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Dokumentenidentifikation DE102004031441A1 04.05.2005
Titel Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus kristallinem Silicium, Verfahren zum Herstellen einer aktiven Schicht aus einer solchen Schicht, Verfahren zum Herstellen eines Schaltelements aus einer solchen aktiven Schicht sowie Schaltelement mit einer Schicht aus kristallinem Silicium
Anmelder LG.Philips LCD Co., Ltd., Seoul/Soul, KR
Erfinder Kim, Young-Joo, Daegu, KR
Vertreter TER MEER STEINMEISTER & Partner GbR Patentanwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 29.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004031441
Offenlegungstag 04.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2005
IPC-Hauptklasse H01L 21/84
IPC-Nebenklasse H01L 21/268   C30B 29/06   C30B 28/10   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschicht aus kristallinem Silicium angegeben, das folgende Schritte beinhaltet: Herstellen der genannten Halbleiterschicht, ausgehend von amorphem Silicium, auf einem Substrat, das einen ersten Bereich (IIIa) und einen zweiten Bereich (IIIb) am Umfang desselben aufweist; Herstellen mindestens einer Ausrichtungsmarkierung (116) mit konkaver Form durch Strahlen eines Laserstrahls auf die Halbleiterschicht im zweiten Bereich und Kristallisieren der Halbleiterschicht im ersten Bereich unter Verwendung der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Kristallisieren von amorphem Silicium, insbesondere unter Verwendung einer Ausrichtungsmarkierung. Spezieller betrifft sie ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus kristallinem Silicium, ein Verfahren zum Herstellen einer aktiven Schicht aus einer solchen Schicht, ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltelements aus einer solchen aktiven Schicht sowie ein Schaltelement mit einer Schicht aus kristallinem Silicium.

Flachtafeldisplays (FPD = Flat Panel Display) sind gut tragbar, und sie zeigen geringen Energieverbrauch, weswegen an ihnen viel geforscht wird. Unter den verschiedenen Typen von FPDs werden LCDs (Liquid Crystal Display) in weitem Umfang als Monitore für Notebookcomputer und Desktopcomputer verwendet, da sie hohe Auflösung zeigen, Farben darstellen können und hervorragend bei der Anzeige bewegter Bilder sind.

Im Allgemeinen verfügt ein LCD über zwei Substrate, die so angeordnet sind, dass jeweilige Elektroden auf den beiden Substraten einander zugewandt sind. Zwischen die jeweiligen Elektroden ist eine Flüssigkristallschicht eingefügt. Wenn eine Spannung zwischen die zwei Elektroden gelegt wird, wird ein elektrisches Feld erzeugt, das die Lichttransmission der Flüssigkristallschicht durch Umorientieren der Flüssigkristallmoleküle moduliert, wodurch das LCD Bilder anzeigt.

Allgemein werden Displays mit aktiver Matrix verwendet, da sie hinsichtlich der Anzeige bewegter Bilder hervorragende Eigenschaften zeigen. Aktivmatrixdisplays verfügen über Pixelbereiche, die matrixförmig angeordnet sind, wobei in jedem Pixelbereich ein Dünnschichttransistor (TFT = Thin Film Transistor) ausgebildet ist. LCDs unter Verwendung von TFTs aus polykristallinem Silicium (p-Si) wurden in jüngerer Zeit umfassend erforscht und entwickelt. Bei einem LCD unter Verwendung von polykristallinem Silicium können sowohl ein Anzeigebereichs-TFT als auch eine Treiberschaltung auf einem Substrat hergestellt werden. Darüber hinaus ist kein zusätzlicher Prozess zum Verbinden des TFT des Anzeigebereichs und der Treiberschaltung erforderlich, so dass der Gesamtherstellprozess für das LCD vereinfacht ist. Da die Feldeffekt-Beweglichkeit in polykristallinem Silicium mehrere hundertmal größer als die in amorphem Silicium ist, zeigt ein LCD unter Verwendung von polykristallinem Silicium eine kurze Ansprechzeit und hohe Stabilität gegen Wärme und Licht.

Amorphes Silicium kann zu polykristallinem Silicium kristallisiert werden. Als Kristallisationsverfahren findet ein Lasertemperverfahren weite Anwendung, bei dem ein Laserstrahl auf einen Film aus amorphem Silicium gestrahlt wird. Da jedoch die Oberflächentemperatur des bestrahlten Films aus amorphem Silicium ungefähr 1400°C erreicht, besteht eine Tendenz dahin, dass die Oberfläche des Siliciumfilms oxidiert. Insbesondere kann, da der Laserstrahl während des Lasertemperverfahrens mehrmals eingestrahlt wird, an der Oberfläche des Siliciumfilms Siliciumoxid (SiO2) erzeugt werden, wenn die Einstrahlung des Laserstrahls unter Umgebungsluft erfolgt. Demgemäß sollte der Laserstrahl bei einem Vakuum von ungefähr 10-7 bis 10-6 Torr (1 Torr = 1,33 hPa) eingestrahlt werden. Um die Probleme beim Lasertemperverfahren zu lösen, wurde ein Verfahren mit sequenzieller lateraler Erstarrung (SLS = Sequential Lateral Solidification) unter Verwendung eines Laserstrahls vorgeschlagen und erforscht.

Das LSL-Verfahren nutzt den Effekt, dass Körner eines Siliciumsfilms entlang einer Richtung orthogonal zu einer Grenzfläche zwischen einem Flüssigphasenbereich und einem Festphasenbereich des Siliciumfilms wachsen. Beim LSL-Verfahren wachsen Körner dadurch entlang einer lateralen Richtung, dass die Energiedichte und der Strahlungsbereich eines Laserstrahls eingestellt werden und dieser bewegt wird (Robert S. Sposilli, M. A. Crowder und James S. Im, Material Research Society Symp. Proc. Vol. 452, Seiten 956–957, 1997).

Die 1A zeigt eine schematische Draufsicht einer Maske, wie sie bei einem bekannten SLS-Verfahren verwendet wird, und die 1B zeigt eine schematische Draufsicht einer unter Verwendung der Maske der 1A kristallisierten Halbleiterschicht.

Die 1A zeigt eine Maske 10 für ein LSL-Verfahren mit einem Schlitzmuster 12 mit einer Breite von mehreren &mgr;m, wobei ein Laserstrahl mit einer Breite von einigen &mgr;m dazu verwendet wird, auf eine Halbleiterschicht zu strahlen. Obwohl es in der 1A nicht dargestellt ist, beträgt der Zwischenraum zwischen benachbarten Schlitzmustern 12 einige &mgr;m. Zum Beispiel kann das Schlitzmuster 12 eine Breite von ungefähr 2 &mgr;m bis ungefähr 3 &mgr;m aufweisen.

