KR100646160B1 - 순차측면결정화를 위한 마스크 및 이를 이용한 실리콘결정화 방법 - Google Patents

순차측면결정화를 위한 마스크 및 이를 이용한 실리콘결정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SLS(Sequential Lateral Solidification) 레이저 결정화를 위한 레이저 빔 마스크와 이를 이용한 결정화에 관한 것으로 레이저빔을 통과시키는 투과영역과, 상기 레이저빔을 차단하는 차단영역으로 구성되어 일 방향으로 이동되는 SLS 마스크로서, 상기 투과영역은 다수가 일정하게 배열되고, 각각 직사각형의 중앙부와; 상기 중앙부의 각 단축을 서로 멀어지도록 연장하며, 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형상의 양 에지 부를 포함하는 마스크와 이를 이용하여 기판 상의 비정질 실리콘 1차 결정화하고, 가로 방향으로 상기 마스크 패턴의 장축 길이 이하로 이동시킨 후 2차 결정화하여 거대 결정립을 만드는 실리콘 결정화 방법을 제공한다.

Description

순차측면결정화를 위한 마스크 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법{A mask for sequential lateral solidification and a silicon crystallizing method using the same}
도 1은 일반적인 SLS공정 장비의 개략적인 구조도
도 2a 내지 도 2c는 각각 일반적인 레이저 마스크를 사용한 SLS 결정화방법을 설명하기 위한 비정질 실리콘 박막의 평면도
도 3은 또 다른 구조의 레이저 마스크의 평면도
도 4a 내지 도 4d는 각각 도 3의 마스크를 사용한 결정화방법을 설명하기 위한 비정질 실리콘 박막의 평면도
도 5a 내지 도 5c는 각각 본 발명 제 1 실시 예에 따른 마스크의 일례를 도시한 평면도, 평면도의 일부 확대도, 본 발명에 따른 마스크의 이동에 따른 투과영역 중첩을 설명하기 위한 공정도
도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명 제 1 실시 예에 따른 마스크의 일례를 도시한 평면도, 평면도의 세부 설명도, 본 발명에 따른 마스크의 이동에 따른 투과영역 중첩을 설명하기 위한 공정도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 마스크 102, 202 : 투과영역
104, 204 : 차단영역
본 발명은 저온 폴리 실리콘 형성에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 그레인(grain)의 측면성장을 유도하여 결정질 실리콘을 형성하는 SLS(Sequential Lateral Solidification) 기술에 적용 가능한 마스크 패턴(mask pattern) 및 이를 사용한 실리콘 결정화에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘은 결정 상태에 따라 비정질 실리콘(amorphous silicon)과 결정질 실리콘(crystalline silicon)으로 나눌 수 있다.
이중 비정질 실리콘은 비교적 낮은 온도에서 박막(thin film)으로 형성 가능하므로, 통상 용융점이 낮은 유리등을 기판으로 활용하는 액정패널(liquid crystal panel)용 스위칭소자(switching device)에 사용된다.
그러나 비정질 실리콘 박막을 사용하는 소자는 전기적 특성이 다소 저하되는 단점과 함께 대면적화가 어렵다.
이에 고품위의 다결정 실리콘(poly-crystalline silicon) 박막이 요구되는데, 일반적으로 다결정 실리콘 박막은 결정립(grain)의 크기가 증가할수록 전기적 특성이 개선되는 경향이 있다. 따라서 실리콘을 가급적 단결정화 하는 방법이 큰 과제로 떠오르고 있다.
한편, 최근 들어 레이저를 에너지원으로 하여 실리콘 결정의 측면성장을 유도하는 순차측면결정화(Sequential Lateral Solidification : SLS 이하 SLS 라 한다.) 기술이 국제특허 WO 97/45827, 한국 공개특허 2001-004129 등에 소개된 바 있는데, 이는 실리콘 그레인이 완전히 용융된 실리콘 내에서 액상 실리콘과 고상 실리콘의 경계 면부터 그 경계 면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 자연법칙을 이용한 것이다.
