KR20040022036A - 액정표시소자의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조할 때 레이저를 이용한 결정화 및 활성화를 균일하게 진행하여 결정화 공정의 공정 윈도 증대와, 균일성 향상, 및 활성화 효율을 증대시키기에 알맞은 액정표시소자의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 절연기판상에 버퍼층과 반도체층을 차례로 형성하는 단계; 상기 절연기판을 기울여서 레이저 장비에 장착하는 단계; 단축 길이가 증가된 기울어진 레이저 빔을 이용하여 상기 반도체층을 결정화시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자의 제조방법{method for fabricating of liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조할 때 레이저를 이용한 결정화 및 활성화를 균일하게 진행할 수 있는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점차 증가하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정표시소자가 여러 분야에서 화면 표시 장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어졌음에도 불구하고 화면 표시 장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 특징 및 장점과 배치되는 점이 많이 있다. 따라서, 액정표시소자가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이와 같은 액정표시소자는 화상을 표시하는 액정패널과 상기 액정패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있다.
상기에서 액정표시소자는 소정간격을 두고 서로 대향되어 있는 하부기판과 상부기판 및 상기 양 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되어 있으며, 상기 양 기판 사이에 형성되는 전기장에 의해 액정층을 구동하고, 그 구동되는 액정층을 통해서 광투과도를 조절하여 화상을 표시한다.
상기와 같이 구성된 액정표시소자에서 하부기판에 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 TFT와 다결정 실리콘 TFT로 나눌 수 있다.
상기 비정질 실리콘 TFT는 350℃ 이하의 온도에서 유리기판(절연기판)에 쉽게 만들 수 있지만, 비정질 실리콘의 이동도가 낮으므로 고속 동작회로에는 사용할 수가 없다.
이에 비해서 다결정 실리콘 TFT의 다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비하여 이동도가 크기 때문에 유기기판에 구동회로를 만들 수 있다.
이와 같이 다결정 실리콘 TFT는 비정질 실리콘보다 이동도가 높아 고해상도 패널의 스위칭 소자로 유리하고, 비정질 실리콘에 비하여 광전류가 적어 빛이 많이 쬐이는 프로젝션 패널에 적합하다.
또한 다결정 실리콘 TFT는 자기정렬 구조로서 레벨 쉬프트 전압이 비정질 실리콘 TFT에 비하여 적다.
또한 다결정 실리콘 TFT는 n채널과 p채널을 만들 수 있어서 CMOS 회로 구성이 가능하고, 제조공정이 실리콘 웨이퍼의 CMOS 표준 공정과 비슷하므로 반도체 생산라인을 활용할 수 있다.
그리고 다결정 실리콘 TFT는 게이트가 위에 있는 탑 게이트형이고, 비정질 실리콘 TFT는 게이트가 아래에 위치하는 바텀 게이트형이다.
그리고 다결정 실리콘 TFT는 공정 온도에 따라 저온 공정과 고온 공정으로 나뉜다.
상기에서 고온공정은 공정온도가 1000℃ 근처로 석영기판을 사용하고, 600℃정도의 온도에서 고상결정화를 이용하는데, 이것은 완전한 결정화에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
그리고 저온공정은 450℃이하의 공정온도에서 유리기판을 사용하고, 결정화는 고상결정화, 레이저 결정화, 직접 증착법, 또는 급속열처리 방법이 있다.
이때 저온의 고상결정화는 완전한 결정화에 많은 시간이 소요되고, 레이저 결정화는 결정 입자가 작지만 결정성이 뛰어나 이동도가 좋고, 직접증착법은 증착과 더불어 폴리실리콘을 만들 수 있으나 아직은 특성이 떨어지고, 급속 열처리는 유리의 변형으로 700℃ 정도에서 변형이 없는 유리가 필요하다는 특징이 있다.
이하에서는 결정화 특성이 좋은 레이저 빔을 조사해서 다결정 실리콘 TFT의 결정화를 진행하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시소자의 제조방법에 대해서 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체층의 결정화 또는 활성화 방법을 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 기술에서 스페셜 필터 삽입전과 삽입후에 절연기판에 전달되는 빔 에너지 및 단축길이의 변화도이며, 도 3은 종래 기술에 따른 액정표시소자의 활성화 방법 및 그 문제점을 나타낸 단면도이다.