Die 1B veranschaulicht einen Zustand, bei dem ein Laserstrahl (nicht dargestellt) auf eine Halbleiterschicht 20 aus amorphem Silicium durch das Schlitzmuster 12 der Maske 10 in der 1A hindurch gestrahlt wird. Ein durch den Laserstrahl bestrahlter Bereich 22 der Halbleiterschicht 20 schmilzt vollständig, und Körner 24a und 24b wachsen, während das geschmolzene Silicium erstarrt. Die Körner 24a und 24b wachsen lateral ausgehend von den beiden Enden des bestrahlten Bereichs 22, und ihr Wachstum stoppt im zentralen Abschnitt des bestrahlten Bereichs 22, um eine Korngrenze 28b zu bilden, an der die Körner 24a und 24b aufeinander treffen. Obwohl es in den 1A und 1B nicht dargestellt ist, verfügt die Maske 10 über mehrere Schlitzmuster 12, und ein der Maske 10 entsprechender kristallisierter Abschnitt kann als Kristallisations-Einheitsgebiet bezeichnet werden. Die Halbleiterschicht 20 aus amorphem Silicium kann dadurch vollständig kristallisiert werden, dass die Einstrahlung des Laserstrahs auf verschiedene Bereiche der Halbleiterschicht 20, einschließlich des bestrahlten Bereichs 22, wiederholt wird.

Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Halbleiterschicht, die durch ein bekanntes SLS-Verfahren kristallisiert wurde. In der 2 verfügt eine Halbleiterschicht aus polykristallinem Silicium über mehrere Kristallisations-Einheitsgebiete 30. Ein erstes und ein zweites überlappendes Gebiet 40 und 50, wo ein Laserstrahl wiederholt eingestrahlt wird, bilden sich zwischen benachbarten Kristallisations-Einheitsgebieten 30 aus. Das erste Überlappungsgebiet 40 verläuft entlang einer vertikalen Richtung zwischen zwei benachbarten Kristallisations-Einheitsgebieten 30, und das zweite Überlappungsgebiet 50 bildet sich entlang einer horizontalen Richtung zwischen zwei benachbarten Kristallisations-Einheitsgebieten 30 aus. Da der Laserstrahl mehrmals auf das erste und das zweite Überlappungsgebiet 40 und 50 gestrahlt wird, zeigen diese ungleichmäßige Kristallisation. Diese ungleichmäßig kristallisierten Abschnitte bewirken eine Verringerung der Anzeigequalität eines LCD insbesondere dann, wenn derartige ungleichmäßige Abschnitte dazu verwendet werden, einen TFT eines Anzeigebereichs im LCD zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus kristallinem Silicium, ein Verfahren zum Herstellen einer aktiven Schicht aus einer solchen Schicht, ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltelements aus einer solchen aktiven Schicht sowie ein Schaltelement mit einer Schicht aus kristallinem Silicium zu schaffen, bei denen Ungleichmäßigkeiten in Abschnitten einer Halbleiterschicht verringert oder beseitigt sind und die Herstellzeit verkürzt ist.

Diese Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 30 zum Herstellen einer Schicht aus kristallinem Silicium, durch das Verfahren gemäß den beigefügten Ansprüchen 10 und 21 zum Herstellen einer aktiven Schicht aus einer derartigen Schicht, das Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 25 zum Herstellen eines Schaltelements aus einer derartigen aktiven Schicht sowie das Schaltelement gemäß dem beigefügten unabhängigen Anspruch 34, der über eine Schicht aus kristallinem Silicium verfügt, gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus kristallinem Silicium wird ein ausgewählter Abschnitt einer Halbleiterschicht unter Verwendung einer Ausrichtungsmarkierung und vorzugsweise einer Maske kristallisiert. Die Ausrichtungsmarkierung wird vorzugsweise sowohl bei einem Kristallisationsverfahren als auch bei einem Fotolithografieverfahren verwendet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.

1A zeigt eine schematische Draufsicht einer Maske, wie sie bei einem bekannten SLS-Verfahren verwendet wird;

1B zeigt eine schematische Draufsicht einer Halbleiterschicht, die unter Verwendung der Maske der 1A kristallisiert wurde;

2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Halbleiterschicht, die durch ein bekanntes SLS-Verfahren kristallisiert wurde;

3A bis 3C zeigen schematische Draufsichten zum Veranschaulichen eines Prozesses zum Herstellen einer Halbleiterschicht aus kristallinem Silicium gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

4A zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Ausrichtungsmarkierung, wobei ein Teil IVa der 3C dargestellt ist;

4B zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausrichtungsmarkierung entlang einer Linie IVb-IVb in der 4A;

5A bis 5D zeigen schematische Drauf sichten zum Veranschaulichen eines Prozesses zum Herstellen einer Halbleiterschicht aus kristallinem Silicium gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

6A zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Ausrichtungsmarkierung, wobei ein Teil IXa der 5D dargestellt ist;

6B zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausrichtungsmarkierung entlang einer Linie IXb-IXb in der 6A;

7 zeigt ein Beispiel eines ebenen Bilds einer durch den Prozess gemäß den 5A bis 5C hergestellten Ausrichtungsmarkierung;

8A zeigt eine schematische Draufsicht zum Veranschaulichen eines Prozesses zum Erkennen einer durch den Prozess der 5A bis 5C hergestellten Ausrichtungsmarkierung;

8B zeigt ein Kurvenbild zu Ergebnissen bei der Erkennung einer Ausrichtungsmarkierung entlang einer Linie XII-XII in der 8A;

9A und 9B zeigen schematische Ansichten zum Veranschaulichen eines Prozesses zum Herstellen von kristallinem Silicium unter Verwendung einer Ausrichtungsmarkierung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

10A und 10B zeigen vergrößerte Draufsichten eines Abschnitts XIII in der 9B, wobei sie zwei verschiedene Beispiele eines ersten Maskenbereichs XIIe zeigen;

11 zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen kristallinen Siliciums gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

12 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Schaltelements mit einer Halbleiterschicht aus kristallinem Silicium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Nun wird detailliert auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer es möglich ist, sind in allen Zeichnungen dieselben Bezugszahlen dazu verwendet, dieselben oder ähnliche Teile zu kennzeichnen.

Anhand der 3A bis 3C wird nun ein Prozess zum Herstellen einer Halbleiterschicht aus kristallinem Silicium gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Die 3A zeigt eine Pufferschicht 112 und eine Halbleiterschicht 114 aus amorphem Silicium, die sequenziell auf einem Substrat 110 mit einem ersten Bereich IIIa und einem zweiten Bereich IIIb am Umfang desselben ausgebildet sind.

Die 3B zeigt eine Ausrichtungsmarkierung 116, die in jedem Eckabschnitt im zweiten Bereich IIIb des Substrats 110 durch Kristallisieren eines Teils der Halbleiterschicht 114 aus amorphem Silicium hergestellt wurde. Dabei ist die der Ausrichtungsmarkierung 116 des zweiten Bereichs IIIb entsprechende Halbleiterschicht 114 kristallisiert, jedoch ist die anderen Abschnitten des Bereichs IIIb entsprechende Halbleiterschicht 114 nicht kristallisiert. Zum Beispiel hat die Ausrichtungsmarkierung 116 aus kristallinem Silicium bei der ersten Ausführungsform ⌉-Form. Die Ausrichtungsmarkierung 116 kann bei anderen Ausführungsformen verschiedene Formen aufweisen, wie ⌊, S, E, ⎕, + und ♢. Für die Ausrichtungsmarkierung besteht keine Beschränkung auf diese Formen, sondern es kann jede geeignete Form verwendet werden.