다시 말하면 마스크를 사용하여 레이저빔의 조사범위를 적절히 선정하고, 이를 이동하면서 실리콘 그레인을 소정 길이만큼 측면성장 시킴으로서 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 것이라 할 수 있는데, 이를 위한 SLS 공정장비는 이하, 도 1에 도시한 바와 같다.
도 1은 일반적인 SLS 공정장비의 개략적인 구조를 도시한 도면으로서, 레이저빔(34)을 발생하는 레이저소스(36)와, 상기 레이저빔을 집속하는 제 1 광학부(40)와, 상기 집속된 레이저빔을 소정의 형상으로 패터닝하는 마스크어셈블리(32)와, 상기 패터닝된 레이저빔을 일정한 비율로 축소하는 제 2 광학부(42)와, 상기 축소된 레이저빔이 조사되는 기판(44), 그리고 상기 기판을 지지 및 이동시키는 스테이지(46)를 포함한다.
이때 기판(44) 상면에는 절연 막인 완충층 및 이의 상부로 비정질 실리콘 박막이 증착된 상태이며, 특히 비정질 실리콘 박막은 탈수소화 과정을 거친 것이 바 람직하다.
그리고 마스크어셈블리(32)는 마스크(38)를 포함하는데, 이는 레이저빔을 통과시키는 투과영역(A), 그리고 레이저빔을 차단하는 차단영역(B)으로 구성되는 소정의 패턴이 형성되어 있다. 따라서 레이저빔의 조사영역 및 조사패턴은 이 마스크(32)에 의존한다.
한편, 현재로서는 레이저의 빔 폭과 마스크(32) 크기가 제한되어 있기 때문에 기판(44) 전(全) 면적을 동시에 결정화하는 것은 불가능하다.
따라서 전술한 구성의 SLS 공정장비를 사용하여 비정질 실리콘 박막을 결정화하기 위해서는, 기판(44) 또는 마스크어셈블리(32)를 수 ㎛ 또는 수십 mm 단위로 이동시키면서 레이저빔의 조사를 반복해 소정 면적의 블록(block) 단위로 비정질 실리콘 박막을 결정화하고, 다시 이 블록 단위의 결정화 과정을 반복한다.
도 2a 내지 도 2c는 일반적인 SLS 공정장비를 이용하여 SLS 공정이 진행되는 비정질 실리콘 박막(52)에 대한 공정평면도로서, 패터닝된 레이저 마스크를 통해 기판에 조사된 레이저에 의해서 비정질 실리콘이 한 쪽 측면 방향으로 성장해 가는 모습을 보여 주는 개략도 이다. 이때 마스크 패턴은 설명의 편의를 위하여, 도 1과 같이 3 개의 가로방향 슬릿 형태의 투과영역(A)으로 정한다.
먼저 도 2a 는 레이저빔을 1차 조사하였을 경우, 비정질 실리콘 박막(52)이 결정질 실리콘으로 결정화되는 단계를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이 레이저빔은 상기 마스크(도 1의 32)의 투과영역에 대응되도록 부분적(D, E, F)으로 조사된다. 따라서 해당 부분의 비정질 실리콘 박막(52) 은 용융되어 액화되는데, 이때 레이저의 에너지는 상기 비정질 실리콘 박막이 완전히 녹을 정도의 고 에너지 영역대(complete melting regime)이다.
이어 레이저빔의 조사가 끝나면, 각 부분(D, E, F)별로 비정질 실리콘 영역(52)과 액화된 실리콘 영역의 계면(56)에서 각각 실리콘 그레인(58a)의 측면성장이 진행된다.
이 실리콘 그레인(58a)의 측면성장은 상기 계면(56)에 대해 수직으로 일어나며, 그 최대 성장 길이는 레이저빔의 에너지밀도, 기판 온도, 비정질 실리콘 상태 등 여러 가지 요인에 영향을 받지만 통상 1 ㎛ 내지 2 ㎛ 정도이다. 이때 빔 패턴, 즉, 마스크(도 1의 32)의 투과영역(도 1의 A)의 폭이 상기 그레인 최대 성장길이의 두 배 이상이 된다면, 실리콘 영역의 양측 계면에서 각각 성장한 그레인 영역 사이로는 미세 다결정 실리콘 입자가 존재하는 핵 생성영역이 형성되는 바, 이를 없애기 위해 마스크(32)의 투과영역(A)의 폭은 실리콘 그레인(58a)의 최대 성장길이 두 배 이하인 것이 바람직하다.
