KR20060013108A - Method for forming single crystalline silicon film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단결정실리콘막 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 단결정실리콘막 형성방법은, 유리기판 상에 증착한 비정질실리콘막을 소정의 마스크를 이용한 레이저 조사를 통해 연속 측면 결정화(Sequential Lateral Solidification)시켜 단결정실리콘막을 형성하는 방법으로서, 최초 레이저 조사는 완전 오픈된 마스크를 사용하여 비정질실리콘막의 전부가 다결정실리콘막으로 변화되도록 하며, 후속 레이저 조사는 기판을 일정거리만큼 이동시키면서 도트 모양의 슬릿패턴을 갖는 마스크를 이용해서 수행하여 다결정실리콘 씨드로부터 단결정실리콘으로 결정화시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 단결정실리콘막으로의 결정화를 다결정실리콘 씨드로부터 이루어지도록 하므로써, 매우 효과적으로 비정질실리콘의 단결정실리콘으로의 결정화를 이룰 수 있다. The present invention discloses a method for forming a single crystal silicon film. In the method of forming a single crystal silicon film of the present invention, a method of forming a single crystal silicon film by performing sequential lateral solidification of an amorphous silicon film deposited on a glass substrate through laser irradiation using a predetermined mask. A fully open mask is used to change the entirety of the amorphous silicon film into a polysilicon film. Subsequent laser irradiation is performed using a mask having a dot-shaped slit pattern while moving the substrate by a certain distance to form the monocrystalline silicon from the polysilicon seed. It is characterized by crystallization. According to the present invention, the crystallization of the single crystal silicon film can be effected from the polycrystalline silicon seed so that the crystallization of the amorphous silicon into the single crystal silicon can be achieved very effectively.
Description
도 1은 종래의 열처리를 이용한 단결정실리콘막 형성방법을 설명하기 위한 도면. 1 is a view for explaining a method of forming a single crystal silicon film using a conventional heat treatment.
도 2는 종래의 쐐기 모양의 마스크 및 레이저 조사를 이용한 단결정실리콘막 형성방법을 설명하기 위한 도면. 2 is a view for explaining a method of forming a single crystal silicon film using a conventional wedge-shaped mask and laser irradiation.
도 3a 및 도 3b는 종래의 도트 모양의 마스크 및 레이저 조사를 이용한 단결정실리콘막 형성방법을 설명하기 위한 도면. 3A and 3B are views for explaining a method of forming a single crystal silicon film using a conventional dot mask and laser irradiation;
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 단결정실리콘막 형성방법을 설명하기 위한 도면. 4A and 4B are views for explaining a method of forming a single crystal silicon film according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
40 : 마스크 42 : 도트40: mask 42: dot
44 : 기판 45 : 다결정실리콘 씨드44
46,47 : 단결정실리콘 씨드 A : 투과부46,47: single crystal silicon seed A: penetrating portion
B : 비투과부B: non-penetrating part
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단결정실리콘 박막트랜지스터를 형성하기 위한 단결정실리콘막 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor liquid crystal display device, and more particularly, to a method for forming a single crystal silicon film for forming a single crystal silicon thin film transistor.
액정표시장치 또는 유기발광표시장치 등에서 스위칭 소자로 사용되는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, TFT)는 상기한 평판표시장치들의 성능에 있어 가장 중요한 구성요소이다. Thin film transistors (TFTs), which are used as switching elements in liquid crystal displays or organic light emitting displays, are the most important components in the performance of the flat panel displays.
여기서, 상기 TFT의 성능을 판단하는 기준인 이동도(mobility) 또는 누설전류 등은 전하 운반자가 이동하는 경로인 활성층이 어떤 상태(state) 또는 구조를 갖느냐, 즉, 활성층의 재료인 실리콘 박막이 어떤 상태 또는 구조를 갖느냐에 크게 좌우된다. 현재 상용화되어 있는 액정표시장치의 경우 TFT의 활성층은 대부분 비정질실리콘(amorphous Si : 이하, a-Si)이다. Here, mobility or leakage current, which is a criterion for determining the performance of the TFT, is a state or structure of an active layer, which is a path through which a charge carrier travels, that is, a silicon thin film which is a material of an active layer. It depends a lot on whether you have state or structure. In the current commercially available liquid crystal display device, the active layer of the TFT is mostly amorphous silicon (a-Si).
