KR20030082145A - 실리콘 결정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘의 결정화 방법에 관한 것으로, 특히 비정질 선행막에 조사되는 레이저빔 에너지의 밀도가 강한 부분과 약한 부분으로 나누어지도록 하는 레이저 빔 마스크와 이를 이용한 폴리실리콘 형성방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마스크는 레이저 빔이 투과되는 투과영역이 서로 다른 투과율을 가지도록 구성하여, 투과영역의 중앙부에 더 높은 에너지 밀도의 레이저가 조사되도록 한다.

이와 같이 하면, 상기 투과영역에 대응하는 실리콘층의 중앙부로 그레인(grain)이 더 성장하는 결과를 얻을 수 있다.

따라서, 레이저 입사 펄스의 샷(shot)수와 스테이지(stage)의 이동횟수를 감소시켜 생산성을 향상시키고, 레이저(laser)입사에 의한 박막의 결함을 감소 시 킬 수 있다.

Description

실리콘 결정화방법{A method for crystallizing of an amorphous Si}

본 발명은 저온으로 폴리실리콘(poly silicon)을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 그레인(grain)의 측면성장을 유도하여 결정성장 길이를 길게하고 공정시간을 단축할 수 있는 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 이동도와 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 이동도도 따라 증가한다.

따라서, 이러한 점을 고려하여 실리콘을 단결정화 하는 방법이 큰 이슈로 떠오르고 있으며, 최근 들어 에너지원을 레이저로 하여 실리콘 결정의 측면성장을 유도하여 거대한 단결정 실리콘을 제조하는 SLS(sequential lateral solidification)(측면성장 결정.)기술이 제안되었다.

상기 SLS 기술은 실리콘 그레인이 액상 실리콘과 고상 실리콘의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 레이저 에너지대의 강도와 레이저빔(laser beam)의 조사범위의 이동을 적절하게 조절하여, 실리콘 그레인을 소정의 길이만큼 측면성장 시킴으로서 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 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 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, 상기집속렌즈(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)또는 마스크를 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.

전술한 바와 같은 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 사용하여 기판에 증착하게 되며, 이는 박막 내에 수소(H)를 많이 함유하고 있다.

상기 수소(H)는 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 면적에 동시에 이루어 질 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 결정화된 영역을 한 블록(block)이라 정의하면, 상기 한 블록내의 결정화 또한 다차(多次)의 레이저 빔 조사를 통해 이루어진다.

이하, 도 3a 내지 도 3d를 참조하여, 종래의 제 1 예에 따른 비정질 실리콘 막의 결정화 공정을 설명한다.(종래의 예는 스캔 & 스텝(scan&step)방식으로 진행되며, 제 1 예의 특징은 상기 마스크에 구성된 투과영역의 너비가 레이저 빔 조사시 최대 성장하는 그레인의 길이의 2배 보다 크다.)

이하, 도 3a 내지 도 3d는 상기 SLS 장비를 이용한 비정질 실리콘 박막의 결정화 과정을 순서대로 도시한 도면이다.(이때, 한 블록 단위의 결정화를 예를 들어 설명하였다. 또한, 상기 마스크에는 3개의 슬릿이 형성되었다고 가정한다.)

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(52)상에 버퍼층(56)이 형성되고, 버퍼층(56)의 상부에는 비정질 실리콘층(58)이 형성된다.

상기 버퍼층(58)은 실리콘 질화막(SiN_X)과 실리콘 산화막(SiO₂)을 포함하는 실리콘 절연물질 중 선택된 하나로 형성된다.

상기 비정질 실리콘층은 수소를 포함한 것이기 때문에 결정화 하기전 탈수소화 공정을 반드시 진행한다.

상기 탈수소화 공정이 진행된 기판(52)의 상부에 마스크(38)를 위치시킨다. 상기 마스크(38)는 앞서 설명한 바와 같이 투과영역(A)과 차단영역(B)으로 구성된다.

