CN1917146A - 形成多晶硅薄膜的方法及用该方法制造薄膜晶体管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种形成具有改进电特性的多晶硅薄膜的方法，以及一种使用该形成多晶硅薄膜的方法制造薄膜晶体管的方法。该方法包括：在基板上形成非晶硅薄膜；通过用具有低能量密度的激光束照射非晶硅薄膜的一部分，部分熔化非晶硅薄膜的一部分；通过非晶硅薄膜的部分熔化的部分结晶，形成具有预定晶体排列的多晶硅晶粒；在重复移动基板预定距离的同时，通过具有高能量密度的激光束的照射，完全熔化多晶硅晶粒的一部分和非晶硅薄膜的一部分；以及通过完全熔化的硅以预定晶体排列均匀结晶，使多晶硅晶粒生长。

Description

形成多晶硅薄膜的方法及 用该方法制造薄膜晶体管的方法
技术领域
本发明涉及一种形成具有改进电特性的多晶硅薄膜的方法以及一种使用该方法制造薄膜晶体管的方法。
背景技术
普通的液晶显示器使用非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)作为开关元件。近年来，随着对高清晰显示质量LCDs的需求，驱动速度快的多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT)得到了广泛应用。
在poly-Si TFT中，众所周知有多种形成poly-Si薄膜的方法。在poly-Si的不同类型的形成方法中，poly-Si薄膜可直接形成在诸如玻璃制成的基板上。其次，通过形成非晶硅(a-Si)薄膜并对其退火可形成poly-Si薄膜。
通常，LCD中使用的玻璃基板在大约600℃下的常规退火处理过程中可能发生变形。因此，为了对a-Si薄膜进行退火，已经提出了准分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)过程。根据ELA过程，将具有高能量的激光束照射在a-Si薄膜上。即，a-Si薄膜瞬间熔化几纳秒(nanoseconds)(ns)的时间，然后再结晶，而不会对玻璃基板造成损坏。
此外，ELA过程提供了具有相对高电子迁移率的Si薄膜，从而当a-Si薄膜熔化成液相然后固化时，Si原子重新排列，形成具有高结晶度的晶粒。
在作为传统液晶显示器(LCDs)的开关装置使用的非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFTs)中，非晶硅薄膜通过传统的准分子激光退火结晶成多晶硅薄膜。然而，多晶硅薄膜由具有所有晶面取向，即没有规则的晶面取向的晶粒组成。
通常，已经知道，多晶硅的{110}或{111}晶面呈现出大约300-400cm2/V·s的电子迁移率，而多晶硅的{100}晶面呈现出大约600cm2/V·s的电子迁移率。举例来说，当多晶硅薄膜具有主要在{100}晶面方向取向的晶粒时，电子迁移率可以提高大约1.5-2倍。
因此，为了提高多晶硅薄膜晶体管的电特性，需要形成具有选择性特定晶面取向的晶粒。
发明内容
本发明提供了一种形成具有改进电特性的多晶硅薄膜的方法。
本发明还提供了一种使用形成多晶硅薄膜的方法制造薄膜晶体管的方法。
根据下面的描述，本发明的上述特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。
根据本发明的一方面，提供了一种形成多晶硅薄膜的方法。该方法包括：形成非晶硅薄膜；通过用具有第一能量密度的激光束照射非晶硅薄膜的一区域，在该区域中部分熔化非晶硅薄膜的一部分，从而在部分熔化的非晶硅薄膜区域中形成具有预定晶体排列的多晶硅晶粒；以及通过具有高于第一能量密度的第二能量密度的激光束的照射，完全熔化该区域内的多晶硅晶粒的一部分和临近该区域的非晶硅薄膜的一部分。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造薄膜晶体管的方法。该方法包括：在基板上形成非晶硅薄膜；通过用激光束照射非晶硅薄膜而形成多晶硅薄膜；通过图案化多晶硅薄膜而形成多晶硅图案；在多晶硅图案上形成绝缘膜；在绝缘膜上形成栅电极；以及在多晶硅图案部分上形成源电极和漏电极，所述源电极和漏电极彼此隔开，并电连接至多晶硅图案的该部分，其中，形成多晶硅薄膜的步骤包括：形成非晶硅薄膜；在一区域中通过用具有第一能量密度的激光束照射非晶硅薄膜的该区域，部分熔化非晶硅薄膜的一部分，从而在部分熔化的非晶硅薄膜区域中形成具有预定晶体排列的多晶硅晶粒；通过具有高于第一能量密度的第二能量密度的激光束的照射，完全熔化该区域内的多晶硅晶粒的一部分和临近该区域的非晶硅薄膜的一部分。
附图说明
根据下面参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他特征和优点将会更显而易见，附图中：
图1是示出了根据本发明的一个实施例的形成多晶硅薄膜的方法中所使用的装置的侧视图；
