KR20050081231A - Method of fabricating polysilicon thin film for display device and display device using the polysilicon thin film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디스플레이 디바이스용 폴리실리콘 박막의 제조 방법 및 이 방법에 의하여 제조된 폴리실리콘을 사용하는 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 레이저가 투과하는 투과 패턴과 레이저가 투과하지 못하는 불투과 패턴이 혼합된 구조를 갖는 마스크를 사용하여 비정질 실리콘을 레이저를 이용하여 결정화하는 디스플레이 디바이스용 폴리실리콘 박막의 제조 방법에 있어서, 상기 마스크는 레이저빔이 조사되는 중심부보다 레이저빔이 조사되는 가장자리의 상기 투과 패턴의 폭이 더 큰 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스용 폴리실리콘 박막의 제조 방법 및 이 방법에 의하여 제조된 폴리실리콘을 사용하는 디스플레이 디바이스를 제공함으로써 SLS 결정화법으로 결정화시 에너지 밀도가 높은 레이저가 조사되는 영역과 에너지 밀도가 낮은 레이저가 조사되는 영역에 형성되는 결정립의 크기를 서로 다르게 하여 전계 이동도를 제어함으로써 이를 사용하여 디스플레이 디바이스를 제조하는 경우 종래에 발생되는 휘도 불균일을 억제할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a polysilicon thin film for a display device and a display device using the polysilicon produced by the method, and a structure in which a transmission pattern through which a laser transmits and an opacity pattern through which a laser cannot transmit is mixed. In the method for producing a polysilicon thin film for display device using a laser having a mask to crystallize the amorphous silicon, the mask has a width of the transmission pattern at the edge of the laser beam irradiated more than the center portion to which the laser beam is irradiated By providing a method for producing a polysilicon thin film for a display device, and a display device using the polysilicon produced by the method, the area and the energy density irradiated with a laser having a high energy density during crystallization by the SLS crystallization method day By controlling the electric field mobility by varying the size of the crystal grains formed in the region to which the laser is irradiated, it is possible to suppress the luminance unevenness conventionally generated when manufacturing a display device using the same.
Description
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 발명은 디스플레이 디바이스용 폴리실리콘의 제조 방법 및 이를 사용하는 제조된 폴리실리콘을 사용하여 제조된 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리실리콘의 결정립의 크기를 조절할 수 있는 폴리실리콘 박막의 제조 방법 및 이 폴리실리콘 박막을 사용하여 제조되는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing polysilicon for a display device and a display device manufactured using the manufactured polysilicon using the same, and more particularly, a method for manufacturing a polysilicon thin film capable of adjusting the size of crystal grains of polysilicon. And a display device manufactured using this polysilicon thin film.
[종래 기술] [Prior art]
통상적으로 SLS 결정화 방법은 비정질 실리콘 층에 레이저빔을 2회 이상 중첩 조사하여 결정립 실리콘을 측면 성장시킴으로써 결정화하는 방법이다. 이를 이용하여 제조한 폴리실리콘 결정립은 한 방향으로 길쭉한 원주형 모양을 가지는 것을 특징으로 하며, 결정립의 유한한 크기로 인하여 인접한 결정립 사이에는 결정립 경계가 발생한다. In general, the SLS crystallization method is a method of crystallizing by lateral growth of grain silicon by overlapping and irradiating an amorphous silicon layer with a laser beam two or more times. The polysilicon grains prepared using the same have an elongated columnar shape in one direction, and due to the finite size of the grains, grain boundaries occur between adjacent grains.
SLS 결정화 기술을 이용하여 기판 상에 다결정 또는 단결정인 입자가 거대 실리콘 그레인(large silicon grain)을 형성할 수 있으며, 이를 이용하여 TFT를 제작하였을 때, 단결정 실리콘으로 제작된 TFT의 특성과 유사한 특성을 얻을 수 있는 것으로 보고되고 있다.Using SLS crystallization technology, polycrystalline or monocrystalline particles can form large silicon grains on a substrate, and when TFTs are manufactured, they exhibit characteristics similar to those of TFTs made of monocrystalline silicon. It is reported that it can be obtained.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 통상의 SLS 결정화 방법을 나타낸다. 1A, 1B and 1C show a conventional SLS crystallization method.
SLS 결정화 방법에서는 도 1a와 같이 레이저빔이 투과되는 영역과 투과하지 못하는 영역을 가진 마스크를 통하여 레이저빔을 비정질 실리콘 박막층에 조사하면 레이저빔이 투과한 영역에서는 비정질 실리콘의 용해가 일어나게 된다.In the SLS crystallization method, as shown in FIG. 1A, when the laser beam is irradiated to the amorphous silicon thin film layer through a mask having a region through which the laser beam is transmitted and a region that cannot transmit, amorphous silicon dissolution occurs in a region where the laser beam is transmitted.
레이저빔의 조사가 끝난 후 냉각이 시작되면 비정질 실리콘/용융 실리콘 계면에서 우선적으로 결정화가 일어나고, 이때 발생한 응고 잠열에 의해 비정질 실리콘/용융 실리콘 계면으로부터 용융된 실리콘층 방향으로 온도가 점차 감소되는 온도 구배가 형성된다. When cooling starts after the laser beam is irradiated, crystallization occurs preferentially at the amorphous silicon / melt silicon interface, and the temperature gradient gradually decreases from the amorphous silicon / melted silicon interface toward the molten silicon layer due to the latent solidification heat generated. Is formed.