그런데, 활성층으로서 a-Si을 적용한 a-Si TFT는 이동도가 0.5㎠/Vs 내외로 매우 낮기 때문에 액정표시장치에 들어가는 모든 스위칭 소자를 만들기엔 제한적이다. 이것은 액정표시장치의 주변회로용 구동 소자는 매우 빠른 속도로 동작해야 하는데, a-Si TFT는 주변회로용 구동 소자에서 요구하는 동작 속도를 만족시킬 수 없으므로, 상기 a-Si TFT로는 주변회로용 구동 소자의 구현이 실질적으로 곤란하다는 것을 의미한다. However, the a-Si TFT using a-Si as an active layer has a very low mobility of about 0.5 cm 2 / Vs, which is limited to making all the switching elements that enter the liquid crystal display. This means that the peripheral circuit drive element of the liquid crystal display device must operate at a very high speed. Since the a-Si TFT cannot satisfy the operation speed required by the peripheral circuit drive element, the a-Si TFT drives the peripheral circuit. This means that the implementation of the device is substantially difficult.
따라서, 액정표시장치를 제조함에 있어서, 현재는 구동회로, 여러가지 콘트롤러, 그리고, 디지털-아날로그 컨버터 등과 같은 주변회로용 구동 부품들은 단결 정실리콘 위에 집적된 소자로 구성하여 구동에 필요한 빠른 동작 속도에 대응하도록 하고 있고, a-Si TFT는 스위칭 기능을 가짐과 동시에 화질을 확보하는데 필수적인 낮은 누설전류 특성을 보이기 때문에 화소 스위칭 소자로서 적용하고 있다. Therefore, in manufacturing a liquid crystal display device, drive components for peripheral circuits such as drive circuits, various controllers, and digital-to-analog converters are currently composed of elements integrated on single crystal silicon to cope with the fast operation speed required for driving. The a-Si TFT is applied as a pixel switching element because it has a switching function and exhibits a low leakage current characteristic which is essential for ensuring image quality.
한편, 유리기판 상에서 단결정실리콘의 형성을 위해, 종래에는 단결정실리콘 씨드(seed)를 이용하여 열처리하는 방법 및 패터닝된 마스크에 레이저를 수 십회 순차적으로 조사하는 방법 등을 이용하고 있다. Meanwhile, in order to form single crystal silicon on a glass substrate, a method of heat treatment using single crystal silicon seeds and a method of sequentially irradiating a laser to the patterned mask for several tens of times are used.
도 1은 종래의 열처리를 이용한 단결정실리콘막 형성방법을 설명하기 위한 도면이다. 이 방법에 따르면, 유리기판(11) 상에 비정질실리콘막(12)을 형성한 상태에서 상기 비정질실리콘막(12) 상에 씨드로 작용하는 단결정실리콘 팁(Tip) 형태의 돌기(15)를 갖는 단결정실리콘 웨이퍼(16)을 배치시켜 상기 비정질실리콘막(2)이 일정 압력으로 눌려지도록 만든다. 그런다음, 상기 기판 결과물을 500℃ 이상의 온도에서 장시간 열처리하면, 돌기(15)가 씨드로 작용하여 상기 돌기(15)와 접한 비정질실리콘막 부분에서부터 결정화가 시작되어 최종적으로 비정질실리콘막 전체가 단결정실리콘막(13)을 변화된다. 1 is a view for explaining a method of forming a single crystal silicon film using a conventional heat treatment. According to this method, the
도 2는 종래의 쐐기 모양의 마스크 및 레이저 조사를 이용한 단결정실리콘막 형성방법을 설명하기 위한 도면이다. 이 방법에 따르면, 쐐기(chevron) 모양의 슬릿패턴을 구비한 마스크(20)를 화살표 방향으로 일정 간격 이동시키면서 레이저를 조사하여 a-Si막(22)을 부분적으로 단결정화시켜 최종적으로 마름모꼴의 단결정실리콘막(24)을 형성한다. 도 2에서, 도면부호 A는 레이저 투과부, 그리고, B는 레이저 비투과부를 각각 나타낸다. 2 is a view for explaining a conventional method for forming a single crystal silicon film using a wedge-shaped mask and laser irradiation. According to this method, the
도 3a 및 도 3b는 종래의 도트 모양의 마스크 및 레이저 조사를 이용한 단결정실리콘막 형성방법을 설명하기 위한 도면이다. 3A and 3B are views for explaining a method of forming a single crystal silicon film using a conventional dot mask and laser irradiation.