In der 3C sind Abschnitte der Halbleiterschicht 114 aus amorphem Silicium im ersten Bereich IIIa selektiv unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierung 116 als Bezugsposition kristallisiert. Der erste Bereich IIIa verfügt über mehrere Pixelbereiche P. Ein Pixelbereich P kann ein Einheitsbereich zum Anzeigen von Bildern sein, und er kann über einen dritten Bereich IIIc verfügen, in dem während eines folgenden Prozesses eine aktive Schicht eines Schaltelements hergestellt wird. Die Pixelbereiche P können solche einer Anzeigevorrichtung wie eines LCD sein, und der dritte Bereich IIIc kann ein TFT sein. Die Halbleiterschicht 114 aus amorphem Silicium im dritten Bereich IIIc kann selektiv kristallisiert werden, und die Halbleiterschicht 114 aus amorphem Silicium in anderen Abschnitten des ersten Bereichs IIIa wird nicht kristallisiert. Zum Beispiel kann die Halbleiterschicht 114 aus amorphem Silicium im dritten Bereich IIIc durch ein SLS-Verfahren unter Verwendung eines Laserstrahls mit einer Energiedichte, die dem Bereich eines vollständigen Schmelzens des amorphen Siliciums entspricht, kristallisiert werden.

Die Halbleiterschicht 114 wird unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierung 116 als Bezugsposition selektiv kristallisiert, und die Position der Korngrenze im dritten Bereich IIIc kann leicht kontrolliert werden, damit die Kristallisation der Halbleiterschicht 114 in den anderen Abschnitten des ersten Bereichs IIIa, die einer Pixelelektrode entsprechen, verhindert werden kann. Demgemäß werden Defekte in der Pufferschicht 112 (3A) oder im Substrat 110 (3A) aufgrund der Kristallisation der Halbleiterschicht 114 verhindert, und es wird verhindert, dass sich aus diesen Defekten verzerrte oder gefleckte Anzeigebilder ergeben.

Gemäß der 4A verfügt eine Ausrichtungsmarkierung 116 im zweiten Bereich IIIb über mehrere Ausrichtungsmuster 116a aus kristallinem Silicium, die eine ⌉-Form bilden. Die Halbleiterschicht 114 zwischen benachbarten Ausrichtungsmustern 116a kristallisiert nicht. Demgemäß besteht die Halbleiterschicht 114 zwischen benachbarten Ausrichtungsmustern 116a aus amorphem Silicium, während die der Ausrichtungsmarkierung 116 entsprechende Halbleiterschicht 114 aus kristallinem Silicium besteht.

Die 4B zeigt eine auf einem Substrat 110 hergestellte Pufferschicht 112 und eine auf dieser hergestellte Halbleiterschicht 114 mit einer in der Pufferschicht 112 ausgebildeten Ausrichtungsmarkierung 116. Die Ausrichtungsmarkierung 116 verfügt über mehrere Ausrichtungsmuster 116a, die voneinander beabstandet sind. Die Halbleiterschicht 114 zwischen benachbarten Ausrichtungsmustern 116a besteht aus amorphem Silicium. Die Halbleiterschicht 114, die den mehreren Ausrichtungsmustern 116a entspricht, d. h. diese enthält, hat dieselbe Höhe wie die Halbleiterschicht 114 zwischen den benachbarten Ausrichtungsmustern 116a. Anders gesagt, verfügt die Halbleiterschicht 114 über eine ebene Oberfläche ohne Stufenabschnitte. Jedoch muss die Oberfläche nicht absolut flach sein, um die Erfindung auszuüben.

Im Allgemeinen wird bei einer Belichtungsvorrichtung für einen Fotolithografieprozess eine Maske unter Verwendung einer Ausrichtungsmarkierung als Bezugsposition zu einem Substrat ausgerichtet. Da jedoch, wie es in der 4B dargestellt ist, die Ausrichtungsmarkierung 116 der ersten Ausführungsform über keine Stufenabschnitte verfügt (d. h., da sie nicht über die Substratoberfläche vorsteht), kann die Ausrichtungsmarkierung 116 der ersten Ausführungsform bei einem Fotolithografieprozess nicht verwendet werden. Demgemäß ist für einen solchen Prozess eine zusätzliche oder gesonderte Ausrichtungsmarkierung erforderlich, wodurch die Prozesszeit und die Herstellkosten erhöht werden. Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sorgt für eine Ausrichtungsmarkierung, die sowohl beim Kristallisationsprozess als auch beim Fotolithografieprozess verwendet werden kann.

Ein Prozess zum Herstellen dieser zweiten Ausführungsform wird nun anhand der 5A bis 5D erläutert.

Die 5A zeigt eine Pufferschicht 312 und eine Halbleiterschicht 314 aus amorphem Silicium, die sequenziell auf einem Substrat 310 hergestellt wurden, wobei ein erster Bereich VIIIa und ein zweiter Bereich VIIIb am Umfang desselben vorliegen.

Die 5B zeigt, dass ein Abschnitt der Halbleiterschicht 314 im zweiten Bereich VIIIb dadurch entfernt wird, um eine Ausrichtungsmarkierung 316 zu bilden, dass ein Laserstrahl mit einer Energiedichte über derjenigen, die dem Bereich vollständigen Schmelzens des Siliciums entspricht, eingestrahlt wird. Diese Technik zum Entfernen von Silicium kann als Ablation bezeichnet werden.

Im Allgemeinen kann, wenn ein Laserstrahl auf eine Halbleiterschicht gestrahlt wird, das Energiedichteband des Laserstrahls abhängig vom Zustand der Halbleiterschicht direkt nach der Einstrahlung in vier Bereiche unterteilt werden: i) ein Bereich mit teilweisem Schmelzen, ii) ein Bereich mit nahezu vollständigem Schmelzen, iii) ein Bereich mit vollständigem Schmelzen und iv) ein Ablationsbereich. Wenn ein Laserstrahl mit einer ersten Energiedichte, die dem Bereich mit teilweisem Schmelzen entspricht, eingestrahlt wird, schmilzt ein oberer Teil der Halbleiterschicht, während ein unterer Teil derselben nicht schmilzt, wodurch im oberen Abschnitt eine kristalline Struktur mit kleiner Korngröße erhalten wird. Wenn ein Laserstrahl mit einer zweiten Energiedichte eingestrahlt wird, die dem Bereich mit nahezu vollständigem Schmelzen entspricht, schmilzt der größte Teil der Halbleiterschicht, wodurch eine kristalline Struktur mit großer Korngröße erhalten wird. An der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat existieren nicht aufgeschmolzene Abschnitte, die als Kristallisationskeim wirken. Obwohl die Korngröße groß ist, ist die Keimverteilung nicht gleichmäßig, und die Energiebandbreite, die dem Bereich mit nahezu vollständigem Schmelzen entspricht, ist zu eng. Wenn ein Laserstrahl mit einer dritten Energiedichte eingestrahlt wird, die dem Bereich mit vollständigem Schmelzen entspricht, schmilzt die gesamte Halbleiterschicht. In diesem Bereich tritt nahezu gleichmäßige Keimbildung (homogene Keimbildung) auf. Jedoch stehen die Keime im Wettbewerb miteinander, weswegen keine großen Körner erhalten werden, stattdessen also feine Körner, die jedoch gleichmäßig sind, erhalten werden. Wenn ein Laserstrahl mit einer vierten Energiedichte eingestrahlt wird, die dem Ablationsbereich entspricht, wird die Halbleiterschicht durch Verdampfen entfernt. Außerdem kann ein Laserstrahl mit einer der Ablation entsprechenden Energiedichte für Schneid- oder Abscheidevorgänge verwendet werden.

