KR101052982B1 - Silicon Crystallization Method to Improve Flatness - Google Patents

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Abstract

본 발명은 순차적 수평 결정화 방법에 관한 것으로 특히, 평탄도가 개선된 순차적 수평 결정화 방법에 관한 것이다. 본 발명은 비정질실리콘을 순차적 수평 결정화하는 단계; 상기 순차적 수평 결정화 단계에서 생성되는 그레인 경계 영역을 재결정화 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며 상기 재결정화 단계에서 사용되는 레이저 에너지의 강도를 개구부를 포함하는 마스크를 적용하여 조절하고 그레인 경계부를 완전 용융 근접 영역에서 결정화 함으로써 평탄도가 향상된 결정질실리콘을 얻을 수 있다.The present invention relates to a sequential horizontal crystallization method, and more particularly, to a sequential horizontal crystallization method with improved flatness. The present invention comprises the steps of sequential horizontal crystallization of amorphous silicon; And recrystallizing the grain boundary region generated in the sequential horizontal crystallization step, and adjusting the intensity of the laser energy used in the recrystallization step by applying a mask including an opening and melting the grain boundary completely. Crystallization in the near region can yield crystalline silicon with improved flatness.

순차적 수평 결정화, 마스크, SLS, ELASequential Horizontal Crystallization, Mask, SLS, ELA

Description

평탄도를 향상시키는 실리콘 결정화 방법{CRYSTALLIZATION METHOD OF SILICON FOR IMPRUVING FLATNESS}Silicon crystallization method to improve flatness {CRYSTALLIZATION METHOD OF SILICON FOR IMPRUVING FLATNESS}

도1은 레이저 에너지와 결정화되는 입자의 크기와의 관계를 나타내는 그래프.1 is a graph showing the relationship between laser energy and the size of particles to be crystallized.

도 2는 순차적 수평 결정화의 원리를 나타내는 평면도.2 is a plan view showing the principle of sequential horizontal crystallization;

도 순차적 수평 결정화된 실리콘층의 평면도.Top view of a sequential horizontally crystallized silicon layer.

도 4는 순차적 수평 결정화된 실리콘층의 단면도.4 is a cross-sectional view of a sequential horizontally crystallized silicon layer.

도 5는 본 발명의 레이저 광학계의 개략적 구성도.5 is a schematic configuration diagram of a laser optical system of the present invention.

도 6a~6d는 본 발명의 결정화 방법을 나타내는 수순도.6A-6D are flowcharts showing the crystallization method of the present invention.

도 7a는 본 발명의 제 1 결정화를 위해 사용되는 제 1 마스크의 구성도.7A is a schematic diagram of a first mask used for first crystallization of the present invention.

도 7b는 본 발명의 제 1 결정화에 의해 결정화되는 모습을 나타내는 평면도.Fig. 7B is a plan view showing the state of crystallization by the first crystallization of the present invention.

도 8a~8b는 본 발명의 제 1 결정화에 의해 결정화되는 기판의 일부를 나타내는 평면도.8A to 8B are plan views showing a part of the substrate to be crystallized by the first crystallization of the present invention.

도 9는 본 발명의 제 2 결정화를 위해 사용되는 제 2 마스크의 구성도.9 is a schematic diagram of a second mask used for second crystallization of the present invention;

***** 본 발명의 주요부분에 대한 부호의 설명 ********** Explanation of symbols for main parts of the present invention *****

601:비정질실리콘층 602a:제 1 마스크601: amorphous silicon layer 602a: first mask

610:돌출부 620a,620b:개구부 610: protrusions 620a, 620b: openings                 

602b:제 2 마스크 630:노광영역602b: second mask 630: exposure area

640:비노광 영역 701:제 1 마스크640: non-exposed area 701: first mask

710a,710b,710c:개구부 901:제 2 마스크710a, 710b, 710c: Opening part 901: Second mask

902:개구부902: opening

본 발명은 비정질실리콘 결정화 방법에 관한 것으로, 특히 평탄도가 개선되고 순차적 수평 결정화(sequential lateral solidification, SLS) 방법에 의한 폴리실리콘 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an amorphous silicon crystallization method, and more particularly, to a method for preparing polysilicon by improving flatness and sequential lateral solidification (SLS).

지금까지 액정디스플레이(Liquid Crystal Display ;LCD)등 영상 표시장치의 스위칭 소자로서 비정질실리콘 박막트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor ; a-Si TFT)가 널리 이용되어 왔으나, 현재 연구 추세는 LCD의 고화질화 요구에 따라 비정질실리콘 박막트랜지스터보다 동작 속도가 빠른 다결정 실리콘 박막트랜지스터(Polycrystalline Silicon Thin Film Transistor ; poly-Si TFT)를 스위칭 소자로 이용하는 연구가 진행되고 있다.Until now, amorphous silicon thin film transistors (a-Si TFTs) have been widely used as switching elements in video display devices such as liquid crystal displays (LCDs). Accordingly, researches using polycrystalline silicon thin film transistors (poly-Si TFTs), which have faster operating speed than amorphous silicon thin film transistors, are being conducted.

다결정 실리콘 박막트랜지스터의 제작 방법으로는 다결정 실리콘 막을 직접 성막하는 방법과 비정질실리콘 막을 열처리하여 결정화하는 방법이 주로 사용되고 있다. 비정질실리콘 막을 결정화하는 열처리 방법에는 엑시머 레이저를 이용하는 방법이 사용될 수 있다. As a method for fabricating a polycrystalline silicon thin film transistor, a method of directly forming a polycrystalline silicon film and a method of crystallizing an amorphous silicon film by heat treatment are mainly used. As a heat treatment method for crystallizing the amorphous silicon film, a method using an excimer laser can be used.                         

LCD의 경우, 기판으로 사용되는 유리기판이 600℃ 이상이 되는 일반적인 열처리 공정에 견딜 수가 없기 때문에, 엑시머 레이저를 이용한 어닐링 방법이 주로 사용되는데, 엑시머 레이저 어닐링 방법은 높은 에너지를 갖는 레이저 빔을 비정질실리콘 박막에 조사하는 것으로써 수십 nsec 정도의 순간적인 가열에 의해 결정화가 일어나므로 유리 기판에 손상을 주지 않는 장점이 있다.In the case of LCDs, an annealing method using an excimer laser is mainly used because the glass substrate used as the substrate cannot withstand a general heat treatment process of 600 ° C. or higher. An excimer laser annealing method uses an amorphous silicon laser beam having a high energy. By irradiating the thin film, since crystallization occurs by instantaneous heating of about several tens of nsec, there is an advantage of not damaging the glass substrate.

