(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳＬＳ結晶化法で多結晶シリコン薄膜を製造する場合、製造される多結晶シリコンの均一性を向上させる方法およびこの多結晶シリコン薄膜を使用するディスプレーデバイスを提供する。【解決手段】レーザーが透過する透過パターングループとレーザーが透過できない不透過パターングループが混合された構造を有するマスクを使用し、そのパターンはレーザーがスキャンする方向軸を基準として前記透過パターングループが非対称的に存在し、一定中心軸を基準として左右対称である領域を非対称的に存在する透過パターンが前記一定中心軸と平行である他の軸を基準として一定距離ほどシフトされて透過パターンと不透過パターンが互いに入れ替わって位置させ、非結晶シリコンを結晶化させる。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーが透過する透過パターングループとレーザーが透過できない不透過パターングループが混合された構造を有するマスクを使用して非晶質シリコンを、レーザーを利用して結晶化するディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法において、
前記マスクは、前記レーザーがスキャンする方向軸を基準として前記透過パターングループが非対称的に存在し、一定中心軸を基準として左右対称である領域を非対称的に存在する透過パターンが前記一定中心軸と平行である他の軸を基準として一定距離ほどシフトされて透過パターンと不透過パターンが互いに入れ替わって位置することを特徴とするディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記レーザーが透過するパターングループは、ライン形態の透過パターンでなっていることを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記レーザーが透過するパターングループは、第１透過パターンと前記第１透過パターンの長さと比べて相対的に短い長さを有するライン形態の第２透過パターンを含むことを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記レーザーが透過するパターングループは、第１透過パターンの長さよりも相対的に短い長さを有し、パターン長さが互いに異なる第３透過パターンと第４透過パターンを含むことを特徴とする請求項３記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記一定距離は、マスクパターンのうち、透過パターンの幅から透過パターンと透過パターンとの間である不透過領域の距離のうち最も短い領域の距離を除いた距離であり、前記透過パタンの幅は、前記最も短い領域の距離よりも長いことを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記一定軸は、前記スキャン方向軸と垂直であることを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記一定軸と平行である他の軸は、前記スキャン方向軸と垂直であり、マスクの中心に位置することを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記レーザーが透過するパターングループは、スキャン方向軸に垂直な方向に対して互いに一定距離ほどずれるような構造を有することを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記一定距離は、透過領域の幅よりも短い距離であることを特徴とする請求項８記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項１０】
請求項１のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法を使用して製造される多結晶シリコン薄膜を使用することを特徴とするディスプレーデバイス。
【請求項１１】