상기 마스크의 상부에서 레이저 빔을 1차 조사하게 되면, 조사된 레이저빔은 상기 마스크에 구성된 다수의 슬릿(투과 영역)(A)에 의해 나누어져 부분적으로 비정질 실리콘 박막(58)을 녹여 액상화한다.

따라서, 상기 비정질 실리콘 박막(58)은 액상 실리콘 역역(E)과 고상 실리콘 영역(F)으로 나누어진다.

이와 같은 경우, 상기 레이저 에너지의 정도는 상기 비정질 실리콘 박막이 완전히 녹을 정도의 고 에너지 영역대(complete melting regime)를 사용한다.

상기 완전히 멜팅되어 액상화된 실리콘은 레이저 빔의 조사가 끝나면 고상 실리콘 영역(E)과 액상 실리콘 영역(F)의 계면(60a,60b)에서 실리콘 그레인이 측면 성장하게 된다.

따라서, 도 3b에 도시한 바와 같이, 실리콘 그레인(61,62)의 측면성장이 진행된다. 그레인(61,62)의 측면성장은 상기 계면(60a,60b)에 대해 수직으로 일어난다.

일반적으로 레이저빔 조사공정으로 진행되는 결정성장의 길이는 일반적으로 1㎛∼1.5㎛의 길이로 성장하게 되며, 빔 패턴이 상기 그레인 성장길이의 두 배 보다 크다면, 도시한 바와 같이 상기 실리콘 영역의 양측 계면에서 각각 성장한 그레인(61,62)과 그레인이 근접하는 영역은 다수의 핵생성영역(미세 다결정 실리콘 입자영역)(H)이 존재하게 된다.

전술한 바와 같은 1 차 레이저빔 조사를 통한 결정화 공정으로, 상기 마스크(도 3a의 38)에 구성한 투과 영역(도 3a의 A)의 수만큼 한블럭내에 부분적으로 결정화된 영역(E)이 발생한다.

다음으로, 도 3c는 레이저 빔을 2차 조사하여, 그레인이 성장한 모양을 도시한 도면이다.

상기 1 차 레이저 빔 조사 후에, 상기 핵생성영역(도 3b의 H)을 기준으로 일측의 그레인의 측면성장 길이보다 작게 상기 X-Y 스테이지(도 1의 46) 또는 마스크를 수㎛ 이동한 후, 다시 2차 레이저빔 조사를 실시한다.

이때, 상기 마스크의 투과영역이 상기 핵 생성영역을 포함한 영역에 대응하여 구성되지 않는다면, 상기 그레인은 1차 레이저 빔 조사시 성장한 길이 이상으로 길게 성장시킬 수 없게 된다.

따라서, 상기 레이저 빔 패턴이 상기 핵 생성영역(도 3a의 H)을 포함하여 위치할 수 있도록 하기 위해 전술한 바와 같이, 상기 레이저 빔 패턴(마스크 패턴)을 상기 그레인의 측면성장 길이보다 작게 즉, 1 ㎛이하로 이동해야 한다.

그러므로, 상기 2 차 조사된 레이저빔에 닿은 실리콘 부분은 상기 결정영역의 상당 부분과 비정질 영역을 포함하며, 이 두 영역은 액상화 된 후 다시 결정화된다.

이때, 1 차 조사결과로 형성된 다결정 실리콘 영역의 실리콘 그레인(도 3a의 62)에 연속하여 실리콘 용융영역으로 그레인의 측면성장이 이루어진다.

2 차 레이저빔 조사가 끝난 후의 실리콘 결정은 1 차 조사에 의해 성장한 제 1 그레인 영역(66)과 핵생성 영역(I)과 새로운 제 2 그레인 영역(70)으로 형성된다.

따라서, 전술한 바와 같은 공정을 다수 반복하여 도 3d에 도시한 바와 같이 한 블록에 해당하는 비정질 박막을 결정질 실리콘 박막(72)으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 블록단위의 결정화 공정을 반복하여, 큰 면적의 비정질 박막을 결정질 박막으로 형성할 수 있다.

