KR20020026631A - 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법 - Google Patents

엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법 Download PDF

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Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야 :
엑시머 레이저(excimer laser)를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법
나. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 :
종래의 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법에 있어서는, 탑 햇(Top Hat)형상 레이저 빔으로는 비정질 실리콘의 균일화 및 조대화를 이루기 어려우며, 또한 샷과 샷의 중첩비를 늘리는 방법은, 기판 한 매당 조사시간을 늘리게 되어 엑시머 레이저의 고가의 사용비를 증가시키게 되어 제품의 수율을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
다. 그 발명의 해결방법의 요지 :
본 발명에서는, 엑시머 레이저의 호모제나이저(homogenizer)에 빔 스탑(beam stop)이 형성된 필터를 형성하여, 비정질 실리콘을 완전용융하는 영역과, 상기 비정질 실리콘의 계면부근까지 용융하는 영역으로 이루어진 제 1, 2 탑 햇 영역을 갖는 계단형 빔 형상을 제공하여, 샷과 샷간의 중첩비를 줄여도 결정립을 균일하게 조대화 할 수 있으므로, 기판 한 매에 대한 조사시간을 25~20s/매로 줄일 수 있어, 제품의 수율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법{Crystallization of amorphous-Silicon film using an Excimer-Laser}
본 발명은 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엑시머 레이저의 빔의 형상을 변형하여 비정질 실리콘의 결정립을 균일하게 하고, 조사시간을 단축할 수 있는 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치용 어레이패널의 박막 트랜지스터의 활성층으로는 다결정 실리콘(p-Si ; polycrystalline Silicon) 또는 비정질 실리콘(a-Si ; amorphous Silicon)이 사용된다.
상기 다결정 실리콘은 무결정 상태인 비정질 실리콘에 비해 박막트랜지스터의 소자로 사용시, 화면의 응답속도를 상당히 빠르게 하는 장점이 있으나, 고온 공정이 요구되어 수정기판과 같은 고가의 재료를 사용해야 하므로, 3~4인치의 소면적 기판의 소자로 사용되고 있다.
상기 비정질 실리콘은 저온공정 하에서의 제조가 가능하므로, 대면적 액정표시장치의 박막트랜지스터 소자로 널리 사용되고 있으나, 상기 비정질 실리콘의 댕글링 본딩결합으로 인해, 빛을 받으면 광누설 전류가 형성되어, 화면에 플리커(Flicker)현상 등을 유발시키는 단점이 있다.
그러므로, 상기 다결정 실리콘을 대면적 액정표시장치의 박막 트랜지스터소자로 사용하기 위하여, 저온공정으로 유리기판에 형성가능한 비정질 실리콘을 용융, 결정화단계를 거쳐 다결정 실리콘으로 형성하는 방법이 늘고있는 추세이다.
상기 다결정 실리콘은 결정립과 이들의 경계인 결정립계로 구성되는데, 결정립계가 불균일하게 분포하게 되면, 전자의 흐름을 방해하여 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 저하시키게 되므로, 비정질 실리콘의 결정화기술에서는 결정립을 균일하게 조대화함으로써 결정립계에 의한 결함을 줄이는 것이 가장 중요하다.
레이저 열처리는 현재 널리 연구되고 있는 비정질 실리콘의 결정화 방법으로서, 비정질 실리콘이 형성된 기판에 레이저 에너지를 공급하여 상기 비정질 실리콘을 용융상태와 결정화 과정을 반복하여 균일한 결정립을 가지는 다결정 실리콘으로 형성하는 방법으로, 대표적으로는 엑시머 레이저(Excimer Laser)을 이용한 결정화 방법을 들 수 있다.
상기 엑시머는, 불활성 기체가 여기(pumping)상태에서 분자를 형성하는 것을 뜻하며, 엑시머는 여기상태에서만 분자를 구성하기 때문에 들뜬 상태에서 에너지가 낮은 준위로 전이하게 되면, 분자는 해리하여 원래의 원자상태로 돌아가게 된다.
그러므로, 상기 엑시머 상태의 에너지 준위에서는 하위 준위가 따로 존재하지 않고, 에너지 밀도값을 제로(zero)로 하는 바닥준위를 하위준위로 함을 특징으로 한다.
상기 엑시머 레이저의 매질은 ArF, KrF, XeCl 등과 같은 할로겐화 불활성 기체내에서 여기된 이합체 착물들이며, 이러한 이합체 착물들은 불활성 기체와 할로겐화 이온간의 전기적 방전을 통한 화학반응에 의해 형성된다.
