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KR100971951B1 - 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘 박막 결정화 방법 - Google Patents

엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘 박막 결정화 방법 Download PDF

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KR100971951B1
KR100971951B1 KR1020030064455A KR20030064455A KR100971951B1 KR 100971951 B1 KR100971951 B1 KR 100971951B1 KR 1020030064455 A KR1020030064455 A KR 1020030064455A KR 20030064455 A KR20030064455 A KR 20030064455A KR 100971951 B1 KR100971951 B1 KR 100971951B1
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polysilicon
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Abstract

본 발명은 엑시머 레이저를 이용하여 비정질 실리콘을 결정화하는 방법에 관한 것이다.
엑시머 레이저 어닐링(ELA)에 의한 결정화하는 방법에 있어서, 비정질 실리콘층이 전면에 형성된 기판 위로 일정 크기 및 일정 간격을 갖는 투과영역을 구비한 마스크를 이용하여 폴리 실리콘의 스팟시드를 형성하고, 상기 폴리 실리콘의 스팟시드가 형성된 비정질 실리콘층에 엑시머 레이저빔을 이용한 결정화공정을 진행함으로써 넓은 프로세스 윈도우를 갖는 결정화 공정 진행이 가능하므로 수율을 향상시킬 수 있으며, ELA공정에 의해 결정화된 폴리 실리콘층에 있어서 성장된 그레인의 크기가 기존의 ELA공정에 의한 것보다 크며, 거의 일정한 크기로 성장되므로 상기 폴리 실리콘층을 이용하여 박막 트랜지스터 형성 시 그 특성이 향상된다.
결정화, 스팟시드, 엑시머레이저, 폴리실리콘

Description

엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘 박막 결정화 방법{Method for crystallization of amorphous silicon layer using excimer laser}
도 1은 엑시머 레이저의 에너지 밀도에 따른 결정화된 그레인 크기를 도시한 그래프.
도 2a 내지 도 2c는 완전 용융 근접 영역에서 기판 상의 비정질 실리콘층에 레이저 조사 시 상기 실리콘이 결정화되는 단계를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 의한 일정간격의 스팟시드(spot seed) 형성을 위한 레이저 결정화 마스크 패턴을 도시한 평면도.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 의한 결정화 공정 중 폴리 실리콘의 스팟시드(spot seed)를 형성하는 방법을 도시한 공정 단면도.
도 5는 본 발명에 의해 폴리 실리콘의 스팟시드(spot seed)가 형성된 기판의 평면도.
도 6a와 6b는 본 발명에 따라 폴리 실리콘의 스팟시드가 형성된 비정질 실리콘층을 결정화하는 방법을 도시한 공정도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 마스크 150 : 기판
155 : 버퍼층 160, 160b : 비정질 실리콘층
160a : 완전용융된 비정질 실리콘층
BA : 차단영역 TA : 투과영역
ds : 투과영역간 간격 ss : 투과영역 크기
dbs : 스팟시드간 간격 sos : 스팟시드 크기
본 발명은 비정질 실리콘을 결정화하는 방법에 관한 것으로, 특히 액정표시장치 또는 유기전계장치 등의 평판 디스플레이에 이용되는 어레이 기판에서의 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화 하는 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 그 중 색 재현성 등이 우수한 액정표시장치(liquid crystal display)가 활발하게 개발되고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질 을 삽입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직임으로써 액정 분자의 움직임에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
액정표시장치의 하부 기판은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는데, 박막 트랜지스터에 사용되는 반도체층은 비정질 실리콘(amorphous silicon: a-Si)이 주류를 이루고 있다. 이는 비정질 실리콘이 저온에서 저가의 유리 기판과 같은 대형 기판 상에 형성하는 것이 가능하기 때문이다.
그런데, 이러한 비정질 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터를 구동하기 위해서는 구동회로가 필요하다. 구동회로는 다수의 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 소자를 포함하는데, 이러한 CMOS 소자를 형성하기 위해서는 단결정 실리콘(single crystal silicon)이 이용된다.
