KR0174582B1 - 비정질규소의 재결정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비정질규소의 재결정화방법에 관한 것으로, 탈수소공정을 생략한 단순한 공정에 의해 저렴한 비용으로 비정질규소박막을 다결정화시키기 위한 것이다.

본 발명은 절연기판상에 PECVD방법에 의해 재결정핵을 가지는 제1 비정질규소막을 형성하는 단계와, 상기 제1 비정질규소막위에 스터터링방법에 의해 제2 비정질규소막을 형성하는 단계와, 상기 비정질규소막에 엑시머 레이저를 조사하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정질규소의 재결정화방법을 제공한다.

Description

비정질규소의 재결졍화방법

제1도는 종래의 비정질규소의 재결정화방법을 도시한 공정순서도.

제2도는 종래의 비정질규소의 재결정화방법을 도시한 공정순서도.

제3도는 엑시머 레이저의 펄스에너지에 따른 재결정화된 규소의 그레인크기를 도시한 도면.

제4도는 본 발명에 의한 비정질규소의 재결정화방법을 도시한 공정순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 절연기판 12 : 제1 비정질규소박막

13 : 제2비정질규소박막 14 : 다결정규소막

본 발명은 비정질규소의 재결정화방법에 관한 것으로, 특히 상온에서 엑시머 레이저(Excimer Laser)로 재결정화할 때 탈수소공정을 생략하여 공정을 단순화시킬 수 있도록 한 것이다.

엑시머 레이저 등의 강한 자외광을 펄스형태로 비정질규소에 조사하여 다결정규소박막을 제조하면 전하의 이동도(mobility)를 증가시킬 수 있으므로 전류구동 능력이 우수한 박막트랜지스터를 제조할 수 있다.

엑시머 레이저광으로 재결정화하는 초기의 비정질규소박막은 일반적으로 저압화학기상증착법(LPCVD: Low Pressure Chemical Vapor Deposition)이나 플라즈마 화학기상증착법(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 증착한 후 이 비정질규소박막에 엑시머 레이저광을 조사하여 재결정화시켜 다결정규소박막으로 만들었다.

제1도는 PECVD로 형성한 비정질규소막(2)을 재결정화시키는 공정을 도시한 것이다.

제1도(a)와 같이 PECVD방법을 이용하여 절연기판(1)상에 형성한 비정질규소막(2)은 일반적으로 상당히 많은 수소를 포함하고 있으며, 그 양은 구성원자 개수로 따져서 5%∼15%의 범위에 든다(5∼15 atom%).

이러한 수소가 많이 포함된 규소박막은 재결정화시키기전의 탈수소공정이 필요하게 되는데 이 탈수소공정은 제1도(b)와 같이 비정질규소막(2)을 450℃이상의 온도에서 일정시간 처리하거나 적당히 낮은 에너지밀도의 엑시머 레이저광을 비정질규소막(2)에 조사함으로서 행해지게 되며, 이와 같은 탈수소공정을 거친 상기 비정질규소막은 탈수소화된 비정질규소막(3)으로 변하게 된다.

이어서, 제1도(c)와 같이 상기 탈수소화된 비정질규소막(3)에 재결정화에 필요한 에너지밀도를 갖는 엑시머 레이저광을 조사하면 다결정규소막(4)으로 변화하게 된다.

한편, 제2도는 비정질규소막을 LPCVD방법으로 형성한 경우의 재결정화 방법을 도시한 것으로 LPCVD방법에 의해 비정질규소박막을 형성하면 수소가 거의 포함되지 않게 되므로 탈수소공정이 필요없게 되어 제2도(a)와 같이 절연기판(1)상에 비정질규소막(2)을 형성한 다음 제2도(b)에 도시된 바와 같이 탈수소공정을 거치지 않고 직접 엑시머 레이저광을 조사하여 재결정화시켜 다결정규소막(4)을 변화시킬 수 있다.

상기와 같은 방법에 의해 재결정화된 다결정규소막(4)의 그레인크기는 제3도에 도시된 바와 같이 엑시머 레이저의 에너지밀도에 따라 변화하며, 규소박막의 두께, 공정시의 온도(T1,T2)에 따라 변화하게 된다.

상술한 종래기술의 PECVD방법에 의한 비정질규소 제조공정은 온도가 낮아(약350℃미만)유리기판을 사용할 수 있는 반면, 수소함량이 높기 때문에 탈수소공정이 필요하며, 재결정화된 다결정박막의 물리적, 전기적특성을 넓은 면적에 균일하게 얻기가 상대적으로 까다롭다.

또한, LPCVD에 의한 비정질규소는 일반적으로 580℃이상의 고온에서 형성되므로 기존의 상용 유리기판을 사용하기 쉽다.

한편, 저온에서 증착이 가능하고 수소함량이 최소로 조절되는 비정질규소의 증착방법은 스퍼터링방법이 있으나, 스퍼터링에 의한 비정질규소는 엑시머 레이저에 의해서 재결정화가 이루어지지 않는다.