따라서, 도 1b를 참조하면, 열 유속은 마스크 계면으로부터 용융된 실리콘층의 중앙부 방향으로 흐르게 되므로 폴리실리콘 결정립은 용융된 실리콘 층이 완전히 응고될 때까지 측면 성장이 일어나게 되므로 한 방향으로 길쭉한 원주형 형태의 결정립을 가지는 폴리실리콘 박막층이 형성된다. Therefore, referring to FIG. 1B, since the heat flux flows from the mask interface toward the center of the molten silicon layer, the polysilicon grains are elongated in one direction because side growth occurs until the molten silicon layer is completely solidified. A polysilicon thin film layer having crystal grains of is formed.
도 1c에서 도시한 바와 같이, 스테이지 이동에 의해 마스크를 이동하여 비정질 실리콘 박막층과 이미 결정화된 폴리실리콘층의 일부가 노출되도록 중첩하여 레이저빔을 조사하면 비정질 실리콘 및 결정질 실리콘이 용해되고 이후 냉각이 되면서 마스크에 가려 용해되지 않은 기 형성된 폴리실리콘 결정립에 실리콘 원자가 부착되어 결정립의 길이가 증가하게 된다.As shown in FIG. 1C, when the mask is moved by the stage movement, the amorphous silicon thin film layer and the partially crystallized polysilicon layer are exposed so that the laser beam is irradiated to dissolve the amorphous silicon and the crystalline silicon and then cooled. Silicon atoms are attached to the preformed polysilicon grains that are not dissolved by being masked to increase the length of the grains.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 통상의 폴리실리콘 박막의 제조 방법에서 사용되는 마스크의 구조를 사용하여 결정화는 방법을 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각 스테이지에서 생성되는 폴리실리콘 박막의 평면도이다. 2A, 2B, and 2C are plan views schematically illustrating a method of crystallization using a structure of a mask used in a conventional method of manufacturing a polysilicon thin film, and FIGS. 3A, 3B, and 3C are generated at each stage. A plan view of a polysilicon thin film.
도 2a는 투과 패턴과 불투과 패턴을 구비하는 통상의 마스크를 사용하여 먼저 비정질 실리콘에 레이저를 조사하여 비정질 실리콘이 용해된 후 고형화되면서 폴리실리콘을 형성하게 된다. 그리고 나서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 일정 거리만큼 마스크를 쉬프트한 후 다시 레이저를 조사하면 비정질 실리콘과 투과 영역이 중첩되는 부분의 결정화된 영역의 폴리실리콘은 도 2c에 도시된 바와 같이, 다시 용해되어 결정화된다. 이와 같은 방법으로 연속적으로 계속하여 스캔하면서 레이저를 조사하여 비정질 실리콘과 투과 영역의 마스크 패턴이 중첩되는 부분에서의 폴리실리콘이 용해되고 다시 고형화되면서 결정화가 이루어진다. FIG. 2A is a conventional mask having a transmission pattern and an opacity pattern to irradiate laser to amorphous silicon first to dissolve the amorphous silicon and then to solidify to form polysilicon. Then, as shown in FIG. 2A, after shifting the mask by a certain distance and irradiating the laser again, the polysilicon of the crystallized region of the portion where the amorphous silicon and the transmission region overlap is again as shown in FIG. 2C. Dissolve and crystallize. In this manner, the laser is irradiated while continuously scanning in this manner to crystallize the polysilicon at the portion where the amorphous silicon and the mask pattern of the transmissive region overlap and are solidified again.
도 3은 종래의 2샷(shot) 방식의 SLS 결정화 방법을 사용하는 폴리실리콘 박막의 제조 방법에서 사용되는 마스크 패턴을 나타낸 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 마스크 패턴을 사용하여 폴리실리콘을 제조하는 경우 사용되는 레이저의 레이저 빔내의 에너지 밀도 및 그에 따라 제조되는 폴리실리콘을 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a mask pattern used in a method of manufacturing a polysilicon thin film using a conventional two-shot SLS crystallization method, and FIGS. 4A and 4B are polysilicon using the mask pattern of FIG. 3. Figure is a schematic diagram showing the energy density in the laser beam of the laser used when manufacturing and the polysilicon produced accordingly.
도 3을 참조하면, 통상의 2 샷(shot) 방식의 SLS 결정화 방법에 사용되는 마스크 패턴은 투과 패턴의 폭(a)이 각 투과 패턴 모두 일정하며, 투과 패턴 사이의 불투과 패턴의 간격 역시 b로 일정하다. 또한, 스캐닝 방향(수평방향)과 수직인 방향으로 투과 패턴이 일정 거리만큼 어긋나 있다. Referring to FIG. 3, in the mask pattern used in the conventional two-shot SLS crystallization method, the width a of the transmission pattern is constant for each transmission pattern, and the gap between the transmission patterns is also b. Is constant. In addition, the transmission pattern is shifted by a predetermined distance in a direction perpendicular to the scanning direction (horizontal direction).
도 3과 같은 마스크 패턴을 이용하여 결정화를 할 경우 도 4a와 같이 레이저 빔내의 에너지 밀도가 불균일한 경우(중심부의 경우 가장자리에 비해 에너지 밀도가 높다) 도 4b에 도시된 바와 같이 결정화된 폴리실리콘의 결정성이 레이저 펄스가 조사되는 부분별로 달라지게 되고 이는 TFT 특성에 영향을 미치게 된다. 이에 따라 이러한 TFT를 사용하여 유기 전계 발광 디스플레이 디바이스를 제작하는 경우 디스플레이 상 휘도 불균일을 유발하게 된다.When the crystallization is performed using the mask pattern as shown in FIG. 3, when the energy density in the laser beam is not uniform as shown in FIG. 4A (in the center, the energy density is higher than the edges) of the crystallized polysilicon as shown in FIG. 4B. The crystallinity will vary depending on the portion to which the laser pulses are irradiated, which will affect the TFT characteristics. Accordingly, when the organic electroluminescent display device is fabricated using such TFTs, luminance unevenness is caused on the display.
