KR100496489B1 - 실리콘 결정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘의 결정화 방법에 관한 것으로, 특히 레이저 빔(laser beam)을 이용한 저온 실리콘 결정화방법 중 실리콘 그레인(grain)의 측면성장을 유도하여 결정화하는 방법(SLS :Sequential Lateral Solidification)에 관한 것이다.

본 발명은 결정층에 발생하는 불연속 영역(불규칙한 결정영역)이 분산되어 발생하도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 초기 레이저 빔을 이전의 결정영역보다 X축 또는 -X축 방향으로 수 ㎛~수십 ㎛ 이동하여 조사(照射)하거나, 새로운 레이저 빔 패턴을 설계하여 상기 불연속적인 결정영역이 분산되도록 결정화하는 방법을 제안한다.

이와 같이 하면, 스위칭 및 구동 소자를 형성할 때, 상기 불연속적인 결정영역에 상기 구동 소자 또는 스위칭 소자가 형성될 확률을 낮출 수 있어서 액정패널의 동작저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

실리콘 결정화방법{Method for crystallizing of an amorphous Si}

본 발명은 저온으로 폴리실리콘(poly silicon)을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 결정립(grain)의 측면성장을 유도하는 결정화 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 실리콘은 결정상태에 따라 비정질 실리콘(amorphous silicon)과 결정질 실리콘(crystalline silicon)으로 나눌 수 있다.

비정질 실리콘은 낮은 온도에서 증착하여 박막(thin film)을 형성하는 것이 가능하여, 주로 낮은 용융점을 가지는 유리를 기판으로 사용하는 액정패널(liquid crystal panel)의 스위칭 소자(switching device)에 많이 사용한다.

그러나, 상기 비정질 실리콘 박막은 액정패널 구동소자의 전기적 특성과 신뢰성 저하 및 표시소자 대면적화에 어려움이 있다.

대면적, 고정세 및 패널 영상구동회로, 일체형 랩탑컴퓨터(laptop computer), 벽걸이 TV용 액정표시소자의 상용화는 우수한 전기적 특성(예를 들면 높은 전계효과 이동도(30㎠/VS)와 고주파 동작특성 및 낮은 누설전류(leakage current))의 화소 구동소자를 요구하며 이는 고품위 다결정 실리콘(poly crystalline silicon)의 응용을 요구하고 있다.

특히, 다결정 실리콘 박막의 전기적 특성은 결정립(grain)의 크기에 큰 영향을 받는다. 즉, 결정립의 크기가 증가함에 따라 전계효과 이동도(mobility)도 따라 증가한다.

따라서, 이러한 점을 고려하여 실리콘을 단결정화 하는 방법이 큰 이슈로 떠오르고 있으며, 최근 들어 에너지원을 레이저로 하여 실리콘 결정의 측면성장을 유도함으로써, 거대한 단결정 실리콘을 제조하는 SLS(sequential lateral solidification)(연속적인 측면 고상화라함.)기술이 국제특허 "WO 97/45827"과 한국 공개특허"2001-004129"에 제안되었다.

상기 SLS 기술은 실리콘 결정립이 액상 실리콘과 고상 실리콘의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 레이저 에너지의 크기와 레이저빔(laser beam)의 조사범위의 이동을 적절하게 조절하여 실리콘 결정립을 소정의 길이만큼 측면성장 시킴으로서 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 것이다.

이러한 SLS기술을 실현하기 위한 SLS 장비는 이하, 도 1에 도시한 바와 같다.

상기 SLS 장비(32)는 레이저 빔(34)을 발생하는 레이저 발생장치(36)와, 상기 레이저 발생장치를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈(40)와, 기판(44)에 레이저 빔을 나누어 조사시키는 마스크(38)와, 상기 마스크(38)의 상, 하부에 위치하여 상기 마스크를 통과한 레이저빔(34)을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈(42)로 구성된다.

상기 레이저빔 발생장치(36)는 광원에서 가공되지 않은 레이저빔을 방출시키고, 어테뉴에이터(미도시)를 통과시켜 레이저빔의 에너지 크기를 조절하고, 상기 집속렌즈(40)를 통해 레이저 빔(34)을 조사하게 된다.

상기 마스크(38)에 대응되는 위치에는 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판(44)이 고정된 X-Y스테이지(46)가 위치한다.

이때, 상기 기판(44)의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 상기 X-Y스테이지(46)를 미소하게 이동하여 줌으로써 결정영역을 확대해 나가는 방법을 사용한다.

전술한 구성에서, 상기 마스크(38)는 상기 레이저 빔을 통과시키는 투과영역(A)과, 레이저 빔을 차단하는 차단영역(B)으로 구분된다.

상기 차단영역(B)의 너비(투과영역 사이의 거리)는 결정립의 측면성장 길이를 결정한다.

전술한 바와 같은 종래의 SLS 결정화 장비를 이용하여 실리콘을 결정화하는 방법을 알아본다.

일반적으로, 결정질 실리콘은 상기 기판에 절연막인 버퍼층(buffer layer)(미도시)을 형성하고, 상기 버퍼층 상부에 비정질 선행 막을 증착 한 후에 이를 이용하여 형성한다. 상기 비정질 선행 막은 일반적으로 화학 기상증착법(CVD)등을 이용하여 기판에 증착하게 되며, 이는 박막 내에 수소를 많이 함유하고 있다.

