雷射結晶用的光掩模圖案結構與陣列的製作方法
2023-06-27 12:15:11
專利名稱：雷射結晶用的光掩模圖案結構與陣列的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雷射結晶用的光掩模圖案結構與陣列，特別是涉及一種可控制連續性側向長晶技術(Sequential Lateral Solidification；SLS)的結晶副晶界寬度的光掩模圖案結構與陣列。
背景技術：
低溫多晶矽工藝利用準分子雷射作為熱源，雷射經過投射系統後，會產生能量均勻分布的雷射束，投射於非晶矽結構的玻璃基板上，當玻璃基板上的非晶矽結構吸收準分子雷射的能量後，會轉變成為多晶矽結構。低溫多晶矽技術可提升傳統非晶矽液晶技術性能及降低製造成本。
在一般低溫多晶矽的製作中，首先，將非晶矽結構的玻璃基板經雷射融熔。然後，於回火過程中以玻璃基板中未融熔的矽為晶種進行晶粒(Grain)成長，其中晶粒大小通常小於1μm。為使側向結晶發生，必須在回火過程中產生適當熱梯度差，以獲得1μm以上的晶粒大小。因此，可通過雷射通過具有特殊圖案的光掩模，使玻璃基板產生部分區域融熔結晶，並透過適當的光掩模設計，以及控制玻璃基板上待照射區域與已結晶區域重疊大小、及玻璃基板的步進距離，來使結晶過程中利用側面已結晶區域為晶種，以形成連續性側向長晶(Sequential Lateral Solidification；SLS)。
請參照圖1A，其繪示現有的雷射結晶用的光掩模結構與陣列的示意圖，其中多個矩形光柵(Slit；未標示)排列成雙陣列(透光區)10和20。在製作低溫多晶矽時，首先，雷射透過光掩模的陣列10和陣列20，使位於其底下的玻璃基板上的非晶矽薄膜產生多晶矽結構，然後，相對於光掩模移動玻璃基板，以使雷射透過陣列10照射未移動前的陣列20中的未透光區域，並使陣列10與未移動前的陣列20中的透光區部分重疊。
請參照圖1B，其為使用現有的雷射結晶用的光掩模結構與陣列所產生的多晶矽的電子顯微鏡照片。一般而言，現有的方式只可由光掩模設計及側向長晶能力來控制單一方向晶粒的長度L，但無法控制晶粒的寬度W，現有的晶粒的寬度為約0.3μm，而其寬度方向的晶界的形成原因為由於固化時為減少因熱應力所產生的內應變，因而產生如圖1B所示的雜亂無章的分支晶界(Sub-grain Boundary)。其中，此分支晶界數量與載流子遷移率成反比關係，因此，需儘量減少此類晶界的發生，以提升載流子遷移率。
發明內容
因此，本發明一方面就是在提供一種雷射結晶用的光掩模圖案結構與陣列，通過光掩模設計來控制結晶副晶界寬度，以提升載流子遷移率。
依照本發明的優選實施例，本發明的雷射結晶用的光掩模圖案結構形成在基板上，其中此雷射結晶用的光掩模圖案結構至少包括光柵、第一連續波狀結構和第二連續波狀結構，其中光柵具有相對的第一側邊和第二側邊，及具有相對的第三側邊和第四側邊，其中第三側邊和第四側邊分別位於第一側邊與第二側邊之間，第一連續波狀結構形成在第一側邊上，第二連續波狀結構形成在第二側邊上。第一連續波狀結構與第二連續波狀結構的形狀相互對稱或互補，第一連續波狀結構與第二連續波狀結構的形狀可為三角形波、矩形波或弧形波。第三側邊和第四側邊互為鏡射或同一形狀。第三側邊和第四側邊的形狀可為三角形或弧形。
依照本發明的優選實施例，本發明的雷射結晶用的光掩模圖案陣列至少包括三個前述的光掩模圖案結構，分別為第一光掩模圖案結構、第二光掩模圖案結構和第三光掩模圖案結構。第二光掩模圖案結構基本上對齊並平行於第一光掩模圖案結構，其中第一光掩模圖案結構與第二光掩模圖案結構相距有預設距離。第三光掩模圖案結構位於第一光掩模圖案結構與第二光掩模圖案結構的一側，其中第三光掩模圖案結構基本上平行於第一光掩模圖案結構，第三光掩模圖案結構的一側的中點並基本上對準於第一光掩模圖案結構與第二光掩模圖案結構間的中間位置。
因此，應用本發明，可控制結晶副晶界寬度，以提升載流子遷移率。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，附圖的詳細說明如下圖1A為繪示現有的雷射結晶用的光掩模結構與陣列的示意圖。
圖1B為使用現有的雷射結晶用的光掩模結構與陣列所產生的多晶矽的電子顯微鏡照片。
圖2A為繪示根據本發明的第一優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖。
圖2B至圖2D為繪示應用本第一優選實施例的光掩模圖案結構的晶粒成長示意圖。
