KR20040099838A - 실리콘의 결정화 방법 - Google Patents

실리콘의 결정화 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20040099838A
KR20040099838A KR1020030031960A KR20030031960A KR20040099838A KR 20040099838 A KR20040099838 A KR 20040099838A KR 1020030031960 A KR1020030031960 A KR 1020030031960A KR 20030031960 A KR20030031960 A KR 20030031960A KR 20040099838 A KR20040099838 A KR 20040099838A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crystallization
mask
region
silicon layer
irradiation
Prior art date
Application number
KR1020030031960A
Other languages
English (en)
Inventor
김상현
Original Assignee
엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지.필립스 엘시디 주식회사 filed Critical 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority to KR1020030031960A priority Critical patent/KR20040099838A/ko
Publication of KR20040099838A publication Critical patent/KR20040099838A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/1368—Active matrix addressed cells in which the switching element is a three-electrode device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1259—Multistep manufacturing methods
    • H01L27/127—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement
    • H01L27/1274—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor

Abstract

본 발명은 SLS 결정화 공정으로 결정화 및 큐어링을 동시에 달성하고자 한 실리콘의 결정화 방법한 마스크를 이분하여 구성함으로써 한 번의 SLS(Sequential lateral Solidification) 결정화 방법에 관한 것으로, 실리콘의 결정화 방법은 패턴이 동일한 결정화부와 큐어링부(curing)로 영역 구분된 마스크를 이용하여, 실리콘층의 일 조사 부위를 상기 마스크의 결정화부와 큐어링부로 차례로 대응시켜 결정화하는 것을 특징으로 한다.

Description

실리콘의 결정화 방법{Method of Crystallizing Silicon}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, SLS 결정화 방법이 마스크를 통해 이루어짐을 이용하여 한 마스크 내에 결정화를 이루는 부분과 큐어링을 담당하는 부분으로 구성함으로써, SLS 결정화 공정으로 결정화 및 큐어링을 동시에 달성하고자 한 실리콘의 결정화 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 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 전력을 장점으로 인하여이동형 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 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어 졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다.
따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징으로 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막트랜지스터가 형성된다.
그리고 제 2 유리 기판(칼라필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R,G,B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.
이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 실(seal)재에 의해 합착되어 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.
이때, 액정 주입 방법은 상기 실재에 의해 합착된 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 용기에 상기 액정 주입구가 잠기도록 하면 삼투압 현상에 의해 액정이 두 기판 사이에 주입된다. 이와 같이 액정이 주입되면 상기 액정 주입구를 밀봉재로 밀봉하게 된다.
상기 일반적인 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 상기 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이러한 박막 트랜지스터의 반도체층으로는 전계 효과 이동도가 높으며, 광 전류가 적어 다결정 실리콘이 주로 이용된다.
상기 다결정 실리콘의 제조 방법은 공정 온도에 따라 저온 공정과 고온 공정으로 나눌 수 있으며, 이 중 고온 공정은 공정 온도가 1000℃ 근처로 절연 기판의 변형 온도 이상의 온도 조건이 요구되어, 유리 기판은 내열성이 떨어지므로 열 저항력이 높은 고가의 석영 기판을 써야 된다는 점과, 이 고온 공정에 의한 다결정 실리콘 박막의 경우 성막시 높은 표면 조도(surface roughness)와 미세 결정립 등의 저품위 결정성으로, 저온 공정에 의한 다결정 실리콘보다 소자 응용 특성이 떨어진다는 단점이 있으므로, 저온 증착이 가능한 비정질 실리콘을 이용하여 이를 결정화시켜 다결정 실리콘으로 형성하는 기술이 연구/개발되고 있다.
상기 저온 공정은 레이저 열처리(laser annealing), 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization) 등으로 분류할 수 있다.
이 중 레이저 열처리 공정은 펄스(pulse) 형태의 레이저 빔을 기판 상에 조사하는 방법을 이용하는데, 이 펄스 형태의 레이저 빔에 의하면 용융과 응고가 10~102나노세컨드(nano second) 단위로 반복되어 진행되는 방식으로써, 하부 절연기판에 가해지는 데미지(damage)를 최소화시킬 수 있는 장점을 가져 저온 결정화 공정에서 가장 주목받고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 레이저 열처리 공정에 따른 실리콘의 결정화 방법에 대해서 설명한다.