상기 수소는 열에 의해 박막을 이탈하는 특징이 있기 때문에, 상기 비정질 선행 막을 1차로 열처리하여 탈수소화 과정을 거치는 것이 필요하다.

왜냐하면, 수소를 미리 제거하지 않은 경우에는 결정박막의 표면이 매우 거칠어져 전기적으로 특성이 좋지 않기 때문이다.

도 2는 탈수소화 과정을 거치고 일부분이 결정화된 비정질 실리콘(52)막이 형성된 기판(54)이다.

도시한 바와 같이, 레이저 빔을 이용한 결정화는 기판(54)의 전 면적을 동시에 결정화 할 수 없다.

왜냐하면, 레이저 빔의 빔폭과 마스크(도 1의 38)의 크기가 제한되어 있기 때문에 대면적으로 갈수록 상기 하나의 마스크(도 1의 38)를 여러번 정렬하고, 그 때마다 결정화 과정을 반복함으로써 결정화가 이루어진다.

이때, 상기 단일 마스크의 축소면적(C)만큼 결정화 된 영역을 한 블록이라 정의하면, 상기 한 블록내의 결정화 또한 다차(多次)의 레이저 빔 조사를 통해 이루어진다.

이하, 도 3은 종래에 따른 실리콘 결정화에 사용되는 마스크의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 종래에 따른 마스크(60)는 투과영역(A)과 차단영역(B)을 가로방향의 스트라이프 형태(stripe type)가 되도록 구성하여 결정화 공정을 진행한다.

이때, 상기 투과영역(A)은 이를 통과한 빔 패턴의 세로 길이가 한번의 레이저 조사공정에 의해 성장하는 결정립의 최대성장 길이의 두 배의 길이보다 작은 길이를 가지도록 하고, 상기 차단영역(B)은 상기 투과영역(A)의 세로길이보다 약간 작게 구성되도록 설계한다.

이와 같이 하면, 상기 1차 레이저빔을 조사하였을 경우, 멜팅영역에서는 비정질 실리콘층의 양측 계면에서 결정립이 각각 측면 성장하게 되고, 각 측면성장한 결정립은 바운더리가 충돌하면서 성장을 멈추게 된다.

만약, 상기 차단영역의 세로 길이가 성장한 결정립 길이의 두 배 보다 크다면, 미세한 결정립이 생성되는 영역이 존재하기 때문이다.

이러한 영역이 존재하게 되면, Y방향으로의 결정화 공정시, 레이저 빔 패턴이 상기 미세 결정립이 생성된 영역을 포함한 결정화된 영역의 상당부분에 겹쳐 조사되어야 하기 때문에 원하는 결정영역을 얻기 위해 상당한 공정시간을 소요하게 되는 단점이 있다.

앞서 언급한 결정화 공정 중, 상기 마스크(60)를 통과하여 상기 축소렌즈(도 1의 42)에 의해 축소된 빔 패턴은 X축으로 움직이며 결정화를 진행한다. 이때 상기 이동경로는 상기 마스크(60)의 가로방향의 길이만큼 즉, 상기 렌즈에 의해 축소된 패턴의 가로 길이 만큼 ㎜단위로 이동하며 결정화 공정을 진행한다.

따라서, 상기 마스크 또는 X-Y스테이지의 X 방향으로의 움직임의 범위가 커서 결정화 속도가 빠른 특징이 있다.

이하, 도 4a 내지 도 4g를 참조하여, 종래에 따른 결정화 방법을 상세히 설명한다.

도 4a 내지 도 4g는 실리콘 결정화 공정을 종래의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.(이하, 공정에서는 마스크와 비정질 선행막 사이에 존재하는 축소렌즈를 생략하고 설명한다.)

먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 비정질 실리콘을 증착하여 형성한 비정질 선행막(72)이 형성된 기판(70)의 상부에 앞서 설명한 도 3의 마스크(60)를 위치시킨다.

상기 마스크(60)의 상부로 1차 레이저 빔을 조사하면, 레이저 빔은 상기 마스크의 투과 영역(A)을 통해 하부의 비정질 선행막(72)에 조사된다.

상기 레이저 빔이 조사된 비정질 영역은 순간적으로 완전용융(complete melting)되는 동시에 냉각되는 과정을 겪으면서 용융영역(M)과 비 용융영역(NM)의 양측 경계(74a,74b)에서 각각 결정립(76a,76b)이 성장하게 되어 제 1 결정영역(C1)과 제 2 결정영역(C2)으로 결정화 된다.

이때, 조사된 빔패턴은 상기 각 결정영역(C1,C2)에 속하는 결정립 길이의 두배와 같거나 작은 빔폭으로 조사되므로, 상기 양측 경계(74a,74b)에서 각각 측면으로 자란 결정립(76a,76b)은 중간 영역에서 서로 만나면서 결정성장을 멈추게 된다.

이와 같은 현상으로, 상기 마스크(60)의 투과영역(A)에 대응하는 비정질 영역은 결정영역(C1,C2)이 된다.

이때, 상기 결정영역(C1,C2)의 양 끝단은 가운데 영역과는 달리 결정 상태가 불규칙한 불연속 영역(NR)이 존재하게 된다.

이러한 현상은, 상기 투과영역(A)의 에지부(edge)(E)을 통과하는 레이저 빔이 간섭 및 산란현상을 겪게되기 때문이며, 이러한 원인으로 빔패턴은 원형 형상으로 비정질 실리콘막을 녹이게 된다.

