の透過パターン(272b)に対応する結晶化された多数の第2結晶領域(286b)を含む第2結晶領域グループ(D1)に形成される。(この時、前記第1結晶領域(286a)と第2結晶領域(286b)は同一な面積で同一な形状である。)ここで、図6Aで拡大して図示したところのように、完全溶融帯で側面成長された大きいグレイン(282a、 282b)は多くの内部欠陥(285)を持つようになる。
【００３６】
一方、活性化領域(図5でE)には小さな四角形のスリット等が多数個形成されているので、スリット等を通過したレーザービームは回折を起こして低いエネルギー密度を持つようになっている。故に、図6Aで拡大して図示したところのように、高いエネルギー密度のレーザーがマスク上に照射されれば、そのレーザエネルギー密度が低下してマスクの活性化領域(E)に対応する非晶質シリコーン膜(222)を完全溶融近接溶融帯で照射し、結晶化が行なわれる。よって、前記図5に説明したマスクの第1ブロック(C)に対して、多数の透過パターン(272a)に対応する多数の第1結晶領域(286a)が形成された第1結晶領域グループ(C1)と、前記第2グループ(D)の透過パターン(272b)に対応する多数の第2結晶領域(286b)が形成された第2結晶領域グループ(D1)と、マスクの活性化領域(E)の狭いスリット等に対応する多数の第3結晶領域(286c)が形成された第3結晶領域グループ(E1)が形成される。
【００３７】
この時、前記第1結晶領域(286a)と第2結晶領域(286b)にはそのエネルギーの均一なレーザーが同一な面積に照射されて同一な形状を成しているし、第3結晶領域(286c)は比較的低いエネルギーが照射されてエキシマレーザアニーリング結晶化を成す。
【００３８】
この時、拡大して図示されたところのように、前記第2結晶領域(及び第1結晶領域)は完全溶融帯で側面成長された大きいグレインが形成されているが多くの内部欠陥(285)を持って素子特性を阻害するようになる。
【００３９】
次に、図6Bに図示したところのように、マスクを固定させて基板下部のステージを横方向で前記第1結晶領域(286a)の横の長さ(W/3)だけ図面で右方向に移動する。こうすると、マスクの第2ブロック(D)に属した多数の透過パターン(272b)は１番目のレーザービームの照射工程で結晶化された第1結晶領域グループ(C1)上部に位置する。そして、マスクの活性化領域(E)の四角形のスリット(275)等は１番目のレーザービームの照射工程で部分結晶化された第2結晶領域グループ(D1)上部に位置するようになる。
【００４０】
このような構成を維持した状態でマスクの上部に２番目のレーザービームを照射するようになれば、マスクの第1ブロック(C)に属した透過パターン(272a)に対応する非晶質シリコンが完全溶融されて結晶化される。そして、第１結晶化グループ(C1)上に現在位置する第２のブロックの透過パターン(272b)に対応する、非晶質シリコンが２番目のレーザビーム照射で結晶化される。すなわち、１番目のレーザーの照射工程の時形成された新しい結晶領域では成長する各グレインがぶつかるグレインバウンドリーから、隣接したグレインバウンドリーまでの距離の1/2にあたる長さを持つグレインが２番目のレーザ照射で再成長するようになる。又、多数の四角形スリット(275)を含むマスクの活性化領域(E)に対応する第2結晶領域(286b)はスリットを回折して通過した低いエネルギーのレーザービームによって再結晶化(活性化)されグレーン内部欠陥をアニーリングして治療するようになる。
【００４１】
よって、図6Cに図示したところのように、１番目のレーザービームの照射工程によって形成された第1結晶領域グループ(C1)は２番目のレーザービームの照射によってグレインを持つ全体が結晶化された結晶領域(C2)を成すようになって、同時にマスクの第１ブロック下で第4結晶領域(286d)を含む新しい第4結晶領域グループ(F1)が形成される。
【００４２】
この時、結晶領域(C2)内に形成されたグレーン(287a、 287b)は前記1次レーザービームの照射によって形成されたグレーンバウンドリー(284a)と隣接したグレーンバウンドリー(284b)までの距離(l)の1/2位再成長して中間部分に新しいグレーンバウンドリー(287c)を形成する。
【００４３】
又、２番目のレーザービームの照射工程によってマスクの活性化領域(E)に対応する第2結晶領域グループ(D2)上に低いエネルギーのELAが照射され、グレーン内部が活性化されながら再結晶化が成り立ってグレーン内部欠陥が治療される効果が発生する。 
【００４４】
引き続き、図6Dに図示したところのように、ステージをマスクの透過パターン(272a、 272b)の横の長さ(W/3)だけ更に移動したとき、第2ブロック(D)に属した多数の透過パターン(272b)は、２番目のレーザービームの照射で新しく結晶化された第4結晶領域グループ(F1)上部に位置するようになり、小さなスリット(275)を多数個形成している活性化領域(E)は全体が結晶化された第１結晶領域(C2)上部に位置するようになる。前述のような構成を維持した状態で前記マスクの上部に３番目レーザービームを照射するようになれば、図6eに図示したところのように、前記マスクの第1ブロック(C)に属した透過パターン(272a)に対応する新しい非晶質シリコンが結晶化して第5結晶領域グループ(G1)を形成させる。
【００４５】