또한 엑시머 레이저(eximer laser)를 이용하여 제작된 다결정 실리콘 박막의 전기적 특성이 일반적인 열처리 방법으로 제작된 다결정 실리콘 박막보다 우수하다. 이는 엑시머 레이저 조사에 의해 비정질실리콘 박막이 액체 상태로 용융된 후 고체로 고상화될 때 실리콘 원자들이 우수한 결정성을 갖는 결정 형태로 재배열되기 때문으로 비정질실리콘의 전기적 이동도가 0.1 내지 0.2cm2/Vsec 정도이고, 일반적인 열처리 방법으로 제작된 다결정 실리콘의 전기적 이동도가 10 내지 20cm2/Vsec 정도인데 반해, 엑시머 레이저를 이용하여 제작된 다결정 실리콘의 전기적 이동도는 100cm2/Vsec가 넘는 값을 가진다. In addition, the electrical properties of the polycrystalline silicon thin film manufactured using the excimer laser are superior to the polycrystalline silicon thin film manufactured by the general heat treatment method. This is because the silicon atoms are rearranged in a crystalline form having excellent crystallinity when the amorphous silicon thin film is melted in a liquid state by the excimer laser irradiation and solidified into a solid, so that the electrical mobility of the amorphous silicon is 0.1 to 0.2 cm 2. / Vsec and the electrical mobility of the polycrystalline silicon produced by the general heat treatment method is about 10 to 20cm 2 / Vsec, whereas the electrical mobility of the polycrystalline silicon produced using the excimer laser exceeds 100cm 2 / Vsec. Have

그러나 엑시머 레이저 어닐링(eximer laser annealing, ELA)을 이용하여 제작된 다결정 실리콘 박막트랜지스터는 전기적 이동도와 구동속도 측면에서 우수하긴 하지만 이는 스위치-온(ON) 상태에서만 해당되는 것으로 스위치-오프(OFF) 상태에서는 누설 전류가 높게 흐른다. 이상적으로 스위치-OFF 상태에서는 누설 전류가 전혀 흐르지 않아야 하는 점을 감안하면 이는 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 해결해야할 문제점으로 대두된다. However, polysilicon thin film transistors fabricated using excimer laser annealing (ELA) are excellent in terms of electrical mobility and driving speed, but only in the switch-on state. At high leakage current flows. Ideally, in the switched-off state, the leakage current should not flow at all, which is a problem to be solved in the polycrystalline silicon thin film transistor.                         

다결정 실리콘 박막트랜지스터의 누설 전류의 생성원인은 다음과 같다. 스위치-OFF 상태는 게이트(gate)의 스위치 OFF 작용에 의해 트랜지스터의 채널(channel) 양단 간, 즉 소오스(source)와 드레인(drain)사이에 약 5∼10V 정도의 전압을 인가하더라도 소오스와 드레인 사이에 전류가 흐르지 못하는 상태로서 소오스와 드레인 사이에 높은 전계가 형성된다.The causes of leakage current of polycrystalline silicon thin film transistors are as follows. In the switch-off state, even when a voltage of about 5 to 10 V is applied across the transistor channel, that is, between a source and a drain, by a switch-off action of a gate, between the source and the drain. As a current does not flow in the high current, a high electric field is formed between the source and the drain.

이러한 높은 전계가 형성된 환경에서 실리콘 원자간의 결합이 상대적으로 약한 그레인 경계 부위에서 전류의 공급원으로 작용하는 전자-홀 쌍이 생성되며, 이 전자-홀 쌍이 누설전류를 발생시킨다.In such a high electric field, electron-hole pairs are generated that act as a source of current at grain boundaries where the bonds between silicon atoms are relatively weak, and these electron-hole pairs generate leakage currents.

또한, 다결정 실리콘 박막 내부의 그레인 경계는 스위치 ON 상태에서도 소자의 전기적 이동도를 저하시키는 요인이 되는데 그레인 경계(grain boundary)는 실리콘 원자간의 결합이 끊어져 있거나 불완전하게 결합하고 있는 상태로서 전자가 이동하는데 장해요인으로 작용한다.In addition, the grain boundary inside the polycrystalline silicon thin film causes deterioration of the electrical mobility of the device even in the switched-on state. The grain boundary is a state in which the bond between silicon atoms is broken or incompletely bonded. It acts as a disorder.

다결정 실리콘으로 제작된 소자가 비정질실리콘으로 제작된 소자보다는 전기적 이동도가 높지만 단결정 실리콘으로 제작된 소자보다는 전기적 이동도가 낮은 이유가 바로 다결정 실리콘 내부에 높은 밀도로 존재하는 그레인 경계 때문이다.The device made of polycrystalline silicon has higher electrical mobility than the device made of amorphous silicon, but the electrical mobility is lower than that made of monocrystalline silicon because of the grain boundaries present at high density inside the polycrystalline silicon.

상기한 다결정 실리콘의 문제점을 해결할 수 있는 근본적인 방법은 그레인의 크기를 증가시켜 문제의 그레인 경계의 밀도를 낮게 하는 것이다. 그레인 크기를 증가시키는 일반적인 방법은 레이저 에너지를 증가시키거나 기판을 가열하는 방법이 있다.A fundamental way to solve the problem of polycrystalline silicon described above is to increase the grain size to lower the density of grain boundaries in question. Common methods of increasing grain size include increasing laser energy or heating the substrate.

그레인의 크기와 레이저 에너지 강도와의 관계를 도 1을 통하여 살펴본다. The relationship between the grain size and the laser energy intensity will be described with reference to FIG. 1.                         

도 1은 비정질실리콘에 조사되는 레이저 에너지 밀도와 결정화되는 입자의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the relationship between the laser energy density irradiated to amorphous silicon and the size of particles to be crystallized.

도 1의 그래프와 같이, 비정질실리콘의 결정화는 조사되는 레이저 에너지의 세기에 따라 제 1,2 3 영역으로 나눌 수 있다.As shown in the graph of FIG. 1, the crystallization of amorphous silicon may be divided into first and second regions according to the intensity of laser energy to be irradiated.

제 1영역은 부분 용융 영역(partial melting region)으로, 비정질실리콘층의 표면만이 용융될 정도의 세기로 레이저 에너지가 비정질실리콘층에 조사되는 영역이다. 상기 제 1 영역에서는 레이저 조사에 의해 비정질실리콘의 표면만이 부분 용융되고 고상화(solidification)과정을 거쳐 상기 비정질실리콘층 표면에 작은 결정 입자가 형성된다.The first region is a partial melting region, in which laser energy is irradiated to the amorphous silicon layer at an intensity such that only the surface of the amorphous silicon layer is melted. In the first region, only the surface of the amorphous silicon is partially melted by laser irradiation, and small crystal particles are formed on the surface of the amorphous silicon layer through a solidification process.

제 2 영역은 완전 용융 근접 영역(near-complete melting region)으로, 상기제 1 영역보다 강한 레이저 에너지를 비정질실리콘에 조사하여 비정질실리콘층이 거의 용융되게 한다. 그러나 완전히 용융되지는 않는데, 용융되지 않고 남는 작은 핵들이 씨드(seed)로 작용하여 결정 성장되며 제 1 영역에 비해 큰 결정 입자를 얻을 수 있다. 그러나 제 2 영역에서 성장하는 결정은 균일하지 못하며 또한 제 2 영역은 제 1 영역에 비해 그 폭이 상당히 작다.The second region is a near-complete melting region, which irradiates the amorphous silicon with laser energy stronger than the first region, thereby causing the amorphous silicon layer to almost melt. However, although not completely melted, small nuclei that remain unmelted act as seeds and grow crystals, thereby obtaining large crystal grains compared to the first region. However, crystals growing in the second region are not uniform and the second region is considerably smaller in width than the first region.