상기 엑시머 레이저 빔의 형태는 다른 레이저처럼 원형의 가우시안(Gaussian)형태를 갖는 것이 아니라, 직각의 빔모양을 갖고 있다.
1차원적으로 살펴보면, 빔의 윗부분은 평평하고, 경사진 측면을 가지는 탑 햇(Top Hat)형상을 취하고 있다.
도 1은 종래의 엑시머 레이저를 이용하여 비정질 실리콘을 결정화하는 전체공정도에 대한 간략한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 비정질 실리콘을 결정화하기 위한 엑시머 레이저 장치는 크게, 엑시머 레이저(50)와 상기 엑시머 레이저 빔의 형상을 가공하는 호모제나이저(60 ; homogenizer)로 구성된다.
상기 엑시머 레이저(50)의 매질은 HCl, Ne 및 기타 혼합가스로 하고, 미도시한 레이저 콘트롤 시스템에 의해, 상기 엑시머 레이저(50)에서는 여기된 전자로부터 방전되는 에너지를 원하는 에너지 밀도로 조절된 레이저 빔을 상기 호모제나이저(60)에 방출되게 된다.
그 다음, 상기 호모제나이저(60)에서는 엑시머 레이저(50)로부터 방출된 레이저 빔을 가공하여 비정질 실리콘이 증착된 기판(70)에 조사한다.
원내의 도면 "I"는 상기 엑시머 레이저(50)에서 조사되는 레이저 빔의 초기 형상을 도시한 것이다.
상기 레이저 빔(52)은 호모제나이저(60)를 거치지 않은 상태로, 상기 레이저 빔(52)은 중심부위가 주변부위에 에너지 밀도가 높으며 탑 부분이 둥근 형상를 취하고 있다.
상기 "I"의 레이저 빔(52)을 7개의 세그먼트(54 ; segment)로 나누었을 때, 원내의 도면 "II"의 상기 호모제나이저(60)에서는 한개의 세그먼트(54)에 각각의 세그먼트(54)의 레이저 빔(52)이 교차되고, 상기 한 세그먼트(S)에 집중된 레이저 빔(52)은 "III"의 원내의 도면으로 나타낸 것처럼 탑부분이 평평한 탑 햇(Top Hat)형상의 레이저 빔(56)으로 가공되어 기판(70)상에 조사되게 된다.
도 2는 종래의 탑 햇(Top Hat)형상을 가지는 엑시머 레이저의 빔의 형상을 도시한 그래프이다.
이 그래프의 X축, Y축은 각각 엑시머 레이저 빔의 빔 너비(㎛)와, 에너지 밀도값(mJ/㎠)을 나타낸다.
상기 그래프의 엑시머 레이저 빔의 탑 햇을 이루는 에너지 영역(EI)은, 비정질 실리콘을 용융시키는 에너지 영역으로서, 상기 에너지 영역은 E2와 E1로 표시한 에너지 영역의 중간값을 나타내고 있다.
그리고, 상기 X축 하부의 화살표는 엑시머 레이저 빔이 기판에 조사되는 방향을 나타낸 것이다.
그러나, 실질적으로는 상기 화살표와 반대방향으로 기판이 이동해가면서 일정한 비율로 레이저 빔의 샷을 중첩하여 비정질 실리콘이 결정화되는 단계를 밟게된다.
이하, 상기 엑시머 레이저 빔의 탑 햇을 이루는 에너지 영역(EI)에서 비정질 실리콘막이 용융되는 상태를 나타내기 위하여, 도 3을 같이 설명하도록 하겠다.
도 3은 도 2의 레이저 빔이 조사되는 비정질 실리콘막이 형성된 기판의 일부영역을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 투명한 기판(1)에 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 절연물질로 이루어진 절연막(10)과 비정질 실리콘(20 ; a-Si)을 차례대로 증착되어 있다.
이때, 상기 절연막(10)과 비정질 실리콘(20)사이의 계면에는 비정질 실리콘의(20)의 결정립의 성장을 촉진하는 씨드(15; seed)가 형성되어 있다.
상기 씨드(15)는 일반적으로, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)증착장비내에서, 상기 절연막(10)과 비정질 실리콘(20)을 연속으로 증착하는 과정에서, 반응가스중 수소(H2)에 의해 형성되는 것으로, 특히 상기 비정질 실리콘(20)과 절연막(10)사이의 계면에 밀집되어 형성된다.