전술한 1차 레이저빔 조사를 통해서, 비정질 실리콘 박막(52)에는 마스크 투과영역(A)과 동일한 수 및 면적에 대응되는 결정질 실리콘이 형성된다.
다음으로 도 2b는 레이저빔을 2차 조사하여 실리콘 그레인이 성장한 모양을 도시한 도면이다.
이때 2차 레이저빔의 조사영역은 1차 레이저빔 조사에 의해 양측 면에서 성장한 그레인의 계면(56)에 소정 폭으로 중첩되도록 하여야 하는데, 이는 1 차 레이저 조사공정에 의해 형성된 결정화 영역과 다른 독립적인 결정이 성장하는 것을 방 지하기 위함이다.
따라서 레이저 조사공정을 통해 진행되는 결정성장의 길이는 1 ㎛ 내지 2 ㎛ 임을 감안하면, 도 1의 SLS 공정장비의 기판(44) 또는 마스크어셈블리(32)의 이동거리는 이보다 작은 1㎛ 이하가 된다.
그리고 2 차 조사된 레이저빔이 닿은 부분은 도 1에서 결정화된 영역의 가장자리 부분과, 이와 인접한 비정질 실리콘 부분을 포함하며, 이 부분은 액화된 후 다시 결정화된다. 따라서 1차 조사로 형성된 다결정 실리콘 영역의 실리콘 그레인에 연속하여 2 차 액화된 부분에 그레인 측면성장이 이루어진다.
상기와 같은 공정을 다수 반복하여 도 2c에 도시한 바와 같이 한 블록에 해당하는 비정질 박막을 결정질 실리콘 박막으로 형성할 수 있고, 이 블록 단위의 결정화 공정을 반복하여, 큰 면적의 비정질 박막을 결정질 실리콘 박막으로 형성할 수 있다.
그러나 전술한 방법의 SLS 결정화 방법을 사용할 경우 결정화의 진행방향은 가로, 또는 세로의 어느 한 방향으로 한정되고, 마스크 또는 기판의 이동거리도 상기 결정화 진행 방향을 따라 수 ㎛ 정도에 지나지 않는다.
따라서 총 공정시간의 대부분은 마스크 또는 기판의 이동시간이 차지하게 되어 공정 수율이 크게 떨어진다.
따라서 마스크의 패턴형상이 매우 중요한 의미를 가지는데, 이에 도 3에 도시한 바와 같은 패턴의 마스크(62)가 제안된 바 있다.
이는 간단히 동일한 직사각형 형상의 투과영역(N1, N2, N3, N4, N5, N6 : 상 기 투과영역의 수는 임의로 정한 것이다.)을 일정하게 나열한 것으로, 각각의 투과영역(N1, N2, N3, N4, N5, N6) 장축은 마스크(62) 가로방향과 평행을 유지한다.
그리고 가로방향으로 갈수록 일 방향으로 단차가 지도록 일정한 높이 차를 두고 계단형상으로 배열되고, 세로방향으로는 동일한 간격을 유지하며 평행하게 배열되어 있다. 특히 가로방향으로는 각 투광영역(N1, N2, N3, N4, N5, N6)의 대향하는 양 단축이 일부 중첩된다.
그리고 이 마스크(62) 또는 기판은 각 투과영역의 가로길이(P) 만큼 가로방향으로 이동하는 바, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 상기 마스크(62)를 이용한 결정화 공정을 간단하게 설명한다.
먼저 도 4a는 상기 마스크(62)를 대응시킨 상태에서 레이저빔이 1차 조사된 비정질 실리콘 박막(52)을 도시한 것으로, 상기 박막에는 각각 상기 마스크의 투과영역(N1, N2, N3, N4, N5, N6)에 대응되는 결정질 실리콘 영역(M1, M2, M3, M4, M5, M6)이 각각 형성되어 있다.
