KR100269349B1 - 펄스레이저를이용한실리콘박막재결정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 a-Si:H막 결정시 SiNx막의 사용 및 탈수소를 통하여 얻어진 시편에 펄스 레이저를 사용하여 균일한 표면과 향상된 결정도를 갖게하는데 적당한 실리콘 재결정방법에 관한 것으로 기판위에 SiNx막과 a-Si:H막을 차례로 성막하고 400~500℃에서 30분에서 3시간 정도 탈수소 처리하여 시편을 형성한 후 가시광영역의 펄스레이저를 0.5~1.5J/cm2의 에너지밀도로 주사하여 재결정화 함을 특징으로 하는 펄스 레이저를 이용한 실리콘 박막 재결정방법.
Description
제1도는 종래의 시편 제작구조도.
제2(a)도는 본 발명에 따른 시편 제작구조도.
제2(b)도는 개결정화와 관련한 레이저 빔의 주사 및 펄스를 제어하는 공정도.
제3도는 레이저 에너지밀도에 따른 재결정막의 표면 균일도 및 결정화소를 나타낸 그래프.
제4도는 레이저 쇼트밀도에 따른 표면균일도 및 결정화소를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유리기판 2 : a-Si(H막)
3 : SiNx막 4 : 레이저 빔
5 : 펄스간의 간격 6 : 주사선
7 : 주사선간격
본 발명은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(poly-Si TFT)용 액티브층(active layer)의 박막에 관한 것으로 특히, a-Si:H막 결정시 SiNx막의 사용 및 탈수소를 통하여 얻어진 시편에 짧은 파장의 레이저 빔을 사용하여 재결정화하므로서 얇은 박막을 형성함과 동시에 표면이 균일하고 결정도를 향상시키는데 적당하도록 한 실리콘 재결정방법에 관한 것이다.
레이저를 이용한 비정질 실리콘 박막의 재결정화하는 광기전력(photovoltaic)이나 TFT(박막 트랜지스터)에 적용하기 위하여 행하여지고 있다.
이때 유리기판(1)에서 결정화하기 위해서는 제1도와 같이 유리기판(1)상에 각종 증착법으로 a-Si:H막(2)을 7000~15000Å 두께로 막을 증착한 시편을 형성한 후 이에 레이저를 주사하여 재결정화 처리한다.
이 경우는 CW레이저보다는 펄스레이저가 유리하다.
이와 같이 펄스레이저를 이용시 펄스모드(pulsed mode)에서 작동하는 파장 1.06μm의 Nd:YAG레이저를 100psec(pico sec)의 펄스지속(pulsed duration)으로 발진시킨 다음, 광학계를 통하여 시편에 수직으로 빔을 주사하고 시편을 X,Y축으로 움직이거나 레이저 빔의 시편에 주사되는 시간을 제어하여 쇼트밀도(shot density)를 결정한다.
그러나 이와 같은 종래 기술은 1.06μm의 장파장을 사용하기 때문에 광흡수 계수가 작게된다.
따라서 a-Si:H막의 두께를 7000~15000Å으로 두껍게 형성하여야 한다.
그러나 재결정화된 막을 TFT에 적용하기 위해서는 막의 두께가 1000Å 이하가 되는 것이 유리하므로 두께가 얇은 a-Si:H막의 재결정화를 위해서는 보다 짧은 파장의 레이저를 사용하여야 한다.
이에 본 발명은 기판과 a-Si:H막 사이에 SiNx층을 형성하여 a-Si:H막의 두께를 500~2000Å으로 얇게 형성함과 동시에 재결정화와 관련한 레이저 빔의 주사를 달리하여 표면상태가 양호하고 향상된 결정도를 갖는 박막을 형성시키는데 적당한 펄스레이저를 이용한 실리콘 박막 재결정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 펄스레이저를 이용한 실리콘 박막 재결정방법을 설명하기로 한다.