도 1은 레이저 에너지 밀도별 비정질 실리콘의 입자의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 1과 같이, 비정질 실리콘의 결정화는 레이저 에너지의 세기에 따라 제 1, 제 2, 제 3 영역으로 분류할 수 있다.
제 1 영역은 부분 용융 영역(partial melting region)으로, 비정질 실리콘층의 표면만이 용융될 정도의 세기로 레이저 에너지가 비정질 실리콘층에 조사되는 영역이며, 상기 제 1 영역에서는 이러한 조사 후 비정질 실리콘층의 표면의 부분 용융이 이뤄지고, 고상화(solidification) 과정을 거쳐 상기 비정질 실리콘층 표면에 작은 결정 입자가 형성된다.
제 2 영역은 완전 용융 근접 영역(near-complete melting region)으로, 상기 제 1 영역보다 레이저 에너지 세기를 높여 비정질 실리콘층이 거의 용융될 정도로 레이저 에너지를 조사하는 영역이며, 용융 후 남아있는 작은 핵들을 씨드(seed)로 하여 결정을 성장시켜 제 1 영역에 비해 성장한 결정 입자를 얻을 수 있으나, 균일한 결정 입자를 얻기는 곤란하다. 여기서, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역에 비해 상당히 소폭이다.
제 3 영역은 완전 용융 영역(complete melting region)으로, 상기 제 2 영역보다 레이저 에너지 세기를 높여 비정질 실리콘층을 모두 용융시킬 정도로 레이저를 조사하는 영역이며, 비정질 실리콘층이 모두 용융된 후 고상화가 진행되어 균일한 결정 핵 생성(homogeneous nucleation)이 가능하여 조사 후, 미세한(fine) 균일 결정 입자로 이루어진 결정 실리콘층이 형성된다.
다결정 실리콘을 제조하는 공정에서는 제 2 영역대의 에너지 밀도를 이용하여 균일하게 조대한 결정 입자를 형성하기 위하여, 레이저 빔의 조사 횟수 및 중첩비를 조절한다.
그러나, 다결정 실리콘의 다수 개의 결정 입자 경계부는 전류 흐름의 장애요소로 작용하여 신뢰성 있는 박막 트랜지스터 소자를 제공하기 어렵고, 다수개의 결정 입자 내에서는 전자간의 충돌에 의한 충돌 전류 및 열화에 의해 절연막이 파괴되어 제품 불량을 초래하는 문제점을 갖고 있으므로, 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 실리콘 결정 입자가 액상 실리콘과 고상 실리콘의 경계면에서, 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 SLS(Sequential Lateral Solidification) 기술에 의해 단결정 실리콘을 형성하는 기술(Robert S. Sposilli, M.A. Crowder, and James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.452, 956~957, 1997)이 제안되었다.
상기 SLS 기술에서는, 레이저 에너지 크기와 레이저 빔의 조사 범위 및 이동 거리(translation distance)를 적절히 조절하여, 실리콘 결정 입자를 소정의 길이만큼 측면 성장시킴으로써, 비정질 실리콘을 단결정 수준으로 결정화시킬 수 있다.
이러한 SLS 공정에 이용되는 조사 장치는 좁은 영역에 빔을 집중시키게 되므로 넓은 면적의 기판에 적층된 비정질 실리콘층을 동시에 다결정질로 변화시킬 수 없다. 따라서, 기판의 조사 위치를 변경시키도록, 비정질 실리콘층이 적층된 기판을 스테이지에 장착한 후, 소정 면적에 조사가 이루어진 후, 기판을 이동시켜 다음 면적을 조사시키는 방식으로 기판의 전 영역에 조사가 이루어지도록 한다.
도 2는 일반적인 SLS 조사 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2와 같이, 상기 SLS 조사 장치는 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생장치(1)와, 상기 레이저 발생장치(1)를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈(2)와, 기판(10)에 레이저 빔을 나누어 조사시키는 마스크(3)와, 상기 마스크(3)의 하부에 위치하여 상기 마스크(3)를 통과한 레이저빔을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈(4)로 구성된다.
상기 레이저빔 발생장치(1)는 엑시머 레이저(Excimer Laser)로서 308nm의 XeCl나 248nm의 KrF가 주로 이용된다. 상기 레이저 발생장치(1)는 가공되지 않은 레이저 빔(laser beam)을 방출시키며, 상기 방출된 레이저 빔은 어테뉴에이터(atenuator, 미도시)를 통과하여 에너지 크기를 조절한 후, 상기 집속렌즈(2)를 통해 조사되게 된다.