이하, 도 4는 마스크에 의해 형상화된 레이저빔의 에너지 밀도(energy density)와, 그에 따른 비정질 실리콘의 결정화를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 상기 마스크(38)는 석영(quartz)과 같은 투명한 기판(10) 상부에 크롬(Cr) 또는 알루미늄(Al) 같은 불투명한 금속을 증착하고 부분적으로 패턴한다.

상기 패턴된 박막층(12)은 차단 영역(B)이 되고, 차단영역(B)의 사이 영역은 투과영역(A)이 된다.

이때, 상기 마스크(38)의 투과 영역(A)을 통과하는 레이저 빔의 에너지 밀도는 완전 멜팅 영역(complete melting )대의 에너지로서, 투과영역(A) 전체에 대해 모두 동일하다.

이러한 에너지를 가지는 레이저 빔을 마스크를 통해 하부의 실리콘 박막에조사하게 되면, 수십 ns의 레이저 펄스 지연 시간 후 최고의 온도에 도달 후 냉각되기 시작하여 레이저 빔 폭이 외곽부인 액상 실리콘 영역(E)과 고상 실리콘 영역(F)대의 양측 계면(60a,60b)에서 중심부쪽으로 결정(61,62)이 성장한다.

이때, 중심부의 온도가 용융점 미만으로 과냉각될 때 발생하는 상기 핵 생성영역(H)의 성장에 의해 이러한 그레인의 측면성장 길이는 제한된다.

또한, 이러한 그레인 성장길이의 제한으로 인해 상기 마스크(38) 또는 스테이지(도 1의 46)가 여러번 미소 이동하여 결정화하는 공정을 반복해야 만이 원하는 길이의 그레인으로 이루어지는 결정층을 얻을 수 있다.

따라서, 원하는 면적의 결정화를 모두 이루기 위해서는, 상기 마스크(38) 또는 스테이지(도 1의 46)를 이동하는 총 소요시간이 전체 결정화 공정시간에 큰 비중을 차지하게 되어 공정 수율이 감소하는 원인이 된다.

그러나, 상기 핵생성 영역이 발생하는 시간을 지연시킬 수 있다면 상기 레이저 1 펄스에 의한 측면성장길이를 증가시킬 수 있다.

이러한 방법으로, 온도 증가에 의해 핵 생성 시간 지연을 이루기 위해서는 레이저 펄스당 에너지 밀도를 증가시켜 빔폭 전체에 해당하는 비정질 실리콘 영역을 가열하는 방법을 생각할 수 있으나, 에너지 증가에 의한 박막의 응집에 의해 박막이 뜯겨나가는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 마스크의 투과 영역을 통과하는 에너지 밀도의 공간적 분포를 달리하도록 마스크의 구성을 새롭게 설계함으로써, 투과영역의 중앙부에 대응하여 발생하는 핵생성 시간을 지연시켜 상기 행생성 영역만큼 그레인이 성장할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 측면 성장 결정화된 폴리실리콘층을 형성하기 위한 레이저 빔 발생장치를 개략적으로 도시한 도면이고,

도 2는 결정화가 일부 진행된 기판을 도시한 도면이고,

도 3a 내지 도 3c는 종래에 따른 측면 성장 결정화 방법을 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,

도 4는 종래의 마스크에 따른 레이저 빔의 에너지 밀도 분포와 그에 따라 결정화된 상태를 도시한 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 마스크와, 그에 따른 레이저 빔의 에너지 밀도 분포를 나타낸 도면이고,

도 6은 시간에 따른 결정화 과정을 종래와 본 발명으로 비교한 그래프이고,

도 7a 내지 도 7b는 본 발명에 따른 측면 성장 결정화 공정을 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 투명한 기판 102 : 불투명한 제 1 패턴

104 : 유전물질로 형성된 제 2 패턴

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리실리콘 형성방법은 기판 상에 비정질 실리콘을 증착하여 비정질 선행막을 형성하는 단계와; 상기 비정질 선행막의 상부에 차단영역과, 레이저 빔 에너지 밀도의 공간적 분포를 달리하도록 한 투과 영역으로 구성된 마스크를 위치시키는 단계와; 상기 마스크의 상부로 1 차 레이저 빔을 조사하여, 상기 투과영역에 대응하는 비정질 실리콘층을 용융하고 결정화하는 단계와; 상기 부분적으로 결정화된 비정질 실리콘층의 상부에서 상기 마스크를 이동하는 단계와; 상기 마스크의 상부로 2차 레이저 빔을 조사하여, 상기 투과영역에 대응하는 부분의 비정질 실리콘층과 일부 결정화된 영역을 용융하여 결정화하는 단계를 포함한다.