图2是示出了根据本发明的一个实施例的形成多晶硅薄膜的方法的平面视图；
图3是图1中A部分的放大截面视图；
图4A至图4F是示出了根据图2所示方法的多晶硅薄膜生长过程的截面视图；
图5是示出了从部分熔化的硅中结晶出的多晶硅晶粒的{100}织构比(texture ratio)相对于照射到非晶硅上的激光束的脉冲循环数的曲线图；
图6A至图6D是示出了根据本发明的一个实施例的多晶硅薄膜的形成方法中多晶硅薄膜生长过程的平面示意图；以及
图7A至图7D是示出了根据本发明的一个实施例的制造薄膜晶体管的方法的顺次截面视图。
具体实施方式
下面将参照示出了本发明优选实施例的附图，更详细地描述本发明。参照下面对优选实施例的详细描述以及附图，可以更容易理解本发明的优点和特征及其实现方法。然而，本发明可以以多种不同形式来实施，而并不局限于这里所述的实施例。当然，提供这些实施例，是为了使本公开全面和完整，能够向本领域技术人员充分转达本发明的原理，而且，本发明仅由所附权利要求来限定。整个说明书中，相同的附图标号表示相同的元件。
图1是示出了在根据本发明实施例的形成多晶硅薄膜的方法中所使用的装置的侧视图。图2是示出了根据本发明实施例的形成多晶硅薄膜的方法的平面视图，而图3是图1中“A”部分的放大截面视图。
参照图1至图3，用于形成多晶硅薄膜140的装置包括激光器10、XY-工作台20、和基板100。
这里，激光器10间断地产生激光束200，该激光束照射到基板100上。优选地，激光器10是产生短波长、高能量和高效率激光束的准分子激光器。该准分子激光器可以包括，例如，惰性气体、惰性气体的卤化物、卤化汞、惰性气体的酸性化合物、多元素准分子(multi-element excimer)等。惰性气体的例子包括：Ar2、Kr2、和Xe2。惰性气体卤化物的例子包括：ArF、ArCl、KrF、KrCl、XeF、以及XeCl。卤化汞的例子包括：HgCl、HgBr、和HgI。惰性气体酸性化合物的例子包括：ArO、KrO、和XeO。多元素准分子的例子包括：Kr2F、和Xe2F。
由准分子激光器产生的激光束具有200nm至400nm的波长，优选地，是250nm或308nm。也就是说，由于固相a-Si薄膜132用作poly-Si薄膜142晶粒生长的晶核，因此，poly-Si薄膜142从其任意一侧横向生长至激光束200宽度的一半。这里，poly-Si薄膜142横向生长长度达1μm至10μm，通常为2μm至4μm。
这里，激光束200为脉冲形式。脉冲宽度在20s至300ns范围内，优选地，大约是240纳秒(ns)。激光束200的频率在300至6000Hz范围内，优选地，在4000至6000Hz。
此外，激光器10可以是能够在短时间内从微型装置中产生高能量脉冲激光束的固态激光器。固态激光以波长为694.3nm的红宝石激光、波长为1064nm的Nd:YAG激光、波长为1064nm的Nd:玻璃激光等等为例。为方便描述，以下根据准分子激光描述本发明。
XY-工作台20支承基板100，并逐渐移动基板100一预定距离。举例来说，XY-工作台20从右向左逐渐移动基板100一预定距离。
当基板100通过XY-工作台20逐渐移动时，由激光器10产生的激光束200照射到基板100上，同时从基板100的第一端102向基板100的第二端104相对逐渐移动。这里，基板100的第一端102指基板100的左侧，而基板100的第二端104指基板100的右侧。反之，XY-工作台20也可以从左向右逐移动基板100一预定距离。
基板100设置在XY-工作台20上，并且包括透明基板110、氧化层120、和非晶硅薄膜130。基板100的尺寸可以根据使用用途而改变。
透明基板110设置在XY-工作台20上，并由玻璃或石英制成使光能够穿过。氧化层120设置在透明基板110上，以改善透明基板110与非晶硅薄膜130之间的界面特性。a-Si薄膜130通过化学气相沉积(chemical vapor deposition)(CVD)形成在氧化层120上，并由非晶硅制成。
由激光器10产生的激光束200照射到非晶硅薄膜130上，并且瞬间熔化非晶硅薄膜130的一部分。非晶硅薄膜130的熔化部分快速地进行固相结晶，从而形成由多晶硅(p-Si)制成的多晶硅薄膜140。
图4A至图4F是示出了根据图2所示方法多晶硅薄膜的生长过程的截面视图。具体地说，图4A示出了由于初始激光束照射造成的非晶硅薄膜的部分熔化。图4B示出了多晶硅的横向生长，图4C示出了在多晶硅横向生长长度的中央突出部146的形成，图4D示出了由于激光照射造成的突出部146的熔化，图4E示出了多晶硅的横向生长，而图4F示出了在多晶硅横向生长长度的中央的突出部146的形成。
参照图1和图4A，首先，准备其上具有非晶硅薄膜132的基板100和产生激光束200的激光器10。基板100设置在XY-工作台20上，而激光束200具有较窄的宽度和较长的长度。优选地，激光束200的长度大体上与基板100一侧的长度相同，而激光束200的宽度是硅晶粒横向生长长度的两倍。举例来说，激光束200的宽度可在2μm至20μm范围内，更优选地，在4μm至8μm范围内。