제 3 영역은 완전 용융 영역(complete melting region)으로, 조사되는 레이저 에너지의 강도를 제 2 영역보다 높여 비정질실리콘층을 모두 용융시킨다. 완전히 용융된 실리콘층은 냉각 과정을 거치면서 고상화가 진행되는데 이때 형성되는 결정은 균일한 핵 형성(homogeneous nucleation)이 가능하나 형성하는 입자가 매우 미세하다. The third region is a complete melting region, in which the intensity of the irradiated laser energy is higher than that of the second region to melt all the amorphous silicon layers. The fully molten silicon layer undergoes cooling and undergoes solidification. The crystals formed are homogeneous nucleation, but the particles are very fine.                         

이하 완전용융근접 영역과 완전용융 영역에서 결정화가 진행되는 원리를 좀더 자세히 살피면 다음과 같다.Hereinafter, the principle of the crystallization in the complete melt near region and the complete melt region in more detail as follows.

비정질실리콘 막에 레이저 조사될 때 비정질실리콘 막은 녹게 되는데 레이저 광선에 직접 노출되는 비정질실리콘 막의 표면에는 강한 레이저 에너지가 조사되고 비정질실리콘 막의 하부에는 상대적으로 약한 레이저 에너지가 조사됨으로써 표면은 완전 용융 상태가 되지만 하부는 완전한 용융상태가 되지 않는다. 그런데 그레인은 씨드를 중심으로 성장하므로 하부에 완전히 용융되지 않은 비정질실리콘 입자들이 씨드로 작용하여 그 씨드를 중심으로 그레인이 성장하여 큰 크기의 그레인을 만든다. 제 2 영역의 에너지 밀도를 이용하여 결정화하는 방법을 엑시머 레이저 어닐링 방법(Eximer laser annealing,ELA)방법이라 한다.When the laser is irradiated to the amorphous silicon film, the amorphous silicon film is melted. The surface of the amorphous silicon film directly exposed to the laser beam is irradiated with strong laser energy and the relatively weak laser energy is irradiated to the lower part of the amorphous silicon film so that the surface is completely melted. The bottom is not a complete melt. However, since the grain grows around the seed, amorphous silicon particles, which are not completely melted at the bottom, act as the seed, and the grain grows around the seed to make a large size grain. The method of crystallizing using the energy density of the second region is called an excimer laser annealing (ELA) method.

반면 레이저 에너지 강도가 실리콘이 완전히 용융되는 제 3 영역에서 결정화가 진행되면 비정질실리콘이 모두 용융 되고 그레인이 성장할 수 있는 핵이 존재하지 않게 된다.On the other hand, when the crystallization proceeds in the third region where the silicon energy is completely melted, the amorphous silicon is melted and there is no nucleus for grain growth.

이후, 강한 강도의 레이저를 조사받은 비정질실리콘이 냉각 과정에서 무작위로 핵이 형성되고 그 핵을 중심으로 결정화가 진행된다.Subsequently, the amorphous silicon irradiated with a strong laser is randomly formed in the cooling process, and crystallization proceeds around the nucleus.

이 때 발생하는 결정입자의 크기는 도 1의 제 3 영역에서 보는 바와 같이 매우 작다.The size of the crystal grains generated at this time is very small, as shown in the third region of FIG. 1.

만약 레이저에 의해 비정질실리콘층 중 일부만 용융될 경우, 비정질실리콘 상에 레이저 에너지의 조사가 끝난 직후부터 비정질실리콘은 양 측면, 즉 레이저가 조사되지 않은 비정질실리콘층을 통해 냉각된다. 이는 비정질실리콘층 하부의 절연 층보다 측면의 고체상의 비정질실리콘층이 더 큰 열 전도도를 가지기 때문이다.If only a part of the amorphous silicon layer is melted by the laser, immediately after the irradiation of the laser energy on the amorphous silicon is finished, the amorphous silicon is cooled through both sides, that is, the amorphous silicon layer not irradiated with the laser. This is because the amorphous silicon layer on the side has a greater thermal conductivity than the insulating layer below the amorphous silicon layer.

레이저 조사가 끝난 비정질실리콘은 측면의 레이저 조사를 받지 않은 비정질실리콘을 핵으로 삼아 결정화가 진행되는데, 이때 그레인은 수평방향으로 일정한 패턴을 가지고 결정화가 일어난다.After the irradiation of the amorphous silicon, crystallization proceeds by using the amorphous silicon, which is not irradiated on the side, as a nucleus, and the crystallization takes place with a constant pattern in the horizontal direction.

핵으로 삼을 고상의 비정질실리콘층과 인접하지 않은 용융된 비정질실리콘 층은 냉각과정에서 무작위로 분포하는 핵을 포함하게 되고, 그 핵을 중심으로 그레인이 성장한다.The molten amorphous silicon layer, which is not adjacent to the solid amorphous silicon layer to be used as a nucleus, contains a randomly distributed nucleus during cooling, and grains grow around the nucleus.

도 2는 상기의 결정화 방법에 의해 결정화가 이루어진 비정질실리콘의 구조를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the structure of amorphous silicon in which crystallization is performed by the above crystallization method. FIG.

먼저 비정질실리콘의 일부를 마스크를 적용하여 가리고 레이저를 조사한다.First, a part of the amorphous silicon is covered with a mask and irradiated with a laser.

마스크를 적용한 영역의 비정질은 용융되지 않고 비정질실리콘 그대로 남고 레이저 조사를 받은 비정질실리콘은 완전 용융된 후 냉각 과정을 거친다.Amorphous in the masked area is not melted, the amorphous silicon remains intact, and the laser irradiated amorphous silicon is completely melted and then cooled.

냉각과정에서 용융된 비정질실리콘은 측면의 고상 비정질실리콘을 핵으로 삼아 수평으로 결정화되고, 고상의 비정질실리콘과 접촉하지 않은 영역의 용융된 비정질실리콘은 자연 냉각 과정을 거치게 되므로 그레인이 수백 nm의 적은 크기로 성장한다. 이때 노광되는 레이저 에너지는 결정화 하고자하는 실리콘층을 완전 용융시키는 제 3 영역의 에너지 강도여야 한다.In the cooling process, the molten amorphous silicon is crystallized horizontally using the solid amorphous silicon on the side as a nucleus, and the molten amorphous silicon in the region not in contact with the solid amorphous silicon undergoes a natural cooling process, so the grain has a small size of several hundred nm. To grow. In this case, the exposed laser energy should be the energy intensity of the third region for completely melting the silicon layer to be crystallized.

도 2에서 도시한 바와 같이, 그레인이 수평으로 성장하는 관계로 상기의 결정화 과정을 순차적 수평 결정화(Sequential Lateral Solidification, SLS)라고 부른다. 수평으로 성장하는 그레인의 크기는 보통 1~2㎛의 크기를 보인다. As shown in FIG. 2, the crystallization process is called sequential horizontal crystallization (SLS) because grains grow horizontally. The grains growing horizontally usually have a size of 1 ~ 2㎛.                         

일반적인 레이저 어닐링을 통한 그레인의 크기는 수백nm의 크기를 보이는 반면 상기의 SLS 결정화 방법을 통하여 얻어진 그레인의 크기는 수㎛에 이르므로 상기의 그레인 크기를 가진 다결정 실리콘을 소자로 적용하면 큰 이동도를 가진 소자를 구현할 수 있다.The grain size through general laser annealing shows several hundred nm, but the grain size obtained through the SLS crystallization method reaches several micrometers. Therefore, when the polycrystalline silicon having the grain size is applied to the device, large mobility can be obtained. Can be implemented.

