KR0153834B1 - 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법 및 박막 반도체 장치 - Google Patents

반도체 박막의 레이저 어닐링 방법 및 박막 반도체 장치 Download PDF

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시게끼 마에가와
데쯔야 가와무라
마모루 후라따
유따까 미야따
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모리시따 요오이찌
마쯔시다 덴끼 산교 가부시끼 가이샤
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Abstract

단면 윤곽이 직선부분을 가진 레이저빔을 반도체 박막에 조사함으로써 반도체 박막의 경정성을 변화시킨 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법이 제공되며, 반도체 박막은 레이저빔이 직선부분을 따르는 방향과는 상이한 방향으로 이동되면서 레이저빔으로 중첩 조사된다. 레이저 어닐링 방법을 사용하여 제조된 박막 반도체 장치가 또한 제공된다.

Description

반도체 박막의 레이저 어닐링 방법 및 박막 반도체 장치
제1a도는 본 발명에 따른 실시예 1에서 사용된 레이저빔의 형상을 도시하는 평면도.
제1b도는 실시예 1의 중첩 조사에 의한 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법을 도시하는 평면도.
제2a도는 본 발명에 따른 실시예 2에서 사용된 레이저 빔의 형상을 도시하는 개략도.
제2b도는 실시예 2의 중첩 조사에 의한 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법을 도시하는 평면도.
제3도는 중첩 조사를 이용한 반도체 디바이스의 종래의 레이저 어닐링 방법을 도시하는 개략도.
제4a도는 종래 레이저빔의 형상을 설명하는 개략도.
제4b도는 중첩 조사를 이용한 반도체 박막의 종래 레이저 어닐링 방법을 도시하는 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 레이저 빔 1a : 레이저빔의 플랫부분
1b : 레이저빔의 엣지부분 2a,2c : 레이저 빔의 엣지부분의 조사 영역
3 : 결정성이 변화된 Si 박막 영역 4 : 비단결정 Si 박막
5 : 기판
[발명의 배경]
[발명 분야]
본 발명은 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법 및 박막 반도체 장치에 관한 것으로써 특히, 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터(TFT), 이미지 센서, SRAM 등을 제조하는 공정에서 사용되는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법 및 레이저 어닐링 방법을 이용하여 제조된 박막 반도체 장치에 관한 것이다.
[관련기술의 설명]
최근 TFT는 LCD, 이미지 센서, SRAM 등에 적극적으로 응용되고 있다.
대부분의 경우 하나의 기판상에 다수의 TFT가 집적된다. 집적된 TFT의 패킹 밀도(packing density)를 향상시키기 위해서는 TFT의 사이즈를 축소할 필요가 있다. TFT를 LCD에 응용하는 경우, 특히 LCD의 액정 표시장치 패널용 구동 회로는 패널의 유리기판상에 정렬된 TFT로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구동 회로용 TFT는 표시부에 정렬된 스위칭용 TFT의 것보다 고속으로 동작할 필요가 있다. 고속으로 동작하는 TFT를 얻기 위해선 높은 캐리어 이동도(전계 효과 이동도)를 가진 반도체 박막이 필요하다.
600℃ 혹은 그 이상의 고온에서 반도체 박막을 어닐링함으로써 폴리실리콘 TFT의 캐리어 이동도를 증가시키기 위한 기술이 알려져 있다. 그러나, 고온 어닐링은 기판에 열적 손상을 미칠 수 있다. 따라서 이러한 고온 어닐링은 낮은 왜곡점(low distortion point)을 가진 저렴한 유리기판이 사용될 때는 가능하지 않다. 이때문에, 상기 유리기판상에서 높은 캐리어 이동도를 가진 반도체 박막을 형성하는 기술이 강하게 요구된다.
엑사이머 레이저(excimer laser)를 이용한 레이저 어닐링 방법은 기판의 온도를 약 600℃ 이하의 온도로 유지하면서 비결정 실리콘(Si)을 결정화하여 큰 입자 결정 크기(grain size)를 가진 폴리실리콘층을 형성하는 것이 가능하다. 기판이 받는 열적 손상이 작기 때문에, 이러한 레이저 어닐링 방법은 현재 유망한 방법이다.
