硅结晶化用的掩模、用其结晶化硅的方法及显示设备
专利汇可以提供硅结晶化用的掩模、用其结晶化硅的方法及显示设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种能够使结晶化 硅 中 晶界 数量最小化的硅结晶化用的掩模、一种使用该掩模用于结晶化硅的方法、以及一种显示设备。掩模包括：相对于扫描方向以预定 角 度倾斜的一组狭缝；以及包括相对于前一组狭缝以预定角度倾斜的狭缝的一组狭缝。这些狭缝组沿扫描方向间隔一定的间隔，并且将 基板 和/或掩模在通过狭缝的激光照射之间移动所述间隔。通过减小在基板上 水 平地或垂直地延伸的晶界的数目，本 发明 消除了与顺序侧向 固化 (SLS)技术中的方向性的 各向异性 有关的设计限制。，下面是硅结晶化用的掩模、用其结晶化硅的方法及显示设备专利的具体信息内容。
1.一种用于硅结晶化的掩模，包括：
第一组狭缝，包括一个或多个狭缝，所述狭缝相对于扫描方向以钝 角倾斜，其中所述狭缝在与扫描方向垂直的方向中彼此间隔；
第二组狭缝，包括一个或多个狭缝，所述狭缝相对于扫描方向以钝 角倾斜，其中所述狭缝在与扫描方向垂直的方向中彼此间隔；
第三组狭缝，包括一个或多个狭缝，所述狭缝相对于扫描方向以锐 角倾斜，其中所述狭缝在与扫描方向垂直的方向中彼此间隔；以及
第四组狭缝，包括一个或多个狭缝，所述狭缝相对于扫描方向以锐 角倾斜，其中所述狭缝在与扫描方向垂直的方向中彼此间隔，
其中，第一、第二、第三、和第四组狭缝在扫描方向中彼此间隔。
2.如权利要求1所述的掩模，其中，将第一组狭缝和第二组狭缝 以相对于彼此交错的方式排列，以及将第三组狭缝和第四组狭缝以相对 于彼此交错的方式排列。
3.如权利要求1所述的掩模，其中，将第一和第二组狭缝中的狭 缝以相对于扫描方向实质相同的角度倾斜，以及将第三和第四组狭缝中 的狭缝以相对于扫描方向实质相同的角度倾斜。
4.如权利要求3所述的掩模，其中，第一和第三组狭缝的虚拟延 长线以约10°和约170°之间的角度相交。
5.如权利要求1所述的掩模，其中，将第一和第二组狭缝中的狭 缝倾斜以相对于扫描方向形成实质上135°的角度，以及将第三和第四 组狭缝中的狭缝倾斜以相对于扫描方向形成实质上45°的角度。
6.一种用于硅结晶化的掩模，包括：
第一组狭缝，相对于扫描方向形成第一预定角度；以及
第二组狭缝，相对于扫描方向形成第二预定角度。
7.如权利要求6所述的掩模，还包括：
第三组狭缝，与第一组狭缝实质上平行地排列；以及
第四组狭缝，与第二组狭缝实质上平行地排列。
8.如权利要求7所述的掩模，其中，第一、第二、第三、和第四 组狭缝在扫描方向中彼此间隔。
9.一种用于使用根据权利要求1或6的用于硅结晶化的掩模来结 晶化硅的方法。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：
在基板上形成一层非晶硅薄膜；
通过以激光束通过用于硅结晶化的掩模照射基板，结晶化非晶硅薄 膜上的预定区域；以及
将基板沿着与扫描方向相反的方向移动与相邻狭缝组之间的间隔 相对应的距离。
11.一种显示设备，所述显示设备包括多晶硅薄膜，所述多晶硅薄 膜的晶界和子晶界相对于基板的边缘倾斜约5°至约85°之间的角度。
12.一种结晶化硅的方法，包括：
在基板上形成硅薄膜；
在基板上放置掩模，使得掩模中的狭缝相对于基板的边缘形成约5 °至约85°之间的角度；
将狭缝定位在基板的预选区域上；
通过狭缝照射预选区域以熔化预选区域中的硅；以及
使预选区域冷却。
技术领域