따라서, 액정표시장치는 비정질 실리콘으로 제작된 박막 트랜지스터 어레이 기판에 단결정 실리콘으로 제작된 고밀도 집적 회로(large scale integration)를 TAB(tape automated bonding) 등의 방법으로 연결하여 구동한다. 그러나, 구동회로의 가격이 매우 높기 때문에 이와 같은 액정표시장치는 가격이 높은 단점이 있다.
근래에 들어 폴리 실리콘(poly-Si)을 이용한 박막 트랜지스터를 채용하는 액정표시장치가 널리 연구 및 개발되고 있다. 폴리 실리콘을 이용한 액정표시장치에서는 박막 트랜지스터와 구동 회로를 동일 기판 상에 형성할 수 있으며, 박막 트랜지스터와 구동 회로를 연결하는 과정이 불필요하므로 공정이 간단해진다. 또한, 폴리 실리콘은 비정질 실리콘에 비해 전계효과 이동도가 100 내지 200 배정도 더 크 므로 응답 속도가 빠르고, 온도와 빛에 대한 안정성도 우수한 장점이 있다.
이러한 폴리 실리콘은 직접 증착(as-deposition)하거나, 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ; PECVD) 또는 저압 화학 기상 증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition ; LPCVD)으로 비정질 실리콘을 증착한 후 이를 결정화함으로써 형성할 수 있다.
비정질 실리콘을 이용하여 폴리 실리콘을 형성하는 방법으로는 고상 결정화(Solid Phase Crystallization : SPC) 방법, 금속유도 결정화(Metal Induced Crystallization : MIC) 방법, 그리고 엑시머 레이저 어닐링(Excimer Laser Annealing : ELA) 방법, 순차측면고상법(sequential lateral solidification : SLS) 등이 있다.
이중에서 엑시머 레이저 어닐링(ELA)법은 가장 널리 사용되는 결정화 방법으로 엑시머 레이저라는 펄스화된 자외선(UV)을 사용하는 어닐닝 방법이다. 비정질 실리콘 박막을 엑시머 레이저를 이용하여 어닐링함으로써 양질의 폴리 실리콘을 형성할 수 있다. 비교적 레이저에 의해 비정질 실리콘이 녹는 온도가 높음에도 불구하고 짧은 시간내에 열처리되기 때문에 기판에 손상을 주지 않는 장점을 가지고 있다.
이하 엑시머 레이저 어닐링(ELA)을 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법에 대해 설명한다.
엑시머 레이저를 비정질 실리콘막에 조사하여 실리콘막을 일시적으로 용융 및 응고시킴으로써 결정화를 진행한다. 이때, 조사되는 레이저의 에너지 밀도에 따 리 비정질 실리콘막의 용융 정도 및 그에 따른 결정화의 상태가 변화한다.
도 1은 엑시머 레이저의 에너지 밀도에 따른 결정화된 그레인 크기를 도시한 그래프이다. 이때 비정질 실리콘층은 기판 상에 500㎛ 정도의 두께로 형성되었다.
도시한 바와 같이, 레이저의 에너지의 밀도를 높이면 비정질 실리콘층은 표면으로부터 더 깊은 곳까지 용융되는데, 에너지 밀도가 증가할수록 용융되는 양이 많아지며, 소정의 임계 에너지 밀도 이상에서는 비정질 실리콘막이 완전히 용융되어 버린다. 이때, 비정질 실리콘막이 완전히 용융되었다가 재결정화시 그레인의 크기가 매우 작게 형성되는 임계 에너지 밀도 이상의 영역을 완전 용융 영역(complete melting area : CM)이라 하고, 비정질 실리콘막이 기판 과의 계면까지 거의 용융되어 대략 1000㎛ 내지 6000㎛ 정도 크기의 그레인이 형성되는 에너지 밀도 영역을 완전 용융 근접 영역(near complete melting area : NCM)이라 한다. 또한, 레이저 에너지 밀도가 낮아 비정질 실리콘층 중 상층 일부만 용융되는 영역을 부분 용융 영역(partial melting area : PM)이라 한다.
