KR100541486B1 - 결정성 박막 및 그 제조방법, 결정박막을 사용하는 소자, 소자를 사용하는 회로 및 소자 또는 회로를 사용하는 디바이스 - Google Patents

결정성 박막 및 그 제조방법, 결정박막을 사용하는 소자, 소자를 사용하는 회로 및 소자 또는 회로를 사용하는 디바이스 Download PDF

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Abstract

상이한 상태의 영역이 연속적으로 공존하는 복수의 개시박막을 용융하여 재응고하는 공정을 포함하는 결정박막의 제조방법을 제공한다. 개시박막의 소영역은, 둘러싸인 영역과는 상이한 결정입자 또는 결정성 클러스터 수농도의 크기분포를 가진다. 용융 및 재응고의 공정에서, 결정박막에서 결정입자의 위치를 제어하기 위하여, 결정입자는 상기 한쪽의 영역에서 우선적으로 성장시킨다.

Description

결정성 박막 및 그 제조방법, 결정박막을 사용하는 소자, 소자를 사용하는 회로 및 소자 또는 회로를 사용하는 디바이스{CRYSTALLINE THIN FILM AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF, ELEMENT EMPLOYING CRYSTALLINE THIN FILM, CIRCUIT EMPLOYING ELEMENT, AND DEVICE EMPLOYING ELEMENT OR CIRCUIT}
<발명의 배경>
<발명의 분야>
본 발명은 플레이트패널표시, 화상센서, 자기기록장치 및 정보/신호 처리장치 등의 높은 공간 균일성을 요구하는 대규모집적회로에 유용한, 결정박막 및 그 제조방법, 결정박막을 사용하는 소자, 소자를 사용하는 회로, 및 소자 또는 회로를 사용하는 디바이스에 관한 것이다.
<관련된 배경기술>
액정표시 등의 플레이트패널표시는 패널에 화상구동회로의 모놀리식설치함으로써 화상표시의 선명도, 표시속도 및 등급에 있어서 개선되었다. 단순한 매트릭스구동패널은 각각의 화소에 대하여 절환트랜지스터를 가진 액티브매트릭스구동패널에 의해 대체되었다. 현재, 초정세 완전컬러 액정표시는, 액티브매트릭스를 구동하는 동일한 패널의 외주위에 이동레지스터회로를 설치함으로서 화상 이동에 적합하게 제공된다.
주변구동회로를 구비하는 모놀리식실장은, 저렴한 유리기판 위에 우수한 전기성능을 갖은 다결정실리콘박막을 형성하는 기술의 발달, 즉 :유리기판위에 적층된 비결정질실리콘박막을, 저온에서 유리기판을 유지시킴으로써 엑시머레이저 등의 자외선영역의 광의 단시간펄스투영에 의해, 용융하고 재응고하는 기술의 발달을 주요 원인으로 하여 실용적인 생산비용으로 제조할 수 있다. 용융-재응고화에 의해 얻은 결정입자는, 다결정박막으로 고체상결정화함으로써 동일한 비결정질실리콘박막으로부터 얻은 결정입자에 비해서 입자에 있어서 저결함밀도를 가진다. 이에 의해, 활성영역으로서 이 박막을 사용하여 구성된 박막트랜지스터는 높은 캐리어 이동도를 나타낸다. 그러므로, 평균입자가 1미크론 미만까지 크기를 가지는 다결정박막인 경우에도, 액티브 매트릭스 구동 모놀리식 회로는 수 인치의 대각선 디스플레이 크기에서, 100ppi 미만의 선명도를 가지는 액정표시에 있어서 충분한 성능이 나타나는 것을 제조할 수 있다.
그러나, 용융-재응고화에 의해 제조된 다결정실리콘박막을 사용한 전류박막트랜지스터는 대형 스크린 또는 높은 선명도를 가진 차세대의 액정표시에 대한 성능에 있어서, 여전히 불충분하다는 것이 명백하게 되었다. 또한, 전술한 다결정실리콘박막은 액정표시 보다 높은 전압 또는 큰 전류에서 구동되는 플라즈마(plasma)표시 및 전기루미네선스표시의 전도유망한 미래 적용분야, 또는 의료 대형 스크린 X레이 화상센서의 적용분야에 있어서 구동회로소자로서의 성능면에 있어서 불충분하다. 1미크론 미만까지 평균입자크기를 갖는 다결정실리콘박막은, 미크론정도의 크기를 갖는 소자의 활성영역으로 전하이동을 방해하는 다수의 입자계면 때문에, 입자가 낮은 결함밀도를 가지는 경우에도 고성능소자를 제공할 수 없다.