상기 마스크(3)에 대응되어 비정질 실리콘층이 증착된 기판(10)이 고정된 X-Y스테이지(5)가 위치한다.
이때, 상기 기판(10)의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 상기 X-Y스테이지(5)를 미소하게 이동하여 줌으로써 결정 영역을 점진적으로 확대해 나가는 방법을 사용한다.
여기서, 상기 마스크(3)는 상기 레이저 빔을 통과시키는 투과부(A)와, 레이저 빔을 흡수하는 차단부(B)로 구분된다. 상기 투과부의 폭은 1회 노광시 형성되는 그레인의 측면성장 길이를 결정한다.
이하, 도 2의 일반적인 SLS 조사 장치를 이용한 종래의 실리콘을 결정화하는방법을 알아본다.
도 3은 종래의 레이저 열처리를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3과 같이, 기판(20) 상에 버퍼층(21), 비정질 실리콘층(22)을 차례대로 형성한 후, 이 비정질 실리콘층(22)이 형성된 기판(20) 상에 투과부와 차단부가 순차 교차하는 마스크(미도시)를 배치한 후, 상기 비정질 실리콘층(22)에 레이저 조사 공정을 진행한다.
상기 비정질 실리콘층(22)은 일반적으로 화학 기상 증착법(CVD)등을 사용하여 기판(20)에 증착하게 되는데, 증착 직후 상기 비정질 실리콘층(22) 내에 수소를 많이 함유하고 있다. 수소는 열에 의해 박막을 이탈하는 특징이 있기 때문에, 상기 비정질 실리콘층(22)을 1차로 열처리하여 탈수소화 과정을 진행한다. 이는, 수소를 미리 제거하지 않은 경우에는 결정화된 실리콘층의 표면이 매우 거칠어져 전기적으로 특성이 좋지 않기 때문이다.
도 4는 탈수소화 과정을 거치고 임의의 영역이 결정화된 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 나타낸 평면도이다.
도 4와 같이, 레이저 빔의 빔폭과 마스크의 크기가 제한되어 있기 때문에, 레이저 빔(laser beam)을 이용한 결정화는 기판(20)의 전 면적에 동시에 이루어질 수 없다. 따라서, 기판의 사이즈가 대면적으로 갈수록 상기 하나의 마스크를 여러번 정렬하고, 그 때마다 결정화 과정을 반복함으로써 결정화가 이루어진다.
이 때, 상기 단일 마스크의 축소면적(C)만큼 결정화 된 영역을 한 블록이라 정의하면, 상기 한 블록내의 결정화 또한 다수의 레이저 빔 조사를 통해 이루어진다.
도 5는 도 2의 SLS 조사 장치를 이용하여 1회 조사 후, 투과부에 대응되는 비정질 실리콘층의 부위가 결정화된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5와 같이, 비정질 실리콘층(22)의 상부에 위치한 상기 마스크(미도시)를 통해 레이저 빔을 1회 조사한다. 이 때, 조사되는 레이저빔은 상기 마스크에 구성된 다수의 투과부(A)로 통과되어, 조사되는 부위의 비정질 실리콘층(22)이 녹아 액상화한다. 이와 같은 경우, 상기 레이저 에너지의 정도는 조사 부위의 상기 비정질 실리콘층이 완전히 녹을 정도의 고 에너지 영역대(complete melting region)를 사용한다.
이와 같이, 레이저 빔의 조사 후 비정질 실리콘 영역과 완전히 용융되어 액상화된 실리콘 영역의 계면(32)으로부터 조사 영역 쪽으로 실리콘 그레인(silicon grain)(33)의 측면성장이 진행된다. 그레인의 측면성장은 상기 계면(32)에 대해 수직하는 방향으로 일어난다.
비정질 실리콘층(22)의 투과부에 대응되는 조사되는 부위에서는 마스크의 투과부(A)의 폭이 상기 실리콘 그레인 성장 길이의 두배 보다 작으면, 상기 실리콘영역의 양측 계면에서 안쪽으로 수직하게 성장한 양측의 그레인은 중간지점(31)에서 부딪히게 되면서 성장을 멈추게 된다.
이러한 1회 조사를 통한 결정화 공정으로, 상기 마스크(도 2의 3)에 구성한 투과부(A)의 수만큼 한블럭 내에 결정화된 영역이 발생한다.