도 5는 도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같은 마스크 패턴과 레이저 빔을 사용하여 SLS 방법으로 제조된 폴리실리콘을 적용한 능동형 유기 전계 발광 디스플레이 디바이스의 이미지와 화소 영역 내 박막 트랜지스터의 전류 특성과의 관계를 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a relation between an image of an active organic electroluminescent display device using polysilicon manufactured by the SLS method using a mask pattern and a laser beam as shown in FIGS. 3 and 4A and current characteristics of a thin film transistor in a pixel region. A graph representing.
도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 높은 에너지 밀도를 받아서 결정화된 폴리 실리콘 박막을 이용하여 제조된 TFT의 경우에는 일정 전압 하에서 더 높은 전류가 흐를 수 있게 되어 부분적으로 휘도 불균일을 보이게 되며, 표 1에 나타낸 바와 같이 대략적으로 15 % 정도의 편차를 보이게 된다.As can be seen in FIG. 5, in the case of a TFT manufactured using a polysilicon thin film crystallized by high energy density, a higher current can flow under a constant voltage, thereby showing partial luminance unevenness. As shown, the deviation is approximately 15%.
따라서, 2 샷 방식의 SLS 결정화 방법을 사용하여 폴리실리콘을 제조하는 경우 레이저 빔 내의 에너지 밀도의 불균일에 의하여 발생하는 디스플레이 디바이스의 휘도 불균일을 해결할 필요가 있다. Therefore, when manufacturing polysilicon using the two-shot SLS crystallization method, it is necessary to solve the luminance nonuniformity of the display device caused by the nonuniformity of the energy density in the laser beam.
한편, 대한민국 공개 특허 번호 제2002-93194호에 의하면 레이저빔 패턴을 삼각형상("◁")으로 구성하는 것을 특징으로 하며, 상기 삼각형상("◁")의 빔 패턴을 가로 방향으로 이동하면서 결정화를 진행하는 방법이 설명되어 있으나, 이 경우 기판 전체에 걸쳐 결정화를 시킬 수 없으며 항상 결정화가 안된 영역이 존재하는 문제점이 있다. Meanwhile, according to Korean Patent Laid-Open No. 2002-93194, the laser beam pattern is configured in a triangular shape ("◁"), and the crystallization is made while moving the triangular ("◁") beam pattern in the horizontal direction. Although the method of proceeding is described, in this case, there is a problem in that crystallization is not possible over the entire substrate and there is always a region that is not crystallized.
본 발명은 위에서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 SLS 결정화법으로 폴리실리콘 박막을 제조하는 경우 레이저 빔내의 에너지 불균일에 의한 휘도 불균일을 개선시킨 디스플레이 디바이스용 폴리실리콘 박막의 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems as described above, an object of the present invention is to produce a polysilicon thin film by the SLS crystallization method polysilicon thin film for display devices to improve the luminance non-uniformity due to energy irregularity in the laser beam It is to provide a method for producing.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 위에서 제조된 폴리실리콘 박막을 사용하는 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다.Further, another object of the present invention is to provide a display device using the polysilicon thin film prepared above.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, The present invention to achieve the above object,
레이저가 투과하는 투과 패턴 그룹과 레이저가 투과하지 못하는 불투과 패턴 그룹이 혼합된 구조를 갖는 마스크를 사용하여 비정질 실리콘을 레이저를 이용하여 결정화하는 디스플레이 디바이스용 폴리실리콘 박막의 제조 방법에 있어서, In the manufacturing method of the polysilicon thin film for display device which crystallizes amorphous silicon using a laser using the mask which has a structure which mixed the transmission pattern group which a laser transmits and the opacity pattern group which a laser does not transmit,
상기 마스크는 레이저빔이 조사되는 중심부보다 레이저빔이 조사되는 가장자리의 상기 투과 패턴의 폭이 더 큰 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스용 폴리실리콘 박막의 제조 방법을 제공한다.The mask provides a method of manufacturing a polysilicon thin film for display device, characterized in that the width of the transmission pattern at the edge of the laser beam is irradiated larger than the central portion to which the laser beam is irradiated.
또한, 본 발명은 In addition, the present invention
SLS 결정화법에 의하여 폴리실리콘을 결정화하는 폴리실리콘 박막의 제조 방법에 있어서, In the manufacturing method of the polysilicon thin film which crystallizes polysilicon by SLS crystallization method,
1 이상의 투과 패턴을 구비하는 마스크를 사용하며, 상기 마스크는 레이저 에너지 밀도가 높은 영역의 마스크의 투과 패턴의 폭이 레이저 에너지 밀도가 낮은 영역의 마스크의 투과 패턴의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스용 폴리실리콘 박막의 제조 방법을 제공한다.A display device comprising a mask having at least one transmission pattern, wherein the width of the transmission pattern of the mask in the region of high laser energy density is smaller than the width of the transmission pattern of the mask in the region of low laser energy density. It provides a method for producing a polysilicon thin film.
또한, 본 발명은 In addition, the present invention
상기의 방법을 사용하여 제조되는 폴리실리콘 박막을 사용하는 디스플레이 디바이스를 제공하며, 상기 디스플레이 디바이스는 유기 전계 발광 소자 또는 액정 박막 장치를 포함한다. A display device using a polysilicon thin film manufactured using the above method is provided, and the display device includes an organic electroluminescent element or a liquid crystal thin film device.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in more detail.