입자계면밀도를 감소시키기 위해서는, 입자계면밀도에 반비례하는 평균결정입자크기를 크게 하는 것이 매우 효율적이다. 또한, 비결정질실리콘박막의 단기 용융-재응고화에 있어서, 1미크론 이상까지 평균입자크기를 증대시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 개시된 방법에 의하면, 평균입자크기가 증대되지만, 입자크기분포가 확대되고 [예를 들면, J.S.Im, H.J.Kim, M.O.Thompson, Appl.Phys, Lett. 63, 1969(1993); H.Kuriyama, T.Honda, S.Ishida, T.Kuwahara, S.Noguchi, S.Kiyama, S.Tsuda, and S.Nakano, Jpn.Appl.Phys. 32, 6190(1993)]; 입자계면의 공간위치가 제어되지 않고 [예를 들면, T.Sameshima, Jpn.J.Appl.Phys.32,Ll485(1993);H.J.Kim and J.S.Im, Appl.Phys.Lett.68, 1513(1996)], 따라서 평균입자크기의 증가에 의해, 소자의 활성영역중에서 입자계면밀도의 변화를 증가시켜서 소자성능의 변동의 증가를 초래하였다. 바꿔말하자면, 방법자체가 매우 복잡해서 실용적인 생산에 매우 적합하지 않다[예를 들면, D.H.Choi, K.Shimixu, O.Sugiura, and M.Matsumura, Jpn.J.Appl.Phys.31, 4545(1992); and H.J.Song, and J.S.Im, Appl.Phys.Lett. 68,3165(1996)].
이러한 문제점에 관련하여, 후자의 문제점을 해결하기 위해 제공된 아이디어는 없으나, 전자의 문제점을 해결하기 위한 방법론이 개발되었으며, 입자계면과 입자크기분포의 위치는 결정입자의 형성위치를 제어함으로써 제어된다. 이것은 다결정박막과 박막의 고체상결정의 화학증착에 있어서 실증되어 있다.(참조, H.Kumomi and T.Yonehara, Jpn.J.appl.Phys. 36, 1383(1997); and H.Kumomi and F.G.Shi, "handbook of thin Films Materials", volume 1, chapter 6, "Fundamentals for the formation and structure control of thin films: Nucleation, Growth, Solid-State transformations" edited by H.S.Nalwa(Academic Press, New York, 2001)).
용융-재응고화에 의한 결정박막의 형성에서도 상기 아이디어를 실현하기 위한 몇몇의 시도가 보고되었다. 노우치[일본국 특개평 제5-102035호], 및 이케다[T.Noguchi and Y.Ikeda: Proc.Sony Research Forum, 200(Sony Corp., tokyo, 1993)], 엑시머레이저 어닐링에 의한 비결정질실리콘박막의 용융-재응고화에 있어서, 비결정질실리콘박막위에 형성된 차광층를 통하여 개구를 형성하고, 엑시머레이저빔을 비결정질실리콘박막에 투영한다. 이에 의해, 개구부에서의 비결정질실리콘은 선택적으로 용융되고 재응고되어 박막평면에서 우선적으로 결정영역을 형성한다. Toet 등[D.Toet, P.V.Santos, D.Eitel, and M.Heintze, J.Non-Cryst.Solids 198/200,887(1996);D.Toet, B.Koopmans, P.V.Santos, R.B.Bergmann, and B.Richards, Appl.Phys.Lett.69,3719(1996); and D.Toet., B.Koopmans, R.B.Bergmann, B.Richard, P.V.Santos, M.Arbrecht, and J.Krinkc, Thin Solid Films 296, 49(1997)]은, 비결정질실리콘박막에 1㎛정도로 초점맞취진 Ar레이저빔을 투영하여 조사된 영역만 용융하여 재응고하였다.