그리고 도 4b는 도 4a의 상태에서 상기 마스크(62 : 또는 비정질 박막, 이하 동일하다.)를 가로방향으로 각 투과영역(N1, N2, N3, N4, N5, N6)의 가로길이(P) 만큼 이동시킨 것을 표시한 것으로, 이 상태에서 2차 레이저빔을 조사하면 도 4c와 같이 각각의 결정화 영역이 가로 및/또는 세로방향으로 확장된 결과를 얻을 수 있다.,
따라서 계속하여 마스크(62)를 각 투과영역(N1, N2, N3, N4, N5, N6)의 가로길이(P) 만큼 이동시키면서 레이저빔을 조사하면, 결국 도 4d 과 같이 전 면적이 다결정 실리콘(52a)으로 형성된다.
즉, 상기와 같은 패턴의 마스크를 사용할 경우, 실제로 마스크의 이동방향은 가로방향이나 결정질실리콘의 확장영역은 가로, 세로 방향이므로 공정시간을 단축시킬 수 있고, 특히 마스크의 이동에 따라 각각 중첩되는 영역이 일정하게 확대되므로 고른 결정질 실리콘 박막을 얻을 수 있다.
그러나 전술한 구성, 즉, 장축을 서로 평행하게 하는 다수의 직사각형 형상의 투과영역을 서로 높이 차가 나도록 일정하게 배열하고, 마스크의 이동을 상기 각 투과영역의 장축 길이만큼 진행하는 일반적인 마스크는 몇 가지 문제점을 보이는데, 이중 하나가 이전의 조사단계에서 결정화된 영역과, 다음의 조사단계에서 결정화된 영역 경계에서 불균일한 결정화가 진행되는 것이다.
즉, 일례로 도 4b에 있어서, 각 단계 별 레이저빔 조사에 의해 투과영역의 단축 방향이 서로 만나는 부분(K)을 주의하면, 패터닝된 마스크(52)의 투과영역에서 가장자리 부분의 레이저빔은 회절 현상에 의해서 왜곡된 빔이 주사되고, 이로 인하여 일부 아주 작은 결정립들이 다수 발생하게된다. 이러한 작은 결정립들이 투과영역의 장축 방향의 경우에는 결정화 과정 중에 소멸되지만, 단축 방향이 서로 만나는 부분(K)에서는 소멸되지 않고, 남아서, 이 부분에 소자가 형성되는 경우 심각한 소자의 동작 특성 저하를 발생시키게 된다.
이에 본 발명은 동 발명자의 출원(출원 번호: 10-2001-0030698)과 같이 결정 립의 불균일성을 제거함과 동시에 총 공정시간을 단축하여 생산성을 향상하기 위해 안출한 것으로, 패터닝된 레이저 마스크의 가로방향 이동에 있어서 보다 생산성과 균일성이 높은 결정화 공정을 가능하게 하는 마스크 패턴 및 이를 이용한 결정화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 레이저빔을 통과시키는 투과영역과, 상기 레이저빔을 차단하는 차단영역으로 구성되어 일 방향으로 이동되는 SLS 마스크로서, 상기 투과영역은 다수가 일정하게 배열되고, 각각 직사각형의 중앙부와; 상기 중앙부의 각 단축을 서로 멀어지도록 연장하며, 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형상의 양 에지부를 포함하는 마스크를 제공한다. 이때 상기 투과영역은 각각 상기 중앙부의 장축이 상기 마스크 이동방향과 나란하도록 배열된 것을 특징으로 하며, 상기 각 투과영역은 상기 마스크의 이동방향과 나란한 행, 그리고 상기 마스크의 이동방향과 수직한 열을 이루며, 상기 각 행의 투과영역은 각각 일정한 높이차를 두고 단차지게 배열된 것을 특징으로 한다. 또한 상기 각 행의 인접한 두 투과영역 사이의 높이차는 상기 각 투과영역의 중앙부 단축길이보다 작거나 또는 반에 해당되는 것을 특징을 하며, 상기 각 행의 투과영역은 서로 대향하는 에지부가 교차되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 각 열의 투과영역은 각각 상기 각 투과영역 중앙부의 단축 길이보다 작거나 반에 해당되는 간격을 두고 일정하게 배열되는 것을 특징으로 하며, 상기 마스크의 이동거리는 상기 투과영역의 장축길이에 해당하는 것을 특징으로 하는 바, 이하 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 올바른 실시 예를 설명한다.