종래의 액정표시소자의 제조방법은 도 1에 도시한 바와 같이 활성영역이 정의된 유리등의 절연기판(12)상에 버퍼층(13)을 증착한다.
이후에 대략 400℃ 정도의 저온에서 비정질 실리콘층(14)을 증착한다.
다음에 레이저 장비내의 이동 스테이지(11)에 절연기판(12)을 올려 놓는다.
이후에, 단축 균질자(Homogenizer)와 스페셜 필터(9) 및 압축 렌즈(Condense Lens)(10)를 이용하여 레이저 빔을 절연기판(12)상의 비정질 실리콘층(14)에 조사하여 결정화 및 활성화 시켜서 다결정 실리콘층(14a)을 형성한다.
상기에서 절연기판(12) 상의 비정질 실리콘층(14)에 레이저 빔을 조사할 때, 레이저로부터 발진되는 로우 빔(Row Beam)을 균질자(Homogenizer)를 이용하여 라인 빔(Line Beam)으로 가공하여 빔(Beam)의 단축 프로파일을 탑 핫(Top Hat)모양(도 2 참조)으로 가공한 후, 절연기판(12)에 대해 수직 입사시키고 이동 스테이지(11)를 이동하여 전체 절연기판(12)에 조사하여 결정화/활성화 공정을 진행한다.
이때 단축 균질자 사이에 스페셜 필터(9)를 삽입하여 부분적으로 빔을 차단시킴으로써 도 2에 도시한 바와같이 기울어진 빔(Ramped Beam)을 형성시킨다.
그러나 이 경우 스페셜 필터(9)에서 빔이 차단되므로 열발생 및 레이저 에너지 효율이 저하되는 단점이 있다.
또한 탑 게이트 구조의 다결정 실리콘 TFT 제조공정에서 레이저 활성화 공정시 도 3에 도시한 바와같이 상기 레이저 빔을 사용하여 절연기판(12)에 조사할 경우 레이저의 직진 특성으로 인해 이온 주입 공정에 의한 정션부 데미지를 치유하는데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조할 때 레이저를 이용한 결정화 및 활성화를 균일하게 진행하여 결정화 공정의 공정 윈도 증대와, 균일성 향상, 및 활성화 효율을 증대시키기에 알맞은 액정표시소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체층의 결정화 또는 활성화 방법을 나타낸 도면
도 2는 종래 기술에서 스페셜 필터 삽입전과 삽입후에 절연기판에 전달되는 빔 에너지 및 단축길이의 변화도
도 3은 종래 기술에 따른 액정표시소자의 활성화 방법 및 그 문제점을 나타낸 단면도
도 4는 본 발명에 따른 반도체층의 결정화 또는 활성화 방법을 나타낸 도면
도 5는 도 4에서의 절연기판의 기울어진 정도를 나타낸 도면
도 6은 본 발명에서 절연기판을 기울이기 전과 후에 절연기판에 전달되는 빔 에너지 및 단축길이의 변화도
도 7은 본 발명에 따른 액정표시소자의 활성화 방법을 나타낸 단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
40 : 압축 렌즈 41 : 이동 스테이지
42 : 상부기판
43 : 버퍼층44 : 비정질 실리콘층
44a : 다결정 실리콘층 45 : 게이트절연막
46 : 게이트전그 47a, 47b : 소오스, 드레인영역
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 절연기판상에 버퍼층과 반도체층을 차례로 형성하는 단계; 상기 절연기판을 기울여서 레이저 장비에 장착하는 단계; 단축 길이가 증가된 기울어진 레이저 빔을 이용하여 상기 반도체층을 결정화시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 액정표시소자의 제조방법은 상기 결정화된 반도체층을 포함한 상기 절연기판상에 게이트절연막을 증착하는 단계; 상기 게이트절연막 상에 일방향을 갖는 게이트라인 및 게이트라인의 일측에서 돌출되는 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극 양측의 상기 결정화된 반도체층내에 소오스영역과 드레인영역을 형성하는 단계; 상기 절연기판을 기울여 단축 길이가 증가된 기울어진 레이저 빔을 이용하여 상기 이온이 주입된 결정화된 반도체층을 활성화하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체층의 결정화 또는 활성화 방법을 나타낸 도면이다.