然后，由激光器10产生的激光束200照射到在基板100第一端上形成的非晶硅薄膜132的一部分上。经激光束200照射的非晶硅薄膜132的该部分通过熔化相转变(phase-transform)成液相硅134，而没有经激光束200照射的非晶硅薄膜132的其他部分保持为固相非晶硅而不熔化。
这里，由于激光束200的能量密度不足，非晶硅薄膜132的非晶硅没有完全熔化，所以，固相非晶硅和液相硅同时存在。固相非晶硅和液相硅同时存在的区域称为“部分熔化区”。
这里，激光束200具有较低的能量密度，即，大约是300-500mJ/cm2，优选地，大约是400mJ/cm2。此外，激光束200为脉冲准分子，且其宽度在20ns至300ns范围内，优选地，大约是240ns。激光束200的频率在300Hz至6000Hz范围内，优选地在4000Hz至6000Hz范围内。
非晶硅甚至可以仅通过激光束200的单脉冲而部分熔化。然而，为了通过减少结晶硅晶粒的缺陷来提高结晶度并获得主要为{100}晶面取向的poly-Si薄膜，用激光束200的80或更多脉冲连续照射非晶硅薄膜132。其详细描述将在后文提供。
参照图4B，液相硅134从液相硅134的两侧向中部横向结晶，从而形成多晶硅142。这里，固相非晶硅薄膜132作为多晶硅142生长的硅晶粒核心。也就是说，由于固相a-Si薄膜132作为poly-Si薄膜142生长的晶核，所以poly-Si薄膜142从其任意一侧横向生长至激光束200宽度的一半。这里，poly-Si薄膜142横向生长长度达1μm至10μm，通常为2μm至4μm。
参照图5来评价多晶硅142的织构特性。图5是示出了从部分熔化的硅中结晶出的多晶硅晶粒的{100}织构比相对于照射到非晶硅上的激光束的脉冲循环数的曲线图。如图5所示，随着激光束的脉冲循环数的增加，{100}织构比增加。即，随着用于形成图4A和图4B所示的液相硅134的激光束200的脉冲循环数的增加，构成多晶硅142的硅晶粒的{100}织构比增加。这是由于当硅晶粒具有{100}晶面时，多晶硅142与其下面的氧化层120之间的界面能量减少，这使得在部分熔化区处主要产生{100}织构。
为提高硅晶粒的电子迁移率，优选地，{100}织构比大约是50％或更多。因此，优选地，以激光束200的大约80或更多脉冲照射非晶硅薄膜132。当以激光束200的大约150或更多脉冲照射非晶硅薄膜132时，大约90％或更多的结晶晶粒具有{100}织构。
通常，已知多晶硅薄膜的{110}或{111}晶面呈现出大约300-400cm2/V·s的电子迁移率，而{100}晶面呈现出大约600cm2/V·s的电子迁移率。在这点上，本发明中，通过具有相对低能量密度的激光束200的重复照射可以获得主要为{100}织构的多晶硅142。因此，可以提高电子迁移率，这使得制造具有改进电特性的多晶硅薄膜晶体管成为可能。
参照图4C，在多晶硅142横向生长长度的中央形成预定高度的突出部146。该突出部146是在从液相硅134两侧延伸的横向生长在中部相遇时产生的，其降低了多晶硅142的电子迁移率。在这点上，优选地，在需要高电子迁移率的硅薄膜中就除去突出部146。
参照图4D，在基板从第一端(参照图2的102)向第二端(参照图2的104)移动一预定距离之后，以具有高能量密度的激光束200′照射基板100，以熔化并除去突出部146。即，当用激光束200′照射基板100时，突出部146、多晶硅142的一部分、以及非晶硅薄膜132的一部分完全熔化，以再次形成液相硅134。优选地，基板100移动的距离使得突出部146可以完全熔化。
也就是说，激光束200′的移动距离可以小于液相硅134的横向生长长度，优选地，小于激光束200′宽度的一半，更优选地，在1μm至10μm范围内。
激光束200′具有高能量密度，因此，能够完全熔化由激光束200′照射的非晶硅薄膜132的一部分和多晶硅142的一部分。多晶硅142和非晶硅薄膜132完全熔化的区域称之为“完全熔化区”。图4A中的激光束200和图4D中的激光束200′除了能量密度不同外大体上相同。也就是说，激光束200′具有高能量密度，即大约是600-900mJ/cm2，优选地，大约是800mJ/cm2。激光束200′甚至仅通过单脉冲就能够完全熔化非晶硅薄膜132。在某些情况下，也可能需要激光束200′的几个脉冲照射。
参照图4E，图4D的液相硅134从液相硅134的两侧向中部横向结晶。在第二次固相结晶期间，位于液相硅134左侧的多晶硅142吸收液相硅134并向右侧延伸，而位于液相硅134右侧的非晶硅薄膜132向左侧生长至激光束200′宽度的一半。此时，从第一次固相结晶形成的晶核生长成第二次固相结晶形成的多晶硅142的左部，多晶硅的左部主要长成{100}织构晶粒。因此，在随后的继续固相结晶过程中，多晶硅142主要由{100}织构晶粒组成。