そして、前記マスクの第2ブロック(D)に対応する第4結晶領域グループ(F1)全体が形晶化されて、前記第4結晶領域グループ(F1)に形成されているグレーンが界面で連続するように成長して完全に結晶化された結晶領域(F2)を形成する。すなわち、２番目のレーザーの照射工程の時形成された結晶領域で各グレーンがぶつかる点線付近から、近接した後結晶領域(E2)の点線付近までの距離の1/2にあたる長さを持つグレーンで再成長するようになる。そして、多数の四角形スリットを含むマスクの活性化領域(E)に対応する第1結晶領域(C2)はスリットをパスした低いエネルギー帯のレーザーによって再結晶化(活性化)され（アニーリングされ）大きいグレーンの内部欠陥を治療するようになることで図6eで拡大して図示したところのように、良質のグレーンを持つ結晶領域(C3)を形成する。
【００４６】
前述のような図6A乃至6Eの過程を反復するようになれば多数の完全な結晶領域に定義されたポリシリコン薄膜層を得ることができる。非晶質ポリシリコン薄膜層を形成するための結晶化工程で基板下部のステージを移動して結晶化を実施したが、本発明はこれに限定しなくてマスクを移動して結晶化を実施するとかマスクとステージを同時に移動しながら結晶化を実施することも可能である。
【００４７】
図７は本発明によるマスクの他の実施例を概略的に示す平面図である。図示したように、 SLSのためのレーザーマスクをレーザービームパターンの幅(W)を三分して第1ブロックと第2ブロックと活性化領域で形成する。前記マスク(370)に構成された多数の透過パターン(372a)が縦方向で所定間隔を置いて構成された第1ブロック(C)と、前記第1ブロック(C)の透過パターン(372b)と同一な第2ブロック(D)で構成されて、前記第2ブロック(D)に属する透過パターン(372b)は前記第1ブロック(C)の透過パターン(372a)の間の間隔に対応されるように2ブロックマスクで構成される。そして、前記マスクの活性化領域(E')には多数個の横に長い形態(横の長さがW/3)のスリット(385)を含んでレーザー光を部分的に通過させることで回折によって低いエネルギー密度を持って照射されるように形成する。又、前述した実施例では2ブロックマスクを利用したSLS結晶化方法に対して説明したが、 Nブロックマスクを利用したSLSに対しても適用することができる。すなわち、 Nブロックマスクを利用したSLSで前記マスクはレーザービームパターンの幅を(N+1)で分けてN個の各ブロックは高いエネルギー密度を持つSLS結晶化領域になるようにして、マスクの(N+1)番目ブロックは低いエネルギー密度を持つ活性化領域で構成して利用する。この活性化領域のスリットの形状は、上記実施例の他、円形、三角形等であっても良く、適度の回折効果が期待できれば良い。又、活性化領域は、そこへの照射エネルギーの一部を反射、又は吸収し、活性化領域を通過したレーザエネルギー密度を低下させるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明はシリコンを結晶化するために順次側面結晶化(SLS)方法を利用する時レーザーマスクを(N+1)ブロックで分けて、一つのブロックにレーザー光が部分的に通過するようにすることで、低いレーザーエネルギー密度を持つようにして、SLS工程進行と同時に低いレーザーエネルギーによってアニーリングして、良質のグレーンを得ることができるという産業上利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】SLS結晶化方法に利用される装置を示す図。
【図２】レーザーエネルギー密度対シリコンの結晶化曲線グラフとして、グレインの大きさによってレーザー結晶化領域を分類した図。
【図３】従来SLS技術を利用してシリコンを結晶化するためのマスクを概略的に図示した平面図。
【図４Ａ】従来2ショットSLSポーリシリコン結晶化方法を示す図。
【図４Ｂ】従来2ショットSLSポーリシリコン結晶化方法を示す図。
【図４Ｃ】従来2ショットSLSポーリシリコン結晶化方法を示す図。
【図４Ｄ】従来2ショットSLSポーリシリコン結晶化方法を示す図。
【図５】本発明によるマスク(2ブロックマスクでする)の実施例を概略的に図示した平面図。
【図６Ａ】本発明による結晶化工程を順に図示した工程断面図。
【図６Ｂ】本発明による結晶化工程を順に図示した工程断面図。
【図６Ｃ】本発明による結晶化工程を順に図示した工程断面図。
【図６Ｄ】本発明による結晶化工程を順に図示した工程断面図。
【図６Ｅ】本発明による結晶化工程を順に図示した工程断面図。
【図７】本発明によるマスクの他の実施例を概略的に見せる平面図。
【符号の説明】
【００５０】
220 :基板
222 :非晶質シリコン膜
270, 370 :マスク
272a, 272b, 372a, 372b :透過パターン
273a, 273b, 373a, 373b :遮断領域
275 :四角形スリット
282a :第1グレイン領域
282b :第2グレイン領域
284 :グレインバウンドリー
285 :内部欠陥
286a :第1結晶領域
286b :第2結晶領域
286c :第3結晶領域
286d :第4結晶領域
385 :長いスリット
【図１】
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【図２】
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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５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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