圖3A為繪示根據本發明的第二優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖。
圖3B為繪示應用本發明的第二優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。
圖4A為繪示根據本發明的第三優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖。
圖4B為繪示應用本發明的第三優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。
圖5為繪示根據本發明的第四優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖。
圖6A為繪示根據本發明的第五優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖。
圖6B為繪示應用本發明的第五優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。
圖7A為繪示根據本發明的第六優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖。
圖7B為繪示應用本發明的第六優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。
圖8A為繪示根據本發明的第七優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖。
圖8B為繪示應用本發明的第七優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。
圖9A為繪示根據本發明的第八優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖。
圖9B為繪示應用本發明的第八優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。
圖10為繪示本發明的雷射結晶用的光掩模圖案陣列的示意圖簡單符號說明10、20陣列 40非晶矽薄膜60光柵 62、64側邊60a第一連續波狀結構60b第二連續波狀結構70、80區域 90晶界100、200、300光掩模圖案結構102、202、302光柵110、210、310側邊120、220、320側邊130、230、330側邊140、240、340側邊150a、150b連續波狀結構250a、250b連續波狀結構350a、350b連續波狀結構400a、400b、400c光掩模圖案結構D預設距離W寬度 L長度具體實施方式
請參照圖2A，其繪示根據本發明的第一優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖。如圖2A所示，本第一優選實施例所使用光掩模圖案結構主要在光柵60的相對兩側邊62和64上，分別形成第一連續波狀結構60a和第二連續波狀結構60b，其中第一連續波狀結構60a和第二連續波狀結構60b的形狀為相互對稱的矩形波。本發明通過調整相對兩側邊62和64的間距距離，來改變結晶順序及晶種位置，因而控制晶粒的寬度，減少分支晶界的產生，進而提升載流子遷移率。
請參照圖2B至圖2D，其繪示應用本第一優選實施例的光掩模圖案結構的晶粒成長示意圖。首先，以雷射透過光掩模的光柵60，以熔融位於光掩模下方的基板(未繪示)上的非晶矽薄膜40(如圖2B所示)，此時，如圖2B至圖2D的虛線(晶界90)所示，晶粒會自非晶矽薄膜40相對於光柵60的相對兩側邊62和64的區域70和區域80，逐漸向非晶矽薄膜40的中間成長。由圖2E可知，在應用本第一優選實施例的光掩模圖案結構後，非晶矽薄膜40所形成的低溫多晶矽結構具有規則的晶界，且分支晶界的數量相當少，故可大幅地改善現有雷射結晶周的光掩模的缺點。
本發明的第一連續波狀結構與第二連續波狀結構的形狀可相互對稱或互補，且其形狀可為例如三角形波、矩形波或弧形波等。矩形光柵的另外兩相對側邊亦可互為鏡射或同一形狀，其形狀可為例如三角形或弧形等。
請參照圖3A，其繪示根據本發明的第二優選實施例的光掩模圖案結構100的示意圖，其中光柵102具有相對第一側邊110和第二側邊120、以及相對第三側邊130和第四側邊140。在本第二優選實施例的光掩模圖案結構中，第一側邊110和第二側邊120上均形成有形狀為矩形波的第一連續波狀結構150a，即第一側邊110和第二側邊120的形狀為相互對稱的矩形波。與本發明的第一優選實施例不同的是，本第二優選實施例的第三側邊130和第四側邊140的形狀為互為鏡射的三角形。請參照圖3B，其繪示應用本第二優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。如圖3B的虛線(晶界)所示，在應用本第二優選實施例的光掩模圖案結構後，基板所形成的低溫多晶矽結構具有規則的晶界，且分支晶界的數量相當少。