이후, 비단결정 Si 박막으로부터 큰 입자 결정 크기를 가진 폴리실리콘 박막을 얻기 위한 종래의 어닐링 방법을 설명하기로 한다. 이 방법에 있어서, 엑사이머 레이저빔으로 비단결정 Si 박막의 중첩 조사가 행해진다. 여기서 이용된 중첩 조사(overlap irradiation)란 N 회 펄스 조사에 의해 용융/고형화된 비단결정 Si 박막 영역이 (N+1)회 펄스 조사에 의해 용융/고형화된 영역을 부분적으로 중첩하는 조사타입을 일컫는다(N 는 자연수).
제3도는 중첩 조사를 채용한 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법을 개략 도시한다. 제3도에 있어서, 참조번호(3a)내지 (3d)는 기판(5)상에 비단결정 Si 박막(4)의 영역을 가리키며, 그 결정성은 레이저빔(1)의 조사에 의해 변화한다.
제3도에 도시한 바와같이, 기판(5)상에 비단결정 Si 박막(4)은 레이저빔(1)으로 펄스 조사된다. 일반적으로, 펄스 지속 기간은 20 내지 60 나노초의 범위이며, 펄스 간격은 3 내지 30 밀리초의 범위이다.
레이저빔(1)으로 조사된 영역에서 비단결정 Si 가 먼저 용융된 다음, 고형화됨으로써 결정성이 변화한다. 보다 상세히 설명하자면, 실리콘은 비단결정 상태에서 결정상태로 이동한다. 여기서 결정 상태란 단결정이라고 인식되는 다수의 결정입자들이 형성되는 상태(일반적으로, 다결정 상태라고 부른다)를 일컫는다. 결정 상태에 있어, 캐리어 이동도는 결정 결함수가 작고 결정입자가 클 때 크며, 결정 입자의 에어리어는 작아 양호한 결정성을 보인다.
레이저빔(1)의 조사에 의해, 주변 영역과 다른 결정성을 가진 영역이 Si 박막에 형성된다. 다음에 기관(5) 레이저빔(1)사이에서 상대적 위치관계는 레이저빔(1) 또는 기관(5)의 위치를 이동함으로써 변화 가능하다.
그런다음, Si 박막은 다시 레이저 빔(1)으로 조사되어 Si 박막(4)의 주변 영역과 상이한 결정성을 가진 영역(3b)이 형성된다. 주변 영역과 상이한 결정성을 가진 영역(3c,3d)을 계속해서 형성하기 위해서 동일 절차가 반복된다.
이처럼, 제3도에 도시한 바와같이 기판(5)에 대해 제1 방향으로 레이저빔(1)의 위치를 이동함으로써 일련의 펄스 조사가 행해진다. 다음에, 레이저빔(1)의 위치는 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이동된다. 이러한 이동은 다음 조사 영역을 이전 조사 영역과 부분적으로 중첩시키기 위해 행해진다. 그후 일련의 펄스 조사가 제1 방향과 반대 방향으로 레이저빔(1)의 위치를 이동함으로써 반복된다. 레이저빔(1)의 위치는 선택적으로 일련의 조사 펄스가 시작된 위치 아래에 놓여진 위치로 복귀한 다음, 레이저빔(1)의 위치를 제1 방향으로 이동함으로써 일련의 펄스 조사가 반복된다. 이러한 조사를 반복함으로써 기판(5) 전체 표면이 레이저빔(1)으로 조사된 영역으로 덮혀진다.
일반적으로, 엑사이머 레이저빔으로 Si 박막의 레이저 어닐링에 필요한 조사 강도는 수백 mj/cm2정도이다.
제4a도는 종래의 레이저빔부와 그의 강도 분포를 도시한다. 제4b도는 종래의 중첩 조사 방법(빔 스캐닝 방법)을 도시한다.
제4a도와 관련하여, 참조번호(1a)와 (1b)는 각각 레이저빔(1)의 플랫부분과 엣지부분을 가리킨다. 제4b도와 관련하여, 참조번호(2a)와 (2b)는 각각 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 조사된 영역과, 4회 연속하여 엣지부분(1b)으로 조사돤 중첩 조사 영역을 가리킨다. (3)은 레이저빔(1)의 조사에 의해 결정성이 변화된 영역을 가리킨다.