이 방법에 따르면, 도 3a에 도시된 바와 같은 도트(dot : 32) 모양의 패턴을 구비한 마스크(30)를 이용한 레이저 조사를 행하게 된다. 여기서, 도면부호 A는 레이저 투과부를, 그리고, B는 레이저 비투과부를 각각 나타낸다. According to this method, laser irradiation is performed using a
이 경우, 도트 부분을 통해서는 레이저가 투과되지 않으므로, 도 3b의 미세 구조에서 보여지는 바와 같이, 최초 비정질실리콘막은 도트 부분을 중심으로 레이저가 투과되어 용융된 부분으로 방사적으로 다결정실리콘이 생성된다. 이때, 한 번의 레이저 조사로 비정질실리콘막의 전부를 완전한 단결정실리콘막으로 결정화시킬 수 없으며, 따라서, 이후에 반복적으로 기판(34)을 몇 번 일정거리만큼 이동시키면서 레이저 조사를 행하여 최초의 비정질실리콘막을 다결정실리콘막으로 결정화시킨 후에 상기 결정화된 다결정실리콘막을 다시 단결정실리콘막으로 변화시킨다. In this case, since the laser is not transmitted through the dot portion, as shown in the microstructure of FIG. 3B, the first amorphous silicon film has a laser-transmitted portion around the dot portion to produce polycrystalline silicon radially in the molten portion. . At this time, the entirety of the amorphous silicon film cannot be crystallized into a complete single crystal silicon film by one laser irradiation. Therefore, the first amorphous silicon film is polycrystalline by performing laser irradiation repeatedly by moving the
도 3b에서, 도면부호 33은 결정립, 35는 비정질실리콘 씨드, 36 및 37은 다결정실리콘 씨드, 그리고, 38은 단결정실리콘 씨드를 각각 나타낸다. In Fig. 3B,
그러나, 상기의 레이저 조사를 통한 단결정실리콘 형성방법은 수 십회에 걸쳐 마스크를 일정 간격으로 이동시키면서 레이저를 조사해야 하기 때문에 양산성이 매우 낮으며, 또한, 장비의 소모품 교체 주기가 매우 짧아서 유지비가 매우 비싼 문제점이 있다. However, the method of forming single crystal silicon through the laser irradiation has very low mass productivity because the laser must be irradiated while moving the mask at regular intervals for several tens of times. There is an expensive issue.
그리고, 상기의 열처리를 통한 단결정실리콘 형성방법은 유리기판 크기의 돌 기를 가진 단결정실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라, 이러한 돌기를 가진 단결정실리콘 웨이퍼를 유리기판 상에 올려 놓은 후 500℃ 이상의 온도에서 장시간 동안 열처리를 행하는 경우에 유리기판이 휘어지는 현상이 발생하며, 또한, 장시간의 열처리 시간이 소요되는 것으로 인해 양산성이 현저히 감소되는 문제점이 있다. In addition, the method of forming the single crystal silicon through the heat treatment is not only difficult to manufacture the single crystal silicon wafer having the projections of the glass substrate size, but also after placing the single crystal silicon wafer having the projections on the glass substrate for a long time at a temperature of 500 ° C. or more. When the heat treatment is performed for a while, the glass substrate may be bent, and also, due to the long heat treatment time, there is a problem that the mass productivity is significantly reduced.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 양산성을 높이면서 보다 효율적으로 공정 진행이 이루어지도록 할 수 있는 단결정실리콘 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a single crystal silicon that can be made to proceed the process more efficiently while improving the mass production, and to solve the conventional problems as described above.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 유리기판 상에 증착한 비정질실리콘막을 소정의 마스크를 이용한 레이저 조사를 통해 연속 측면 결정화(Sequential Lateral Solidification)시켜 단결정실리콘막을 형성하는 방법으로서, 최초 레이저 조사는 완전 오픈된 마스크를 사용하여 비정질실리콘막의 전부가 다결정실리콘막으로 변화되도록 하며, 후속 레이저 조사는 기판을 일정거리만큼 이동시키면서 도트 모양의 슬릿패턴을 갖는 마스크를 이용해서 수행하여 다결정실리콘 씨드로부터 단결정실리콘으로 결정화시키는 것을 특징으로 하는 단결정실리콘막 형성방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is a method of forming a single crystal silicon film by sequential lateral crystallization (Sequential Lateral Solidification) of the amorphous silicon film deposited on the glass substrate through a laser irradiation using a predetermined mask, Irradiation causes the entirety of the amorphous silicon film to be transformed into a polysilicon film using a fully open mask, and subsequent laser irradiation is performed using a mask having a dot-shaped slit pattern while moving the substrate by a predetermined distance from the polysilicon seed. Provided is a single crystal silicon film forming method characterized by crystallizing with single crystal silicon.