상기 비정질 실리콘(20)을 결정화할 수 있는 에너지 영역대는 크게 세가지 영역(E1,E2,E3)로 구분할 수 있는데, E1은 200~300mJ/㎠로서, 상기 에너지값에 의하면 비정질 실리콘(20)의 상부 표면만이 용융되어, 비정질 실리콘(20)은 약 1,000Å의 미세한 결정립으로 결정화된다.
다음으로, E2는 비정질 실리콘(20)과 절연막(10)의 계면 근처까지 용융시키는 에너지값으로서, 상기 E2에 의하면, 상기 비정질 실리콘(20)과 절연막(10)의 계면근처까지 용융시켜 일부 씨드(15)만을 남기므로, 상기 씨드(15)에 의해 조대한 결정립을 형성할 수 있으나, 상기 씨드(15)는 분포밀도가 일정하지 않아, 상기 불균일하게 배열된 씨드(15)는 결정립을 균일하게 형성하기가 어렵다.
E3은 비정질 실리콘(20)과 절연막(10)의 계면까지 완전히 용융시키는 에너지 영역으로, 상기 E3를 거친 결정화 단계에서는 씨드(15)가 형성이 급격히 증가하여, 상기 씨드(15)의 포화로 약 500Å 의 미세한 결정립을 형성하게 되어, 결정립을 조대화 하기가 어렵게 된다.
즉, 상기 엑시머 레이저의 탑 햇을 이루는 에너지 영역(EI)은 결정립을 균일하게 조대화하기 위하여, 310~370mJ/㎠ 에너지 밀도를 가지는 E2와 380mJ/㎠ 이상인 E3의 에너지 영역대 사이에서 결정된다.
즉, 상기와 같은 에너지 밀도분포를 갖는 레이저 빔을 여러차례 조사하므로써, 비정질 실리콘을 결정화하게 된다.
이때, 상기 레이저 빔이 비정질 실리콘에 조사되는 영역은 국소적이고, 기판의 이동으로 상기 레이저 빔의 샷과 샷을 중첩하면서, 비정질 실리콘을 여러차례 반복하여 용융, 결정화하면서 결정립을 형성하게 되는 것이다.
그러나, 상기와 같은 탑 햇 형 레이저 빔의 조사에는 다음과 같은 문제점들이 있다.
첫째는, 현재 상용중인 엑시머 레이저 장비는 샷과 샷의 에너지 밀도차가 15%정도로 크고, 비정질 실리콘의 결정립을 균일하게 조대화시킬 수 있는 에너지 영역대의 범위는 매우 좁다는 것이다.
둘째는, 이러한 문제점의 보완책으로 엑시머 레이저 빔의 샷과 샷간의 중첩비를 늘리는 방안이 있으나, 이 방법은 조사 횟수 및 시간을 늘리게 되므로, 엑시머 레이저 장비의 수명을 단축하고 엑시머 레이저 장비의 고가의 사용비가 증가되어 결국은 제품의 수율을 떨어뜨리는 문제점이 있다는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 샷과 샷간의 중첩비를 줄여도 결정립을 균일하게 조대화시킬 수 있는 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 엑시머 레이저를 이용하여 비정질 실리콘을 결정화하는 전체 공정을 나타낸 개략적인 평면도.
도 2는 종래의 엑시머 레이저 빔의 에너지 밀도를 도시한 그래프.
도 3은 도 2의 레이저 빔이 조사되는 비정질 실리콘막이 형성된 기판의 일부영역을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 엑시머 레이저를 이용하여 비정질 실리콘을 결정화하는 전체 공정을 나타낸 개략적인 평면도.
도 5a, b는 본 발명의 엑시머 레이저 빔이 조사되는 비정질 실리콘막이 형성된 기판의 일부영역을 도시한 공정단면도.
도 6은 본 발명의 엑시머 레이저 빔의 에너지 밀도를 도시한 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
A : 초기 용융단계 EM: 제 1 에너지영역
ES: 제 2 에너지영역 B : 제 1 결정화영역
C : 제 2 결정화영역
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 상기 비정질 실리콘을 완전 용융하는 제 1 탑 햇영역과, 비정질 실리콘의 계면부근까지 용융시키는 제 2 탑헷 영역으로 구성된 계단형 빔 형상을 가지는 레이저 빔으로 비정질 실리콘을 결정화 하는 방법을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명에서는 절연막과 비정질 실리콘이 연속으로 증착된 기판을 준비하는 단계와; 상기 비정질 실리콘을 완전용융하는 에너지 밀도를 가지는 제 1 에너지 영역과, 상기 비정질 실리콘의 계면근처까지 용융하는 에너지 밀도를 가지는 제 2 에너지 영역을 갖는 엑시머 레이저 빔을 형성하는 단계와; 상기 엑시머 레이저 빔을 샷(shot)과 샷 간에 일정한 중첩비로 하여 상기 비정질 실리콘에 조사하는 단계를 포함하는 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법을 제공한다.
상기 엑시머 레이저 빔의 제 1 에너지 영역은 제 2 에너지 영역보다 높은 에너지 밀도를 가지며, 상기 제 1 에너지 영역과 제 2 에너지 영역의 탑부분은 평평한 계단형 빔 형상임을 특징으로 한다.
또한, 상기 엑시머 레이저 빔은 상기 제 1 에너지 영역 전에, 상기 비정질 실리콘을 초기용융하는 에너지 영역을 더욱 포함한다.
상기 엑시머 레이저 빔은 상기 제 1 에너지 영역과 제 2 에너지 영역 간에 비정질 실리콘을 결정화하는 제 1 결정화 영역을 더욱 포함하며, 상기 엑시머 레이저 빔의 상기 제 1 에너지 영역과 제 2 에너지 영역의 차는 10~15mJ/㎠로 함을 특징으로 한다.
상기 엑시머 레이저 빔의 상기 제 2 에너지 영역을 거친 용융된 비정질 실리콘을 100~300㎛의 빔 너비 구간에서 결정화하는 제 2 결정화 영역을 더욱 포함하며, 상기 엑시머 레이저 빔의 상기 제 2 결정화 영역의 빔 너비는 제 2 에너지 영역의 에너지 밀도의 10%에 해당하는 위치이다.
또한, 상기 엑시머 레이저 빔의 조사를 360mm scan/300Hz의 조건에서 20~25s/매로 하여, 3,000~4,000Å의 결정립을 형성함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 하나의 특징에서는, 엑시머 레이저빔을 생성하는 엑시머 레이저와; 상기 엑시머 레이저 빔의 형상을 가공하는 호모제나이저와; 상기 엑시머 레이저와 상기 호모제나이저의 연결부위에 위치하고, 두께가 서로 다른 두 줄의 금속라인이 형성된 필터를 포함하고, 상기 호모제나이저에서 가공된 빔의 형상은 제 1 에너지영역과 제 2 에너지영역이 계단형을 이루는 비정질 실리콘 결정화 장치를 제공한다.
상기 필터의 금속라인은 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나의 금속으로 하며, 상기 제 1 에너지영역은 완전용용영역이고, 상기 제 2 에너지영역은 비정질실리콘의 계면부근까지 용융하는 영역이고, 제 1 및 제 2 에너지 영역의 차이는 10~15mJ/㎠이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 엑시머 레이저를 이용하여 비정질 실리콘을 결정화하는 전체공정도에 대한 간략한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 비정질 실리콘을 결정화하기 위한 엑시머 레이저 장치는 크게, 엑시머 레이저(110)와 상기 엑시머 레이저 빔의 형상을 가공하는 호모제나이저(120 ; homogenizer)로 구성된다.
상기 호모제나이저(120)는 엑시머 레이저(110)로부터 방출된 레이저 빔을 가공하여 비정질 실리콘이 증착된 기판(150)에 조사하게 된다.
상기 호모제나이저(120)는 상기 엑시머 레이저(110)와 연결되는 부위에 상기 엑시머 레이저(110)로부터 방출된 레이저 빔을 계단형 빔형상으로 바꾸는 역할을하는 필터(300)가 형성되어 있다.
원내의 도면 "IV"의 a)에서는 상기 레이저 빔이 필터(300)를 통과하기 전, 후를 제 1, 2 레이저 빔(112,114)으로 나누어 도시한 것으로, 상기 제 1,2 레이저 빔(112,114)은 7개의 세그먼트(S)단위로 표시하여, 상기 필터(300)를 통과한 후의 제 2 레이저 빔(114)의 에너지 밀도분포는 고르지 않게 변화되었음을 나타내었다.
상기 "IV"의 b)는 상기 필터(300)의 단면을 도시한 것으로, 상기 필터(300)에는 서로 다른 두께의 금속라인으로 이루어진 빔 스탑(310a, 310b)이 형성되어 있다.
이때, 상기 금속재질로는 니켈(Ni)이나 몰리브덴(Mo) 등의 내열금속이면 가능하다.
즉, a)의 3번과 4번 세그먼트(S)내의 제 2 레이저 빔(114)의 형상이 변형된 것은 상기 제 2 레이저 빔(114)과 대응하는 위치의 필터(300)의 빔 스탑(310a)(310b)에 의해서이다.
원내의 도면 "V"에서는, 상기 제 2 레이저 빔(114)이 호모제나이저(120)의 하나의 세그먼트(S)에 중첩되어 교차된 상태를 도시한 것이다.
이러한 방식으로 중첩되어 호모제나이저(120)를 통과한 레이저빔은 "VI"로 나타낸 계단형 빔(122)으로 가공된다.
이렇게 가공된 계단형 빔(122)은 비정질 실리콘이 증착된 기판(150)상에 조사되게 된다.
상기 레이저 빔(122)의 샷과 샷의 중첩비는 85~90%로 하고, 360mmscan/300Hz의 조건에서 기판 한매를 결정화하는데 20~25초의 조사시간을 가진다.
상기 레이저 빔샷의 빔 너비는 기판의 일부 국소적인 영역에 미치는 것으로, 기판을 일정한 방향으로 이동하면서 상기 레이저 빔샷을 중첩하여 비정질 실리콘의 용융, 결정화 단계를 반복하면서 균일한 결정립을 형성하게 되는 것이다.
도 5a, b는 본 발명의 레이저 빔이 조사되는 비정질 실리콘막이 형성된 기판의 일부영역을 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 엑시머 레이저 빔의 형상을 도시한 그래프로서, 상기 도 5a, b, 도 6을 연계해서 설명하도록 하겠다.
도 5a에서는 투명기판(1)상에 절연막(100), 비정질 실리콘(200)이 증착되어 있고, 상기 절연막(100)과 비정질 실리콘(200)의 계면사이에는 씨드(130)가 형성되어 있고, 기판상에 표시된 화살표는 비정질 실리콘(200)막상에 엑시머 레이저의 도 6의 제 1 에너지영역(EM)의 빔을 조사하는 것을 나타낸 것으로, 상기 제 1 에너지영역(EM)의 빔의 조사에 의하면, 상기 비정질 실리콘(200)과 절연막(100)의 계면까지 완전 용융되어, 상기 계면에 존재하는 씨드(130)까지 용융되게 된다.
그 다음으로, 도 6의 제 1 결정화 단계(B)를 거치게 되면, 상기 씨드(130)는 미세한 결정으로 고르게 비정질 실리콘 전면에 분포하게 된다.
다음으로, 도 5b에서는, 도 6의 결정화 단계(B)를 거친 비정질 실리콘(200)의 계면근처를 용융시키는 제 2 에너지영역(ES)의 빔을 조사하므로써, 상기 비정질 실리콘(200)과 절연막(100)사이의 계면상에 위치한 씨드(140)만을 남기고, 그외의 영역에 존재하는 씨드는 상기 용융단계를 통해 제거됨을 나타내었다.
도 6의, 본 발명의 엑시머 레이저 빔의 형상은 제 1, 2 탑 햇 영역으로 구성된 계단형 빔 형상을 이루고 있다.
이하, 종래의 빔 형상 그래프와 중복되는 설명은 생략하기로 하겠다.
상기 제 2 에너지 영역(ES)과 연결된 제 2 결정화 단계(C)의 빔 너비는 종래보다 넓게 형성하므로써, 제 2 에너지 영역(ES)을 통해 계면상의 고르게 분포된 씨드(140)가 결정립으로 충분히 성장할 수 있도록 유도하기 위해서이다.
즉, 상기 제 2 결정화 단계(C)는 비정질 실리콘(200)의 중앙내부에서 측면으로 서서히 결정립이 성장되도록 유도하는 단계라고 할 수 있다.
상기 도 6에서 도시한 제 2 결정화 단계(C)와 제 1 에너지 영역(ES)과 인접한 초기 용융단계(A)의 빔 너비는 각각 제 1 에너지 영역(EM)의 에너지 밀도의 10%에 해당하는 위치(W1,W2)에서 각각 0~100㎛, 100~300㎛의 빔 너비를 갖는다.
이때, 상기 EM/ES의 에너지 밀도의 차는 10~15mJ/㎠으로 함으로써, 상기 두 영역간의 상기 에너지 밀도의 차는 결정화를 균일하게 조대화시킬 수 있는 영역대의 범위(10~15mJ/㎠)와 같도록 한다.