엑사이머 레이저와 같은 레이저 광원에서 방출된 본래의 레이저광은 타원형부(단축 : 10-20mm, 장축 : 30-50mm)를 가진다. 레이저 광원에서 방출된 레이저광의 강도는 타원형부를 가로질러 근사 가우스 분포를 보인다. 상기 레이저광은 복수빔의 요소로 광학적으로 분할되며, 분할된 빔 요소는 서로 중복하도록 재합성된다. 이처럼, 제4a도에 도시한 바와같이, 레이저빔(1)(빔 성형)이 얻어진다. 제4a도에 도시한 바와같이, 레이저빔(1)부는 직사각형(약 5mm×약 5mm에서 약 10mm×약 10mm 까지의 직사각형)이다. 레이저빔(1)단면을 가로지른 강도는 플랫부분(플랫부(1a))을 포함하여 사다리꼴 분포를 보인다. 복수의 빔 요소가 서로 중첩하도록 재합성될지라도, 거의 균일한 강도를 가진 영역을 구할 수 없다. 그러나, 강도 변화가 ±10% 정도이내인 영역(8mm×mm 크기)가진 레이저빔(1)을 형성하는 것은 가능하다. 레이저빔(1)의 엣지부분(1a)의 폭은 일반적으로 1-2mm 의 범위이다.
제4b도에 도시한 바와같이, 종래의 중첩 조사는 레이저 빔(1) 단면 윤곽의 직선부에 평행한 방향으로 레이저빔(1)을 이동함으로써 행해진다. 제4b에 도시한 예에 있어서, 레이저빔(1)의 단면 크기는 Lmm×Lmm 이며, 레이저빔(1)의 위치는 N 회 조사와 (N+1)회 조사 사이의 간격 동안 L/4mm 씩 이동한다. 이 경우 중첩비가 3/4(75%)이라고 표현한다. 제4b도에 도시한 종래의 경우, 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 조사된 영역에 포함된 영역(2b)은 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 4회 조사된다. 이 조사 회수는 중첩비에 따른다.
한편, 레이저빔(1)의 이동 방향에 수직 연장하는 영역(2a)은 제4b도에 도시한 스캐닝 동안 오직 한번 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 조사된다. 최초 엣지부분(1b)이 조사된 후, 영역(2a)은 레이저빔(1)의 플랫부분(1a)으로 3회 조사된다.
상기한 바와같이, 영역(2b)은 레이저빔(1)의 엣지부분으로 4회 연속 조사된다. 이 영역은 기판(5)의 상부 표면상에서 스트립 형상으로 연장한다.
본 발명의 발명자는 상기한 종래의 방법이 다음과 같은 문제점이 있음을 발견하였다.
(1) 최초 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 조사된 영역은 레이저빔(1)의 플랫부분으로 최초 조사된 영역보다 결정성이 나쁘다.
(2) 최초 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 조사된 다음 엣지부분(1b)으로 조사된 영역(2b)은 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 최초 조사된 다음 플랫부분(1a)으로 조사된 영역보다 결정성이 나쁘다.
(3) 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 K 회 연속해서 조사된 영역은 엣지부분(1b)으로 (K-1)회 연속해서 조사된 영역보다 결정성이 나쁘다.
(4) 상기한 (2)와 (3)에서 설명한 결정성의 차이는 레이저빔(1)의 플랫부분(1a)으로 연속해서 조사된다.
(5) 일단 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 중복 조사된 영역(2b)의 결정성이 다른 영역의 결정성과 상이하면, 이는 결정성의 차이에 따른 디바이스 성능의 변동을 초래한다.
[발명의 요약]
본 발명의 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법은 반도체 박막의 결정성을 변화하기 위해 윤곽이 직선부를 포함하는 단면을 가진 레이저빔으로 반도체 박막을 조사하는 것을 포함하며, 반도체 박막은 레이저빔이 직선부를 따라가는 방향과는 상이한 방향으로 이동된다.
