KR20040023916A - 레이저 어닐링 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체층의 활성화 효율을 높일 수 있는 레이저 어닐링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치는 게이트절연막을 사이에 두고 반도체층 및 게이트전극이 형성된 기판이 안착된 스테이지와, 기판 상부에 위치하여 반도체층을 활성화하기 위한 레이저빔을 생성하는 레이저발생부와, 스테이지 상에 기판을 투과하는 레이저빔을 반도체층쪽으로 반사시키기 위한 반사부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레이저 어닐링 장치에 관한 것으로, 특히 폴리 실리콘형 반도체층의 활성화 효율을 높일 수 있는 레이저 어닐링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
통상, 액정표시소자는 소형 및 박형화와 저전력 소모의 장점을 가지는 반면, 시야각이 좁은 단점을 갖는 평판 표시장치이다. 이러한 액정표시소자는 노트북 PC, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등으로 이용되고 있다. 특히, 스위치 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)가 이용되는 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치는 동적인 이미지를 표시하기에 적합하다.
액정표시소자는 화소들이 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부들 각각에 배열되어진 화소매트릭스(Picture Element Matrix 또는 Pixel Matrix)에 텔레비전 신호와 같은 비디오 신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 화소들 각각은 데이터 라인으로부터의 데이터 신호의 전압레벨에 따라 투과 광량을 조절하는 액정셀을 포함한다. 박막트랜지스터는 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부에 설치되어 게이트 라인으로부터의 스캔신호에 응답하여 액정셀 쪽으로 전송될 데이터 신호를 절환하게 된다.
이러한 액정표시소자에 이용되는 박막트랜지스터는 반도체층으로 아몰퍼스(Amorphous) 실리콘 또는 폴리(Poly) 실리콘을 이용한다. 아몰퍼스형 액정표시소자는 아몰퍼스실리콘층이 비교적 균일성이 좋고 특성이 안정된 장점을 가지고 있으나, 전하이동도가 작아 화소밀도를 향상시키기 어려운 단점을 가진다. 반면에, 폴리형 액정표시소자는 폴리실리콘층이 전하이동도가 높아 화소밀도를 증가시키는데 유리한 장점을 가진다. 또한, 상대적으로 빠른 응답속도를 요하는 구동회로들을 액정패널 상에 실장하여 제조단가를 낮출 수 있다.
도 1은 종래 폴리형 액정표시소자의 하부기판의 TFT영역을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 폴리형 액정표시소자의 하부기판은 활성층과, 게이트라인(도시하지 않음)에 접속되는 게이트전극(22)과, 데이터라인(도시하지 않음)에 접속되는 소스전극(24)과, 소스전극(24)과 소정간격을 사이에 두고 형성되는 드레인전극(26)을 갖는 박막트랜지스터를 구비한다.
활성층(20)은 하부기판(8) 상에 형성되며, 게이트전극(22)을 사이에 두고 소스전극(24) 및 드레인전극(26)과 접촉된다. 여기서, 활성층(20)과 하부기판(8) 사이에는 SiO2로 이루어진 버퍼막이 형성될 수 있다.
게이트전극(22)은 게이트절연막(12)을 사이에 두고 활성층과 중첩되게 형성된다. 소스전극(24) 및 드레인전극(26)은 층간절연막(14)을 사이에 두고 게이트전극(22)과 절연되게 형성되며, 층간절연막(14) 및 게이트절연막(12)을 관통하여 형성된 제1 및 제2 접촉홀(30a,30b)을 통해 각각 활성층의 소스영역(20s)과 드레인영역(20d)에 접촉된다. 박막트랜지스터는 보호막(16)에 의해 보호되며, 보호막(16)을 관통하는 드레인접촉홀(28)을 통해 화소전극(18)과 접속된다.
도 2는 종래 활성층을 활성화하기 위한 액정표시소자의 제조장치를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래 액정표시소자의 제조장치는 레이저빔을 생성하는 엑시머 레이저(Excimer Laser ;2)와, 기판(8)과 엑시머 레이저(2) 사이에 형성되는 광학부(OP)와, 활성층이 형성된 기판(8)이 안착된 스테이지(10)를 구비한다.
엑시머 레이저(2)는 기판(8) 상에 형성된 활성층에 조사되는 레이저빔을 생성하게 된다. 엑시머 레이저(2)에서 생성된 레이저빔을 활성층에 스캐닝하는 방식으로 조사하여 기판(8) 상에 형성된 활성층을 활성화하게 된다. 이 때, 엑시머 레이저(2)에서 생성되어 기판(8) 상에 형성된 활성층에 조사되는 레이저빔의 파장은약 308nm이다.
스테이지(10)는 평탄한 평면을 갖도록 형성되어, 평탄한 평면에 활성층이 형성된 기판(8)이 안착된다.