前記ディスプレーデバイスは、有機電界発光素子、または液晶表示素子であることを特徴とする請求項１０記載のディスプレーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法及びこの製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜を使用したディスプレーデバイスに関するもので、さらに詳しく説明すると、多結晶シリコン薄膜の結晶粒の模様を調節することができる多結晶シリコン薄膜の製造方法及びこの多結晶シリコン薄膜を使用して製造されるディスプレーデバイス（ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ  ＰＯＬＹＳＩＬＩＣＯＮ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ  ＦＯＲ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＤＥＶＩＣＥ  ＡＮＤ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＤＥＶＩＣＥ  ＵＳＩＮＧ  ＰＯＬＹＳＩＬＩＣＯＮ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にＳＬＳ結晶化方法は、非晶質シリコン層にレーザービームを２回以上重畳照射して結晶粒シリコンを側面成長させることで結晶化する方法である。これを利用して製造した多結晶シリコン結晶粒は一つの方向に長く円柱形の模様を有することを特徴とし、結晶粒の有限な大きさにより隣接した結晶粒との間には結晶粒境界が発生する。
【０００３】
ＳＬＳ結晶化技術を用いて基板上に多結晶、または単結晶である粒子が巨大なシリコングレーン（ｌａｒｇｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｇｒａｉｎ）を形成することもでき、これを利用してＴＦＴを製作した場合、単結晶シリコンで製作したＴＦＴの特性と類似な特性が得られると報告されている。
【０００４】
図１、図２及び図３は、通常のＳＬＳ結晶化方法を示す。
【０００５】
ＳＬＳ結晶化方法では、図１のようにレーザービームが透過される領域と透過できない領域を有するマスクを通じてレーザービームを非晶質シリコン薄膜層に照射すると、レーザービームが透過した領域では、非晶質シリコンの溶解が起きる。
【０００６】
レーザービームの照射が終わり冷却が始まると、非晶質シリコン／溶融シリコン界面で優先的に結晶化が起き、この時、発生した凝固潜熱によって非晶質シリコン／溶融シリコン界面から溶融されたシリコン層方向に温度が次第に減少する温度勾配が形成される。
【０００７】
従って、図２を参照すると、熱流速はマスク界面から溶融されたシリコン層の中央部方向に流れ、多結晶シリコン結晶粒は溶融されたシリコン層が完全に凝固されるまで側面成長が起きるため、一つの方向に長く円柱形形態の結晶粒を有する多結晶シリコン薄膜層が形成される。
【０００８】
図３に示したように、ステージ移動によりマスクを移動して非晶質シリコン薄膜層と既に結晶化された多結晶シリコン層の一部が露出されるように重畳してレーザービームを照射すると、非晶質シリコン及び結晶質シリコンが溶解され、以後冷却されながらマスクに塞がれて溶解されなく、既に形成された多結晶シリコン結晶粒にシリコン原子が付着して結晶粒の長さが増加する。
【０００９】
図４、図５及び図６は、通常の多結晶シリコン薄膜の製造方法で使われるマスクの構造を利用して結晶化する方法を概略的に示す平面図であり、図７、図８及び図９は、各ステージで生成する多結晶シリコン薄膜の平面図である。
【００１０】
図４は、透過領域と不透過領域を備える通常のマスクを使用して、まず非晶質シリコンにレーザーを照射して非晶質シリコンが溶解された後、固形化されながら多結晶シリコンを形成する。その後、図５に示したように、一定な距離をおき、マスクをシフトさせた後、再びレーザーを照射すると、非晶質シリコンと透過領域が重畳される部分の結晶化された領域の多結晶シリコンは図６で示したように、再び溶解され結晶化される。このような方法で連続的にスキャンしながらレーザーを照射して非晶質シリコンと透過領域のマスクパターンが重畳される部分での多結晶シリコンが溶解され、再び固形化されながら結晶化していく。
【００１１】
この時、図７のように、一回レーザーが照射された非晶質シリコンは、レーザーショット（ｓｈｏｔ）間のエネルギー密度の偏差が存在したり、レーザービーム内のエネルギー密度が不均一になる恐れがあるため、結晶化された多結晶シリコンの結晶性が、レーザーパルスが照射される部分ごとに異なる。
【００１２】
特に、レーザースキャンラインが他のレーザーショット間の境界（上、下境界）で図８及び図９のように縞模様形態の不良を惹き起こす。
【００１３】
このような縞模様形態の不良は、有機電界発光素子を製造する時、ディスプレー上に輝度不均一を惹き起こす。
【００１４】