따라서, 원형으로 완전용융(complete melting)이 일어나고 결정화되기 때문에, 그레인은 상기 원형 형상의 계면으로부터 수직하게 성장하게 되어 빔 패턴의 중앙부와 비교하여 불연속적인 상태로 성장한다.

이때, 상기 제 1 결정영역(C1)과 제 2 결정영역(C2)의 셀로길이는 ㎛단위이지만, 상기 결정영역의 가로길이는 ㎜단위이다.

따라서, 도시한 도면은 이해하기 쉽도록 형태를 간략화 했을 뿐이며, 실제로 상기 제 1 및 제 2 그레인 영역(C1,C2)의 세로길이와 가로길이는 약 1:1000의 길이비로 형성된다.

도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 1차 레이저 빔의 조사에 의한 결정화가 완료되면 상기 마스크를 수 mm 단위로 X축으로 이동한다.

이때, 상기 마스크(60)는 투과영역(A)의 일 끝단이 상기 불연속 영역(NR)을 포함하도록 위치한다.

연속하여, 상기 마스크(60)의 상부로 2차 레이저빔을 조사하여 하부의 비정질 선행막(72)을 결정화한다.

도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 2차 레이저 빔 조사에 의해 앞서 결정화된 영역(이하, "제 1 영역"이라 칭함)(H1)에 연속하여 X축 방향으로 또 다른 결정영역(이하, "제 2 영역" 이라 칭함)(H2)이 발생하게 된다. 이때, 제 2 영역(H2)또한 일 끝단과 타 끝단에 대응하여 새로운 불연속 영역(NR2)을 포함한다.

즉, 상기 제 1 영역(H1)의 불연속 영역(도 4a의 NR)은 2차 레이저 빔 조사에 의해 재결정화 되나, 이 부분은 여전히 마스크에 구성된 투과영역(도 3의 A)의 끝단에 대응하는 부분이므로 여전히 결정형상이 불규칙적으로 형성되는 불연속 영역(NR2)이 된다. 이때, 상기 재 결정화된 불연속 영역(NR2)은 결정의 방향성이 이전과는 반대방향으로 이루어 진다.

도 4d에 도시한 바와 같이, X 방향으로의 결정화(H1,H2,,,)가 완료되면 상기 마스크(도 3의 60)에 구성된 투과 영역(A)의 숫자만큼 상기 비정질 선행막의 상부에는 가로 방향으로 결정화된 영역(I,J,K)이 상하 방향으로 이격하여 형성된다.

이때, 상기 결정 영역(I,J,K)은 가로 방향으로 규칙적으로 발생한 불연속 영역(NR2,NR3...)을 포함하게 된다.

도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 X방향으로의 결정화가 완료되면, 상기 마스크를 -Y방향으로 이동한다.

이때, 상기 마스크(60)가 움직일 경우에는 -Y축으로, 상기 X-Y스테이지가 움직일 경우에는 Y축으로 미소하게 이동한다.

상기 마스크(60)의 상부로 n차의 레이저빔을 조사하여, 상기 마스크(60)의 투과 영역(A)에 대응하는 비정질 실리콘막(72)을 결정화하는 공정을 진행한다.

이때, 상기 투과 영역(A)은 비정질 실리콘막과, 비정질 선행막을 중심으로 상,하에 형성된 결정영역(I/J,J/K)의 일부를 포함하여 위치한다.

상기 마스크(60)의 상부로 n차의 레이저빔을 조사하게 되며, 상기 투과 영역(A)에 대응하는 비정질 선행막(A)과 일부 결정영역이 용융되고 냉각되면서 결정화 되는 공정이 진행된다.

도 4f에 도시한 바와 같이, 상.하의 결정영역(I,J,K)의 제 2 그레인 영역(C2)과 제 1 그레인 영역(C1)에 위치하는 각 그레인들이 상.하로 성장하게 되고 상기 용융된 비정질 선행막의 중심영역(L)에서 서로 만나면서 결정성장이 멈추게 된다. 이러한 결과 결정립의 길이는 성장하게 된다.

전술한 바와 같은 결정화 공정을 완료하게 되면, 도 4g에 도시한 바와 같이,

비정질 선행막은 모두 다결정 실리콘막(80)으로 결정화 된다.

그런데, 전술한 공정으로 결정화가 완료된 영역을 살펴보면 가로방향으로 이격하여 존재하는 불연속영역(NR,NR2,,,,)은 결정화가 진행될수록 세로 방향으로 진행되고 있음을 알 수 있다.