경우에 따라서, 상기 폴리실리콘은 결정화를 여러번 반복하여 형성한다.

상기 마스크의 차단 영역에는 기판 상에 불투명한 금속 패턴이 구성되고, 상기 투과영역의 일부에는 기판 보다 흡수 계수가 높고 금속패턴 보다 흡수 계수가 낮은 유전물질인 제 2 패턴이 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 금속패턴은 알루미늄(Al) 또는 크롬(Cr)으로 형성한다.

1차 레이저 빔 조사에 의해 형성된 결정영역은 상기 용융 영역과 비용융 영역의 계면에서 용융영역으로 결정이 각각 성장한 제 1 결정영역과 제 2 결정영역으로 구성

상기 마스크의 투과영역을 통과한 레이저빔은 비정질 실리콘을 완전히 녹일 수 있는 완전멜팅 영역대의 에너지 밀도를 가지며 특히, 투과영역의 중앙부를 통과한 레이저 빔의 에너지 밀도는 상기 투과영역의 주변부를 통과한 레이저 빔의 에너지 밀도보다 높은 것을 특징으로 한다.

본 바명의 특징에 따른 레이저 빔 마스크는 투과영역과 차단영역으로 정의된 투명한 기판과; 상기 차단영역에 구성된 불투명한 금속 패턴인 제 1 패턴과; 상기 투과영역의 일부와 차단영역에 걸쳐 구성되고, 상기 기판 보다 흡수계수가 높고 상기 금속 패턴보다 흡수 계수가 낮은 제 2 패턴을 포함한다.

상기 제 2 패턴은 유전체(dielectric materal)로 구성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폴리실리콘 결정화 방법(SLS 결정화 방법)을 아래의 실시예를 통해 상세히 설명한다.

-- 실시예 --

도 5는 본 발명에 따라 제작된 마스크와 그에 따른 레이저 빔의 에너지 밀도 분포를 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 빔 마스크(M)는 석영과 같은 투명한 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 부분적으로 크롬(Cr), 알루미늄(Al)과 같은 불투명한 금속물질을 증착하고 패턴하여 제 1 패턴(102)을 형성한다.

상기 제 1 패턴은 마스크(M)에서 차단 영역(B)이 된다.

다음으로, 상기 각 차단영역(B)의 사이 영역인 투과 영역(A)의 일부 영역에 대응하여 상기 기판(100)보다는 흡수 계수가 크고 불투명한 금속보다는 흡수 계수가 작은 유전 물질(dielectric material)로 제 2 패턴(104)을 형성한다.

상기 제 2 패턴(104)은 제 1 패턴(102)의 상부에 증착되어 패턴되므로, 차단 영역(B)의 전부와 투과 영역(A)의 일부를 덮는 형태로 형성된다.

이때, 경우에 따라서 제 1 패턴(102)과 제 2 패턴(104)은 순서를 바꾸어 형성하여도 된다.

전술한 바와 같이 제작된 마스크(M)의 상부로 레이저 빔(laser beam)을 조사하게 되면, 상기 투과 영역(A)을 통과한 레이저 빔 에너지 밀도의 공간적 분포(D)는 투과 영역(A)의 중심부에 해당하는 부분의 에너지 밀도(D1)가 제일 높고, 투과 영역의 주변에 대응하는 부분의 에너지 밀도(D2)는 낮아지도록 조절된다.

이때, D1,D2에 해당하는 에너지 밀도는 모두 완전 멜팅 영역대의 에너지 밀도에 해당한다.

