專利名稱：制造液晶顯示器基板及評價半導體晶體的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造液晶顯示器基板的一種方法及一種裝置，更具體地涉及制造具有用于驅動開關元件的驅動電路的液晶顯示器基板的一種方法，以及評價半導體晶體的裝置與方法。
具有用作開關元件的TFT(薄膜晶體管)的LCD(液晶顯示器)能夠顯示極高質量的圖象。因此，它們是有用的并越來越受到關注。


圖1為一塊LCD基板的剖視圖。如圖中所示，TFT1b是形成在一塊玻璃基板1a的中央部分上的。象素電極1c形成在基板1a的中央?yún)^(qū)域上并離開TFT1b，并且分別與TFT1b的漏極電氣地連接。各TFT1b及與之關聯(lián)的象素電極構成一個邊長為幾百微米的正方形象素單元U。在玻璃基板1a上排列有數(shù)十萬個象素單元U。
LCD基板還包括一個透明電極1d及一塊透明基板1f。象素單元U公用的透明電極1d形成在透明基板1f上?；?f是這樣放置的，使電極1d以一個預定的距離離開玻璃基板1a的中央部分，而與象素單元U相對。在透明電極1d與玻璃基板1a的中央部分之間的空隙中填充液晶1e。玻璃基板1a的中央部分、象素單元U、液晶1e、透明電極1d及透明基板1f構成一個象素區(qū)10。
圖2為該LCD基板的透視圖。如圖所示，LCD基板還在玻璃基板1a的暴露部分上及沿象素區(qū)10的周邊配置有集裝的IC(集成電路)片11。IC片11形成一個門驅動器。IC片11的接線端耦合于掃描電極線，后者又與象素單元U的控制極與漏極相連。
現(xiàn)在說明制造圖1與2中所示的LCD基板的方法。首先，用諸如等離子體化學汽相淀積(CVD)法在玻璃基板上形成一層氫化非晶硅(a-SiH)膜。然后，在該非晶硅膜上形成各種膜與層并進行各種處理(包括蝕刻)，以形成若干TFT1b及連接在這些TFT1b上的象素電極1c，以及連接在這些象素電極1c上的掃描電極線(未示出)。從而制成了組成一塊的若干個象素單元U。接著，將集裝的IC片11沿象素單元U的塊四周安裝在玻璃基板1a上。IC片11是與象素單元U的對應掃描電極線對準的，并且隨即與它們電氣地連接。此后，將帶有形成在其上的透明電極1d的透明基板1f放置就位，使電極1d與玻璃基板1a的中央部分隔開一個預定的距離，并與象素單元U相對。將液晶1e填充在電極1d與玻璃基板1a的中央部分之間的空隙中。結果便制成了象素區(qū)10。
存在著對具有大顯示屏及能夠顯示高質量的彩色圖象的TFT-LCD的需求。為了滿足這一需求。有必要使用具有多達400條線的一種門驅動器及多達1920條線的一種電源驅動器。在將這些線與象素單元的掃描電極線電氣地連接之前要將它們分別對準，不可避免地需要大量的機器時間。這便是提高TFT-LCD的價格的一個因素。
為了降低TFT-LCD的價格，用于將門與源驅動器連接到象素區(qū)的線最好是與象素區(qū)的開關元件同時形成的。一旦這樣形成了驅動器的線，當在玻璃板從象素區(qū)向外延伸的部分上形成驅動器時，便可將它們連接在象素區(qū)上。這種將線與象素區(qū)的開關元件同時形成的方法可以節(jié)省許多機器時間，并且是一種非常有用的方法。
用于顯示圖象的象素單元的TFT并不需要高速操作。反之，用于快速開關TFT的門與源極驅動器則是必須以比TFT高得多的速率進行操作的。換言之，驅動器必須具有與IC片相同的操作速度。因此，驅動器必須包括一層具有比非晶硅更高的場效應遷移率的多晶硅半導體膜。
為了在一塊玻璃基板上形成一層多晶硅膜，必須在600℃或更高的溫度上執(zhí)行減壓CVD方法，在這樣的溫度上廉價的玻璃基板將會變形。從而，基板必須用在這種高溫下不會變形的昂貴的玻璃制成，諸如石英玻璃。這將最終提高TFT-LCD的制造成本。
已經提出過一種可以避免提高TFT-LCD的制造成本而在廉價的玻璃基板上無變形地形成一層多晶硅膜的方法。該方法包括下述步驟例如在大約300℃的環(huán)境中用等離子體CVD形成一層大氫化非晶硅(此后稱作"a-SiH")膜;以及在該a-SiH膜上作用一個激光束，借此將其表面溫度提高到大約1200℃，并從而將該a-SiH膜的表面區(qū)域轉變成一層多晶硅膜。這樣形成的多晶硅膜可用作門與源極驅動器的半導體膜。
所形成的a-SiH膜可以是大而高質量的，由于它是在低到大約300℃的溫度上形成的。在該a-SiH膜上作用的激光束(即激光熱處理)只延續(xù)極短的時間，例如在KrF激光束的情況中只有23毫微秒并且熱量達不到玻璃基板。從而，基板沒有必要是耐熱的而可用廉價的玻璃制成。此外，由于a-SiH膜是在低溫下大面積上形成的，多晶硅膜是一樣大的因為它便是已經用激光束晶化了的a-SiH膜的區(qū)域。這有助于生產一種透射型大屏面LCD。
在作用激光束時，a-SiH膜產生氫，它可能破壞該膜。為了防止這一破壞，在激光束的作用方法、各激光束作用的能量等方面已經提出過許多概念。本發(fā)明人一直在研究將激光束脈沖作用在一層矩形a-SiH膜的至少沿該膜的一條邊延伸的一個條形目標區(qū)上、從而晶化該目標區(qū)的一種方法。(一塊IC基板的驅動電路區(qū)可形成在這樣晶化的條形區(qū)中。)然后，這一方法具有下述問題。
圖3A與3B各展示兩個作用在a-SiH膜上的相鄰激光束的位置作為一個方面與膜中的場效應遷移率作為另一方面之間的關系的示意圖。各激光束的強度是在平行于a-SiH膜的方向中均勻分布而朝向該a-SiH膜發(fā)散的。
在相鄰的兩個激光束完全不重合的情況中，如圖3A中所示，在激光束照射的區(qū)域之間的膜區(qū)中沒有作用激光束能量。因此這一區(qū)域仍保持不晶化，而照射區(qū)則被晶化。多晶硅與a-SiH分別具有30至600cm2/vs與0.3至1cm2/vs的場效應遷移率。多晶硅的場效應遷移率高出a-SiH兩個數(shù)量級。在多晶硅區(qū)中形成了一個a-SiH區(qū)，會使以激光束相繼地作用在a-SiH膜上而晶化的條形區(qū)中所形成驅動電路區(qū)在它們的工作特征上有極大的差別。
在相鄰的兩個激光束至少部分地重合的情況中，如圖3B中所示，盡管各激光束在平行于a-SiH膜的方向上具有均勻分布的強度，但由于a-SiH膜的一部分被照射了兩次而具有較a-SiH膜的其余部分更高的場效應遷移率。這是因為多晶硅與a-SiH分別具有1414℃與1000℃的熔點，所以它們的晶粒大小不同。多晶硅膜在場效應遷移率方面是不均勻的(在圖3B中，不規(guī)則部分通常具有投影曲線所示的較高的遷移率，但也可能具有較低的遷移率。)本發(fā)明的目的為提供一種可以在一塊基板上高效地形成用于驅動一個LCD的象素的驅動電路區(qū)的LCD基板制造方法。
本發(fā)明的其它目的與優(yōu)點將在下面的說明中提出，并且從說明中部分地將是顯而易見的，或者是可以通過在本發(fā)明的實踐中學到的。本發(fā)明的目的與優(yōu)點可用所附的權利要求書中所具體指出的手段及其組合實現(xiàn)與獲得。
結合在本說明書并構成其一部分的附圖展示了本發(fā)明當前的較佳實施例，并且與上面給出的一般性說明及下面給出的較佳實施例的詳細說明一起用來說明本發(fā)明的原理。