参照图4F，在多晶硅142横向生长长度的中央再次形成预定高度的突出部146。当再次形成突出部146时，基板100移动预定的距离，以通过激光束200′熔化突出部146。通过熔化突出部146得到的液相硅(未示出)再次进行横向结晶。上述熔化和横向生长的重复循环形成了具有较高电子迁移率的多晶硅薄膜。
图6A至图6C是示出了在根据本发明实施例的形成多晶硅薄膜的方法中多晶硅薄膜的生长过程的平面示意图。具体地说，图6A是用第一次激光束照射的poly-Si薄膜的平面视图。图6B是用第二次激光束照射的poly-Si薄膜的平面视图，图6C是用第三次激光束照射的poly-Si薄膜的平面视图，而图6D是用激光束照射几次而完成结晶之后形成的poly-Si薄膜的平面视图。
参照图6A，将具有低能量密度的激光束200的第一次照射施加于非晶体硅薄膜的一部分。受激光束200影响的部分非晶薄膜部分熔化，转变成液相硅。该液相硅通过在液相硅两侧处的固相非晶硅薄膜的横向生长进行固相结晶，从而形成多晶硅150。在多晶硅150的横向生长期间，液相硅两侧处的固相非晶硅薄膜作为多晶硅150的多个硅晶粒148生长的核心。硅晶粒148生长并相遇以在硅晶粒148间形成硅晶粒边界144。
此外，作为硅晶粒148横向生长的结果，在横向生长长度的中央形成预定高度的突出部146。突出部146沿着对应于激光束200宽度的一半的横向生长长度的中部几乎形成为一条直线。
参照图6B，在基板(未示出)移动预定距离之后，用激光束200再次照射多晶硅150的一部分和非晶硅薄膜的一部分，但是这次的激光束具有高能量密度。此时，优选地，基板的第一移动距离D1等于或小于激光束200短轴方向宽度的一半，以熔化并除去突出部146。举例来说，基板的第一移动距离在1μm至10μm的范围内。
此外，如果用激光束200过度照射非晶硅薄膜，其可能被激光束200剥落。为防止非晶硅薄膜的脱落，优选地，两相邻激光照射区之间的重叠面积为两个激光照射区总面积的90％或更小。
激光束200的第二次照射熔化突出部146、多晶硅150的一部分，以及非晶硅薄膜的一部分，从而再次形成液相硅。通过激光束200第一次照射形成的多晶硅150位于液相硅的一侧，而现有的固相非晶硅薄膜位于液相硅的另一侧。
此时，多晶硅150的硅晶粒148吸收液相硅并在一个方向上延伸，而固相非晶硅薄膜吸收液相硅并在另一方向上生长新的硅晶粒148。作为硅晶粒148横向生长的结果，在横向生长长度的中央形成预定高度的新突出部146。
参照图6C，基板再次移动预定距离之后，将具有高能量密度的激光束200的第三次照射应用于多晶硅150的一部分和非晶体硅薄膜的一部分。此时，优选地，基板的第二移动距离D2与基板的第一移动距离D1相等，即，基板的第二移动距离D2等于或小于激光束200短轴方向宽度的一半，以熔化并除去新形成的突出部146。
受激光束200第三次照射影响的部分多晶硅150和部分非晶硅薄膜熔化以再次形成液相硅。此时，液相硅一侧的多晶硅150的硅晶粒148吸收液相硅并在一方向上向远处延伸，而液相硅另一侧的固相非晶硅薄膜吸收液相硅并在另一方向上生长新的硅晶粒148。作为硅晶粒148横向生长的结果，在横向生长长度的中央再次形成预定高度的新突出部146。
如上所述，通过重复形成和除去突出部146，硅晶粒148横向生长，从而形成具有高电子迁移率的多晶硅150，如图6D所示。
这样完成的多晶硅150由多个硅晶粒148和多个硅晶粒边界144组成。硅晶粒148互相平行地生长。因此，硅晶粒边界144也互相平行地生长。所以，多晶硅150从一侧向另一侧呈现出高电子迁移率。
根据上述实施例，由于随着基板移动预定距离用激光束重复照射非晶硅薄膜，因此，可以形成包括大尺寸硅晶粒的多晶硅薄膜。
以下，参照图7A至图7D，描述使用参照图1至图6D所示的形成多晶硅薄膜的方法制造薄膜晶体管的方法。图7A至图7D是示出了根据本发明实施例的制造薄膜晶体管的方法的顺次截面视图。具体来说，图7A示出了在基板上形成poly-Si图案，图7B示出了在poly-Si图案上形成绝缘层和漏电极，图7C示出了在漏电极上形成绝缘层和接触孔，以及图7D示出了通过接触孔形成源电极和漏电极。为简便起见，将省略对形成多晶硅薄膜方法的描述。
参照图7A，在透明基板310上形成氧化层320，而在氧化层320上形成非晶硅薄膜(未示出)。接着，非晶硅薄膜通过激光束的照射相转变成多晶硅薄膜(未示出)。使用上述方法可以形成多晶硅薄膜。图案化该多晶硅薄膜以形成多晶硅图案330。
参照图7B，以绝缘膜340覆盖多晶硅图案330以保护多晶硅图案330。绝缘膜340可以通过诸如PECVD(等离子体增强化学气相沉积)而形成。
然后，在绝缘膜340上形成栅电极G。优选地，栅电极G位于多晶硅图案330的中间部分。例如，栅电极G可以通过在绝缘膜340上沉积金属材料并蚀刻所沉积的金属膜而形成。