여기서, 상기 최초 레이저 조사는 미세 크기의 비정질실리콘 씨드만 남고, 그 씨드로부터 결정화가 시작되어 다결정실리콘막으로 전부 결정화되는 에너지 범위로 수행한다. In this case, the initial laser irradiation is performed in an energy range in which only microsilicon amorphous silicon seeds are left, and crystallization starts from the seeds and all crystallizes into a polysilicon film.
또한, 상기 후속 레이저 조사는 최초 레이저 조사후 생성된 다결정실리콘의 결정립 크기를 최대로 크게 할 수 있는 에너지 범위로 수행한다. Further, the subsequent laser irradiation is performed in an energy range capable of maximizing the grain size of the polysilicon produced after the initial laser irradiation.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 설명하면, 본 발명은 단결정실리콘으로의 초기 결정화가 비정질실리콘에서가 아닌 다결정실리콘으로부터 이루어지도록 한다. 이것은 초기 실리콘의 결정화가 결정립의 수가 적을수록, 또한, 비정질 씨드에서 출발하기 보다는 결정질 씨드에서 출발하는 것이 유리하기 때문이다. First, describing the technical principles of the present invention, the present invention allows the initial crystallization to single crystal silicon to be made from polycrystalline silicon rather than amorphous silicon. This is because the lower the number of crystal grains in the initial silicon crystallization, it is also advantageous to start from the crystalline seed rather than start from the amorphous seed.
다시말해, 도트 모양의 슬릿패턴을 갖는 마스크를 이용하여 단결정실리콘막을 형성할 때, 도트 내에 들어가는 결정립의 수가 적으면 적을수록 더욱 효과적으로 단결정실리콘막을 형성할 수 있는데, 종래의 방법은 최초 비정질실리콘 도트을 이용하기 때문에 그 다음 도트 내에는 무수히 많은 비정질실리콘 씨드에서 성장한 결정립이 포함되며, 따라서, 그 많은 결정립을 없애기 위해서는 다수 회의 레이저 조사가 이루어져야 한다. 물론, 이렇게 하여도 단결정실리콘으로의 완전 결정화가 쉽지 않다. In other words, when the single crystal silicon film is formed using a mask having a dot-shaped slit pattern, the smaller the number of crystal grains entering the dot, the more effectively the single crystal silicon film can be formed. The conventional method uses the first amorphous silicon dot. Therefore, the next dot contains grains grown from a myriad of amorphous silicon seeds, and therefore, a large number of laser irradiations must be performed to remove the grains. Of course, even in this case, complete crystallization to single crystal silicon is not easy.
그러나, 비정질실리콘막을 전부 다결정실리콘막으로 변환시킨 후, 도트 모양의 마스크를 이용하여 레이저 조사를 행하고, 이때, 레이저 에너지를 최초의 레이저 조사후 생성된 다결정실리콘의 결정립 크기를 최대로 크게 할 수 있는 에너지 범위로 하면, 두 번째 도트내에 들어가는 결정립의 수는 종래에 비해 상당히 적어 지게 되고, 따라서, 비정질실리콘의 단결정실리콘으로의 결정화를 보다 효과적으로 이루어지게 된다. However, after converting all of the amorphous silicon film into a polysilicon film, laser irradiation is performed using a dot-shaped mask, and at this time, the crystal grain size of the polycrystalline silicon generated after the initial laser irradiation can be maximized. When the energy range is set, the number of crystal grains falling into the second dot is considerably smaller than in the prior art, and thus, crystallization of amorphous silicon into single crystal silicon is more effectively achieved.