圖1為顯示通常類型的一塊LCD基板的一部分的剖視圖;
圖2為通常類型的LCD基板的透視圖;
圖3A與3B各展示作用在一層a-SiH膜上的兩個相鄰的激光束作為一個方面與膜中的場效應遷移率作為另一方面之間的關系;
圖4A至4D為用于說明本發(fā)明的一個實施例，即一種制造LCD基板的方法，的透視圖;
圖5A由兩個平面圖組成，它們都展示實施例中的多晶硅區(qū)與多晶硅區(qū)上形成的驅動器電路之間的位置關系;
圖5B為示出本實施例中所使用的相同移位寄存器之一以及該移位寄存器的輸出線的平面圖;
圖6為用于本發(fā)明的實施例中的一個激光熱處理裝置的示意圖;
圖7為圖6的裝置的透視圖;
圖8為展示激光熱處理裝置中所包含的束發(fā)射部分與晶體評價部分的方框圖;
圖9為表示從厚度為500埃的a-SiH膜釋放的氫量與照射該膜的激光束的能量密度之間的關系的曲線;
圖10為展示從厚度為300埃的a-SiH膜釋放的氫量與照射該膜的激光束的能量密度之間的關系的另一曲線;
圖11A、11B與11C為展示當一個激光束的32次、128次與1024次轟擊作用在一個非晶硅膜上時測得的整體照射強度的分布圖;
圖12為說明如何評價半導體膜的晶化狀態(tài)的流程圖;
圖13為展示硅晶體的能帶布局的圖;
圖14為表示一個參照半導體晶體的帶隙光譜反射率的分布曲線;
圖15為非晶硅的帶隙光譜反射率的分布曲線;
圖16為照射激光能量不足時硅的帶隙光譜反射率的分布曲線;
圖17為照射激光能量過量時硅的帶隙光譜反射率的分布曲線;
圖18A與18B為分別示出激光照射區(qū)的圖;
圖19為示意地示出大規(guī)模生產LCD基板的一種系統(tǒng)的俯視圖;以及圖20為接納圖19中所示的系統(tǒng)的外罩及控制該外罩的內部狀態(tài)的系統(tǒng)的視圖。
現(xiàn)在參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述。
首先，將參照圖4A至4B與圖5A與5B描述根據(jù)本發(fā)明的一種制造LCD基板10的方法。
如圖4A中所示，用減壓CVD方法在一塊由諸如玻璃制成的透光基板1上形成一層非晶硅膜2，使用甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)氣體作為反應氣體，將基板1保持在450至520℃之間，并且將CVD容器保持在幾個乇上。
接著，以預定的方式沿基板1的一條長邊及一條短邊，在基板1的上方移動具有邊長為若干毫米的矩形截面的間隙地發(fā)出激光束的一個激光器器件3。結果，光束照射在基板1上的非晶硅膜2的離散的、島形表面區(qū)域上，這些區(qū)域是位于沿基板1的長邊與短邊的位置上的并相距一個諸如若干毫米的預定距離d。膜2的這些表面區(qū)域從而被轉變成矩形的多晶硅區(qū)域21。
激光器器件3為諸如KrF激光器(脈沖寬23毫微秒)或XeCl激光器(脈沖寬25毫微秒)的一種準分子激光器。為了形成各多晶硅區(qū)21，激光器器件3可在非晶硅膜2的一個目標區(qū)上作用一個束脈沖，所述束具有足夠高的能量密度(即作用在單位面積上的能量)來將非晶硅改變成多晶硅。另外，為了同一目的，激光器器件3也可在非晶硅膜2的目標區(qū)上作用兩個或兩個以上具有較小密度的束脈沖。
此后，如圖4C所示，在多晶硅區(qū)21上反復進行蝕刻與膜成形處理，借此形成驅動電路4。各驅動電路為諸如由半導體元件(開關元件)構成的一種已知種類的LSI(大規(guī)模集成電路)。在這些驅動電路4中，沿基板1的短邊布置的那些構成一個門驅動電路區(qū)41。沿基板1的長邊布置的其余驅動電路4則構成一個源極驅動電路區(qū)42。
在本實施例中，門驅動電路區(qū)41是用于形成在基板1上的TFT(以后描述)的門電極的一個門移位寄存器，而源驅動電路區(qū)42則是用于這些TFT的源電極的一個源移位寄存器。門移位寄存器與源移位寄存器結構相同。只參照圖5B對門移位寄存器進行描述。
如圖5B中所示，門移位寄存器包括多個移位寄存器區(qū)4，它們是成形成島形的并且互相隔離。各移位寄存器區(qū)4形成在一個多晶硅區(qū)21上，并包含多個開關元件(即晶體管)。各移位寄存器的開關元件(即晶體管)最好是完全形成在多晶硅區(qū)域21之中的，而不達到其邊緣。與開關元件同時，用下述方法形成線40。首先，在多晶硅區(qū)21及非晶硅膜2位于多晶硅區(qū)21中間的那些部分上形成一層絕緣膜(例如一層氧化硅膜)。接著，在該絕緣膜上形成一層鋁或銅膜。然后，在鋁或銅膜上進行有選擇的蝕刻，形成線40，它們連接位寄存器區(qū)4中相鄰的任何兩個。
然后，如圖4c中所示，通過重復的膜形成與蝕刻處理在象素區(qū)50中形成作為開關元件工作的與所需要的象素數(shù)目相同的TFT(薄膜晶體管)5。TFT5是在象素區(qū)50中排列成行與列的。與這樣形成TFT5的同時，進行一次膜形成處理、一次平版印刷處理及一次蝕刻處理從而在象素區(qū)50中形成由鋁制成的門與源總線51。如圖5B所示，這些總線51是連接到移位寄位寄存器區(qū)4上的。
必須指出，線40可與門與源總線51同時形成，而不是與移位寄存器區(qū)4的開關元件同時形成。反之，門與源總線51可以與線40一起與移位寄存器區(qū)4的開關元件同時形成。此外，線40與51可以在同時形成TFT5及驅動電路區(qū)4與TFT的元電極時形成，或者在同時形成TFT5及區(qū)4的元電極以后形成。
設置在各驅動電路區(qū)4內部的半導體元件及形成在象素區(qū)50上的TFT5可以具有不同的結構配置，諸如平面型、反向交錯形等。半導體元件可呈現(xiàn)這樣一種結構配置，使它們的電極位于非晶硅膜2或多晶硅區(qū)21的下方。
將一塊透明的基板(未示出)粘接在這樣形成的LCD基板10的表面上。液晶是封裝在基板10與該透明基板之間的空隙中的，借此制成一塊LCD板。
在參照圖4A至4D說明的方法中，TFT5是在制成驅動電路區(qū)4之后形成的。反之，TFT5也可在制造區(qū)4以前形成。另一種方法是可同時形成某些區(qū)4與某些TFT5。
如上面所指出的，激光束脈沖作用在非晶硅膜2的島形的并位于沿膜2的兩條鄰邊的區(qū)域上的，從而將這些區(qū)域轉變成多晶硅區(qū)21。這些激光束脈沖在大小與形狀上都具有與各區(qū)相同的截面。此外，它們具有相同的與適當?shù)哪芰棵芏?。從而，用這些束脈沖照射的區(qū)域被轉變成均勻地晶化的多晶硅區(qū)21。用重復的膜形成與蝕刻處理在這些理想的多晶硅區(qū)21上形成的驅動電路區(qū)4的半導體元件具有良好的特征。此外，將區(qū)4互相連接在一起的線以及將區(qū)4連接到TFT5的線可與多晶硅區(qū)21上形成區(qū)4或者象素區(qū)50中形成TFT5同時形成。這有助于方便LCD基板10的制造。
在上述方法中，非晶硅膜2是減壓CVD法形成在透光基板1上的。膜2也可以用等離子體CVD方法形成，例如通過在一個反應罐中將甲硅烷氣體與氫氣保持在180至300℃的溫度及0.8乇的壓強中。在這一情況中，非晶硅膜2吸附氫氣并改變成一層a-SiH(氫化非晶硅)膜。當將一個激光束作用在該膜上來進行激光熱處理時，氫氣可以從膜上釋放。氫氣有可能突然釋放而破壞該膜。為了消除對膜的破壞，以下述方式作用激光束。
