KR101137734B1

KR101137734B1 - Method for making a poly crystalline silicon thin film and thin film transistor making method for having the same

Info

Publication number: KR101137734B1
Application number: KR1020050028632A
Authority: KR
Inventors: 정세진; 김치우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2012-04-25
Also published as: KR20060106174A

Abstract

전기적인 특성을 향상시킨 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이를 갖는 박막 트랜지스터의 제조방법이 개시되어 있다. 기판의 제1 단부에 형성된 비정질 실리콘 박막의 일부에 레이저 빔을 조사하여 비정질 실리콘 박막 중 상기 레이저 빔이 조사된 부분을 완전 액화시킨다. 레이저 빔에 의해 액화된 비정질 실리콘 박막 내에서 실리콘 그레인을 성장시켜 결정화시킨다. 실리콘 그레인의 크기를 증가시켜 제1 다결정 실리콘 박막을 형성하기 위해 레이저 빔을 제1 단부에서 제1 단부와 대향하는 제2 단부로 소정의 간격 이동시켜 반복적으로 조사한다. 이와 같이, 레이저 빔을 기판의 제1 단부에서 제2 단부로 소정의 간격 이동시켜 반복적으로 조사함으로써, 전기적인 특성이 향상된 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있다.Disclosed are a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film having improved electrical characteristics and a method of manufacturing a thin film transistor having the same. A portion of the amorphous silicon thin film formed at the first end of the substrate is irradiated with a laser beam to completely liquefy the portion irradiated with the laser beam of the amorphous silicon thin film. Silicon grains are grown and crystallized in an amorphous silicon thin film liquefied by a laser beam. In order to increase the size of the silicon grain to form the first polycrystalline silicon thin film, the laser beam is repeatedly irradiated by a predetermined distance from the first end to the second end opposite to the first end. As described above, the laser beam is repeatedly irradiated with a predetermined distance shifted from the first end to the second end of the substrate, thereby forming a polycrystalline silicon thin film having improved electrical characteristics.

Description

다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이를 갖는 박막 트랜지스터의 제조방법{METHOD FOR MAKING A POLY CRYSTALLINE SILICON THIN FILM AND THIN FILM TRANSISTOR MAKING METHOD FOR HAVING THE SAME}Method for manufacturing polycrystalline silicon thin film and method for manufacturing thin film transistor having the same {METHOD FOR MAKING A POLY CRYSTALLINE SILICON THIN FILM AND THIN FILM TRANSISTOR MAKING METHOD FOR HAVING THE SAME}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막을 제조하기 위한 제조장치를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a manufacturing apparatus for manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조방법을 나타낸 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 도 1의 A부분을 확대해서 도시한 단면도이다.3 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.

도 4a 내지 도 4f는 도 2에서 도시된 제조방법에 의해 다결정 실리콘 박막이 성장하는 과정을 설명하기 위해 도시된 단면도들이다.4A through 4F are cross-sectional views illustrating a process of growing a polycrystalline silicon thin film by the manufacturing method illustrated in FIG. 2.

도 5a 내지 도 5c는 도 2에서 도시된 제조방법에 의해 다결정 실리콘 박막이 성장하는 과정을 설명하기 위해 도시된 평면도들이다.5A through 5C are plan views illustrating a process of growing a polycrystalline silicon thin film by the manufacturing method illustrated in FIG. 2.

도 6은 도 2에서 도시된 제조방법에 의해 완성된 다결정 실리콘 박막을 개략적으로 도시한 평면도이다.FIG. 6 is a plan view schematically illustrating a polycrystalline silicon thin film completed by the manufacturing method illustrated in FIG. 2.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막 제조방법에 의해 다결정 실리콘 박막이 성장하는 과정을 설명하기 위해 도시된 평면도들이다.7A to 7C are plan views illustrating a process of growing a polycrystalline silicon thin film by the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to the second embodiment of the present invention.

도 8은 도 7a 내지 도 7c에서 도시된 제조방법에 의해 형성된 다결정 실리콘 박막을 단순화하여 도시한 평면도이다.8 is a plan view schematically illustrating a polycrystalline silicon thin film formed by the manufacturing method illustrated in FIGS. 7A to 7C.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조방법을 나타낸 개념도이다.9 is a conceptual diagram illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to a third embodiment of the present invention.

도 10a 내지 도 10c는 도 11의 제조방법의 단계들을 세부적으로 나타낸 평면도들이다.10A to 10C are plan views detailing the steps of the manufacturing method of FIG.

도 11은 도 9의 제조방법에 의해 형성된 다결정 실리콘 박막을 단순화하여 도시한 평면도이다.FIG. 11 is a plan view schematically illustrating a polycrystalline silicon thin film formed by the manufacturing method of FIG. 9.

도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법의 단계들을 세부적으로 도시한 공정도들이다.12A through 12D are flowcharts illustrating in detail steps of a method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 레이저 20 : XY 스테이지10: laser 20: XY stage

100 : 기판 110 : 투명 기판100: substrate 110: transparent substrate

120 : 산화층 130 : 비정질 실리콘 박막120: oxide layer 130: amorphous silicon thin film

132 : 고상 비정질 실리콘 박막 134 : 액상 실리콘132: solid-state amorphous silicon thin film 134: liquid silicon

140, 150, 160 : 다결정 실리콘 박막 142, 152, 162 : 실리콘 그레인140, 150, 160: polycrystalline silicon thin film 142, 152, 162: silicon grain

144, 154, 164 : 실리콘 그레인 경계 146, 156 : 돌출부144, 154, 164: silicon grain boundaries 146, 156: protrusions

200 : 레이저 빔 200a : 제1 레이저 빔200: laser beam 200a: first laser beam

200b : 제2 레이저 빔 300 : 박막 트랜지스터200b: second laser beam 300: thin film transistor

310 : 기판 320 : 산화층310 substrate 320 oxide layer

330 : 다결정 실리콘 패턴 340 : 절연막330 polycrystalline silicon pattern 340 insulating film

350 : 절연층 360 : 보호층350: insulating layer 360: protective layer

370 : 화소 전극 G : 게이트 전극370: pixel electrode G: gate electrode

S : 소스 전극 D : 드레인 전극S: source electrode D: drain electrode

본 발명은 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이를 갖는 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기적인 특성을 향상시킨 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이를 갖는 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film and a method of manufacturing a thin film transistor having the same, and more particularly, to a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film having improved electrical characteristics and a method of manufacturing a thin film transistor having the same.

종래의 액정 표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 스위칭(switching) 소자로 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 채용해 왔으나, 최근에는 고화질의 표시품질이 요구됨에 따라 동작속도가 빠른 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(Poly Crystalline Silicon Thin Film Transistor; poly-Si TFT)를 많이 채용하고 있다.Conventional Liquid Crystal Display (LCD) has adopted Amorphous Silicon Thin Film Transistor (a-Si TFT) as a switching device, but recently, high quality display quality is required. Poly Crystalline Silicon Thin Film Transistors (poly-Si TFTs) with fast operation speeds are employed.

상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(poly-Si TFT)에서 다결정 실리콘 박막을 형성하는 방법은 다결정 실리콘 박막을 직접 기판 상에 형성하는 방법과, 비정질 실리콘 박막을 기판 상에 형성시킨 후 상기 비정질 실리콘 박막을 열처리하여 다결정 실리콘 박막을 형성하는 방법 등이 있다.The polycrystalline silicon thin film transistor (poly-Si TFT) to form a polycrystalline silicon thin film is a method of forming a polycrystalline silicon thin film directly on the substrate, an amorphous silicon thin film is formed on the substrate and the heat treatment of the amorphous silicon thin film And a method of forming a polycrystalline silicon thin film.

일반적으로 상기 액정 표시장치(LCD)에 사용되는 유리기판은 600도씨 이상이 되는 일반적인 열처리 공정에서 변형이 일어날 수 있기 때문에, 상기 비정질 실리콘 박막을 열처리하는 방법으로는 엑시머 레이저(Excimer Laser)로 이용한 방법이 사용된다. 이러한 엑시머 레이저에 의한 열처리 방법(Excimer Laser Annealing, ELA)은 높은 에너지를 갖는 레이저 빔(beam)을 상기 비정질 실리콘 박막에 조사하는 것으로, 수십 나노초(ns)의 순간적인 가열에 의해 상기 비정질 실리콘 박막이 결정화되어 상기 유리기판에 손상을 주지 않는 장점을 갖는다.In general, since the glass substrate used in the liquid crystal display (LCD) may be deformed in a general heat treatment process of 600 ° C. or more, the method of heat treating the amorphous silicon thin film is used as an excimer laser. Method is used. The Excimer Laser Annealing (ELA) method irradiates the amorphous silicon thin film with a laser beam having a high energy, and the amorphous silicon thin film is formed by instantaneous heating of several tens of nanoseconds (ns). Crystallization has an advantage of not damaging the glass substrate.

또한, 상기 엑시머 레이저에 의한 열처리 방법(Excimer Laser Annealing, ELA)은 상기 비정질 실리콘 박막을 액체 상태로 용융시킨 후 고체로 고상(solid phase)화될 때, 실리콘 원자들을 우수한 결정성을 갖는 그레인(grain) 형태로 재배열시키기 때문에, 비교적 높은 전기 이동도를 갖는 실리콘 박막을 형성시킨다. 즉, 상기 엑시머 레이저에 의한 열처리 방법(ELA)으로 형서된 상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 스위치－온(on) 상태일 때 높은 전기 이동도를 갖는다.In addition, the Excimer Laser Annealing (ELA) method has a fine grain of silicon atoms when the amorphous silicon thin film is melted in a liquid state and solidified into a solid phase. By rearranging in form, a silicon thin film having a relatively high electrical mobility is formed. That is, the polycrystalline silicon thin film transistor, which is formatted by the heat treatment method ELA by the excimer laser, has a high electric mobility when in the switch-on state.

그러나, 상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 스위치-오프(off) 상태일 때에도 상기 그레인들의 경계부위를 통해 누설전류가 흐르는 문제점을 갖는다. 즉, 상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 실리콘 원자들간의 결합이 상대적으로 약한 그레인의 경계부위에서 전자-홀 쌍의 생성에 의한 누설전류가 발생되는 문제점을 갖는다.However, the polycrystalline silicon thin film transistor has a problem that leakage current flows through the boundary of the grains even when the switch is turned off. That is, the polycrystalline silicon thin film transistor has a problem in that a leakage current is generated due to the generation of an electron-hole pair at the boundary of grains in which bonding between silicon atoms is relatively weak.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 그레인의 크기를 증가시켜 전기적인 특성을 향상시킨 다결정 실리콘 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem of the present invention is to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film which improves electrical characteristics by increasing the size of grain.

본 발명의 다른 목적은 상기한 다결정 실리콘 박막의 제조방법을 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film transistor including the method for producing a polycrystalline silicon thin film.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조방법은 기판의 제1 단부에 형성된 비정질 실리콘 박막의 일부에 레이저 빔을 조사하여, 상기 비정질 실리콘 박막 중 상기 레이저 빔이 직접 조사된 부분을 완전 액화시키는 단계와, 상기 레이저 빔에 의해 완전 액화된 비정질 실리콘 박막 내에서 실리콘 그레인을 성장시켜 결정화시키는 단계와, 상기 실리콘 그레인의 크기를 증가시켜 제1 다결정 실리콘 박막을 형성하기 위해 레이저 빔을 상기 제1 단부에서 상기 제1 단부와 대향하는 제2 단부로 소정의 간격 이동시켜 반복적으로 조사하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to an embodiment irradiates a laser beam to a portion of an amorphous silicon thin film formed at a first end of a substrate, so that the laser beam of the amorphous silicon thin film is Completely liquefying the directly irradiated portion, growing and crystallizing silicon grain in the amorphous silicon thin film completely liquefied by the laser beam, and increasing the size of the silicon grain to form a first polycrystalline silicon thin film Irradiating the laser beam repeatedly by a predetermined distance from the first end to the second end opposite to the first end.

상기한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법은 비정질 실리콘 박막을 기판 상에 형성하는 단계와, 레이저에서 발생된 레이저 빔을 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 변경시키는 단계와, 상기 다결정 실리콘 박막의 일부를 식각하여 다결정 실리콘 패턴을 형성하는 단계와, 상기 다결정 실리콘 패턴을 보호하는 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 및 절연막을 덮는 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연막 및 절연층의 일부를 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 통해 상기 다결정 실리콘 패턴과 전 기적으로 연결된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor, including forming an amorphous silicon thin film on a substrate, and forming the amorphous silicon thin film by using a laser beam generated by a laser. Changing to a thin film, etching a portion of the polycrystalline silicon thin film to form a polycrystalline silicon pattern, forming an insulating film protecting the polycrystalline silicon pattern, forming a gate electrode on the insulating film; Forming an insulating layer covering the gate electrode and the insulating layer, etching a portion of the insulating layer and the insulating layer to form a contact hole, and a source electrode electrically connected to the polycrystalline silicon pattern through the contact hole. And forming a drain electrode.

이러한 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이를 갖는 박막 트랜지스터의 제조방법에 의하면, 레이저 빔을 기판의 제1 단부에서 제2 단부로 소정의 간격 이동시켜 반복적으로 조사함으로써, 실리콘 그레인의 크기를 증가시키고, 그 결과 전기적인 특성이 향상된 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있다.According to such a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film and a method of manufacturing a thin film transistor having the same, the size of silicon grain is increased by repeatedly irradiating a laser beam at a predetermined interval from the first end to the second end of the substrate, As a result, a polycrystalline silicon thin film having improved electrical characteristics can be formed.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<다결정 실리콘 박막 제조방법의 실시예-1><Example-1 of the polycrystalline silicon thin film manufacturing method>

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막을 제조하기 위한 제조장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조방법을 나타낸 개념도이고, 도 3은 도 1의 A부분을 확대해서 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a manufacturing apparatus for manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a conceptual diagram showing a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to a first embodiment of the present invention, 3 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 다결정 실리콘 박막(140)을 제조하기 위한 제조장치는 레이저(10), XY-스테이지(20), 기판(100)을 포함한다.1 to 3, a manufacturing apparatus for manufacturing the polycrystalline silicon thin film 140 includes a laser 10, an XY-stage 20, and a substrate 100.

상기 레이저(laser, 10)는 레이저 빔(200)을 단속적으로 발생시켜 상기 레이저 빔(200)을 상기 기판에 조사한다. 상기 레이저(10)는 단파장, 고출력 및 고효율의 레이저 빔을 발생시키는 엑시머(excimer) 레이저인 것이 바람직하다. 상기 엑시머 레이저는 예를 들어, 비활성 기체, 비활성기체 할로겐화물, 할로겐화 수은, 비활성기체 산화합물 및 다원자 엑시머를 포함한다. 이때, 상기 비활성 기체에는 Ar2, Kr2, Xe2 등이 있고, 상기 비활성기체 할로겐화물에는 ArF, ArCl, KrF, KrCl, XeF, XeCl 등이 있고, 상기 할로겐화 수은은 HgCl, HgBr, HgI 등이 있으며, 상기 비활성기체 산화합물은 ArO, KrO, XeO 등이 있고, 상기 다원자 엑시머는 Kr2F, Xe2F 등이 있다.The laser 10 generates the laser beam 200 intermittently to irradiate the laser beam 200 to the substrate. The laser 10 is preferably an excimer laser for generating a short wavelength, high power and high efficiency laser beam. The excimer laser includes, for example, an inert gas, an inert gas halide, a mercury halide, an inert gas acid compound, and a multiatomic excimer. At this time, the inert gas includes Ar2, Kr2, Xe2, and the like, and the inert gas halide includes ArF, ArCl, KrF, KrCl, XeF, XeCl, and the like. Inert gas acid compounds include ArO, KrO, XeO and the like, and the multiatomic excimer is Kr2F, Xe2F and the like.

상기 엑시머 레이저에서 발생된 레이저 빔의 파장은 200 nm 내지 400 nm 의 범위를 갖고, 바람직하게 상기 레이저 빔의 파장은 250 nm 또는 308 nm 이다. 상기 레이저 빔의 주파수는 300 Hz 내지 6000 Hz 의 범위를 갖고, 바람직하게 4000 Hz 내지 6000 Hz 의 범위를 갖는다.The wavelength of the laser beam generated in the excimer laser is in the range of 200 nm to 400 nm, preferably the wavelength of the laser beam is 250 nm or 308 nm. The frequency of the laser beam is in the range of 300 Hz to 6000 Hz, preferably in the range of 4000 Hz to 6000 Hz.

상기 XY-스테이지(XY-stage, 20)는 상기 기판(100)을 지지하며, 상기 기판(100)을 일정한 간격을 갖도록 조금씩 반복적으로 이동시킨다. 예를 들어, 상기 XY-스테이지(20)는 상기 기판(100)을 일정한 간격을 갖으며 오른쪽에서 왼쪽으로 조금씩 이동시킨다.The XY-stage 20 supports the substrate 100 and repeatedly moves the substrate 100 little by little at regular intervals. For example, the XY-stage 20 moves the substrate 100 little by little from right to left at regular intervals.

상기 XY-스테이지(20)가 상기 기판(100)을 조금씩 반복적으로 이동시킬 때마다, 상기 레이저(10)에서 발생된 상기 레이저 빔(200)은 상대적으로 상기 기판(100)의 제1 단부(102)에서 상기 기판(100)의 제2 단부(104)로 조금씩 이동되면서 상기 기판(100)에 조사된다. 이때, 상기 기판(100)의 제1 단부(102)는 상기 기판(100)의 좌측 단부를 말하며, 상기 기판(100)의 제2 단부(104)는 상기 기판(100)의 우측 단부를 말한다. 이와 다르게, 상기 XY-스테이지(20)는 상기 기판(100)을 일정한 간격을 갖으며 왼쪽에서 오른쪽으로 조금씩 이동시킬 수도 있다.Each time the XY-stage 20 repeatedly moves the substrate 100 little by little, the laser beam 200 generated by the laser 10 is relatively the first end 102 of the substrate 100. ) Is irradiated to the substrate 100 while being moved little by little to the second end 104 of the substrate 100. In this case, the first end 102 of the substrate 100 refers to the left end of the substrate 100, and the second end 104 of the substrate 100 refers to the right end of the substrate 100. Alternatively, the XY-stage 20 may move the substrate 100 little by little from left to right at regular intervals.

상기 기판(100)은 상기 XY-스테이지(20) 상에 배치되며, 투명 기판(110), 산화층(120) 및 비정질 실리콘 박막(130)을 포함한다. 상기 기판(100)의 사이즈는 용 도에 따라 다르지만, 일례로 470mm X 360mm의 크기를 갖는다.The substrate 100 is disposed on the XY-stage 20 and includes a transparent substrate 110, an oxide layer 120, and an amorphous silicon thin film 130. The size of the substrate 100 varies depending on the application, but has a size of 470 mm X 360 mm, for example.

상기 투명 기판(110)은 상기 XY-스테이지(20) 상에 배치되며, 광이 통과하도록 유리 또는 석영으로 형성된다. 상기 산화층(120)은 상기 투명 기판(110) 상에 형성되며, 상기 투명 기판(110)과 상기 비정질 실리콘 박막(130) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 상기 비정질 실리콘 박막(130)은 화학 증착 방법(Chemical Vapor Deposition)에 의해 상기 산화층(120) 상에 형성되며, 비정질 실리콘(amorphous silicon, a-Si)으로 이루어진다.The transparent substrate 110 is disposed on the XY-stage 20 and formed of glass or quartz to allow light to pass through. The oxide layer 120 is formed on the transparent substrate 110 and improves an interface property between the transparent substrate 110 and the amorphous silicon thin film 130. The amorphous silicon thin film 130 is formed on the oxide layer 120 by chemical vapor deposition, and is made of amorphous silicon (a-Si).

상기 레이저(10)에서 발생된 상기 레이저 빔(200)은 상기 비정질 실리콘 박막(130)으로 조사되어 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부를 순간적으로 용융시킨다. 용융된 비정질 실리콘 박막(130)은 급속히 고상 결정화(solid phase crystallization)를 일으키고, 그 결과 다결정 실리콘(poly crystalline silicon, p-Si)으로 구성된 다결정 실리콘 박막(140)이 형성된다.The laser beam 200 generated by the laser 10 is irradiated onto the amorphous silicon thin film 130 to instantly melt a portion of the amorphous silicon thin film 130. The molten amorphous silicon thin film 130 rapidly causes solid phase crystallization, and as a result, a polycrystalline silicon thin film 140 composed of poly crystalline silicon (p-Si) is formed.

도 4a 내지 도 4f는 도 2에서 도시된 제조방법에 의해 다결정 실리콘 박막이 성장하는 과정을 설명하기 위해 도시된 단면도들이다. 구체적으로, 도 4a는 레이저 빔에 의해 비정질 실리콘 박막의 일부가 액화되는 과정을 나타낸 것이고, 도 4b는 액화된 실리콘이 양 측면으로 성장하는 과정을 나타낸 것이고, 도 4c는 액화된 실리콘의 측면 성장에 의해 중앙에 돌출부가 형성되는 과정을 나타낸 것이고, 도 4d는 레이저 빔을 다시 조사하여 돌출부를 액화시키는 과정을 나타낸 것이고, 도 4e는 액화된 실리콘이 다시 양 측면으로 성장하는 과정을 나타낸 것이고, 도 4f는 액화된 실리콘의 측면 성장에 의해 중앙에 다시 돌출부가 형성되는 과정을 나타낸 것 이다.4A through 4F are cross-sectional views illustrating a process of growing a polycrystalline silicon thin film by the manufacturing method illustrated in FIG. 2. Specifically, FIG. 4A illustrates a process in which a portion of the amorphous silicon thin film is liquefied by a laser beam, FIG. 4B illustrates a process in which liquefied silicon is grown on both sides, and FIG. 4C is a lateral growth of liquefied silicon. 4d illustrates a process of liquefying the protrusion by again irradiating a laser beam, and FIG. 4e illustrates a process of growing liquefied silicon back to both sides, and FIG. 4f. Shows the process of forming the protrusion again in the center by lateral growth of liquefied silicon.

도 4a를 참조하면, 우선 상기 비정질 실리콘 박막(130)이 형성된 기판(100)과 상기 레이저 빔(200)을 발생시키는 레이저(10)를 마련한다. 상기 기판(100)은 상기 XY-스테이지(20) 상에 배치되며, 상기 레이저 빔(200)은 좁은 폭과 긴 길이를 갖는다. 이때, 상기 레이저 빔(200)의 길이는 상기 기판(100)의 어느 한 변의 길이와 동일한 것이 바람직하며, 상기 레이저 빔(200)의 폭은 상기 실리콘 그레인이 측면 성장하는 길이의 두 배 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 상기 레이저 빔(200)의 폭은 2㎛ 내지 20㎛ 범위를 갖는다.Referring to FIG. 4A, first, a substrate 100 on which the amorphous silicon thin film 130 is formed and a laser 10 generating the laser beam 200 are prepared. The substrate 100 is disposed on the XY-stage 20, and the laser beam 200 has a narrow width and a long length. In this case, the length of the laser beam 200 is preferably the same as the length of any one side of the substrate 100, the width of the laser beam 200 is preferably at least twice the length of the side grain growth of the silicon grain. Do. More preferably, the width of the laser beam 200 ranges from 2 μm to 20 μm.

이어서, 상기 레이저(10)에서 발생된 상기 레이저 빔(200)은 상기 기판(100)의 제1 단부(102)에 형성된 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부에 조사된다. 상기 레이저 빔(200)이 조사된 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부는 액화되어 액상(liquid phase) 실리콘(134)으로 상(phase)의 변형을 일으키고, 그 이외의 다른 부분은 액화되지 않고 고상 비정질 실리콘 박막(132)으로 유지된다.Subsequently, the laser beam 200 generated by the laser 10 is irradiated onto a portion of the amorphous silicon thin film 130 formed at the first end 102 of the substrate 100. A portion of the amorphous silicon thin film 130 irradiated with the laser beam 200 is liquefied to cause phase transformation into liquid phase silicon 134, and other portions are solid without being liquefied. The amorphous silicon thin film 132 is maintained.

이때, 상기 레이저 빔(200)은 한 번의 조사에 의해 상기 비정질 실리콘 박막(134)을 액화시킬 수 있는 에너지 밀도를 갖는 것이 바람직하지만, 이와 다르게 상기 레이저 빔(200)은 수 차례 상기 비정질 실리콘 박막(130)에 조사되어 상기 비정질 실리콘 박막(130)을 액화시킬 수도 있다.In this case, the laser beam 200 preferably has an energy density capable of liquefying the amorphous silicon thin film 134 by one irradiation, but, alternatively, the laser beam 200 has the amorphous silicon thin film several times. 130 may be irradiated to liquefy the amorphous silicon thin film 130.

도 4b를 참조하면, 이어서 상기 액상 실리콘(134)은 액화되지 않은 양 측면의 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)으로부터 마주보는 방향으로 성장하면서 고상 결정화가 이루어진다. 이때, 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)은 상기 액상 실리콘(134)이 성장하기 위한 실리콘 그레인(grain)의 핵으로 작용한다. 즉, 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)이 상기 실리콘 그레인이 성장하는 데 있어서 핵으로 작용함에 따라, 상기 액상 실리콘(134)은 양 측면으로부터 상기 레이저 빔(200)의 폭의 반만큼 측면 성장(lateral growth)이 이루어진다. 이때, 상기 액상 실리콘(134)의 측면 성장의 길이는 1㎛ 내지 5㎛ 의 범위를 가질 수 있으며, 일반적으로 2㎛ 내지 4㎛ 의 범위를 갖는다.Referring to FIG. 4B, the liquid silicon 134 subsequently grows in a direction facing the solid amorphous silicon thin film 132 on both sides of the non-liquefied side, thereby performing solid phase crystallization. In this case, the solid amorphous silicon thin film 132 serves as a nucleus of silicon grains for growing the liquid silicon 134. That is, as the solid amorphous silicon thin film 132 acts as a nucleus in the growth of the silicon grain, the liquid silicon 134 is laterally grown by half of the width of the laser beam 200 from both sides. growth). In this case, the length of the side growth of the liquid silicon 134 may have a range of 1 μm to 5 μm, and generally has a range of 2 μm to 4 μm.

도 4c를 참조하면, 상기 액상 실리콘(134)이 양 측면으로부터 측면 성장(lateral growth)을 함에 따라, 양 측면의 중앙에는 소정의 높이를 갖는 돌출부(146)가 형성된다. 상기 돌출부(146)는 상기 액상 실리콘(134)의 측면 성장이 양 측면의 중앙에서 만남에 따라 형성되는 것으로, 상기 다결정 실리콘 박막(140)의 전기 이동도(electrical mobility)를 감소시킨다. 따라서, 상기 돌출부(146)는 높은 전기 이동도를 요구하는 실리콘 박막에서는 제거되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4C, as the liquid silicon 134 grows laterally from both sides, a protrusion 146 having a predetermined height is formed at the center of both sides. The protrusion 146 is formed as the side growth of the liquid silicon 134 meets at the centers of both sides, thereby reducing the electrical mobility of the polycrystalline silicon thin film 140. Thus, the protrusion 146 is preferably removed from the silicon thin film that requires high electrical mobility.

도 4d를 참조하면, 상기 레이저 빔(200)을 상기 기판(100)의 제1 단부(102)에서 제2 단부(104)로 소정의 간격 이동시켜 다시 상기 기판(100)에 조사함으로써, 상기 돌출부(146)를 액화시켜 제거한다. 즉, 상기 레이저 빔(200)이 상기 기판(100)에 다시 조사됨에 따라, 상기 돌출부(146)가 액화될 뿐만 아니라 상기 다결정 실리콘 박막의 일부 및 상기 비결정실 실리콘 박막의 일부도 액화되어, 다시 상기 액상 실리콘(134)을 형성한다. 이때, 상기 레이저 빔(200)의 이동 간격은 상기 돌출부(146)를 완전히 액화시킬 수 있는 거리를 갖는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4D, the laser beam 200 is moved from the first end 102 of the substrate 100 to the second end 104 by a predetermined interval to irradiate the substrate 100 again, thereby providing the protrusion. 146 is liquefied and removed. That is, as the laser beam 200 is irradiated to the substrate 100 again, not only the protrusion 146 is liquefied, but also a part of the polycrystalline silicon thin film and a part of the amorphous chamber silicon thin film are liquefied, and thus the Liquid silicon 134 is formed. At this time, the movement interval of the laser beam 200 preferably has a distance that can completely liquefy the protrusion 146.

또한, 상기 레이저 빔(200)의 이동 간격은 상기 액상 실리콘(134)이 측면 성장할 수 있는 길이 이하인 것이 바람직하고, 상기 레이저 빔(200)의 폭의 반 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 레이저 빔(200)의 이동 간격은 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위를 갖는다.In addition, the movement interval of the laser beam 200 is preferably less than the length that the liquid silicon 134 can grow laterally, preferably less than half of the width of the laser beam 200. More preferably, the movement interval of the laser beam 200 has a range of 1 μm to 5 μm.

도 4e를 참조하면, 다시 액화되어 형성된 상기 액상 실리콘(134)은 양 측면의 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)으로부터 마주보는 방향으로 성장하면서 다시 고상 결정화가 이루어진다. 이러한 두 번째 고상 결정화가 이루어질 때, 상기 액상 실리콘(134)의 중앙으로부터 좌측에 배치된 상기 다결정 실리콘 박막(142)은 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하면서 우측으로 더욱 길게 성장하는 반면, 상기 액상 실리콘(134)의 중앙으로부터 우측에 배치된 상기 비정질 실리콘 박막(132)은 좌측으로 상기 레이저 빔(200)의 폭의 반만큼 성장한다.Referring to FIG. 4E, the liquid silicon 134 formed by liquefaction again grows in a direction facing from the solid amorphous silicon thin film 132 on both sides, and solid crystallization is performed again. When the second solid phase crystallization is performed, the polycrystalline silicon thin film 142 disposed on the left side from the center of the liquid silicon 134 grows longer to the right side while absorbing the liquid silicon 134, whereas the liquid silicon The amorphous silicon thin film 132 disposed to the right from the center of 134 grows to the left by half the width of the laser beam 200.

도 4f를 참조하면, 상기 액상 실리콘(134)이 다시 양 측면으로부터 측면 성장(lateral growth)을 함에 따라, 양 측면의 중앙에는 소정의 높이를 갖는 돌출부(146)가 다시 형성된다. Referring to FIG. 4F, as the liquid silicon 134 grows laterally from both sides, protrusions 146 having predetermined heights are formed at the centers of both sides.

이와 같이, 상기 돌출부(146)가 다시 형성되면, 상기 레이저 빔(200)이 또 다시 소정 간격 이동되어 조사하여 상기 돌출부(146)를 액화시키고, 액화된 상기 액상 실리콘(134)은 또 다시 측면 성장을 일어나는 과정을 반복 수행함에 따라, 보다 높은 전기 이동도를 갖는 상기 다결정 실시콘 박막(140)을 형성할 수 있다.As such, when the protrusion 146 is formed again, the laser beam 200 is again moved by a predetermined interval to liquefy the protrusion 146, and the liquefied liquid silicon 134 is further grown laterally. By repeating the process to occur, it is possible to form the polycrystalline embodiment thin film 140 having a higher electrical mobility.

도 5a 내지 도 5c는 도 2에서 도시된 제조방법에 의해 다결정 실리콘 박막이 성장하는 과정을 설명하기 위해 도시된 평면도들이다. 구체적으로, 도 5a는 레이저 빔이 첫 번째로 조사될 때의 다결정 실리콘 박막을 단순화하여 나타낸 것이고, 도 5b는 레이저 빔이 두 번째로 조사될 때의 다결정 실리콘 박막을 단순화하여 나타낸 것이며, 도 5c는 레이저 빔이 세 번째로 조사될 때의 다결정 실리콘 박막을 단순화하여 나타낸 것이다.5A through 5C are plan views illustrating a process of growing a polycrystalline silicon thin film by the manufacturing method illustrated in FIG. 2. Specifically, FIG. 5A shows a simplified polycrystalline silicon thin film when the laser beam is first irradiated, and FIG. 5B shows a simplified polycrystalline silicon thin film when the laser beam is irradiated a second time, and FIG. 5C It is a simplified illustration of the polycrystalline silicon thin film when the laser beam is irradiated for the third time.

도 5a를 참조하면, 상기 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔(200)이 첫 번째로 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부에 조사된다. 상기 레이저 빔(200)이 조사된 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부는 순간적으로 용융되어 상기 액상 실리콘(134)으로 변화되고, 상기 액상 실리콘(134)은 액화되지 않은 양 측면의 상기 고상 실리콘 박막(132)으로부터 측면 성장이 일어난다.Referring to FIG. 5A, a laser beam 200 generated by the laser 10 is first irradiated onto a portion of the amorphous silicon thin film 130. A portion of the amorphous silicon thin film 130 irradiated with the laser beam 200 is instantly melted to change into the liquid silicon 134, and the liquid silicon 134 is the solid silicon thin film on both sides of the liquid layer that is not liquefied. Lateral growth occurs from 132.

상기 액상 실리콘(134)의 측면 성장이 일어날 때, 양 측면에 있는 상기 고상 실리콘 박막(132)은 성장을 위한 핵으로 작용한다. 상기 실리콘의 핵이 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하면서 성장함에 따라, 복수개의 실리콘 그레인(silicon grain, 142)들이 생성된다. 상기 실리콘 그레인(142)들은 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하면서 더욱 성장하게 되어 서로 만나게 되고, 상기 실리콘 그레인(142)들이 서로 만나면서 상기 실리콘 그레인(142)들의 사이에는 실리콘 그레인 경계(silicon grain boundary, 144)들이 형성된다.When lateral growth of the liquid silicon 134 occurs, the solid silicon thin films 132 on both sides serve as nuclei for growth. As the nucleus of the silicon grows while absorbing the liquid silicon 134, a plurality of silicon grains 142 are generated. The silicon grains 142 are further grown while absorbing the liquid silicon 134 and meet each other. The silicon grains 142 meet each other, and the silicon grains 142 are disposed between the silicon grains 142. 144 are formed.

상기 실리콘 그레인(142)들이 측면 성장을 함에 따라, 양 측면의 중앙에서는 소정의 높이를 갖는 돌출부(144)가 형성된다. 상기 돌출부(144)는 상기 레이저 빔(200)의 폭의 반에 해당하는 양 측면의 중앙을 따라 거의 일직선으로 형성된다.As the silicon grains 142 grow side by side, a protrusion 144 having a predetermined height is formed at the center of both sides. The protrusion 144 is formed almost straight along the center of both sides corresponding to half of the width of the laser beam 200.

도 5b를 참조하면, 상기 레이저 빔(200)은 소정의 간격을 이동하여 상기 다결정 실리콘 박막(140)의 일부 및 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부에 두 번째로 조사된다. 이때, 상기 레이저 빔(200)의 제1 이동 폭(D1)은 상기 돌출부(146)를 액화하여 제거할 수 있도록 상기 레이저 빔(200)의 단축 방향으로 폭의 반 이하의 간격을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 레이저 빔(200)의 이동 폭(D1)은 1 ㎛ 내지 4 ㎛의 범위를 갖는다.Referring to FIG. 5B, the laser beam 200 is irradiated a second time to a portion of the polycrystalline silicon thin film 140 and a portion of the amorphous silicon thin film 130 by moving a predetermined interval. In this case, the first moving width D1 of the laser beam 200 preferably has an interval less than half of the width in the short axis direction of the laser beam 200 so as to liquefy and remove the protrusion 146. . For example, the moving width D1 of the laser beam 200 has a range of 1 μm to 4 μm.

또한, 상기 레이저 빔(200)이 상기 비정질 실리콘 박막(130)에 과도하게 조사가 되는 경우, 상기 비정질 실리콘 박막(130)이 상기 레이저 빔(200)에 의해 벗겨지는 형상이 일어날 수 있다. 상기 비정질 실리콘 박막(130)이 벗겨지는 현상을 방지하기 위해, 첫 번째 조사된 상기 레이저 빔(200)과 두 번째 조사된 레이저 빔(200)이 겹치는 면적은 상기 레이저 빔(200)의 전체 면적의 90% 이하인 것이 바람직하다.In addition, when the laser beam 200 is excessively irradiated onto the amorphous silicon thin film 130, a shape in which the amorphous silicon thin film 130 is peeled off by the laser beam 200 may occur. In order to prevent the amorphous silicon thin film 130 from peeling off, an area where the first irradiated laser beam 200 and the second irradiated laser beam 200 overlap with each other is equal to the total area of the laser beam 200. It is preferable that it is 90% or less.

상기 레이저 빔(200)이 두 번째 조사됨에 따라, 상기 돌출부(144), 상기 다결정 실리콘 박막(140)의 일부 및 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부가 용해되어 상기 액상 실리콘(134)이 다시 형성된다. 상기 액상 실리콘(134)의 왼쪽 측면에는 상기 레이저 빔(200)의 첫 번째 조사 때 형성된 상기 다결정 실리콘 박막(140)이 있고, 상기 액상 실리콘(134)의 오른쪽 측면에는 기존의 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)이 있다.As the laser beam 200 is irradiated a second time, the protrusion 144, a part of the polycrystalline silicon thin film 140, and a part of the amorphous silicon thin film 130 are dissolved to form the liquid silicon 134 again. do. On the left side of the liquid silicon 134 is the polycrystalline silicon thin film 140 formed at the first irradiation of the laser beam 200, and on the right side of the liquid silicon 134, the existing solid-state amorphous silicon thin film ( 132).

이때, 상기 다결정 실리콘 박막(140) 내에 있는 상기 실리콘 그레인(142)들은 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하면서 오른쪽으로 더욱 길게 성장하고, 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)도 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하여 왼쪽으로 새로운 실리콘 그레인(142)들을 형성하면서 성장한다. 상기 실리콘 그레인(142)들이 측면 성장을 함에 따라, 양 측면의 중앙에서는 소정의 높이를 갖는 새로운 돌출부(146)가 형성된다.In this case, the silicon grains 142 in the polycrystalline silicon thin film 140 grow longer to the right while absorbing the liquid silicon 134, and the solid amorphous silicon thin film 132 also forms the liquid silicon 134. Absorb and grow to form new silicon grains 142 to the left. As the silicon grains 142 grow laterally, new protrusions 146 having a predetermined height are formed at the center of both sides.

도 5c를 참조하면, 상기 레이저 빔(200)은 소정의 간격을 다시 이동하여, 상기 다결정 실리콘 박막(140)의 일부 및 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부에 세 번째로 조사된다. 이때, 상기 레이저 빔(200)의 제2 이동 폭(D2)은 상기 제1 이동 폭(D2)과 동일한 크기를 갖는 것이 바람직하며, 상기 새로운 돌출부(146)가 용융되어 제거되도록 상기 레이저 빔(200)의 폭의 반 이하의 간격을 갖는다.Referring to FIG. 5C, the laser beam 200 is moved again by a predetermined interval, and is irradiated to a part of the polycrystalline silicon thin film 140 and a part of the amorphous silicon thin film 130 for the third time. In this case, the second moving width D2 of the laser beam 200 preferably has the same size as the first moving width D2, and the new projection 146 is melted and removed so that the laser beam 200 is removed. Spacing less than half the width of

상기 레이저 빔(200)이 세 번째 조사됨에 따라, 상기 다결정 실리콘 박막(140)의 일부 및 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부가 용해되어 상기 액상 실리콘(134)이 또 다시 형성된다. 이때, 상기 액상 실리콘(134)의 왼쪽 측면에 있는 상기 다결정 실리콘 박막(140)의 상기 실리콘 그레인(142)들은 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하면서 오른쪽으로 더욱 더 길게 성장하고, 상기 액상 실리콘(134)의 오른쪽 측면에 있는 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)은 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하여 왼쪽으로 새로운 실리콘 그레인(134)들을 형성하면서 성장한다. 이러한 실리콘 그레인(142)들이 측면 성장을 함에 따라, 양 측면의 중앙에서는 소정의 높이를 갖는 또 다른 새로운 돌출부(146)가 형성된다.As the laser beam 200 is irradiated for the third time, a part of the polycrystalline silicon thin film 140 and a part of the amorphous silicon thin film 130 are dissolved to form the liquid silicon 134 again. In this case, the silicon grains 142 of the polycrystalline silicon thin film 140 on the left side of the liquid silicon 134 grow longer to the right while absorbing the liquid silicon 134, and the liquid silicon 134 The solid-state amorphous silicon thin film 132 on the right side of the γ grows by absorbing the liquid silicon 134 and forming new silicon grains 134 to the left. As these silicon grains 142 grow laterally, another new protrusion 146 having a predetermined height is formed at the center of both sides.

이와 같이, 상기 돌출부(146)의 생성 및 소멸을 반복하면서 상기 실리콘 그레인(142)들이 측면 성장을 함에 따라, 보다 높은 전기 이동도를 갖는 상기 다결정 실시콘 박막(140)을 형성할 수 있다.As described above, as the silicon grains 142 grow side by side while repeatedly generating and dissipating the protrusion 146, the polycrystalline execution cone thin film 140 having a higher electric mobility may be formed.

도 6은 도 2에서 도시된 제조방법에 의해 완성된 다결정 실리콘 박막을 개략 적으로 도시한 평면도이다.FIG. 6 is a plan view schematically illustrating a polycrystalline silicon thin film completed by the manufacturing method illustrated in FIG. 2.

도 6을 참조하면, 상기 제조방법에 의해 완성된 다결정 실리콘 박막(140)은 복수개의 실리콘 그레인(142)들 및 복수개의 실리콘 그레인 경계(144)들로 이루어진다.Referring to FIG. 6, the polycrystalline silicon thin film 140 completed by the manufacturing method includes a plurality of silicon grains 142 and a plurality of silicon grain boundaries 144.

상기 실리콘 그레인(142)들은 각각 왼쪽에서 오른쪽으로 또는 왼쪽에서 오른쪽으로 평행하게 성장된 형상들을 갖는다. 상기 실리콘 그레인 경계(144)들도 상기 실리콘 그레인(142)들의 형상에 의해 평행한 방향으로 형성된다. 따라서, 상기 다결정 실리콘 박막(140)은 왼쪽에서 오른쪽으로 또는 오른쪽에서 왼쪽으로 높은 전기 이동도를 갖는 반면, 위에서 아래로 또는 아래에서 위로는 낮은 전기 이동도를 갖는다. 이와 같이, 상기 다결정 실리콘 박막(140)이 상하로 낮은 전기 이동도를 갖는 이유는 왼쪽에서 오른쪽으로 평행하게 형성된 상기 실리콘 그레인 경계(144)들에 의해 전자(electron) 및 전공(hole) 등의 이동이 방해되기 때문이다.The silicon grains 142 have shapes grown in parallel from left to right or left to right, respectively. The silicon grain boundaries 144 are also formed in parallel directions by the shape of the silicon grains 142. Thus, the polycrystalline silicon thin film 140 has high electrical mobility from left to right or from right to left, while having low electrical mobility from top to bottom or bottom to top. As such, the reason why the polycrystalline silicon thin film 140 has low and high electrical mobility is due to the movement of electrons and holes due to the silicon grain boundaries 144 formed in parallel from left to right. Because it is disturbed.

본 실시예에 따르면, 상기 레이저 빔(200)이 소정의 간격 이동되며 반복적으로 상기 비정질 실리콘 박막(130)에 조사됨으로써, 상기 실리콘 그레인(142)들의 크기가 증가된 상기 다결정 실리콘 박막(140)을 형성할 수 있다.According to the present exemplary embodiment, the laser beam 200 is moved at predetermined intervals and repeatedly irradiated onto the amorphous silicon thin film 130, thereby increasing the size of the silicon crystals 142. Can be formed.

<다결정 실리콘 박막 제조방법의 실시예-2><Example 2 of the polycrystalline silicon thin film manufacturing method>

본 발명의 제2 실시예에 의한 다결정 실리콘 박막 제조방법은 다결정 실리콘 박막을 제외하면, 앞서 설명한 제1 실시예의 다결정 실리콘 박막 제조방법과 동일한 구성을 가짐으로 그 중복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호 및 명칭을 사용하기로 한다.Except for the polycrystalline silicon thin film, the method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film according to the second embodiment of the present invention has the same configuration as the method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film of the first embodiment described above, and thus the duplicated description thereof will be omitted. The same reference numerals and names are used for the components.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막 제조방법에 의해 다결정 실리콘 박막이 성장하는 과정을 설명하기 위해 도시된 평면도들이다. 구체적으로, 도 7a는 레이저 빔이 첫 번째로 조사될 때의 다결정 실리콘 박막을 단순화하여 나타낸 것이고, 도 7b는 레이저 빔이 두 번째로 조사될 때의 다결정 실리콘 박막을 단순화하여 나타낸 것이며, 도 7c는 레이저 빔이 세 번째로 조사될 때의 다결정 실리콘 박막을 단순화하여 나타낸 것이다.7A to 7C are plan views illustrating a process of growing a polycrystalline silicon thin film by the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to the second embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 7A illustrates a simplified polycrystalline silicon thin film when the laser beam is first irradiated, and FIG. 7B illustrates a simplified polycrystalline silicon thin film when the laser beam is irradiated a second time, and FIG. It is a simplified illustration of the polycrystalline silicon thin film when the laser beam is irradiated for the third time.

도 7a를 참조하면, 상기 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔(200)이 첫 번째로 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부에 조사된다. 상기 레이저 빔(200)이 조사된 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부는 순간적으로 용융되어 상기 액상 실리콘(134)으로 변화되고, 상기 액상 실리콘(134)은 액화되지 않은 양 측면의 상기 고상 실리콘 박막(132)으로부터 측면 성장이 일어난다.Referring to FIG. 7A, the laser beam 200 generated by the laser 10 is first irradiated onto a portion of the amorphous silicon thin film 130. A portion of the amorphous silicon thin film 130 irradiated with the laser beam 200 is instantly melted to change into the liquid silicon 134, and the liquid silicon 134 is the solid silicon thin film on both sides of the liquid layer that is not liquefied. Lateral growth occurs from 132.

상기 액상 실리콘(134)의 측면 성장이 일어날 때, 양 측면에 있는 상기 고상 실리콘 박막(132)은 성장을 위한 핵으로 작용한다. 상기 실리콘의 핵이 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하면서 성장함에 따라, 복수개의 실리콘 그레인(152)들이 생성된다. 상기 실리콘 그레인(152)들은 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하면서 더욱 성장하게 되어 서로 만나게 되고, 상기 실리콘 그레인(152)들이 서로 만나면서 상기 실리콘 그레인(152)들의 사이에는 실리콘 그레인 경계(154)들이 형성된다.When lateral growth of the liquid silicon 134 occurs, the solid silicon thin films 132 on both sides serve as nuclei for growth. As the nucleus of the silicon grows while absorbing the liquid silicon 134, a plurality of silicon grains 152 are generated. The silicon grains 152 are further grown while absorbing the liquid silicon 134 and meet each other, and silicon grain boundaries 154 are formed between the silicon grains 152 as the silicon grains 152 meet each other. do.

상기 실리콘 그레인(152)들이 측면 성장을 함에 따라, 양 측면의 중앙에서는 소정의 높이를 갖는 돌출부(154)가 형성된다. 상기 돌출부(154)는 상기 레이저 빔(200)의 폭의 반에 해당하는 양 측면의 중앙을 따라 거의 일직선으로 형성된다.As the silicon grains 152 grow laterally, protrusions 154 having a predetermined height are formed at the centers of both sides. The protrusion 154 is formed almost straight along the center of both sides corresponding to half of the width of the laser beam 200.

도 7b를 참조하면, 상기 레이저 빔(200)은 소정의 간격을 이동하여 상기 다결정 실리콘 박막(150)의 일부 및 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부에 두 번째로 조사된다. 이때, 상기 레이저 빔(200)의 제1 이동 폭(B1)은 상기 돌출부(156)를 제거하지 않도록 상기 레이저 빔(200)의 폭의 반 이상에서 상기 레이저 빔(200)의 폭 이하 사이의 간격을 갖는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 7B, the laser beam 200 is irradiated a second time to a portion of the polycrystalline silicon thin film 150 and a portion of the amorphous silicon thin film 130 by moving a predetermined interval. In this case, the first moving width B1 of the laser beam 200 is an interval between the width of the laser beam 200 and less than half the width of the laser beam 200 so as not to remove the protrusion 156. It is preferable to have.

상기 레이저 빔(200)이 두 번째 조사됨에 따라, 상기 다결정 실리콘 박막(150)의 일부 및 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부가 용해되어 상기 액상 실리콘(134)이 다시 형성된다. 상기 액상 실리콘(134)의 왼쪽 측면에는 상기 레이저 빔(200)의 첫 번째 조사때 형성된 상기 다결정 실리콘 박막(150)이 있고, 상기 액상 실리콘(134)의 오른쪽 측면에는 기존의 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)이 있다.As the laser beam 200 is irradiated for the second time, part of the polycrystalline silicon thin film 150 and part of the amorphous silicon thin film 130 are dissolved to form the liquid silicon 134 again. On the left side of the liquid silicon 134 is the polycrystalline silicon thin film 150 formed at the first irradiation of the laser beam 200, and on the right side of the liquid silicon 134, the existing solid-state amorphous silicon thin film ( 132).

이때, 상기 다결정 실리콘 박막(150) 내에 있는 상기 실리콘 그레인(152)들은 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하면서 오른쪽으로 길게 성장하고, 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)도 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하여 왼쪽으로 새로운 실리콘 그레인(152)들을 형성하면서 성장한다. 상기 실리콘 그레인(152)들이 측면 성장을 함에 따라, 양 측면의 중앙에서는 소정의 높이를 갖는 새로운 돌출부(156)가 형성된다.In this case, the silicon grains 152 in the polycrystalline silicon thin film 150 grow to the right while absorbing the liquid silicon 134, and the solid amorphous silicon thin film 132 also absorbs the liquid silicon 134. Thereby forming new silicon grains 152 to the left. As the silicon grains 152 grow laterally, new protrusions 156 having a predetermined height are formed at the center of both sides.

도 7c를 참조하면, 상기 레이저 빔(200)은 소정의 간격을 다시 이동하여 상기 다결정 실리콘 박막(150)의 일부 및 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부에 세 번째로 조사된다. 이때, 상기 레이저 빔(200)의 제2 이동 폭(B2)은 상기 제1 이동 폭(B2)과 동일한 크기를 갖는 것이 바람직하며, 상기 새로운 돌출부(156)가 제거되지 않도록 상기 레이저 빔(200)의 폭의 반 이상에서 상기 레이저 빔(200)의 폭 이하 사이의 간격을 갖는다.Referring to FIG. 7C, the laser beam 200 is irradiated to a portion of the polycrystalline silicon thin film 150 and a portion of the amorphous silicon thin film 130 by moving the predetermined distance again. In this case, the second moving width B2 of the laser beam 200 preferably has the same size as the first moving width B2, and the laser beam 200 does not remove the new protrusion 156. At least half of the width of the interval between the width of the laser beam 200 and less.

상기 레이저 빔(200)이 세 번째 조사됨에 따라, 상기 다결정 실리콘 박막(150)의 일부 및 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부가 용해되어 상기 액상 실리콘(134)이 또 다시 형성된다. 이때, 상기 액상 실리콘(134)의 왼쪽 측면에 있는 상기 다결정 실리콘 박막(150)의 상기 실리콘 그레인(152)들은 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하면서 오른쪽으로 길게 성장하고, 상기 액상 실리콘(134)의 오른쪽 측면에 있는 상기 고상 비정질 실리콘 박막(132)은 상기 액상 실리콘(134)을 흡수하여 왼쪽으로 새로운 실리콘 그레인(134)들을 형성하면서 성장한다. 이러한 실리콘 그레인(152)들이 측면 성장을 함에 따라, 양 측면의 중앙에서는 소정의 높이를 갖는 또 다른 새로운 돌출부(156)가 형성된다.As the laser beam 200 is irradiated for the third time, a part of the polycrystalline silicon thin film 150 and a part of the amorphous silicon thin film 130 are dissolved to form the liquid silicon 134 again. At this time, the silicon grains 152 of the polycrystalline silicon thin film 150 on the left side of the liquid silicon 134 grow long to the right while absorbing the liquid silicon 134, and The solid amorphous silicon thin film 132 on the right side grows by absorbing the liquid silicon 134 and forming new silicon grains 134 to the left. As these silicon grains 152 grow laterally, another new protrusion 156 having a predetermined height is formed at the center of both sides.

이와 같이, 상기 액상 실리콘(134)의 측면 성장에 의해 형성된 상기 돌출부(156)를 제거하기 않고, 보다 큰 이동 폭을 갖으며 상기 레이저 빔(200)을 상기 비정질 실리콘 박막(130)에 조사함으로써, 상기 다결정 실리콘 박막(150)을 형성하는 데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. As such, by removing the protrusion 156 formed by the lateral growth of the liquid silicon 134 and irradiating the amorphous silicon thin film 130 with the laser beam 200 having a larger moving width, The time required to form the polycrystalline silicon thin film 150 can be shortened.

도 8을 참조하면, 상기 제조방법에 의해 완성된 다결정 실리콘 박막(150)은 복수개의 실리콘 그레인(152)들, 복수개의 실리콘 그레인 경계(154)들 및 복수개의 돌출부(150)들로 이루어진다. Referring to FIG. 8, the polycrystalline silicon thin film 150 completed by the manufacturing method includes a plurality of silicon grains 152, a plurality of silicon grain boundaries 154, and a plurality of protrusions 150.

상기 돌출부(150)들의 각각은 위에서 아래로 평행하게 병렬로 형성된다. 상기 실리콘 그레인(152)들은 상기 돌출부(150)들의 사이에 소정의 크기를 갖으며 형성된다. 상기 실리콘 그레인 경계(154)들은 상기 돌출부(150)들의 사이에 상기 돌출부(150)들과 수직한 방향으로 형성되거나 약간 비스듬한 방향으로 형성된다. 또한, 상기 실리콘 그레인(152)들 및 상기 실리콘 그레인 경계(154)들은 상기 다결정 실리콘 박막(150)의 가장자리에도 형성된다.Each of the protrusions 150 are formed in parallel in parallel from top to bottom. The silicon grains 152 may be formed to have a predetermined size between the protrusions 150. The silicon grain boundaries 154 are formed in a direction perpendicular to the protrusions 150 or in a slightly oblique direction between the protrusions 150. In addition, the silicon grains 152 and the silicon grain boundaries 154 are also formed at the edge of the polycrystalline silicon thin film 150.

상기 다결정 실리콘 박막(150)은 상기 돌출부(156)를 포함하고 있어서 상기 돌출부(156)를 포함하지 않은 다결정 실시콘 박막에 비해 낮은 전기 이동도를 갖는다. 따라서, 상기 다결정 실리콘 박막(150)은 그다지 고특성을 요하지 않는 PMOS 소자를 제조하는 데 사용되는 것이 바람직하다.Since the polycrystalline silicon thin film 150 includes the protrusion 156, the polycrystalline silicon thin film 150 has a lower electric mobility than the polycrystalline execution cone thin film that does not include the protrusion 156. Therefore, the polycrystalline silicon thin film 150 is preferably used to manufacture a PMOS device that does not require very high characteristics.

본 실시예에 따르면, 보다 큰 이동 폭을 갖도록 상기 레이저 빔(200)을 상기 비정질 실리콘 박막(130)에 조사함으로써, 고특성을 요하지 않는 상기 다결정 실리콘 박막(150)을 보다 빠른 시간에 제조할 수 있다.According to the present embodiment, by irradiating the amorphous silicon thin film 130 with the laser beam 200 to have a larger moving width, the polycrystalline silicon thin film 150 that does not require high characteristics can be manufactured at a faster time. have.

<다결정 실리콘 박막 제조방법의 실시예-3><Example-3 of Polycrystalline Silicon Thin Film Manufacturing Method>

본 발명의 제3 실시예에 의한 다결정 실리콘 박막 제조방법은 다결정 실리콘 박막을 제외하면, 앞서 설명한 제1 실시예의 다결정 실리콘 박막 제조방법과 동일한 구성을 가짐으로 그 중복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호 및 명칭을 사용하기로 한다.Except for the polycrystalline silicon thin film, the method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film according to the third exemplary embodiment of the present invention has the same configuration as the method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film of the first exemplary embodiment described above, and thus the duplicated description thereof will be omitted. The same reference numerals and names are used for the components.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조방법을 나타 낸 개념도이다.9 is a conceptual diagram illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to a third embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 상기 다결정 실리콘 박막(160)의 제조방법은 우선, 비정질 실리콘 박막(130)이 형성된 기판(100)과 레이저 빔(200)을 발생시키는 레이저(10)를 마련한다. 상기 기판(100)은 일정 간격으로 상기 기판(100)을 이송시키거나 회전시키는 가능한 XY- 스테이지(20) 상에 배치되며, 상기 레이저 빔(200)은 긴 길이와 좁은 폭을 갖는 레이저 빔인 것이 바람직하다. 상기 레이저 빔(200)의 길이는 상기 레이저(10) 내에 포함된 광학 유닛(미도시)을 조절함으로써 변동이 가능하다.Referring to FIG. 9, in the method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film 160, first, the substrate 100 on which the amorphous silicon thin film 130 is formed and the laser 10 generating the laser beam 200 are provided. The substrate 100 is disposed on the XY-stage 20 capable of transferring or rotating the substrate 100 at regular intervals, and the laser beam 200 is preferably a laser beam having a long length and a narrow width. Do. The length of the laser beam 200 may be varied by adjusting an optical unit (not shown) included in the laser 10.

이때, 상기 기판(100)은 서로 마주보며 좌우의 양쪽 끝에 배치된 제1 및 제2 단부(102, 104)와, 상기 제1 및 제2 단부(102, 104)와 수직하며 상하의 양쪽 끝에 배치된 제3 및 제4 단부(106, 108)를 포함한다. 또한, 상기 레이저 빔(200)은 상기 제1 및 제2 단부(102, 104)와 동일한 길이를 갖는 제1 레이저 빔(210)과, 상기 제3 및 제4 단부(106, 108)와 동일한 길이를 갖는 제2 레이저 빔(220)을 포함한다.In this case, the substrate 100 faces each other and is disposed at both ends of the first and second ends 102 and 104 and perpendicular to the first and second ends 102 and 104 and disposed at the upper and lower ends. Third and fourth ends 106, 108. In addition, the laser beam 200 has the same length as the first laser beam 210 and the third and fourth ends 106 and 108 having the same length as the first and second ends 102 and 104. It includes a second laser beam 220 having.

이어서, 상기 제1 레이저 빔(210)을 상기 기판(100)의 제1 단부(102)에 형성된 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부에 조사하여, 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부를 액화시킨다. 이때, 상기 비정질 실리콘 박막(130)의 일부는 액화되어 액상 실리콘(132)으로 변형된다.Subsequently, a portion of the amorphous silicon thin film 130 is liquefied by irradiating a portion of the amorphous silicon thin film 130 formed on the first end 102 of the substrate 100 with the first laser beam 210. . In this case, a portion of the amorphous silicon thin film 130 is liquefied and transformed into liquid silicon 132.

이어서, 상기 액상 실리콘(132) 내에서 실리콘 그레인(142)을 성장시켜, 상기 액상 실리콘(132)을 고상 결정화시킨다. 상기 실리콘 그레인(142)은 액화되지 않은 양 측면의 상기 비결정 실리콘 박막을 기초로 상기 액상 실리콘을 흡수하면서 측면 성장을 한다. 상기 실리콘 그레인(142)이 측면 성장을 함에 따라, 상기 양 측 면의 중간에는 소정의 높이를 갖는 돌출부가 형성된다.Subsequently, silicon grains 142 are grown in the liquid silicon 132 to solidify the liquid silicon 132. The silicon grains 142 grow laterally while absorbing the liquid silicon based on the amorphous silicon thin films on both sides of the non-liquefied side. As the silicon grain 142 grows laterally, protrusions having a predetermined height are formed in the middle of both sides.

이어서, 상기 제1 레이저 빔(210)을 상기 제1 단부(102)에서 상기 제2 단부(104)로 소정의 간격 이동시켜 반복적으로 조사한다. 상기 제1 레이저 빔(210)이 이동되는 간격은 상기 돌출부를 제거하기 위해 상기 레이저 빔(200)의 폭의 반 이하를 갖는 것이 바람직하다. 상기 제1 레이저 빔(210)이 소정 간격 이동하여 조사됨에 따라, 상기 실리콘 그레인(142)의 크기가 좌우로 더욱 증가되어 제1 다결정 실리콘 박막(140)이 형성된다. 상기 제1 다결정 실리콘 박막(140)은 좌우가 긴 형상을 갖는 상기 실리콘 그레인(142)들과, 상기 실리콘 그레인(142)들 사이에 형성된 실리콘 그레인 경계(144)들로 구성된다.Subsequently, the first laser beam 210 is repeatedly irradiated by moving a predetermined distance from the first end 102 to the second end 104. An interval at which the first laser beam 210 is moved is preferably equal to or less than half the width of the laser beam 200 to remove the protrusion. As the first laser beam 210 is irradiated at a predetermined interval, the size of the silicon grain 142 is further increased from side to side to form the first polycrystalline silicon thin film 140. The first polycrystalline silicon thin film 140 is formed of the silicon grains 142 having a long left and right shape and silicon grain boundaries 144 formed between the silicon grains 142.

상기 제1 다결정 실리콘 박막(140)이 형성된 후, 상기 기판(100)을 90도 회전시킨다. 상기 기판(100)은 상기 XY-스테이지(20)가 90도 회전됨에 따라 회전된다. 상기 기판(100)이 90도 회전됨에 따라, 상기 레이저 빔(200)의 길이는 회전된 후 상기 기판(100)의 길이와 동일하게 조정된다. 즉, 상기 제1 레이저 빔(210)은 상기 제3 및 제4 단부와 동일한 길이를 갖는 제2 레이저 빔(220)으로 조정된다.After the first polycrystalline silicon thin film 140 is formed, the substrate 100 is rotated 90 degrees. The substrate 100 is rotated as the XY-stage 20 is rotated 90 degrees. As the substrate 100 is rotated 90 degrees, the length of the laser beam 200 is adjusted to be equal to the length of the substrate 100 after being rotated. That is, the first laser beam 210 is adjusted to the second laser beam 220 having the same length as the third and fourth ends.

이어서, 상기 제2 레이저 빔(220)을 상기 제3 단부(106)에서 상기 제4 단부(108)로 소정의 간격 이동시켜 반복적으로 조사한다. 상기 제2 레이저 빔(220)이 이동되는 간격(I)은 상기 실리콘 그레인 경계(144)들을 제거할 수 있도록 상기 레이저 빔의 폭 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제2 레이저 빔(220)의 이동 간격(I)은 상기 제1 레이저 빔(210)의 이동 간격과 동일할 수 있다.Subsequently, the second laser beam 220 is repeatedly irradiated by moving a predetermined distance from the third end 106 to the fourth end 108. The distance I between which the second laser beam 220 is moved is preferably equal to or less than the width of the laser beam to remove the silicon grain boundaries 144. For example, the movement interval I of the second laser beam 220 may be the same as the movement interval of the first laser beam 210.

상기 제2 레이저 빔(220)이 반복적으로 조사됨에 따라, 상기 실리콘 그레인 (142)의 크기가 상하로 더 더욱 증가되어, 제2 다결정 실리콘 박막(160)이 형성된다.As the second laser beam 220 is repeatedly irradiated, the size of the silicon grain 142 is further increased vertically to form the second polycrystalline silicon thin film 160.

도 10a 내지 도 10c는 도 9의 제조방법의 단계들을 세부적으로 나타낸 평면도들이다.10A to 10C are plan views detailing the steps of the manufacturing method of FIG.

도 10a를 참조하면, 상기 제1 레이저 빔(210)이 상기 제1 단부(102)에서 상기 제2 단부(104)로 소정의 간격 이동되어 반복적으로 조사됨에 따라, 상기 돌출부가 제거된 상기 제1 다결정 실리콘 박막(140)이 형성된다. 상기 제1 다결정 실리콘 박막(140)은 좌우가 긴 형상을 갖는 상기 실리콘 그레인(142)들과 상기 실리콘 그레인 경계(144)들로 구성된다. 도 12a에서의 상기 실리콘 그레인(142)들과 상기 실리콘 그레인 경계(144)들이 좌우가 긴 직사각형 모양을 갖는 것으로 단순화하여 도시하였다.Referring to FIG. 10A, as the first laser beam 210 is repeatedly irradiated at a predetermined interval from the first end 102 to the second end 104, the protrusion is removed. Polycrystalline silicon thin film 140 is formed. The first polycrystalline silicon thin film 140 is composed of the silicon grains 142 and the silicon grain boundaries 144 having a long left and right shape. The silicon grains 142 and the silicon grain boundaries 144 in FIG. 12A are illustrated as having a rectangular shape having a long right and left.

도 10b를 참조하면, 상기 제2 레이저 빔(220)이 상기 실리콘 그레인(142)들을 아래로 성장시키기 위해 상기 제3 단부(106)의 제1 다결정 실리콘 박막(140)에 조사된다. 즉, 상기 제2 레이저 빔(220)이 조사되어 상기 실리콘 그레인 경계(144)들이 제거됨에 따라, 상기 제1 다결정 실리콘 박막(140)의 상단에 형성된 실리콘 그레인(142)의 크기가 아래로 성장한다.Referring to FIG. 10B, the second laser beam 220 is irradiated to the first polycrystalline silicon thin film 140 of the third end 106 to grow the silicon grains 142 down. That is, as the second laser beam 220 is irradiated and the silicon grain boundaries 144 are removed, the size of the silicon grain 142 formed on the top of the first polycrystalline silicon thin film 140 grows downward. .

도 10b를 참조하면, 상기 제2 레이저 빔(220)이 상기 제3 단부(106)에서 상기 제4 단부로 소정 간격 이동되어 상기 제1 다결정 실리콘 박막(140)의 일부에 조사된다. 상기 제2 레이저 빔(220)이 다시 조사됨에 따라, 상기 제1 다결정 실리콘 박막(140)의 상단에 형성된 실리콘 그레인(142)의 크기가 아래로 더욱 성장한다. 이와 같이, 상기 제2 레이저 빔(220)이 아래로 소정 간격 이동하면서 반복적으로 조사됨에 따라, 더욱 더 큰 제2 실리콘 그레인(162)을 갖는 제2 다결정 실리콘 박막(160)이 형성된다. 이때, 상기 제2 실리콘 박막이 아주 클 경우, 상기 제2 다결정 실리콘 박막(160)은 유사 단결정 실리콘 박막이 될 수 있다.Referring to FIG. 10B, the second laser beam 220 is moved from the third end 106 to the fourth end by a predetermined distance to irradiate a portion of the first polycrystalline silicon thin film 140. As the second laser beam 220 is irradiated again, the size of the silicon grain 142 formed on the top of the first polycrystalline silicon thin film 140 further grows downward. As such, as the second laser beam 220 is repeatedly irradiated downward by a predetermined distance, a second polycrystalline silicon thin film 160 having a larger second silicon grain 162 is formed. In this case, when the second silicon thin film is very large, the second polycrystalline silicon thin film 160 may be a pseudo single crystal silicon thin film.

도 11을 참조하면, 상기 제조방법에 의해 형성된 다결정 실리콘 박막(160)은 복수개의 실리콘 그레인(162)들과, 복수개의 실리콘 그레인 경계(164)들로 이루어진다. 상기 실리콘 그레인(162)들의 각각은 상하 좌우가 크게 확장된 형상을 갖고, 실리콘 그레인 경계(164)들은 상기 실리콘 그레인(162)들 사이에 형성되며, 예를 들어 약간은 둥그런 모양을 갖는다. 이와 같이, 상기 실리콘 그레인(162)의 크기가 최대로 성장함에 따라, 상기 제2 다결정 실리콘 박막(160)은 상하 좌우로 높은 전기 이동도를 갖는다.Referring to FIG. 11, the polycrystalline silicon thin film 160 formed by the manufacturing method includes a plurality of silicon grains 162 and a plurality of silicon grain boundaries 164. Each of the silicon grains 162 has a shape in which the top, bottom, left, and right sides are greatly expanded, and the silicon grain boundaries 164 are formed between the silicon grains 162, for example, have a slightly round shape. As such, as the size of the silicon grain 162 grows to the maximum, the second polycrystalline silicon thin film 160 has high electric mobility in up, down, left and right.

또한, 상기 실리콘 그레인(162)의 크기가 최대로 성장함에 따라 상기 실리콘 그레인 경계(164)의 밀도가 감소될 수 있고, 그 결과 상기 제2 다결정 실리콘 박막(160)을 갖는 박막 트랜지스터에 있어서, 스위치 오프시 상기 실리콘 그레인 경계(162)에서 발생되는 누설전류를 보다 감소시킬 수 있다.In addition, as the size of the silicon grain 162 grows to the maximum, the density of the silicon grain boundary 164 may be reduced, and as a result, in the thin film transistor having the second polycrystalline silicon thin film 160, a switch When off, leakage current generated at the silicon grain boundary 162 may be further reduced.

본 실시예에 따르면, 상기 기판(100)을 90도 회전시켜 상기 레이저 빔(200)을 상하 좌우로 상기 비정질 실리콘 박막(130)에 조사함에 따라, 상기 실리콘 그레인(162)의 크기가 최대로 성장할 수 있고, 그 결과 높은 전기 이동도를 갖는 상기 제2 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있다.According to the present exemplary embodiment, as the substrate 100 is rotated 90 degrees, the laser beam 200 is irradiated to the amorphous silicon thin film 130 in up, down, left, and right directions, thereby increasing the size of the silicon grain 162. And, as a result, the second polycrystalline silicon thin film having high electrical mobility can be formed.

<박막 트랜지스터 제조방법의 실시예><Example of Manufacturing Method of Thin Film Transistor>

도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법의 단계들을 세부적으로 도시한 공정도들이다. 구체적으로, 도 12a는 기판 상에 다결정 실리콘 패턴이 형성된 과정을 나타낸 것이고, 도 12b는 다결정 실리콘 패턴 상에 절연막과 드레인 전극이 형성된 과정을 나타낸 것이고, 도 12c는 드레인 전극 상에 절연층과 콘택홀이 형성된 과정을 나타낸 것이고, 도 12a는 콘택홀을 통해 소스 전극과 드레인 전극이 형성된 과정을 나타낸 것이다.12A through 12D are flowcharts illustrating in detail steps of a method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 12A illustrates a process of forming a polycrystalline silicon pattern on a substrate, FIG. 12B illustrates a process of forming an insulating film and a drain electrode on the polycrystalline silicon pattern, and FIG. 12C illustrates an insulating layer and a contact hole on the drain electrode. FIG. 12A illustrates a process in which the source electrode and the drain electrode are formed through the contact hole.

도 12a를 참조하면, 박막 트랜지스터 제조방법은 우선, 투명한 기판(310) 상에 산화층(320)을 형성시키고, 이어서 상기 산화층(320) 상에 비정질 실리콘 박막을 형성시킨다.Referring to FIG. 12A, in the method of manufacturing a thin film transistor, first, an oxide layer 320 is formed on a transparent substrate 310, and then an amorphous silicon thin film is formed on the oxide layer 320.

상기 비정질 실리콘 박막은 레이저 빔에 의해 다결정 실리콘 박막으로 변경된다. 상기 다결정 실리콘 박막을 형성하는 과정을 구체적으로 설명하면, 우선 상기 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판(310)과, 상기 레이저 빔을 발생시키는 레이저를 마련한다. 상기 레이저 빔은 긴 길이와 좁은 폭을 갖는 것이 바람직하다. 이어서, 상기 레이저 빔을 상기 기판(310)의 제1 단부에 형성된 비정질 실리콘 박막의 일부에 조사하여, 상기 비정질 실리콘 박막의 일부를 액화시킨다. 액화된 상기 비정질 실리콘 박막 내에서 실리콘 그레인을 성장시켜, 액화된 상기 비정질 실리콘 박막을 고상 결정화시킨다. 상기 레이저 빔을 상기 제1 단부에서 상기 제1 단부와 대향하는 제2 단부로 소정의 간격 이동시켜 반복적으로 조사함으로써, 상기 실리콘 그레인의 크기를 증가시켜 다결정 실리콘 박막을 형성한다.The amorphous silicon thin film is converted into a polycrystalline silicon thin film by a laser beam. The process of forming the polycrystalline silicon thin film will be described in detail. First, a substrate 310 on which the amorphous silicon thin film is formed and a laser for generating the laser beam are prepared. The laser beam preferably has a long length and a narrow width. Subsequently, the laser beam is irradiated to a portion of the amorphous silicon thin film formed at the first end of the substrate 310 to liquefy a portion of the amorphous silicon thin film. Silicon grains are grown in the liquefied amorphous silicon thin film to solidify the liquefied amorphous silicon thin film. By repeatedly irradiating the laser beam from the first end to the second end facing the first end at a predetermined interval, the size of the silicon grain is increased to form a polycrystalline silicon thin film.

상기 레이저 빔에 의해 형성된 상기 다결정 실리콘 박막은 플라즈마 식각 등에 의해 상기 다결정 실리콘 박막의 일부가 제거되어, 다결정 실리콘 패턴(330)이 형성된다.In the polycrystalline silicon thin film formed by the laser beam, a portion of the polycrystalline silicon thin film is removed by plasma etching or the like to form a polycrystalline silicon pattern 330.

도 12b를 참조하면, 상기 다결정 실리콘 패턴(330)을 덮어 상기 다결정 실리콘 패턴(330)을 보호하는 절연막(340)을 형성한다. 상기 절연막(340)은 일례로, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등에 의해 형성될 수 있다.Referring to FIG. 12B, an insulating layer 340 is formed to cover the polycrystalline silicon pattern 330 to protect the polycrystalline silicon pattern 330. The insulating layer 340 may be formed by, for example, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).

이어서, 상기 절연막(340) 상에 게이트 전극(G)을 형성한다. 상기 게이트 전극(G)은 상기 다결정 실리콘 패턴(330)의 중앙에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 게이트 전극(G)은 일례로, 금속 물질이 증착된 후 식각되어 형성된다.Subsequently, a gate electrode G is formed on the insulating layer 340. The gate electrode G is preferably disposed at the center of the polycrystalline silicon pattern 330. The gate electrode G is formed by, for example, etching after a metal material is deposited.

도 12c를 참조하면, 상기 게이트 전극(G) 및 상기 절연막(340)을 덮는 절연층(350)을 형성한다. 상기 절연층(350)은 PECVD 등에 의해 형성될 수 있고, 상기 절연층(350)의 두께는 상기 박막 트랜지스터(300)의 신뢰성 향상 및 크로스토크 방지를 위해 일정한 두께 이상을 갖는 것이 바람직하다. 일례로, 상기 절연층(350)의 두께는 6000 Å이상을 갖는다.Referring to FIG. 12C, an insulating layer 350 is formed to cover the gate electrode G and the insulating layer 340. The insulating layer 350 may be formed by PECVD, and the thickness of the insulating layer 350 may have a predetermined thickness or more for improving reliability of the thin film transistor 300 and preventing crosstalk. In one example, the insulating layer 350 has a thickness of 6000 kPa or more.

이어서, 상기 절연막(340)의 일부 및 상기 절연층(350)의 일부를 식각하여 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀은 상기 게이트 전극(G)의 좌측으로 소정 거리 이격되어 형성된 제1 콘택홀(352) 및 상기 게이트 전극(G)의 우측으로 소정 거리 이격되어 형성된 제2 콘택홀(354)을 포함한다.Subsequently, a portion of the insulating layer 340 and a portion of the insulating layer 350 are etched to form a contact hole. The contact hole includes a first contact hole 352 formed to be spaced a predetermined distance to the left of the gate electrode G and a second contact hole 354 formed to be spaced a predetermined distance to the right of the gate electrode G. .

도 12d를 참조하면, 상기 콘택홀을 통해 상기 다결정 실리콘 패턴(340)과 전 기적으로 연결된 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 형성한다. 이때, 상기 소스 전극(S)은 상기 제1 콘택홀(352)을 통해 상기 다결정 실리콘 패턴(340)과 전기적으로 연결되고, 상기 드레인 전극(D)은 상기 제2 콘택홀(354)을 통해 상기 다결정 실리콘 패턴(340)과 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 12D, a source electrode S and a drain electrode D electrically connected to the polycrystalline silicon pattern 340 are formed through the contact hole. In this case, the source electrode S is electrically connected to the polycrystalline silicon pattern 340 through the first contact hole 352, and the drain electrode D is connected through the second contact hole 354. It is electrically connected to the polycrystalline silicon pattern 340.

이어서, 상기 소스 전극(S)과 상기 드레인 전극(D)을 덮어 보호하는 보호층(360)이 상기 절연층(350) 상에 형성된다. 상기 절연층(350) 상에 형성된 후, 상기 절연층(350)의 일부를 식각하여 화소 콘택홀(362)을 형성한다. 상기 보호층(360) 상에 투명한 화소 전극(370)이 형성되어 상기 화소 콘택홀(362)에 의해 상기 드레인 전극(D)과 전기적으로 연결된다.Subsequently, a protective layer 360 covering and protecting the source electrode S and the drain electrode D is formed on the insulating layer 350. After the insulating layer 350 is formed, a portion of the insulating layer 350 is etched to form a pixel contact hole 362. A transparent pixel electrode 370 is formed on the passivation layer 360 to be electrically connected to the drain electrode D by the pixel contact hole 362.

본 실시예에 따르면, 상기 레이저 빔에 의해 높은 전기 이동도을 갖는 상기 다결정 실리콘 패턴(340)을 형성함으로써, 보다 높은 전기적인 특성을 갖는 상기 박막 트랜지스터(300)를 제조할 수 있다.According to the present exemplary embodiment, the thin film transistor 300 having higher electrical characteristics may be manufactured by forming the polycrystalline silicon pattern 340 having high electrical mobility by the laser beam.

도 12a 내지 도 12d에서 도시된 상기 박막 트랜지스터(300)는 탑 게이트(top gate) 방식의 박막 트랜지스터를 일례로 설명하였으나, 바텀 게이트(bottom gate) 방식의 박막 트랜지스터에서도 적용될 수 있다.Although the thin film transistor 300 illustrated in FIGS. 12A to 12D has been described as a top gate thin film transistor as an example, the thin film transistor 300 may also be applied to a bottom gate thin film transistor.

이와 같은 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이를 갖는 박막 트랜지스터의 제조방법에 따르면, 레이저 빔이 소정의 간격 이동되며 반복적으로 비정질 실리콘 박막에 조사됨으로써, 실리콘 그레인들의 크기가 증가된 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있다.According to such a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film and a method of manufacturing a thin film transistor having the same, a laser beam is moved at predetermined intervals and repeatedly irradiated to the amorphous silicon thin film, thereby forming a polycrystalline silicon thin film having an increased size of silicon grains. have.

또한, 보다 큰 이동 폭을 갖도록 레이저 빔을 비정질 실리콘 박막에 조사함으로써, 고특성을 요하지 않는 상기 다결정 실리콘 박막을 보다 빠른 시간에 제조할 수 있다.In addition, by irradiating an amorphous silicon thin film with a laser beam to have a larger moving width, the polycrystalline silicon thin film which does not require high characteristics can be produced at a faster time.

또한, 기판을 90도 회전시켜 레이저 빔을 상하 좌우로 비정질 실리콘 박막에 조사함에 따라, 실리콘 그레인의 크기가 최대로 성장할 수 있고, 그 결과 높은 전기 이동도를 갖는 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있다.In addition, by irradiating the amorphous silicon thin film up, down, left, and right by rotating the substrate by 90 degrees, the size of the silicon grain can be grown to the maximum, and as a result, a polycrystalline silicon thin film having high electrical mobility can be formed.

레이저 빔에 의해 높은 전기 이동도를 갖는 다결정 실리콘 패턴을 형성함으로써, 보다 높은 전기적인 특성을 갖는 상기 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.By forming a polycrystalline silicon pattern having high electrical mobility by a laser beam, the thin film transistor having higher electrical characteristics can be manufactured.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary skill in the art will be described in the claims to be described later It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

Claims

기판의 제1 단부에 형성된 비정질 실리콘 박막의 일부에 레이저 빔을 조사하여, 상기 비정질 실리콘 박막 중 상기 레이저 빔이 직접 조사된 부분을 완전 액화시키는 단계;Irradiating a portion of the amorphous silicon thin film formed on the first end of the substrate with a laser beam to completely liquefy a portion of the amorphous silicon thin film to which the laser beam is directly irradiated;

상기 레이저 빔에 의해 완전 액화된 비정질 실리콘 박막 내에서 실리콘 그레인을 성장시켜 결정화시키는 단계; Growing and crystallizing silicon grain in the amorphous silicon thin film completely liquefied by the laser beam;

상기 실리콘 그레인의 크기를 증가시켜 제1 다결정 실리콘 박막을 형성하기 위해 레이저 빔을 상기 제1 단부에서 상기 제1 단부와 대향하는 제2 단부로 소정의 간격 이동시켜 반복적으로 조사하는 단계;Irradiating a laser beam repeatedly at a predetermined interval from the first end to a second end opposite the first end to increase the size of the silicon grain to form a first polycrystalline silicon thin film;

상기 제1 다결정 실리콘 박막을 형성한 후, 상기 기판을 90도 회전시키는 단계; 및Rotating the substrate 90 degrees after forming the first polycrystalline silicon thin film; And

상기 실리콘 그레인의 크기를 더욱 증가시켜 제2 다결정 실리콘 박막을 형성하기 위해 레이저 빔을 상기 기판의 제3 단부에서 제4 단부로 소정의 간격 이동하면서 반복적으로 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.Irradiating a laser beam repeatedly at predetermined intervals from the third end to the fourth end of the substrate to further increase the size of the silicon grain to form a second polycrystalline silicon thin film. Method for producing a silicon thin film.

제1항에 있어서, 상기 실리콘 그레인의 성장은 측면 성장(lateral growth)인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the growth of the silicon grain is lateral growth.

제2항에 있어서, 상기 측면 성장의 길이는 1㎛ 내지 5㎛ 인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 2, wherein the length of the lateral growth is 1 μm to 5 μm.

제1항에 있어서, 상기 레이저 빔은 긴 길이와 좁은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the laser beam has a long length and a narrow width.

제4항에 있어서, 상기 레이저 빔의 길이는 상기 기판의 어느 한 변의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 4, wherein the length of the laser beam is the same as the length of one side of the substrate.

제4항에 있어서, 상기 레이저 빔의 폭은 상기 실리콘 그레인이 측면 성장하는 길이의 두 배 이상인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.5. The method of claim 4, wherein the width of the laser beam is at least twice the length of the side grain growth of the silicon grains.

제4항에 있어서, 상기 레이저 빔의 폭은 2㎛ 내지 20㎛ 인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 4, wherein the laser beam has a width of 2 μm to 20 μm.

제4항에 있어서, 상기 폭 방향으로의 상기 레이저 빔의 이동 간격은 상기 레이저 빔의 폭의 반 이하인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to claim 4, wherein the movement interval of the laser beam in the width direction is equal to or less than half the width of the laser beam.

제4항에 있어서, 상기 폭 방향으로의 상기 레이저 빔의 이동 간격은 상기 실리콘 그레인의 측면 성장의 길이 이하인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to claim 4, wherein the movement interval of the laser beam in the width direction is equal to or less than a length of lateral growth of the silicon grain.

제4항에 있어서, 상기 폭 방향으로의 상기 레이저 빔의 이동 간격은 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 4, wherein the movement distance of the laser beam in the width direction is in a range of 1 μm to 5 μm.

제1항에 있어서, 상기 레이저 빔은 엑시머 레이저 발생장치에 의해 발생된 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the laser beam is generated by an excimer laser generator.

제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 파장은 200nm 내지 400nm인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the wavelength of the laser beam is 200nm to 400nm.

제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 주파수는 300 Hz 내지 6000 Hz인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the frequency of the laser beam is 300 Hz to 6000 Hz.

제1항에 있어서, 상기 레이저 빔은 상기 비정질 실리콘 박막을 완전히 액화시키는 에너지 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the laser beam has an energy density for completely liquefying the amorphous silicon thin film.

제14항에 있어서, 상기 레이저 빔의 에너지 밀도는 단 1회 조사만으로 상기 비정질 실리콘 박막을 완전히 액화시키는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 14, wherein the energy density of the laser beam completely liquefies the amorphous silicon thin film by only one irradiation.

제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 이동은 상기 기판의 상대적인 이동에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the laser beam is moved by relative movement of the substrate.

제1항에 있어서, 상기 제1 단부에 형성된 비정질 실리콘 박막의 일부에 레이저 빔이 조사되는 영역과 상기 제2 단부로 간격 이동된 후에 레이저 빔이 조사되는 영역은 부분적으로 중첩되며, 상기 중첩되는 면적은 상기 레이저 빔이 조사되는 전체 면적의 90% 이하인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.2. The area of claim 1, wherein a portion of the amorphous silicon thin film formed at the first end is partially overlapped with a region where the laser beam is irradiated and the region where the laser beam is irradiated after being moved to the second end. Is 90% or less of the total area irradiated with the laser beam.

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제1항에 있어서, 상기 기판을 90도 회전시키는 단계는The method of claim 1, wherein rotating the substrate 90 degrees

상기 기판을 90도 회전하는 단계; 및Rotating the substrate 90 degrees; And

상기 레이저 빔의 길이를 상기 기판의 회전된 축 방향으로의 길이와 동일하게 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.And adjusting the length of the laser beam to be equal to the length of the substrate in the rotated axial direction.

비정질 실리콘 박막을 기판 상에 형성하는 단계;Forming an amorphous silicon thin film on a substrate;

레이저에서 발생된 레이저 빔을 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 변경시키는 단계;Converting the amorphous silicon thin film into a polycrystalline silicon thin film using a laser beam generated by a laser;

상기 다결정 실리콘 박막의 일부를 식각하여 다결정 실리콘 패턴을 형성하는 단계;Etching a portion of the polycrystalline silicon thin film to form a polycrystalline silicon pattern;

상기 다결정 실리콘 패턴을 보호하는 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film protecting the polycrystalline silicon pattern;

상기 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode on the insulating film;

상기 게이트 전극 및 절연막을 덮는 절연층을 형성하는 단계;Forming an insulating layer covering the gate electrode and the insulating film;

상기 절연막 및 절연층의 일부를 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 및Etching a portion of the insulating film and the insulating layer to form a contact hole; And

상기 콘택홀을 통해 상기 다결정 실리콘 패턴과 전기적으로 연결된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법으로서,A method of manufacturing a thin film transistor comprising forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the polycrystalline silicon pattern through the contact hole.

상기 다결정 실리콘 박막으로 변경시키는 단계는The step of changing to the polycrystalline silicon thin film

기판의 제1 단부에 형성된 비정질 실리콘 박막의 일부에 레이저 빔을 조사하여, 상기 비정질 실리콘 박막 중 상기 레이저 빔이 직접 조사된 부분을 완전 액화시키는 단계;Irradiating a portion of the amorphous silicon thin film formed on the first end of the substrate to completely liquefy a portion of the amorphous silicon thin film to which the laser beam is directly irradiated;

상기 레이저 빔을 상기 기판의 제3 단부에서 제4 단부로 소정의 간격 이동하면서 반복적으로 조사함으로써, 상기 실리콘 그레인의 크기를 더욱 증가시켜 제2 다결정 실리콘 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.Irradiating the laser beam repeatedly at a predetermined interval from the third end to the fourth end of the substrate, thereby further increasing the size of the silicon grain to form a second polycrystalline silicon thin film. Method of manufacturing thin film transistor.

제20항에 있어서, 상기 레이저 빔은 긴 길이와 좁은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 20, wherein the laser beam has a long length and a narrow width.

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