이어, 실리콘 그레인을 더욱 성장시키기 위해서는 상기 기판이 형성된 스테이지를 이동시켜 상기 조사된 부위에 인접한 영역을 조사하여 상기 1회 조사로 형성된 그레인(grain)에 연결되는 결정화를 진행한다. 따라서, 조사시 순간적으로 완전히 용융된 조사 부위 양측으로부터 측상의 결정이 형성된다. 일반적으로 레이저 조사 공정으로 진행되는 인접한 조사부와 연결된 결정성장의 길이는 일반적으로 1.5 내지 2㎛의 길이로 성장하게 된다.
이와 같은 공정을 다수 반복하여, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 마스크의 면적에 대응되는 기판 상의 영역인, 한블럭(C)의 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 실리콘의 결정화 방법은 마스크의 투과부(A)가 차단부(B)에 비해 상대적으로 폭이 작기 때문에, 한 블록의 영역을 결정화하기 위해 스테이지가 여러번 미소 이동함으로써 결정화되는 방법이므로, 상기 마스크 또는 스테이지를 이동하는 총 소요시간이 전체 결정화 공정시간에 대해 큰 비중을 차지하게 되어 공정 수율이 감소하는 원인이 된다.
이하, 종래의 싱글 스캔(single scan) 방식에 이용되는 마스크와 이를 이용한 실리콘의 결정화 방법을 설명한다.
도 6은 종래의 싱글 스캔 방식에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도이며, 도 7은 도 6의 마스크를 이용하여 레이저 조사 공정을 진행 후 결정화된 상태를 나타낸 평면도이다.
도 6과 같이, 일반적인 싱글 스캔 방식에 이용되는 마스크(60)는 제 1영역과 제 2 영역으로 이분되며, 각 영역이 투과부(A)와 차단부(B)로 이루어진다. 그리고,제 1 영역과 제 2 영역의 투과부(A) 및 차단부(B) 위치는 서로 반전되어 있다.
도 6의 마스크(60)를 이용하여 도 6과 같이, 마스크(60)의 투과 폭(n)의 1/2에 대응되는 비정질 실리콘층의 간격으로 비정질 실리콘층을 이동시켜 조사를 누적시켜 나가면, 측상 성장하여 결정화된 실리콘을 얻을 수 있다.
여기서, 상기 마스크(60)로 투과되는 레이저 빔은 축소 렌즈(도 2의 4 참조)를 거치게 되므로, 상기 축소 렌즈의 축소 비율로 나눈 값에 해당되는 면적이 실제 상기 비정질 실리콘층에 조사되는 면적이다.
이와 같이, 이분된 영역들에 서로 투과부(A)와 차단부(B)가 반전되는 위치한 형성된 상기 마스크(60)를 이용하여, 상기 마스크(60)에 대응되는 비정질 실리콘층을 이동시켜 조사 공정을 진행하게 되면, 비정질 실리콘층의 일 영역에는 1회의 조사만이 이루어지는 것으로 조사 공정을 완료할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 실리콘의 결정화 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 SLS 공정을 이용한 실리콘의 결정화 방법은 수백 ns의 짧은 시간 내에서 용융(melting)과 고상(solidificaion)의 과정을 거침으로써 스트레스에 기인한 결함(defect)이 존재하게 된다. 이러한 결함의 큐어링(curing)을 위해 SLS 결정화 후, 레이저가 RTP(Rapid Thermal Process)를 통한 결함 큐어링 공정을 추가할 수 있으며 추가 공정으로 인한 소자 성능도 향상된 결과를 보인다. 그러나, 이 경우 레이저 조사 후 별도의 공정이 요구되어 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 한 마스크를 이분하여 구성함으로써 SLS(Sequential lateral Solidification) 결정화 공정으로 결정화 및 큐어링을 동시에 수행할 수 있는 실리콘의 결정화 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
도 1은 레이저 에너지 밀도별 비정질 실리콘의 입자의 크기를 나타낸 그래프
도 2는 일반적인 SLS 조사 장치를 나타낸 개략도
도 3은 종래의 레이저 열처리를 개략적으로 나타낸 단면도
도 4는 탈수소화 과정을 거치고 임의의 영역이 결정화된 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 나타낸 평면도
도 5는 도 2의 SLS 조사 장치를 이용하여 1회 조사 후, 투과부에 대응되는 비정질 실리콘층의 부위가 결정화된 상태를 나타낸 도면