請參照圖4A，其繪示根據本發明的第三優選實施例的光掩模圖案結構100的示意圖，其中光柵102的第一側邊110和第二側邊120上分別形成有形狀為互補的矩形波的第一連續波狀結構150a和第二連續波狀結構150b，即第一連續波狀結構150a的凸出部分匹配於第二連續波狀結構150b的凹陷部分。本第三優選實施例的第三側邊130和第四側邊140的形狀亦為互為鏡射的三角形。請參照圖4B，其繪示應用本第三優選實施例的光掩模圖案結構100所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。如圖4B的虛線(晶界)所示，在應用本第三優選實施例的光掩模圖案結構後，基板所形成的低溫多晶矽結構具有規則的晶界，且分支晶界的數量相當少。
本發明前述的第三側邊130和第四側邊140的形狀可例如三角形或弧形等，其可為同一形狀，或互為鏡射的形狀。請參照圖5，其繪示根據本發明的第四優選實施例的光掩模圖案結構的示意圖，其中第三側邊130和第四側邊140的形狀為互為鏡射的弧形。
請參照圖6A，其繪示根據本發明的第五優選實施例的光掩模圖案結構200的示意圖，其中光柵202具有相對第一側邊210和第二側邊220、以及相對第三側邊230和第四側邊240。在本第五優選實施例的光掩模圖案結構中，第一側邊210和第二側邊220上均形成有形狀為三角形波的第一連續波狀結構250a，即第一側邊210和第二側邊220的形狀為相互對稱的三角波。第三側邊230和第四側邊240的形狀為互為鏡射的三角形。請參照圖6B，其繪示應用本第五優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。如圖6B的虛線(晶界)所示，在應用本第五優選實施例的光掩模圖案結構後，基板所形成的低溫多晶矽結構具有規則的晶界，且分支晶界的數量相當少。
請參照圖7A，其繪示根據本發明的第六優選實施例的光掩模圖案結構200的示意圖，其中光柵202的第一側邊210和第二側邊220上分別形成有形狀為互補的三角形波的第一連續波狀結構250a和第二連續波狀結構250b，即第一連續波狀結構250a的凸出部分匹配於第二連續波狀結構250b的凹陷部分。本第六優選實施例的第三側邊230和第四側邊240的形狀亦為互為鏡射的三角形。請參照圖7B，其繪示應用本第六優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。如圖7B的虛線(晶界)所示，在應用本第六優選實施例的光掩模圖案結構後，基板所形成的低溫多晶矽結構具有規則的晶界，且分支晶界的數量相當少。
請參照圖8A，其繪示根據本發明的第七優選實施例的光掩模圖案結構300的示意圖，其中光柵302具有相對第一側邊310和第二側邊320、以及相對第三側邊330和第四側邊340。在本第七優選實施例的光掩模圖案結構中，第一側邊310和第二側邊320上均形成有形狀為弧形波的第一連續波狀結構350a，即第一側邊310和第二側邊320的形狀為相互對稱的弧形波。第三側邊330和第四側邊340的形狀為互為鏡射的三角形。請參照圖8B，其繪示應用本第七優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。如圖8B的虛線(晶界)所示，在應用本第七優選實施例的光掩模圖案結構後，基板所形成的低溫多晶矽結構具有規則的晶界，且分支晶界的數量相當少。
請參照圖9A，其繪示根據本發明的第八優選實施例的光掩模圖案結構300的示意圖，其中光柵302的第一側邊310和第二側邊320上分別形成有形狀為互補的弧形波的第一連續波狀結構350a和第二連續波狀結構350b，即第一連續波狀結構350a的凸出部分匹配於第二連續波狀結構350b的凹陷部分。本第八優選實施例的第三側邊330和第四側邊340的形狀亦為互為鏡射的三角形。請參照圖9B，其繪示應用本第八優選實施例的光掩模圖案結構所形成的低溫多晶矽結構的晶界示意圖。如圖9B的虛線(晶界)所示，在應用本第六優選實施例的光掩模圖案結構後，基板所形成的低溫多晶矽結構具有規則的晶界，且分支晶界的數量相當少。