본 발명에서는 가로 방향 및 세로 방향으로의 이동이 가능한 스테이지를 구비한 결정화 장비에 비정질 실리콘이 증착된 기판을 장착하고, 각 투과영역은 직사각형 형상의 중앙부와, 이 중앙부의 각 단축을 서로 멀어지도록 연장하며, 갈수록 폭이 좁아지는 형상의 양 에지부로 가지는 패턴이 계단씩으로 형성된 레이저 마스크를 사용하여 상기 비정질 실리콘을 결정화하는 것에 관한 발명으로 도면을 통해 보다 상세한 설명을 하도록 한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 레이저 마스크 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법의 제1 실시 예를 도시한 도면으로, 도 5a는 제1 실시예의 레이저 마스크(100), 도 5b는 이의 일부 확대 및 설명도, 도 5c는 상기 레이저 마스크(100)의 결정화 공정 진행에 따라 각 투과영역이 어떻게 배열되는 가를 도시한 공정도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시 예에 해당하는 레이저 마스크로 레이저빔을 통과시키는 투과영역(102)과, 레이저빔을 차단하는 차단영역(104)으로 구성되어 있다.
그리고, 투과영역(102)은 일정한 형상이 반복하여 배열되어 구성되는 바, 편의를 위해 각 투과영역(102)을 연속된 두 부분으로 구분하면, 상기 각 투과영역(102)은 직사각형 형상의 중앙부(106)와, 이 중앙부(106)의 각 단축을 서로 멀어지도록 연장하며, 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형상의 양 에지부(108)로 이루어진다. 이에 일견하면 어느 한 방향의 길이가 더 긴 육각형에 가까운 형상을 가진다 할 수 있다. 또한, 이 레이저 마스크는 양 에지부가 타원형 또는 원형의 형상을 가질 수도 있다.
또한, 이들 각 투과영역(102)은 장축이 마스크(100)의 가로방향, 즉 진행방향과 평행을 이루도록 일정하게 배열되는 바, 편의를 위해 이들 각 투과영역(102)이 마스크(100)의 가로방향으로 열을 이루고, 세로방향으로는 행을 이룬다 전제한다.
이때, 임의의 하나의 투과영역(N1)은 열 방향의 적어도 하나 이상의 투과영역(N2 또는 N3)과 이웃하며, 행 방향의 적어도 하나 이상의 투과영역(N4 또는 N5)과 이웃하는 바, 열 방향으로 이웃하는 투과영역(N2 또는 N3) 끼리는 일정한 높이차를 두고 단차지게 배열되며, 행 방향으로 이웃하는 투과영역(N4 또는 N5) 끼리는 일정한 간격을 두고 나란히 배열되는 것이 바람직하다.
도 5b를 이용하여 이를 상세히 설명하면, 각 투과영역(102) 중앙부(106) 장축길이를 L1, 단축길이를 L2라 하면, 열 방향의 이웃하는 투과영역(N3)과 이루는 높이차 L4는 각 투과영역(102) 중앙부(106)의 단축길이 L2 의 1/2 보다 크고, 상기 단축길이 L2 보다는 작은 것을 특징으로 하며, 행 방향으로 이웃하는 투과영역(N5)과의 간격 L3는 상기 단축길이 L2 보다 작고, 상기 기준 투과영역(N1)과는 중첩하지 않는 것이 바람직하다. 이해를 돕기 위해, 차단영역(104)을 각 투과영역(102)의 중앙부(106) 단축길이 L2 보다 작은 두께의 직물로 비유하여, 이들이 교차하면서 일 방향이 더 긴 육각형과 유사한 그물눈을 이루도록 짜여진 구조로 이해하면 쉽다.