그러나, 상기 방법에 있어서, 다수의 결정입자는 영역에서 입자의 랜덤한 위치에서 결정영역에 형성되고, 영역에 형성된 결정입자의 개수는 영역중에서 크게 변동하였다.
이시하라와 윌티[R.Ishihara and P.Ch.van der Wilt, J.Appl.Phys. 37, L15(1998); and P.Ch.van der Wilt and R.Ishihara, Phys.Stat Sol.(A)166, 619(1998)]는, 산화층으로 도포된 단결정 실리콘기판위에 엑시머레이져 어닐링함으로써 비결정질 실리콘박막의 용융-재응고화에 있어서, 힐록을 가진 단결정실리콘기판위에 산화막을 증착하고 증착된 산화막을 평탄화하는 방법에 대하여 보고하고 있다. 이에 의해, 하부 산화층은 힐록의 정상부에서 국부적으로 얇아지고, 열은 용융된 실리콘막의 얇은 부분으로부터 기판으로 급속하게 전달되어 급속하게 냉각된다. 따라서, 응고는 힐록으로부터 우선적으로 시작되어 결정입자가 성장된다. 이시하라 등은 힐록의 투영된 영역과 산화막의 두께를 최적화함으로써 힐록위에 단결정입자의 성장가능성에 대하여 언급하였다. 그러나, 가능성은 확인되지 않았고, 최적조건에 대한 윈도우는 매우 작다. 더욱이, 이 방법은 고열전도성 하부기판을 사용하고, 유리기판을 사용하는 방법에는 적용할 수 없다. 또한, 하부기판의 미세가공 및 산화막의 평탄성이 대형면적가공에 대해서는 용이하지 않아서 실용화할 수 없다.
상기 설명한 바와 같이, 용융-재응고화에 의한 결정박막의 형성에 있어서, 결정입자형성의 위치를 용이하게 조절할 수 없다. 그러나, 이 방법은, 다른 박막형성방법에 의해 제조된 막에 비하여 결정입자에 있어서 저밀도의 결함을 가지기때문에, 용융-재응고방법에 의해 형성된 얇은 결정막이 박막의 특성을 개선하는데 전도유망하다.
본 발명은, 용융-재응고화에 의해 유리기판 등에 적용가능한 범용성 결정박막의 제조방법에 있어서 결정입자의 위치를 정밀하게 조절할 수 있는 범용성 결정박막의 제조방법을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명은 결정입자의 위치가 정밀하게 조절되는 박막을 제공하는 데 있다. 본 발명은 또한, 고성능소자 및 회로를 제공하고 박막을 사용한 디바이스를 제공하는 데 있다.
<발명의 요약>
본 발명의 실시예는, 서로 상이한 상태에 있는 복수의 영역이 연속적으로 공존하는 개시박막을 용융하여 재응고화하는 공정을 구비하는 결정박막의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 결정박막의 제조공정에 있어서, 개시박막은 주위 영역과는 상이한 상태의 소영역을 가지고, 소정의 개수의 결정입자 또는 결정 클러스터가 소영역에서 성장한다.
본 발명의 결정박막의 상기 제조방법에 있어서, 개시박막은 결정입자 또는 결정성 클러스터를 함유하고, 영역 사이의 상이한 상태는, 개시박막을 용융하고 재응고하는 공정에서 용융되지 않은 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포에 의해 특징된다. 이 실시예에 있어서, 이하의 구성이 바람직하다.
영역 사이에서 상이한 전술한 상태는, 결정입자 또는 결정성 클러스터의 벌크부분 또는, 표면의 융해점에 의해 특징지워지거나, 인접하는 결정입자 또는 결정성 클러스터 사이의 계면에 의해 특징지워진다.
전술한 개시박막은 비결정질부분을 함유하고, 영역 사이의 상이한 상태는, 결정입자 또는 결정성 클러스터의 벌크 또는 표면의 용융점에 의해 특징지워지거나, 인접한 결정입자 또는 결정성 클러스터 사이의 계면에 의해 특징지워지거나, 비결정질부분에 의해 특징지워진다.