전술한 바와 같이 구성된 불연속 영역(NR2,NR3,,,)이 스위칭 소자 또는 구동 소자의 채널(소스 및 드레인 전극 사이에 해당하는 액티브층)로 형성될 경우, 결정상태의 불균일에 의해 캐리어의 이동도를 낮출 뿐 아니라 누설전류 특성과 같은 불량에 의해 동작저하를 유발하게 된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 목적으로 제안된 것으로, 본 발명에 따른 실리콘 결정화 방법은 상기 결정영역에 발생하는 불연속 영역대를 분산시켜, 구동소자 및 스위칭 소자의 액티브 채널내에 존재하는 불연속 영역을 감소시키는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 다결정 실리콘 결정화 방법은 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판을 준비하는 단계와; 상기 비정질 실리콘 박막의 이격된 상부에 가로방향으로 연장된 사각형상의 투과영역과 차단영역이 세로 방향으로 이격하여 구성된 마스크를 위치시키는 단계와; (A)상기 마스크의 상부로 1차 레이저 빔을 조사하여, 결정화된 제 1 영역을 형성하는 단계와; (B)상기 제 1 영역의 일 끝단을 포함하는 거리로 상기 마스크를 X축(또는 -X축)방향으로 이동하고, 레이저빔을 조사하여 결정화하는 공정을 거쳐 상기 제 1 영역에 연속하여 제 2 영역을 결정화 하는 단계와; (C)상기(B)단계를 반복하여, X축(또는 -X축) 방향으로의 결정화를 완료하는 단계와; (D)상기 X축 방향으로의 결정화가 완료되면, 상기 마스크를 -Y축과 X축(또는 -X축)으로 순차적으로 이동한 후, -X축(또는 X축) 방향으로 상기 (B)단계를 반복하여 결정화를 진행하는 단계와; (E)상기 -X(또는 X축)축 방향으로의 결정화가 완료되면, 상기 마스크를 -Y축과 -X축(또는 X축)으로 순차적으로 이동한 후, X축 방향으로 상기 (B)단계를 반복하여 결정화를 진행하는 단계와; 상기 (D)와 (E)단계를 반복하여 결정화 공정을 완료하는 단계를 포함한다.

상기 결정화된 영역은 레이저 빔의 조사에 의해 용융된 용융영역과 비용융영역의 경계로부터 서로 마주보며 측면 성장한 각 결정들을 포함한 제 1 결정영역과 제 2 결정영역으로 구성된다.

상기 1차 레이저 빔 조사에 의해 결정화된 영역은 일측과 타측에 서로 결정상태가 불규칙한 불연속 영역이 존재하게 된다.

상기 X 방향으로의 결정공정이 완료된 결정화된 영역은 상기 불연속 영역대가 가로 방향으로 다수개 이격하여 형성된다.

상기 X(또는 -X방향)방향과 -X(또는 X방향)방향으로의 결정이 완료된 결정 영역에 존재하는 불연속 영역은 서로 이격하에 구성되며, 결정 공정이 완료된 결정영역은 세로 방향으로 위치한 불연속 영역이 각각 가로 방향으로 계단형상으로 이격하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 불연속 영역의 가로방향의 이격거리는 수 ㎛ ~ 수십 ㎛인이다.

투과영역과 차단영역으로 구성되는 실리콘 결정화용 마스크에 있어서, 상기 투과영역은 가로 방향으로 이격하여 구성된 다수개의 사각형상 패턴이, 각각 이전 패턴에 비해 -Y축 방향으로 이격 거리를 둔 계단형상으로 구성된다.

본 발명의 다른 특징에 따른 다결정 실리콘 결정화방법은 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판을 준비하는 단계와; 상기 비정질 실리콘 박막의 이격된 상부에 차단영역과, 가로 방향으로 이격하여 구성된 다수개의 사각형상 패턴이 각각 이전 패턴에 비해 -Y축 방향으로 이격 거리를 둔 계단형상으로 구성된 투과영역이 세로 방향으로 이격되어 구성된 마스크를 위치시키는 단계와; (A)상기 마스크의 상부로 1차 레이저 빔을 조사하여, 상기 투과영역의 형상화 하여 제 1 결정영역을 형성하는 단계와; (B)상기 제 1 결정영역의 일 끝단을 포함하는 거리로 상기 마스크를 X축 방향으로 이동하여 결정화 하는 공정을 거쳐 상기 제 1 결정영역에 연속하여 제 2 결정영역을 형성하는 단계와; (C)상기(B)단계를 반복하여, X축(또는 -X축) 방향으로의 결정화를 완료하는 단계와; (D)상기 X축(또는 -X축) 방향으로의 결정화가 완료되면, 상기 마스크를 -Y축으로 이동한 후, -X축(또는 X축) 방향으로 상기 (B)단계를 반복하여 결정화를 진행하는 단계와; 상기 (C)단계와 (D)단계를 반복하여 결정화를 완료하는 단계를 포함한다.

상기 결정화된 영역은 레이저 빔의 조사에 의해 용융된 용융영역과 비용융영역의 경계로부터 서로 마주보며 측면 성장한 각 결정들을 포함한 제 1 결정영역과 제 2 결정영역으로 구성되며, 상기 1차 레이저 빔 조사에 의해 결정화된 영역은 일측과 타측에 서로 결정상태가 불규칙한 불연속 영역이 존재하게 된다.

상기 X(또는 -X)방향으로의 결정 공정이 완료된 결정 영역은 이에 존재하는 다수의 불연속 영역이 세로 및 가로방향으로 이격하여 위치한다.

상기 불연속 영역의 가로방향의 이격 거리는 수 ㎛ ~ 수십 ㎛인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 SLS 결정화방법을 아래의 실시예를 통해 상세히 설명한다.

-- 제 1 실시예 --

본 발명의 제 1 실시예는 결정화를 진행하는 동안 상,하 방향으로 연속적으로 발생하는 불연속 영역을 분산시키기 위해, 레이저 빔을 이전의 결정영역보다 X축 또는 -X축 방향으로 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 이동하여 조사함으로써, 결정화 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연속적인 측면성장 결정화 공정을 공정순서에 따라 도시한 공정도이다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 기판(100)상에 비정질 선행막(102)을 형성하고, 비정질 선행막(102)의 이격된 상부에 투과 영역(A)과 차단 영역(B)으로 구성된 마스크(160)를 위치시킨다.