그리고 특히, 열 방향으로 이웃하는 투과영역(N1, N3) 끼리는 대향하는 양 에지부가 교차되는 것을 특징으로 하는 바, 이 마스크(100)의 진행거리는 상기 중앙부(106)의 장축길이 L1 보다 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
도 5c는 상기 마스크(100)가 공정의 진행에 따라 각 투과영역이 어떻게 배열되는 가를 도시한 것으로, 구별의 편의를 위해 1차 레이저빔이 조사되는 경우를 실선으로, 2차 레이저빔이 조사되는 경우를 일점쇄선으로, 그리고 3차 레이저빔이 조사되는 경우를 점선으로 표시하였으며 중복된 도면부호는 생략하였다.
위의 단계에서 1차 레이저빔이 조사되면 마스크의 패턴과 거의 동일한 영역에 걸쳐 비정질 실리콘의 측면결정화가 이루어지고, 상기 마스크 패턴을 투과영역의 장축의 길이(L1)와 같거나 짧은 거리를 가로 방향으로 이동시켜, 2차 레이저 조사를 행함으로 투과영역의 높이차 (L3)부분이 모두 결정화된다. 이로써 두 번의 레이저빔 조사로 한 블록의 영역의 결정화가 완성된다. 도 5c에서는 설명의 편의를 위하여 두 개의 행으로 이루어진 투과영역을 가진 레이저 마스크를 들어 설명하였지만, 더 많은 행으로 이루어진 투과영역을 가진 마스크로 결정화하는 경우에는 한 블록을 두 번의 레이저 조사 후, 세 번째 레이저를 조사할 때에는 두 번째 레이저 조사한 영역의 끝 부분의 투과영역 행과 세 번째 레이저 조사한 영역의 첫 번째 행의 투과영역을 정열하여 레이저 조사하게 됨으로 뛰어난 생산성을 얻을 수 있다. 또한, 상기 제1 실시예의 각각의 레이저 조사 단계에서 각각의 에지부는 다음 공정의 레이저 투과영역의 중앙부와 중첩되게 되어 있으며, 이로써 레이저의 회절에 의해 발생하는 불균일한 결정립의 발생이 상쇄되는 효과를 누리게 된다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 레이저 마스크 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법의 제2 실시 예를 도시한 도면으로, 도 6a는 제2 실시예의 레이저 마스크(200), 도 6b는 이의 상세 설명도, 도 6c는 상기 레이저 마스크(200)의 결정화 공정 진행에 따라 각 투과영역이 어떻게 배열되는 가를 도시한 공정도이다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시 예에 해당하는 레이저 마스크로 레이저빔을 통과시키는 투과영역(202)과, 레이저빔을 차단하는 차단영역(204)으로 구성되어 있다.
그리고, 투과영역(202)은 일정한 형상이 반복하여 배열되어 구성되는 바, 편의를 위해 각 투과영역(202)을 연속된 두 부분으로 구분하면, 상기 각 투과영역(202)은 직사각형 형상의 중앙부(206)와, 이 중앙부의 각 단축을 서로 멀어지도록 연장하며, 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형상의 양 에지부(208)로 이루어진다. 이에 일견하면 어느 한 방향의 길이가 더 긴 육각형에 가까운 형상을 가진다 할 수 있다. 또한, 이 레이저 마스크는 양 에지부가 타원형 또는 원형의 형상을 가질 수도 있다.
또한, 이들 각 투과영역(202)은 장축이 마스크(200)의 가로방향, 즉 진행방향과 평행을 이루도록 일정하게 배열되는 바, 편의를 위해 이들 각 투과영역(202)이 마스크(200)의 가로방향으로 열을 이루고, 세로방향으로는 행을 이룬다 전제한다.
이때, 임의의 하나의 투과영역(N1)은 열 방향의 적어도 하나 이상의 투과영역(N2 또는 N3)과 이웃하며, 행 방향의 적어도 하나 이상의 투과영역(N4)과 이웃하 는 바, 열 방향으로 이웃하는 투과영역(N2 또는 N3) 끼리는 일정한 높이차를 두고 단차지게 배열되며, 행 방향으로 이웃하는 투과영역(N4) 끼리는 일정한 간격을 두고 나란히 배열되는 것이 바람직하다.
