상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 결정화 방법은, 먼저 일측 표면에산화막이 형성된 유리기판 위에 비정질 실리콘층을 약 500 ~ 2000 Å 두께 범위로 형성한다. 다음으로, 비정질 실리콘 층에 소정 에너지 밀도를 갖는 전자 빔을 조사한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 비정질 실리콘 박막의 결정화 방법은, 비정질 실리콘 층이 형성된 유리기판 위에 전자 빔을 조사하기 전에, 비정질 실리콘층 위에 소정의 직경을 갖는 결정핵을 형성하는 공정을 포함한다.
이때, 전자 빔의 스폿 직경은 결정화된 다결정 실리콘에서 원하는 그레인 직경에 따라서 조절된다.
상기 결정핵은 산화막과 비정질 실리콘 층이 형성된 기판이 장착된 반응로 내에 소정 유량의 실란(SiH4) 또는 이실란(Si2H6) 가스를 공급하여 형성하고, 이 결정핵의 직경은 바람직하게는 약 100 Å미만으로 형성한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비정질 실리콘막의 결정화 방법을 보여주는 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 상부측 표면 위에 산화막(4)과 비정질 실리콘 막(6)이 각각 소정 두께로 순차적으로 형성된 절연성 기판(2)이 제공된다. 이 절연성 기판(2)은, 예를 들어 광 투광성을 갖으며, TFT LCD의 기판으로 적용되는 유리기판이지만, 반드시 유리기판에만 한정되는 것은 아니고 석영기판 또는 투명한 플라스틱 기판 등이 사용될 수도 있다.
산화막(4)은 비정질 실리콘 막(6)과 유리기판(2)과의 점착성을 높이기 위하여 비정질 실리콘막(6)과 유리기판(2) 사이에 개재된다.
다음으로, 소정의 에너지 밀도와 소정의 스폿(Spot) 직경을 갖는 전자 빔(12)을 비정질 실리콘 막(6)의 상부로부터 비정질 실리콘 층(6)을 향하여 조사하여 비정질 실리콘 막(6)을 어닐링한다. 이 전자 빔(12)의 스폿 사이즈는 원하는 다결정 그레인의 크기에 따라 조절될 수 있고, 전자 빔(12)의 경로는 전자기적 코일을 이용한 셔터로 조절한다. 셔터의 사용은 전자 빔의 스캔 속도를 증가시킬 수 있다.
전자 빔(12)의 조사에 의하여, 비정질 실리콘 막(6)은 다결정 실리콘 층으로 결정화된다.
상기한 결정화 방법에 의하여 균일하고, 큰 그레인 사이즈를 갖는 다결정 실리콘을 얻기 위해서, 비정질 실리콘의 일부가 비용융 상태로 남아 있어야 한다. 그러므로, 전자 빔의 에너지 밀도는 유리기판 위에 형성된 고체 상태의 비정질 실리콘의 일부가 전자 빔의 조사후에도 비용융 상태로 남아 있을 때까지로 제한된다.
상기한 방법으로 다결정 실리콘 막의 형성이 완료되면, 통상의 TFT-LCD 형성을 위한 공정들, 즉 박막 트랜지스터, 게이트 라인, 데이터 라인 등의 형성공정이 수행된다.
한편, 상기한 결정화 방법은 박막 트랜지스터를 형성하기 위한 후속 공정에서도 적용될 수 있는데, 박막 트랜지스터를 구성하는 채널층이나 배선과 같은 재료를 다결정실리콘층으로 구성하는 경우, 제 2 비정질 실리콘 층으로서 비소(As),인(P), 붕소와 같은 3가 또는 5가의 불순물 원자들을 갖는 비정질 실리콘 층을 제 2 비정질 실리콘 막으로 이용하는 것이다. 이 불순물 원자들을 갖는 비정질 실리콘 층의 사용으로 비정질 실리콘 층 내에 불순물을 위치시키기 위한 이온 주입공정이 생략될 수 있으므로, 공정의 간소화에 기여할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 비정질 실리콘 박막의 결정화 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 소정 두께의 산화막(미도시)과 비정질 실리콘 막(6)이 상부에 형성된 유리기판(2) 위에 소정 직경의 시드가 형성된다. 이들 시드(8)는 산화막(4)과 비정질 실리콘 층(6)이 형성된 기판(2)이 장착된 반응로(미도시)에 소정 유량의 실란(SiH4) 또는 이실란(Si2H6) 가스를 공급하여 형성한다. 이때 형성되는 시드층(8)을 구성하는 각 결정핵은 약 100 Å미만의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 실란이나 이실란 가스의 구체적인 유량(Flow rate)은 구체적으로 언급되지 않았지만, 상기에서 언급한 직경을 갖도록 하는 정도의 량이면 충분한 것으로 간주될 수 있다. 그러므로, 이 분야에 통상의 기술을 가진 자가 단순히 실란이나 이실란 가스의 유량을 변화시키는 것은 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.
아울러, 상기에서는 결정핵으로 실란 또는 이실란 가스에 의하여 형성되는 실리콘 입자들의 예를 보이고 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 금속이나 다른 비금속 입자들의 경우에도 적용이 가능함은 물론이다.
다음으로, 소정의 에너지 밀도와 소정의 스폿(Spot) 직경을 갖는 전자빔(12)을 비정질 실리콘 막(6)의 상부로부터 비정질 실리콘 층(6)을 향하여 조사하여 비정질 실리콘 막(6)을 어닐링한다. 이 전자 빔(12)의 스폿 사이즈는 원하는 다결정 그레인의 크기에 따라 조절될 수 있고, 전자 빔(12)의 경로는 전자기적 코일을 이용한 셔터로 조절한다. 앞선 실시예와 마찬가지로, 셔터의 사용은 전자 빔의 스캔 속도를 증가시킬 수 있다.
전자 빔(12)의 조사에 의하여, 비정질 실리콘 막(6)은 다결정 실리콘 층으로 결정화된다. 이 결정화 동안, 시드 층(8)의 각 시드들은 결정화를 위한 결정 핵으로 작용하는데, 전자 빔(12)의 에너지 밀도가 임계 에너지 밀도를 넘게 되어 비정질 실리콘 층(6)이 모두 용융되더라도 결정 핵(8)은 용융되지 않고 고체 상태로 남아 있기 때문에 매우 크고 원하는 그레인 사이즈를 갖는 다결정 실리콘이 형성된다. 아울러, 조사되는 전자 빔(12)의 밀도가 임계 에너지 밀도에 못 미쳐서 비정질 실리콘 막(6)의 일부가 용융되지 않고 남아 있더라도 시드 층(8)의 각 시드들이 결정 핵으로 작용하여 큰 그레인 사이즈를 갖는 다결정 실리콘을 형성시킨다.
이처럼, 현재의 실시예에 따르면, 결정화를 위한 전자 빔(12)의 밀도를 낮게는 비정질 실리콘 막(6)을 부분적으로 용용시킬 정도의 에너지 밀도로부터 비정질 실리콘막(6)을 완전히 용융상태로 만들 정도의 임계 에너지 밀도 이상까지 에너지 밀도를 높힐 수 있으므로, 공정 마진이 넓어진다.