예를 들어,약 300Å의 비정질 실리콘을 완전멜팅 하기위해 필요한 레이저 빔의 에너지밀도는 350mJ~500mJ 사이에 해당한다면, 상기 D1과 D2는 이 범위내에서 정해지는 것이다.

전술한 바와 같이 인위적 공간 분포를 가지는 레이저 빔이 조사된 비정질 실리콘 영역은 시간에 따라 종래와는 다른 결정화 공정을 겪게 된다.

이하, 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 공간적 분포를 가지는 레이저 빔이 조사되었을 때, 시간에 따른 결정화 공정을 종래와 비교하여 나타낸 그래프이다.

도시한 바와 같이, 레이저 빔이 조사되면 th의 시간에서 비정질 실리콘은 완전 용융된다.

종래에 따른 그래프(G)를 보면 상기 th의 시간으로부터 냉각되어 t1일 때 핵생성이 발생하기 시작한다.

그러나, 본 발명에 따른 레이저 빔 분포에 따른 그래프(H)를 보면 상기 핵생성 시간을 t1에서 t2로 지연시키는 효과가 있다.

이는 수십 ns의 펄스 지연 시간을 가지는 레이저 펄스가 입사할 때의 현상이 평형에서 크게 벗어나 있으므로 가능하다.

따라서, 최고점 온도(th)에 도달 후 측면성장 하기 시작하는 길이는, 재 응고 고상/액상 계면의 이동속도가 v 라 할때 종래의 v(t1-th)에서, v(t2-th)로 증가하는 결과를 얻을 수 있다.

이를 이용하면 레이저 1 펄스에 의한 측면 성장 길이를 증가시킬 수 있다.

따라서, 동일한 최종 그레인 길이라도 레이저 빔의 펄스 수를 줄일 수 있고, 상기 도 1에서 설명하였던 스테이지의 이동(마스크의 이동 수)을 줄일 수 있다.

전술한 바와 같은 구성으로 제작된 마스크를 이용한 본 발명에 따른 측면 성장 결정화 공정을 이하 도면을 참조하여 설명한다.

도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 따른 측면 성장 결정화 공정을 순서대로 도시한 도면이다.

먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이 투명한 절연기판(300)상에 버퍼층(302)을 형성하고, 상기 버퍼층의 상부에 비정질 실리콘(a-Si:H)층(304)을 형성한다.

상기 버퍼층(302)은 질화 실리콘(SiN_X)과 산화 실리콘(SiO₂)을 포함하는 실리콘 절연물질그룹 중 선택된 하나로 형성한다.

연속하여, 상기 비정질 박막층에 포함된 수소(H)를 제거하는 탈수소화 공정을 진행한다.

상기 탈수소화 공정이 진행된 비정질 실리콘층(304)의 상부에 투과 영역(A)과 차단 영역(B)으로 구성된 마스크(M)를 위치시킨다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 차단 영역(B)에는 크롬(Cr)또는 알루미늄(Al)과 같은 불투명 금속을 증착하고 패턴한 제 1 패턴(306)이 구성되고, 상기 차단 영역(B)과 투과 영역(A)의 일부에 걸쳐 유전물질을 증착하여 패턴한 제 2 패턴(308)을 형성한다.

상기와 마스크(M)의 상부로 레이저 빔을 조사하면, 상기 마스크(M)의 투과 영역(A)을 통과한 레이저 빔 폭은 서로 다른 에너지 밀도를 가지고 상기 비정질 실리콘을 용융하게 된다.

이때, 상기 투과 영역(A)의 중앙부(A1)와 주변부(A2)에 해당하는 비정질 실리콘 영역은 모두 완전 멜팅되나 이때 투과 영역(A)의 중앙부(A1)에 해당하는 비정질 실리콘 영역에 조사되는 레이저 빔의 에너지 밀도가 더 높다.

상기와 같은 레이저 빔이 조사되어, 비정질 실리층(304)은 부분적으로 완전용융됨과 동시에 냉각된다.

따라서, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 액상 영역(E)과 고상 영역(F)의 양측 계면(310a,310b)으로부터 그레인(312a,312b)이 성장하게 된다.