도 6은 종래의 싱글 스캔 방식에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도
도 7은 도 6의 마스크를 이용하여 레이저 조사 공정을 진행 후 결정화된 상태를 나타낸 평면도
도 8은 본 발명의 실리콘의 결정화 방법에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도
도 9는 도 8의 마스크를 이용하여 실리콘층 일 영역에 1회 레이저 조사 후의 결정화 상태를 나타낸 모습을 나타낸 평면도
도 10은 도 8의 마스크를 이용하여 상기 실리콘층 일 영역에 2회 레이저 조사 후의 결정화 상태를 나타낸 모습을 나타낸 평면도
도 11은 도 9의 SEM도
도 12는 도 10의 SEM도
도 13a 및 도 13b는 도 8의 마스크를 이용하여 1차 및 2차 레이저 조사 후의 결정화가 이루어진 실리콘층을 나타낸 평면도
도 14a 및 도 14b는 도 8의 마스크를 이용하여 3차 및 4차 레이저 조사 후의 결정화가 이루어진 실리콘층을 나타낸 평면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
L : 1회 조사로 결정화된 영역 M : 2회 조사로 결정화된 영역
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘의 결정화 방법은 패턴이 동일한 결정화부와 큐어링부(curing)로 영역 구분된 마스크를 이용하여, 실리콘층의 일 조사 부위를 상기 마스크의 결정화부와 큐어링부로 차례로 대응시켜 결정화하는 것에 그 특징이 있다.
상기 실리콘층이 형성된 기판을 스테퍼(stepper)에 고정시켜, 상기 스테퍼를 이동시킴으로 상기 마스크에 대응되는 실리콘층의 조사 부위를 변화시킨다.
상기 마스크의 결정화부 및 상기 큐어링부는 각각 복수개의 투과부 및 투과부 사이의 차단부를 갖는 제 1 영역, 제 2 영역으로 이분되어 형성되며, 제 1 영역과 제 2 영역의 차단부와 투과부의 위치는 서로 반전되어 형성된다.
상기 실리콘층의 일 조사 부위는 상기 결정화부의 제 1 영역, 제 2 영역, 큐어링부의 제 1 영역, 제 2 영역의 순서 또는 그 역순으로 차례로 대응되어 결정화가 진행된다.
상기 실리콘층이 형성된 기판을 스테퍼(stepper)에 고정시킨 후, 상기 스테퍼를, 상기 마스크의 1/4폭에 대응되는 실리콘층의 폭의 간격으로 이동시켜 결정화를 진행하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 결정화부 및 상기 큐어링부의 제 1 영역은 일 방향으로 동일한 간격을 가지고 이격되어 형성된 복수개의 제 1 투과부와, 상기 복수개의 제 1 투과부 사이의 복수개의 제 1 차단부로 이루어진다.
상기 결정화부 및 상기 큐어링부의 제 2 영역은 상기 복수개의 제 1 차단부에 대응되는 위치에 형성된 복수개의 제 2 투과부와, 상기 복수개의 제 2 투과부 사이의 복수개의 제 2 차단부로 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실리콘의 결정화 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 실리콘의 결정화 방법에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 8과 같이, 본 발명의 실리콘의 결정화 방법에 이용되는 마스크(100)는 이분되어 결정화부와 큐어링부로 구분된다.
상기 결정화부와 큐어링부는 동일한 형상의 투과부와 차단부가 형성되어 있다. 상기 결정화부 및 큐어링부는 각각 제 1, 제 2 영역으로 이분된다. 상기 제 1 영역은 가로 방향의 슬릿(slit)형으로 동일한 간격으로 이격된 복수개의 제 1 투과부와 상기 제 1 투과부(D)들 사이의 복수개의 제 1 차단부(E)로 이루어지며, 상기 2 영역은 상기 제 1 영역의 차단부(E)들에 해당되는 부위에 복수개의 제 2 투과부(F)와, 제 1 영역의 투과부들(D)에 해당되는 부위에 제 2 차단부(G)로 이루어진다.
상기 마스크(100)를 이용한 본 발명의 실리콘의 결정화 방법은, 상기마스크(100)에 대응하여 비정질 상태의 실리콘층이 전면에 형성된 기판을 스테이지(stage)에 위치시킨 후, 상기 스테이지를 X축 또는 Y축 방향으로 이동시켜 상기 마스크의 대응되는 상기 비정질 상태의 실리콘층의 조사 부위를 변화를 줌으로써, 비정질 상태의 실리콘층의 전 영역에 고루 레이저 조사가 이루어져 결정화 실리콘층으로 변화되도록 한다.