광학부(OP)는 엑시머 레이저(2)에서 생성된 레이저빔의 경로를 조절하는 미러(4)와, 입사된 레이저빔을 집속하기 위한 포커스렌즈(6)를 구비한다.
도 3은 도 2에 도시된 액정표시소자의 제조장치를 이용하여 활성층을 활성화하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 기판(8) 상에 아몰퍼스 실리콘을 증착한 후 레이저빔으로 결정화함으로써 폴리실리콘막이 형성되고, 그 폴리실리콘막이 패터닝되어 활성층(20)으로 형성된다. 활성층(20) 상에 게이트절연막(12)이 전면 증착되어 형성되고, 그 위에 게이트금속층이 증착된 후 패터닝됨으로써 게이트전극(22)이 형성된다. 이 후, 게이트전극(22)과 중첩되지 않는 활성층(20)에 불순물을 도핑하고 레이저빔을 조사하여 불순물을 활성화함으로써 소스영역(20s) 및 드레인영역(20d)이 형성된다. 소스영역(20s) 및 드레인영역(20d)의 사이 즉, 게이트전극(22)과 중첩되는 영역에는 채널영역(20c)이 형성된다.
이 때, 게이트절연막(12)을 사이에 두고 게이트전극(22)의 양끝단과 대응되는 경계부영역(A) 즉, 추후에 소스영역(20s) 및 드레인영역(20d)으로 형성될 일부영역은 상대적으로 레이저빔이 게이트전극(22)에 의해 반사되는 경우가 종종 발생하므로 이 영역(A)을 활성화하는데 어려움이 있다. 이로 인해, 도 4에 도시된 바와 같이 게이트전극(22)의 양끝단과 대응되는 경계부영역(A)은 상대적으로 활성화하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체층의 활성화 효율을 높일 수 있는 레이저 어닐링 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 폴리실리콘형 액정표시소자의 박막트랜지스터영역을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체층을 활성화하기 위한 레이저 어닐링 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 레이저 어닐링 장치를 이용하여 반도체층을 활성화하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 게이트전극의 양끝단과 대응되는 경계부영역의 반도체층이 활성화되지 않은 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 폴리실리콘형 액정표시소자의 반도체층을 활성화하기 위한 레이저 어닐링 장치를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 스테이지 상에 형성되는 엠보싱부의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 레이저 어닐링 장치를 이용하여 활성층을 활성화하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 레이저 어닐링 장치를 이용하여 활성화된 소스영역 및 드레인영역과비활성화된 채널영역을 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2,32 : 엑시머 레이저4,34 : 미러
6,36 : 포커싱렌즈8,38 : 기판
10,40 : 스테이지12,52 : 게이트절연막
14 : 층간절연막16 : 보호막
18 : 화소전극20 : 활성층
22 : 게이트전극24 : 소스전극
26 : 드레인전극42 : 반사부
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치는 게이트절연막을 사이에 두고 반도체층 및 게이트전극이 형성된 기판이 안착된 스테이지와, 기판 상부에 위치하여 상기 반도체층을 활성화하기 위한 레이저빔을 생성하는 레이저발생부와, 스테이지 상에 상기 기판을 투과하는 레이저빔을 상기 반도체층쪽으로 반사시키기 위한 반사부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사부는 상기 반도체층쪽으로 볼록한 반구형태로 다수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사부는 상기 반도체층쪽으로 볼록한 반구형패턴이 스트라입형태로 다수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사부는 은 또는 금속물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사부에 의해 반사된 레이저빔은 상기 게이트절연막을 사이에 두고 게이트전극 이외의 영역에 형성되는 반도체층을 활성화하는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저발생부와 상기 기판 사이에 위치하는 광학부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 광학부는 레이저발생부에서 생성된 빔의 경로를 조절하는 미러와, 레이저빔을 집속하기 위한 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 방법은 게이트절연막을 사이에 두고 반도체층 및 게이트전극이 형성된 기판을 마련하는 단계와, 반사부를 갖는 스테이지 상에 기판이 안착되는 단계와, 반도체층을 활성화하기 위한 레이저빔을 상기 기판 상에 조사하는 단계와, 반사부를 통해 상기 기판을 투과하는 레이저빔을 상기 반도체층쪽으로 반사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사부는 상기 반도체층쪽으로 볼록한 반구형태로 다수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사부는 상기 반도체층쪽으로 볼록한 반구형패턴이 스트라입형태로 다수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 활성층을 활성화하기 위한 액정표시소자의 제조장치를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치는 레이저빔을 생성하는 엑시머 레이저(Excimer Laser ;32)와, 기판(38)과 엑시머 레이저(32) 사이에 형성되는 광학부(OP)와, 활성층이 형성된 기판(38)이 안착된 스테이지(40)를 구비한다.
엑시머 레이저(32)는 기판(38) 상에 형성된 활성층에 조사되는 레이저빔을 생성하게 된다.