一方、特許文献１及び特許文献２に開示されたように、非晶質シリコンを蒸着した後、ＳＬＳ技術で全体基板上の非晶質シリコンを多結晶シリコンに変換させたり、基板上の選択領域だけを結晶化する技術が開示されている（特許文献１、２参照）。
【００１５】
また、特許文献３では、ＳＬＳ結晶化技術を利用して巨大粒子シリコングレーンを形成してドライバーと画素配置を含むＬＣＤデバイス用ＴＦＴを製作する時、アクティブチャンネル方向がＳＬＳ結晶化方法によって成長された結晶粒方向に対して平行である場合、電荷キャリアー方向に対する結晶粒系のバリアー効果が最小となるので、単結晶シリコンに次ぐＴＦＴの特性を得ることができる反面、このような特許でもアクティブチャンネル領域と結晶粒成長方向が９０°である場合、ＴＦＴ特性が電荷キャリアーのトラップとして作用する数多くの結晶粒の境界が存在するようになり、ＴＦＴの特性が大きく低下する。
【００１６】
実際、アクティブマトリックスディスプレーを製作する場合、駆動回路内のＴＦＴと画素セル領域内のＴＦＴは、一般的に９０°の角度を有する場合があり、この時、各ＴＦＴの特性を大きく低下させることなく、ＴＦＴ間の特性の均一性を向上させるためには結晶成長方向に対するアクティブチャンネル領域の方向を３０°ないし６０°の角度で傾くように製作することで、デバイスの均一性を向上させることができる。
【００１７】
しかし、この方法もやはりＳＬＳ結晶化技術によって形成されるので、レーザーエネルギー密度の不均一性による結晶粒の不均一が発生すると言う問題点がある（特許文献３参照）。
【００１８】
一方、特許文献４によると、レーザービームパターンを三角形状（“△”）に構成することを特徴とし、前記三角形状（“△”）のビームパターンを横方向に移動させながら結晶化を進行する方法が説明されているが、この場合、基板全体に掛けて結晶化を進行させることができないので、常に結晶化になれない領域が存在すると言う短所がある（特許文献４参照）。
【特許文献１】ＰＣＴ国際特許ＷＯ９７／４５８２７号明細書
【特許文献２】米国特許６，３２２，６２５号明細書
【特許文献３】米国特許６，１７７，３９１号明細書
【特許文献４】韓国公開特許番号第２００２−９３１９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、前述したような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、ＳＬＳ結晶化法で多結晶シリコン薄膜を製造する場合、製造される多結晶シリコンの均一性を向上させる方法を提供するものである。
【００２０】
また、本発明のもう一つの目的は、前述のような方法で製造された多結晶シリコン薄膜を使用するディスプレーデバイスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、前記した目的を達成するために、レーザーが透過する透過パターングループとレーザーが透過できない不透過パターングループが混合された構造を有するマスクを使用して非晶質シリコンを、レーザーを利用して結晶化するディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法において、前記マスクは、前記レーザーがスキャンする方向軸を基準として前記透過パターングループが非対称的に存在し、一定中心軸を基準として左右対称である領域を非対称的に存在する透過パターンが前記一定中心軸と平行である他の軸を基準として一定距離ほどシフトされて透過パターンと不透過パターンが互いに入れ替わって位置することを特徴とするディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供することを特徴とするディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供する。
【００２２】
また、本発明は、前述の方法を利用して製造された多結晶シリコン薄膜を使用するディスプレーデバイスを提供し、前記ディスプレーデバイスは有機電界発光素子、または液晶薄膜装置を含む。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように本発明では、マスクパターンのうち、透過領域のパターンを一定な形態で形成してレーザー偏差による多結晶シリコンの結晶化の不均一性を克服することによってディスプレーデバイス上で発生する輝度不均一を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を添付した図を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００２５】