부분 용융 영역(PM)의 경우 용융되지 용융된 비정질 실리콘층 하부의 용융되지 않는 비정질 실리콘층 내의 미세 그레인 시드(seed)로부터 상부 용융된 실리콘으로 응고되면서 그레인이 수직으로 성장하게 된다. 따라서 에너지 밀도 변화에 따른 그레인 크기의 변화가 적지만 형성되는 그레인 크기가 작게 된다.
도 2a 내지 도 2c는 완전 용융 근접 영역에서 기판 상의 비정질 실리콘층에 레이저 조사 시 상기 실리콘이 결정화되는 단계를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 2c를 참조하면, 완전 용융 근접 영역(NCM)에 해당하는 에너지 밀 도로 레이저가 조사된 기판(10)상의 비정질 실리콘층(13) 있어서는 상기 비정질 실리콘층(13)이 기판(10)과의 계면(14)까지 거의 용융되지만, 그 계면(14) 일부에 용융되지 않는 비정질 실리콘(15)이 존재하게 된다. 이 경우 계면(12)에서 용융되지 않은 소량의 비정질 실리콘(15)을 시드(seed)로 하여 상부의 용융된 실리콘쪽으로 그레인(17)의 성장이 일어나기 때문에 그레인(17)의 크기가 크게 성장한다.
그러나, 완전 용융 근접 영역(NCM)에서 진행하는 엑시머 레이저 어닐링법에 의한 비정질 실리콘의 결정화에 있어서 조사되는 레이저 에너지 밀도에 따라 그레인의 크기 변화가 매우 크다.(도 1 참조) 즉, 작은 에너지 밀도의 변화에 대해 그레인 크기의 변동 폭이 매우 크기 때문에 엑시머 레이저 어닐링(ELA) 공정에 있어 좁은 프로세스 윈도우(process window)의 문제를 발생시킨다. 프로세스 윈도우(process window)란 공정 중 불량이 발생하지 않는 범위 내에서의 공정 오차범위를 말하는데, 상기 프로세스 윈도우(process window)가 좁을 경우 불량률이 증가하게 되고, 장비 유기가 힘들게 된다. 특히 레이저 발생 소스로써 XeCl(308nm) 가스를 이용한 엑시머 레이저 조사장치에 있어 장비 자체의 오차 예를들어 레이저 장비 자체에 260mJ/㎠의 파워를 갖는 레이저 펄스파가 나오도록 세팅을 해 놓더라도 실제적으로 가스를 이용하는 레이저 장비 자체의 오차로 인해 정확히 260mJ/㎠의 파워를 갖는 레이저 펄스파가 나오지 못한다. 따라서 조사되는 레이저 에너지 밀도에 민감하게 반응하는 그레인 크기에 있어, 그 간격 및 크기 균일도가 일정하지 않게 된다. 조금 더 자세히 설명하면, 레이저 밀도를 조절함으로써 용융되지 않고 남아있는 비정질 실리콘(15)의 크기(g1 내지 g4) 및 간격(d1 내지 d3)을 조절하 기에는 좁은 프로세스 윈도우 등의 문제로 한계가 있다. 완전 용융 근접 영역에서는 상기 용융되지 않고 남아있는 비정질 실리콘(15)을 시드(seed)로 그레인(17)이 성장하게 됨으로 성장되는 그레인(17) 크기가 일정하지 않게 되고, 이는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터의 특성을 저하시키는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엑시머 레이저 어닐링법을 이용한 결정화에 있어서, 불규칙한 크기와 간격을 갖는 그레인을 균일한 크기와 간격을 갖는 폴리 실리콘 시드를 미리 형성하고, 상기 폴리 실리콘 시드를 이용하여 그레인 크기와 간격이 어느 정도 균일하도록 형성함으로써 박막 트랜지스터의 특성을 향상시키고, 더불어 넓은 프로세스 윈도우(Process window)를 갖는 엑시머 레이저 어닐링(ELA) 공정이 가능한 결정화 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 폴리 실리콘층 형성을 위한 결정화 방법은, 투명한 