本发明涉及一种用于硅结晶化的掩模、一种使用该掩模用于结晶化 硅的方法、以及一种显示设备。具体地，本发明涉及一种用于硅结晶化 的掩模，其中可以使已结晶化的硅的晶界的数量最小化，一种使用该掩 模用于结晶化硅的方法，以及一种显示设备。
背景技术
图1A是顺序侧向固化(在下文中称作“SLS”)技术的示意性说明， 以及图1B是通过SLS技术结晶化的硅的示意图。
SLS技术是一种在通过使用掩模中所形成的狭缝局部地熔化非晶硅 之后，结晶化非晶硅的技术。与现有的ELA技术相比，SLS技术具有几 个优点。例如，可以按需实现多种颗粒尺寸(几个μm至单晶)，增加了 工艺裕度，并且因为其中对基板尺寸没有限制且不要求真空所以极大地 提高了生产率。因此，已经关注将SLS技术作为下一代结晶化技术。如 图1A中所示，激光束经过掩模10中形成的狭缝15，局部地熔化了非晶 硅。狭缝约几个μm长。基板20的熔化区域25在冷却时结晶化，使得晶 体从熔化区域25和相邻的未熔化区域27之间的边界生长。晶体朝着熔 化区域25的中心生长，并且当颗粒在中心彼此相遇时晶体停止生长。当 在整个基板20上逐渐地移动狭缝时，重复上述工艺，最终结晶化整个基 板20。
图1B示出了其中已经使用直狭缝结晶化非晶硅的状态。在该图中， 箭头指示晶体生长方向。当使用此种SLS技术时，可以根据狭缝的形状 改变所形成的颗粒的形状和尺寸。
图2示意性地说明了一般的单扫描双闪发(single scan two-shot) SLD的工艺。参考图2，当使用具有多个狭缝的掩模将激光束闪发(第一 闪发)引导到非晶硅薄膜上时，形成熔化部分25a和25b。熔化部分在冷 却时结晶化。当在闪发之间移动基板的同时，可以通过重复用激光束(通 过使用第二闪发、第三闪发、…、和第n闪发)照射部分基板来结晶化 整个基板。
图3A和图3B是示出了使用通过图2的SLS工艺结晶化的硅的TFT 的特性的曲线图。图3A是绘制了具有在水平方向(即，晶体生长方向) 中形成的TFT沟道的TFT的特性的曲线图，而图3B是绘制了具有在垂直 方向中形成的TFT沟道的TFT的特性的曲线图。在水平方向中(晶体生 长方向)获得了几乎相当于狭缝尺寸的颗粒尺寸，而在垂直方向中获得 了相当于几千埃()的较小的颗粒尺寸。
参考图3A和图3B，在以下的表1中示出了TFT的特性，例如Ion(针 对Vds＝10.1且Vgs＝20)和电子迁移率(针对Vds＝10.1)。
表1
如表1中所示，在水平方向中的Ion(μA)和电子迁移率(cm2/Vs)分 别是约750至900和约100至120。另外，在垂直方向中的Ion Ion(μA) 和电子迁移率(cm2/Vs)分别是约200至330和约30。即，应该理解的是， 水平特性明显地比垂直特性好。由于此种方向各向异性，当将用于玻璃 上系统(SOG)产品的电路内置在面板中时，应该将TFT沟道设计成仅在 一个方向中。这是不希望的限制。已经设想一种SLS技术来解决这种限 制，在所述SLS技术中两次执行双闪发的SLS工艺，一次在水平方向中 以及另一次在垂直方向中。根据SLS技术，至少理论上根据SLS技术， 可以在水平方向和垂直方向中均实现生长。即，在结晶化之后可以获得 在水平和垂直方向中没有各向异性性质的一致的微结构，并且因此，也 可以获得一致的特性。
图4A和图4B分别是示出了仅使用水平狭缝结晶化的硅的微结构的 视图和照片；图4C和图4D分别是示出了使用水平和垂直狭缝的结晶化 的硅的微结构的视图和照片。