도 6은 폴리실리콘 결정립 크기에 따른 전계이동도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing a relationship between field mobility and polysilicon grain size.
통상적으로 TFT의 전계 이동도(mobility)는 폴리실리콘 결정립의 크기에 따라 달라지게 되며, 도 6과 같이 결정립 길이(크기)가 길어질수록 전계 이동도가 증가하게 된다. 예를 들어, 결정립 길이가 3.5 ㎛인 경우에 비해 결정립 길이가 3 ㎛인 경우 전계 이동도는 15 % 정도 감소하게 되다.In general, the field mobility of TFTs depends on the size of the polysilicon grains, and as the grain length (size) increases, the field mobility increases. For example, when the grain length is 3 μm, the field mobility is reduced by 15% compared to the case where the grain length is 3.5 μm.
표 2는 폴리실리콘의 결정립 크기에 따른 전계 이동도 및 상대 전계 이동도를 나타낸 것으로 결정립의 크기가 큰 경우에 전계 이동도가 커짐을 확인할 수 있다. Table 2 shows the electric field mobility and the relative electric field mobility according to the grain size of the polysilicon, it can be seen that the field mobility increases when the grain size is large.
TFT의 전류 특성값은 전계 이동도에 직접적으로 비례하게 되므로 인위적으로 레이저빔을 맞게되는 영역 내에서 폴리실리콘의 결정립 크기를 변화시킬 경우 레이저 빔내의 에너지 불균일에 의한 휘도 불균일을 개선할 수 있다. Since the current characteristic value of the TFT is directly proportional to the electric field mobility, when the grain size of the polysilicon is artificially changed in the area where the laser beam is artificially adjusted, luminance unevenness due to energy irregularity in the laser beam can be improved.
즉, 레이저 빔의 에너지 밀도 증가에 따른 휘도 증가분을 결정립 크기를 적게 조절함으로써 상대적으로 일정 전압에서 적은 양의 전류가 흐르도록 하여 휘도를 균일하게 조절할 수 있다. That is, by controlling the increase in the brightness of the laser beam to increase the energy density by reducing the grain size, a relatively small amount of current flows at a constant voltage, the brightness can be uniformly controlled.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마스크 패턴과 이 패턴을 사용하여 제조되는 폴리실리콘의 결정립의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 7 is a view schematically showing a mask pattern according to a first embodiment of the present invention and the shape of crystal grains of polysilicon manufactured using the pattern.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예는 레이저가 투과하는 투과 패턴과 레이저가 투과하지 못하는 불투과 패턴이 혼합된 구조를 갖는 마스크를 사용하여 비정질 실리콘을 레이저를 이용하여 2 샷(shot) 방식으로 결정화한다.Referring to FIG. 7, the first embodiment of the present invention uses a mask having a structure having a mixture of a transmission pattern through which a laser transmits and an opacity pattern through which a laser does not transmit. Crystallization
앞서 살펴본 바와 같이, SLS 결정화법에 의한 2 샷 방식으로 비정질 실리콘을 결정화시키는 경우 조사되는 레이저 빔 내의 에너지 밀도가 다르기 때문에 이에 따라 형성되는 폴리실리콘박막의 결정성에도 영향을 미치게 된다. As described above, when the amorphous silicon is crystallized by the two-shot method by the SLS crystallization method, the energy density in the irradiated laser beam is different, thus affecting the crystallinity of the polysilicon thin film formed accordingly.
따라서, 상기 마스크는 레이저빔이 조사되는 중심부의 투과 패턴의 폭(a4)보다 레이저빔이 조사되는 가장자리의 상기 투과 패턴의 폭(a1 또는 an)이 더 크게 한다. 그리고, 상기 투과 패턴 사이의 불투과 패턴의 간격은 일정하도록 한다. 이렇게 함으로써, 에너지 밀도가 높은 중심부에서는 레이저 빔 조사 영역이 작아지게 되고, 에너지 밀도가 낮은 가장자리에서는 레이저 빔이 조사되는 영역이 커지게 되어 에너지 밀도 차이에 의한 편차에 의하여 형성되는 폴리실리콘 박막 결정성의 편차를 줄일 수 있다.Accordingly, the mask has a width a1 or an greater than the width a4 of the transmission pattern at the center portion to which the laser beam is irradiated. In addition, an interval between the opaque patterns between the transmission patterns may be constant. By doing so, the laser beam irradiation area becomes smaller at the center of high energy density, and the laser beam irradiation area becomes larger at the edge of the lower energy density, so that the deviation of the polysilicon thin film crystallinity formed by the deviation caused by the difference in energy density. Can be reduced.
이때, 상기 투과 패턴의 폭은 상기 스캐닝 방향과 수직인 방향으로 레이저가 조사되는 중심부에서 가장자리로 갈수록 순차적으로 커지게 되며, 바람직하기로는 커지는 정도가 일정한 것이 바람직하다. In this case, the width of the transmission pattern is sequentially increased from the center of the laser irradiation to the edge in a direction perpendicular to the scanning direction, preferably, the degree of increase is constant.
즉, 도 7에서 a1가 a2의 차이와 a2와 a3의 차이가 일정하게 되므로 a1 내지 an은 등차 수열을 이루게 된다.That is, in FIG. 7, since a1 is the difference between a2 and the difference between a2 and a3, a1 to an form an ordered sequence.
상기 투과 패턴의 폭은 투과 패턴의 최대값 기준(즉, a1 또는 an)으로 3 내지 12㎛ 정도가 적당하며, 이를 벗어나는 경우 폴리실리콘 결정립의 미세구조가 달라짐으로 인해 결정성이 현저히 나빠지게 된다.The width of the transmission pattern is based on the maximum value of the transmission pattern (ie a1 or an). 3 to 12 ㎛ is suitable, if it is out of the crystallinity is significantly worse due to the microstructure of the polysilicon grains are different.