상기 투과 영역(A)은 가로 방향의 스트라이프 형상이며, 이는 세로 방향으로 이격하여 구성된다. 이때, 이격 영역은 차단 영역(B)이 된다.

전술한 바와 같이 구성된 마스크(160)의 상부로 레이저 빔을 조사하게 되면, 상기 투과 영역(A)에 대응하는 비정질 선행막(102)은 투과 영역을 통과한 레이저 빔에 의해 완전용융(complete melting)된 후 급격히 냉각되면서 용융된 부분은 결정화가 진행된다.

상기 실리콘 결정은 용융영역(M)과 비 용융 영역(NM)의 경계(104a,104b)로부터 시작되며, 도시한 바와 같이 용융영역(M)의 상하로부터 각각 측면으로 성장한 결정립(106a,106b)들로 구성된 제 1 결정영역(C1)과 제 2 결정영역(C2)으로 결정영역이 발생하게 된다.

이때, 상기 제 1 및 제 2 결정영역(C1,C2)에 속하는 결정립(106a,106b)들은 일반적으로 대략 1㎛의 길이로 성장하게 되는데, 상기 투과 영역(A)의 폭이 상기 투과 영역(A)을 통과한 레이저 빔의 세로 길이가 2*그레인의 길이일 경우에, 상기 제 1 및 제 2 결정영역(C1,C2)에 속하는 결정립들(106a,106b)은 결정성장 동안 서로 만나게 되면서 결정이 멈추게 된다.

전술한 바와 같은 1 차 레이저 빔 조사를 통해 상기 마스크(160)의 투과영역(A)에 대응하여 다수의 결정영역이 형성된다.

이때, 상기 투과영역(A)의 양 끝단(E)에 대응하는 부분은 종래에서 언급한 불연속적인 결정이 생성되는 불연속 영역(NR)이 존재하게 된다.

도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 마스크를 X축 방향으로 이동한다.

상기 마스크(160)는 수 ㎜단위로 이동하게 되며 이때, 상기 마스크(160)에 구성된 투과영역(A)의 양 끝단은 상기 불연속 영역(NR)을 포함하면서 위치한다.

이때, 상기 마스크(160)의 투과영역(A)과 상기 불연속 영역(NR)의 오버랩 영역의 폭은 대략 '레이저 빔폭/2'이다.

상기 마스크(160)의 상부로 2차 레이저 빔을 조사하게 되면, 상기 불연속 영역(NR)과 상기 마스크(160)의 투과영역(A)에 대응하는 비정질 선행막이 완전 용융되고 냉각되면서 앞서 설명한 바와 같이 결정화가 진행된다.

이때, 상기 불연속 영역(NR)은 레이저 빔에 의해 재결정화 되기는 하지만 여전히 투과영역(A)의 말단에 해당되고, 이 부분에서는 빛의 간섭과 산란 현상에 의해 여전히 결정 상태가 불규칙적으로 발생하게 된다.

전술한 바와 같은 결정화 공정을 X축방향으로 n차의 레이저 빔 조사를 통해 결정화하게 되면 도 5c에 도시한 바와 같이, 스트라이프형으로 형성된 결정영역(I,J,K)이 세로 방향으로 다수개 구성된 형상이 된다.

이때, 상기 각 결정영역은(I,J,K) 수 mm단위의 거리마다 불연속 영역(NR,NR2,NR3..)이 규칙적으로 존재하게 된다.

도 5d에 도시한 바와 같이, X방향으로의 결정화가 모두 진행된 후, 마스크를 -Y축 과 X축으로 순차적으로 이동하여, 상기 마스크가 결정화되지 않은 비정질 선행막의 상부로 이동하도록 한다.

이와 같은 마스크(160)의 이동은, 상기 마스크(160)에 구성된 투과 영역(A)의 일 끝단이 앞서 결정화된 결정영역(I,J,K)에 발생된 불연속 영역(NR)대로부터 X축 방향으로 수㎛~수십㎛로 이격된 거리(DL)에 위치하게 된다.

또한, 상기 마스크(160)는 투과영역(A)이 이미 결정화 된 영역(I/J,J/K)의 일부와 비정질 선행막에 대응되도록 구성한다.

다음으로, 상기 마스크(160)의 상부로 n+1차의 레이저빔을 조사한 후 결정화를 진행하게 되면 도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 레이저빔이 조사된 부분은 완전 용융되고 급격히 냉각되면서 결정화가 진행된다.

이때, 상기 결정화가 진행되는 동안 상기 마스크의 투과영역에 대응되었던 결정영역(C1,C2)에 속하는 그레인들이 연속하여 성장하게 된다.

이때, 특징적인 것은 상기 n+1차의 레이저 빔 조사에 의해 발생한 결정영역 또한 앞서 설명한 바와 같은 불연속 영역(NR2)이 발생하게 되는데, 이는 앞서 X방향으로 결정화가 진행되는 동안 생성된 불연속 영역(NR)대와는 수㎛~수십㎛의 이격된 거리에 발생하게 된다.

전술한 바와 같은 공정을 통해 -X축으로 결정화를 연속하여 진행하게 되면, 도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 -X방향으로 움직이면서 결정화가 진행된 영역에서 발생한 다수의 불연속 영역(NR,NR2,,,)은 이전의 결정화 영역에서 발생한 불연속 영역과 가로방향으로 수 ㎛~수십㎛의 이격 거리(DL)에 위치하게 된다.