参照图7C，形成绝缘层350，以覆盖栅电极G和绝缘膜340。绝缘层350可以通过诸如PECVD而形成，优选地，为了确保TFT的优良可靠性并防止色度亮度干扰，绝缘层具有不小于预定标准的厚度。例如，绝缘层350的厚度可以为6000或更大。
然后，蚀刻绝缘膜340的一部分和绝缘层350的一部分，以形成接触孔。接触孔包括：第一接触孔352，与栅电极G的一侧隔开预定距离以露出多晶硅图案330的一部分；以及第二接触孔354，与栅电极G的另一侧隔开预定距离以露出多晶硅图案330的一部分。
参照图7D，通过第一接触孔352和第二接触孔354分别形成与多晶硅图案330电连接的源电极S和漏电极D。此处，源电极S通过第一接触孔352与poly-Si图案330电连接，而漏电极D通过第二接触孔354与poly-Si图案330电连接。
然后，在绝缘层350上形成覆盖源电极S和漏电极D的保护层360，以保护源电极S和漏电极D。接着，蚀刻绝缘层350的一部分以形成像素接触孔362。以这种方式在保护层360上形成透明的像素电极370，使其通过像素接触孔362与漏电极D电连接。
根据该实施例，通过激光束照射形成的多晶硅图案330呈现出高电子迁移率，这使得制造具有改善电特性的薄膜晶体管成为可能。
图7A至图7D所示的实施例示出了顶端栅极模式薄膜晶体管，但本发明并不局限于此。本发明也适用于底部栅极模式薄膜晶体管。
如上所述，根据本发明，在形成具有改进电特性的多晶硅薄膜的方法中，以及在使用根据本发明的形成多晶硅薄膜的方法制造薄膜晶体管的方法中，通过具有低能量密度的激光束的第一次照射主要形成{100}织构晶粒，并通过具有高能量密度的激光束的随后照射而生长，从而形成具有主要为{100}织构和较大晶粒尺寸的硅晶粒。因此，可以形成具有诸如改进电子迁移率等的改进电特性的多晶硅薄膜和包括该多晶硅薄膜的薄膜晶体管。
本领域技术人员将认识到，在不违背本发明原则的前提下，可以对优选实施例进行各种更改和变化。因此，本发明所公开的优选实施例仅用于一般的描述性说明，并不限制本发明。

Claims (24)

1.一种形成多晶硅薄膜的方法，所述方法包括：
在基板上形成非晶硅薄膜；
通过用具有第一能量密度的激光束照射所述非晶硅薄膜的一区域，在该区域中部分熔化所述非晶硅薄膜的一部分，从而在部分已熔化非晶硅薄膜的所述区域中形成具有预定晶体排列的多晶硅晶粒；
通过具有高于所述第一能量密度的第二能量密度的激光束的照射，完全熔化所述区域内所述多晶硅晶粒的一部分和临近所述区域的所述非晶硅薄膜的一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述激光束具有300-500mJ/cm2的能量密度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述激光束的脉冲宽度大约是20-300ns，并且用80或更多脉冲的激光束照射所述非晶硅薄膜的所述部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述多晶硅晶粒具有{100}织构。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多晶硅晶粒的所述{100}织构比大约为50％或更多。
6.根据权利要求4所述的方法，所述部分熔化是通过80或更多脉冲的激光束完成的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述完全熔化中，所述激光束具有600-900mJ/cm2的能量密度。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述完全熔化仅通过单个脉冲的激光束完成的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多晶硅晶粒通过横向生长而形成。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多晶硅晶粒经历大约1μm至10μm范围内的横向生长。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光束为矩形且长度大于宽度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述激光束的宽度在2μm至20μm范围内。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述基板或所述激光束在所述激光束的宽度方向上移动距离不大于所述激光束的所述宽度的一半。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述基板或所述激光束在所述激光束的宽度方向上的所述移动距离在1μm至10μm的范围内。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，两相邻激光照射区域之间的重叠面积为所述两激光照射区域总面积的90％或更小。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光束由准分子激光器产生。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述激光束具有200nm至400nm范围内的波长。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述激光束具有300至6000Hz范围内的频率。