전술한 개시박막은 결정입자 또는 결정성 클러스터를 함유하는 비결정질박막이고, 영역 사이의 상이한 상태는 개시박막의 비결정질매트릭스에 함유된 결정입자 또는 결정크러스터의 수농도의 크기분포에 의해 특징지워진다.
전술한 개시박막은 다결정박막이고, 영역 사이의 상이한 상태는 개시박막을 구성하는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포에 의해 특징지워진다.
전술한 개시박막은 공존하는 비결정질영역과 다결정영역을 함유하고, 비결정질영역과 다결정영역 사이의 상이한 상태는 결정도에 의해 특징지워진다.
전술한 개시박막은 비결정질박막이고, 영역 사이의 상이한 상태는, 개시박막의 용융 및 재응고에 있어서 최대용융순간 전에, 고체상결정체에 있어서 미소결정의 핵형성에의 자유에너지 배리어높이에 의해 특징지워지고, 특히, 미소결정의 핵형성에의 자유에너지 배리어높이는 원소구성비율, 불순물 함유농도, 표면흡착물 및 개시박막과 기판 사이의 계면에서의 상태 중 어느 것에 의해 제어된다.
본 발명의 결정박막의 제조공정에 있어서, 영역 사이에 상이한 상태는, 용융된 상으로부터 응고에 있어서 미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지 배리어높이에 의해 특징지워지고, 특히, 미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지 배리어의 높이는 원소구성비율, 불순물 함유농도, 표면흡착물 및 개시박막과 기판 사이의 계면에서의 상태 중 어느 것에 의해 제어된다.
본 발명의 결정박막의 제조공정에 있어서, 연속적인 결정구조를 갖는 결정입자의 적어도 일부의 공간 위치는 개시박막에서 상태가 상이한 영역의 공간 위치를 제어함으로써 제어된다.
본 발명의 제 2실시예는 상기 설명한 바와 같은 결정입자의 제조공정에 의해 제조되는, 결정박막에 관한 것이다.
본 발명의 제 3실시예는 본 발명의 결정박막을 사용하는 소자이고; 연속적인 결정구조를 갖는 결정입자의 적어도 일부의 공간 위치가 개시박막에서 상태가 상이한 영역의 공간위치를 제어함으로써 제어되고, 제어된 위치를 갖는 결정입자가 활성영역으로서 사용되는 것이 바람직하고; 활성영역은 결정박막에서 하나의 단결정입자내부에 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 제 4실시예는 본 발명의 상기 소자로 구성된 회로이다. 본 발명의 제 5실시예는 본 발명의 소자 또는 회로를 사용한 디바이스이다.
< 바람직한 실시예의 상세한 설명 >
본 발명에 의해 해결되는 제 1문제는 박막을 용융하고 재응고함에 있어서 결정입자형성의 위치를 정밀하게 제어하는 것이다. 상기 설명한 바와 같은 종래방법에 있어서, 위치는 용융된 박막에서 열분포를 초래함으로써 우선적으로 재응고됨에 의하여 제어된다. 이러한 방법은, 용융되는 동안 및 용융 후의 결정입자의 형성과 성장이 박막의 온도에 따라 크게 변하므로, 박막에서의 온도분포가 시간에 따라서 공간적으로 정확하게 제어할 수 있다면, 기대할 수 있다. 그러나, 박막에서의 열 전도성은 용융전후로 상당히 또는 현저하게 빠르므로, 2차원열분석의 모의분석[Gupta, Song, and Im, Mat.Res.Soc.Symp.Proc.397,465(1996)]에 의해 제안된 바와 같이, 용융하여-재응고하는 짧은시간 동안조차도 급격한 온도증감은 소망하는 제한영역내에서 용이하게 위치할 수 없다. 또한, 엑시머레이저처럼 단파장광원에 의해 짧은 시간 어닐링함에 있어서, 전술한 열분석의 모의실험과 현장(in-situ) 관찰 결과[Hatano, Moon, Lee, and Grigoropoulos, J.Appl.Phys., 87, 36(2000)]로부터 명백한 바와 같이, 용융와 재응고는 막두께 방향으로도 변하므로, 결정입자 형성의 공정 전체에 걸쳐서 소정의 온도분포의 형성은 본질적으로 불가능하다. 본 발명의 발명자들은, 상기 사실이 하나의 결정입자 형성의 위치의 제어 또는 형성된 결정 입자의 수밀도의 제어에 있어서의 곤란성을 초래한다는 것을 발견하였다. 본 발명의 발명자들은 포괄적인 조사후에, 열분포에 의거한 종래방법과는 완전하게 다른 신규한 방법을 발견하였다.