도 8의 마스크(100)의 대응되는 스테이지의 이동 간격은 상기 마스크(100)의 일 영역에 대응되어 조사되어지는 실리콘층의 조사 부위의 폭이다.
여기서는, 상기 마스크(100)의 결정화부 및 큐어링부에 대해서 각각 2영역을 구비하므로, 상기 일 영역이 갖는 폭은 마스크(100)의 투과 폭(n)의 1/4에 해당한다.
실제 레이저 빔이 상기 마스크(100)의 투과부를 통과한 후, 축소 렌즈를 거쳐 상기 실리콘층에 조사되기 때문에, 조사 부위는 상기 마스크(100)의 투과부의 크기를 축소 렌즈의 축소비로 나눈 값에 해당된다. 예를 들어, 5배의 축소 렌즈를 거칠 경우, 상기 실리콘층의 실제 조사 부위는 (투과부 크기)/5에 해당된다.
이와 같이, 상기 마스크(100) 투과 폭(n)의 1/4에 대응되는 상기 실리콘층의 조사 면적으로 상기 실리콘층이 형성된 기판을 스테이지에 장착한 후, 상기 스테이지를 (+) X축 방향으로 이동시켜 레이저 조사 공정을 진행한다.
상기 스테이지를 (+)X축 방향으로 계속하여 이동하여 기판의 가로 폭에 해당되는 만큼 조사가 이루어졌으면, 상기 스테이지를 (+)Y축 방향으로 이동시켜 상기 마스크(100)가 결정화가 완료된 실리콘층을 지나, 비정질 실리콘층에 대응되도록한다. 이어, 계속하여 초기의 (+)X축 방향과 반대 방향인 (-)X축 방향으로 레이저 조사 공정을 진행한다.
같은 방법으로 상기 스테이지를 이동시켜 마스크(100)에 대응되는 비정질 상태의 실리콘층을 이동시켜 레이저 조사 공정을 진행하여 용융(melting) 및 고상화(solidification)를 반복함으로써, 순차적으로 측상의 결정을 형성한다.
도 9는 도 8의 마스크를 이용하여 실리콘층 일 영역에 1회 레이저 조사 후의 결정화 상태를 나타낸 모습을 나타낸 평면도이고, 도 10은 도 8의 마스크를 이용하여 상기 실리콘층 일 영역에 2회 레이저 조사 후의 결정화 상태를 나타낸 모습을 나타낸 평면도이다.
먼저, 도 8의 마스크(100)를 통해 비정질 상태의 실리콘층에 1회 레이저를 조사하게 되면, 도 9와 같이, 1회 조사 후, 상기 마스크(100)의 투과부에 대응되는 비정질 상태의 실리콘층의 일 영역이 용융 후 결정화된다. 여기서, 하나의 투과부에 해당되어 결정화된 영역(L)으로 일반적인 싱글 스캔(single scan) 방식으로 레이저 조사 후의 결정화된 모습과 일치한다.
이어, 도 10과 같이, 상기 1회 레이저 조사가 진행된 영역에 2회 레이저 조사가 이루어지면, 2회의 조사에서 결정화된 영역(M)은 1회의 레이저 조사에서 결정화된 영역(L)이 된 실리콘의 그레인 바운더리 스페이싱(grain boundary spacing)이 커지는 변화가 일어난다. 또한, 이러한 2회 조사로 결정 사이의 결함(defect)을 큐어링(curing)할 수 있게 된다.
도 11은 도 9의 SEM도이며, 도 12는 도 10의 SEM도이다.
도 11 및 도 12와 같이, 실리콘층의 일 영역에 1회 레이저 조사가 완료된 후에 2회 레이저 조사가 진행하게 되면, 결정이 그레인 바운더리 스페이싱(grain boundary spacing)이 현저히 커지게 되며, 결함(defect)이 큐어링(curing)됨을 확인할 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 도 8의 마스크를 이용하여 1차 및 2차 레이저 조사 후의 결정화가 이루어진 실리콘층을 나타낸 평면도이다.