이러한 이격 거리는 실제 스위칭 소자 및 구동소자를 형성할 때 이에 포함되는 액티브층의 폭보다 큰 거리로 제한된다.

전술한 바와 같은 결정화 공정을 반복하게 되면, 기판(100)에 전면에 대패 결정화가 이루어지며, 결정화 공정중 발생하는 불연속 영역(NR,NR2,,,)은 종래와 같이 일 방향으로 연속하여 존재하지 않고 결정영역의 전면에 대해 분산된 형상이다.

전술한 바와 같이, 상기 불연속 영역이 결정영역의 전면에 대해 분산되기 때문에 그 만큼 이 부분에 구동소자 및 스위칭 소자가 형성될 확률을 낮출 수가 있다.

상세히 설명하면, 일반적으로 액정표시패널은 매트릭스 형상으로 설계되기 때문에, 스위칭 소자가 가로방향 또는 세로방향으로 연속하여 구성된다.

따라서, 종래와 같이 일 방향으로 불연속 영역이 발생하게 된다면, 이 부분에 스위칭 및 구동 소자가 구성되는 경우, 스위칭 및 구동 소자의 액티브 채널 내에 연속하여 불연속 영역이 존재하게 될 것이다.

반면, 상기 불연속 영역이 분산된다면 이 부분에 스위칭 소자 또는 구동소자가 구성된다 하더라도, 스위칭 및 구동소자의 액티브 채널내에 존재하는 불연속 영역을 최소화 할 수 있다.

따라서, 소자의 구동불량에 의한 액정패널의 동작불량을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

이하, 제 2 실시예를 통해 본 발명의 제 1 실시예의 변형예를 설명한다.

-- 제 2 실시예 --

본 발명의 제 2 실시예의 특징은 제 1 실시예와 같이 상기 불연속 영역을 분산시키는 동시에, 결정화 시간을 단축하기 위해 마스크의 투과패턴(이는 레이저빔의 패턴과 동일함)을 계단식으로 설계한 것을 특징으로 한다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마스크의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마스크(260)는 투과영역(A)과 차단영역(B)으로 구성된다.

이때, 상기 투과영역(A)은 다수개의 사각형상 패턴(이하"사각패턴"이라 칭함)(R)이 가로방향으로 이격하여 구성되고 각 패턴은 이전 패턴에 대해 Y방향(또는 -Y방향)으로 소정거리만큼 이격하여 계단형상으로 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 투과 영역(A)의 사각형상의 개수와 상하 방향으로 이격된 사각패턴(R)사이의 거리 등은 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

전술한 바와 같은 구성은 상기 투과영역(A)을 구성하는 다수의 사각패턴(R)을 이격거리(D)를 두고 계단형상으로 구성함으로서, 앞서 종래에서 문제가 되었던 불연속 영역을 분산시키는 동시에, 상기 제 1 실시예의 결정화 방법과 비교하여 공정시간을 단축할 수 있는 특징을 가진다.

이에 대해 이하, 도 7a 내지 도 7d의 공정 평면도를 통해 이를 상세히 설명한다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 결정화 공정을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 7a는 1차 레이저빔 조사에 의해 결정화된 영역을 도시한 평면도이다.

결정공정을 개략적으로 설명하면, 기판(200) 상에 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착하여 비정질 선행막(202)을 형성하고, 비정질 선행막(202)의 이격된 상부에 상기 도 6의 마스크(미도시)를 위치시킨다.

마스크의 상부로 1차 레이저 빔을 조사하게 되면, 레이저 빔은 상기 마스크의 투과영역의 형상대로 마스크를 통과하게 되고 이는 축소렌즈(미도시)에 축소되어 상기 비정질 성행막(202)의 상부에 조사된다.

이때, 비정질 선행막(202)의 상부에 조사된 사각형상의 레이저 빔 패턴의 가로 길이(d1)는 수 ㎜ ~ 수십 ㎜의 단위이며, 빔패턴의 세로 길이(d2)는 대략 2㎛정도가 된다.

이때, 상기 빔패턴의 새로 길이(d2)는 바람직하게는 레이저 빔을 조사했을 때 성장한 그레인 길이의 두 배의 값으로 설계하면 된다.

상기 레이저 빔이 조사되면 비정질 선행막(202)은 용융영역(M)과 비용융영역(NM)으로 구분되며, 상기 용융영역(N)과 비용융영역(M)의 양측 경(206a,206b)계로부터 결정화가 시작된다.

상기 용융영역(M) 마다 상.하 방향에서 각각 결정립(204a,204b)이 성장한 제 1 결정영역(C1)과 제 2 결정영역(C2)으로 구성된 결정영역이 발생하게 된다.

이때, 상기 결정영역(C1,C2)은 상기 마스크(260)에 사각패턴(도 6의 R)의 양끝에 대응하여 결정이 불규칙적으로 성장한 불연속 영역(NR)이 존재하게 된다.

전술한 바와 같은 불연속 영역(NR)은 앞서 언급한 바와 같이, 레이저 빔이 상기 투과영역(투과패턴)의 모서리 부분에서 간섭과 산란현상을 겪게 되면서 발생하게 된다.

상기 불연속 영역을 포함하는 결정영역(C1,C2)은 상기 마스크(도 6의 260)에 구성된 투과영역(도 6의 A)의 형상에 따라 계단형상으로 구성된다.

상기 1차 레이저 빔 조사에 의한 결정화 공정이 완료되면, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상부에 위치한 마스크(260)를 X축 방향으로 이동한다.