본 발명은, 용융하여 재응고시에 처리되는 개시박막이 상태가 상이한 영역을 가지는 것으로 특징지워진다. 본 발명은, 용융 및 재응고시에 처리되는 개시박막이, 둘러싸인 영역과 상태가 상이한 소영역을 구비하고, 소정개수의 결정입자 또는 결정성 클러스터가 소영역에서 우선적으로 성장하는 것으로 또한 특징지워진다. 본 발명에 있어서 상태가 상이한 영역의 존재는, 용융-재응고화에 영향을 끼친다. 효과에 대한 설명으로, 먼저 최근 명백하게 된, 용융-재응고공정의 동적측면에 대하여 설명한다.
용융 및 재응고에 의한 결정박막의 형성은 개시박막의 가열에 의해 용융을 시작한다. 용융 직전에 박막이, 예를 들면 결정성 클러스터를 함유하는 비결정질물질과 다결정물질로 이루어지는 비균질구조를 갖는 경우에, 용융점은 박막의 구성성분에 따라서 박막을 비균질화한다. 일반적으로, 결정입자 또는 결정 클러스터에 있어서 벌크영역의 용융점(Tc), 그들 표면의 용융점(Ts), 및 인접한 입자사이의 입자계면의 용융점(TB), 및 비결정질영역의 용융점(TA)은 다음의 관계식 Tc > Ts 내지 TB >TA 으로 알려져 있다. 용융 직전 박막이 이러한 구성요소로 이루어지는 경우, 용융공정의 변화는, 용융에 대한 최대온도(TM), 가열속도(dT/dt), 최대온도의 지속시간, 및 개시박막의 구성에 관련하여 표 1 내지 표 4에 개시한 바와 같이 분류되고 요약된다.
최대온도TM 가열비dT/dt 최대온도의지속시간 개시박막의 구성
결정입자 또는결정클레스터를구성하는다결정 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하는비결정질물질 결정입자또는결정성 클러스터함유하지않는비결정질물질
TM<TC ∞ >0 전체막이 즉시 녹음
<∞신속하다 TS초과온도에서,용융는 입자계면에서 시작하고,용융가 결정입자또는 결정성 클러스터의 표면으로부터퍼짐.마지막으로전체박막이용융됨 TA초과온도에서, 용융는비결정질영역에서 시작함.TS초과온도에서결정입자 또는결정성 클러스터는표면에서 용융되기 시작함.마지막으로전체박막이용융함 TA초과온도에서,용융는 국부적으로 시작함,마지막으로전체박막이용융함
<∞느리다 TA이하온도에서,결정입자 또는결정성 클러스터는고체상 및 비결정질영역에서 성장함. 자발적핵형성이 높은비율 및 고밀도에서 일어남.TB초과온도에서,용융는 입자계면에서 시작하고,용융는 결정입자의 표면으로부터퍼짐.마지막으로 전체박막이 용융됨. TA이하온도에서,자발적 핵형성이 높은비율 및고밀도에서일어남.TB초과온도에서,용융는 입자경계에서 시작되고,용융는 결정입자의 표면으로부터퍼짐. 마지막으로 전체박막이용융됨.