특히, 순차적 수평 결정화에 의해 성장시킬 수 있는 그레인의 최대 크기를 고려해 볼 때 순차적 수평 결정화를 양쪽에서 진행시키면 결정은 단 하나의 그레인 경계를 가지면서 결정화가 이루어진다.In particular, considering the maximum size of grain that can be grown by sequential horizontal crystallization, if sequential horizontal crystallization proceeds from both sides, crystallization has only one grain boundary and crystallization occurs.

도 3은 상기의 방법에 의하여 성장한 그레인의 모습을 나타낸 도면이다. 3 is a view showing a state of grain grown by the above method.

약 2㎛의 폭을 가진 개구부를 포함하는 마스크를 사용하여 순차적 수평결정화를 진행하면 그레인은 도 3에서와 같이 가운데 하나의 그레인 경계를 가지는 수평으로 성장한 결정체를 얻을 수 있다. 상기와 같이 수평으로 성장한 다결정 실리콘을 박막트랜지스터의 채널로 적용하면 고속의 동작특성을 가진 스위칭 소자를 구현할 수 있다.When sequential horizontal crystallization is performed using a mask including an opening having a width of about 2 μm, grains may be horizontally grown crystals having a grain boundary in the middle as shown in FIG. 3. When the horizontally grown polycrystalline silicon is applied as a channel of the thin film transistor, it is possible to implement a switching device having high speed operation characteristics.

그런데 상기와 같이 순차적 수평결정화 방법에 의해 성장하는 결정질은 양측에서 수평으로 성장하는 그레인이 가운데에서 만나면서 상부로 결정성장이 돌출하는 문제가 발생하여 결정화된 폴리실리콘의 평탄성을 약화시킨다.However, as described above, the crystalline grown by the sequential horizontal crystallization method causes a problem that crystal growth protrudes to the top while grains growing horizontally on both sides meet in the center, thereby weakening the flatness of the crystallized polysilicon.

도 4를 참조하여 그 문제점을 살펴본다.The problem will be described with reference to FIG. 4.

도 4에 도시 된 바와 같이, 순차적 수평 결정화 방법에 의해 수평으로 결정이 성장되어 오다 양측의 결정질이 서로 만나는 점에서 결정질은 상부로 돌출하게 된다. 상기 결정질이 상부로 돌출하는 이유에 대해서는 결정화되는 실리콘층의 열 산화에 기인한다는 가설이 있다. As shown in FIG. 4, the crystals grow horizontally by a sequential horizontal crystallization method, so that the crystallites protrude upward from the point where the crystallites of both sides meet each other. The reason why the crystalline protrudes upward is hypothesized to be due to thermal oxidation of the silicon layer to be crystallized.

상기 돌출되는 결정질 실리콘의 높이는 크게는 500Å에 이를 수 있으며 이렇게 단차가 발생하는 결정질실리콘을 사용하여 액정표시소자를 제조할 경우, 상기 단차로 인해 결정질실리콘 상에 성막이 잘 이루어 지지 않을 뿐 아니라 노광 공정에서 광학적 불균일이 발생할 수 있다.The height of the protruding crystalline silicon can be as large as 500Å, and when the liquid crystal display device is manufactured using crystalline silicon in which the step is generated, the film is not well formed on the crystalline silicon due to the step and the exposure process. Optical nonuniformity may occur in the

그러므로 본 발명은 순차적 수평 결정화 과정에서 그레인 경계에서 결정질이 상부로 돌출하여 결정질실리콘의 상면에 단차를 발생시키는 것을 개선하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 단차가 개선된 폴리실리콘층을 이용하여 액티브층과 게이트 절연층 사이에 접합 특성이 강화된 액정표시소자를 제조하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an object of the present invention is to improve the generation of steps on the upper surface of the crystalline silicon by crystalline protruding upward at the grain boundary in the sequential horizontal crystallization process. In addition, an object of the present invention is to fabricate a liquid crystal display device having enhanced bonding characteristics between an active layer and a gate insulating layer using the polysilicon layer having improved step height.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 다수의 개구부를 포함하는 제 1 노광 마스크와 상기 제 1 노광 마스크의 개구부 보다 작은 개구부 폭을 가지는 제 2 노광 마스크를 이용하여 두번 노광하는 실리콘 결정화 방법을 제안한다.The present invention proposes a silicon crystallization method of exposing twice using a first exposure mask including a plurality of openings and a second exposure mask having an opening width smaller than that of the opening of the first exposure mask.

상기 결정화 방법에 적용되는 레이저 광학계는 레이저 발생부, 상기 레이저 발생부로부터 발생하는 레이저 광원의 에너지 강도를 일정한 수준으로 감쇠시키는 감쇠기, 상기 감쇠기로부터 진행하는 레이저 광원을 길이방향 및 넓이방향으로 조절하는 조준경, 상기 조준경으로부터 진행하는 레이저광의 단면 프로파일(profile)을 변형하는 동질화기, 상기 동질화된 레이저를 필터링하는 레이저 마스크, 상기 레이저 마스크로부터 가공된 레이저 광을 타겟으로 조사하는 투사렌즈를 포함하여 구성된다 The laser optical system applied to the crystallization method includes a laser generator, an attenuator for attenuating the energy intensity of the laser light source generated from the laser generator to a predetermined level, and an aiming mirror for adjusting the laser light source traveling from the attenuator in the longitudinal direction and the width direction. And a homogenizer for modifying a cross-sectional profile of the laser beam traveling from the collimator, a laser mask for filtering the homogenized laser, and a projection lens for irradiating the laser light processed from the laser mask to a target.

상기 레이저 광학계를 이용하여 실리콘층을 결정화하는 방법은 기판상에 비정질실리콘층을 형성하는 단계, 상기 비정질실리콘층에 제 1 마스크를 적용하여 순차적 수평 결정화 하는 단계, 상기 순차적 수평 결정화된 실리콘층에 제 2 마스크를 적용하여 제 2 차 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of crystallizing a silicon layer using the laser optical system comprises the steps of forming an amorphous silicon layer on a substrate, applying sequential horizontal crystallization by applying a first mask to the amorphous silicon layer, and forming a sequential horizontal crystallized silicon layer. And performing second crystallization by applying a second mask.

이하 도 5를 참조하여 본 발명의 결정화에 적용되는 레이저 광학계를 설명한다.Hereinafter, a laser optical system applied to crystallization of the present invention will be described with reference to FIG. 5.

본 발명의 레이저 광학계는 레이저 발생부(501), 상기 레이저 발생부에서 발생한 레이저 광을 가로 방향 및 세로 방향으로 모으는 조준경(502), 상기 조준경에 의해 모여진 레이저 광의 단면 프로파일을 변형시키는 동질화기(503), 상기 동질화기로부터 진행하는 레이저 빔을 이용하여 순차적 수평 결정화하기 위한 마스크(504), 상기 마스크(504)를 통과한 레이저를 타겟물질(505)에 조사하는 투사렌즈(504)를 구비하여 형성된다. 특히 본 발명은 레이저 광학계는 비정질실리콘을 순차적 수평 결정화시키기 위해 마스크를 구비하는 것을 특징으로 한다. 순차적 수평 결정화 방법은 상기 마스크를 통해 비정질실리콘에 선택적으로 레이저를 조사하여 비정질실리콘을 용융부와 비용융부로 나누고 비용융부의 비정질실리콘을 결정성장의 씨드로 삼아 결정화가 이루어지는 방법으로 비정질실리콘층에 조사되는 레이저를 여과(filtering)하기 위하여 마스크가 필요하다.The laser optical system of the present invention includes a laser generator 501, a collimator 502 for collecting the laser light generated by the laser generator in a horizontal direction and a vertical direction, and an homogenizer 503 for modifying the cross-sectional profile of the laser light collected by the collimator. ), A mask 504 for sequential horizontal crystallization using a laser beam traveling from the homogenizer, and a projection lens 504 for irradiating a laser beam passing through the mask 504 to a target material 505. do. In particular, the present invention is characterized in that the laser optical system includes a mask for sequentially horizontally crystallizing the amorphous silicon. The sequential horizontal crystallization method irradiates the amorphous silicon layer by selectively irradiating the amorphous silicon through the mask to divide the amorphous silicon into the molten part and the non-melting part and to crystallize the amorphous silicon of the non-melting part as a seed of crystal growth. A mask is needed to filter the lasers that are being used.

본 발명은 상기 레이저의 여과를 위하여 두 종류의 마스크를 사용한다. 제 1 마스크는 비정질실리콘층을 1차 결정화로 순차적 수평 결정화하기 위한 것으로 소정의 폭과 넓이를 가진다. 제 2 마스크는 수평결정화된 실리콘층의 상면으로 돌출하는 돌출부를 2차 결정화시키기 위한 것으로 상기 제 1 마스크의 폭보다 작고 상기 돌출부의 폭과 일치하거나 그보다 크게 구성되는 폭을 가지며 개구부의 넓이는 상기 제 1 마스크의 개구부와 같게 구성된다.The present invention uses two kinds of masks for the filtration of the laser. The first mask is for sequentially horizontally crystallizing the amorphous silicon layer by primary crystallization and has a predetermined width and width. The second mask is for secondary crystallization of the protrusion protruding to the upper surface of the horizontally crystallized silicon layer, the second mask having a width smaller than the width of the first mask and configured to be equal to or larger than the width of the protrusion, and the width of the opening is the first mask. It is comprised like the opening part of one mask.

본 발명의 레이저 발생장치는 레이저 광이 시편에 조사되기 전에 레이저 광을 일정한 형태로 필터링하는 마스크에 의해 에너지 강도가 조절될 수 있다. 예를들어 레이저 빔을 통과시키는 마스크의 개구부가 클수록 시편에 조사되는 레이저 강도는 강해진다.즉, 레이저 빔은 넓은 창(마스크 개구부)을 통과할 때 그 상단면의 레이저 강도가 동일하여 직선을 이루는 프로파일(탑 햇 프로파일,top hat profile)을 가지는 반면, 좁을 창을 통과할 때 상단면 프로파일이 가우스 분포로 변형되어 에너지 강도가 변하게 된다.In the laser generator of the present invention, the energy intensity may be adjusted by a mask that filters the laser light in a predetermined form before the laser light is irradiated onto the specimen. For example, the larger the opening of the mask through which the laser beam passes, the stronger the laser intensity irradiated onto the specimen, i.e., when the laser beam passes through a wide window (mask opening), the laser intensity at the top of the mask is the same, forming a straight line. While having a profile (top hat profile), when passing through a narrow window, the top profile is transformed into a Gaussian distribution, which results in a change in energy intensity.

그러므로 상기 마스크를 통하여 시편에 조사되는 레이저 광의 강도가 조절될 수 있다.Therefore, the intensity of the laser light irradiated onto the specimen through the mask can be adjusted.

이하 도 6a,6b를 참조하여 본 발명의 요지를 설명한다.Hereinafter, the gist of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.

본 발명은 레이저 발생부(501)에서 발생하고 동질화기(503)을 통하여 일정한 형상으로 가공된 레이저 빔을 제 1 마스크(602)를 통하여 필터링한 후, 비정질실리콘층(601)에 조사한다. The present invention filters the laser beam generated in the laser generator 501 and processed into a uniform shape through the homogenizer 503 through the first mask 602, and then irradiates the amorphous silicon layer 601.

상기 제 1 마스크(602a)는 다수의 개구부(620)을 구비하는데, 상기 개구부(620a)의 폭은 순차적 수평 결정화를 위하여 일정한 길이로 제한된다. The first mask 602a has a plurality of openings 620, the width of the openings 620a being limited to a constant length for sequential horizontal crystallization.                     

순차적 수평 결정화가 가능한 길이는 통상 1~2㎛인 것으로 알려져 있으므로 상기 개구부(620a)은 수평 결정화가 가능한 길이의 두배가 되도록 구성한다. 그러므로 상기 개구부(620a)의 폭은 설명의 편의상 2㎛로 한다. Since the length of the sequential horizontal crystallization is generally known to be 1 to 2 μm, the opening 620a is configured to be twice the length of the horizontal crystallization possible. Therefore, the width of the opening 620a is set to 2 μm for convenience of description.

상기 개구부(620a)를 통하여 비정질실리콘층(601)에 조사되는 레이저 빔은 노광영역(630)의 비정질실리콘을 완전히 용융시킨다. 그리고 용융된 상기 노광영역(630)의 실리콘 입자는 냉각과정에서 비노광영역(640)의 비정질실리콘을 결정성장의 씨드로 삼아 수평으로 결정화가 진행된다. 그 결과, 도 6a에 도시 된 바와 같이, 결정화는 수평으로 진행되고 노광영역(630)의 가운데서 그레인 경계(grain boundary)가 형성된다.The laser beam irradiated to the amorphous silicon layer 601 through the opening 620a completely melts the amorphous silicon of the exposure area 630. The molten silicon particles of the exposed region 630 undergo crystallization horizontally using amorphous silicon of the non-exposed region 640 as a seed for crystal growth during cooling. As a result, as shown in FIG. 6A, the crystallization proceeds horizontally and a grain boundary is formed in the middle of the exposure area 630.

통상 순차적 수평 결정화는 대기압 환경중에서 이루어지는 데, 상기 순차적 수평 결정화과정에서 그레인 경계는 대기중의 산소와 반응하면서 열산화되어 상부로 돌출하는 문제가 발생한다. 열산화에 의해 형성되는 돌출부(610)은 단차를 발생시켜 결정화된 실리콘층과 그 위에 형성되는 박막과의 접촉특성을 약화시키는 문제를 야기한다. 특히, 상기 방법에 의해 형성된 결정질실리콘층을 이용하여 액정표시소자를 제조할 경우, 상기 결정질실리콘층 상에 형성되는 게이트 절연막과의 접촉특성을 약화시켜 누설전류등을 발생시키는 문제가 있다.In general, sequential horizontal crystallization is performed in an atmospheric pressure environment. In the sequential horizontal crystallization process, the grain boundary reacts with oxygen in the atmosphere and thermally oxidizes to protrude upward. The protrusion 610 formed by thermal oxidation causes a problem of weakening the contact characteristics of the crystallized silicon layer and the thin film formed thereon by generating a step. In particular, when a liquid crystal display device is manufactured using the crystalline silicon layer formed by the above method, there is a problem of weakening the contact characteristic with the gate insulating film formed on the crystalline silicon layer to generate a leakage current.

그러므로 본 발명은 상기 제 1 마스크를 이용한 순차적 수평 결정화가 완성된 후, 제 1 마스크(602a)의 폭보다 작은 폭을 가지는 제 2 마스크(602b)를 이용하여 제 2 레이저 결정화를 진행한다.Therefore, in the present invention, after the sequential horizontal crystallization using the first mask is completed, the second laser crystallization is performed using the second mask 602b having a width smaller than the width of the first mask 602a.

도 6b를 참조하여 본 발명의 제 2 레이저 결정화를 살펴본다. Referring to Figure 6b looks at the second laser crystallization of the present invention.                     

상기에서 잠시 살펴 본 바와 같이, 시편에 조사되는 레이저 광의 강도는 레이저 빔을 필터링하는 상기 마스크의 개구율에 의해 조절될 수 있는데, 본 발명은 개구율이 조절된 제 2 마스크(602b)를 적용하여 순차적 수평 결정화된 결정질실리콘층의 돌출부(610)에 레이저 빔을 조사한다. 본 발명은 제 2 마스크(602b)는 제 1 마스크(601a)에 비해 좁은 폭을 가지는 제 2 마스크의 개구부(620b)를 통과하는 레이저 빔의 강도(intensity)는 제 1 마스크(602a)를 통과하는 레이저 빔의 강도보다 작게 된다.As briefly described above, the intensity of the laser light irradiated onto the specimen may be adjusted by the aperture ratio of the mask for filtering the laser beam, and the present invention may apply the second mask 602b having the aperture ratio adjusted to sequential horizontally. The laser beam is irradiated onto the protrusion 610 of the crystallized crystalline silicon layer. According to the present invention, the intensity of the laser beam passing through the opening 620b of the second mask having a narrower width than that of the first mask 601a is passed through the first mask 602a. It becomes smaller than the intensity of the laser beam.

본 발명의 제 2 마스크의 개구부(620b)의 폭은 순차적 수평 결정화에 의해 형성되는 그레인 경계 영역에서 발생하는 돌출부(610)의 폭과 일치하거나 클 수 있다.The width of the opening 620b of the second mask of the present invention may be equal to or larger than the width of the protrusion 610 occurring in the grain boundary region formed by sequential horizontal crystallization.

또한, 상기 제 2 마스크의 개구부(620b)는 개구율에 의해 상기 돌출부(610)에 조사되는 레이저 빔의 강도를 조절하는 것을 한 특징으로 한다.In addition, the opening 620b of the second mask is characterized in that the intensity of the laser beam irradiated to the protrusion 610 by the opening ratio.

즉, 본 발명의 제 2 마스크를 적용한 제 2 레이저 노광에 의해 상기 돌출부(610)는 거의 완전 용융 상태가 되고 결정화가 진행된다. 대기압 하에서 완전 용융 후 재차 결정화를 진행하면 또다시 순차적 수평 결정화가 진행되기 때문에 제 2차 결정화에서는 거의 완전 용융 상태에서 결정화가 진행되는 엑시머 레이저 결정화(eximer laser solidification,ELS) 방법과 같이 진행된다. 상기 2차 결정화는 결정화를 위한 레이저 에너지 강도 중 완전 용융 근접 영역(near complete melting region)에서 이루어 지는 데, 본 발명은 상기 돌출부(610)에 조사되는 엑시머 레이저의 강도를 조절하지 않고 레이저를 필터링하는 마스크의 개구율을 조절 하므로써 레이저 강도를 조절한다. 결국, 본 발명의 제 2 마스크(602b)에 의해 레이저 에너지의 강도가 조절된 채 상기 돌출부(610)에 제한적으로 레이저 에너지가 조사될 수 있게 한다.That is, by the second laser exposure to which the second mask of the present invention is applied, the protrusion 610 is almost completely melted and crystallization proceeds. Since the sequential horizontal crystallization proceeds again after the complete melting under atmospheric pressure, the second crystallization proceeds like the excimer laser solidification (ELS) method in which the crystallization proceeds in a nearly complete melting state. The secondary crystallization is performed in the near complete melting region of the laser energy intensity for crystallization, the present invention is to filter the laser without adjusting the intensity of the excimer laser irradiated to the protrusion 610 The laser intensity is controlled by adjusting the aperture ratio of the mask. As a result, the laser energy can be irradiated to the protrusion 610 with the intensity of the laser energy controlled by the second mask 602b of the present invention.

그 결과, 도 6c에 도시 된 바와 같이, 상기 돌출부(610)는 거의 완전 용융상태가 되고 냉각과정에서 그 측면 및 하면에 형성된 결정질실리콘을 씨드로 삼아 결정화가 일어난다.As a result, as shown in FIG. 6C, the protrusion 610 is almost completely melted, and crystallization takes place using seeds of crystalline silicon formed on the side and bottom of the cooling process.

그 결과, 상기 제 2 레이저 조사에 의한 결정화는 순차적 수평 결정화가 아닌 엑시머 레이저 어닐링(ELA)방법에 가까운 결정화가 진행된다. ELA결정화 방법에 의해 형성되는 결정질 실리콘은 SLS결정화 방법에 의해 형성되는 결정질실리콘 보다 균일한 평탄도를 가지므로 상기 제 2 레이저 조사에 의해 형성되는 돌출부(610)의 결정화는 평탄한 표면 형상을 유지하면서 이루어진다. 그 결과를 도 6d에 도시하였다.As a result, crystallization by the second laser irradiation proceeds with crystallization close to the excimer laser annealing (ELA) method rather than sequential horizontal crystallization. Since the crystalline silicon formed by the ELA crystallization method has more uniform flatness than the crystalline silicon formed by the SLS crystallization method, the crystallization of the protrusion 610 formed by the second laser irradiation is performed while maintaining a flat surface shape. . The result is shown in FIG. 6D.

그러므로 본 발명은 소정의 폭을 가지는 개구부를 구비하는 제 1 마스크를 적용하여 비정질실리콘층을 순차적 수평 결정화 방법(SLS)에 의해 결정화 하고, 상기 SLS결정화 방법에 의해 그레인 경계에 발생하는 돌출부에 상기 제 1 마스크의 개구부보다 작은 개구부 폭을 가지는 제 2 마스크를 적용하여 상기 돌출부에 조사되는 레이저 에너지 강도를 조절하면서 2차 결정화로 ELA결정화를 진행하여 평탄도가 개선된 결정질실리콘을 얻는다.Therefore, according to the present invention, the amorphous silicon layer is crystallized by a sequential horizontal crystallization method (SLS) by applying a first mask having an opening having a predetermined width, and the protrusion is formed at a grain boundary generated by the SLS crystallization method. By applying a second mask having an opening width smaller than the opening of the first mask, ELA crystallization is performed by secondary crystallization while adjusting the laser energy intensity irradiated to the protrusion to obtain crystalline silicon having improved flatness.

그러나 ELA 및 SLS결정화는 조사되는 레이저의 단면적의 크기가 제한되는 엑시머 레이저를 이용하므로 엑시머 레이저 발생 장치에 비해 매우 큰 기판에 형성된 비정질실리콘층을 모두 결정화하는데는 많은 시간이 소요된다.However, since ELA and SLS crystallization use excimer lasers in which the size of the cross-sectional area of the irradiated laser is limited, it takes a long time to crystallize all the amorphous silicon layers formed on a very large substrate as compared to the excimer laser generator.

그러므로 결정화 시간을 단축하기 위하여 별도의 방법이 필요하다.Therefore, a separate method is needed to shorten the crystallization time.

이하 도 7a ~ 8b를 참조하여 본 발명의 제 1 마스크를 적용하여 SLS방법에 의해 결정화하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of crystallizing by the SLS method by applying the first mask of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 8B.

도 7a는 본 발명의 일 실시 예에 의한 제 1 마스크의 일부를 도시한 것이다. 상기 제 1 마스크(701)는 제 1,2,3 개구부(710a,710b,710c)를 일 유닛으로 하면서 복수의 개구부를 구비한다. 본 실시 예에서는 개구부 패턴의 일 유닛을 구성하는 3개의 개구부를 일 실시 예로 하여 SLS결정화 공정을 설명한다.7A illustrates a portion of a first mask according to an embodiment of the present invention. The first mask 701 has a plurality of openings with the first, second and third openings 710a, 710b and 710c as one unit. In this embodiment, an SLS crystallization process will be described using three openings constituting one unit of the opening pattern as an example.

본 실시 예에 의한 제 1 마스크(701)의 각 개구부의 폭은 2.5㎛이며 길이는 소정의 길이일 수 있다. 또한, 도 7a에 도시 된 바와 같이, 제 1 개구부(710a)의 하단에는 제 2 및 제 3 개구부(710b,710c)이 대칭으로 배열되면서 소정의 거리 이격된다.Each opening of the first mask 701 according to the present exemplary embodiment may have a width of 2.5 μm and a predetermined length. In addition, as shown in FIG. 7A, second and third openings 710b and 710c are symmetrically arranged at a lower end of the first opening 710a and spaced apart from each other by a predetermined distance.

본 실시 예에서는 상기 이격 거리를 1.5㎛로 한다. 그 결과, 상기 제 2 및 3 개구부(710b,710c)는 좌 우측에서 상기 제 1 개구부(710a)와 0.5㎛씩 겹치도록 구성된다.In this embodiment, the separation distance is 1.5 μm. As a result, the second and third openings 710b and 710c are configured to overlap the first opening 710a by 0.5 μm at the left and right sides.

상기 구성을 하는 제 1 마스크(701)을 이용하여 제 1 레이저 샷을 하면 상기 개구부를 통해 노광되는 실리콘층은 순차적 수평 결정화가 진행된다.When the first laser shot is performed using the first mask 701 having the above configuration, the silicon layer exposed through the opening is sequentially horizontally crystallized.

이어서 레이저 발생장치 또는 기판을 상기 개구부의 길이와 같거나 작게 이동하고 2차 레이저 샷을 실시한다. 그리하면 상기 제 1 개구부(710a)를 통해 제 1 레이저 샷시 비노광된 제 2 개구부(710b)와 제 3 개구부(710c)사이의 비노광부(720)가 노광된다.Subsequently, the laser generator or the substrate is moved to be equal to or smaller than the length of the opening and a second laser shot is performed. Then, the non-exposure portion 720 between the first laser sash unexposed second opening 710b and the third opening 710c is exposed through the first opening 710a.

이때, 상기 비노광부(720)의 폭은 1.5㎛이므로 제 2 레이저 샷시 좌 우측에 존재하는 결정화 영역과 각각 0.5㎛씩 겹쳐서 상기 비노광부(720)가 결정화된다. 이때 도 7b에 도시 된 바와 같이, 상기 비노광부(720)의 좌 우측의 수평 결정화된 영역을 결정화의 씨드로 삼아 수평 결정화가 진행된다. 그 결과 제 1 레이저 샷에 의해 수평 결정화된 결정에 이어서 재 결정화가 진행되어 더 크게 수평 결정화된 그레인을 얻을 수 있다. 뿐만아니라 상기 재 결정화된 그레인의 크기는 균일한 크기를 가질 수 있다.In this case, since the width of the non-exposed part 720 is 1.5 μm, the non-exposed part 720 is crystallized by overlapping each of the crystallization regions existing on the left and right sides of the second laser chassis by 0.5 μm. In this case, as shown in FIG. 7B, horizontal crystallization is performed using the horizontally crystallized region on the left and right sides of the non-exposure unit 720 as a seed for crystallization. As a result, recrystallization proceeds following the crystallization horizontally crystallized by the first laser shot, thereby obtaining larger horizontally crystallized grain. In addition, the size of the recrystallized grain may have a uniform size.

상기 본 실시 예에서는 제 1 레이저 샷에 의해 수평 결정화된 길이가 1.25㎛이고 재 결정화에 의해 결정화되는 길이가 0.75㎛이므로 총 2㎛의 수평 결정화된 균일한 그레인을 얻을 수 있다. 도 7b에 2㎛의 폭을 가지는 수평 결정화된 그레인을 도시하였다.In the present embodiment, since the horizontal crystallization length by the first laser shot is 1.25 μm and the length crystallized by recrystallization is 0.75 μm, a total grain thickness of 2 μm in total can be obtained. 7b shows horizontal crystallized grains having a width of 2 μm.

도 7a에 도시 된 바와 같은 개구부가 마스크내에는 반복적으로 다수 형성된다. 가로 세로 길이가 125mm인 마스크가 사용된다면, 상기 크기의 마스크 내에 복수개의 개구부가 반복적으로 구성된다.A plurality of openings as shown in FIG. 7A are repeatedly formed in the mask. If a mask of 125 mm in width and length is used, a plurality of openings are repeatedly formed in the mask of the size.

도 8a는 제 1 마스크를 적용하고 제 1 레이저 샷을 한 후, 결정화된 실리콘 영역을 도시하고, 도 8b는 기판 또는 레이저 발생장치를 개구부의 길이 또는 그 이하로 이동한 후, 제 2 샷을 한 후, 결정화된 실리콘층의 그레인 모습을 도시하고 있다. 수평 결정화된 단위 그레인의 크기는 상기에서 설명한 바와 같이 2㎛이다.FIG. 8A shows the crystallized silicon region after applying the first mask and making the first laser shot, and FIG. 8B shows the second shot after moving the substrate or laser generator to the length of the opening or less. The grain state of the crystallized silicon layer is then shown. The size of the horizontally crystallized unit grain is 2 mu m as described above.

이어서, 제 1 마스크를 적용하여 순차적 수평 결정화가 완성된 후, 그레인 경계에 형성되는 돌출부를 재결정화 하기 위하여 제 2 결정화를 진행한다.Subsequently, after sequential horizontal crystallization is completed by applying the first mask, second crystallization is performed to recrystallize the protrusion formed at the grain boundary.

제 2 결정화는 제 1 마스크에 형성되는 개구부의 폭보다 작은 개구부 폭을 가지는 다수의 개구부를 포함하는 제 2 마스크를 적용하여 레이저 결정화가 진행된다.In the second crystallization, laser crystallization is performed by applying a second mask including a plurality of openings having an opening width smaller than the width of the opening formed in the first mask.

상기 제 2 마스크의 개구부 패턴을 도 9를 참조하여 설명한다. 제 2 마스크는 제 1 마스크를 이용하여 형성되는 돌출부를 재결정하기 위한 것으로 제 2 마스크에 형성되는 개구부는 상기 돌출부의 크기보다 크거나 같게 형성할 수 있다. 본 실시 예에서는 제 1 마스크에 의해 형성된 그레인 경계간의 거리가 2㎛이고 돌출부의 폭은 순차적 수평 결정화 길이의 반 이하이므로 제 2 마스크에 형성되는 개구부의 폭은 1㎛로 하고 개구부 간의 거리는 1㎛로 하여 제 2 마스크를 구성한다.The opening pattern of the second mask will be described with reference to FIG. 9. The second mask is used to recrystallize the protrusion formed using the first mask, and the opening formed in the second mask may be formed to be larger than or equal to the size of the protrusion. In this embodiment, since the distance between the grain boundaries formed by the first mask is 2 μm and the width of the protrusion is less than or equal to half of the sequential horizontal crystallization length, the width of the opening formed in the second mask is 1 μm and the distance between the openings is 1 μm. To form a second mask.

도 9에 도시된 바와 같이, 개구부(902)의 폭이 1㎛이고 개구부 간의 간격이 1㎛인 다수의 개구부가 반복적으로 구성되는 제 2 마스크(901)를 준비하고 제 2 결정화를 진행한다.As shown in FIG. 9, a second mask 901 having a plurality of openings having a width of the opening 902 having a width of 1 μm and a space between the openings having a thickness of 1 μm repeatedly is prepared and second crystallization is performed.

제 2 결정화는 순차적 수평 결정화된 결정질실리콘을 진공의 챔버 내에서 상기 제 2 마스크(901)을 정확히 배열한 후, 제 2 레이저 노광에 의해 이루어진다.The second crystallization is performed by second laser exposure after sequential horizontally crystallized crystalline silicon with the second mask 901 correctly arranged in a vacuum chamber.

제 2 레이저 노광시 레이저 발생기에서 발생하는 레이저 강도는 제 1 레이저 노광시 레이저 강도와 동일하므로 별도의 레이저 강도 조절은 불필요하다. 즉, 제 1 마스크보다 개구율이 감소되는 제 2 마스크를 적용하므로 제 2 결정화를 위해 사용되는 레이저 강도는 자동 조절될 수 있다.Since the laser intensity generated by the laser generator during the second laser exposure is the same as the laser intensity during the first laser exposure, no separate laser intensity adjustment is necessary. That is, since the second mask is applied in which the aperture ratio is reduced than the first mask, the laser intensity used for the second crystallization can be automatically adjusted.

제 2 레이저 노광에 의해 제 2 마스크(901)의 개구부(902)를 통해 조사되는 레이저 광은 도 6을 참조하여 이미 설명한 바와 같이, 돌출부를 거의 완전 용융상태로 만든 다음, 재결정화 하여 단차가 없는 결정질실리콘을 형성할 수 있다.The laser light irradiated through the opening 902 of the second mask 901 by the second laser exposure, as described above with reference to FIG. 6, makes the protrusions almost completely melted, and then recrystallizes there is no step difference. Crystalline silicon can be formed.

상기 제 2 결정화를 기판 전체에 대해 반복함으로서 기판 전체에 평탄도가 개선된 결정질의 실리콘층을 얻는다.The second crystallization is repeated for the entire substrate to obtain a crystalline silicon layer having improved flatness throughout the substrate.

본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이, 순차적 수평 결정화된 결정질 실리콘의 그레인 경계 영역을 제차 결정화 함으로써 평탄도가 개선된 결정질 실리콘을 얻는다. 상기 결정질실리콘이 평탄화 됨으로서 상기 결정질실리콘을 액티브층으로 적용하여 액정표시소자를 구성하면 액티브층상에 성막되는 게이트 절연층과 액티브층간의 결합특성이 향상되어 누설전류를 방지할 수 있으며 더욱 얇은 박막의 액정표시소자를 구성할 수 있다. 또한 평탄도가 개선되므로 노광 공정시 정밀한 노광 공정이 가능하여 세밀한 패턴 형성이 가능하다.As described above, the present invention obtains crystalline silicon having improved flatness by sequentially crystallizing the grain boundary region of the sequential horizontally crystallized crystalline silicon. When the crystalline silicon is flattened and the crystalline silicon is applied as an active layer to form a liquid crystal display device, the coupling property between the gate insulating layer and the active layer formed on the active layer is improved to prevent leakage current and a thinner liquid crystal of thinner film. The display element can be configured. In addition, since the flatness is improved, a precise exposure process is possible in the exposure process, thereby enabling the formation of fine patterns.

Claims (11)

기판상에 비정질실리콘층을 형성하는 단계;Forming an amorphous silicon layer on the substrate; 상기 비정질실리콘층상에 제 1 개구부 및, 상기 제 1 개구부의 폭보다 작은 이격공간을 가지는 복수의 서브 개구부를 구비하는 제 1 마스크를 적용하고 제 1 차 레이저 조사함으로써 순차적 수평 결정화인 제 1차 결정화를 진행하는 단계;The first crystallization, which is a sequential horizontal crystallization, is applied by applying a first mask having a first opening on the amorphous silicon layer and a plurality of sub-openings having a separation space smaller than the width of the first opening, and irradiating with a first laser. Proceeding; 상기 제 1 개구부가 상기 이격공간에 대응하도록 기판을 이동하여 제 2 차 레이저 조사함으로써 재 결정화를 진행하는 단계; 및,Moving the substrate so that the first opening corresponds to the separation space, and performing recrystallization by irradiating a second laser; And, 상기 재 결정화된 실리콘층의 그레인 경계에 상기 제 1 개구부보다 작은 폭을 가지는 제 2 개구부를 구비하는 제 2 마스크를 적용하여 레이저 조사함으로써 제 2 차 결정화하는 단계를 포함하고,A second crystallization by laser irradiation by applying a second mask having a second opening having a width smaller than the first opening to a grain boundary of the recrystallized silicon layer, 상기 제 2 결정화 단계는 The second crystallization step is 상기 제 2 개구부의 중앙과 상기 순차적 수평 결정화된 실리콘의 그레인 경계를 일치시키는 단계를 더 포함하며,Matching a grain boundary of the sequential horizontally crystallized silicon with the center of the second opening; 상기 제 2 개구부의 폭은 상기 제 1 개구부의 폭의 반 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.And the width of the second opening is less than or equal to half the width of the first opening. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 결정화 단계는 진공의 챔버내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.The method of claim 1, wherein said second crystallization step is performed in a chamber of vacuum. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 결정화 단계에서 조사되는 레이저 에너지의 강도는 상기 제 2 마스크에 의해 제어되어 완전 용융 근접 영역(near complete melting region)의 레이저 강도인 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.The method of claim 1, wherein the intensity of laser energy irradiated in the second crystallization step is controlled by the second mask to be a laser intensity of a near complete melting region. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 결정화 단계에서 상기 순차적 수평 결정화에 의해 형성되는 그레인 경계를 포함하는 결정질 영역이 재 결정되는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.2. The method of claim 1 wherein the crystalline region comprising grain boundaries formed by the sequential horizontal crystallization in the second crystallization step is recrystallized. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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