参考图4A至图4D，如果使用包括水平和垂直狭缝的掩模，通过一 个狭缝生长的颗粒成为种子，并且所述颗粒与通过下一个狭缝生长的颗 粒的方向垂直地生长。然而，如果垂直狭缝没有与水平晶界之间的一行 颗粒精确地对准，而是同时地与两行颗粒的一部分对准，如图4A和图 4C中所示，则颗粒中的各向异性问题没有彻底地解决，因为子晶界与原 始晶界垂直地形成，如图4C中的圆圈所示。因为实际的晶界几乎不可能 是精确的直线，此种现象经常发生。因此，现有的2+2闪发SLS工艺相 对于双闪发SLS工艺没有较大的提高，至少从由于各向异性性质所强加 的限制的观点来看是这样的。
发明内容
在另一个方面，本发明是一种用于硅结晶化的掩模，所述掩模包括： 相对于扫描方向形成第一预定角度的第一组狭缝，以及相对于第一组狭 缝形成预定角度的第二组狭缝。
在另一个方面，本发明是一种用于使用用于硅结晶化的上述掩模来 结晶化硅的方法。所述方法可能需要：在基板上形成硅薄膜；在基板上 放置掩模，使得掩模中的狭缝相对于基板的边缘形成约5°至约85°之 间的角度；将狭缝定位在基板的预选区域上；通过狭缝照射预选区域以 熔化预选区域中的硅；以及使预选区域冷却。
在另一个方面，本发明是一种显示设备，所述显示设备包括多晶硅 薄膜，所述多晶硅薄膜的晶界和子晶界相对于基板的边缘倾斜约5°至 约85°之间的角度。
附图说明
根据结合附图给出的优选实施例的以下描述，本发明的以上和其他 目的、特征、和优点将变得显而易见，其中：
图1A是示意性地示出了在一般的结晶化技术中的顺序侧向固化 (SLS)技术的基本原理的视图；图1B是通过SLS技术结晶化的硅的示 意性视图；
图2示意性地说明了用于一般的单扫描双闪发SLS的连续工艺；
图3A和图3B是示出了使用通过图2的SLS工艺结晶化的硅的薄膜 晶体管(TFT)的特性的曲线图；
图4A和图4B分别是示出了仅使用水平狭缝结晶化的硅的微结构的 视图和曲线图；图4C和图4D分别是使用水平和垂直狭缝结晶化的硅的 微结构的视图和曲线图；
图5是示出了根据本发明用于硅结晶化的掩模的视图；
图6是示意性地示出了使用根据本发明用于硅结晶化的掩模结晶化 的硅颗粒的形状的视图；
图7示意性地示出了使用根据本发明用于硅结晶化的掩模的连续 SLS工艺；
图8A至图8D分别是绘制了TFT的特性的曲线图，在所述TFT中， 在其中根据本发明的SLS工艺形成有结晶化硅薄膜的基板的水平和垂直 方向中形成沟道。
具体实施方式
图5示出了根据本发明用于硅结晶化的掩模。
具体地，图5示出了由第一组狭缝101、第二组狭缝102、第三组 狭缝103、和第四狭缝组104形成的掩模100。
掩模100包括第一、第二、第三、和第四组狭缝101、102、103、 和104，其中的每一组均形成为相对于扫描方向倾斜预定的角度，使得 激光束可以选择性地透射过掩模100。如这里所使用的，“扫描方向”是 在基板上移动掩模100的方向。第一至第四组狭缝101至104的每一组 均包括多个狭缝。尽管针对该具体实施例，掩模100在每一组中仅包括 一行狭缝，但是本发明不限于此。即，在掩模100上排列的每一个组中 可以是多行狭缝。
第一组狭缝101包括多个狭缝，每一个狭缝相对于扫描方向以钝角 倾斜。在与扫描方向垂直的方向中将多个狭缝排列成彼此间隔预定的间 隔。每一个狭缝是约4至6μm宽，但是可以按需调节宽度。在该实施例 中，将第一组狭缝101形成为相对于扫描方向倾斜135°。
第二组狭缝102包括多个狭缝，每一个狭缝相对于扫描方向以钝角 倾斜。在与扫描方向垂直的方向中将多个狭缝排列成彼此间隔预定的间 隔。每一个狭缝是约4至6μm宽，但是可以按需调节宽度。在该实施例 中，将第二组狭缝102形成为相对于扫描方向倾斜135°。将第二组狭 缝中102中的狭缝排列成与第一组狭缝101的狭缝基本平行。如果第一 组狭缝101和第二组狭缝102排列地彼此靠近，将他们以交错的方式排 列，使得两组狭缝不会彼此交叠或连接而形成长狭缝。