도 13a와 같이, 먼저, 도 8의 마스크를 이용하여 1차 조사 진행 후에는 상기 마스크(100)의 투과부(D, F)에 대응되어 용융(melting)이 일어나게 되며, 액상화된 영역과 인접한 고상 영역의 계면에서부터, 액상화된 영역의 안쪽으로 결정이 측상으로 성장된다. 여기서, 조사된 후, 결정화된 영역의 결정 입자는 도 9의 실리콘층의 1회 조사로 인한 결정화 영역(L)의 크기와 같다.
이어, 도 13b와 같이, 도 8의 마스크(100)에 대응되어 상기 실리콘층이 형성된 기판을 상기 마스크(100) 투과 폭(n)의 1/4에 대응되는 간격으로 우측으로 이동시킨 후, 2차 레이저 조사 공정을 진행하면, 상기 1차 조사에서 상기 마스크(100)의 차단부(E, G)에 대응되어 결정화되지 않은 영역에 레이저 조사가 이루어져, 상기 1차 조사와 2차 조사를 통해 마스크가 오버랩되는 면적에 해당되는 부위는 결정화가 모두 이루어진다.
도 14a 및 도 14b는 도 8의 마스크를 이용하여 3차 및 4차 레이저 조사 후의 결정화가 이루어진 실리콘층을 나타낸 평면도이다.
도 14a와 같이, 2차 조사가 완료된 이후, 도 8의 마스크(100)에 대응되는,실리콘층이 형성된 상기 기판을 상기 마스크(100) 투과 폭(n)의 1/4에 대응되는 간격으로 우측으로 이동시켜, 3차 레이저 조사 공정을 진행하면, 상기 1차 조사가 이루어진 영역과 부분적으로 오버랩되는 영역(M)이 발생하며, 상기 오버랩된 영역에는 2회 조사가 이루어진 셈으로, 도 10의 2회의 조사에서 결정화된 영역(M)의 결정의 크기로 그레인 바운더리 스페이싱(grain boundary spacing)이 커진다.
마찬가지로, 도 14b와 같이, 3차 조사가 완료된 이후, 도 8의 마스크(100)에 대응되어 실리콘층이 형성된 기판을 상기 마스크(100)의 투과 폭(n)의 1/4에 대응되는 간격으로 우측으로 이동시켜, 4차 레이저 조사 공정을 진행하면, 상기 2차 조사에서 이루어진 영역과 부분적으로 오버랩되는 영역(M)이 추가적으로 발생하여, 2회 조사로 결정화된 영역(M)이 증가한다.
이와 같은 방식으로, 계속하여 도 8의 마스크(100)에 대응되는, 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 소정 폭 이동시켜 결정화를 진행하게 되면, 동일한 부위에 2회의 조사가 이루어지게 되며, 결과적으로 1회의 조사로 결정화가 진행된 실리콘층의 그레인 바운더리 스페이싱을 키우는 동시에 결함을 큐어링하는 공정이 노광 공정에서 이루어지게 된다.
따라서, 초기의 3샷을 대응되는 부위를 제외한 실리콘층의 전 조사 영역에서 두 번의 조사가 이루어지게 되어, 상기 마스크를 이용한 조사 공정을 결정화 및 큐어링이 동시에 진행되게 된다.
따라서, 본 발명의 실리콘의 결정화 방법은 종래의 싱글 스캔 방법과 차별되어 일 영역에 2shot에 의해 결정화를 이루고, 동시에 결함 큐어링(defect curing)부에 고품질에 결정 실리콘이 제작될 수 있다.
또한, 마스크의 결정화부 및 큐어링부에 대한 패턴이 동일하여, 좌우 스캔 어느 쪽도 가능하여 스캔 방식도 편리하며, 한 마스크를 이용하여 결정화와 큐어링이 동시에 이루어져 이루고자 하는 결정의 크기와 위치 제어에 우수하다.
본 발명에서는 SLS 결정화 방법이 마스크를 통해 이루어짐을 이용하여, 한 마스크 내에 결정화를 이루는 부분과 큐어링을 담당하는 부분으로 구성함으로써 한 번의 SLS 결정화로 두 번의 결정화 결과를 달성할 수 있게 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 변경 실시할 수 있는 범위 내에 있다.
상기와 같은 본 발명의 실리콘의 결정화 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 한 마스크를 이용하여 결정화 및 큐어링이 동시에 진행할 수 있어, 큐어링 공정에 대한 공정상의 제반 비용을 감소시킬 수 있다.