図１０及び図１１は、本発明の第１実施形態によるマスクパターンおよび一回スキャニングしたことを示す平面図である。図１０は、ライン形態のパターンである透過パターンにレーザーを一回照射した場合を示すものであり、図１１は、マスクパターンを一定間隔で移動してレーザーを二回照射した場合の平面図である。
【００２６】
図１０を参照すると、本発明のマスクパターンは、スキャン方向と平行な方向軸、すなわちｘ軸を基準として上下のマスクパターンのうち、透過領域が形成された透過パターングループが互いに非対称になっている。そして、前記透過領域は一定中心軸を基準として左右対称である領域を非対称的に存在する。前記一定中心軸は、レーザースキャン方向の軸であるｘ軸と垂直な軸であるｙ軸になる。
【００２７】
このように形成されたマスクパターンに一回レーザーを照射した後、マスクを移動する場合、透過パターンが前記一定中心軸と平行である他の軸を基準として一定距離ほどシフトされて透過領域と不透過領域が互いに入れ替わって位置するようになる。
【００２８】
すなわち、図１１に示したように、マスクが移動する前の透過領域の一部とマスクを移動した後の透過領域の一部が重複される。これは、透過領域が一部シフトされて不透過領域に形成されるようになり、反対に不透過領域は一部シフトされて透過領域に形成されることになる。
【００２９】
これによって、図８に示したように、照射されるレーザーのエネルギー偏差によって一回レーザーを照射した場合、結晶粒が上部と下部が異なるように形成されるが、もう一度マスクを移動し、ｂ領域の結晶粒を再びレーザーで溶解して結晶化させることによってａ領域に照射されたレーザーエネルギーと同様なエネルギーでｂ領域をもう一度結晶化させることになるため、ｂ領域はａ領域と同様な結晶粒を形成することになる。結局、透過領域が図１０の（ｄ−ｌ）程度の距離で移動されるのと同じ効果が得られる。
【００３０】
前記マスクの移動方向は、スキャン方向軸と同じで、移動距離はｙ″軸を基準としてマスク幅のｌ／４程度移動する。
【００３１】
また、前記距離（ｄ−ｌ）は，透過領域の幅ｄの距離から透過領域と透過領域との間である不透過領域の幅のうち最も短い距離ｌを除いた距離であり、ここで、ｄ＞ｌである。
【００３２】
従って、図８に示したように、結晶粒が不均一に形成されるのを防ぎ、全体的に結晶粒が均一になるように形成される。
【００３３】
図１０は、マスクパターンのうち、透過領域のパターンがライン形態のパターンになっていることを示しているが、これに限定されるものではない。
【００３４】
図１２及び図１３は、本発明の第２実施形態によるマスクパターン及び一回スキャニングしたものを示す平面図である。図１２は、互いに長さが違う二種類のライン形態のパターンが混合された透過パターンにレーザーを一回照射した場合を示すもので、図１３は、マスクパターンを一定間隔移動してレーザーを二回照射した場合の平面図である。
【００３５】
図１２及び図１３を参照すると、本実施形態のマスクパターンは、第１ライン形態の透過領域と前記第１ライン形態のパターンよりも長さが短いライン形態の透過領域が混合された構造を有する。
【００３６】
このマスクパターンもスキャンライン方向と平行な軸（ｘ軸）を基準として透過領域が互いに非対称的に存在し、前記スキャン方向軸であるｘ軸と垂直である軸（ｙ、ｙ′）を中心として互いに対称的になっている。
【００３７】
このように形成されたマスクパターンに一回レーザーを照射した後、マスクを移動する場合、透過パターンが前記一定中心軸と平行である他の軸を基準として一定距離だけシフトされて透過領域と不透過領域が互いに入れ替わって位置するようになる。
【００３８】
すなわち、図１３に示したように、マスクが移動する前の透過領域の一部とマスクを移動した後の透過領域の一部が重複されるようになる。これは、透過領域が一部シフトされて不透過領域に形成され、反対に不透過領域は一部シフトされて透過領域に形成される。
【００３９】
これによって、図８に示したように、照射されるレーザーのエネルギー偏差によって一回レーザーを照射した場合、結晶粒が上部と下部が異なるように形成されるが、もう一度マスクを移動し、ｂ領域の結晶粒を再びレーザーで溶解して結晶化させることによってａ領域に照射されたレーザーエネルギーと同様なエネルギーでｂ領域をもう一度結晶化させることになるため、ｂ領域はａ領域と同様な結晶粒を形成することになる。結局、透過領域が図１２の（ｄ−ｌ）程度の距離で移動されるのと同じ効果が得られる。
【００４０】