第一步，將各具有遠小于多晶化a-SiH所需的能量的一個或多個激光束脈沖作用在a-SiH膜的一個目標區(qū)上。第二步，將各具有較任何先前作用的束脈沖的能量為大但小于多晶化a-SiH所需的能量的一個或多個束脈沖作用在非晶硅膜的目標區(qū)上。因此，氫氣是逐漸地從a-SiH膜上排出的。然后在第三步中，將諸如具有大于晶化a-SiH所需能量的一個束脈沖作用在膜2的目標區(qū)上，從而將該區(qū)轉變成一個多晶硅區(qū)21。此后，在a-SiH膜的其它目標區(qū)上順序地重復這些步驟，借此將這些區(qū)域轉變成多晶硅區(qū)21。當在第一或第二步中將兩個或兩個以上激光束脈沖作用在一個目標區(qū)上時，最好在每作用一個束脈沖時測定一次膜2釋放的氫量，并且在膜2釋放的氫量無明顯改變時，在目標區(qū)上作用一個具有較大能量的束脈沖。
在這一方法中，各具有較前一個脈沖的能量為大的激光束脈沖是順序地作用在a-SiH膜的各目標區(qū)上的。從而，氫是逐步地從非晶硅膜2釋放的。這樣，殘留在膜2中的氫量只有如此地小，即使一次性全部釋放也不會破壞膜2。
下面參照圖6、7與8描述用于執(zhí)行上述作用激光束脈沖的方法的裝備有一個氫量監(jiān)視器的一種激光熱處理裝置。
圖6與7圖示該激光熱處理裝置。從這些圖中可見，該裝置包括起基座作用的一個可充氣的支承機構6。該機構6具有一塊用諸如金屬等剛性材料制成的支承板61。該支承板61是用一個空氣懸浮裝置支撐的;依靠從下面施加的受控氣壓力懸浮在水平位置上。在支承板61上安裝一個空心的支座62。將一個諸如由鋁制成的空心圓柱形真空室63緊固在支座62上。室63中包含一塊用從室63的頂部向下伸出的垂直桿64b支承的加熱器板64。支承板64包括一個電加熱器，用于加熱板64的下表面，以及臂64a，用于將一塊玻璃基板20從其非晶硅膜面向下方地支承在板64的下表面上。
真空室63具有排氣管65及閥門G，并包含一個質譜儀66。排氣管65連接到一臺真空泵(未示出)。質譜儀66用于測定基板20上的非晶硅膜所釋放的氫量。打開閥門G便可從室64中取出基板20及送入另一塊基板。當基板20上的膜正在經受激光束脈沖作用時閥門G是保持關閉的。在其上方安裝加熱器板64并面對支承在板64上的基板20的那一部分真空室63的底是用諸如合成樹脂或石英玻璃制成的，從而起到一個窗口67的作用，容許一個激光束(以后描述)通過。
如圖6與7中所示，在窗口67下方有一個帶有反射鏡7a(見圖8)的激光束發(fā)生器7。更精確地說，激光束發(fā)生器7是由一個機構70支承的，后者緊固在支承板61上并位于空心支座62之中。機構70是設計成使發(fā)生器7在一個XY水平平面中移動的。機構70包括一對鋪設在支承板61上并在X軸方向上延伸的導軌71、一個安裝在導軌71上以在X軸方向上移動的X軸可移動件72、一對鋪設在X軸可移動件72上并在Y軸方向上延伸的導軌73、以及安裝在導軌73上以在Y軸方向上移動的一個Y軸可移動件74。激光束發(fā)生器7便是附著與固定在Y軸可移動件74上的。
如圖8所示，一個準分子激光器92是放置在可充氣的支承機構6的旁邊的，其光束發(fā)射尖指向激光束發(fā)生器7的反射鏡7a。一個束均化器93位于準分子激光器92與反射鏡7a之間。該束均化器93是設計成處理來自準分子激光器92的激光束以形成一個具有規(guī)定大小的束，并將該束作用在反射鏡7a上。
在這一較佳實施例中，準分子激光器92或者是發(fā)射波長為248毫微米及寬度為23毫微秒的束脈沖的KrF激光器，或者是發(fā)射波長為308毫微米及寬度為25毫微秒的束脈沖的XeCl激光器。束均化器93是已知類型的;它包括一個束發(fā)散件用于發(fā)散入射的激光束，以及一個魚眼透鏡用于將發(fā)散的束聚焦成預定的程度。準分子激光器92是連接到一個激光器電源91上的并由電源91供給的電力驅動。電源91受CPU90的控制。換言之，CPU90控制對激光器92的供電。將一個存儲各種用于操作激光熱處理裝置的數(shù)據(jù)項的存儲器94連接到CPU90上。在這些數(shù)據(jù)項中有用于驅動機構70的數(shù)據(jù);用于控制激光器電源91的數(shù)據(jù);以及根據(jù)它們來評價一層半導體膜的晶化狀態(tài)的表示帶隙光譜反射的參照分布的數(shù)據(jù)。如圖8中所示，在充氣的支承機構6的外面設置了一個分光儀86，用于接收基板20上的膜反射的光并從中檢測出形成在其板20上的硅膜的光譜特征。
下面說明操作激光熱處理裝置來晶化非晶硅膜的選擇的表面區(qū)域的方法。
首先打開閥門G。通過閥門G用一個傳送機構(未示出)將基板20放入真空室63中。將基板20放置在加熱器板64的下表面上，非晶硅膜面向下方。隨即關閉閥門G，并用真空泵(未示出)通過管65抽出室63中的空氣直到室63的內部壓強降低到比如2.5×10-7乇。此后，CPU 90控制機構70，后者間隙性地在水平平面即XY平面上移動激光束發(fā)生器7，即在X軸與Y軸方向上移動發(fā)生器7。同時，CPU 90控制激光器電源91，后者對準分子激光器92供給電力。激光器92一個接一個地發(fā)射束脈沖到束均化器93。束均化器93將各入射的束脈沖處理成具有規(guī)定大小的一個激光束脈沖。將該激光束脈沖提供給束發(fā)生器7的反射鏡7a。反射鏡7a反射激光束脈沖，向上通過窗口67將束脈沖作用在形成在基板20上的非晶硅膜的一個目標表面區(qū)上。用束脈沖照射的非晶硅膜的表面區(qū)便轉變成一個多晶硅區(qū)21。
CPU 90供給電源91的信號是根據(jù)存儲在存儲器94中的不同數(shù)據(jù)項設置的。這些數(shù)據(jù)項表示移動與停止機構70的時間間隔及移動機構70的距離與方向。從而，準分子激光器發(fā)出最終照射在非晶硅膜的島形表面區(qū)域上的激光束脈沖，這些區(qū)域是以所要求的距離分隔開并具有預定的大小。這些區(qū)域是諸如面積為0.65×0.65＝0.43cm2的正方形。各束照射區(qū)的形狀與大小是由束均化器93的規(guī)格所確定的。這樣，只要改變存儲器94中的數(shù)據(jù)及更換束均化器93，便可形成任何要求的尺寸、相隔任何選擇的距離及在任何方向上對準的多晶硅區(qū)21。同樣，在CPU 90的控制下，具有相同能量或者不同能量的激光束脈沖能夠作用在非晶硅膜上，這一點將在下面說明。
為了通過諸如作用一個單一的束脈沖來晶化非晶硅膜的各目標表面區(qū)，束發(fā)生器7在第一目標區(qū)上作用一個寬度為23毫微米的束脈沖，然后在機構移動了一個預定的距離之后作用相同寬度的另一個束脈沖，從而將束脈沖作用在相隔所述距離的下一個目標區(qū)上。以這一方法，當CPU90控制存儲在存儲器94中的各種數(shù)據(jù)項控制機構70及激光器電源91時，沿基板20的長短兩邊布置的島形目標區(qū)便能得到束脈沖的照射。
如已經指出的，如果該膜是用等離子體CVD法形成在一塊玻璃基板上的一層a-SiH膜，具有逐個地增大的能量的激光束脈沖最好是順序地作用在非晶硅膜的一個目標區(qū)上的。為了證明用這一方法作用束脈沖的優(yōu)點，本發(fā)明人進行了實驗。
在實驗中，在放置在內部壓強為1.0×10-7乇的真空室中的一層厚度為500埃的a-SiH膜的六個目標表面區(qū)上作用束脈沖組，并且在放置在內部壓強為2.0×10-7乇的真空室中的厚度為300埃的一層a-SiH膜的六個目標表面區(qū)上作用其它的束脈沖組。在兩種情況中，各組中的束脈沖具有0.65×0.65＝0.43cm2的截面;其中的一些是以20Hz的頻率作用的，其余的是以10Hz的頻率作用的;它們具有不同的能量，每一個的能量都比緊接在前面作用的那一個的能量為大，如表1中所示的。在這一裝置中，諸如窗口67的一個部件的透射率為75%。并且在兩種情況中，形成a-SiH膜的基板離開激光束源230毫米的距離。當各組的束脈沖順序地作用在目標區(qū)上時，測量并記錄質譜儀66的輸出電流(對應于a-SiH膜所釋放的氫量)。
在這一情況中，激光能量(mj，毫焦耳)E與(激光能量)/(功率密度(mj/cm2))E/P之間的關系如下(E 80 120 160 200 240 280 320 360)/(E/P 140 209 279 349 419 488 558 628)(E 400 430 450)/(E/P 698 750 785)從一層厚度為500埃的a-SiH膜得到的結果示出在圖9中，而從一層厚度為300埃的a-SiH膜得到的結果則示出在圖10中。在圖9與10中，質譜儀66的輸出電流與照射a-SiH膜的各目標區(qū)的激光束的能量密度分別畫出在縱坐標與橫坐標上。
從圖9與10中顯而易見，兩種a-SiH膜所釋放的氫量都不是急劇增加的，從而得以防止膜的破壞。這是因為兩種a-SiH膜的各目標區(qū)是用順序地作用具有逐個地增加的能量的若干個激光束脈沖照射的。
根據(jù)本發(fā)明，順序地將基本上相同能量的激光束脈沖而不是具有不同能量的束脈沖作用在一層非晶硅膜上的一個目標區(qū)上是有益的。各束脈沖的能量大到足以熔解a-Si。作用在目標區(qū)上的束脈沖越多，生成的a-Si晶粒越大，并且這些晶粒的定向性越強。這樣，a-Si成為相似于具有一個(111)面的單晶硅。在這一情況中，由于a-Si是被20至30毫微秒的激光熔解的，所以熱量并不傳導到基板上。結果，非晶硅的場效應遷移率因此而成為高于多晶硅的遷移率。在滿足下述條件時，最好采用這種作用相同能量的束脈沖的方法。
1、非晶硅膜的厚度為300至1500A，最好是500至1000A。除非膜的厚度超出這一范圍，晶粒很難定向。
2、在作用束脈沖期間，基板保持在常溫到550℃的溫度上。廉價的鈉玻璃可能變形。
3、在各目標區(qū)上作用30至1000次激光束轟擊。如果該區(qū)域照射次數(shù)少于30次，它將不能有效地轉變成單晶硅。如果該區(qū)域的照射次數(shù)超過1000次，則需要更多的時間來將該區(qū)域轉變成單晶硅，并且得到的多晶硅區(qū)更容易出現(xiàn)缺陷。
圖11A、11B與11C示出照射強度的分布，它們是在厚度為700A并保持在400℃的溫度上的用等離子體CVD方法形成的非晶硅(a-SiH)膜上作用來自上述激光器(激光能量為180mj功率密度為272mj/cm2)的32次、128次及1024次激光束轟擊時，用一個晶體測角器，帶有X，R，D(X射線衍射)的一種2θ/θ法裝置，測得的?？梢詮膱D11A、11B與11C中看出，當32次激光束轟擊作用在膜上時，照射強度在28.632°的位置上到其峰值。這一峰值并不比其它位置上的照射強度大多少。然而在圖11B與11C中可以清楚地看到，并且在本技術中是眾所周知的，作用的激光束轟擊次數(shù)越多，在位置28.632°處的峰值越大。換言之，用激光束脈沖照射該膜的次數(shù)越多，它更接近于變成具有(1，1，1)面的單晶硅，它通常在28.632°上具有強度峰值。
下面參照圖8至圖12描述如何將非晶硅轉變成多晶硅以及如何評價得到的硅晶體的晶化狀態(tài)。
如圖12的流程圖所示，在步驟S1中，由CPU92按照存儲在存儲器94中的控制程序所生成的一條命令導通激光器電源91。從而驅動準分子激光器92發(fā)出一個激光束。該激光束通過束均化器93前進到發(fā)生器7的反射鏡7a上。反射鏡7a將該束反射到非晶硅膜的一個目標表面區(qū)上，借此，該激光束對該目標區(qū)進行熱處理。
然后在步驟S2中，分光儀86檢測目標區(qū)反射的激光束，并確定至少已經晶化到一定程度的目標區(qū)的帶隙光譜反射率的分布。接著，在步驟S3中，判定目標區(qū)是否已經得到滿意的晶化。更精確地說，將目標區(qū)的帶隙光譜反射率的分布與帶隙光譜反射率的參照分布進行比較，后者與具有要求的晶化的一種半導體材料相關聯(lián)并且是存儲在存儲器94中的。光譜反射率分布與參照分布越相似，該區(qū)域的激光束熱處理越好。
如果步驟S3中的判定為“否”，即如果目標區(qū)尚未得到滿意的晶化，則流程進入步驟S4。在步驟S4中，CPU90生成一條命令，在照射能量上增加一個預定值。可從通過改變準分子激光器92的輸出，通過改變作用激光束的時間間隔(在斑照射的情況中)，通過調節(jié)機構70的速度，或者通過這些方法的任何可能的組合來增加照射能量。然后流程返回到步驟S1，并重復步驟S1、S2、S3與S4，直到在步驟S3中判定目標區(qū)已經得到要求的晶化為止。
如果在步驟S3中判定為“是”，即如果目標區(qū)已經達到所要求的晶化，則流程進入步驟S5。在步驟S5中，驅動機構70去移動發(fā)生器71，借此在下一個目標區(qū)上作用一個激光束。然后，在步驟S6中判定是否非晶硅膜上所有的目標區(qū)都已用激光束照射過并從而得到熱處理。如果“否”，則流程返回至步驟S1，從而重復步驟S1至S6直到所有目標區(qū)都用激光束熱處理過為止。如果在步驟S6中為“是”，則結束激光束的作用。
借助于上述評價非晶硅膜的晶化狀態(tài)的方法，便有可能使根據(jù)本發(fā)明的制造LCD基板的方法及用于形成多晶硅薄膜的裝置能夠評價正在用激光束晶化的非晶硅膜的晶化狀態(tài)，這是根據(jù)該膜的光譜反射率的分布而不是使用諸如喇曼分光儀這樣的專用的與昂貴的設備進行評價的。因此，激光束的能量能夠實時地反饋控制，并且能夠從低成本容易地進行激光熱處理，從而以高產量與高生產率制造TFT-LCD基板。
在非晶硅膜的所有目標區(qū)都用激光束熱處理過以后，將具空室63的內部壓強改變回大氣壓強。打開閥門G，并用一個傳送機構(未示出)將基板20從室63中取出。然后，將基板20傳送到一個又一個不同的處理站(例如一個膜形成站、一個平版印刷站)在這些站上，使用特定圖案的掩膜在基板20的象素區(qū)50中形成TFT，并且與TFT同時地與整體地使用特定圖案的掩膜在基板20的邊緣部分中形成驅動電路區(qū)4的開關元件。同時形成連接象素單元與驅動電路區(qū)4的掃描電極線。因此，不需要像傳統(tǒng)的制造LCD基板方法那樣執(zhí)行獨立的步驟來為區(qū)4安裝LSI片與形成掃描電極線。