이때, 상기 마스크(260)의 이동 거리는, 상기 마스크(260)에 구성된 투과영역(투과패턴)의 일 끝단이 1차 레이저 빔 조사 의해 발생한 불연속 영역(NR)을 포함하며 위치하도록 하는 범위로 제한된다. 동시에, 상기 X축으로 이동한 투과영역은 이전에 결정화된 영역의 제 1 결정영역(C1)을 일부를 포함하여 위치하도록 한다.

연속하여, 상기 마스크(260)의 상부로 2차 레이저빔을 조사하여 결정화를 진행한다.

도 7c에 도시한 바와 같이, 상기 2차 레이저 빔 조사에 의해, 상기 제 1 그레인 영역(C1)의 그레인(204a)은 더욱 성장하게 되는 동시에, x방향과 -Y향으로 새로운 제 3 그레인 영역(C3)이 발생하게 된다.

이때, 1차 결정화에 의해 발생한 불연속 영역(NR)은 상기 레이저 빔이 겹쳐 조사되는 영역으로 다시 재결정화 되어, 앞서 결정화된 방향과 반대방향으로의 결정화가 이루어진 2차 불연속 영역(NR2)이 된다.

상기 2 차 레이저 빔 조사에 의한 결정화 공정으로, 그레인의 길이(제 1 그레인 영역(C1)에 속한 그레인)가 성장한 반면 불연속 영역(NR2)이 가로 방향으로 더욱 발생하게 된다.

이때, 도시한 바와 같이 상기 불연속 영역(NR2) 또한 계단형상으로 분산되어 존재하게 됨을 알 수 있다.

이하, 도 7d와 도 7e는 설명의 편의를 위해, 결정의 형상을 묘사하는 대신 상기 레이저빔 패턴으로 결정영역을 설명한다.

도 7d는 3차 레이저 빔 까지 조사된 형상을 도시한 평면도이다.

앞서 2차 레이저빔 조사에 의한 결정화 공정과 동일한 방법으로 마스크를 X축으로 이동한 후 3차 레이저빔을 조사한다.

이때, 상기 3차 레이저 빔 패턴은 상기 제 2 불연속 영역(NR2) 및 비정질 선행막과, 이전 결정영역의 일부에 대응하여 조사된다.

결과적으로, 기존의 그레인 영역에 대응하여 구성된 그레인이 더욱 성장하게 되고 새로운 제 4 그레인 영역(C4)이 발생하게 된다.

상기 제 4 그레인 영역(C4)의 X축 방향의 일 끝단은 상기 제 2 불연속 영역에 대응하여 제 3 불연속 영역(NR3)이, -X축 방향의 타 끝단은 새로운 제 3 불연속 영역(NR3)이 발생하게 된다.

전술한 바와 같은 공정을 기판의 전면에 대해 진행하였다면, 이하 도 7e에 도시한 바와 같이, 레이저 빔 패턴이 겹쳐지는 부분에서 발생하는 불연속 영역(NR2,NR3,NR4,,,)은 수 ㎛~ 수십 ㎛의 이격거리(DL)로 분산되어 구성될 수 있다. 이때, 상기 이격거리(DL)는 일반적으로 제작되는 스위칭 소자 또는 구동소자의 채널 폭보다 큰 값이어야 한다.

전술한 바와 같이 불연속 영역이 분산되어 존재하게 되면, 일 방향으로 규칙적으로 위치하는 스위칭 소자가 상기 불연속 영역 대에 대응하여 구성된다 하더라도, 스위칭 소자의 액티브 채널에 존재하는 불연속 영역은 종래에 비해 현저히 작아질 것이다.

또한, 본 발명의 제 2 실시예에서 제시한 마스크로 결정화 공정을 진행하게 되면, 앞서 설명한 가로방향의 스트라이프 형상의 마스크로 결정화 공정을 진행하는 하는 것보다 공정시간을 단축할 수 있다.

즉, 동일한 면적을 결정화 한다고 가정할 때, 제 1 실시예의 스트라이프 형상은 최소한 X축 방향과 -X축 방향으로의 결정화가 진행되어야 하지만, 제 2 실시예의 마스크(투과영역의 패턴이 계단형상으로 구성됨)를 사용하게 되면 X축 방향으로 결정화를 진행하는 것 만으로 동일 면적을 결정화 할 수 있기 때문이다.

따라서, 본 발명에 따라 결정화를 진행하게 되면 첫째, 불규칙적인 결정을 포함한 불연속 영역을 결정층 내에 분산시킬 수 있기 때문에, 소자의 액티브 채널내에 불연속 영역이 존재하는 확률을 낮출 수 있어 이를 포함하는 표시장치의 동작을 개선하는 효과가 있다.