그리고 도 5는 도 4에서의 절연기판의 기울어진 정도를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에서 절연기판을 기울이기 전과 후에 절연기판에 전달되는 빔 에너지 및 단축길이의 변화도이다.
그리고 도 7은 본 발명에 따른 액정표시소자의 활성화 방법을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(TFT)를 구비한 액정표시소자의 제조방법에 대한 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이 레이저 빔(laser beam)을 조사할 때 절연기판(42)을 기울여서 진행하는 것에 특징이 있는 것이다.
본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법은 도 4와 도 7에 도시한 바와 같이 활성영역이 정의된 유리등의 절연기판(42)상에 버퍼층(43)을 증착한다.
이후에 대략 400℃ 정도의 저온에서 비정질 실리콘층(44)을 증착한다.
다음에 도 4에서와 같은 레이저 장비내에서 기울기를 갖고 기울어진 이동 스테이지(41)에 절연기판(42)을 올려 놓으므로써, 절연기판(42)이 기울어지도록 한다.
이후에, 단축 균질자(Homogenizer)와 압축 렌즈(Condense Lens)(40)를 이용하여 레이저 빔을 절연기판(42)상의 비정질 실리콘층(44)에 조사하여 결정화 시켜서 다결정 실리콘층(44a)을 형성한다.
상기에서 절연기판(42) 상의 비정질 실리콘층(44)에 레이저 빔을 조사할 때, 레이저로부터 발진되는 로우 빔(Row Beam)을 균질자(Homogenizer)를 이용하여 라인 빔(Line Beam)으로 가공하여 빔(Beam)의 단축 프로파일을 탑 ??(Top Hat)모양(도 6 참조)으로 가공한 후 절연기판(42)에 입사시켜 진행한다.
상기에서 절연기판(42)의 기울기에 따른 각도(θ)는 도 5에 도시한 바와 같이 단축 빔의 DOF(Depth of Focus)를 참고하여 제작한다.
예를 들어 단축 빔의 길이가 'Amm'일 때 DOF=±'B'mm이면, 기울기 각도(θ)= tan-1(B/A)까지 가능하다.
상기에서와 같이 절연기판(42)이 기울어진 상태에서 절연기판(42)상의 비정질 실리콘층(44)에 레이저 빔을 조사하면, 절연기판(42)의 레이저 조사부 단축 빔의 유효길이가 길어진다.
즉, 단축 빔의 유효 길이는 'A'에서 'C'로 증가한다.
또한 도 6에 도시한 바와 같이 레이저 빔이 조사되는 절연기판(42)이 기울어져서 레이저 빔의 포커싱이 'A'에서 'C'로 기울어질수록 레이저 빔의 에너지가 감소하므로, 레이저의 단축 빔의 길이는 점선으로 나타낸 바와 같이 길어지고, 기울어진 빔(Ramped Beam)이 형성된다.
이와 같이 기울어진 빔에 의해 레이저 빔의 단축 길이가 증가하므로, 동일 피치로 차례대로 비정질 실리콘층을 스캔할 때 기판의 동일 지점에 조사되는 유효 레이저 펄스수가 증가한다.
이에 의해서 레이저 결정화시의 균일성 및 공정 윈도(window)가 증가된다.
다시말해서, 레이저 빔을 비정질 실리콘층에 순차적으로 조사할 때, 일정길이 만큼 레이저 빔이 오버랩되면서 순차적으로 조사되는데, 상기에서와 같이 레이저 빔의 단축 길이가 증가하면 오버랩되는 영역이 증가되고, 이에 따라서 비정질 실리콘층에 조사되는 유효 레이저 펄스수가 증가된다.