또한, 상기 불투과 패턴의 폭은 1 내지 6 ㎛가 바람직하며, 이 범위를 벗어나는 경우 즉, 1 ㎛에 비해 적은 경우는 광학적 해상도(optical resolution)을 벗어나게 되어 레이저빔이 일부 투과하게 되어 불투과 패턴으로서 작용이 힘들게 되며, 6 ㎛보다 큰 경우에는 2 샷(shot) 방법에서 레이저빔의 중첩이 어렵게 되어 결정립의 분포가 불균일하게 된다.In addition, the width of the opaque pattern is preferably 1 to 6 ㎛, when out of this range, that is, when less than 1 ㎛ out of the optical resolution (optical resolution), the laser beam is partially transmitted through the opaque pattern As a result, the operation becomes difficult, and when larger than 6 μm, overlapping of the laser beam becomes difficult in the two-shot method, resulting in uneven distribution of crystal grains.
그리고, 상기 투과 패턴의 폭의 최대값과 최소값의 차이는 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이 범위를 벗어나는 경우 폴리실리콘 결정립의 크기가 현저히 달라지게 되므로 결정립 크기 차이에 의한 폴리실리콘 박막트랜지스터(TFT)의 전류특성차이가 상기 레이저빔 에너지 밀도 차이에 의한 폴리실리콘 결정립의 결정성 차이에 의한 TFT의 전류 특성 차이보다 크게 되므로 레이저빔 전체 면적내에서 TFT 특성의 균일성을 얻기가 힘들게 된다.The difference between the maximum value and the minimum value of the width of the transmission pattern is preferably 1 μm or less. If it is out of this range, the size of the polysilicon grains is significantly changed, so that the current characteristic difference of the polysilicon thin film transistor (TFT) due to the grain size difference is the TFT due to the difference in crystallinity of the polysilicon grains due to the laser beam energy density difference Since the current characteristic is larger than the difference in the current characteristics of, it is difficult to obtain uniformity of TFT characteristics in the entire laser beam area.
이때, 상기 투과 패턴의 형상은 라인 형태인 것이 바람직하다. In this case, the shape of the transmission pattern is preferably in the form of a line.
이상의 방법으로 제조된 폴리실리콘은 도 7에 도시된 바와 같이, 결정립의 폭은 거의 일정하나 결정립의 길이가 중심부(Ic)보다 상대적으로 가장자리(Ie)에서 더 큰 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 7, the polysilicon produced by the above method is almost constant in width, but the grain length is larger at the edge Ie than the central portion Ic.
이에 따라, 종래 높은 에너지 밀도를 받아서 결정화된 폴리 실리콘 박막을 이용하여 제조된 TFT의 경우에는 일정 전압 하에서 더 높은 전류가 흐를 수 있게 되어 부분적으로 휘도 불균일을 보이게 되는 현상을 가장자리의 폴리실리콘 결정립의 크기를 상대적으로 크게 함으로써 이러한 휘도 불균일 현상을 억제할 수 있다.Accordingly, in the case of a TFT manufactured by using a polysilicon thin film crystallized with high energy density, a phenomenon in which a higher current can flow under a constant voltage and partially show luminance unevenness is the size of polysilicon grains at the edge. By making the relative large, the luminance unevenness can be suppressed.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마스크 패턴과 이 패턴을 사용하여 제조되는 폴리실리콘의 결정립의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다. 8 is a view schematically showing a mask pattern according to a second embodiment of the present invention and the shape of crystal grains of polysilicon produced using the pattern.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에서는 제 1 실시예와 동일하게 레이저가 투과하는 투과 패턴과 레이저가 투과하지 못하는 불투과 패턴이 혼합된 구조를 갖는 마스크를 사용하여 비정질 실리콘을 레이저를 이용하여 2 샷(shot) 방식으로 결정화하며, 투과 패턴의 폭이 레이저빔이 조사되는 중심부의 투과 패턴의 폭(a4)보다 레이저빔이 조사되는 가장자리의 상기 투과 패턴의 폭(a1 또는 an)이 더 크게 한다.Referring to FIG. 8, in the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment, amorphous silicon is lasered by using a mask having a structure in which a transmission pattern through which a laser transmits and an opacity pattern through which a laser does not pass are mixed. Crystallization in a two-shot manner, and the width (a1 or an) of the transmission pattern at the edge of the laser beam is irradiated rather than the width (a4) of the transmission pattern at the center of the laser beam is irradiated Make this bigger.
그리나, 불투과 패턴 사이의 간격은 레이저 조사되는 중심부에서보다 가장자리에서 더 작게 된다. However, the spacing between the opaque patterns is smaller at the edges than at the center to which the laser is irradiated.
또한, 불투과 패턴 사이의 간격은 중심부에서 가장자리로 갈수록 일정하게 작아지게 되며, 불투과 패턴 사이의 간격 b1 내지 bn은 등차 수열의 관계를 갖는 것이 바람직하다. In addition, the spacing between the opaque patterns becomes smaller constantly from the center to the edges, and it is preferable that the spacings b1 to bn between the opaque patterns have an even order relationship.