Die vierte Energiedichte, die dem Ablationsbereich entspricht, ist höher als die dritte Energiedichte, die dem Bereich mit vollständigem Schmelzen entspricht. Gemäß der 5B wird ein Laserstrahl mit einer dem Ablationsbereich entsprechenden Energiedichte auf einen Abschnitt der Halbleiterschicht 314 im zweiten Bereich VIIIb gestrahlt, und dann wird der bestrahlte Abschnitt der Halbleiterschicht 314 durch Verdampfen entfernt, um eine Ausrichtungsmarkierung 316 auszubilden.

Da die Halbleiterschicht 314 im bestrahlten Abschnitt entfernt wird, verfügt die Ausrichtungsmarkierung 316 über konkave Form, und die Pufferschicht 312 ist durch sie frei gelegt. Die Energiedichte zur Ablation kann höher als diejenige sein, die dem Bereich vollständigen Schmelzens der Halbleiterschicht 314 aus amorphem Silicium entspricht, jedoch niedriger als die Energiedichte, die einem kritischen Abstand von ungefähr 1 &mgr;m entspricht. Wenn ein Laserstrahl mit einer ersten Größe auf eine Halbleiterschicht gestrahlt wird, weist ein aufgeschmolzener Abschnitt derselben eine zweite Größe auf, die größer als die erste ist. Demgemäß kann die Grenze der zweiten Größe abgerundet und von der ersten Größe beabstandet sein, wobei der Abstand von der Grenze der ersten Größe zur Grenze der zweiten Größe als kritischer Abstand bezeichnet wird. Wenn die Energiedichte des Laserstrahls zunimmt, nimmt auch der kritische Abstand zu. Demgemäß kann der kritische Abstand größer als ungefähr 1 &mgr;m sein, wenn ein Laserstrahl mit relativ hoher Energiedichte, entsprechend einem Ablationsbereich, eingestrahlt wird.

Zum Beispiel kann zum Erzeugen einer Ausrichtungsmarkierung ein Laserstrahl mit einer Energiedichte von ungefähr 549 mJ/Puls verwendet werden. Eine Ausrichtungsmarkierung 316 kann in jedem Eckabschnitt im zweiten Bereich VIIIb des Substrats 310 hergestellt werden. Außerdem kann die Ausrichtungsmarkierung 316 ⌉-Form aufweisen. Die Ausrichtungsmarkierung 316 kann bei anderen Ausführungsformen verschiedene Formen zeigen, wie ⌊, S, E, ⎕, + und ♢. Für die Ausrichtungsmarkierung 316 besteht keine Einschränkung auf diese Formen, sondern es kann jede geeignete Form verwendet werden.

Gemäß der 5C werden Abschnitte der Halbleiterschicht 314 im ersten Bereich VIIIa unter Verwendung der konkav geformten Ausrichtungsmarkierung 316 als Bezugsposition selektiv kristallisiert. Der erste Bereich VIIIa enthält mehrere Pixelbereiche, von denen jeder ein Einheitsbereich zum Anzeigen von Bildern ist. Der Pixelbereich kann einen dritten Bereich VIIIc enthalten, in dem während einer folgenden Bearbeitung eine aktive Schicht eines Schaltelements ausgebildet wird. Der Pixelbereich kann ein solcher einer Anzeigevorrichtung wie eines LCD sein, und in ihm kann als dritter Bereich VIIIc ein TFT ausgebildet sein. Die Halbleiterschicht 314 aus amorphem Silicium im dritten Bereich VIIIc kann selektiv kristallisiert werden, und diejenige in den anderen Abschnitten des ersten Bereichs VIIIa kann nicht kristallisiert werden. Zum Beispiel kann die Halbleiterschicht 314 aus amorphem Silicium im dritten Bereich VIIIc durch ein SLS-Verfahren unter Verwendung eines Laserstrahls mit einer Energiedichte, die dem Bereich vollständigen Schmelzens des amorphen Siliciums entspricht, kristallisiert werden.

Gemäß der 5D wird die Halbleiterschicht 314 aus polykristallinem Silicium im dritten Bereich VIIIc durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierung 316 als Bezugsposition strukturiert, um eine aktive Schicht 318 für ein Schaltelement auszubilden. Obwohl es in der 5D nicht dargestellt ist, kann der Fotolithografieprozess über die folgenden Schritte verfügen: Herstellen einer Fotoresist(PR)schicht auf der Halbleiterschicht 314, Ausrichten einer Fotomaske mit der Halbleiterschicht 314 unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierung 316, Belichten der PR-Schicht durch die Fotomaske, Entwickeln der PR-Schicht zum Erzeugen eines PR-Musters, und Ätzen der Halbleiterschicht 314 unter Verwendung des PR-Musters als Ätzmaske, um die aktive Schicht 318 auszubilden. Eine Fotolithografie-Belichtungsvorrichtung richtet im Allgemeinen dadurch eine Fotomaske zu einem Substrat aus, dass sie Stufenabschnitte einer Ausrichtungsmarkierung erfasst. Da die konkav geformte Ausrichtungsmarkierung 316 Stufenabschnitte aufweist, kann sie während des Fotolithografieprozesses für die aktive Schicht 318 als Bezugsposition verwendet werden.

Bei der ersten Ausführungsform projiziert eine Kristallisationsvorrichtung einen Laserstrahl mit einer dem Ablationsbereich entsprechenden Energiedichte auf Abschnitte einer Halbleiterschicht aus amorphem Silicium, bevor die Halbleiterschicht in anderen Abschnitten kristallisiert wird. Demgemäß wird ohne jeglichen zusätzlichen Ätzschritt eine konkave Ausrichtungsmarkierung mit Stufenabschnitten erhalten, die bei einem folgenden Lithografieprozess zum Herstellen einer aktiven Schicht verwendet werden kann. Da die Ausrichtungsmarkierung sowohl beim Kristallisationsprozess als auch beim Fotolithografieprozess Anwendung findet, sind die Herstellkosten gesenkt, und der Herstellprozess ist vereinfacht, wodurch die Herstellausbeute verbessert ist.

Gemäß der 6A verfügt eine Halbleiterschicht 314 in einem zweiten Bereich VIIIb über mehrere Löcher 315 mit ⌉-Form. Durch diese Löcher 315 ist eine Pufferschicht 312 (5C) unter der Halbleiterschicht 314 frei gelegt. Jedes Loch 315 kann als Ausrichtungsmuster 316a verwendet werden, wobei die Ausrichtungsmuster 316a eine Ausrichtungsmarkierung 316 bilden. Obwohl die Ausrichtungsmarkierung 316 bei der zweiten Ausführungsform ⌉-förmig ist, kann sie bei anderen Ausführungsformen verschiedene Formen aufweisen, wie ⌊, S, E, ⎕, + und ♢. Es kann jede beliebige geeignete Form verwendet werden.

Die 6B zeigt eine auf einem Substrat 310 hergestellte Pufferschicht 312 und eine auf dieser hergestellte Halbleiterschicht 314 aus amorphem Silicium. Die Halbleiterschicht 314 verfügt über mehrere Löcher 315, von denen jedes als konkaves Ausrichtungsmuster 316a verwendet wird. Die Ausrichtungsmuster 316a bilden eine Ausrichtungsmarkierung 316. Die Anzahl und die Form der Ausrichtungsmarkierungen 316 können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung auf verschiedene Weisen variiert werden.