另外，本發明的雷射結晶用的光掩模圖案陣列至少包括三個光掩模圖案結構，此些光掩模圖案結構的形狀為前述的實施例所揭示的光掩模圖案結構其中之一。請參照圖10，其繪示本發明的雷射結晶用的光掩模圖案陣列的示意圖，其中光掩模圖案結構400a、光掩模圖案結構400b和光掩模圖案結構400c如前述的第二優選實施例所示的光掩模圖案結構。光掩模圖案結構400b基本上對齊並平行於光掩模圖案結構400c，其中光掩模圖案結構400b與光掩模圖案結構400c相距有預設距離L。光掩模圖案結構400a位於光掩模圖案結構400b與光掩模圖案結構400c的一側，其中光掩模圖案結構400a基本上平行於光掩模圖案結構400b，光掩模圖案結構400a的一側的中點並基本上對準於第一光掩模圖案結構400a與第二光掩模圖案結構間400b的中間位置。如圖10所示的光掩模圖案陣列為一最小可能單位，實際實施時，可依實際需要，將多個光掩模圖案結構400a組成一陣列(如圖1A所示的陣列10)，多個光掩模圖案結構400b和400c組成另一陣列(如圖1A所示的陣列20)。
由上述本發明優選實施例可知，應用本發明的優點為通過光掩模設計來控制結晶副晶界寬度，以提升載流子遷移率，而大幅地改善現有雷射結晶用的光掩模的缺點。
雖然本發明以優選實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應當以後附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種雷射結晶用的光掩模圖案結構，形成在基板上，其中該雷射結晶用的光掩模圖案結構至少包括光柵，具有相對的第一側邊和第二側邊，及具有相對的第三側邊和第四側邊，其中該第三側邊和該第四側邊分別位於該第一側邊與該第二側邊之間；第一連續波狀結構，形成在該第一側邊上；以及第二連續波狀結構，形成在該第二側邊上。
2.如權利要求1所述的雷射結晶用的光掩模圖案結構，其中該第一連續波狀結構與該第二連續波狀結構的形狀為相互對稱、相互互補、三角形波、矩形波或弧形波的其中之一。
3.如權利要求1所述的雷射結晶用的光掩模圖案結構，其中該第三側邊連接於該第一側邊的一端與該第二側邊的一端，該第四側邊連接於該第一側邊的另一端與該第二側邊的另一端。
4.如權利要求1所述的雷射結晶用的光掩模圖案結構，其中該第三側邊和該第四側邊互為鏡射、同一形狀、三角形、弧形的其中之一。
5.一種雷射結晶用的光掩模圖案陣列，形成在基板上，其中該雷射結晶用的光掩模圖案陣列至少包括三個光掩模圖案結構，分別為第一光掩模圖案結構；第二光掩模圖案結構，基本上對齊並平行於該第一光掩模圖案結構，其中該第一光掩模圖案結構與該第二光掩模圖案結構相距有預設距離；以及第三光掩模圖案結構，位於該第一光掩模圖案結構與該第二光掩模圖案結構的一側，其中該第三光掩模圖案結構基本上平行於該第一光掩模圖案結構，該第三光掩模圖案結構的一側的中點並基本上對準於該第一光掩模圖案結構與該第二光掩模圖案結構間的中間位置；其中每一該些光掩模圖案結構至少包括光柵，具有相對的第一側邊和第二側邊，及具有相對的第三側邊和第四側邊，其中該第三側邊和第四側邊分別位於該第一側邊與該第二側邊之間；第一連續波狀結構，形成在該第一側邊上；以及第二連續波狀結構，形成在該第二側邊上。
6.如權利要求5所述的雷射結晶用的光掩模圖案陣列，其中該第一連續波狀結構與該第二連續波狀結構的形狀為相互對稱、相互互補、三角形波、矩形波或弧形波的其中之一。
7.如權利要求5所述的雷射結晶用的光掩模圖案陣列，其中該第三側邊連接於該第一側邊的一端與該第二側邊的一端，該第四側邊連接於該第一側邊的另一端與該第二側邊的另一端。
8.如權利要求5所述的雷射結晶用的光掩模圖案陣列，其中該第三側邊和該第四側邊互為鏡射、同一形狀、三角形、弧形的其中之一。
全文摘要
一種雷射結晶用的光掩模圖案結構與陣列，用以控制由連續性側向長晶(Sequential Lateral Solidification；SLS)技術所形成的低溫多晶矽中的結晶副晶界的寬度。本發明為於光柵(slit)的相對兩側邊上分別形成第一連續波狀結構和第二連續波狀結構，此相對兩側邊大致與晶粒(Grain)成長方向垂直，本發明通過此相對兩側邊的間距距離，使得結晶順序不同及晶種位置不同，以控制晶粒的寬度。
文檔編號G03F1/00GK1811592SQ200610009270
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月15日 優先權日2006年2月15日
發明者孫銘偉 申請人:友達光電股份有限公司