또한, 상기 불투과 패턴 사이의 간격은 최소값(b1 또는 bn)을 기준으로 하여 1 내지 6 ㎛가 바람직하며, 이 범위를 벗어나는 경우 즉, 1 ㎛에 비해 적은 경우는 광학적 해상도(optical resolution)을 벗어나게 되어 레이저빔이 일부 투과하게 되어 불투과 패턴으로서 작용이 힘들게 되며, 6 ㎛보다 큰 경우에는 2샷(shot) 방법에서 레이저빔의 중첩이 어렵게 되어 결정립의 분포가 불균일하게 된다.In addition, the interval between the opaque pattern is based on the minimum value (b1 or bn) 1 to 6 μm is preferable, and if it is out of this range, that is, less than 1 μm, the optical resolution is out of the optical resolution, so that the laser beam is partially transmitted, making it difficult to act as an opaque pattern. In the large case, the overlapping of the laser beams becomes difficult in the two-shot method, resulting in uneven distribution of crystal grains.
이외의 사항은 제 1 실시예와 동일하게 구성된다. Other matters are configured similarly to the first embodiment.
제 2 실시예에 의하여 제조된 폴리실리콘은 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 결정립의 길이는 거의 일정하나 결정립 사이의 폭이 중심부(Wc)에서보다 가장자리(We)에서 더 크게 형성함으로써 레이저 에너지 밀도 차이에 의하여 발생되는 디스플레이 디바이스의 휘도 불균일을 억제할 수 있다. As can be seen in FIG. 8, the polysilicon produced by the second embodiment has a crystal grain length of almost constant, but the width between the grains is made larger at the edge We than at the central portion Wc, thereby increasing the laser energy density. The luminance non-uniformity of the display device caused by the difference can be suppressed.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마스크 패턴과 이 패턴을 사용하여 제조되는 폴리실리콘의 결정립의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다. 9 is a view schematically showing a mask pattern according to a third embodiment of the present invention and the shape of crystal grains of polysilicon produced using the pattern.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에서도 제 1 실시예와 동일하게 레이저가 투과하는 투과 패턴과 레이저가 투과하지 못하는 불투과 패턴이 혼합된 구조를 갖는 마스크를 사용하여 비정질 실리콘을 레이저를 이용하여 2 샷(shot) 방식으로 결정화한다. Referring to FIG. 9, in the third embodiment of the present invention, the amorphous silicon is laser-fired using a mask having a structure in which a transmission pattern through which a laser transmits and an opacity pattern through which a laser cannot transmit is mixed. Crystallize in a two-shot manner using
다만, 본 실시예에서는 상기 투과 패턴은 스캐닝 방향과 동일한 축 방향으로 가장 자리(a1e, a2e, a3e,....ane)에서의 폭이 중앙에서의 폭(a1c, a2c, a3c, ..., anc)보다 큰 것(a1e〉a1c, a2e〉a2c, ....., ane〉anc)을 사용한다. However, in the present embodiment, the transmissive pattern has a width at the edges a1e, a2e, a3e, ... ane in the same axial direction as the scanning direction. (a1e> a1c, a2e> a2c, ....., ane> anc).
즉, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 투과 패턴은 가장자리로부터 중앙 방향으로 상기 중앙에서의 투과 패턴의 폭이 순차적(직선적)으로 줄어들도록 되어 있다. That is, as can be seen in Fig. 8, the transmissive pattern is such that the width of the transmissive pattern at the center decreases sequentially (linearly) from the edge to the center direction.
또한, 본 실시예에서는 상기 가장자리의 투과 패턴의 폭은 일정한 것을 사용할 수 있다. 즉, a1e=a2e=.......=ane인 투과 패턴을 갖는 마스크를 사용할 수 있다. 이때, 중심부에서의 투과 패턴의 폭은 일정한 값만큼 줄어든다. 즉, a1c, a2c,...., anc는 등차 수열 관계를 갖는 것이 바람직하다. In addition, in the present embodiment, a width of the permeable pattern of the edge may be used. That is, a mask having a transmission pattern in which a1e = a2e = ....... = ane can be used. At this time, the width of the transmission pattern in the central portion is reduced by a certain value. That is, it is preferable that a1c, a2c, ..., and anc have an equal order sequence relationship.
이때, 가장자리에서의 불투과 패턴 사이의 간격은 일정하거나 또는 일정한 값만큼 중심부에서 가장자리로 갈수록 작아질 수 있다. At this time, the interval between the opaque patterns at the edges may be constant or become smaller from the center to the edges by a constant value.
이때, 중앙에서의 상기 투과 패턴의 폭의 최대값과 최소값의 차이는 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. At this time, the difference between the maximum value and the minimum value of the width of the transmission pattern at the center is preferably 1 μm or less.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 마스크 패턴과 이 패턴을 사용하여 제조되는 폴리실리콘의 결정립의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다. 10 is a view schematically showing a mask pattern according to a fourth embodiment of the present invention and the shape of crystal grains of polysilicon manufactured using the pattern.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에서도 제 1 실시예와 동일하게 레이저가 투과하는 투과 패턴과 레이저가 투과하지 못하는 불투과 패턴이 혼합된 구조를 갖는 마스크를 사용하여 비정질 실리콘을 레이저를 이용하여 2 샷(shot) 방식으로 결정화한다. Referring to FIG. 10, in the fourth embodiment of the present invention, the amorphous silicon is laser-fired using a mask having a structure in which a transmission pattern through which a laser transmits and an opacity pattern through which a laser cannot transmit is mixed. Crystallize in a two-shot manner using
제 4 실시예에서는 상기 불투과 패턴은 도트 형태의 1 이상의 불투과 패턴이 스캐닝 방향과 동일한 축 방향으로 1 이상의 라인 형태의 그룹을 이루고 있으며, 상기 불투과 패턴 그룹 사이의 스캔닝 방향과 수직인 축 방향으로의 간격은 레이저가 조사되는 중심에서의 간격이 가장자리에서의 간격보다 더 작도록 되어 있다. In the fourth embodiment, the opaque pattern includes one or more line-like groups in which one or more opaque patterns in the form of dots form the same axial direction as the scanning direction, and an axis perpendicular to the scanning direction between the opaque pattern groups. The spacing in the direction is such that the spacing at the center where the laser is irradiated is smaller than the spacing at the edge.