19.一种制造薄膜晶体管的方法，所述方法包括：
在基板上形成非晶硅薄膜；
通过用激光束照射所述非晶硅薄膜而形成多晶硅薄膜；
通过图案化所述多晶硅薄膜而形成多晶硅图案；
在所述多晶硅图案上形成绝缘膜；
在所述绝缘膜上形成栅电极；以及
在所述多晶硅图案的部分上形成源电极和漏电极，所述源电极和漏电极彼此隔开，并电连接至所述多晶硅图案的所述部分；
其中，形成所述多晶硅薄膜的所述步骤包括：
形成非晶硅薄膜；
在一区域中通过用具有第一能量密度的激光束照射所述非晶硅薄膜的所述区域，部分熔化所述非晶硅薄膜的一部分，从而在部分已熔化非晶硅薄膜的所述区域中形成具有预定晶体排列的多晶硅晶粒；
通过具有高于所述第一能量密度的第二能量密度的激光束的照射，完全熔化所述区域内所述多晶硅颗粒的一部分和邻近所述区域的所述非晶硅薄膜的一部分。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述激光束具有300-500mJ/cm2的能量密度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述激光束的脉冲宽度大约是20-300ns，并且用80或更多脉冲的激光束照射所述非晶硅薄膜的所述部分。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述多晶硅晶粒具有{100}织构，并且所述多晶硅晶粒的{100}织构比大约为50％或更多。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述完全熔化中，所述激光束具有600-900mJ/cm2的能量密度。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述完全熔化仅通过单个脉冲激光束来完成。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102047384A (zh) * 2008-06-02 2011-05-04 康宁股份有限公司 处理半导体材料方法和经处理的半导体材料
CN102651311A (zh) * 2011-12-20 2012-08-29 京东方科技集团股份有限公司 一种低温多晶硅薄膜的制备方法及低温多晶硅薄膜
CN101631641B (zh) * 2007-02-12 2014-01-22 Tcz私营有限公司 一种用于处理基底的设备
CN103854975A (zh) * 2012-12-06 2014-06-11 三星显示有限公司 多晶硅层的制造方法和有机发光显示设备及其制造方法

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7318866B2 (en) * 2003-09-16 2008-01-15 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for inducing crystallization of thin films using multiple optical paths
US7164152B2 (en) * 2003-09-16 2007-01-16 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Laser-irradiated thin films having variable thickness
US7364952B2 (en) * 2003-09-16 2008-04-29 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for processing thin films
WO2005034193A2 (en) 2003-09-19 2005-04-14 The Trustees Of Columbia University In The City Ofnew York Single scan irradiation for crystallization of thin films