일실시예에 있어서, 레이저빔의 단면은 직사각형이며, 직선부분이 직사각형의 한 변을 형성한다.
또다른 실시예에 있어서, 반도체 박막은 레이저빔으로 조사되며 레이저빔은 레이저빔 단면의 윤곽에 포함된 직선부분에 대해 45°± 30°로 경사진 방향으로 이동된다.
또다른 실시예에 있어서, 레이저 광원으로부터 방출된 레이저광을 복수의 빔 요소로 광학적으로 분할하고 복수의 분할빔 요소를 재합성함으로써 레이저빔이 얻어진다.
또다른 실시예에 있어서, 레이저빔의 강도는 레이저빔의 단면을 가로질러 사다리꼴 분포를 보인다.
또다른 실시예에 있어서, 레이저빔의 단면 윤곽에 포함된 직선부는 5mm 이상이다.
또 다른 실시예에 있어서, 반도체 박막은 비단결정 실리콘 박막이다.
또다른 실시예에 있어서, 레이저빔은 엑사이머 레이저의 빔이다.
반도체 박막의 결정성을 변화시키기 위해 반도체 박막을 레이저빔으로 조사하기 위한 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법이 제공된다. 상기 레이저 어닐링 방법은 레이저빔의 단면이 레이저 광원으로부터 방출된 레이저광을 복수의 빔 요소로 광학적으로 분할하고 복수의 분할 빔 요소를 재합성함으로써 직선부분이 없는 폐곡선이 되도록 정형하는 스텝과 레이저빔을 이동하면서 반도체 박막을 레이저빔으로 중첩 조사하는 스텝을 포함한다.
일실시예에 있어서, 레이저빔의 단면은 타원 또는 원이다.
또다른 실시예에 있어서, 레이저빔의 강도는 레이저빔의 단면을 가로질러 사다리꼴 분포를 보인다.
또다른 실시예에 있어서, 반도체 박막은 비단결정 실리콘 박막이다.
또다른 실시예에 있어서 레이저빔은 엑사이머 레이저빔이다.
반도체 박막의 결정성을 변화시키기 위해 펄스형 방식으로 반도체 박막을 레이저빔으로 조사하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법이 제공되며, 레이저빔의 단면에 해당하는 크기를 가진 반도체 박막의 영역이 레이저빔이 소정 방향으로 이동되면서 레이저빔으로 4회 이상 연속해서 조사되는 경우, 비교적 미약한 빔 강도를 가진 레이저빔의 주변부분으로 최초 조사된 반도체 박막의 영역은 레이저빔의 주변 영역을 3회 이상 연속해서 조사된다.
일실시예에 있어서, 레이저빔의 강도 분포는 레이저빔의 중앙부분에서 플랫하며, 레이저빔의 주변부분에서 샤프하게 변화한다.
또다른 실시예에 있어서, 레이저빔의 주변부분의 빔 강도는 반도체 박막에 대해서 충분히 강하지 않아 완전히 용융되지 않는다.
또다른 실시예에 있어서, 레이저빔의 주변부분의 폭은 2mm 이하이다.
또다른 실시예에 있어서, 레이저빔은 그의 윤곽이 직선부분을 포함하는 단면을 가진다.
또다른 실시예에 있어서, 레이저 광원으로부터 방출된 레이저광을 복수의 빔 요소로 광학적으로 분할하고 복수의 분할 빔요소를 재합성함으로써 레이저빔이 얻어지며, 레이저빔은 레이저 빔의 단면이 직선부분을 갖지 않는 폐곡선이 되도록 성형된다.
본 발명의 또다른 양상의 박막 반도체 장치가 제공된다. 상기 장치는 반도체 박막부분에 형성된 능동 소자를 포함하고 있으며, 반도체 박막은 단면을 가진 레이저빔으로 중첩 조사되는데, 단면의 윤곽은 직선부분을 포함하며, 레이저빔은 직선부분을 따라가는 방향과는 상이한 방향으로 이동되어 반도체 박막의 결정성이 변화된다.
또다른 박막 반도체 장치가 제공되는데, 그 장치는 반도체 박막 부분상에 형성된 능동 소자를 포함하고 있으며, 반도체 박막은 레이저빔이 이동되면서 레이저빔으로 중첩 조사됨으로써 형성되고, 레이저빔은 레이저빔의 단면이 레이저 광원으로부터 방출된 레이저광을 복수의 빔 요소로 광학적으로 분할하고 복수의 분할 빔 요소를 재합성함으로써 직선부분이 없는 폐곡선이 되도록 성형된다.
본 발명에 따르면, 최초 레이저빔의 엣지부분으로 조사된 반도체 박막의 영역은 중첩비가 3/4(75%)일 때도 엣지부분으로 4회 이상 연속해서 추가 조사되지 않는다. 따라서, 반도체 박막의 특정 영역이 레이저빔의 주변 부분으로 조사될 때 연속 회수는 종래 방법과 비교하여 감소된다.
레이저빔의 엣지부분의 에너지 강도가 약하기 때문에, 최초 레이저빔의 엣지부분으로 조사된 비단결정 박막 부분은 완전히 용융/고형화되는 영역에 대해서 충분히 강한 에너지 강도가 공급되지 않는다. 따라서, 상기 영역은 그의 내부 깊은 부분에서 비단결정 상태로 남아 있는데, 표면 부분에서는 용융/고형화된다. 낮은 에너지 레이저빔으로 조사한 바로 직후 용융/고형화에 충분히 강한 에너지 강도를 가진 레이저빔의 중앙 부분으로 상기 영역이 조사될때도, 반도체 박막의 표면부분이 용융/고형화되지 않기 때문에 반도체 박막의 상부에서 바닥까지 상기 영역은 더 이상 균일하게 용융/고형화되지 않는다. 이로인해 2 층 구조의 결정성이 된다. 따라서, 레이저빔의 엣지부분으로 초기 조사된 영역은 레이저빔의 중앙부분으로 초기 조사된 영역보다 결정성이 저하된 상태로 최종적으로 남는다. 레이저빔의 엣지부분으로 복수회 연속해서 초기 조사된 영역은 모든 조사에 대해 불충분하게 용융/고형화된다. 그러므로, 결정성이 상이한 복수층으로 구성된 구조가 반도체 박막에 형성된다고 고려된다. 이러한 다층 구조는 그 영역이 레이저빔의 중앙부분으로 연속해서 조사될지라도 유지되며, 층수가 증가함에 따라 결정성이 낮아진다.
레이저빔의 중앙부분으로 초기 조사된 비단결정 반도체 박막의 영역은 상기 조사에 의해 충분히 용융/고형화된다. 상기 영역의 결정성은 이 영역이 레이저빔의 엣지부분으로 계속해서 조사될지라도 양호하게 유지된다.
본 발명에 따르면, 반도체 박막의 특정 영역이 레이저빔의 엣지부분으로 조사될 때 연속 회수는 감소될 수 있으며, 낮은 에너지 레이저빔으로 연속해서 조사된 영역의 에어리어는 감소된다. 이것이 기판의 표면상의 레이저 어닐된 반도체 박막의 결정성을 균일하게 향상한다. 따라서, 다수의 박막 반도체 장치가 이와같이 구한 반도체 박막상에 제조될 때, 기판 표면상의 다수의 장치의 성능이 균일하게 향상된다. 또한, 레이저빔의 엣지부분으로 중첩 조사된 영역의 에어리어와 기판 전체 에어리어와의 비는 감소된다.
이처럼, 여기서 기술된 본 발명은 레이저빔의 엣지부분으로 조사된 박막의 영역과 그의 다른 조사 영역 사이의 결정성의 차이를 줄일 수 있는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법을 제공하여 기판의 표면 위에 균일한 디바이스 성능이 얻어지게 하며, 상기 레이저 어닐링 방법에 의해 제조된 박막 반도체 장치를 제공하는 장점을 가진다.
이후, 본 발명의 보다 상세한 설명을 위해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
[양호한 실시예의 설명]
본 발명을 비단결정 Si가 엑사이머 레이저빔을 중첩 조사하여 어닐되는 경우를 일예로서 설명하기도 한다.