제2(a)도 내지 제2(b)도는 본 발명의 펄스레이저를 이용한 실리콘 박막 재결정방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
제2(a)도에 도시한 바와 같이 유리기판(1) 위에 SiNx막(3)을 1000~5000Å의 두께로 증착하고 상기 SiNx막(3)상에 a-Si:H막(2)을 500~2000Å 정도의 두께로 증착한다.
이어, 400~500℃의 온도에서 약 30분에서 3시간 정도 가열하여 탈수소화 공정을 실시하여 시편을 형성한다.
그리고 상기 시편에 레이저 빔(4)을 주사하여 재결정화하는 공정으로 이루어진다.
본 발명에서 유리기판(1)과 a-Si:H막(2) 사이에 SiNx막(3)을 성막한 것은 500~2000Å의 두께를 갖는 a-Si:H막(3)을 유리기판(1)에 곧바로 증착하여 재결정화시키면 a-Si:H막의 표면 거칠기가 좋지 않기 때문이다.
따라서 그 중간에 SiNx를 형성하고 상기 a-Si:H막에 함유된 수소를 제거한 후 레이저 빔을 주사하므로서 표면균일도를 향상시키고 결정도가 우수한 균일한 박막을 얻는다.
이어, 제2(b)도는 레이저 빔 주사와 관련한 펄스 및 주사간격을 제어하는 공정도이다.
제2(b)도에 도시한 바와 같이 시편에 10~200nsec(nano sec)의 펄스지속시간에서 작동하는 빔의 직경 50~500μm로 접속하는 가시광영역의 펄스 레이저로서 0.5~1.5J/cm2의 에너지 밀도로 주사한다.
이때 레이저 빔을 주사하는 쇼트 밀도(shot density)제어공정으로서는 시편 또는 레이저 빔을 X축과, Y축 방향으로 움직여서 레이저 펄스와 펄스간의 간격(5)과 주사(6)간의 간격(7)이 동일하도록 조정하면서 빔을 주사한다.
또한 상기와 같은 쇼트 밀도 제어공정의 다른 실시예로서, 펄스간의 간격과 주사선간의 간격을 달리할 경우 주사선상에서만 TFT를 제작할 수 있으며 이경우는 시편의 전면적을 레이저로 주사할 필요가 없다.
이상에서와 같이 유리기판(1)과 a-Si:H막(2) 사이에 SiNx층(3)을 형성한 후 가시광영역의 펄스 레이저를 주사하여 2000Å 이하의 얇은 막을 갖는 실리콘 박막으로 재결정화함으로써 표면 거칠기가 개선되었고 결정화율도 향상되었다.
이에 따른 시험결과는 제3도 및 제4도에 나타낸 바와 같이 본 발명은 다른 비교예에 비해 결정도 및 표면 균일도가 향상된다.
Claims (3)
- 유리기판(1) 위에 비정질실리콘(a-Si:H)을 성막하여 재결정화하는 방법에 있어서,유리기판(1) 위에 SiNx막과 a-Si:H막(2)을 차례로 성막하고 400~500℃에서 30분에서 3시간 정도 탈수소 처리하여 시편을 형성한 후, 레이저 빔 직경이 50~500μm인 가광영역의 펄스 레이저를 0.5~1.5J/cm2의 에너지밀도로 주사하여 재결정화함을 특징으로 하는 펄스레이저를 이용한 실리콘 박막 재결정방법.
- 제1항에 있어서,SiNx막(3)을 1000~5000Å 두께로 증착한 후 a-Si:H막(2)을 500~2000Å 두게로 증착함을 특징으로 하는 펄스레이저를 이용한 실리콘 박막 재결정방법.
- 제1항에 있어서,상기 시편에 펄스레이저를 펄스와 펄스간격이 주사선간격과 일치하게 하여 재결정화함을 특징으로 하는 펄스레이저를 이용한 실리콘 박막 재결정방법.
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