US7645337B2 (en) * 2004-11-18 2010-01-12 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for creating crystallographic-orientation controlled poly-silicon films
US8221544B2 (en) * 2005-04-06 2012-07-17 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Line scan sequential lateral solidification of thin films
US20090218577A1 (en) * 2005-08-16 2009-09-03 Im James S High throughput crystallization of thin films
JP5519150B2 (ja) * 2005-08-16 2014-06-11 ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク 高周波レーザを用いた薄膜の均一な逐次的横方向結晶化のためのシステム及び方法
JP2009518864A (ja) * 2005-12-05 2009-05-07 ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク 膜を加工するためのシステム及び方法並びに薄膜
WO2009039482A1 (en) 2007-09-21 2009-03-26 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Collections of laterally crystallized semiconductor islands for use in thin film transistors
WO2009042784A1 (en) 2007-09-25 2009-04-02 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods of producing high uniformity in thin film transistor devices fabricated on laterally crystallized thin films
WO2009067688A1 (en) 2007-11-21 2009-05-28 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for preparing epitaxially textured polycrystalline films
CN101919058B (zh) * 2007-11-21 2014-01-01 纽约市哥伦比亚大学理事会 用于制备外延纹理厚膜的系统和方法
US8012861B2 (en) * 2007-11-21 2011-09-06 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for preparing epitaxially textured polycrystalline films
JP5369640B2 (ja) * 2008-02-19 2013-12-18 旭硝子株式会社 Ｅｕｖｌ用光学部材、およびその平滑化方法
JP2011515834A (ja) * 2008-02-29 2011-05-19 ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク 均一な結晶シリコン薄膜を製造するリソグラフィ方法
WO2009111340A2 (en) * 2008-02-29 2009-09-11 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Flash lamp annealing crystallization for large area thin films
EP2248155A4 (en) * 2008-02-29 2011-10-05 Univ Columbia FLASH LIGHT-RECOGNIZED FOR THIN FILMS
CN102232239A (zh) 2008-11-14 2011-11-02 纽约市哥伦比亚大学理事会 用于薄膜结晶的系统和方法
MX2012005204A (es) * 2009-11-03 2012-09-21 Univ Columbia Sistemas y metodos para el procesamiento de peliculas por fusion parcial mediante pulsos no periodicos.