第三组狭缝103包括多个狭缝，每一个狭缝相对于扫描方向以锐角 倾斜。在与扫描方向垂直的方向中将多个狭缝排列成彼此间隔预定的间 隔。在该实施例中，将第三组狭缝103形成为相对于扫描方向倾斜45°。 每一个狭缝是约4至6μm宽，但是可以按需调节宽度。
第四组狭缝104包括多个狭缝，每一个狭缝相对于扫描方向以锐角 倾斜。在与扫描方向垂直的方向中将多个狭缝排列成彼此间隔预定的间 隔。在该实施例中，将第四组狭缝104形成为相对于扫描方向倾斜45°。 每一个狭缝是约4至6μm宽，但是可以按需调节宽度。
将第四组狭缝中104中的狭缝排列成与第三组狭缝103的狭缝基本 平行。如果第三组狭缝103和第四组狭缝104排列地彼此靠近，将他们 以交错的方式排列，使得两组狭缝不会彼此交叠或连接而形成长狭缝。
在图5中示出的实施例中，如上所述将第一至第四组狭缝101至104 排列地彼此相邻，但是本发明不限于示出的实施例。例如，可以改变多 组狭缝的特定排列。在一些实施例中，可以将第三或第四组狭缝103或 104排列在第一组狭缝101和第二组狭缝102之间。
图6是示意性地示出了使用根据本发明用于硅结晶化的掩模结晶化 的硅颗粒的形状的视图。
参考图6，如果将上述掩模100对准于在基板上形成的非晶硅薄膜 上，并且向其照射激光束，通过在相对于基板上扫描方向倾斜预定角度 (例如95至175°，且优选地为135°)的方向中的第一组狭缝101将 基板上选定区域中的硅结晶化。通过第二组狭缝102将其他未结晶化的 部分结晶化，所述第二组狭缝与第一组狭缝101平行并且交错，使得基 板上的预定区域具有在相对于基板上扫描方向倾斜135°的方向中结晶 化和生长的硅颗粒。
另外，如果将激光束通过排列在与第一和第二组狭缝101和102垂 直的方向中的第三和第四组狭缝103和104引导到由第一和第二组狭缝 101和102结晶化的区域上，在与通过第一和第二组狭缝101和102获 得的晶体生长方向垂直的方向中再次生长晶体。如图6中所示，因此， 将硅颗粒结晶化和生长为矩形或正方形的形状，即菱形，旋转预定的角 度(例如相对于基板的水平或垂直边缘5°至85°，且优选地为45°)。 因为以上述方式结晶化和生长的硅颗粒形成以约45°倾斜的结晶化区， 即使晶界存在，在垂直和水平特性中几乎没有差别。
图7示意性地示出了使用根据本发明用于硅结晶化的掩模的连续 SLS工艺。
参考图7，首先准备其上形成有硅薄膜的基板。
接下来，将如上所述且在图5中示出的掩模100安置在基板上面， 使得掩模100的位置与基板上的目标区域对准。
然后，将在其上布置了掩模100的基板用激光束照射。即，将一闪 发激光束(第一闪发)同时地通过掩模100的第一至第四组狭缝101至 104投射到非晶硅薄膜上。如果以此种方式照射激光束，将与第一至第 四组狭缝101至104的位置相对应的非晶硅薄膜上的区域熔化，并且当 将他们冷却时将其结晶化。
当将安装有基板的平台(stage)移动一组狭缝时，重复照射激光 束的工艺(第二闪发、第三闪发、…、或第n闪发)(可选地，可以移动 掩模而基板静止，或将掩模和基板均移动)。例如，在第一闪发期间由第 四组狭缝覆盖的区域在第二闪发期间将由第三组狭缝覆盖，在第三闪发 期间将由第二组狭缝覆盖，如此等等。重复基板和/或掩模的移动，直到 将在基板上形成的非晶硅的整个区域以此种方式结晶化为止，所述方式 为从基板的一端到相反的一端执行第一扫描。然后，将平台移动到相邻 的区域，例如第一扫描下面的区域，并且在与第一扫描相反的方向中执 行第二扫描。如果以上述方式执行SLS工艺，在其中将第一至第四组狭 缝101至104顺序地排列在基板上形成的非晶硅薄膜上的预定区域中的 情况下，激光束照射四次，使得完成在预定区域上的硅的结晶化。