광학부(OP)는 엑시머 레이저(32)에서 생성된 빔의 경로를 조절하는 미러(34)와, 입사된 레이저빔을 집속하여 집속된 레이저빔을 기판에 조사하는 포커스렌즈(36)를 구비한다. 이 때, 엑시머 레이저(32)에서 생성되어 기판(38) 상에 형성된 활성층에 조사되는 레이저빔의 파장은 약 308nm이다.
스테이지(40) 상에는 활성층이 형성된 기판(38)이 안착된다. 이러한 스테이지(40) 상에는 기판(38)과 접촉하는 면쪽으로 볼록한 반사부(42)가 형성된다.
반사부(42)는 스테이지(40) 상에 도 6a에 도시된 바와 같이 활성층으로 볼록하게 일정한 곡률을 갖는 반구형태로 다수개 형성되거나 도 6b에 도시된 바와 같이 원통형 중심패턴(42a)의 양측에 반구형의 패턴(42b)이 결합된 스트라입(stripe)형태로 다수개 형성된다. 반사부(42)는 일반적으로 광을 반사할 수 있는 물질로 형성된다. 예를 들면, 은(Ag) 또는 금속물질로 형성된다.
이러한 곡률형태의 반사부(42)는 포커싱렌즈(36)에서 출사되어 기판(38)을 통해 스테이지로 출사되는 광을 기판(38)쪽으로 반사시키는 역할을 하게 된다. 이에 따라, 게이트전극(54)의 양끝단과 대응되는 경계부영역은 도 7에 도시된 바와 같이 반사부(42)에 의해 반사된 광으로 활성화된다. 이 때, 광에 의해 경계부영역의 활성층은 활성화되면서도 채널영역의 활성층(20c)은 활성화되지 않는 정도의 세기와 파장을 갖는다. 예를 들면, 광의 세기는 약 150~260mJ/cm3이며, 광의 파장은 약 380nm이다. 이 때, 광학계(OP)에서 출사된 파장보다 반사부(42)에서 반사된 광의 파장이 크기 때문에 광의 파장에 반비례하는 광의 세기는 광학계(OP)에서 출사된 광의 세기보다 반사부(42)에서 반사된 광의 세기가 상대적으로 작다.
이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이 게이트전극의 끝단과 대응되는 경계부를 기준으로 채널영역의 활성층(50c)은 활성화되지 않는 반면에, 소스영역 및 드레인영역의 활성층(50s,50d)은 완전히 활성화된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치 및 그 방법은 기판이 안착되는 스테이지 상에 반사부를 형성한다. 이 반사부는 게이트절연막 및 기판을 통해 외부로 방출되는 광을 재반사시켜 게이트전극의 끝단과 대응되는 경계부영역의 활성층을 활성화하게 된다. 이에 따라, 반도체층의 활성화효율이 높아지게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
Claims (10)
- 게이트절연막을 사이에 두고 반도체층 및 게이트전극이 형성된 기판이 안착된 스테이지와,상기 기판 상부에 위치하여 상기 반도체층을 활성화하기 위한 레이저빔을 생성하는 레이저발생부와,상기 스테이지 상에 상기 기판을 투과하는 레이저빔을 상기 반도체층쪽으로 반사시키기 위한 반사부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사부는 상기 반도체층쪽으로 볼록한 반구형태로 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사부는 상기 반도체층쪽으로 볼록한 반구형패턴이 스트라입형태로 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사부는 은 또는 금속물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사부에 의해 반사된 레이저빔은 상기 게이트절연막을 사이에 두고 게이트전극 이외의 영역에 형성되는 반도체층을 활성화하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 레이저발생부와 상기 기판 사이에 위치하는 광학부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 광학부는레이저발생부에서 생성된 빔의 경로를 조절하는 미러와,상기 레이저빔을 집속하기 위한 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
- 게이트절연막을 사이에 두고 반도체층 및 게이트전극이 형성된 기판을 마련하는 단계와,반사부를 갖는 스테이지 상에 기판이 안착되는 단계와,상기 반도체층을 활성화하기 위한 레이저빔을 상기 기판 상에 조사하는 단계와,상기 반사부를 통해 상기 기판을 투과하는 레이저빔을 상기 반도체층쪽으로 반사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 반사부는 상기 반도체층쪽으로 볼록한 반구형태로 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 반사부는 상기 반도체층쪽으로 볼록한 반구형패턴이 스트라입형태로 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020020055365A KR20040023916A (ko) | 2002-09-12 | 2002-09-12 | 레이저 어닐링 장치 및 방법 |
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| KR (1) | KR20040023916A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101309491B1 (ko) * | 2006-11-14 | 2013-09-23 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 |
| US8952876B2 (en) | 2010-01-27 | 2015-02-10 | Samsung Display Co., Ltd. | Display substrate and method of manufacturing the same |
-
2002
- 2002-09-12 KR KR1020020055365A patent/KR20040023916A/ko not_active Application Discontinuation
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