상기와 같은 이유에 의해서 비정질 실리콘층이 균일하게 결정화 될 수 있고, 공정 윈도도 증가된다.
또한, 상기에서와 같이 기울어진 빔을 종래 스페셜 필터를 사용하지 않고 형성할 수 있으므로 필터에서의 빔 정지에 의한 열 발생 및 레이저 에너지 효율이 저하되는 단점을 없앨 수 있다.
상기와 같이 비정질 실리콘층을 결정화 시켜서 다결정실리콘층을 형성한 후에, 다결정 실리콘 TFT를 형성하기 위해서 다음과 같은 공정을 진행한다.
활성영역 형성 마스크를 이용하여 상기 다결정실리콘층을 패턴식각하여 활성층(44)을 형성한다.
상기에서 버퍼층(43)은 실리콘산화막(SiO2)으로 증착하고, 절연기판(42)의 불순물이 활성영역으로 확산되는 것을 막아주는 역할을 하는 것으로, 궁극적으로는레이저 결정화시에 열을 차단하는 역할을 한다.
그리고 다결정 실리콘층(44a)을 포함한 절연기판(42)상에 게이트절연막(45)을 증착하고, 상기 게이트절연막(45) 상에 알루미늄 또는 몰리브덴과 같은 게이트 형성 물질을 스퍼터링하여 형성한다.
이후에 게이트 형성 마스크를 이용해서 상기 게이트 형성 물질을 식각하여 일 방향을 갖는 게이트라인 및 게이트라인의 일측에서 돌출되는 게이트전극(46)을 형성한다.
다음에 상기 게이트전극(46)을 이온블로킹 마스크로 하여 불순물이온을 주입하여 게이트라인(46) 양측의 다결정 실리콘층(44a)내에 소오스영역(47a)과 드레인영역(47b)을 형성한다.
상기에서와 같이 레이저 빔을 조사하여 다결정 실리콘층을 활성화 시킬 때, 절연기판(42)이 기울어져 있어서 기울어진 빔(Ramped Beam)이 조사되므로, 기하학 구조상으로 차후에 형성될 게이트전극 바로 아래 부분에도 레이저 빔이 충분히 조사된다.
이에 의해 게이트전극의 경계 하부의 다결정 실리콘층까지 충분히 활성화되어, 이온 주입 공정시에 정션부에 데미지가 발생해도 치유가 가능하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예로부터 당업자라면 용이하게 도출할 수 있는 여러 가지 형태를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 필터를 사용하지 않으므로 광학적 손실 없이 기울어진 레이저 빔을 형성할 수 있다.
둘째, 비정질 실리콘의 결정화 공정시, 기울어진 빔(Ramped Beam)을 조사할 수 있으므로 레이저 결정화 공정의 공정 윈도 및 결정화의 균일성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 기울어진 절연기판에 레이저 빔을 조사하여 활성화 시킴으로써, 이온 주입에 의한 정션부 데미지를 효율적으로 치유할 수 있다.

Claims (4)

  1. 절연기판상에 버퍼층과 반도체층을 차례로 형성하는 단계;
    상기 절연기판을 기울여서 레이저 장비에 장착하는 단계;
    단축 길이가 증가된 기울어진 레이저 빔을 이용하여 상기 반도체층을 결정화시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 비정질 실리콘층인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연기판의 기울인 각(θ)은 상기 레이저 빔의 단축 길이가 'A'mm이고, DOF(Depth of Focus)가 ±'B'mm일 경우, 0＜θ≤tan-1(B/A) 범위를 갖음을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액정표시소자의 제조방법은
    상기 결정화된 반도체층을 포함한 상기 절연기판상에 게이트절연막을 증착하는 단계;
    상기 게이트절연막 상에 일방향을 갖는 게이트라인 및 게이트라인의 일측에서 돌출되는 게이트전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트전극 양측의 상기 결정화된 반도체층내에 소오스영역과 드레인영역을 형성하는 단계;
    상기 절연기판을 기울여 단축 길이가 증가된 기울어진 레이저 빔을 이용하여 상기 이온이 주입된 결정화된 반도체층을 활성화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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