在一些实施例中，可以使用包括在水平方向中形成的一组狭缝和在 垂直方向中形成的一组狭缝的掩模而非图5中示出的掩模100来执行 SLS工艺。在这种情况下，首先准备其上形成有非晶硅薄膜的基板。接 下来，对准掩模，并且将安装有基板的平台设置成相对于掩模倾斜预定 角度。
然后用激光束照射在其上布置了掩模的基板。即，通过掩模中的狭 缝组将激光束引导到非晶硅薄膜上。如果以此种方式照射激光束，将与 狭缝的位置相对应的非晶硅薄膜的区域熔化，并且当其冷却时使其结晶 化。如果以上述方式执行SLS工艺，将硅颗粒结晶化和生长为矩形的形 状(例如，正方形、菱形)，排列得相对于基板的水平或垂直方向倾斜预 定角度(例如，5至85°，且优选地是45°)，如图6中所示。
图8A至图8D分别是绘制了TFT的特性的曲线图，在所述TFT中在 其中根据本发明的SLS工艺形成有结晶化硅薄膜的基板的水平和垂直方 向中形成沟道。在图8A至图8D的情况下，测量的基板是2英寸低温多 晶硅TFT，以及结晶化多晶薄膜的厚度是约800。
图8A和图8B分别是绘制了N-TFT和P-TFT的特性的曲线图，在所 述TFT中在其中通过根据本发明的SLS工艺形成有结晶化硅薄膜的基板 的水平方向中形成沟道；以及图8C和图8D分别是绘制了N-TFT和P-TFT 的特性的曲线图，在所述TFT中在其中通过根据本发明的SLS工艺形成 有结晶化硅薄膜的基板的垂直方向中形成沟道。
参考图8A至图8D，在以下的表2中示出了每一个TFT的特性，例 如Ion(针对Vds＝10.1且Vgs＝20)和电子迁移率(针对Vds＝10.1)。
表2
水平N-TFT的Ion(μA)和电子迁移率(cm2/Vs)分别是约750至923和 约84至106；以及水平P-TFT的Ion(μA)和电子迁移率(cm2/Vs)分别是约 914至918和约84至87。
另外，垂直N-TFT的Ion(μA)和电子迁移率(cm2/Vs)分别是约727至 749和约85至102；以及垂直P-TFT的Ion(μA)和电子迁移率(cm2/Vs)分 别是约750至756和约61。
利用本发明，可以将在基板的水平和垂直方向中延伸的晶界的数目 最小化，并且因此，在水平和垂直特性之间的差别变得基本上不存在。 因此，当设计TFT时不必要考虑沟道的方向性，因为已经消除了与颗粒 的方向性各向异性性质相关的限制。有效地消除了设计约束。
如上所述，根据本发明，可以将基板的水平和垂直方向中的晶界的 数目最小化，并且在垂直和水平特性之间几乎没有差别，因为即使存在 晶界，结晶化的颗粒以约45°的角度倾斜。因此，解决了在传统的器件 中与方向性的各向异性性质相关的限制，并且当将用于SOG产品的电路 内置在面板中时，可以没有TFT沟道的方向限制地来设计TFT。
尽管已经结合根据本发明的一种用于硅结晶化的掩模、一种用于使 用所述掩模结晶化硅的方法、和一种显示器件详细地描述本发明，但是 本领域普通技术人员应当易于理解，根据本发明的精神和范围的情况下 可以做出各种修改和改变。同样显而易见的是这些修改和改变落在由所 附权利限定的本发明的范围之内。
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