US9087696B2 (en) 2009-11-03 2015-07-21 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for non-periodic pulse partial melt film processing
US8440581B2 (en) * 2009-11-24 2013-05-14 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for non-periodic pulse sequential lateral solidification
US9646831B2 (en) 2009-11-03 2017-05-09 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Advanced excimer laser annealing for thin films
TWI495091B (zh) * 2012-02-16 2015-08-01 Au Optronics Corp 陣列基板及多晶矽層的製作方法
KR20170041962A (ko) 2015-10-07 2017-04-18 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법 및 박막 트랜지스터 표시판
KR20210070417A (ko) 2019-12-04 2021-06-15 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3535241B2 (ja) * 1994-11-18 2004-06-07 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体デバイス及びその作製方法
JPH09181013A (ja) * 1995-12-22 1997-07-11 Seiko Instr Inc レーザを用いた表面処理方法
JP3642546B2 (ja) * 1997-08-12 2005-04-27 株式会社東芝 多結晶半導体薄膜の製造方法
KR100327087B1 (ko) * 1999-06-28 2002-03-13 구본준, 론 위라하디락사 레이저 어닐링 방법
JP2002151410A (ja) * 2000-08-22 2002-05-24 Sony Corp 結晶質半導体材料の製造方法および半導体装置の製造方法
US6746942B2 (en) 2000-09-05 2004-06-08 Sony Corporation Semiconductor thin film and method of fabricating semiconductor thin film, apparatus for fabricating single crystal semiconductor thin film, and method of fabricating single crystal thin film, single crystal thin film substrate, and semiconductor device
US6686978B2 (en) * 2001-02-28 2004-02-03 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method of forming an LCD with predominantly <100> polycrystalline silicon regions
JP2003151904A (ja) * 2001-11-14 2003-05-23 Fujitsu Ltd 半導体薄膜の結晶化方法、半導体薄膜、及び、薄膜半導体装置
US7105048B2 (en) 2001-11-30 2006-09-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus
JP2003178978A (ja) * 2001-12-12 2003-06-27 Sharp Corp 結晶性半導体薄膜と結晶性半導体薄膜の形成方法、結晶性半導体薄膜の形成装置および結晶性半導体薄膜の形成用マスク、並びに半導体装置
JP2003257860A (ja) * 2001-12-28 2003-09-12 Sharp Corp 半導体素子およびその製造方法
KR100478757B1 (ko) 2002-04-17 2005-03-24 엘지.필립스 엘시디 주식회사 실리콘 결정화방법
JP2003332350A (ja) * 2002-05-17 2003-11-21 Hitachi Ltd 薄膜半導体装置
JP2004087535A (ja) 2002-08-22 2004-03-18 Sony Corp 結晶質半導体材料の製造方法および半導体装置の製造方法
US20040087116A1 (en) * 2002-10-30 2004-05-06 Junichiro Nakayama Semiconductor devices and methods of manufacture thereof
JP2004151903A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Kureha Elastomer Co Ltd マウスパッド
KR100496251B1 (ko) * 2002-11-25 2005-06-17 엘지.필립스 엘시디 주식회사 순차측면고상 결정화 기술을 이용한 비정질 실리콘층의결정화 방법
JP2004193263A (ja) 2002-12-10 2004-07-08 Canon Inc 結晶性薄膜の製造方法
JP2005005410A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Canon Inc 結晶性薄膜及びその製造方法、該結晶性薄膜を用いた素子、該素子を用いて構成した回路、並びに該素子もしくは該回路を含む装置
KR100618184B1 (ko) * 2003-03-31 2006-08-31 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 결정화 방법
JP2005167007A (ja) * 2003-12-03 2005-06-23 Sharp Corp 半導体薄膜の製造方法および薄膜半導体素子
KR101041066B1 (ko) * 2004-02-13 2011-06-13 삼성전자주식회사 실리콘 결정화 방법, 이를 이용한 실리콘 결정화 장치,이를 이용한 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터의 제조방법 및 이를 이용한 표시장치
KR101016510B1 (ko) * 2004-06-30 2011-02-24 엘지디스플레이 주식회사 레이저 결정화방법 및 결정화 장치
US7645337B2 (en) * 2004-11-18 2010-01-12 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for creating crystallographic-orientation controlled poly-silicon films

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101631641B (zh) * 2007-02-12 2014-01-22 Tcz私营有限公司 一种用于处理基底的设备
CN102047384A (zh) * 2008-06-02 2011-05-04 康宁股份有限公司 处理半导体材料方法和经处理的半导体材料
CN102651311A (zh) * 2011-12-20 2012-08-29 京东方科技集团股份有限公司 一种低温多晶硅薄膜的制备方法及低温多晶硅薄膜
CN102651311B (zh) * 2011-12-20 2014-12-17 京东方科技集团股份有限公司 一种低温多晶硅薄膜的制备方法及低温多晶硅薄膜
CN103854975A (zh) * 2012-12-06 2014-06-11 三星显示有限公司 多晶硅层的制造方法和有机发光显示设备及其制造方法
CN103854975B (zh) * 2012-12-06 2018-09-28 三星显示有限公司 多晶硅层的制造方法和有机发光显示设备及其制造方法

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