절연기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상에 비정질 실리콘층을 전면에 형성하는 단계와; 상기 비정질 실리콘층 위에 일정간격 및 일정크기의 투과영역과 차단영역을 갖는 마스크를 위치시키고, 상기 마스크 위로 상기 비정질 실리콘층을 완전히 용융시킬 수 있는 제 1 에너지밀도를 갖는 레이저빔을 조사하여 상기 마스크의 각 투과영역에 대응하는 상기 비정질 실리콘층 내부에 일정크기 및 일정간격을 갖는 다수의 폴리 실리콘의 스팟시드를 형성하는 단계와; 상기 다수의 스팟시드가 형성된 상기 비정질 실리콘층에 일정크기의 조사영역을 가지며 상기 비정질 실리콘층이 완전 용융 영역 또는 완전 용융 근접 영역을 형성할 수 있는 제 2 에너지밀도의 레이저빔을 일정비율로 중첩시키며 조사하여 상기 다수의 각 스팟시드를 중심으로 성장하여 일정한 크기 및 일정한 크기를 갖는 그레인을 갖는 폴리 실리콘층을 기판 전면에 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 폴리실리콘의 스팟시드의 간격은 0.5㎛ 내지 5㎛인 것이 바람직하며, 또한, 상기 폴리실리콘의 스팟시드의 크기는 한변 길이가 0.5㎛ 내지 2㎛인 것이 바람직하다.
삭제
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비정질 실리콘막의 결정화 방법에 대해 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에 의한 결정화 공정을 진행하기 위한 마스크에 대해 설명한다.
본 발명은 종래의 엑시머 레이저 어닐링 공정과는 다르게 일정 간격의 스팟시드(spot seed)를 형성을 위한 마스크가 필요하다.
도 3은 본 발명의 의한 일정간격의 스팟시드(spot seed) 형성을 위한 레이저 결정화 마스크 패턴을 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 스팟시드(spot seed) 형성을 위한 레이저 결정화 마스크(100)는 일정한 폭과 길이를 갖는 직사각형 모양을 하고 있다. 상기 마스크(100)에 있어서 길이(LM)와 폭(WM)은 레이저 조사 장치(미도시)에서 발생된 레이저빔이 조사되는 영역의 크기에 비례하도록 형성된다. 결정화에 사용되는 엑시머 레이저의 경우, 레이저빔의 형상은 0.1mm 내지 3mm 정도의 폭과 수십 내지 수백 mm 정도의 길이를 갖도록 형성된다. 따라서 상기 마스크(10)는 레이저빔을 충분히 가리도록 형성되어야 함으로 0.1mm 내지 3mm 정도의 폭(WM)과 수십 내지 수백 mm 정도의 길이(LM)보다 약간 크게 구성되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 마스크(100) 내부에는 조사되는 레이저빔을 차단하는 차단영역(BA)을 바탕으로 하여 일정간격(ds1, ds2) 및 크기(ss1, ss2)를 갖는 투과영역(TA)이 형성되어 레이저빔이 상기 마스크(100)를 통과하는 할 수 있도록 되어 있다. 이때, 상기 마스크 상의 투과영역(TA)은 한변의 길이(ss1, ss2)가 0.5㎛ 내지 2㎛인 사각형 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 투과영역(TA)과 투과영역(TA) 사이 이격된 간격(ds1, ds2)은 0.5㎛ 내지 5㎛정도로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 마스크(100)에 있어서, 투과영역(TA)의 크기가 스팟시드(spot seed)의 크기가 되며, 투과영역(TA) 간 이격된 간격(ds1, ds2)이 스팟시드(spot seed) 사이의 간격이 된다.