둘째, 마스크에 구성되는 투과영역을 사각형상의 패턴이 계단 형상으로 이격되도록 구성함으로써, 상기와 같이 불연속 영역을 분산시킬 수 있는 동시에, 공정시간을 단축할 수 있어 생산수율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 SLS결정화 장비를 도시한 도면이고,

도 2는 결정화가 일부 진행된 기판을 도시한 도면이고,

도 3은 마스크의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 4a 내지 도 4g는 종래에 따른 실리콘 결정화 공정을 공정 순서에 따라 도시한 공정 평면도이고,

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공정순서에 따라 도시한 공정 평면도이고,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마스크의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이고,

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공정순서에 따라 도시한 공정 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

NR, NR2 : 불연속 영역 DL : 불연속 영역 간 이격거리

Claims (13)

1. 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판을 준비하는 단계와;

   상기 비정질 실리콘 박막의 이격된 상부에 가로방향으로 연장된 사각형상의 투과영역과 차단영역이 세로 방향으로 이격하여 구성된 마스크를 위치시키는 단계와;

   (A)상기 마스크의 상부로 1차 레이저 빔을 조사하여, 결정화된 제 1 영역을 형성하는 단계와;

   (B)상기 제 1 영역의 일 끝단을 포함하는 거리로 상기 마스크를 X축(또는 -X축)방향으로 이동하고, 레이저빔을 조사하여 결정화하는 공정을 거쳐 상기 제 1 영역에 연속하여 제 2 영역을 결정화 하는 단계와;

   (C)상기(B)단계를 반복하여, X축(또는 -X축) 방향으로의 결정화를 완료하는 단계와;

   (D)상기 X축 방향으로의 결정화가 완료되면, 상기 마스크를 -Y축과 X축(또는 -X축)으로 순차적으로 이동한 후, -X축(또는 X축) 방향으로 상기 (B)단계를 반복하여 결정화를 진행하는 단계와;

   (E)상기 -X(또는 X축)축 방향으로의 결정화가 완료되면, 상기 마스크를 -Y축과 -X축(또는 X축)으로 순차적으로 이동한 후, X축 방향으로 상기 (B)단계를 반복하여 결정화를 진행하는 단계와;

   상기 (D)와 (E)단계를 반복하여 결정화 공정을 완료하는 단계를

   포함하는 다결정 실리콘 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 결정화된 영역은 레이저 빔의 조사에 의해 용융된 용융영역과 비용융영역의 경계로부터 서로 마주보며 측면 성장한 각 결정들을 포함한 제 1 결정영역과 제 2 결정영역으로 구성된 다결정 실리콘 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 1차 레이저 빔 조사에 의해 결정화된 영역은 일측과 타측에 서로 결정상태가 불규칙한 불연속 영역이 존재하는 다결정 실리콘 형성방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 X 방향으로의 결정 공정이 완료된 결정화된 영역은 상기 불연속 영역대가 가로 방향으로 다수개 이격하여 형성된 다결정 실리콘 형성 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 X(또는 -X방향)방향과 -X(또는 X방향)방향으로의 결정이 완료된 결정 영역에 존재하는 불연속 영역은 서로 이격하여 구성된 다결정 실리콘 형성 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   결정 공정이 완료된 결정영역은 세로 방향으로 위치한 불연속 영역이 각각 가로 방향으로 계단형상으로 이격하여 구성된 다결정 실리콘 형성방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 불연속 영역의 가로방향의 이격 거리는 수 ㎛ ~ 수십 ㎛인 다결정 실리콘 형성방법.
8. 투과영역과 차단영역으로 구성되는 실리콘 결정화용 마스크에 있어서,

   상기 투과영역은 가로 방향으로 이격하여 구성된 다수개의 사각형상 패턴이, 각각 이전 패턴에 비해 -Y축 방향으로 이격 거리를 둔 계단형상으로 구성된 실리콘 결정화용 마스크.
9. 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판을 준비하는 단계와;

   상기 비정질 실리콘 박막의 이격된 상부에 차단영역과, 가로 방향으로 이격하여 구성된 다수개의 사각형상 패턴이 각각 이전 패턴에 비해 -Y축 방향으로 이격거리를 둔 계단형상으로 구성된 투과영역이 세로 방향으로 이격되어 구성된 마스크를 위치시키는 단계와;

   (A)상기 마스크의 상부로 1차 레이저 빔을 조사하여, 상기 투과영역의 형상화 하여 제 1 결정영역을 형성하는 단계와;

   (B)상기 제 1 결정영역의 일 끝단을 포함하는 거리로 상기 마스크를 X축 방향으로 이동하여 결정화 하는 공정을 거쳐 상기 제 1 결정영역에 연속하여 제 2 결정영역을 형성하는 단계와;

   (C)상기(B)단계를 반복하여, X축(또는 -X축) 방향으로의 결정화를 완료하는 단계와;

   (D)상기 X축(또는 -X축) 방향으로의 결정화가 완료되면, 상기 마스크를 -Y축으로 이동한 후, -X축(또는 X축) 방향으로 상기 (B)단계를 반복하여 결정화를 진행하는 단계와;

   상기 (C)단계와 (D)단계를 반복하여 결정화를 완료하는 단계를

   포함하는 다결정 실리콘 형성방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 결정화된 영역은 레이저 빔의 조사에 의해 용융된 용융영역과 비용융영역의 경계로부터 서로 마주보며 측면 성장한 각 결정들을 포함한 제 1 결정영역과 제 2 결정영역으로 구성된 다결정 실리콘 형성방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 1차 레이저 빔 조사에 의해 결정화된 영역은 일측과 타측에 서로 결정상태가 불규칙한 불연속 영역이 존재하는 다결정 실리콘 형성방법.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 X(또는 -X)방향으로의 결정 공정이 완료된 결정 영역은 이에 존재하는 다수의 불연속 영역이 세로 및 가로방향으로 이격하여 위치하는 다결정 실리콘 형성 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 불연속 영역의 가로방향의 이격 거리는 수 ㎛ ~ 수십 ㎛인 다결정 실리콘 형성방법.