下面說明用于評價正在晶化的任何非晶硅膜的晶化狀態(tài)的帶隙光譜反射率分布。
正如本技術中眾所周知的，硅晶體的能帶具有圖13中所示的布局。在點Γ上它具有大約3.43ev(電子伏特)的寬度，而在點X上則具有大約4.40ev的寬度。將一個能量為諸如400mj及正方形截面為0.43cm2(＝0.65×0.65cm)的激光束通過透射率為75%的一個窗口作用在具有圖13中所示的能帶及500埃厚度的一個參照半導體晶體上。結果得到圖14中所示的一種帶隙光譜反射率分布。如圖14中所示，這一分布在284毫微米與364毫微米的領域中有兩個峰值。這兩個峰值分別對應于X點與Γ點，它們是第一布里淵區(qū)中的兩個特殊點。
另一方面，非晶硅具有如圖15中所示的那種非晶硅的帶隙光譜反射率分布。從圖15中可見，這一分布的圖形與圖14中所示的分布的圖形相當不同;這是非晶硅非常獨特的分布。當非晶硅被激光熱處理成多晶硅時，圖15的反射率分布逐漸地向圖14中所示的那種分布變化。在本發(fā)明中，裝在分光儀86中的比較器(未示出)將分光儀86檢測到的反射率分布與存儲在存儲器94中的圖14的參照分布進行比較。借此實時地判定到此時為止非晶硅已被晶化了多少。
當準分子激光器92作用在基板20上的非晶硅膜上的激光束的能量為諸如200mj時，這時小于晶化非晶硅所需的能量的，帶隙光譜反射率的分布將具有如圖16所示的無明顯尖峰的大致上向右下傾斜的分布圖。反之，當激光器92作用在非晶硅膜上的激光束的能量為諸如600mj時，這對于非晶硅得到理想的晶化是太大了，帶隙光譜反射率的分布將具有如圖17所示的大致上向右上方傾斜的分布圖。圖17的分布圖指明膜已被破壞，在其表面區(qū)域中形成了氧化硅。
當檢測到圖16中所示的那種光譜反射率分布時，通過實時反饋控制逐漸地增加光束的能量，從而向圖14的參照光譜反射率分布改變其分布。當光譜反射率分布變得非常接近圖14中所示的分布時，便停止激光束的作用，以防止對膜的破壞。如果分光儀86檢測到一個與圖17中所示的相似的光譜反射率分布，則判定膜已遭破壞，而將基板20作為廢品丟棄。
如上所述，激光束的能量最好是通過實時反饋控制逐漸地增加的，使得圖16的分布能夠向圖14的參照光譜反射率分布變化。如果束的能量突然增加到一個沒有必要的大值，非晶硅膜便一下子釋放氫氣而不可避免地破壞硅膜并最終使基板20報廢。
由于實際采用的分析光譜反射率的分析的方法的本質，檢測到的膜的光譜反射率的分布不能完全等同于參照分布(圖14)。因此，在實際檢測到的分布與參照分布之間的差減少到一個預定值時，便認為該膜已經適當?shù)鼐Щ?。例如，在尖峰瞬間的兩個峰值出現(xiàn)在離開X點(大約284毫微米)與Γ點(大約364毫微米)20毫微米以內的點上時，便認為該膜剛被晶化到所要求的程度。另外，模式識別領域中已知的技術也可用于實際檢測到的分布圖與參照分布圖(圖14)的比較，并且當互相比較的分布圖之間的差異減少到一個規(guī)定的值時便可認為膜已適當?shù)鼐Щ恕?br> 使用上述方法便有可能對非晶硅膜的晶化狀態(tài)作出評價而無須使用專用的與昂貴的設備。因此，可以實時地以低成本分析非晶硅的晶化程度。
借助于上述評價非晶硅膜的晶化狀態(tài)的方法，根據(jù)本發(fā)明的制造LCD基板的方法以及用于形成多晶硅薄膜的裝置便有可能非常容易地以低成本及實時地評價正在用激光束晶化的非晶硅膜的晶化狀態(tài)。根據(jù)這樣評價出的晶化狀態(tài)，便可實時地反饋控制激光束的能量，借此便可以高產量與大生產率制造LCD基板。
根據(jù)本發(fā)明，將激光束作用在非晶硅膜上的方法并不只限于上述的那種。也可使用一種替代的方法，在該方法中，一個激光束發(fā)生器將一個特定能量的激光束脈沖作用在非晶硅膜的各目標區(qū)上，然后將稍大能量的束脈沖作用在這些目標區(qū)上，再將更加稍大的能量的束脈沖作用在這些目標區(qū)上，等等。也可執(zhí)行另一種替代方法，在該方法中，激光束發(fā)生器同時將兩個或兩個以上互相分隔開的激光束作用在非晶硅膜的各目標區(qū)上。也可采用又另一種替代方法，在該方法中，如圖18A中所示，激光束發(fā)生器3在非晶硅膜2上作用一個單一的具有大約數(shù)毫米×100毫米大小的矩形截面的激光束。此外，還可采用第四種替代方法，在該方法中，如圖18B所示，激光束發(fā)生器3在非晶硅膜2上作用一個單一的具有大約數(shù)毫米×100毫米大小的L形截面的激光束。
從前文中可知，可用各種方法作用一個或多個激光束，借此來形成多個多晶硅區(qū)或一個單一的多晶硅區(qū)，并且只要使用設計成作用具有一定大小與形狀的截面的激光束的束發(fā)生器便可為各區(qū)域選擇任何需要的大小與形狀。
一旦用圖18A或18B的方法形成了一個單一的多晶硅區(qū)51，便可容易地在該多晶硅區(qū)上形成IC基板的所有驅動電路區(qū)(例如，門驅動器與源驅動器)。再者，用于圖18A或18B的方法中的束發(fā)生器是容易設計的。此外，可以將區(qū)域51很容易地對準平版掩膜圖案來形成驅動電路區(qū)，最終提高生產率。因此，圖18A與18B的方法是優(yōu)越的。
下面參照圖19描述包含圖6與7中所示的激光熱處理裝置的一個大規(guī)模生產LCD基板的系統(tǒng)。圖19為該系統(tǒng)的俯視圖。
圖19中所示的系統(tǒng)包括各種設備，并且是為制造LCD基板執(zhí)行一序列膜形成工藝而設計的。更具體地說，該系統(tǒng)包括一個裝載區(qū)、一個卸載區(qū)及一個傳送單元。
裝載區(qū)接收并容納多個箱303，每箱中包含一定數(shù)量(例如25)的基板(或玻璃基板)302。這些基板是要提交給各種處理的?；?02是水平地放置在各箱303中的。
卸載區(qū)接收并容納多個箱306，每箱中包含一定數(shù)量(例如25)的經過各種設備以各種工藝處理過的基板305?；?05是水平地放置在各箱中的。
傳送單元位于裝載區(qū)、卸載區(qū)及一個處理區(qū)(各種設備)之間，用于將基板302從箱303傳送到一個處理區(qū)以及將處理過的基板305從該區(qū)傳送到箱306中。這些設備便是設置在處理區(qū)中來執(zhí)行膜形成工藝與熱處理工藝的。
裝載區(qū)、卸載區(qū)以及傳送單元限定一個箱區(qū)307。
傳送單元包括一個傳送臂部件，后者具有一條上方傳送臂311與一條下方傳送臂312。臂311用于將待處理的基板302從箱303中傳送出來。臂312用于將處理后的基板305傳送進箱306中。
傳送單元是安裝在一個X臺架314上的，該臺架能繞Z軸旋轉，并沿一條直線或X軸在處理區(qū)與箱區(qū)之間移動。X臺架314是安裝在一個Y臺架315上的，后者能沿一條直線或Y軸在裝載箱303與卸載箱306之間移動。因此，傳送臂部件能夠在處理區(qū)與箱區(qū)之間傳送基板302與305。
定位裝置316安裝在X臺架314上，用于將基板302對準在相對于處理區(qū)的適當位置上，特別是將基板放置在對準處理設備的位置上。
下面對處理區(qū)進行詳細描述。設置在這一區(qū)中的有處理設備317、318、319、320及321以及一個公用的傳送單元322。設備319、320與321構成一個第一組326，而設備317與318構成一個第二組327。在組326與327之間有一條公用的傳送通道325沿X軸延伸。公用傳送單元322有一條傳送臂323。傳送臂323是安裝在臺架324上的。臺架324能夠沿公用傳送通道325移動，面向或者離開位于箱區(qū)中的定位裝置316。因此臂323能夠沿X軸移動。此外，臂323還能繞垂直于由X與Y軸定義的XY平面的Z軸轉動，以及沿Y軸移動。這樣，傳送臂323能夠將基板302從定位裝置316傳送到處理設備317至321中的任何一臺上，以及將基板305從任何一臺處理設備傳送到定位裝置316。
傳送臂部分與公用傳送單元322的最佳可能實例公開在XenjiYokomizo與YujiYoshimoto提交的名為“處理物體的運輸傳送設備”的834，819號美國專利申請中。另外，該部件與單元322的較佳實例公開在頒發(fā)給Vshijima等人的名為“用于涂覆光刻膠膜和/或曝光后將它顯影的裝置”的4，985，722號美國專利中。
下面對圖19中所示的LCD基板制造系統(tǒng)的操作進行說明。
分別位于箱區(qū)與處理區(qū)中的傳送臂部分與公用傳送單元322互相合作在大氣中或者諸如N2的非氧化氣體中(兩者都具有高于大氣壓強的一個正壓強)傳送基板302與305。由于基板302與305是在等于或高于大氣壓的環(huán)境中傳送的，它們能夠用真空吸力牢固地吸住，從而能夠無顯著位移地高速傳送。
如果基板302與305是在N2氣體中傳送的，它們上面形成的任何膜的性質保持不變，并且不會覆蓋一層自然形成的氧化物的膜，在膜形成工藝或激光熱處理以前或以后都是這樣。從而，不需要在制造LCD基板的方法中加上消除自然形成的氧化物膜的步驟。如果基板302與305是在大氣中傳送的，則不需要進行抽成真空，這在真空中傳送時是必要的。因此，設備317至321中任何一臺所執(zhí)行的處理不會被這種抽空所中斷，并且空轉時間(如果有的話)是非常短的。
在大氣或N2氣體中傳送進處理設備317至321之一的每一塊基板可以在真空中在這一設備中加以處理。在這一情況中，該設備具有一個裝載鎖氣室及一個處理室，它們是連接在一起并沿X軸布置的。這些室的較佳實例公開在Hiromi Kumagal提交的名為“半導體制造裝置”的889，409號美國專利申請中。
如圖19中所示，處理設備317至321是排列成雙行的，在公用傳送單元322的兩側的兩行中使第一行中的設備與第二行中的設備相對。因此，各基板能以任何要求的次序高效地從一臺設備傳送到另一臺設備，從而在一個所要求的序列中在各基板上執(zhí)行多種處理。另外，可以同時分別將多塊基板提交給設備進行相同的處理。
圖19的系統(tǒng)在某些方面較群集的裝置為優(yōu)越，如公開在專利號為4，785，965的美國專利(Masato Toshima，“真空室狹縫閥門”)，5，186，594號美國專利(Toshima等人，“雙箱裝載鎖氣室”)及5，186，718號美國專利(Tepman等人，“分析段真空薄膜處理系統(tǒng)與方法”)中的那些裝置，在圖19的系統(tǒng)中，基板可以傳送得較慢并且不易發(fā)生位移，因為它們不是用真空吸附的。這是因為，公用傳送單元322是放置在高于大氣壓的空氣或N2氣體中的，并且可以與真空吸盤一起作用，而在群集裝置中，群集工具是位于放置在真空中的公用傳送單元的周圍的。沒有任何真空抽吸單元，圖19中所示的系統(tǒng)便可以低廉的價格在市場上推出。
如上所指出的，處理設備317至321是排成雙行的，即在公用傳送單元322的兩側的兩行中，這樣，如果有必要在各基板上進行附加的處理，或者如果要求同時處理更多的基板，這時附加的處理設備可以容易地布置在公用傳送單元322的任何一側上。由于設備317至321的這種特殊的布置，也有可能將各基板提交給所要求的有選擇的處理序列，只要改變傳送基板的路徑即可。
下面說明上述圖19的系統(tǒng)如何在一塊基板上形成一層膜以及如何在該膜上執(zhí)行激光熱處理。
首先，傳送臂部分從位于裝載區(qū)中的一個箱303中取出一塊鈉玻璃制成的并具有一個清潔的表面的基板，然后將其放置在定位裝置316上。定位裝置316將基板302準確地定位在相對于處理器的位置上。然后，公用傳送單元322將基板傳送到處理設備319中。設備319將基板加熱到諸如350℃至400℃，這一溫度是接近在下一處理中在基板上形成一層非晶硅膜的溫度600℃的。這有助于立即開始膜形成處理及形成高質量的在LCD基板中具有盡可能少的缺陷的非晶硅膜。
接著，公用傳送單元322從處理設備319中取出基板并將其傳送到處理設備320中。更精確地說，是將基極插入設備320的處理室中。將處理室抽空到預定的真空度并充入一種預定的處理氣體，然后用RF(射頻)產生等離子體。在該室中，將基板加熱到大約600℃，借此在基板上形成一層厚達大約300至1500A的非晶硅膜。
然后，公用傳送單元322從處理設備320中取出基板并將其插入處理設備321中。在設備321中，基板被冷卻到400℃或更低的溫度。單元322從處理設備321中取出基板并將其傳送到處理設備318中。在設備318中，一個激光熱處理設備將一個激光束在基板上的非晶硅膜的各目標區(qū)上作用30至1000次，如上所述。結果，非晶硅膜的目標區(qū)改變成島形多晶硅區(qū)。
此后，公用傳送單元322從處理設備318中取出基板并將其傳送到處理設備317中。在設備317中，基板被冷卻到100℃或更低的溫度使它可以插入一個箱306中。然后，公用傳送單元322從設備317中取出基板并將其放在定位裝置316上。傳送臂部分將基板傳送到位于卸載區(qū)中的箱306中。這樣，經過一序列步驟處理后的基板便裝入箱306中了。
下面參照圖20描述包含在上述系統(tǒng)中并設計成提供一個非氧化的環(huán)境(諸如N2氣體)的設備。
如圖20中所示，在一間干凈的房間中裝設了一個外罩402。外罩402限定了一個空間。裝設在這一空間中的有包含處理過的基板305的箱306;傳送臂部分;定位裝置316;公用傳送單元322;公共傳送通道325;以及處理設備317至321。
在外罩402的外面設置了一個非氧化氣源，例如一個N2氣源或氣源裝置403。N2氣體從氣源403經由管道404提供到一個質量流控制器405。質量流控制器405以預定的速率通過一個閥門406將氣體提供給多個供氣口407，這些口是開在外罩402的空間中的。風扇408位于供氣口407中，一個口407中一臺風扇。驅動風扇時，風扇408使N2氣體向下流經一個過濾器409，從而在空間中形成用箭頭示出的多個向下流動的垂直氣流。過濾器409的位置可以位于風扇408的上方，借此使N2氣體通過過濾器409之后形成垂直氣流。
所述外罩402底部的地板411具有平整的配置，帶有若干開口412。在地板411的下面，設置了多臺風扇413，它們將N2氣體從外罩402的空間中抽出。從該空間中抽出的一部分N2氣體經由一個排氣口414用一個排氣裝置415排出系統(tǒng)外面。剩下的部分N2氣體向上輸送經由一個循環(huán)氣體入口416及一個管道418送回供氣口407中。更精確地說，N2氣體是被一臺裝設在管道418中的風扇417驅入口407中的。
用一附著在外罩402內側并與空間連通的壓力檢測裝置419檢測外罩402的空間中的壓強。表示外罩中的壓強的裝置419的輸出被傳送給一個壓力控制器(壓強檢測裝置)420?？刂破?20將空間中的壓強與一個預定的高于諸如大氣壓的壓強進行比較并生成一個表示所比較的壓強之間的差的信號。將該信號傳送給質量流控制器405及排氣裝置415。根據(jù)該信息的大小，控制器405調節(jié)N2氣體的流速，并且排氣裝置415改變氣體通過排氣口414從空間中排出的流速。
外罩402上有一個箱裝載/卸載門430。在門430保持開啟時，可以將箱運進及運出外罩402，由于外罩402內部具有較外部高的氣壓，N2氣體從內向外流動，從而防止了外罩402中的污染。當門430保持關閉時，空間內部的氣壓保持在高于大氣壓上，而空氣不能從外部流入外罩402中。
由于以下兩種原因，最好用N2氣體作為非氧化氣體。第一，它與其它的任何非氧化氣體相比，能夠以比較低的成本生產。第二，它更容易防止一塊LCD基板的表面氧化或變性，使之有可能在LCD基板上形成一層高質量的半導體膜。由于使用了N2氣體，便不需要在制造LCD基板的方法中加入消除自然形成的氧化物膜的步驟，并且LCD基板能以低成本制造。
根據(jù)本發(fā)明，用于向象素電極提供電流的半導體元件不限于TFT;可以有任何其它類型的半導體元件。此外，半導體元件可以形成在非晶半導體膜的一個晶化的表面區(qū)域上。
在本發(fā)明中，如已描述的，將激光束脈沖作用在一層非晶半導體膜的島形目標區(qū)上，借此晶化這些目標區(qū)，并且至少驅動電路區(qū)中的半導體元件是形成在晶化區(qū)中的。各區(qū)域都是均勻地晶化的并呈現(xiàn)相同的晶化狀態(tài)，因此，在這些區(qū)域中形成的驅動電路區(qū)在操作特征上并無差別。再者，由于驅動電路區(qū)、象素區(qū)的開關元件、以及用于將驅動電路區(qū)連接到包括在象素區(qū)中的象素單元上的掃描電極線是在同一次處理中形成的。LCD基板能夠容易地制造，從而是低成本的。
對于熟悉本技術的人，其它的優(yōu)點與改型是顯而易見的。因此，本發(fā)明在其廣義方面并不局限于這里所描述的與示出的特定細節(jié)、代表性裝置、以及示例性實例。從而，可以作出各種改型而不脫離所附的權利要求書及其等價物所限定的一般性發(fā)明概念的精神或范圍。
表1S1S2S3S4S5束能量20Hz8080808080(毫焦耳)120120120120120160160160160160200200200200200束能量10Hz240240240240240(毫焦耳)280280280280320320320320360360360400400430450
權利要求
1.一種制造液晶顯示器基板的方法，該基板包括一塊基板、布置在基板的一個象素區(qū)中的多個半導體元件以及用于驅動這些半導體元件的多個驅動電路區(qū)，所述方法包括以下步驟在所述基板上形成一層非晶半導體膜；間隙性地將具有預定尺寸截面的激光束脈沖作用在所述非晶半導體膜的目標表面區(qū)上，借此將所述目標表面區(qū)改變成基本上等于所述預定尺寸的島形多晶硅區(qū)；使用所述島形多晶硅區(qū)形成驅動電路區(qū)；以及使用一部分所述非晶半導體膜，在所述象素區(qū)中形成所述半導體元件并將所述半導體元件電氣地連接到所述驅動電路區(qū)上。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述島形多晶體區(qū)為位于所述象素區(qū)外側排列成一條直線并以預定的距離互相分隔開的矩形區(qū)域。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中各所述島形多晶體區(qū)是通過將多個激光束脈沖作用在一個目標表面區(qū)上而形成的。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中所作用的各所述激光束脈沖具有比緊接在前面作用在該目標表面區(qū)上的另一個激光束脈沖更大的能量。
5.根據(jù)權利要求3的方法，其中作用在所述一個目標表面區(qū)上的所述激光束脈沖具有相同的能量。
6.根據(jù)權利要求5的方法，其中所述非晶半導體具有從300A至1500A的厚度范圍，所述基板保持在從常溫至550℃的范圍內，并且所述次數(shù)是從30至1000次。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述非晶半導體膜具有500A至1000A的厚度范圍。
8.根據(jù)權利要求3的方法，其中在作用每一個激光束脈沖時，檢測所述一個目標表面已晶化了多少，并且在檢測到所述一個目標表面已晶化到預定的程度時便終止激光束脈沖的作用。
9.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述非晶半導體膜為非晶硅膜。
10.一種制造液晶顯示器基板的方法，該基板包括一塊基板、布置在該基板的一個象素區(qū)中的多個半導體元件、以及用于驅動該半導體元件的至少一個移位寄存器，所述方法包括下述步驟在所述基板上形成一層非晶半導體膜;在所述非晶半導體膜的目標表面區(qū)域上作用激光束脈沖，借此將所述目標表面區(qū)改變成多個島形多晶體區(qū);在所述島形多晶體區(qū)中形成所述至少一個移位寄存器的部件，所述至少一個移位寄存器的各部件包括晶體管;以及形成布線層，借此電氣地互相連接所述至少一個移位寄存器的部件，并將所述至少一個移位寄存器電氣地連接到所述半導體元件上。
11.一種評價半導體膜的晶化狀態(tài)的方法，包括下述步驟在一種最佳晶化狀態(tài)中的參照半導體材料上作用一個激光束，用分光儀檢測所述參照半導體材料反射的激光束，從反射激光束中得出表示與所述參照半導體材料相關的帶隙光譜反射率分布的第一信息，并將該第一信息存儲在一個存儲器中;在所述半導體材料的一個目標區(qū)上作用一個激光束，用所述分光儀檢測所述目標區(qū)反射的激光束，并從反射的激光束中得出表示與所述目標區(qū)相關的帶隙光譜反射率分布的第二信息;以及將所述第一信息與所述第二信息進行比較，并根據(jù)所述第一信息與所述第二信息之間的相似性評價所述目標區(qū)的晶化狀態(tài)。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中所述第一信息與所述第二信息各為帶隙光譜反射率分布的至少一個峰值。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其中所述至少一個峰值為所述半導體材料在X點或Γ點或該兩點上的帶隙光譜反射率。
14.根據(jù)權利要求11的方法，其中所述第一信息與所述第二信息具有帶隙光譜反射率分布的圖形。