다음, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 전술한 스팟시드(spot seed) 형성용 레이저 결정화 마스크를 이용하여 비정질 실리콘층이 형성된 기판에 그 크기 및 간격이 일정한 스팟시드(spot seed)를 형성하는 방법에 대해 설명한다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(150) 상에 산화실리콘(SiO2)을 전면 증착하여 일정한 두께를 갖는 버퍼층(155)을 형성한다. 이는 비정질 실리콘층(160)을 폴리 실리콘층으로 결정화할 경우, 열에 의해 기판(150) 내부에 존재하는 알칼리 이온, 예를 들면 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+) 등이 발생할 수 있는데, 이러한 알칼리 이온에 의해 결정화되어 형성된 폴리 실리콘층의 막질 특성이 저하되는 것을 방지하기 위해, 기판(150)과 비정질 실리콘층(160) 사이에 버퍼층(155)을 형성하는 것이다. 이후, 상기 버퍼층(155) 위로 비정질 실리콘(a-Si)을 전면 증착하여 비정질 실리콘층(160)을 형성한다.
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 버퍼층(155)과 비정질 실리콘층(160)이 형성된 기판(150) 상에 일정한 크기(ss) 및 일정간격(ds)을 갖는 투과영역(TA)이 구비된 마스크(100)를 위치시키고, 상기 마스크(100) 위로 엑시머 레이저빔를 조사한다. 이때, 상기 엑시머 레이저의 에너지 밀도를 조절하여 마스크(100)의 투과영역(TA)과 대응되는 비정질 실리콘층(160a)이 완전 용융되도록 한다. 예를들어, 도 1에서와 같이 비정질 실리콘의 두께가 500㎛일 경우 조사되는 레이저 에너지 밀도 즉 파워는 295mJ/㎠ 이상이 되도록 하면 엑시머 레이저빔에 노출된 비정질 실리콘층(160a)은 완전 용융된다. 따라서, 기판(150)상의 퍼버층(155) 위에 형성된 비정질 실리콘층(160) 중 레이저빔이 마스크(100)의 차단영역(BA)에 의해 가려져 조사되지 않은 부분의 비정질 실리콘층(160b)은 용융되지 않으므로 결정화되지 않아 그대로 비정질 실리콘층(160b)을 형성하게 되고, 상기 마스크(100)의 투과영역(TA)으로 조사된 레이저빔은 그대로 상기 마스크(100)의 투과영역(TA)을 통과하여 상기 투과영역(TA)에 대응되는 부분의 비정질 실리콘층(160a)을 완전 용융시킨다. 이때 상기 용융된 비정실 실리콘층(160a)는 급속히 냉각되며, 결정화되어 폴리 실리콘층을 형성하게 된다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 마스크(100)를 이동시킨 후, 도 4b에서와 동일한 방법으로 엑시머 레이저를 상기 마스크(100) 위로 조사한다. 상기 마스크(100) 이동은 마스크(100)의 폭(도 3의 WM)만큼 이동하는데 마스크(100) 테두리의 차단영역(도 3의 BA) 일부를 중첩시킴으로써 레이저빔 조사 후, 용융되고, 짧은 시간내에 냉각되어 형성되는 폴리 실리콘의 스팟시드(spot seed, 161)의 간격(dbs)이 일정하도록 한다.
다음, 상기 도 4b와 4c에 서술한 방법을 반복 적용하여 기판(150) 전면에 일정 크기(sos) 및 간격(dbs)을 갖는 폴리 실리콘의 스팟시드(spot seed, 161)를 형성한다.
도 5는 폴리 실리콘의 스팟시드(spot seed)가 형성된 기판의 평면도를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 기판(150) 상의 비정질 실리콘층(160) 전면에 일정한 크기 및 간격을 가지며 배열된 폴리 실리콘의 스팟시드(161)가 형성되어 있다. 그레인이 성장하는 시드로 작용하는 폴리 실리콘의 스팟시드(161) 배열의 밀도가 낮을수록 즉 폴리 실리콘의 스팟시드(161) 간격이 좁을수록 더 큰 그레인을 형성할 수 있다. 하지만, 폴리 실리콘의 스팟시드(161) 간격이 넓을수록 엑시머 레이저빔을 여러 번 조사하여 재결정화하는 과정을 더욱 여러 번 반복해야한다. 따라서, 상기 비정질 실리콘층(160)을 적정 크기의 그레인을 갖는 폴리 실리콘층으로 결정화하기 위해서는 국부적으로 결정화된 폴리 실리콘의 스팟시드(161) 간격을 적절히 조절하여 형성하여야 한다. 따라서, 상기 스팟시드(161)의 간격은 0.5㎛ 내지 5㎛정도로 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 기판 상에 엑시머 레이저를 국부적으로 조사하여 일정 크기와 간격을 갖는 폴리 실리콘의 스팟시드(spot seed)가 형성된 비정질 실리콘층을 결정화하는 방법에 대해 엑시머 레이저빔 조사에 따른 실리콘 결정화의 상태를 개략적으로 나타낸 평면도인 도 6a 내지 도 6b를 참조하여 설명한다.