[실시예 1]
제1a도는 실시예에서 사용된 레이저빔의 단면과 그의 강도 분포를 도시하며, 제2b도는 본 실시예의 중첩 조사 방법(빔스캐닝 방법)을 도시한다.
제1a도와 관련하여 참조번호(1a)와 (1b)는 각각 레이저빔(1)의 플랫부분과 엣지부분을 가리키며, 제1b도에 있어서, (2a)와 (2c)는 각각 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 조사된 영역과 엣지부분(1b)으로 2회 연속해서 중첩 조사된 영역을 가리키며, (3)은 레이저빔(1)의 조사에 의해 결정성이 변화된 Si 박막의 영역을 가리킨다.
이 실시예에 있어서, 종래의 경우와 같이, 직사각형 단면을 갖도록 정형된 레이저빔이 레이저빔(1)으로서 사용된다. 레이저빔(1)의 이동 방향은 종래의 것과 상이하다. 즉 제1b도에 도시한 바와같이, 레이저빔(1)은 레이저빔(1)의 단면 윤곽의 직선부분을 따르지 않는 방향으로 이동된다.
이 예에서, 75% 의 중첩비로 중첩 조사가 행해진다. 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 최초 조사되고 엣지부분(1b)으로 계속해서 조사된 영역(2a)의 부분이 참조번호(2c)로 표시된다. 영역(2a)의 부분(2c)이외의 부분은 제1b도에 도시한 중첩 조사동안 레이저빔(1)의 플랫부분(1a)으로 계속해서 조사된다.
제1b도에 도시한 바와같이 상기 중첩 조사로 Si 박막의 어느 영역이 종래 경우에서 보다 작은 회수로 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 조사된다. 전술한 바와같이, 레이저빔(1)의 주변부분(1b)으로 영역이 초기 조사될 때, 영역의 결정성은 그 영역이 레이저빔(1)의 플랫부분(1a)으로 계속해서 조사될 때도 더 이상 향상되지 않는다. 또한, 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 K회 연속해서 초기 조사된 영역은 엣지부분(1b)으로 (K-1)회 연속해서 초기 조사된 영역보다 결정성이 보다 저하된 상태로 남아 있는다. 따라서, 제1b도에 있어서, 제2c도는 Si 박막의 다른 영역보다 결정성이 저하된다. 그러나, 영역(2c)의 결정성은 제4b도에 도시한 영역(2b)의 결정성보다 양호하며, 영역(2c)의 에어리어는 영역(2b)의 에어리어보다 현저히 작다. 따라서, 본 발명의 레이저 어닐링 방법으로 구한 Si 박막을 이용하여 TFT를 제조할 때, 기판(5)의 표면상의 최종 결과의 TFT의 디바이스 성능의 변동은 종래의 레이저 어닐링 방법으로 제조된 TFT의 것과 비교하여 볼 때 축소된다.
이예에 있어서, 레이저빔(1)은 레이저빔(1)의 단면 윤곽의 직선부분에 대해서 45°경사 방향으로 이동된다. 그러나, 45±30°의 경사 방향으로 레이저빔(1)을 이동함으로써 유사한 효과가 얻어진다.
[실시예 2]
본 발명에 따른 레이저 어닐링 방법의 또 다른 예에 대해서 제2a도와 2b도를 참조하여 설명하기로 한다.
제2a도는 이 실시예에서 사용된 레이저빔의 단면과 그의 강도 분포를 도시하며, 제2b도는 이 실시예의 중첩 조사 방법(빔 스캐닝 방법)을 도시한다.
제2a도에 있어서, 참조번호(1a) 및 (1b)는 각각 레이저빔(1)의 플랫부분과 엣지부분을 가리킨다. 제2b도에 있어서, 참조번호(2a)와 (2c)는 각각 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 조사된 영역과 엣지부분(1b)으로 2회 연속해서 중첩 조사된 영역을 가리키며, (3)은 레이저빔(1)의 조사로 결정성이 변화된 Si 박막의 영역을 가리킨다.
이 실시예에서 사용된 레이저빔(1)의 단면은 타원형으로, 타원형 단면의 윤곽에는 직선부분이 없다. 엑사이머 레이저로부터 방출된 본래의 레이저광은 타원형 단면을 가진다. 그러나, 이 실시예의 레이저빔(1)은 본래의 레이저광과는 강도 분포가 크게 상이하다. 특히, 레이저빔(1)의 단면을 가로지른 강도는 가우스 분포가 아니라 플랫부분(플랫부분1a)을 포함하여 사다리꼴 분포를 보인다. 이러한 강도 분포를 가진 레이저빔(1)은 엑사이머 레이저 광원으로부터 방출된 레이저광을 우선 분할한 다음 서로 부분적으로 중첩하도록 분할 빔 요소를 재합성함으로써 구해진다. 복수의 분할빔 요소는 타원형 형태로 정렬되어 제2a도에 도시한 바와같은 레이저빔(1)이 얻어진다. 레이저빔(1)의 타원형 단면은 단축이 약 6mm이고, 장축이 약 10mm이다. 레이저빔(1)의 사이즈는 사용된 레이저의 출력이 커지면 커지게 된다.
이 실시예에 있어, 제2a도에 도시한 강도 분포를 가진 레이저빔(1)을 소정 방향(제한되지 않는)으로 이동함으로써 중첩 조사가 행해진다. 제2b도로부터 명백한 바와같이, 레이저빔(1)의 엣지부분(1b)으로 4회 연속해서 선형적으로 중첩 조사된 Si 박막의 영역은 없다. 부분(2c)이 엣지부분(1b)으로 초기 조사된 다음 엣지부분(1b)으로 다시 조사될지라도, Si 박막의 다른 영역은 엣지부분(1b)으로 반복 조사되지 않는다. 그결과, 실시예 1에서 설명한 것과 유사한 효과가 얻어진다.
레이저빔(1)의 형상이 타원형 형상으로 제한되는 것이 아니라, 레이저빔의 단면의 윤곽에서 직선부분이 없는 다른 형상, 예를들면 외측에 대해 오목 형상부분을 가진 형상에 의해서 유사한 효과가 얻어진다.
상기 실시예 1과 2에 있어서, 엑사이머 레이저로 부터의 빔은 레이저빔(1)으로서 사용된다. 그러나, 본 발명은 엑사이머 레이저에 한정되는 것이 아니라 YAG 레이저로부터의 빔을 이용하여 유사한 효과가 얻어진다. 또한, 상기 실시예에 있어서, 반도체 박막으로서 비단결정 Si 박막이 사용되나 또다른 반도체 박막, 예를들면 비단결정 Ge 박막을 이용하여 유사한 효과가 얻어진다.
상기한 바와같이, 본 발명에 따르면, 레이저빔의 단면이 직선부분을 포함하는 윤곽을 갖도록 형성된 레이저빔은 윤곽의 직선을 따르지 않는 방향으로 이동된다. 레이저빔의 단면이 직선부분을 포함하지 않는 폐곡선부분을 가지도록 레이저빔이 형성된 경우, 레이저빔은 어느 방향으로 이동 가능하다. 기판상의 반도체 박막이 상기 레이저빔으로 4회 이상 연속해서 중첩 조사될 때, 광빔의 엣지부분으로 최초 조사된 어느 영역은 엣지부분으로 총 3회 이하로만 조사된다. 또한, 엣지부분으로 반복 조사된 영역의 에어리어는 축소될 수 있다. 이처럼 결정성의 차이에 따라 기판의 표면상에서 디바이스 성능의 변동이 최소화된다. 본 발명은 또한 본 발명의 레이저 어닐링 방법으로 형성된 반도체 박막을 이용하여 반도체 장치를 제조할 때 장치 수율을 향상시키는데 있어 효과적이다.
당업자라면 본 발명의 범위 및 사상을 일탈하지 않는 각종 다른 변형이 행해질 수 있음을 인지할 것이다. 따라서 본 발명에 대해 지금까지 설명한 바에 한정되지 않으며 청구범위는 다소 광범위하게 해석된다.

Claims (21)

  1. 단면의 윤곽이 직선부분을 가진 레이저빔을 반도체 박막에 조사함으로써 상기 반도체 박막의 결정성을 변화시키는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법에 있어서, 상기 반도체 박막은 직선부분을 따르는 방향과는 상이한 방향으로 레이저빔이 이동하면서 레이저빔으로 중첩 조사되는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저빔의 단면은 직사각형 또는 정사각형이며, 상기 직선부분은 직사각형 또는 정사각형의 한 변을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반도체 박막은 레이저빔 단면의 윤관에 포함된 직선부분에 대해서 45±30°경사진 방향으로 레이저빔이 이동되면서 레이저빔으로 조사되는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레이저빔은 레이저 광원으로부터 방출된 레이저광을 복수의 빔요소로 광학적으로 분할하고 복수의 분할빔 요소를 재합성함으로써 레이저빔이 얻어지는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 레이저빔의 강도는 상기 레이저빔의 단면을 가로질러 사다리꼴 분포를 보이는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 레이저빔의 단면 윤곽에 포함된 직선부분은 5mm 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반도체 박막은 비단결정 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 레이저빔은 엑사이머 레이저로부터의 빔인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  9. 레이저빔을 반도체 박막에 조사함으로써 상기 반도체 박막의 결정성을 변화시킨 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법에 있어서, 레이저 광원으로부터 방출된 레이저광을 복수의 빔 요소로 광학적으로 분할하고 상기 분할된 복수의 빔요소를 재합성함으로써 상기 레이저빔의 단면이 직선부분을 갖지 않은 폐곡선이 되도록 레이저빔을 성형하는 스텝과, 상기 레이저빔을 이동하면서 상기 반도체 박막에 상기 레이저빔을 중첩 조사하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 레이저빔의 단면은 타원형 또는 원형인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 레이저 빔의 강도는 상기 레이저빔의 단면을 가로질러 사다리꼴 분포를 보이는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 반도체 박막은 비단결정 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 레이저빔은 엑사이머 레이저빔인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  14. 반도체 박막에 펄스형 방식으로 레이저빔을 조사함으로써 상기 반도체 박막의 결정성을 변화시킨 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법에 있어서, 상기 레이저빔의 단면에 해당하는 사이즈를 가진 상기 반도체 박막의 영역이 소정 방향으로 상기 레이저빔을 이동하면서 상기 레이저빔으로 4회 이상 연속해서 조사하는 경우, 비교적 약한 빔 강도를 가진 레이저빔의 주변 부분으로 초기에 조사된 상기 반도체 박막의 영역은 상기 레이저빔의 상기 주변 부분으로 3회 이하로 연속해서 조사되는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 레이저빔의 강도 분포는 상기 레이저빔의 중앙 부분에서 플랫하며, 상기 레이저빔의 주변 부분에서 급격히 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 레이저빔의 주변부분의 빔강도는 상기 반도체 박막을 완전히 용융시키기에 충분히 강한 빔강도가 아닌 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 레이저빔의 주변부분의 폭은 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 레이저빔은 단면 윤곽이 직선부분을 가진 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 레이저빔은 레이저 광원으로부터 방출된 레이저광을 복수의 빔 요소로 광학적으로 분할하고 상기 복수의 분할 빔요소를 재합성으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 반도체 박막의 레이저 어닐링 방법.
  20. 반도체 박막의 적어도 일부분에 형성된 능동 소자를 포함하고 있는 박막 반도체 장치에 있어서, 상기 반도체 박막은 단면 윤곽이 직선부분을 가진 레이저빔으로 중첩 조사되며, 상기 레이저빔은 상기 직선 부분을 따르는 방향과는 상이한 방향으로 이동됨으로써 상기 반도체 박막의 결정성이 변화되는 것을 특징으로 하는 박막 반도체 장치.
  21. 반도체 박막의 적어도 일부분에 능동 소자를 포함하고 있는 박막 반도체 장치에 있어서, 상기 반도체 박막은 레이저빔이 이동되면서 상기 레이저빔으로 중첩 조사되며, 상기 레이저빔은 레이저 광원으로부터 방출된 레이저광을 복수의 빔 요소로 광학적으로 분할하고 상기 복수의 분할 빔 요소를 재합성함으로써 상기 레이저빔의 단면이 직선부분이 없는 폐곡선이 되도록 성형되는 것을 특징으로 하는 박막 반도체 장치.
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