즉, 상기와 같은 에너지 영역대로 구성된 레이저 빔을 기판상에 연속으로 조사하여, 여러차례의 용융과 결정화 단계를 거치면서 비정질 실린콘을 결정립이 균일하게 조대한 다결정 실리콘으로 형성하는 것이다.
그리고, 종래에는 샷과 샷간의 에너지 밀도차로 인해 결정립을 균일화시킬수 있는 에너지 영역대이 설정이 어려워, 샷과 샷의 중첩비를 늘려, 조사시간 및 레이저 장비의 사용량을 증가시켰으나, 본 발명에서는 EM/ES의 에너지 밀도차를 10~15mJ/㎠값을 갖는 제 1, 2 에너지 영역으로 설정하여, 샷과 샷간의 중첩비를 줄여, 조사 횟수 및 시간도 동시에 줄이면서도, 3,000~4,000Å의 결정립을 균일하게 조대화 할 수 있는 것이다.
즉, 종래에는 엑시머 레이저의 조건을 360mm scan/300Hz으로 했을때, 레이저 빔의 샷과 샷의 중첩비를 95%정도로 하여 기판 한 매에 해당하는 레이저 빔의 조사시간이 약 120초정도 걸렸으나, 본 발명에서는 90%미만의 중첩비를 둠으로써, 기판 한 매에 대한 조사시간을 종래보다 약 1/6가량 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 엑시머 레이저를 이용한 다결정 실리콘막의 형성방법를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법에 의하면, 비정질 실리콘을 두 단계의 에너지 영역에서 결정화를 이루므로써, 샷과 샷간의 중첩비를 줄여도 결정립을 균일하게 조대화 시킬 수 있어, 기판 한 매에 대한 조사시간을 종래보다 대략 1/6가량 줄일 수 있으므로, 제품의 수율을 상당히 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 절연막과 비정질 실리콘이 연속으로 증착된 기판을 준비하는 단계와;
    상기 비정질 실리콘을 완전용융하는 에너지 밀도를 가지는 제 1 에너지 영역과, 상기 비정질 실리콘의 계면근처까지 용융하는 에너지 밀도를 가지는 제 2 에너지 영역을 갖는 엑시머 레이저 빔을 형성하는 단계와;
    상기 엑시머 레이저 빔을 샷(shot)과 샷 간에 일정한 중첩비로 하여 상기 비정질 실리콘에 조사하는 단계
    를 포함하는 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저 빔의 제 1 에너지 영역은 제 2 에너지 영역보다 높은 에너지 밀도를 가지며, 상기 제 1 에너지 영역과 제 2 에너지 영역의 탑부분은 평평한 계단형 빔 형상인 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저 빔은 상기 제 1 에너지 영역 전에, 상기 비정질 실리콘을 초기용융하는 에너지 영역을 더욱 포함하는 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저 빔은 상기 제 1 에너지 영역과 제 2 에너지 영역 간에 비정질 실리콘을 결정화하는 제 1 결정화 영역을 더욱 포함하는 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저 빔의 상기 제 1 에너지 영역과 제 2 에너지 영역의 차는 10~15mJ/㎠로 함을 특징으로 하는 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저 빔의 상기 제 2 에너지 영역을 거친 용융된 비정질 실리콘을 100~300㎛의 빔 너비 구간에서 결정화하는 제 2 결정화 영역을 더욱 포함하는 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법.
  7. 제 1 항 내지는 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저 빔의 상기 제 2 결정화 영역의 빔 너비는 제 2 에너지 영역의 에너지 밀도의 10%에 해당하는 위치인 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑시머 레이저 빔의 조사를 360mm scan/300Hz의 조건에서 20~25s/매로 하여, 3,000~4,000Å의 결정립을 형성하는 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법.
  9. 엑시머 레이저빔을 생성하는 엑시머 레이저와;
    상기 엑시머 레이저 빔의 형상을 가공하는 호모제나이저와;
    상기 엑시머 레이저와 상기 호모제나이저의 연결부위에 위치하고, 두께가 서로 다른 두 줄의 금속라인이 형성된 필터
    를 포함하고,
    상기 호모제나이저에서 가공된 빔의 형상은 제 1 에너지영역과 제 2 에너지영역이 계단형을 이루는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 필터의 금속라인은 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나의 금속인 비정질 실리콘 결정화 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 에너지영역은 완전용용영역이고, 상기 제 2 에너지영역은 비정질실리콘의 계면부근까지 용융하는 영역이고, 제 1 및 제 2 에너지 영역의 차이는 10~15mJ/㎠인 장치.
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