둘째, 마스크의 투과부에 대하여 측상 성장된 결정을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 상기 결정의 그레인 바운더리 스페이싱(grain boundary spacing)을 늘릴 수 있다. 따라서, 이와 같은 실리콘의 결정화 방법으로 형성된 실리콘층을 반도체층의 이동도(mobility)가 증가하게 되어, 상기 반도체층을 포함하여 박막 트랜지스터를 설계시 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 패턴이 동일한 결정화부와 큐어링부(curing)로 영역 구분된 마스크를 이용하여, 실리콘층의 일 조사 부위를 상기 마스크의 결정화부와 큐어링부로 차례로 대응시켜 결정화하는 것을 특징으로 하는 실리콘의 결정화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘층이 형성된 기판을 스테퍼(stepper)에 고정시켜, 상기 스테퍼를 이동시킴으로 상기 마스크에 대응되는 실리콘층의 조사 부위를 변화시키는 것을 특징으로 하는 실리콘의 결정화 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크의 결정화부 및 상기 큐어링부는 각각 복수개의 투과부 및 투과부 사이의 차단부를 갖는 제 1 영역, 제 2 영역으로 이분되어 형성되며, 제 1 영역과 제 2 영역의 차단부와 투과부의 위치는 서로 반전되어 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘의 결정화 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 실리콘층의 일 조사 부위는 상기 결정화부의 제 1 영역, 제 2 영역, 큐어링부의 제 1 영역, 제 2 영역의 순서 또는 그 역순으로 차례로 대응되어 결정화가 진행됨을 특징으로 하는 실리콘의 결정화 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 실리콘층이 형성된 기판을 스테퍼(stepper)에 고정시킨 후, 상기 스테퍼를, 상기 마스크의 1/4폭에 대응되는 실리콘층의 폭의 간격으로 이동시켜 결정화를 진행하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 실리콘의 결정화 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 결정화부 및 상기 큐어링부의 제 1 영역은 일 방향으로 동일한 간격을 가지고 이격되어 형성된 복수개의 제 1 투과부와, 상기 복수개의 제 1 투과부 사이의 복수개의 제 1 차단부로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘의 결정화 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 결정화부 및 상기 큐어링부의 제 2 영역은 상기 복수개의 제 1 차단부에 대응되는 위치에 형성된 복수개의 제 2 투과부와, 상기 복수개의 제 2 투과부 사이의 복수개의 제 2 차단부로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘의 결정화 방법.
KR1020030031960A 2003-05-20 2003-05-20 실리콘의 결정화 방법 KR20040099838A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030031960A KR20040099838A (ko) 2003-05-20 2003-05-20 실리콘의 결정화 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030031960A KR20040099838A (ko) 2003-05-20 2003-05-20 실리콘의 결정화 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040099838A true KR20040099838A (ko) 2004-12-02

Family

ID=37377317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030031960A KR20040099838A (ko) 2003-05-20 2003-05-20 실리콘의 결정화 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20040099838A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100720452B1 (ko) * 2003-06-30 2007-05-22 엘지.필립스 엘시디 주식회사 레이저 조사 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법
CN113058829A (zh) * 2021-03-30 2021-07-02 谭望 一种触摸屏生产制造固化加工处理工艺

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100720452B1 (ko) * 2003-06-30 2007-05-22 엘지.필립스 엘시디 주식회사 레이저 조사 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법
CN113058829A (zh) * 2021-03-30 2021-07-02 谭望 一种触摸屏生产制造固化加工处理工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100698056B1 (ko) 레이저 빔 패턴 마스크 및 이를 이용한 결정화 방법
KR100587368B1 (ko) Ｓｌｓ 결정화 장치
US8470696B2 (en) Laser mask and crystallization method using the same
US7399685B2 (en) Laser beam pattern mask and crystallization method using the same
KR100531416B1 (ko) Ｓｌｓ 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법
US7501211B2 (en) Laser mask and crystallization method using the same
KR100720452B1 (ko) 레이저 조사 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법
KR100525443B1 (ko) 결정화 장비 및 이를 이용한 결정화 방법
KR100546711B1 (ko) 레이저 조사 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법
KR20040099838A (ko) 실리콘의 결정화 방법
KR20040031276A (ko) 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법
KR100531413B1 (ko) 실리콘 결정화 방법
KR100617035B1 (ko) 결정화 장비
KR101201321B1 (ko) 결정화 방법 및 이를 이용하여 형성된 결정화 기판, 액정표시 장치 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid