多結晶膜の形成方法
【課題】 本発明は、レーザービームをなんども照射することによる生産性低下の問題を改善できる多結晶膜の形成方法を提供するためのものである。
【解決手段】 本発明は、ガラス基板上にバッファー膜の介在下に蒸着した被結晶化膜をマスクを用いたレーザー照射により結晶化させる多結晶膜の形成方法であって、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下の被結晶化膜部分には最大強度でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下の被結晶化膜部分には０を超過する最小強度を有してレーザーが照射されるようにして、レーザー単一照射により被結晶化膜を結晶化させることを特徴とする。
【解決手段】 本発明は、ガラス基板上にバッファー膜の介在下に蒸着した被結晶化膜をマスクを用いたレーザー照射により結晶化させる多結晶膜の形成方法であって、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下の被結晶化膜部分には最大強度でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下の被結晶化膜部分には０を超過する最小強度を有してレーザーが照射されるようにして、レーザー単一照射により被結晶化膜を結晶化させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶膜の形成方法に関し、より詳しくは、多結晶シリコン薄膜トランジスタを形成するための多結晶シリコン膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置または有機発光表示装置などでスイッチング素子として使われる薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以下、ＴＦＴ）は、上記の平板表示装置の性能において最も重要な構成要素である。ここで、前記ＴＦＴの性能を判断する基準である移動度（mobility）または漏洩電流などは電荷運搬子が移動する経路である活性層がどんな状態（state）または構造を有するか、即ち、活性層の材料であるシリコン薄膜がどんな状態または構造を有するかに大きく左右される。現在、常用化されている液晶表示装置の場合、ＴＦＴの活性層は大部分非晶質シリコン（amorphous silicon；以下、ａ−Ｓｉ）である。
【０００３】
ところが、活性層としてａ−Ｓｉを適用したａ−Ｓｉ ＴＦＴは移動度が０．５ｃｍ2／Ｖｓ内外で非常に低いため、液晶表示装置に入る全てのスイッチング素子を作るには制約的である。これは、液晶表示装置の周辺回路用駆動素子は非常に速く動作しなければならないが、ａ−Ｓｉ ＴＦＴは周辺回路用駆動素子が要求する動作速度を満足させることができないので、前記ａ−Ｓｉ ＴＦＴでは周辺回路用駆動素子の具現が実質的に困難であるということを意味する。
【０００４】
一方、活性層として多結晶シリコン（polycrystalline silicon；以下、ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を適用したｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴは、移動子が数十〜数百ｃｍ2／Ｖｓで高いため、周辺回路用駆動素子に対応可能な高い駆動速度を出すことができる。このため、ガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成させれば、画素スイッチング素子だけでなく、周辺回路用駆動部品も具現可能になる。したがって、周辺回路の形成に必要な別途のモジュール工程が必要でないだけでなく、画素領域を形成する時に共に周辺回路駆動部品をも形成できるので、周辺回路用駆動部品費用の低減を期待することができる。
【０００５】
さらに、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴは高い移動度のため、ａ−Ｓｉ ＴＦＴより小さく作ることができ、そして、集積工程により周辺回路の駆動素子と画素領域のスイッチング素子を同時に形成できるので、線幅の微細化がより容易になって、ａ−Ｓｉ ＴＦＴ−ＬＣＤで実現し難い高解像度を得るのに非常に有利である。
【０００６】
その上、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴは、高い電流特性を有するので、次世代の平板表示装置である有機発光表示装置の駆動素子として適合し、これによって、最近はガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成させてＴＦＴを製造するｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの研究が活発に進行している。
【０００７】
ここで、ガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成する方法として、ａ−Ｓｉ膜の蒸着後熱処理を行なってａ−Ｓｉ膜を結晶化させる方法が挙げられる。ところが、この方法の場合には６００℃以上の高温でガラス基板の変形が生じることになり、それで、信頼性及び歩留まりの減少をもたらすことになる。
【０００８】
ここに、ガラス基板に熱的損傷を与えないで、ａ−Ｓｉ膜のみを結晶化させることができる方法としてエキシマレーザーアニーリング（Excimer Laser Annealing；以下、ＥＬＡ）方法が提案されたのであり、また、連続側面結晶化（Sequential Lateral Solidification;以下、ＳＬＳ）方法が提案された。
【０００９】
ところが、前記ＥＬＡ方法は、ａ−Ｓｉ膜にレーザーを照射してｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を得る方法であって、ａ−Ｓｉ膜を完全溶融（complete melting）させられなくて部分溶融（partial melting）させるため、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の結晶粒（grain）の大きさが小さくて不均一であるので、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの特性及び均一性が劣化する問題がある。また、前記ＥＬＡ方法は、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの特性の均一性を向上させるためにレーザーを反復照射するため、生産性が落ちて、工程範囲（process window）が小さいという工程上の短所がある。
【００１０】
一方、前記ＳＬＳ方法は、選択的に透過部を提供するスリットパターン（slit pattern）を備えたマスクを通じてパルスレーザー（pulse laser）をａ−Ｓｉ膜に照射し、かつ、ショット（shot）方式またはスキャニング（scanning）方式により前記ａ−Ｓｉ膜にレーザーを照射して、前記レーザーが照射されて完全溶融した液状部分とレーザーが照射できなくて溶融していない固体状部分の境界からＳｉ結晶を成長させることによって、前記ＥＬＡ方法でより大きい結晶粒を有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成することができる。
【００１１】
詳しくは、従来のＳＬＳ方法は、図１に示すように、スリットパターンからなる透過（transparent）領域１とそれ以外の非透過（opaque）領域２からなるマスクＭを使用して進行し、この際、透過領域１ではレーザーが透過され、非透過領域２ではレーザーが透過できないので、前記透過領域１で透過されたレーザーによりａ−Ｓｉ部分の溶融（melting）がなされ、時間が経ることにつれて前記溶融したａ−Ｓｉの側面からＳｉ結晶が成長（lateral growth）することになる。
【００１２】
図２は、図１のＡ−Ａ’線地域を通過したレーザーの空間強度分布（spatial intensity profile）を示すものであって、図示したように、透過領域に対応しては最大強度を表す反面、非透過領域に対応してはレーザーの強度が０である。
【００１３】
しかしながら、前記ＳＬＳ方法の場合、レーザーが照射される領域と照射されない領域が繰り返されるので、ａ−Ｓｉ膜の全体を結晶化させるためには最小限２回以上のレーザー照射が必要であるため、生産性が落ちるだけでなく、レーザーが重畳されて照射される部分と重畳されていない部分でｐｏｌｙ−Ｓｉの結晶粒の大きさが変わるので、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの特性の均一性が劣化する問題がある。
【００１４】
また、前記ＳＬＳ方法は、前記固体状部分と液状部分の境界地点から成長されるＳｉ結晶粒が互いに会う衝突地点でハイアングル結晶粒界（high angle grain boundary）が形成されるが、前記ハイアングル結晶粒界（high angle grain boundary）の位置制御が困難であるのでｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの特性が悪くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、前記した従来の問題を解決するために案出したものであって、レーザービームをなんども照射することによる生産性低下の問題を改善できる多結晶膜の形成方法を提供することをその目的とする。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、結晶粒の大きさの不均一性及びハイアングル結晶粒界（high angle grain boundary）の不均一な形成によるｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴなどの特性及び均一性劣化の問題を改善できる多結晶膜の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記のような目的を達成するための本発明の多結晶膜の形成方法は、ガラス基板上にバッファー膜の介在下に蒸着した被結晶化膜をマスクを用いたレーザー照射により結晶化させる多結晶膜の形成方法であって、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下の被結晶化膜部分には最大強度でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下の被結晶化膜部分には０を超過する最小強度を有してレーザーが照射されるようにして、レーザー単一照射により被結晶化膜を結晶化させることを特徴とする。
【００１８】
前記非透過領域は、ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンから構成される。
【００１９】
前記ドット（dot）タイプパターンは円形または多角形である。
前記ドット（dot）タイプパターンは、碁盤形状で各セクタの中央部に配列された形態で規則的に配列されたり、または、ジグザグ方式で規則的に配列される。
【００２０】
前記ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンは、規則的または不規則的なパターン間の距離を有したり、規則と不規則が混在するパターン間の距離を有する。
【００２１】
前記透過領域は、核生成が発生されない大きさを有する。
前記レーザーは、透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融させ、非透過領域の下の被結晶化膜部分は多結晶のシードが発生されるように部分的に溶融（partial melting）させる強度を有したり、１つの単結晶のシードのみ残留するようにほとんど完全に溶融（near complete melting）（以下、近接完全溶融） させる強度を有したり、完全に溶融（complete melting）（以下、完全溶融）させる強度を有する。
【００２２】
前記被結晶化膜は、ａ−Ｓｉ膜、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、ａ−Ｇｅ膜、ｐｏｌｙ−Ｇｅ膜、ａ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ｐｏｌｙ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ａ−ＧａＮｘ膜、ｐｏｌｙ−ＧａＮｘ膜、ａ−ＧａｘＡｓｙ膜及びｐｏｌｙ−ＧａｘＡｓｙ膜を含む３族と５族の物質膜及びその化合物膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜である。
【００２３】
前記被結晶化膜は、金属膜または金属と半導体の化合物膜である。この際、前記金属膜は、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｔｉ膜、Ｗ膜、Ａｕ膜及びＮｉ膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜である。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明は、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域で構成されたマスクを用いて、一回のレーザー照射により単結晶のシード形成領域以外の被結晶化膜の残り部分全てを溶融させ、前記シードから結晶化が進行するようにして多結晶膜を形成することによって、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法のように同一地域に反復的にレーザーを照射することによる生産性低下の問題が生じない。したがって、本発明は従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法より生産性を格段に向上させることができる。
【００２５】
また、本発明は、レーザー重畳による多結晶膜の特性不均一化の問題が生じないだけでなく、非透過領域の間隔及び大きさを調節して結晶粒の大きさ及び位置を容易に制御することができ、前記非透過領域の間隔を均一化させることによって、均一な結晶粒の大きさを有する多結晶膜を形成できるので、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法より多結晶膜の特性及び均一性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の好ましい実施形態を説明する。
まず、本発明の技術的原理を簡単に説明すれば、本発明はガラス基板上にバッファー膜の介在下に蒸着したａ−Ｓｉ膜をマスクを利用したレーザー照射により結晶化させるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の形成方法であって、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分には最大強度（maximum intensity）でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分には０を超過する最小強度（minimum intensity）を有して、レーザーが照射されるようにしてレーザー照射を進行する。
【００２７】
この場合、前記透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分は完全溶融され、前記非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分は部分溶融、または、近接完全溶融、または、完全溶融されるが、前記非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分が部分溶融または近接完全溶融された場合にはその部分に各々多結晶シード（seed）または１つの単結晶シードが残留するので、前記形成されたシードから結晶化が進行してｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成され、前記非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分が完全溶融された場合にも前記溶融されたａ−Ｓｉ膜が冷却される際、非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分が透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分より温度が低いので非透過領域のａ−Ｓｉ膜部分でシードが形成され、前記形成されたシードから結晶化が進行してｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成される。この際、前記透過領域のａ−Ｓｉ膜部分ではシードが形成されない。
【００２８】
従来技術と本発明を比較すると、従来のＳＬＳ方法ではａ−Ｓｉ膜の完全溶融された液状部分と全く溶融されない固状部分の境界部で結晶化が進行するようにした反面、本発明ではａ−Ｓｉ膜の特定部分から結晶化のためのシードが生成されるようにし、前記シード形成領域以外の部分は完全溶融させて、前記シードから結晶化が進行できるようにする。したがって、従来のＳＬＳ方法では第１レーザー照射後、固状部分を溶融させるための第２レーザー照射が要求されるが、本発明の方法では一回のレーザー照射だけでも全領域の結晶化が可能である。
【００２９】
このように、本発明では、一回のレーザー照射によりシード形成領域以外の残りの部分を全て溶融させ、前記シードから結晶化が進行するようにしてｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成するため、追加的なレーザー照射が要求されない。
【００３０】
したがって、本発明の方法によれば、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法より生産性を大きく向上させることができ、反復的なレーザー照射及びレーザー重畳による特性の不均一化の問題が生じないので、製品の特性が向上する。
【００３１】
また、本発明は前記非透過領域の間隔及び大きさを調節して結晶粒の大きさ及び位置を容易に制御でき、前記非透過領域の間隔を均一化させることによって、均一な結晶粒の大きさを有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成できるので、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法よりｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の特性及びその均一性を向上させることができる。
【００３２】
詳しくは、図３は本発明に係るｐｏｌｙ−Ｓｉ膜形成方法を説明するための図であって、これを説明すれば次の通りである。
【００３３】
図３には本発明で使用するマスクＭと前記マスクＭを通過したレーザーの空間強度分布（spatial intensity profile）グラフ、そして、前記マスクＭを通じたレーザーの照射によりａ−Ｓｉ膜からシード及びｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成される過程を図示する。
【００３４】
図３を参照すれば、本発明では、前述のように、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域３１とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域３２から構成されたマスクＭを用いて、前記透過領域３１の下のａ−Ｓｉ膜部分には最大強度（maximum intensity）でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域３２の下のａ−Ｓｉ膜３２０部分には０を超過する最小強度（minimum intensity）を有してレーザーが照射されるようにし、前記透過領域３１の下のａ−Ｓｉ膜３２０部分は完全溶融させ、前記非透過領域３２の下のａ−Ｓｉ膜３２０部分は、部分溶融、近接完全溶融または完全溶融させて、その部分でシードが形成されるようにして、前記形成されたシードから結晶化を進行させる。
【００３５】
この際、前記マスクＭとａ−Ｓｉ膜３２０との間の空間にはレンズＬが位置するが、前記レンズＬのないプロキシミティー（proximity）タイプの装備を使用することができる。未説明符号３００及び３１０は、各々ガラス基板及びバッファー膜を表す。
【００３６】
ここで、前記マスクＭは多様な形態で形成できるが、以下では図４Ａ乃至図４Ｃを参照して本発明で使用することができる多様な形状のマスクＭの平面図及びそれに対応する結晶粒の形態を説明する。
【００３７】
図４Ａは、同一間隔を有するラインタイプの非透過領域を有する第１マスクＭ１及びそれに対応する結晶粒の形態を表し、これを参照すれば、前記第１マスクＭ１を使用して結晶化を進行した時、直六面体形態の結晶粒を有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成することができる。
【００３８】
図４Ｂは、非透過領域がドットタイプパターンで構成され、かつ、前記ドットタイプパターンが碁盤形状で各セクタ（sector）の中央部に配列された第２マスクＭ２及びそれに対応する結晶粒の形態を表し、これを参照すれば、前記第２マスクＭ２を使用して結晶化を進行した時、正六面体形態の均一な結晶粒を有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成することができる。
【００３９】
図４Ｃは、非透過領域がドットタイプパターンで構成され、かつ、前記ドットタイプパターンがジグザグ方式で規則的に配列された第３マスクＭ３及びそれに対応する結晶粒の形態を表し、これを参照すれば、前記第３マスクＭ３を使用して結晶化を進行した際、正六角柱形態の結晶粒を有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成することができる。
【００４０】
一方、図示してはいないが、前記ドット（dot）タイプパターンは四角形以外の他の多角形または円形で形成することができ、前記ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンは規則的または不規則的なパターン間距離を有したり、規則と不規則が混在するパターン間距離を有するように形成することができる。
【００４１】
図５はレーザーのエネルギー強度による結晶化形態を示す図であって、これを参照すれば、レーザーのエネルギー強度が低い第１タイプの場合、最小強度のレーザーが照射されるａ−Ｓｉ膜部分の溶融厚さが相対的に薄い。
【００４２】
この場合、レーザー照射後、前記最小強度のレーザーが照射されて溶融したａ−Ｓｉ膜部分から溶融していないａ−Ｓｉ膜部分に熱伝逹がなされながら初期に溶融しなかったａ−Ｓｉ膜部分が溶けてから堅くなって多結晶化されるので、その部分に複数の微細結晶粒（fine grain）からなる第１のＳｉ膜（Ａ）が形成される。
【００４３】
そして、前記第１のＳｉ膜Ａが形成される過程で、前記第１のＳｉ膜Ａの上段部終端で結晶が垂直成長（vertical growth）されて小さな結晶粒（small grain）の大きさを有する第２のＳｉ膜Ｂが形成される。
【００４４】
次に、前記第２のＳｉ膜Ｂから側面成長（lateral growth）がなされて、大きい結晶粒（large grain）の大きさを有する第３のＳｉ膜Ｃが形成される。ここで、前記垂直成長が側面成長より先になされる理由は、最小強度のレーザーが照射された部分の温度が低くてその部分で結晶化が先に進行するためである。
【００４５】
一方、最小強度のレーザーが照射される領域を近接完全溶融（near complete melting）させることができるエネルギーを有するレーザーが照射される第２タイプの場合、最小強度のレーザーが照射される領域がほとんど完全に溶融され、非常に小さな大きさの単結晶シードが残すことになるので、前記シードの四方に結晶化（super lateral growth）が進行して非常に大きい第４のＳｉ膜Ｄが形成される。ここで、図面符号Ｆは成長する結晶粒の間の衝突により形成された突出部（protrusion）部分であって、成長する結晶粒はハイアングル結晶粒界（high angle grain boundary）を有する突出部Ｆを形成しながらその成長を止めることになる。
【００４６】
そして、レーザーのエネルギー強度が第２タイプの場合より高い第３タイプの場合、最小強度のレーザーが照射されるａ−Ｓｉ膜部分を含んだａ−Ｓｉ膜全体が完全溶融されるが、完全溶融された液状が徐々に冷却される時、前記最小強度のレーザーが照射された部分の温度が最も低いので、その部分で複数の結晶粒を有するシードが形成され、前記多結晶のシードから結晶化が進行して前記第４のＳｉ膜Ｄより結晶粒の大きさが小さい第５のＳｉ膜Ｅが形成される。この際、前記第３タイプでのシードが多結晶状で形成される理由は完全溶融後、冷却時の冷却速度が十分にのろくなくて、シードが多結晶膜に育つためである。ところが、もし完全溶融後、冷却速度をのろくして単結晶のシードを形成させれば、前記第４のＳｉ膜Ｄの場合のように大きい結晶粒を得ることができる。
【００４７】
ここで、前記第１、第２及び第３タイプに該当するエネルギー強度はａ−Ｓｉ膜の厚さと工程条件によって変わるので、各タイプに該当するエネルギー強度範囲を特定数値に限定できない。
【００４８】
前記第１、第２及び第３タイプのうち、第２タイプが最も大きい結晶粒の大きさを有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が得られるので、本発明の目的を達成するに最も適合したタイプである。図６は前記第２タイプに該当するエネルギーを有するレーザーを使用して形成したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の平面写真であって、これを参照すれば、最小強度のレーザーが照射された領域から単結晶Ｓｉ膜が成長して最大強度のレーザーが照射された領域で突起を形成させながらその成長を止めることにより、比較的均一で、かつ、大きい結晶粒の大きさを有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成されたことを確認することができる。
【００４９】
一方、本発明は装備の種類及びマスクとガラス基板の大きさによって多様に遂行できるが、以下では、図７Ａ乃至図７Ｅを参照して本発明の多様な結晶化方法について説明する。
【００５０】
図７Ａ乃至図７Ｃは、レンズＬを使用する場合であって、この際、装備の解像度は下記式１の通りである。
解像度＝０．５×λ／ＮＡ …（１）
ここで、λはレーザーの波長を、そして、ＮＡはレンズの数値口径（Numerical Aperture）を表す。
【００５１】
図７Ａはレーザーがガラス基板３００の全体を一度に照射することができ、併せて、レンズＬがガラス基板３００の全体を覆うぐらいの大きさを有する場合であって、この場合、一回のレーザー照射でガラス基板３００上に形成された被結晶化膜Ｔを全領域を結晶化させて結晶化膜Ｐを形成する。
【００５２】
図７Ｂ及び図７Ｃはレーザーがガラス基板３００の全体を一度に照射することができなくて、併せて、レンズＬがガラス基板３００より小さな場合であって、図７Ｂの場合、マスクＭとガラス基板３００を同時に同一な方向に平行移動させながら単一照射工程を反復遂行して被結晶化膜Ｔの全領域を結晶化させ、図７Ｃの場合、ガラス基板３００のみを移動させながら単一照射工程を反復遂行して被結晶化膜Ｔの全領域を結晶化させる。
【００５３】
一方、図７Ｄ及び図７Ｅは、レンズを使用しないプロキシミティー（proximity）タイプの装備を使用する場合であって、この場合、マスクＭは被結晶化膜Ｔ上に接触されたり、とても近く近接され、装備解像度は下記式２の通りである。
解像度＝（λＺ／２）1/2 …（２）
ここで、ＺはマスクＭと基板結果物との間の距離を表す。
【００５４】
図７Ｄはレーザーがガラス基板３００の全体を一度に照射することができる場合であって、この場合、一回のレーザー照射でガラス基板３００上に形成された被結晶化膜Ｔの全領域を結晶化させる。
【００５５】
図７Ｅはレーザーがガラス基板３００の全体を一度に照射できない場合であって、この場合、マスクＭとガラス基板３００を同時に一定の長さだけずつ平行移動させながら単一照射工程を反復遂行して被結晶化膜Ｔの全領域を結晶化させる。図７Ａ乃至図７Ｅにおいて、未説明符号３１０はバッファー膜を表す。
【００５６】
このように、本発明はレーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下の被結晶化膜部分には最大強度でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下の被結晶化膜部分には０を超過する最小強度を有してレーザーが照射されるようにして、前記最小強度のレーザーが照射された部分で単結晶のシードを形成させて結晶化を進行することによって、レーザーの単一照射により大きくて均一な結晶粒を有する多結晶膜を形成させることができる。
【００５７】
したがって、本発明の方法によれば、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法のように同一地域に反復的にレーザーを照射することによる生産性の低下の問題及びレーザーの重畳による特性の不均一化の問題が生じない。
【００５８】
また、本発明は前記非透過領域の間隔及び大きさを調節して結晶粒の大きさ及び位置を容易に制御することができ、前記非透過領域の間隔を均一にすることによって、均一な結晶粒の大きさを有する多結晶膜を形成することができるので、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法より多結晶膜の特性及び均一性を向上させることができる。
【００５９】
一方、前記した本発明の実施形態では、被結晶化膜がａ−Ｓｉ膜である場合に対してのみ図示及び説明したが、本発明の方法は前記被結晶化膜がａ−Ｓｉ膜でない他の材質の膜、例えば、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、ａ−Ｇｅ膜、ｐｏｌｙ−Ｇｅ膜、ａ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ｐｏｌｙ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ａ−ＧａＮｘ膜、ｐｏｌｙ−ＧａＮｘ膜、ｓ−ＧａｘＡｓｙ膜及びｐｏｌｙ−ＧａｘＡｓｙ膜を含む３族と５族の物質膜及びその化合物膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜であるとか、または、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｔｉ膜、Ｗ膜、Ａｕ膜及びＮｉ膜のような金属膜または前記金属膜と半導体の化合物膜である場合にも同一に適用されることができる。ここで、前記被結晶化膜である多結晶膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜等）である場合、本発明の方法を通じてその結晶粒の大きさが増加し均一になる。
【００６０】
以上、ここでは本発明を特定の実施形態に関連して図示及び説明したが、本発明がそれに限るのではなく、以下の特許請求範囲は本発明の精神と分野を離脱しない限度内で、本発明が多様に改造及び変形できるということを当業界で通常の知識を有する者であれば容易に分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来のＳＬＳ方法による多結晶膜の形成方法でのマスクを説明するための図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線を通過したレーザーの空間強度分布を示す図である。
【図３】本発明に係る多結晶膜の形成方法を説明するための図である。
【図４Ａ】本発明で使用したマスクの平面図及びそれに対応する結晶粒の形態を説明するための図である。
【図４Ｂ】本発明で使用した他のマスクの平面図及びそれに対応する結晶粒の形態を説明するための図である。
【図４Ｃ】本発明で使用した他のマスクの平面図及びそれに対応する結晶粒の形態を説明するための図である。
【図５】レーザーのエネルギー強度による結晶化形態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態により形成したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の平面写真である。
【図７Ａ】本発明に係る結晶化方法を説明するための図である。
【図７Ｂ】本発明に係る他の結晶化方法を説明するための図である。
【図７Ｃ】本発明に係る他の結晶化方法を説明するための図である。
【図７Ｄ】本発明に係る他の結晶化方法を説明するための図である。
【図７Ｅ】本発明に係る他の結晶化方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６２】
３１ 透過領域
３２ 非透過領域
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ マスク
Ｌ レンズ
３００ ガラス基板
３１０ バッファー膜
３２０ ａ−Ｓｉ膜
Ｔ 被結晶化膜
Ｐ 多結晶膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶膜の形成方法に関し、より詳しくは、多結晶シリコン薄膜トランジスタを形成するための多結晶シリコン膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置または有機発光表示装置などでスイッチング素子として使われる薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以下、ＴＦＴ）は、上記の平板表示装置の性能において最も重要な構成要素である。ここで、前記ＴＦＴの性能を判断する基準である移動度（mobility）または漏洩電流などは電荷運搬子が移動する経路である活性層がどんな状態（state）または構造を有するか、即ち、活性層の材料であるシリコン薄膜がどんな状態または構造を有するかに大きく左右される。現在、常用化されている液晶表示装置の場合、ＴＦＴの活性層は大部分非晶質シリコン（amorphous silicon；以下、ａ−Ｓｉ）である。
【０００３】
ところが、活性層としてａ−Ｓｉを適用したａ−Ｓｉ ＴＦＴは移動度が０．５ｃｍ2／Ｖｓ内外で非常に低いため、液晶表示装置に入る全てのスイッチング素子を作るには制約的である。これは、液晶表示装置の周辺回路用駆動素子は非常に速く動作しなければならないが、ａ−Ｓｉ ＴＦＴは周辺回路用駆動素子が要求する動作速度を満足させることができないので、前記ａ−Ｓｉ ＴＦＴでは周辺回路用駆動素子の具現が実質的に困難であるということを意味する。
【０００４】
一方、活性層として多結晶シリコン（polycrystalline silicon；以下、ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を適用したｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴは、移動子が数十〜数百ｃｍ2／Ｖｓで高いため、周辺回路用駆動素子に対応可能な高い駆動速度を出すことができる。このため、ガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成させれば、画素スイッチング素子だけでなく、周辺回路用駆動部品も具現可能になる。したがって、周辺回路の形成に必要な別途のモジュール工程が必要でないだけでなく、画素領域を形成する時に共に周辺回路駆動部品をも形成できるので、周辺回路用駆動部品費用の低減を期待することができる。
【０００５】
さらに、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴは高い移動度のため、ａ−Ｓｉ ＴＦＴより小さく作ることができ、そして、集積工程により周辺回路の駆動素子と画素領域のスイッチング素子を同時に形成できるので、線幅の微細化がより容易になって、ａ−Ｓｉ ＴＦＴ−ＬＣＤで実現し難い高解像度を得るのに非常に有利である。
【０００６】
その上、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴは、高い電流特性を有するので、次世代の平板表示装置である有機発光表示装置の駆動素子として適合し、これによって、最近はガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成させてＴＦＴを製造するｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの研究が活発に進行している。
【０００７】
ここで、ガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成する方法として、ａ−Ｓｉ膜の蒸着後熱処理を行なってａ−Ｓｉ膜を結晶化させる方法が挙げられる。ところが、この方法の場合には６００℃以上の高温でガラス基板の変形が生じることになり、それで、信頼性及び歩留まりの減少をもたらすことになる。
【０００８】
ここに、ガラス基板に熱的損傷を与えないで、ａ−Ｓｉ膜のみを結晶化させることができる方法としてエキシマレーザーアニーリング（Excimer Laser Annealing；以下、ＥＬＡ）方法が提案されたのであり、また、連続側面結晶化（Sequential Lateral Solidification;以下、ＳＬＳ）方法が提案された。
【０００９】
ところが、前記ＥＬＡ方法は、ａ−Ｓｉ膜にレーザーを照射してｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を得る方法であって、ａ−Ｓｉ膜を完全溶融（complete melting）させられなくて部分溶融（partial melting）させるため、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の結晶粒（grain）の大きさが小さくて不均一であるので、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの特性及び均一性が劣化する問題がある。また、前記ＥＬＡ方法は、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの特性の均一性を向上させるためにレーザーを反復照射するため、生産性が落ちて、工程範囲（process window）が小さいという工程上の短所がある。
【００１０】
一方、前記ＳＬＳ方法は、選択的に透過部を提供するスリットパターン（slit pattern）を備えたマスクを通じてパルスレーザー（pulse laser）をａ−Ｓｉ膜に照射し、かつ、ショット（shot）方式またはスキャニング（scanning）方式により前記ａ−Ｓｉ膜にレーザーを照射して、前記レーザーが照射されて完全溶融した液状部分とレーザーが照射できなくて溶融していない固体状部分の境界からＳｉ結晶を成長させることによって、前記ＥＬＡ方法でより大きい結晶粒を有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成することができる。
【００１１】
詳しくは、従来のＳＬＳ方法は、図１に示すように、スリットパターンからなる透過（transparent）領域１とそれ以外の非透過（opaque）領域２からなるマスクＭを使用して進行し、この際、透過領域１ではレーザーが透過され、非透過領域２ではレーザーが透過できないので、前記透過領域１で透過されたレーザーによりａ−Ｓｉ部分の溶融（melting）がなされ、時間が経ることにつれて前記溶融したａ−Ｓｉの側面からＳｉ結晶が成長（lateral growth）することになる。
【００１２】
図２は、図１のＡ−Ａ’線地域を通過したレーザーの空間強度分布（spatial intensity profile）を示すものであって、図示したように、透過領域に対応しては最大強度を表す反面、非透過領域に対応してはレーザーの強度が０である。
【００１３】
しかしながら、前記ＳＬＳ方法の場合、レーザーが照射される領域と照射されない領域が繰り返されるので、ａ−Ｓｉ膜の全体を結晶化させるためには最小限２回以上のレーザー照射が必要であるため、生産性が落ちるだけでなく、レーザーが重畳されて照射される部分と重畳されていない部分でｐｏｌｙ−Ｓｉの結晶粒の大きさが変わるので、ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの特性の均一性が劣化する問題がある。
【００１４】
また、前記ＳＬＳ方法は、前記固体状部分と液状部分の境界地点から成長されるＳｉ結晶粒が互いに会う衝突地点でハイアングル結晶粒界（high angle grain boundary）が形成されるが、前記ハイアングル結晶粒界（high angle grain boundary）の位置制御が困難であるのでｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴの特性が悪くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、前記した従来の問題を解決するために案出したものであって、レーザービームをなんども照射することによる生産性低下の問題を改善できる多結晶膜の形成方法を提供することをその目的とする。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、結晶粒の大きさの不均一性及びハイアングル結晶粒界（high angle grain boundary）の不均一な形成によるｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴなどの特性及び均一性劣化の問題を改善できる多結晶膜の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記のような目的を達成するための本発明の多結晶膜の形成方法は、ガラス基板上にバッファー膜の介在下に蒸着した被結晶化膜をマスクを用いたレーザー照射により結晶化させる多結晶膜の形成方法であって、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下の被結晶化膜部分には最大強度でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下の被結晶化膜部分には０を超過する最小強度を有してレーザーが照射されるようにして、レーザー単一照射により被結晶化膜を結晶化させることを特徴とする。
【００１８】
前記非透過領域は、ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンから構成される。
【００１９】
前記ドット（dot）タイプパターンは円形または多角形である。
前記ドット（dot）タイプパターンは、碁盤形状で各セクタの中央部に配列された形態で規則的に配列されたり、または、ジグザグ方式で規則的に配列される。
【００２０】
前記ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンは、規則的または不規則的なパターン間の距離を有したり、規則と不規則が混在するパターン間の距離を有する。
【００２１】
前記透過領域は、核生成が発生されない大きさを有する。
前記レーザーは、透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融させ、非透過領域の下の被結晶化膜部分は多結晶のシードが発生されるように部分的に溶融（partial melting）させる強度を有したり、１つの単結晶のシードのみ残留するようにほとんど完全に溶融（near complete melting）（以下、近接完全溶融） させる強度を有したり、完全に溶融（complete melting）（以下、完全溶融）させる強度を有する。
【００２２】
前記被結晶化膜は、ａ−Ｓｉ膜、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、ａ−Ｇｅ膜、ｐｏｌｙ−Ｇｅ膜、ａ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ｐｏｌｙ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ａ−ＧａＮｘ膜、ｐｏｌｙ−ＧａＮｘ膜、ａ−ＧａｘＡｓｙ膜及びｐｏｌｙ−ＧａｘＡｓｙ膜を含む３族と５族の物質膜及びその化合物膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜である。
【００２３】
前記被結晶化膜は、金属膜または金属と半導体の化合物膜である。この際、前記金属膜は、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｔｉ膜、Ｗ膜、Ａｕ膜及びＮｉ膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜である。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明は、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域で構成されたマスクを用いて、一回のレーザー照射により単結晶のシード形成領域以外の被結晶化膜の残り部分全てを溶融させ、前記シードから結晶化が進行するようにして多結晶膜を形成することによって、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法のように同一地域に反復的にレーザーを照射することによる生産性低下の問題が生じない。したがって、本発明は従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法より生産性を格段に向上させることができる。
【００２５】
また、本発明は、レーザー重畳による多結晶膜の特性不均一化の問題が生じないだけでなく、非透過領域の間隔及び大きさを調節して結晶粒の大きさ及び位置を容易に制御することができ、前記非透過領域の間隔を均一化させることによって、均一な結晶粒の大きさを有する多結晶膜を形成できるので、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法より多結晶膜の特性及び均一性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の好ましい実施形態を説明する。
まず、本発明の技術的原理を簡単に説明すれば、本発明はガラス基板上にバッファー膜の介在下に蒸着したａ−Ｓｉ膜をマスクを利用したレーザー照射により結晶化させるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の形成方法であって、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分には最大強度（maximum intensity）でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分には０を超過する最小強度（minimum intensity）を有して、レーザーが照射されるようにしてレーザー照射を進行する。
【００２７】
この場合、前記透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分は完全溶融され、前記非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分は部分溶融、または、近接完全溶融、または、完全溶融されるが、前記非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分が部分溶融または近接完全溶融された場合にはその部分に各々多結晶シード（seed）または１つの単結晶シードが残留するので、前記形成されたシードから結晶化が進行してｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成され、前記非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分が完全溶融された場合にも前記溶融されたａ−Ｓｉ膜が冷却される際、非透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分が透過領域の下のａ−Ｓｉ膜部分より温度が低いので非透過領域のａ−Ｓｉ膜部分でシードが形成され、前記形成されたシードから結晶化が進行してｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成される。この際、前記透過領域のａ−Ｓｉ膜部分ではシードが形成されない。
【００２８】
従来技術と本発明を比較すると、従来のＳＬＳ方法ではａ−Ｓｉ膜の完全溶融された液状部分と全く溶融されない固状部分の境界部で結晶化が進行するようにした反面、本発明ではａ−Ｓｉ膜の特定部分から結晶化のためのシードが生成されるようにし、前記シード形成領域以外の部分は完全溶融させて、前記シードから結晶化が進行できるようにする。したがって、従来のＳＬＳ方法では第１レーザー照射後、固状部分を溶融させるための第２レーザー照射が要求されるが、本発明の方法では一回のレーザー照射だけでも全領域の結晶化が可能である。
【００２９】
このように、本発明では、一回のレーザー照射によりシード形成領域以外の残りの部分を全て溶融させ、前記シードから結晶化が進行するようにしてｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成するため、追加的なレーザー照射が要求されない。
【００３０】
したがって、本発明の方法によれば、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法より生産性を大きく向上させることができ、反復的なレーザー照射及びレーザー重畳による特性の不均一化の問題が生じないので、製品の特性が向上する。
【００３１】
また、本発明は前記非透過領域の間隔及び大きさを調節して結晶粒の大きさ及び位置を容易に制御でき、前記非透過領域の間隔を均一化させることによって、均一な結晶粒の大きさを有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成できるので、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法よりｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の特性及びその均一性を向上させることができる。
【００３２】
詳しくは、図３は本発明に係るｐｏｌｙ−Ｓｉ膜形成方法を説明するための図であって、これを説明すれば次の通りである。
【００３３】
図３には本発明で使用するマスクＭと前記マスクＭを通過したレーザーの空間強度分布（spatial intensity profile）グラフ、そして、前記マスクＭを通じたレーザーの照射によりａ−Ｓｉ膜からシード及びｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成される過程を図示する。
【００３４】
図３を参照すれば、本発明では、前述のように、レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域３１とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域３２から構成されたマスクＭを用いて、前記透過領域３１の下のａ−Ｓｉ膜部分には最大強度（maximum intensity）でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域３２の下のａ−Ｓｉ膜３２０部分には０を超過する最小強度（minimum intensity）を有してレーザーが照射されるようにし、前記透過領域３１の下のａ−Ｓｉ膜３２０部分は完全溶融させ、前記非透過領域３２の下のａ−Ｓｉ膜３２０部分は、部分溶融、近接完全溶融または完全溶融させて、その部分でシードが形成されるようにして、前記形成されたシードから結晶化を進行させる。
【００３５】
この際、前記マスクＭとａ−Ｓｉ膜３２０との間の空間にはレンズＬが位置するが、前記レンズＬのないプロキシミティー（proximity）タイプの装備を使用することができる。未説明符号３００及び３１０は、各々ガラス基板及びバッファー膜を表す。
【００３６】
ここで、前記マスクＭは多様な形態で形成できるが、以下では図４Ａ乃至図４Ｃを参照して本発明で使用することができる多様な形状のマスクＭの平面図及びそれに対応する結晶粒の形態を説明する。
【００３７】
図４Ａは、同一間隔を有するラインタイプの非透過領域を有する第１マスクＭ１及びそれに対応する結晶粒の形態を表し、これを参照すれば、前記第１マスクＭ１を使用して結晶化を進行した時、直六面体形態の結晶粒を有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成することができる。
【００３８】
図４Ｂは、非透過領域がドットタイプパターンで構成され、かつ、前記ドットタイプパターンが碁盤形状で各セクタ（sector）の中央部に配列された第２マスクＭ２及びそれに対応する結晶粒の形態を表し、これを参照すれば、前記第２マスクＭ２を使用して結晶化を進行した時、正六面体形態の均一な結晶粒を有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成することができる。
【００３９】
図４Ｃは、非透過領域がドットタイプパターンで構成され、かつ、前記ドットタイプパターンがジグザグ方式で規則的に配列された第３マスクＭ３及びそれに対応する結晶粒の形態を表し、これを参照すれば、前記第３マスクＭ３を使用して結晶化を進行した際、正六角柱形態の結晶粒を有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成することができる。
【００４０】
一方、図示してはいないが、前記ドット（dot）タイプパターンは四角形以外の他の多角形または円形で形成することができ、前記ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンは規則的または不規則的なパターン間距離を有したり、規則と不規則が混在するパターン間距離を有するように形成することができる。
【００４１】
図５はレーザーのエネルギー強度による結晶化形態を示す図であって、これを参照すれば、レーザーのエネルギー強度が低い第１タイプの場合、最小強度のレーザーが照射されるａ−Ｓｉ膜部分の溶融厚さが相対的に薄い。
【００４２】
この場合、レーザー照射後、前記最小強度のレーザーが照射されて溶融したａ−Ｓｉ膜部分から溶融していないａ−Ｓｉ膜部分に熱伝逹がなされながら初期に溶融しなかったａ−Ｓｉ膜部分が溶けてから堅くなって多結晶化されるので、その部分に複数の微細結晶粒（fine grain）からなる第１のＳｉ膜（Ａ）が形成される。
【００４３】
そして、前記第１のＳｉ膜Ａが形成される過程で、前記第１のＳｉ膜Ａの上段部終端で結晶が垂直成長（vertical growth）されて小さな結晶粒（small grain）の大きさを有する第２のＳｉ膜Ｂが形成される。
【００４４】
次に、前記第２のＳｉ膜Ｂから側面成長（lateral growth）がなされて、大きい結晶粒（large grain）の大きさを有する第３のＳｉ膜Ｃが形成される。ここで、前記垂直成長が側面成長より先になされる理由は、最小強度のレーザーが照射された部分の温度が低くてその部分で結晶化が先に進行するためである。
【００４５】
一方、最小強度のレーザーが照射される領域を近接完全溶融（near complete melting）させることができるエネルギーを有するレーザーが照射される第２タイプの場合、最小強度のレーザーが照射される領域がほとんど完全に溶融され、非常に小さな大きさの単結晶シードが残すことになるので、前記シードの四方に結晶化（super lateral growth）が進行して非常に大きい第４のＳｉ膜Ｄが形成される。ここで、図面符号Ｆは成長する結晶粒の間の衝突により形成された突出部（protrusion）部分であって、成長する結晶粒はハイアングル結晶粒界（high angle grain boundary）を有する突出部Ｆを形成しながらその成長を止めることになる。
【００４６】
そして、レーザーのエネルギー強度が第２タイプの場合より高い第３タイプの場合、最小強度のレーザーが照射されるａ−Ｓｉ膜部分を含んだａ−Ｓｉ膜全体が完全溶融されるが、完全溶融された液状が徐々に冷却される時、前記最小強度のレーザーが照射された部分の温度が最も低いので、その部分で複数の結晶粒を有するシードが形成され、前記多結晶のシードから結晶化が進行して前記第４のＳｉ膜Ｄより結晶粒の大きさが小さい第５のＳｉ膜Ｅが形成される。この際、前記第３タイプでのシードが多結晶状で形成される理由は完全溶融後、冷却時の冷却速度が十分にのろくなくて、シードが多結晶膜に育つためである。ところが、もし完全溶融後、冷却速度をのろくして単結晶のシードを形成させれば、前記第４のＳｉ膜Ｄの場合のように大きい結晶粒を得ることができる。
【００４７】
ここで、前記第１、第２及び第３タイプに該当するエネルギー強度はａ−Ｓｉ膜の厚さと工程条件によって変わるので、各タイプに該当するエネルギー強度範囲を特定数値に限定できない。
【００４８】
前記第１、第２及び第３タイプのうち、第２タイプが最も大きい結晶粒の大きさを有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が得られるので、本発明の目的を達成するに最も適合したタイプである。図６は前記第２タイプに該当するエネルギーを有するレーザーを使用して形成したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の平面写真であって、これを参照すれば、最小強度のレーザーが照射された領域から単結晶Ｓｉ膜が成長して最大強度のレーザーが照射された領域で突起を形成させながらその成長を止めることにより、比較的均一で、かつ、大きい結晶粒の大きさを有するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成されたことを確認することができる。
【００４９】
一方、本発明は装備の種類及びマスクとガラス基板の大きさによって多様に遂行できるが、以下では、図７Ａ乃至図７Ｅを参照して本発明の多様な結晶化方法について説明する。
【００５０】
図７Ａ乃至図７Ｃは、レンズＬを使用する場合であって、この際、装備の解像度は下記式１の通りである。
解像度＝０．５×λ／ＮＡ …（１）
ここで、λはレーザーの波長を、そして、ＮＡはレンズの数値口径（Numerical Aperture）を表す。
【００５１】
図７Ａはレーザーがガラス基板３００の全体を一度に照射することができ、併せて、レンズＬがガラス基板３００の全体を覆うぐらいの大きさを有する場合であって、この場合、一回のレーザー照射でガラス基板３００上に形成された被結晶化膜Ｔを全領域を結晶化させて結晶化膜Ｐを形成する。
【００５２】
図７Ｂ及び図７Ｃはレーザーがガラス基板３００の全体を一度に照射することができなくて、併せて、レンズＬがガラス基板３００より小さな場合であって、図７Ｂの場合、マスクＭとガラス基板３００を同時に同一な方向に平行移動させながら単一照射工程を反復遂行して被結晶化膜Ｔの全領域を結晶化させ、図７Ｃの場合、ガラス基板３００のみを移動させながら単一照射工程を反復遂行して被結晶化膜Ｔの全領域を結晶化させる。
【００５３】
一方、図７Ｄ及び図７Ｅは、レンズを使用しないプロキシミティー（proximity）タイプの装備を使用する場合であって、この場合、マスクＭは被結晶化膜Ｔ上に接触されたり、とても近く近接され、装備解像度は下記式２の通りである。
解像度＝（λＺ／２）1/2 …（２）
ここで、ＺはマスクＭと基板結果物との間の距離を表す。
【００５４】
図７Ｄはレーザーがガラス基板３００の全体を一度に照射することができる場合であって、この場合、一回のレーザー照射でガラス基板３００上に形成された被結晶化膜Ｔの全領域を結晶化させる。
【００５５】
図７Ｅはレーザーがガラス基板３００の全体を一度に照射できない場合であって、この場合、マスクＭとガラス基板３００を同時に一定の長さだけずつ平行移動させながら単一照射工程を反復遂行して被結晶化膜Ｔの全領域を結晶化させる。図７Ａ乃至図７Ｅにおいて、未説明符号３１０はバッファー膜を表す。
【００５６】
このように、本発明はレーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下の被結晶化膜部分には最大強度でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下の被結晶化膜部分には０を超過する最小強度を有してレーザーが照射されるようにして、前記最小強度のレーザーが照射された部分で単結晶のシードを形成させて結晶化を進行することによって、レーザーの単一照射により大きくて均一な結晶粒を有する多結晶膜を形成させることができる。
【００５７】
したがって、本発明の方法によれば、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法のように同一地域に反復的にレーザーを照射することによる生産性の低下の問題及びレーザーの重畳による特性の不均一化の問題が生じない。
【００５８】
また、本発明は前記非透過領域の間隔及び大きさを調節して結晶粒の大きさ及び位置を容易に制御することができ、前記非透過領域の間隔を均一にすることによって、均一な結晶粒の大きさを有する多結晶膜を形成することができるので、従来のＥＬＡまたはＳＬＳ方法より多結晶膜の特性及び均一性を向上させることができる。
【００５９】
一方、前記した本発明の実施形態では、被結晶化膜がａ−Ｓｉ膜である場合に対してのみ図示及び説明したが、本発明の方法は前記被結晶化膜がａ−Ｓｉ膜でない他の材質の膜、例えば、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、ａ−Ｇｅ膜、ｐｏｌｙ−Ｇｅ膜、ａ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ｐｏｌｙ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ａ−ＧａＮｘ膜、ｐｏｌｙ−ＧａＮｘ膜、ｓ−ＧａｘＡｓｙ膜及びｐｏｌｙ−ＧａｘＡｓｙ膜を含む３族と５族の物質膜及びその化合物膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜であるとか、または、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｔｉ膜、Ｗ膜、Ａｕ膜及びＮｉ膜のような金属膜または前記金属膜と半導体の化合物膜である場合にも同一に適用されることができる。ここで、前記被結晶化膜である多結晶膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜等）である場合、本発明の方法を通じてその結晶粒の大きさが増加し均一になる。
【００６０】
以上、ここでは本発明を特定の実施形態に関連して図示及び説明したが、本発明がそれに限るのではなく、以下の特許請求範囲は本発明の精神と分野を離脱しない限度内で、本発明が多様に改造及び変形できるということを当業界で通常の知識を有する者であれば容易に分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来のＳＬＳ方法による多結晶膜の形成方法でのマスクを説明するための図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線を通過したレーザーの空間強度分布を示す図である。
【図３】本発明に係る多結晶膜の形成方法を説明するための図である。
【図４Ａ】本発明で使用したマスクの平面図及びそれに対応する結晶粒の形態を説明するための図である。
【図４Ｂ】本発明で使用した他のマスクの平面図及びそれに対応する結晶粒の形態を説明するための図である。
【図４Ｃ】本発明で使用した他のマスクの平面図及びそれに対応する結晶粒の形態を説明するための図である。
【図５】レーザーのエネルギー強度による結晶化形態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態により形成したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の平面写真である。
【図７Ａ】本発明に係る結晶化方法を説明するための図である。
【図７Ｂ】本発明に係る他の結晶化方法を説明するための図である。
【図７Ｃ】本発明に係る他の結晶化方法を説明するための図である。
【図７Ｄ】本発明に係る他の結晶化方法を説明するための図である。
【図７Ｅ】本発明に係る他の結晶化方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６２】
３１ 透過領域
３２ 非透過領域
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ マスク
Ｌ レンズ
３００ ガラス基板
３１０ バッファー膜
３２０ ａ−Ｓｉ膜
Ｔ 被結晶化膜
Ｐ 多結晶膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上にバッファー膜の介在下に蒸着した被結晶化膜をマスクを用いたレーザー照射により結晶化させる多結晶膜の形成方法であって、
レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下の被結晶化膜部分には最大強度でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下の被結晶化膜部分には０を超過する最小強度を有してレーザーが照射されるようにして、レーザー単一照射により被結晶化膜を結晶化させることを特徴とする多結晶膜の形成方法。
【請求項２】
前記非透過領域は、ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンから構成されたことを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項３】
前記ドット（dot）タイプパターンは、円形または多角形であることを特徴とする請求項２に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項４】
前記ドット（dot）タイプパターンは、碁盤形状で各セクタの中央部に配列された形態で規則的に配列されたり、または、ジグザグ方式で規則的に配列されたことを特徴とする請求項２に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項５】
前記ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンは、規則的または不規則的なパターン間距離を有したり、規則と不規則が混在するパターン間距離を有することを特徴とする請求項２に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項６】
前記透過領域は、核生成が発生されない大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項７】
前記レーザーは、透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融させ、非透過領域の下の被結晶化膜部分は部分溶融（partial melting）させる強度を有して、前記部分溶融された部分で多結晶のシードが発生されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項８】
前記レーザーは、透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融させ、非透過領域の下の被結晶化膜部分は近接完全溶融（near complete melting）させて、前記近接完全溶融された部分で１つの単結晶シードのみ残留するようにすることを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項９】
前記レーザーは、透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融させ、非透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融（complete melting）させる強度を有することを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項１０】
前記被結晶化膜は、ａ−Ｓｉ膜、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、ａ−Ｇｅ膜、ｐｏｌｙ−Ｇｅ膜、ａ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ｐｏｌｙ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ａ−ＧａＮｘ膜、ｐｏｌｙ−ＧａＮｘ膜、ａ−ＧａｘＡｓｙ膜及びｐｏｌｙ−ＧａｘＡｓｙ膜を含む３族と５族の物質膜及びその化合物膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項１１】
前記被結晶化膜は、金属膜または金属と半導体の化合物膜であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項１２】
前記金属膜は、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｔｉ膜、Ｗ膜、Ａｕ膜及びＮｉ膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜であることを特徴とする請求項１１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項１】
ガラス基板上にバッファー膜の介在下に蒸着した被結晶化膜をマスクを用いたレーザー照射により結晶化させる多結晶膜の形成方法であって、
レーザー装備の解像度限界の大きさより大きい透過領域とレーザー装備の解像度限界の大きさより小さな非透過領域から構成されたマスクを用いて、前記透過領域の下の被結晶化膜部分には最大強度でレーザーが照射されるようにし、前記非透過領域の下の被結晶化膜部分には０を超過する最小強度を有してレーザーが照射されるようにして、レーザー単一照射により被結晶化膜を結晶化させることを特徴とする多結晶膜の形成方法。
【請求項２】
前記非透過領域は、ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンから構成されたことを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項３】
前記ドット（dot）タイプパターンは、円形または多角形であることを特徴とする請求項２に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項４】
前記ドット（dot）タイプパターンは、碁盤形状で各セクタの中央部に配列された形態で規則的に配列されたり、または、ジグザグ方式で規則的に配列されたことを特徴とする請求項２に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項５】
前記ライン（line）タイプまたはドット（dot）タイプパターンは、規則的または不規則的なパターン間距離を有したり、規則と不規則が混在するパターン間距離を有することを特徴とする請求項２に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項６】
前記透過領域は、核生成が発生されない大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項７】
前記レーザーは、透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融させ、非透過領域の下の被結晶化膜部分は部分溶融（partial melting）させる強度を有して、前記部分溶融された部分で多結晶のシードが発生されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項８】
前記レーザーは、透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融させ、非透過領域の下の被結晶化膜部分は近接完全溶融（near complete melting）させて、前記近接完全溶融された部分で１つの単結晶シードのみ残留するようにすることを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項９】
前記レーザーは、透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融させ、非透過領域の下の被結晶化膜部分は完全溶融（complete melting）させる強度を有することを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項１０】
前記被結晶化膜は、ａ−Ｓｉ膜、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、ａ−Ｇｅ膜、ｐｏｌｙ−Ｇｅ膜、ａ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ｐｏｌｙ−ＳｉｘＧｅｙ膜、ａ−ＧａＮｘ膜、ｐｏｌｙ−ＧａＮｘ膜、ａ−ＧａｘＡｓｙ膜及びｐｏｌｙ−ＧａｘＡｓｙ膜を含む３族と５族の物質膜及びその化合物膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項１１】
前記被結晶化膜は、金属膜または金属と半導体の化合物膜であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶膜の形成方法。
【請求項１２】
前記金属膜は、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｔｉ膜、Ｗ膜、Ａｕ膜及びＮｉ膜から構成されたグループから選択されるいずれか１つの膜であることを特徴とする請求項１１に記載の多結晶膜の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２８１４６５（Ｐ２００７−２８１４６５Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９５５５０（Ｐ２００７−９５５５０）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（３０３０１６４８７）ビオイ ハイディス テクノロジー カンパニー リミテッド (21)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（３０３０１６４８７）ビオイ ハイディス テクノロジー カンパニー リミテッド (21)
【Ｆターム（参考）】
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