우선, 레이저 어닐링을 통한 결정화에 이용되는 엑시머 레이저빔에 대해 간단히 설명한다. 레이저 어닐링을 위한 레이저빔의 형상은 광학장치를 이용하여 패터닝되는데 일반적으로 라인 형상으로 가공된다. 이때, 라인 형상의 레이저빔은 0.1mm 내지 3mm의 폭과 수십 내지 수백 mm 정도의 길이를 갖는 폭이 좁은 직사각형 형태를 가지며, 상기 직사각형 모양의 레이저빔이 펄스파 형태로 비정질 실리콘층에 조사되어 진다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 기판(200) 상의 국부적으로 결정화되어 일정한 크기 및 간격을 가지며 배열되어 있는 폴리 실리콘의 스팟시드(215)를 포함하는 비정질 실리콘층(210)에 0.1mm 내지 3mm 정도의 폭(wol)과 수십 내지 수백 mm 정도의 길이(lol)를 갖는 직사각형 형태의 적정 에너지 밀도 즉, 비정질 실리콘의 완전 용융 영역 또는 완전 용융 근접 영역을 형성할 수 있는 정도의 에너지 밀도 예를들 면, 550㎛ 정도의 두께로 비정질 실리콘층이 형성된 경우 240mJ/㎠ 내지 300mJ/㎠의 에너지 밀도를 갖는 엑시머 레이저빔을 1차로 조사한다. 이때, 도면에 있어서 상기 레이저빔이 조사되는 영역(1차 조사영역 및 2차 조사영역)에 있어서는 스팟시드(215)를 도시하지 않았다.
적정 에너지 밀도를 갖는 레이저빔이 조사된 비정질 실리콘층(210)에 있어서, 상기 비정질 실리콘층(210) 내에 형성된 일정 크기 및 일정 간격을 갖는 폴리 실리콘의 스팟시드(215)이 결정화의 시드(seed)로 작용하기 때문에 조사되는 엑시머 레이저빔의 에너지 밀도는 완전 용융 근접 영역 또는 완전 용융 영역 모두 가능하다. 따라서 넓은 프로세스 윈도우를 갖는 결정화 공정이 가능하다.
다음, 엑시머 레이저빔이 1차 조사된 기판(200) 상의 비정질 실리콘층(210)은 용융되고, 이미 형성되어 있는 폴리 실리콘의 스팟시드(215)로 인해 상기 스팟시드(215)로부터 용융된 실리콘쪽으로 그레인이 성장함으로써 재결정화 된다.