Die 7 veranschaulicht eine Halbleiterschicht aus amorphem Silicium mit einem konkaven Ausrichtungsmuster. Da das Ausrichtungsmuster konkav ist, verfügt es über Stufenabschnitte gegenüber einer Pufferschicht oder einem Substrat, und diese Stufenabschnitte zeigen sich an der Grenze des Ausrichtungsmusters als weiße Abschnitte. Da eine Belichtungsvorrichtung zur Fotolithografiebearbeitung diese weißen Abschnitte erkennt, kann das Ausrichtungsmuster auch bei einem Fotolithografieprozess verwendet werden.

Die 8A zeigt eine Ausrichtungsmarkierung 330 mit mehreren in einer Halbleiterschicht ausgebildeten Ausrichtungsmustern 330a. Diese Ausrichtungsmuster 330a sind konkav und voneinander beabstandet. Um die Ausrichtungsmarkierung 330 in einer Belichtungsvorrichtung zu erkennen, scannt eine Lichtquelle die Halbleiterschicht entlang einem Scanpfad 332 ab, und ein Empfänger erfasst reflektiertes Licht. Zum Beispiel weist der Zwischenraum zwischen benachbarten Ausrichtungsmustern 330a eine erste Breite d1 von ungefähr 60 &mgr;m auf, und jedes Ausrichtungsmuster 330a weist eine Breite von ungefähr 40 &mgr;m (Verhältnis 3:2) auf, wobei das Ergebnis hinsichtlich der Erkennung eines Ausrichtungsmusters 330a in der 8B dargestellt ist. Wie es in der 8B erkennbar ist, zeigt das Kurvenbild, wenn das Ausrichtungsmuster 330a in seinem Grenzabschnitt eine Stufe aufweist, einen Spitzenwert an einer Position, die einem Stufenabschnitt des Ausrichtungsmusters 330a entspricht. Die X-Achse kennzeichnet eine eindimensionale Position der Halbleiterschicht, die Y-Achse kennzeichnet die Intensität des vom Empfänger empfangenen Lichts. Im Kurvenbild entsprechen flache Abschnitte zwischen Spitzenwerten der flachen Oberfläche der Halbleiterschicht oder einer Pufferschicht (oder eines Substrats), die durch das Ausrichtungsmuster 330a frei gelegt ist. Für die Breite d1 besteht keine Einschränkung auf 60 &mgr;m, und die Erfindung kann in einem weiten Bereich ausgeübt werden, wobei d1 z. B. im Bereich von 20 bis 100 &mgr;m liegt. Für die Breite des Ausrichtungsmusters und das genannte Verhältnis bestehen ebenfalls keine Einschränkungen.

Anhand der 9A und 9B wird nun ein Verfahren zum Herstellen von kristallinem Silicium unter Verwendung einer Ausrichtungsmarkierung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Gemäß der 9A wird ein Substrat 414 mit einer darauf vorhandenen Halbleiterschicht 412 aus amorphem Silicium auf einem Verstelltisch 410 angebracht. Das Substrat 414 verfügt über einen ersten Bereich XIIa und einen zweiten Bereich XIIb am Umfang desselben. Obwohl keine Pufferschicht dargestellt ist, kann eine solche zwischen dem Substrat 414 und der Halbleiterschicht 412 vorhanden sein, wie es in der 6B dargestellt ist. Eine Projektionslinse 430 fokussiert einen Laserstrahl mit spezieller Vergrößerung auf die Halbleiterschicht 412, und über der Projektionslinse 430 ist ein Maskentisch 432 angeordnet. Auf dem Maskentisch 432 ist eine Maske 434 zum Herstellen einer Ausrichtungsmarkierung angeordnet, und über dieser Maske 434 ist ein Spiegel 436 zum Ändern der Richtung des Laserstrahls angeordnet.

Der auf die Halbleiterschicht 412 aus amorphem Silicium gestrahlte Laserstrahl kann eine einem Ablationsbereich entsprechende Energiedichte aufweisen, die höher als diejenige ist, die einem Bereich vollständigen Schmelzens entspricht. Demgemäß wird die frei liegende Halbleiterschicht 412 durch Ablation entfernt, wodurch eine konkave Ausrichtungsmarkierung mit Stufenabschnitten gegenüber dem Substrat 414 ausgebildet wird. Außerdem kann die Energiedichte des Laserstrahls niedriger als diejenige sein, die einem kritischen Abstand von ungefähr 1 &mgr;m entspricht.

Die Maske 434 kann über ein Maskenmuster 433 verfügen, und sie kann so angeordnet werden, dass sie einer ersten Ecke des Substrats 414 entspricht. Das Maskenmuster 433 kann bei anderen Ausführungsformen der Erfindung verschiedene andere Formen aufweisen. D. h., dass die Rechtecke durch Quadrate, Kreise, Ovale, Polygone oder andere geeignete Formen ersetzt werden können. Eine erste konkave Ausrichtungsmarkierung 416, die sich an der ersten Ecke des Substrats 414 im zweiten Bereich XIIb befindet, wird durch Einstrahlen des Laserstrahls durch die Maske 434 erhalten. Die anderen drei Ausrichtungsmarkierungen in den anderen drei Eckabschnitten des Substrats 414 werden dadurch erhalten, dass eine Verstellung des Verstelltischs 410 und ein Einstrahlen des Laserstrahls wiederholt werden. Im Ergebnis werden vier konkave Ausrichtungsmarkierungen 416 dadurch erhalten, dass Abschnitte der Halbleiterschicht 412 aus amorphem Silicium unter Verwendung der Vorrichtung der 9A durch Ablation entfernt werden.

Da eine Laservorrichtung zum Kristallisieren einer Halbleiterschicht im ersten Bereich XIIa in einem folgenden Prozess auch zunächst zum Ausbilden der Ausrichtungsmarkierung 416 verwendet wird, sind die Herstellkosten gesenkt und der Prozesswirkungsgrad verbessert. Es werden auch die Kapitalkosten für einen zusätzlichen Anlageteil vermieden. Obwohl es in der 9A nicht dargestellt ist, können die Größe und die Form der Ausrichtungsmarkierung 416 und des Maskenmusters 433 nach Wunsch auf andere Größen und Formen geändert werden.

Die 9B zeigt, dass das Substrat 414 mit der Ausrichtungsmarkierung 416 auf dem Verstelltisch 410 angeordnet ist und der Maskentisch 432 über dem Substrat 414 angeordnet ist. Auf dem Maskentisch 432 ist eine Maske 440 für die Pixelbereiche angeordnet. Die Maske 440 kann über mehrere erste Maskenbereich XIIe verfügen, die voneinander beabstandet sind. Jeder erste Maskenbereich XIIe kann über einen zweiten Maskenbereich XIId mit Schlitzen (in der 9B nicht dargestellt) verfügen. Der über der Maske 440 angebrachte Spiegel 436 ändert den Pfad des Laserstrahls.

Die Maske 440 wird unter Verwendung der konkaven Ausrichtungsmarkierung 416 zu den Pixelbereichen P der Halbleiterschicht 412 ausgerichtet, und der Laserstrahl wird auf die Halbleiterschicht 412 in den Pixelbereichen P gestrahlt, um die Halbleiterschicht 412 in den Pixelbereichen P selektiv zu kristallisieren. D. h., dass die Position der Korngrenzen in der polykristallinen Halbleiterschicht 412 kontrolliert werden kann und unter Verwendung der konkaven Ausrichtungsmarkierung 416 als Bezugsposition bestimmt werden kann. Jeder erste Maskenbereich XIIe entspricht einem Pixelbereich P in der Halbleiterschicht 412, und jeder zweite Maskenbereich XIId entspricht einem dritten Bereich XIIc für eine aktive Schicht eines Schaltelements. Zum Beispiel kann die Halbleiterschicht 412 im dritten Bereich XIIc durch ein SLS-Verfahren kristallisiert werden.