이렇게 함으로써 중심부에서 레이저가 조사되는 영역이 가장자리에서 레이저가 조사되는 영역보다 작게 되어 형성되는 결정립의 크기가 가장자리에서 형성되는 결정립의 크기보다 상대적으로 작게된다. By doing so, the area irradiated with the laser at the center is made smaller than the area irradiated with the laser at the edge, so that the size of the crystal grains formed is relatively smaller than the size of the crystal grains formed at the edge.
레이저 에너지 밀도 차이에 의하여 발생되는 디스플레이 디바이스의 휘도 불균일을 억제할 수 있다. The luminance non-uniformity of the display device caused by the laser energy density difference can be suppressed.
상기 불투과 패턴 사이의 간격은 가장자리로부터 중심방향으로 일정하게 작아지며, 상기 간격의 최대값과 최소값의 차이는 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이 범위를 벗어나는 경우 폴리실리콘 결정립의 크기가 현저히 달라지게 되므로 결정립 크기차이에 의한 폴리실리콘 박막트랜지스터(TFT)의 전류특성차이가 상기 레이저빔 에너지밀도차이에 의한 폴리실리콘 결정립의 결정성차이에 의한 TFT의 전류 특성차이보다 크게 되므로 레이저빔 전체 면적 내에서 TFT 특성의 균일성을 얻기가 힘들게 된다.The interval between the opaque patterns is constantly smaller from the edge toward the center, and the difference between the maximum value and the minimum value of the interval is preferably 1 μm or less. If the polysilicon grains are out of this range, the size of the polysilicon grains is remarkably changed, so that the current characteristic difference of the polysilicon thin film transistor (TFT) due to the grain size difference is the TFT due to the crystallinity difference of the polysilicon grains due to the laser beam energy density difference. Since the current characteristic difference is larger than the difference of the current characteristics, it is difficult to obtain the uniformity of the TFT characteristics in the entire laser beam area.
또한, 본 발명에서는 2 샷 방식을 사용하는 SLS 결정화법에 의하여 폴리실리콘을 결정화하는 폴리실리콘 박막의 제조 방법에 있어서, 1 이상의 투과 패턴을 구비하는 마스크를 사용하며, 상기 마스크는 레이저 에너지 밀도가 높은 영역의 마스크의 투과 패턴의 폭이 레이저 에너지 밀도가 낮은 영역의 마스크의 투과 패턴의 폭보다 작은 것을 사용하여 폴리실리콘 박막을 제조한다.In addition, in the present invention, in the method for producing a polysilicon thin film which crystallizes polysilicon by SLS crystallization using a two-shot method, a mask having at least one transmission pattern is used, and the mask has a high laser energy density. The polysilicon thin film is manufactured using a width of the transmission pattern of the mask of the region smaller than the width of the transmission pattern of the mask of the region of low laser energy density.
이때, 상기 투과 패턴 사이의 간격은 일정하며, 상기 투과 패턴 사이의 간격은 상기 레이저 에너지 밀도가 큰 영역으로 갈수록 커지는 것이 바람직하다.In this case, an interval between the transmission patterns is constant, and an interval between the transmission patterns is preferably increased toward an area where the laser energy density is large.
그리고, 상기 투과 패턴 사이의 간격이 커지는 정도는 일정하며, 상기 투과 패턴은 라인 형태인 것을 사용할 수 있으며, 또한 상기 투과 패턴이 스캐닝 방향으로 레이저 에너지 밀도가 높은 영역의 폭이 레이저 에너지 밀도가 낮은 영역의 폭보다 작은 다각형 형태인 것을 사용할 수도 있다.The distance between the transmission patterns is constant, and the transmission pattern may be in the form of a line, and the width of the region where the transmission pattern is high in the laser energy density in the scanning direction is a region where the laser energy density is low. It is also possible to use a polygonal shape smaller than the width of.
이때, 상기 투과 패턴 사이의 간격의 최대값과 최소값의 차이가 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이 범위를 벗어나는 경우 폴리실리콘 결정립의 크기가 현저히 달라지게 되므로 결정립 크기 차이에 의한 폴리실리콘 박막트랜지스터(TFT)의 전류특성차이가 상기 레이저빔 에너지 밀도 차이에 의한 폴리실리콘 결정립의 결정성 차이에 의한 TFT의 전류 특성차이보다 크게 되므로 레이저빔 전체 면적 내에서 TFT 특성의 균일성을 얻기가 힘들게 된다.At this time, it is preferable that the difference between the maximum value and the minimum value of the interval between the transmission patterns is 1 μm or less. If it is out of this range, the size of the polysilicon grains is significantly changed, so the current characteristic difference of the polysilicon thin film transistor (TFT) due to the grain size difference is due to the TFT due to the difference in crystallinity of the polysilicon grains due to the laser beam energy density difference. Since the current characteristic difference is larger than the difference of the current characteristics, it is difficult to obtain the uniformity of the TFT characteristics in the entire laser beam area.
한편, 본 발명에서는 상기 마스크 패턴은 도트 형태의 불투과 패턴을 포함하며, 상기 도트 형태의 불투과 패턴 사이의 간격이 레이저 에너지 밀도가 높은 영역보다 레이저 에너지 밀도가 낮은 영역에서 더 큰 마스크 패턴을 사용할 수 있다.Meanwhile, in the present invention, the mask pattern includes an opaque pattern in the form of a dot, and the mask pattern may use a larger mask pattern in a region where the laser energy density is lower than a region in which the gap between the dot opaque patterns is high in the laser energy density. Can be.