자세하게, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 단결정실리콘막 형성방법을 설명하기 위한 도면으로서, 여기서, 도 4a는 마스크의 구성 및 기판 이동을 도시한 도면이고, 도 4b는 연속 측면 결정화의 미세구조를 도시한 도면이다. In detail, FIGS. 4A and 4B are views for explaining a method of forming a single crystal silicon film according to the present invention, where FIG. 4A is a view showing the configuration of a mask and substrate movement, and FIG. 4B is a microstructure of continuous side crystallization. Figure is a diagram.
먼저, 본 발명은 도트 모양의 패턴을 갖는 마스크를 이용한 레이저 조사를 수행함에 있어서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 최초의 레이저 조사는 완전히 오픈된 마스크(40)를 사용하여 레이저가 비정질실리콘막의 전 영역에 조사되도록 하며, 이를 통해, 레이저 조사가 이루어진 모든 영역을 다결정실리콘막으로 변화시킨다. 이때, 조사되는 레이저의 에너지는 유리기판 표면에 조그만 크기의 비정질 씨드가 남고, 그 씨드로부터 결정화가 시작되어 다결정실리콘막으로 결정화되는 에너지 범위로 한다. First, in the present invention, in performing laser irradiation using a mask having a dot-shaped pattern, as shown in FIG. 4A, the first laser irradiation is performed by using a
그런다음, 순차적으로 기판(44)을 일정거리만큼 이동시키면서 레이저를 조사하여 단결정실리콘막을 형성한다. 이때, 전술한 바와 같이, 단결정실리콘막으로의 결정화가 비정질실리콘이 아닌 다결정실리콘으로부터 진행되므로, 더 적은 회수의 레이저 조사로도 효과적으로 단결정실리콘막을 형성할 수 있다. Then, the laser is irradiated while sequentially moving the
도 4a에서 도면부호 A는 레이저 투과부를, 그리고, B는 레이저 비투과부를 각각 나타내며, 도 4b에서 도면부호 45는 다결정실리콘 씨드를, 그리고, 46 및 47은 단결정실리콘 씨드를 각각 나타낸다. In FIG. 4A, reference numeral A denotes a laser transmission portion, B denotes a laser non-transmissive portion, and in FIG. 4B,
한편, 비정질실리콘막을 단결정실리콘으로 결정화시킴에 있어서, 유리기판으 로부터 비정질실리콘막으로 불순물이 침투하는 것을 방지하기 위해, 또한, 유리기판 보다 우수한 표면거칠기를 가지도록 하기 위해 유리기판과 비정질실리콘막 사이에 SiO2막, Si3N4막 SiO2/Si3N4, 또는, Si3N4/SiO2막과 같은 버퍼막을 개재시킴이 바람직하다. On the other hand, in crystallizing the amorphous silicon film with single crystal silicon, in order to prevent impurities from penetrating from the glass substrate to the amorphous silicon film, and to have a better surface roughness than the glass substrate, the glass substrate and the amorphous silicon film It is preferable to interpose a buffer film such as an SiO2 film, a Si3N4 film SiO2 / Si3N4, or a Si3N4 / SiO2 film.
이상에서와 같이, 본 발명은 최초의 레이저 조사를 완전히 오픈된 마스크를 이용하여 수행하여 레이저 조사가 이루어진 전 영역을 다결정실리콘으로 결정화시킨 후, 도트-연속측면결정화를 진행하므로써, 종래 보다 레이저 조사의 진행을 줄일 수 있으며, 따라서, 공정 단순화를 얻으므로써 생산성을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention performs the first laser irradiation using a fully open mask to crystallize the entire area where the laser irradiation is made with polycrystalline silicon, and then proceeds with dot-continuous side crystallization, thereby achieving more Progress can be reduced, thus improving productivity by obtaining process simplification.
아울러, 본 발명의 방법을 이용하는 경우에는 유리기판의 원하는 위치에 단결정실리콘을 선택적으로 형성할 수 있으므로, 주변회로의 실장이 가능하여 고성능의 액정표시장치를 구현할 수 있음은 물론 원가 절감을 이룰 수 있다. In addition, in the case of using the method of the present invention, since the single crystal silicon can be selectively formed at a desired position of the glass substrate, the peripheral circuit can be mounted, thereby realizing a high performance liquid crystal display device and achieving cost reduction. .
이상, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다. As mentioned above, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, modifications and variations can be made by those skilled in the art. Accordingly, the following claims are to be understood as including all modifications and variations as long as they fall within the true spirit and scope of the present invention.
Claims (3)
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