Da die Halbleiterschicht 412 unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierung 416 selektiv kristallisiert wird, ergibt sich eine Gleichmäßigkeit der Kristallisation unter genauer Kontrolle der Position der Korngrenzen. Darüber hinaus kann, da die konkave Ausrichtungsmarkierung 416 über Stufen gegenüber dem Substrat 414 (oder der Pufferschicht, falls eine solche vorhanden ist) verfügt, dieselbe bei einem folgenden Fotolithografieprozess erkannt und verwendet werden. Auch kann die konkave Ausrichtungsmarkierung 416 dadurch erhalten werden, dass ein Laserstrahl eingestrahlt wird, ohne dass ein zusätzlicher Ätzschritt erforderlich wäre. Demgemäß ist keine zusätzliche oder gesonderte Ausrichtungsmarkierung für den Fotolithografieprozess erforderlich, so dass der gesamte Herstellprozess zum Herstellen von Schaltelementen (wie TFTs) in einer Anzeigevorrichtung (wie einem LCD) vereinfacht ist.

Gemäß der 10A verfügt jeder erste Maskenbereich XIIe zum Ausbilden der Pixelbereiche über einen zweiten Maskenbereich XIId mit einem Block von Schlitzen 442. Die Schlitze 442 sind voneinander beabstandet und entlang einer Richtung angeordnet. Wenn eine derartige Maske zum Herstellen der Pixelbereiche mit einem Block von Schlitzen 442 zur Kristallisation einer Halbleiterschicht in den Pixelbereichen verwendet wird, kann ein Laserstrahl entlang mehreren Richtungen, z. B. zwei orthogonalen Richtungen, auf die Halbleiterschicht gestrahlt werden. Dieses Lasertemperverfahren kann als Mehrfachscanverfahren bezeichnet werden. Andere Abschnitte des zweiten Maskenbereichs XIId im ersten Maskenbereich XIIe blenden den Laserstrahl aus.

Bei einem anderen Beispiel, wie es in der 10B dargestellt ist, verfügt jeder erste Maskenbereich XIIe zum Herstellen der Pixelbereiche über einen zweiten Maskenbereich XIId mit einem ersten Block 450 erster Schlitze 454 und einem zweiten Block 452 zweiter Schlitze 456. Die ersten Schlitze 454 sind voneinander beabstandet, und auch die zweiten Schlitze 456 sind voneinander beabstandet. Die ersten Schlitze 454 sind abwechselnd mit den zweiten Schlitzen 456 angeordnet. Wenn eine derartige Maske zum Herstellen von Pixelbereichen mit dem ersten und dem zweiten Block 450 und 452 erster und zweiter Schlitze 454 und 456 zur Kristallisation einer Halbleiterschicht in den Pixelbereichen verwendet wird, kann ein Laserstrahl entlang einer Richtung auf die Halbleiterschicht gestrahlt werden, weswegen dieses Lasertemperverfahren als Einfachscanverfahren bezeichnet wird.

Beim Einfachscanverfahren kann der Durchsatz beim Kristallisationsprozess verbessert werden, da die Effekte eines Scanvorgangs in zwei Richtungen nun durch einen Scanvorgang in einer Richtung erzielt werden können. Andere Abschnitte des zweiten Maskenbereichs XIId im ersten Maskenbereich XIIe blenden den Laserstrahl aus.

Anhand des Flussdiagramms der 11 wird nun ein Verfahren zum Herstellen von kristallinem Silicium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die Schritte dieses Verfahrens können in der Vorrichtung gemäß den 9A und 9B unter Verwendung der in den 10A und 10B dargestellten Masken realisiert werden.

Gemäß der 11 werden in einem Schritt ST1 Masken zur Kristallisation bereitgestellt. Zu diesen Masken gehören eine Maske zum Herstellen einer Ausrichtungsmarkierung sowie eine Maske zum Kristallisieren einer Halbleiterschicht aus amorphem Silicium, wie oben erörtert. Außerdem kann zu den Kristallisationsmasken eine solche zum Herstellen eines Treiberbereichs gehören. Zum Beispiel kann eine Maske mit Mustern zum Erzeugen hoher Kristallinität bei niedrigem Durchsatz als Maske zum Herstellen eines Treiberbereichs einer Anzeigevorrichtung verwendet werden. Darüber hinaus kann die Maske zum Erzeugen einer Ausrichtungsmarkierung ein Muster mit mehreren Transmissionsabschnitten in Form rechteckig geformter Gebiete aufweisen. Die mehreren Transmissionsabschnitte bilden zusammen eine ⌉-förmige Konfiguration, wobei die Erfindung jedoch nicht auf eine derartige Konfiguration beschränkt ist. Die Maske zum Erzeugen von Pixelbereichen kann über einen oder mehrere Transmissionsabschnitte verfügen, die einem Schaltelementbereich einer Halbleiterschicht entsprechen.

In einem Schritt ST2 wird eine konkave Ausrichtungsmarkierung in Ecken eines Substrats durch Einstrahlen eines Laserstrahls auf eine Halbleiterschicht aus amorphem Silicium auf dem Substrat hergestellt, wie oben erörtert. Da der Laserstrahl eine Energiedichte aufweist, die dem Ablationsbereich entspricht, wird durch Entfernen der frei liegenden Halbleiterschicht durch Ablation eine Ausrichtungsmarkierung mit konkavem Abschnitt ausgebildet. Das Substrat (oder eine Pufferschicht, falls eine solche vorhanden ist) kann durch die Ausrichtungsmarkierung frei gelegt werden, so dass sie eine Stufe gegenüber dem Substrat (oder der Pufferschicht) an der Grenze zwischen ihr und dem Substrat aufweist.

In einem Schritt ST3 wird die Maske für Pixelbereiche unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierung zur Halbleiterschicht so ausgerichtet, dass die Transmissionsabschnitte dieser Maske einem Bereich für ein Schaltelement entsprechen, und durch diese Maske wird im für ein Schaltelement vorgesehenen Bereich ein Laserstrahl auf die Halbleiterschicht gestrahlt. Die kristallisierte Halbleiterschicht kann dann als aktive Schicht eines Schaltelements verwendet werden. Da der Schaltelementbereich selektiv kristallisiert wird, ist die Kristallinität der Halbleiterschicht dort signifikant verbessert. Darüber hinaus wird, da die Halbleiterschicht unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierung als Bezugsposition kristallisiert wird, die Position der Korngrenze leicht kontrollierbar, wodurch eine Kristallisation der Halbleiterschicht in einem offenen Bereich verhindert wird, der einer Pixelelektrode entspricht. Demgemäß werden Defekte in der Pufferschicht oder im Substrat aufgrund der Kristallisation der Halbleiterschicht verhindert, so dass eine Fleckbildung in angezeigten Bildern, die sich aus solchen Defekten ergeben würde, verhindert ist.