도 6b를 이용하여 이를 상세히 설명하면, 각 투과영역(202) 중앙부(206) 장축길이를 L1, 단축길이를 L2라 하면, 열 방향의 이웃하는 투과영역(N2)과 이루는 높이차 L4는 각 투과영역(202) 중앙부(206)의 단축길이 L2 의 1/2 보다 작은 것을 특징으로 하며, 행 방향으로 이웃하는 투과영역(N4)과의 간격 L3은 상기 행 방향으로 배열된 투과영역의 개수와 상관관계가 있는 것으로 첫 번째 단의 마지막 투과영역(N3)과 그 다음 단의 첫 번째 투과영역(N4)이 가로 방향으로 이동시 서로 맞물리거나 일부 중첩될 수 있을 정도의 길이로 하는 것이 바람직하다.
그리고 특히, 열 방향으로 이웃하는 투과영역(N1, N2) 끼리는 대향하는 양 에지부가 교차되는 것을 특징으로 하는 바, 이 마스크(200)의 진행거리는 상기 중앙부(206)의 장축길이 L1 과 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
도 6c는 상기 마스크(200)가 공정의 진행에 따라 각 투과영역이 어떻게 배열되는 가를 도시한 것으로, 구별의 편의를 위해 1차 레이저빔이 조사되는 경우를 실선으로, 2차 레이저빔이 조사되는 경우를 일점쇄선으로, 3차 레이저빔이 조사되는 경우를 점선으로, 그리고, 4차 레이저빔이 조사되는 경우를 이점쇄선으로 표시하였으며 중복된 도면부호는 생략하였다.
위의 단계에서 1차 레이저빔이 조사되면 마스크의 패턴과 거의 동일한 영역에 걸쳐 비정질 실리콘의 측면결정화가 이루어지고, 상기 마스크 패턴을 투과영역 의 장축의 길이(L1)와 같거나 짧은 거리를 가로 방향으로 이동시켜, 2차 레이저 조사를 행함으로 1차 레이저 조사에 의해 결정화된 부분에 이어서 성장하는 결정립을 얻을 수 있으며, 3차 레이저 조사를 통하여 2차 레이저 결정화로 얻은 결정을 더욱 성장시킴과 동시에 첫 번째 단의 마지막 투과영역(N3)과 그 다음 단의 첫 번째 투과영역(N4)이 중첩되면서 한 행정도의 결정화가 완성된다. 이와 같이 전 기판의 가로 방향 레이저 조사가 끝나면, 마스크(200)를 마스크 투과영역들의 높이 만큼 세로 방향으로 이동시켜 결정화를 진행한다. 도 6c에서는 설명의 편의를 위하여 세 개의 행과 세 개의 열로 이루어진 투과영역을 가진 레이저 마스크를 들어 설명하였지만, 더 많은 행과 열로 이루어진 투과영역을 가진 마스크로 결정화하는 경우에는 더욱 뛰어난 생산성을 얻을 수 있다. 또한, 상기 제2 실시예의 각각의 레이저 조사 단계에서도 제1 실시예와 동일하게 각각의 에지부는 다음 공정의 레이저 투과영역의 중앙부와 중첩되게 되어 있으며, 이로써 레이저의 회절에 의해 발생하는 불균일한 결정립의 발생이 상쇄되는 효과를 누리게 된다.
위의 제1 및 제 2 실시예의 각 단계에 있어서 에지부가 교차되는 부분을 주의깊게 관찰하면, 레이저빔의 조사 차수를 거듭함에 따라 하나의 투과영역의 상, 하, 좌, 우 모든 모서리를 각각 자신이, 또는 이웃하는 투과영역이 오버랩 함을 확인 할 수 있는데, 특히 일반적인 경우에서 불균일한 결정이 나타나는 영역 즉, 각 투과영역 에지부의 교차부분 K 는 에지부가 다음 공정의 레이저 마스크의 투과부 중앙부와 겹치게 되면서 레이저 회절에 의한 불균일 영역이 없어짐을 알 수 있다.
따라서, 마스크의 에지부에서 레이저빔의 회절이 발생하더라도 공정중의 다 른 투과영역에 의해서 상쇄되어 비정질 실리콘이 잔존하거나 또는 불균일한 결정이 발생할 가능성을 크게 줄인다.