15.一種在評價目標表面區(qū)的晶化狀態(tài)中用激光熱處理來晶化非晶半導體材料的一個目標表面區(qū)以形成一層半導體薄膜的方法，所述方法包括下述步驟在一種最佳晶化狀態(tài)的參照半導體材料上作用一個激光束，用一個分光儀檢測所述參照半導體材料反射的激光束，從反射的激光束中得出表示與所述參照半導體材料相關的帶隙光譜反射率分布的第一信息，并將該第一信息存儲在一個存儲器中;在所述半導體材料的目標區(qū)上作用一個激光束，在所述目標區(qū)上執(zhí)行激光熱處理中，用所述分光儀檢測所述目標區(qū)反射的激光束，并從反射的激光束中得出表示與所述目標區(qū)相關的帶隙光譜反射率分布的第二信息;以及將所述第一信息與所述第二信息進行比較并調節(jié)激光束的能量，使得所述第一信息與所述第二信息之間的差落入一個預定的范圍中。
16.根據(jù)權利要求15的方法，其中所述第一信息與所述第二信息各為帶隙光譜反射率分布的至少一個峰值。
17.根據(jù)權利要求15的方法，其中所述至少一個峰值為所述半導體材料在X點或Γ點或該兩點上的帶隙光譜反射率。
18.根據(jù)權利要求15的方法，其中所述第一信息與所述第二信息各為帶隙光譜分布的圖形。
19.根據(jù)權利要求15的方法，其中激光束的能量是通過改變激光束源的輸出來調節(jié)的。
20.根據(jù)權利要求15的方法，其中激光束的能量是通過改變激光束的作用時間間隔來調節(jié)的。
21.根據(jù)權利要求15的方法，其中激光束的能量是通過改變用于作用激光束的激光束發(fā)生器的速度來調節(jié)的。
22.一種用于形成晶體半導體薄膜的裝置，包括一間處理室;位于所述處理室內的裝置，用于支承一個具有一層非晶半導體膜的物體;激光束作用裝置，用于將一個激光束作用在非晶半導體膜的一個目標區(qū)上，借此在該目標區(qū)上進行熱處理;存儲器裝置，用于存儲表示與一種參照半導體材料相關的帶隙光譜反射率分布的第一信息;激光光譜檢測裝置，用于檢測作用在所述目標區(qū)上及從那里反射的激光束，并用于得出表示與所述目標區(qū)相關的帶隙光譜反射率分布的第二信息;評價裝置，用于將所述第一信息與所述第二信息進行比較及評價所述目標區(qū)的晶化狀態(tài);以及激光束能量調節(jié)裝置，用于根據(jù)所述評價裝置所評價的晶化狀態(tài)來調節(jié)激光束的能量，借此將所述第一信息與所述第二信息之間的差減小到一個預定范圍內。
23.一種制造液晶顯示器基板的方法，包括下述步驟在一塊基板上形成一層非晶半導體膜;在所述非晶半導體膜的目標表面區(qū)上間隙性地作用激光束脈沖，借此將所述目標表面區(qū)改變成島形多晶體區(qū);用所述島形多晶體區(qū)形成驅動電路區(qū);以及在所述非晶半導體膜的一部分的一個象素區(qū)中，形成與所述驅動電路區(qū)電連接的開關元件;在最佳晶化狀態(tài)的參照半導體材料上作用一個激光束，用分光儀檢測所述參照半導體材料反射的激光束，從反射的激光束中得出表示與所述參照半導體材料相關的帶隙光譜反射率分布的第一信息，并將第一信息存儲在一個存儲器中;在所述半導體材料的目標區(qū)上作用一個激光束，用所述分光儀檢測所述目標區(qū)反射的激光束，并從反射的激光束中得出表示與所述目標區(qū)相關的帶隙光譜反射率分布的第二信息;以及將所述第一信息與所述第二信息進行比較，并根據(jù)所述第一信息與所述第二信息之間的相似性評價所述目標區(qū)的晶化狀態(tài)。
24.一種用于制造液晶顯示器的系統(tǒng)，包括布置成雙行的多臺處理設備;一個裝載部件，用于將一塊基板裝入所述處理設備中的任何一臺中;定位裝置，用于定位基板;第一傳送裝置，用于在氣壓至少為大氣壓的一種非氧化氣體的環(huán)境中，在所述裝載裝置與所述定位裝置之間傳送基板;第二傳送裝置，用于在氣壓至少為大氣壓的一種非氧化氣體環(huán)境中，在所述處理設備之間傳送基板。
25.根據(jù)權利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理設備包括至少一臺加熱設備，用于將基板加熱到高于室溫并低于膜形成溫度的一個溫度;一臺膜形成設備，用于在將基板保持在所述膜形成溫度上時形成一層膜;一臺冷卻設備，用于冷卻基板;以及一臺熱處理設備，用于將一個激光束作用在基板的一個表面上，從而熱處理基板的表面。
26.根據(jù)權利要求24的系統(tǒng)，其中所述處理設備中包括至少一個真空處理設備，用于在真空中處理基板，并且它還包括一個位于所述真空處理設備與所述第二傳送裝置之間的裝載鎖氣室，用于在大氣壓、非氧化氣體環(huán)境、或真空中接納基板。
27.根據(jù)權利要求24的系統(tǒng)，其中所述第二傳送裝置包括一個能在X軸方向中移動的臺架以及一條能夠在Y軸方向與Z軸方向中移動并繞所述Z軸轉動的臂。
28.一種用于制造液晶顯示器的系統(tǒng)，具有一個包含一個裝載區(qū)、一個卸載區(qū)、第一傳送裝置與定位裝置的箱區(qū);以及一個包含多臺處理設備與第二傳送裝置的處理區(qū);其中至少有一個用于容納多塊待處理的基板的箱位于所述裝載區(qū)中，至少有一個用于容納多塊已處理過的基板的箱位于所述卸載區(qū)中，所述第一傳送裝置位于至少具有大氣壓的一種非氧化氣體環(huán)境中并在所述裝載區(qū)與所述定位裝置之間傳送基板，所述處理設備排成兩行，所述第二傳送裝置位于兩行之間，并且所述第二傳送裝置位于至少具有大氣壓的一種非氧化氣體環(huán)境中并在所述處理設備與所述定位裝置之間傳送基板。
29.根據(jù)權利要求28的系統(tǒng)，其中所述處理設備中包括至少一臺加熱設備，用于將基板加熱到高于室溫并低于膜形成溫度的一個溫度;一臺膜形成設備，用于在將基板保持在所述膜形成溫度上時形成一層膜;一臺冷卻設備，用于冷卻基板;以及一臺熱處理設備，用于將一個激光束作用在基板的一個表面上，借此熱處理基板的表面。
30.根據(jù)權利要求28的系統(tǒng)，其中所述處理設備中包括至少一臺真空處理設備，用于在真空中處理基板，并且它還包括一個位于所述真空處理設備與所述第二傳送裝置之間的裝載鎖氣室，用于在大氣壓、非氧化氣體環(huán)境及真空中接納基板。
31.根據(jù)權利要求28的系統(tǒng)，其中所述第二傳送裝置包括一個能夠在X軸方向中移動的臺架以及一條能夠在Y軸方向與Z軸方向中移動并繞所述Z軸轉動的臂。
全文摘要
用CVD法在一塊玻璃基板上形成一層非晶硅膜，然后用一個激光束照射部件將與島形區(qū)同樣尺寸的激光束脈沖間隙性地照射在非晶硅膜上而將非晶硅膜的島形區(qū)改變成排列成一行并以預定的距離互相分隔開的多個多晶硅區(qū)。包含作為半導體區(qū)的島形區(qū)的開關元件是通過蝕刻與膜形成處理形成的，以構成一個驅動電路區(qū)。該區(qū)分成門驅動電路區(qū)與源驅動電路區(qū)用于驅動形成在一個象素區(qū)中的薄膜晶體管。
文檔編號H01L21/20GK1088002SQ9311467
公開日1994年6月15日 申請日期1993年11月16日 優(yōu)先權日1992年11月16日
發(fā)明者今橋一成, 浜貴一, 煙次郎 申請人:東京電子株式會社