Die Halbleiterschicht im Bereich für ein Schaltelement kann durch ein SLS-Verfahren kristallisiert werden, bei dem der Laserstrahl eine Energiedichte aufweist, die dem Bereich vollständigen Schmelzens von Silicium entspricht. Außerdem kann eine Maske zum Herstellen eines Treiberbereichs um die Pixelbereiche herum unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierung ausgerichtet werden. Die Halbleiterschicht im Treiberbereich kann durch Einstrahlen eines Laserstrahls durch diese Maske hindurch kristallisiert werden. Da die Halbleiterschicht im Treiberbereich unter Verwendung der Ausrichtungsmarkierung als Bezugsposition kristallisiert wird, ist die Position der Korngrenze leicht kontrollierbar. Im Ergebnis werden große Verbesserungen der Eigenschaften von Schaltelementen in einer Treiberschaltung sowie der Treiberschaltung selbst beobachtet.

In einem Schritt ST4 wird dann die Halbleiterschicht mit dem kristallinen Silicium durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung der schon genannten Ausrichtungsmarkierung so strukturiert, dass eine aktive Schicht (Halbleiterschicht) für ein Schaltelement gebildet wird. Zum Fotolithoprozess gehört Folgendes: Herstellen einer Fotoresist(PR)schicht auf der Halbleiterschicht, Herstellen eines PR-Musters durch Belichten und Entwickeln der PR-Schicht, und Strukturieren der Halbleiterschicht auf dem Substrat unter Verwendung des PR-Musters als Ätzmaske. Im Belichtungsschritt wird eine Maske zum Strukturieren der Halbleiterschicht unter Verwendung der schon zuvor verwendeten Ausrichtungsmarkierung ausgerichtet. Demgemäß ist keine zusätzliche oder gesonderte Ausrichtungsmarkierung zum Strukturieren der Halbleiterschicht zum Ausbilden der aktiven Schicht eines Schaltelements erforderlich, so dass der Gesamtprozess zum Herstellen von Schaltelementen und eines LCD einfacher wird.

Um ein Schaltelement aus kristallinem Silicium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung herzustellen, wird gemäß der 12 eine Pufferschicht 612 auf einem Substrat 610 hergestellt, und auf dieser Pufferschicht 612 wird eine Halbleiterschicht (aktive Schicht) 614 aus polykristallinem Silicium hergestellt. Die Halbleiterschicht 614 aus polykristallinem Silicium kann unter Verwendung der oben erörterten Kristallisations- und Strukturierverfahren hergestellt werden, und sie enthält einen Kanalbereich VII sowie einen Source- und einen Drainbereich VIII und IX zu den beiden Seiten desselben. Auf der Halbleiterschicht 614 im Kanalbereich VII wird eine Gateisolierschicht 616 hergestellt, auf der dann eine Gateelektrode 618 hergestellt wird. Auf der Gateelektrode 618 und der Pufferschicht 612 wird eine Zwischenschicht-Isolierschicht 624 mit einem ersten und einem zweiten Kontaktloch 620 und 622 hergestellt, die die Halbleiterschicht 614 im Sourcebereich VIII bzw. im Drainbereich IX frei legen. Auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 624 werden eine Sourceelektrode 626 und eine Drainelektrode 628 hergestellt. Die Sourceelektrode 626 ist durch das erste Kontaktloch 620 elektrisch mit der Halbleiterschicht 614 im Sourcebereich VIII verbunden, und die Drainelektrode 628 ist durch das zweite Kontaktloch 622 elektrisch mit der Halbleiterschicht 614 im Drainbereich IX verbunden. Auf der Source- und der Drainelektrode 626 und 628 wird eine Passivierungsschicht 630 hergestellt. Die Halbleiterschicht 640 im Source- und Drainbereich VIII und IX wird mit Fremdstoffen vom n(Negativ)-Typ oder p(Positiv)-Typ dotiert.

Wie oben erörtert, kann die Halbleiterschicht 614 unter Verwendung eines Kristallisationsprozesses gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung hergestellt werden. Zum Beispiel kann mittels eines SLS-Verfahrens ein kristallines Silicium für die Halbleiterschicht 614 verwendet werden. Die Halbleiterschicht 614, die Gateelektrode 618, die Sourceelektrode 626 und die Drainelektrode 628 bilden ein Schaltelement T, wie einen TFT.

Bei der Erfindung ist, da eine Halbleiterschicht unter Verwendung einer konkaven Ausrichtungsmarkierung selektiv kristallisiert wird, die Gleichmäßigkeit der Kristallisationseigenschaften verbessert, und die Position der Korngrenzen wird auf einfache und genaue Weise kontrolliert. Im Ergebnis sind die Treibereigenschaften der Treiberschaltung durch eine einfache Positionskontrolle der Korngrenzen der Halbleiterschicht verbessert, und die Anzeigequalität einer Anzeigevorrichtung unter Verwendung einer solchen Halbleiterschicht ist durch die selektive Kristallisation verbessert. Darüber hinaus weist eine Ausrichtungsmarkierung, da sie durch Entfernen einer Halbleiterschicht durch Ablation erzeugt wird, Stufen gegenüber einem Substrat oder einer Pufferschicht auf. Demgemäß kann die konkave Ausrichtungsmarkierung sowohl bei einem Kristallisationsprozess als auch einem Fotolithografieprozess für die Halbleiterschicht verwendet werden. Daher sind keine zusätzlichen oder gesonderten Ausrichtungsmarkierungen für einen Fotolithografieprozess erforderlich, und der gesamte Prozess zum Herstellen eines Schaltelements, wie eines TFT, ist vereinfacht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von Pixelbereichen, Schaltelementen und Treiberbereichen kann dazu verwendet werden, LCD-Tafeln/Bauteile oder andere geeignete Bauteile herzustellen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus kristallinem Silicium, umfassend:

    – Bereitstellen eines Substrats mit einem ersten Bereich (IIIa) und einem zweiten Bereich (IIIb) am Umfang desselben;

    – Herstellen einer Schicht aus amorphem Silicium auf dem Substrat;

    – Herstellen mindestens einer Ausrichtungsmarkierung (116) mit konkaver Form durch Strahlen eines Laserstrahls auf die Halbleiterschicht im zweiten Bereich; und

    – Kristallisieren der Halbleiterschicht im ersten Bereich unter Verwendung der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl eine Energiedichte aufweist, die einem Ablationsbereich entspricht, in dem die Halbleiterschicht durch Verdampfen vollständig entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl eine erste Energiedichte aufweist, die höher als eine zweite Energiedichte ist, die einem Bereich vollständigen Schmelzens entspricht, in dem die Halbleiterschicht vollständig aufgeschmolzen wird, und dass die erste Energiedichte in solcher Weise niedriger als eine dritte Energiedichte ist, dass ein kritischer Abstand von einer Grenze des Laserstrahls zu einer Grenze der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung ungefähr 1 &mgr;m beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Kristallisierens der Halbleiterschicht selektiv eine aktive Schicht aus kristallinem Silicium für ein Schaltelement ausgebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens eine Ausrichtungsmarkierung in den vier Ecken des Substrats im zweiten Bereich hergestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht eine Pufferschicht hergestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch die mindestens eine Ausrichtungsmarkierung frei gelegt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausrichtungsmarkierung mehrere konkave Ausrichtungsmuster aufweist, die voneinander beabstandet sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung und der Schritt des Kristallisierens der Halbleiterschicht unter Verwendung derselben Laservorrichtung ausgeführt werden.
  10. Verfahren zum Herstellen einer aktiven Schicht für ein Schaltelement, umfassend:

    – Herstellen einer Halbleiterschicht aus kristallinem Silicium gemäß dem Anspruch 1; und

    – Strukturieren der Halbleiterschicht im ersten Bereich unter Verwendung der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung, um die aktive Schicht aus kristallinem Silicium auszubilden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schritt des Strukturierens der Halbleiterschicht ein Belichtungsschritt gehört, bei dem die mindestens eine Ausrichtungsmarkierung durch einen Scanvorgang erkannt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

    – beim Herstellen der mindestens einen konkaven Ausrichtungsmarkierung eine erste Maske dazu verwendet wird, den Laserstrahl auf die Halbleiterschicht im zweiten Bereich zu strahlen; und

    – beim Kristallisieren der Halbleiterschicht im ersten Bereich die mindestens eine Ausrichtungsmarkierung und ferner eine zweite Maske verwendet werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Maske mehrere Transmissionsgebiete aufweist, die voneinander beabstandet sind und von denen jedes rechteckig ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht eine Pufferschicht hergestellt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch die mindestens eine Ausrichtungsmarkierung frei gelegt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens eine Ausrichtungsmarkierung in den vier Ecken des Substrats im zweiten Bereich hergestellt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Maske einen den Laserstrahl ausblendenden ersten Maskenbereich und einen ihn durchlassenden zweiten Maskenbereich aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Maskenbereich mehrere Schlitze aufweist, die voneinander beabstandet sind und entlang einer Richtung angeordnet sind.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zu den mehreren Schlitzen erste Schlitze und mit diesen abwechselnde zweite Schlitze gehören.
  20. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung und der Schritt des Kristallisierens der Halbleiterschicht unter Verwendung derselben Laservorrichtung mit einem Verstelltisch, auf dem sich das Substrat befindet, einer Projektionslinse zum Fokussieren des Laserstrahls, einem Maskentisch, der die erste und/oder die zweite Maske trägt, und einem Spiegel zum Ändern der Richtung des Laserstrahls ausgeführt werden.
  21. Verfahren zum Herstellen einer aktiven Schicht für ein Schaltelement, umfassend:

    – Herstellen einer Halbleiterschicht aus kristallinem Silicium gemäß dem Anspruch 12; und

    – Strukturieren der Halbleiterschicht im ersten Bereich unter Verwendung der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung, um die aktive Schicht aus kristallinem Silicium auszubilden.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Strukturierens der Halbleiterschicht einen Belichtungsschritt enthält, in dem die mindestens eine Ausrichtungsmarkierung durch einen Scanvorgang erkannt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl eine Energiedichte aufweist, die einem Ablationsbereich entspricht, in dem die Halbleiterschicht durch Verdampfen vollständig entfernt wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl eine erste Energiedichte aufweist, die höher als eine zweite Energiedichte ist, die einem Bereich vollständigen Schmelzens entspricht, in dem die Halbleiterschicht vollständig aufgeschmolzen wird, und dass die erste Energiedichte in solcher Weise niedriger als eine dritte Energiedichte ist, dass ein kritischer Abstand von einer Grenze des Laserstrahls zu einer Grenze der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung ungefähr 1 &mgr;m beträgt.
  25. Verfahren zum Herstellen eines Schaltelements, umfassend:

    – Herstellen einer aktiven Schicht für ein Schaltelement gemäß dem Anspruch 10, wobei die aktive Schicht einen Kanalbereich und einen Source- sowie einen Drainbereich zu den beiden Seiten desselben aufweist;

    – Herstellen einer Gateisolierschicht auf der aktiven Schicht;

    – Herstellen einer Gateelektrode auf der Gateisolierschicht;

    – Herstellen einer Zwischenschicht-Isolierschicht auf der Gateelektrode, wobei diese Zwischenschicht-Isolierschicht über ein den Sourcebereich frei legendes erstes Kontaktloch und ein den Drainbereich frei legendes zweites Kontaktloch verfügt; und

    – Herstellen einer Source- und einer Drainelektrode auf der Zwischenschicht-Isolierschicht, wobei die Sourceelektrode durch das erste Kontaktloch mit dem Sourcebereich verbunden ist und die Drainelektrode durch das zweite Kontaktloch mit dem Drainbereich verbunden ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht eine Pufferschicht hergestellt wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Source- und der Drainelektrode eine Passivierungsschicht hergestellt wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Source- und der Drainbereich mit Fremdstoffen vom n(negativ)-Typ oder vom p(positiv)-Typ dotiert werden.
  29. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht, die Gateelektrode, die Sourceelektrode und die Drainelektrode einen Dünnschichttransistor bilden.
  30. Verfahren zum Herstellen einer polykristallinen Halbleiterschicht, umfassend:

    – Bereitstellen eines Substrats mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich am Umfang desselben;

    – Herstellen einer Halbleiterschicht aus amorphem Silicium auf dem Substrat;

    – Ausführen eines Ablationsvorgangs an der Halbleiterschicht im zweiten Bereich, um mindestens eine konkave Ausrichtungsmarkierung auszubilden; und

    – Kristallisieren der Halbleiterschicht im ersten Bereich unter Verwendung der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schritt des Ausführens des Ablationsvorgangs an der Halbleiterschicht das Einstrahlen eines Laserstrahls mit einer ersten Energiedichte auf die Halbleiterschicht im zweiten Bereich gehört.
  32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energiedichte höher als eine zweite Energiedichte ist, die einem Bereich vollständigen Schmelzens entspricht, in dem die Halbleiterschicht vollständig aufgeschmolzen wird, und dass die erste Energiedichte in solcher Weise niedriger als eine dritte Energiedichte ist, dass ein kritischer Abstand von einer Grenze des Laserstrahls zu einer Grenze der mindestens einen Ausrichtungsmarkierung ungefähr 1 &mgr;m beträgt.
  33. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausrichtungsmarkierung gegenüber dem Substrat eine Stufe aufweist.
  34. Schaltelement mit:

    – einem Substrat (610) mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich an dessen Umfang;

    – mindestens einer konkaven Ausrichtungsmarkierung im zweiten Bereich;

    – einer aktiven Schicht (614) aus kristallinem Silicium im ersten Bereich, die einen Kanalbereich (VII) sowie einen Source- (VIII) und einen Drainbereich (IX) zu dessen beiden Seiten aufweist;

    – einer Gateisolierschicht (616) auf der aktiven Schicht;

    – einer Gateelektrode (618) auf der Gateisolierschicht;

    – einer Zwischenschicht-Isolierschicht (624) auf der Gateelektrode, wobei die Zwischenschicht-Isolierschicht ein den Sourcebereich frei legendes erstes Kontaktloch (620) und ein den Drainbereich frei legendes zweites Kontaktloch (622) aufweist; und

    – einer Source- (626) und einer Drainelektrode (628) auf der Zwischenschicht-Isolierschicht, wobei die Sourceelektrode durch das erste Kontaktloch mit dem Sourcebereich verbunden ist und die Drainelektrode durch das zweite Kontaktloch mit dem Drainbereich verbunden ist.
  35. Element nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht zur mindestens einen Ausrichtungsmarkierung ausgerichtet ist.
Es folgen 18 Blatt Zeichnungen






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