다음, 도 6b에 도시한 바와 같이, 레이저빔 또는 기판(200)을 일정간격(dist)만큼 이동시킨 후, 2차 레이저빔을 상기 기판(200)상에 조사를 한다. 이때, 레이저빔 또는 기판(200)의 이동거리는 레이저빔의 중첩정도와 밀접한 관계를 갖는다. 엑시머 레이저빔 또는 기판(200)의 이동거리가 클수록 엑시머 레이저빔의 중첩정도는 작아지게 된다. 종래에 있어서는 실리콘 그레인을 3000㎛ 내지 5000㎛ 크기 정도로 성장시키기 위해서는 실리콘막에 20회 이상 즉 95%이상의 중첩영역을 갖도록 중복 조사하였다. 하지만, 완전 용융 근접 영역을 이용한 엑시머 레이저빔 조사에 의한 결정화시 그 계면에서 용융되지 않고 남아있는 비정질 실리콘 이 그레인의 시드(seed)로 작용하게 되는데 상기 용융되지 않고 남아있는 비정질 실리콘의 크기 및 간격이 일정하게 형성되지 않는다. 이러한 크기 및 간격이 일정하지 않은 시드를 갖는 비정질 실리콘층에 수십회 이상 레이저빔을 조사하여 재결정화에 의해 성장된 그레인은 그 크기가 달리 형성된다. 최종 성장된 그레인의 크기가 달라지면 스위칭 소자인 박막 트랜지스터의 특성이 저하된다. 따라서, 본 발명에서는 일정 크기 및 일정 간격을 갖는 폴리 실리콘의 스팟시드(215)를 마스크를 이용하여 미리 기판(200) 상에 형성한 비정질 실리콘층(210)에 엑시머 레이저를 이용하여 완전 용융 영역 또는 완전 용융 근접 영역에서 결정화를 진행함으로써 재결정화에 의해 성장되는 그레인의 최종 크기가 거의 일정하게 한다. 이때 재결정화를 위한 엑시머 레이저빔의 중첩정도를 적절히 조절하여 기판(200) 상의 실리콘층 위로 엑시머 레이저빔을 수회 내지 수십회 중복 조사함으로써 최종적으로 성장된 그레인 크기가 스팟시드(215)와 스팟시드(215) 간격 만큼의 크기를 갖도록 한다.
이후, 전술한 바와 같은 방법에 의해 결정화되어 그 크기가 크며, 또한 그 크기가 일정한 그레인을 갖는 폴리 실리콘층을 형성한 기판을 이용하여 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 형성하는 어레이 공정을 진행함으로써 박막 트랜지스터의 특성이 우수한 액정표시장치를 제조한다.
본 발명은 결정화 방법으로 비정질 실리콘을 결정화하여 폴리 실리콘의 반도체층을 형성하는데 있어서, 마스크를 이용하여 일정크기와 일정간격을 갖는 폴리 실리콘의 스팟시드를 비정질 실리콘층에 미리 형성함으로써 넓은 윈도우 프로세스를 갖는 엑시머 레이저빔 조사에 의한 결정화 공정 진행이 가능하다. 따라서 종래의 좁은 윈도우 프로세스에 의한 불량을 감소시켜 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 엑시머 레이저빔 조사에 의해 재결정화되어 성장된 그레인 크기가 크며, 그 크기 또한 일정하기 때문에 본 발명에 의한 결정화 공정에 의해 형성된 폴리 실리콘층 위에 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 형성함으로써 상기 박막 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 투명한 절연기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼층 상에 비정질 실리콘층을 전면에 형성하는 단계와;
    상기 비정질 실리콘층 위에 일정간격 및 일정크기의 투과영역과 차단영역을 갖는 마스크를 위치시키고, 상기 마스크 위로 상기 비정질 실리콘층을 완전히 용융시킬 수 있는 제 1 에너지밀도를 갖는 레이저빔을 조사하여 상기 마스크의 각 투과영역에 대응하는 상기 비정질 실리콘층 내부에 일정크기 및 일정간격을 갖는 다수의 폴리 실리콘의 스팟시드를 형성하는 단계와;
    상기 다수의 스팟시드가 형성된 상기 비정질 실리콘층에 일정크기의 조사영역을 가지며 상기 비정질 실리콘층이 완전 용융 영역 또는 완전 용융 근접 영역을 형성할 수 있는 제 2 에너지밀도의 레이저빔을 일정비율로 중첩시키며 조사하여 상기 다수의 각 스팟시드를 중심으로 성장하여 일정한 크기 및 일정한 크기를 갖는 그레인을 갖는 폴리 실리콘층을 기판 전면에 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 결정화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리실리콘의 스팟시드의 간격은 0.5㎛ 내지 5㎛인 액정표시장치용 어레이 기판의 결정화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리실리콘의 스팟시드의 크기는 한변 길이가 0.5㎛ 내지 2㎛인 액정표시장치용 어레이 기판의 결정화 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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