이때, 마스크 투과 영역의 중앙부(도 7a의 A1)에 해당하는 부분은 온도가 높기 때문에 냉각시간이 지연되어 핵생성 시간이 지연된다.

양측으로부터 성장한 그레인(312a,312b)은 계속 성장하여 서로 부딪히면서 성장을 멈추게 된다.

따라서, 각 액상 영역(E)마다 제 1 결정영역(J1)과 제 2 결정영역(J2)으로 이루어지는 결정영역을 얻을 수 있다.

결과적으로, 기존에 비해 레이저 빔의 한 펄스에 대해 더 길게 성장한 그레인을 얻을 수 있다.

이후 공정은 앞서 설명한 도 3c 내지 도 3d에서 설명한 공정과 동일하므로 이를 생략한다.

전술한 바와 같은 공정을 통해 본 발명에 따른 마스크를 이용하여 측면 성장 결정화된 폴리실리콘층을 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 레이저 빔 마스크를 이용하여 폴리 실리콘층을 형성하게 되면, 종래에 비해 한 펄스의 레이저 빔에 대해 더 길게 성장한 그레인을 얻을 수 있기 때문에 레이저 빔의 샷수와 마스크의 이동 횟수를 줄일 수 있다.

따라서, 공정시간 단축으로 인한 수율 개선효과가 있다.

Claims (10)

1. 기판 상에 비정질 실리콘을 증착하여 비정질 선행막을 형성하는 단계와;

   상기 비정질 선행막의 상부에 차단영역과, 레이저 빔 에너지 밀도의 공간적 분포를 달리하도록 한 투과 영역으로 구성된 마스크를 위치시키는 단계와;

   상기 마스크의 상부로 1 차 레이저 빔을 조사하여, 상기 투과 영역에 대응하는 비정질 실리콘층을 용융하고 결정화하는 단계와;

   상기 부분적으로 결정화된 비정질 실리콘층의 상부에서 상기 마스크를 이동하는 단계와

   상기 마스크의 상부로 2차 레이저 빔을 조사하여, 상기 투과영역에 대응하는 부분의 비정질 실리콘층과 일부 결정화된 영역을 용융하여 결정화하는 단계

   를 측면 성장 폴리실리콘 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스크의 차단 영역에는 기판 상에 불투명한 금속 패턴이 구성되고, 상기 투과영역의 일부에는 기판 보다 흡수 계수가 높고 금속패턴 보다 흡수 계수가 낮은 유전물질인 제 2 패턴이 구성된 폴리실리콘 형성방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 금속패턴은 알루미늄(Al) 또는 크롬(Cr)인 폴리실리콘 형성방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 결정화 공정을 여러번 반복하는 단계를 더욱 포함하는 측면 성장 폴리실리콘 형성방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   결정영역은 상기 용융 영역과 비용융 영역의 계면에서 용융영역으로 결정이 각각 성장한 제 1 결정영역과 제 2 결정영역으로 구성되는 폴리실리콘 형성방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 투과영역을 통과한 레이저빔은 비정질 실리콘을 완전히 녹일 수 있는 완전멜팅 영역대의 에너지 밀도를 가지는 폴리실리콘 형성방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 투과영역의 중앙부를 통과한 레이저 빔의 에너지 밀도는 상기 투과영역의 주변부를 통과한 레이저 빔의 에너지 밀도보다 높은 폴리실리콘 형성방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 비정질 실리콘층을 형성한 후 탈수소화 공정을 진행하는 단계를 더욱 포함하는 폴리실리콘 형성방법.
9. 투과영역과 차단영역으로 정의된 투명한 기판과;

   상기 차단영역에 구성된 불투명한 금속 패턴인 제 1 패턴과;

   상기 투과영역의 일부와 차단영역에 걸쳐 구성되고, 상기 기판 보다 흡수계수가 높고 상기 금속 패턴보다 흡수 계수가 낮은 제 2 패턴

   을 포함하는 레이저 빔 마스크.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 2 패턴은 유전체(dielectric materal)로 구성된 레이저 빔 마스크.