図１４及び図１５は、本発明の第３実施形態によるマスクパターンおよび一回スキャニングしたものを示す平面図である。図１４は、第１実施形態の長さが長い透過領域のパターンより長さが短く、互いに異なる二種類のライン形態の透過領域パターンが混合された透過パターンにレーザーを一回照射した場合を示すもので、図１５は、マスクパターンを一定間隔移動してレーザーを二回照射した場合の平面図である。
【００４１】
このマスクパターンもスキャンライン方向と平行な軸（ｘ軸）を基準として透過領域が互いに非対称的に存在し、前記スキャン方向軸であるｘ軸と垂直である軸（ｙ、ｙ′）を中心として互いに対称的になっている。
【００４２】
このように形成されたマスクパターンに一回レーザーを照射した後、マスクを移動する場合、透過パターンが前記一定中心軸と平行である他の軸を基準として一定距離だけシフトされて透過領域と不透過領域が互いに入れ替わって位置するようになる。
【００４３】
すなわち、図１５に示したように、マスクが移動する前の透過領域の一部とマスクを移動した後の透過領域の一部が重複されるようになる。これは、透過領域が一部シフトされて不透過領域に形成され、反対に不透過領域は一部シフトされて透過領域に形成される。
【００４４】
これによって、図８に示したように、照射されるレーザーのエネルギー偏差によって一回レーザーを照射した場合、結晶粒が上部と下部が異なるように形成されるが、もう一度マスクを移動し、ｂ領域の結晶粒を再びレーザーで溶解して結晶化させることによってａ領域に照射されたレーザーエネルギーと同様なエネルギーでｂ領域をもう一度結晶化させることになるため、ｂ領域はａ領域と同様な結晶粒を形成することになる。
【００４５】
以上のように、本発明は、レーザーを利用して非晶質シリコンを結晶化する場合、マスクパターンを本発明の実施形態のようにデザインすることで、結晶化する時にレーザーエネルギーの不均一性による多結晶シリコンの不均一な結晶化を防ぐことができる。
【００４６】
本発明で使用できるディスプレーデバイスは、平板表示素子として液晶表示素子、または有機電界発光素子が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】通常のＳＬＳ結晶化方法を概略的に示す図である。
【図２】通常のＳＬＳ結晶化方法を概略的に示す図である。
【図３】通常のＳＬＳ結晶化方法を概略的に示す図である。
【図４】通常の多結晶シリコン薄膜の製造方法で使用されるマスクの構造を利用して結晶化する方法を概略的に示す平面図である。
【図５】通常の多結晶シリコン薄膜の製造方法で使用されるマスクの構造を利用して結晶化する方法を概略的に示す平面図である。
【図６】通常の多結晶シリコン薄膜の製造方法で使用されるマスクの構造を利用して結晶化する方法を概略的に示す平面図である。
【図７】図４、図５及び図６の各ステージで生成する多結晶シリコン薄膜の平面図である。
【図８】図４、図５及び図６の各ステージで生成する多結晶シリコン薄膜の平面図である。
【図９】図４、図５及び図６の各ステージで生成する多結晶シリコン薄膜の平面図である。
【図１０】ライン形態のパターンである透過パターンにレーサーを一回照射した場合を示す図である。
【図１１】マスクパターンを一定間隔で移動してレーザーを二回照射した場合を示す平面図である。
【図１２】互いに長さが異なる二種類のライン形態のパターンが混合された透過パターンにレーサーを一回照射した場合を示す図である。
【図１３】マスクパターンを一定間隔で移動してレーザーを二回照射した場合を示す平面図である。
【図１４】第１実施形態の長さが長い透過領域のパターンより長さが短く、互いに異なる二種類のライン形態の透過領域パターンが混合された透過パターンにレーサーを一回照射した場合を示す図である。
【図１５】マスクパターンを一定間隔で移動してレーザーを二回照射した場合を示す平面図である。
【図１】
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【図２】
2005123573.tif 000004
【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９】
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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７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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