이렇게 함으로써, 레이저 에너지 밀도 차이에 의하여 발생되는 디스플레이 디바이스의 휘도 불균일을 억제할 수 있다. By doing in this way, the luminance nonuniformity of the display device generate | occur | produced by the laser energy density difference can be suppressed.
한편, 본 발명의 실시예들로부터 제조되는 폴리실리콘은 결정립의 크기의 최대값과 최소값의 차이가 0.5 ㎛ 이하가 되도록 형성된다. 결정립 크기의 차이가 0.5 ㎛ 이상이 되는 경우에는 오히려 가장자리에 있는 결정립의 전계 이동도가 좋게 되어 반대로 가장자리에서 휘도록 중심부에서보다 좋게 되어 다시 휘도 불균일 발생할 수 있기 때문이다. On the other hand, the polysilicon produced from the embodiments of the present invention is formed so that the difference between the maximum value and the minimum value of the size of the crystal grain is 0.5 ㎛ or less. This is because when the difference in grain size is 0.5 µm or more, the electric field mobility of the grains at the edges becomes better and, on the contrary, it is better than at the center so as to bend at the edges, resulting in uneven luminance.
본 발명의 실시예들로부터 제조되는 폴리실리콘은 평판 디스플레이 디바이스에 사용되며, 상기 평판 디스플레이 디바이스로는 유기 전계 발광 디스플레이 장치 또는 액정 표시 장치인 디스플레이 디바이스에 사용될 수 있다. Polysilicon produced from the embodiments of the present invention is used in a flat panel display device, the flat panel display device may be used in a display device which is an organic electroluminescent display device or a liquid crystal display device.
이상과 같이, 본 발명에서는 레이저를 이용하여 비정질 실리콘을 결정화할 때 마스크 패턴을 본 발명의 실시예들에서와 같이 디자인함으로써 결정화시 레이저 에너지의 불균일성에 따른 디스플레이 디바이스의 휘도 불균일을 방지할 수 있다. As described above, in the present invention, when the amorphous silicon is crystallized by using the laser, the mask pattern may be designed as in the embodiments of the present invention to prevent the luminance non-uniformity of the display device due to the non-uniformity of the laser energy during the crystallization.
이상과 같이 본 발명에서는 비정질 실리콘을 SLS 결정화법으로 결정화시 에너지 밀도가 높은 레이저가 조사되는 영역과 에너지 밀도가 낮은 레이저가 조사되는 영역에 형성되는 결정립의 크기를 서로 다르게 하여 전계 이동도를 제어함으로써 이를 사용하여 디스플레이 디바이스를 제조하는 경우 종래에 발생되는 휘도 불균일을 억제할 수 있다.As described above, in the present invention, when the amorphous silicon is crystallized by the SLS crystallization method, the field mobility is controlled by varying the size of crystal grains formed in the region irradiated with the laser with high energy density and the region irradiated with the laser with low energy density. In the case of manufacturing a display device using this, it is possible to suppress the luminance nonuniformity conventionally generated.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 통상의 SLS 결정화 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 1A, 1B and 1C are schematic diagrams of a conventional SLS crystallization method.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 통상의 폴리실리콘 박막의 제조 방법에서 사용되는 마스크의 구조를 사용하여 결정화는 방법을 개략적으로 나타내는 평면도이다.2A, 2B and 2C are plan views schematically illustrating a method of crystallization using the structure of a mask used in a conventional method for manufacturing a polysilicon thin film.
도 3은 통상의 2 샷(shot) 방식의 SLS 결정화 방법에 사용되는 마스크 패턴을 나타내는 평면도이다. 3 is a plan view showing a mask pattern used in a conventional two-shot SLS crystallization method.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 마스크 패턴을 사용하여 폴리실리콘을 제조하는 경우 사용되는 레이저의 레이저 빔내의 에너지 밀도 및 그에 따라 제조되는 폴리실리콘을 개략적으로 나타낸 도면이다.4A and 4B schematically illustrate energy densities in a laser beam of a laser used when manufacturing polysilicon using the mask pattern of FIG. 3 and polysilicon thus produced.
도 5는 도 3의 마스크 패턴을 사용하여 제조된 폴리실리콘을 적용한 능동형 유기 전계 발광 소자의 디스플레이 이미지와 화소 영역의 박막트랜지스터의 전류 특성을 나타내는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating a display image of an active organic electroluminescent device to which polysilicon is manufactured using the mask pattern of FIG. 3 and current characteristics of a thin film transistor of a pixel region.
도 6은 폴리실리콘 결정립 크기에 따른 전계이동도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing a relationship between field mobility and polysilicon grain size.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마스크 패턴 및 이를 사용하여 SLS 결정화 방법으로 폴리실리콘을 제조한 폴리실리콘 결정립의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 7 is a view schematically illustrating a mask pattern according to a first embodiment of the present invention and the shape of polysilicon grains prepared using polysilicon by the SLS crystallization method using the mask pattern.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마스크 패턴 및 이를 사용하여 SLS 결정화 방법으로 폴리실리콘을 제조한 폴리실리콘 결정립의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 8 is a view schematically illustrating a mask pattern according to a second embodiment of the present invention and the shape of polysilicon grains prepared using polysilicon by the SLS crystallization method using the mask pattern.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마스크 패턴을 도시한 도면이다.9 illustrates a mask pattern according to a third embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 마스크 패턴을 도시한 도면이다.10 is a view showing a mask pattern according to a fourth embodiment of the present invention.
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