그 이유는 PECVD나 LPCVD등과 같은 CVD방법에 의해 증착된 비정질규소박막은 박막내에 재결정화 핵(nucleus)이 존재하지만 스퍼터링에 의한 비정질규소는 완전히 비규칙적인 원자배열에 가까워 재결정화 핵이 존재하지 않기 때문이다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로 수소함량이 극히 적고 결정화 핵을 가지면서도 상온에서 증착이 가능한 비정질규소막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 비정질규소의 재결정화 방법은 절연기판상에 PECVD방법에 의해 재결정핵을 가지는 제1 비정질규소박막을 형성하는 단계와, 상기 제1 비정질규소박막위에 스퍼터링 방법에 의해 제2비정질규소박막을 형성하는 단계, 상기 비정질규소박막에 엑시머 레이저를 조사하는 단계로 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 비정잘규소의 재결정화 방법은 절연기판상에 PECVD방법에 의해 규소가 함유되고 규소의 재결정화핵을 가지는 박막의 형성하는 단계와, 상기 규소가 함유된 박막상에 스퍼터링방법에 의해 비정질규소박막을 형성하는 단계와, 상기 비정질규소박막에 엑시머 레이저를 조사하는 단계로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

제4도는 본 발명에 의한 비정질규소의 재결정화방법을 도시하였다.

우선, 제4도(a)와 같이 절연기판(11)위에 pecvd방법에 의해 5∼200Å의 얇은 두께를 갖는 제1 비정질규소박막(12)을 형성한 후 이위에 스퍼터링 방법에 의해 100∼2000Å두께의 제2 비정질규소박막(13)을 형성한 다음, 제4도(b)와 같이 엑시머 레이저를 조사하여 상기 제1 및 제2 비정질규소박막(12,13)을 재결정화시킨다.

엑시머 레이저에 의한 결정화는 엑시머 레이저광의 흡수→비정질규소층의 용융→기판과 비정질규소 계면층에 남아 있는 결정생성 핵으로부터 고체화→그레인경계의 이동(즉, 그레인의 성장)→그레인경계의 고정(박막의 완전 고체화)의 과정이 약 10nsec(1×10^-8초)정도 이내에 일어나게 된다.

기판(11)과 제1 비정질규소박막(12)의 계면에는 PECVD로 증착한 후 제1비정질규소의 결정생성 핵이 존재하므로 엑시머 레이저에 의해 용융된 스퍼터링으로 증착한 제2 비정질규소박막(13)은 계면 부근의 결정생성 핵으로부터 성장하는 결정과정에 의해 다결정규소층으로 변화하게 된다.

따라서 비정질규소막 전체가 다결정규소막으로 변화하게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 상기와 같이 제1비정질규소박막을 형성하지 않고 PECVD방법에 의해 규소가 함유된 박막을 형성한 다음 이위에 스퍼터링방법에 의해 비정질규소막을 형성한 후 엑시머 레이저광을 조사하여 다결정규소박막으로 만드는 것도 가능하다.

상술한 재결정화 방법은 제1 비정질규소박막 형성 공정대신에 규소가 함유된 박막을 형성한 것 이외에는 유사하게 본 발명의 다른 실시예도 적용된다.

이때 규소가 함유된 박막으로는 산화규소막이나 질화규소막 등이 해당된다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 종래의 PECVD에 의한 비정질규소층를 레이저로 결정화시킬 때 필요한 탈수소공정을 필요로 하지 않으므로 공정이 단순해지고 특성의 균일도가 향상된다.

또한 탈수소공정을 필요하지 않는 LPCVD에 의한 비정질규소의 레이저 재결정화방법은 석영 유리기판 등의 고가의 기판을 사용해야 하나, 본 발명에 의하면 유리기판의 사용이 가능하므로 제조비용을 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 절연기판상에 PECVD방법에 의해 재결정핵을 가지는 제1 비정질규소막을 200Å이하로 형성하는 단계와, 상기 제1 비정질규소막위에 스퍼터링 방법에 의해 제2 비정질규소막을 형성하는 단계와, 상기 비정질규모막에 엑시머 레이저를 조사하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정질규소의 재결정화방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 비정질규소막은 100∼2000Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 비정질규소의 재결정화방법.
3. 절연기판상에 PECVD방법에 의해 규소가 함유되고 규소의 재결정화핵을 가지는 절연박막을 형성하는 단계와, 상기 규소가 함유된 박막상에 스퍼터링방법에 의해 비정질규소막을 형성하는 단계와, 상기 비정질규소막에 엑시머 레이저를 조사하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정질규소의 재결정화방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 규소가 함유되고 규소의 재결정핵을 가지는 절연박막은 질화규소박막 또는 산화규소박막임을 특징으로 하는 비정질규소의 재결정화방법.