본 발명은 SLS 레이저 마스크의 에지부에서 발생하는 결정립의 불균일을 해소하는 것이 가능한 마스크 및 결정화방법을 제공하는 바, 이를 통해 보다 개선된 SLS 소자의 제작이 가능하다. 특히 본 발명에 따른 각 투과영역는 에지부가 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되는 바, 이를 통해 보다 신뢰성 있는 결정화 공정을 가능하게 한다.

Claims (10)

  1. 비정질 실리콘이 증착된 기판을 레이저 결정화 장비에 장착하는 단계와,
    레이저빔을 통과시키는 투과영역과 상기 레이저빔을 차단하는 차단영역으로 구성되고, 상기 투과영역은 가로방향이 장축이고 다수가 세로 및 가로 방향으로 이격되어 구성되며, 가로방향으로 이격된 투과영역은 이전의 투과영역의 사이영역에 대응하여 위치하여 가로 방향으로 갈수록 전체적으로 최상부의 투과영역이 하나씩 아래로 밀려 구성된 형상으로 배열되고 직사각형의 중앙부와, 상기 중앙부의 각 단축을 서로 멀어지도록 연장하며, 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형상의 양 에지부를 포함하는 레이저 마스크를 사용하여 1차 레이저 조사를 하여 상기 비정질 실리콘의 일부를 결정화하여 폴리실리콘을 형성하는 단계와,
    상기 레이저 마스크의 에지부가 중첩되도록 레이저 마스크를 기판에 대하여 이동하고, 2차 레이저 조사하여 상기 1차조사에 의해서 형성된 폴리실리콘을 성장시키는 단계를 포함하는 실리콘 결정화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 마스크의 투과영역은 각각 상기 중앙부의 장축이 상기 마스크 이동방향과 나란하도록 배열된 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 마스크의 투과영역은 상기 마스크의 이동방향과 나란한 행, 그 리고 상기 마스크의 이동방향과 수직한 열을 이루며,
    상기 각 열의 인접한 두 투과영역의 높이차는 상기 각 투과영역의 중앙부 단축길이보다 작고, 단축길이의 반보다 큰 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 마스크의 투과영역은 상기 마스크의 이동방향고 나란한 행, 그 리고 상기 마스크의 이동방향과 수직한 열을 가지며,
    상기 각 열의 인접한 두 투과영역의 높이차는 상기 각 투과영역의 중앙부 단축길이의 반보다 작거나 같고, 0보다 큰 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  5. 레이저빔을 통과시키는 투과영역과, 상기 레이저빔을 차단하는 차단영역으로 구성되어 일방향으로 이동되는 SLS 마스크로서,
    상기 투과영역은 다수가 가로방향과 세로 방향으로 이격하여 구성되며, 가로방향으로 이격된 투과영역은 이전의 투과영역의 사이영역에 대응하여 위치하여 가로 방향으로 갈수록 전체적으로 최상부의 투과영역이 하나씩 아래로 밀려 구성된 형상으로 배열되고,
    상기 투과영역 각각은 직사각형의 중앙부와;
    상기 중앙부의 각 단축을 서로 멀어지도록 연장하며, 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형상의 양 에지부
    를 포함하는 마스크
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 투과영역은 각각 상기 중앙부의 장축이 상기 마스크 이동방향과 나란하도록 배열된 마스크
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 각 투과영역은 상기 마스크의 이동방향과 나란한 행, 그리고 상기 마스크의 이동방향과 수직한 열을 이루며,
    상기 각 열의 인접한 두 투과영역 사이의 높이차는 상기 각 투과영역의 중앙부 단축길이보다 작고, 단축길이의 반보다 큰 것에 해당되는 마스크
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 각 투과영역은 상기 마스크의 이동방향과 나란한 행, 그리고 상기 마스크의 이동방향과 수직한 열을 이루며,
    상기 각 열의 인접한 두 투과영역 사이의 높이차는 상기 각 투과영역의 중앙부 단축길이의 반보다 작거나 같고, 0보다 큰 것에 해당되는 마스크
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 각 행의 투과영역은 서로 대향하는 에지부가 교차되는 마스크
  10. 청구항 5 에 있어서,
    상기 마스크의 이동거리는 상기 투과영역의 장축길이보다 같거나 작은 것에 해당하는 마스크
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