최대온도TM 가열비dT/dt 최대온도의지속기간 개시박막의 구성
결정입자 또는결정성 클러스터를구성하는 다결정 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하는비결정질물질 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하지않는비결정질물질
TC<TM<TB ∞ 길다 입자계면은 즉시용융됨.결정입자 또는결정성 클러스터는표면용융에 의해크기가 작아짐 비결정질영역이즉시 용융됨.결정입자 또는결정성 클러스터는표면용융에의해 크기가작아짐 전체박막이 즉시용융함
짧다 입자계면은 즉시용융됨.결정입자 또는결정성 클러스터의표면은 용융되지만, 크기는거의 작아지지않음 비결정질영역은즉시 용융함.결정입자 또는결정성 클러스터의표면은 용융되지만, 크기는거의 작아지지않음
최대온도TM 가열비dT/dt 최대온도의지속기간 개시박막의 구성
결정입자 또는결정성 클러스터를구성하는 다결정 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하는비결정질물질 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하지 않는비결정질물질
Tc<TM<TB <∞신속 길다 TB초과온도에서,용융는 입자계면에서 시작함.결정입자 또는결정성 클러스터는표면용융에 의해크기가 작아짐. TA초과온도에서,용융는 비결정질영역에서 시작함.TS초과온도에서,결정입자 또는결정성 클러스터는표면의 용융때문에 크기가 작아짐 TA초과온도에서,용융가 국부적으로 시작함.마지막으로 전체박막이 용융됨.
짧다 TB초과온도에서,용융는 입자계면에서 시작함.결정입자 또는결정성 클러스터는표면에서 용융하지만, 크기는거의 작아지지않음 TA초과온도에서,용융는 비결정질영역에서 시작함.TS초과온도에서,결정입자 또는결정성 클러스터는표면에서 용융하지만, 크기는거의 작아지지않음
최대온도TM 가열비dT/dt 최대온도의지속기간 개시박막의 구성
결정입자 또는결정성 클러스터를구성하는 다결정 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하는 비결정질물질 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하지 않는비결정질물질
Tc<TM<TB <∞느림 길다 TB초과온도에서,용융는 입자계면에서 시작함.결정입자 또는결정성 클러스터는표면용융에 의해크기가 작아짐. TA이하온도에서,결정입자 또는결정성 클러스터는고체상 및 비결정질 영역에서성장하고, 자발적인 핵형성이 높은비율 및 고밀도에서 일어남TB초과온도에서,용융는 입자계면에서 일어나고,결정입자는현저하게 크기가작아짐 TA이하온도에서,자발적인 핵형성이높은비율 및 고밀도에서 국부적으로일어남.TB초과온도에서,용융는 경계에서시작하고, 결정입자또는 결정성 클러스터는 현저하게 크기가작아짐.
최대온도TM 가열비dT/dt 최대온도의지속기간 개시박막의 구성
결정입자 또는결정성 클러스터를구성하는 다결정 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하지않는비결정질물질 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하지 않는비결정질물질
Tc<TM<TB <∞느림 짧다 TB초과온도에서,용융는 입자계면에서 시작함.결정입자 또는결정성 클러스터는표면에서 용융하지만, 크기는거의 작아지지않음 TA이하온도에서,결정입자 또는결정성 클러스터는고체상 및 비결정질 영역에서성장하고, 자발적인 핵형성이 높은비율 및 고밀도에서 일어남TB초과온도에서,용융는 입자계면에서 시작하지만결정입자크기는더욱 작은크기로됨. TA이하온도에서,자발적인 핵형성이높은비율 및 고밀도에서 국부적으로일어남.TB초과온도에서,용융는 계면에서시작하지만, 결정입자 또는 결정클러스터는 거의더욱 작은크기로되지 않음.
최대온도TM 가열비dT/dt 최대온도의지속기간 개시박막의 구성
결정입자 또는결정성 클러스터로구성된 다결정체 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하는 비결정물질 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하지 않는비결정질물질
Tc<TM<TB ∞ >0 용융되지 않음 비결정질 영역만즉시 용융됨 전체박막이 즉시용융됨
<∞신속함 TA초과온도에서,비결정질층만이용융됨 TA초과온도에서,전체박막이용융됨
<∞중간 TA이하온도에서,결정입자 또는 결정클러스터는 고체상및 비결정질영역에서성장하고, 자발적인 핵형성이 높은비율및 고밀도에서일어남.TA초과온도에서, 잔류비결정질영역만이용융됨 TA초과온도에서,자발적 핵형성이높은비율 및고밀도에서일어남.TA초과온도에서,잔류비결정질영역만이 용융됨
최대온도TM 가열비dT/dt 최대온도의지속기간 개시박막의 구성
결정입자 또는결정성 클러스터로구성된 다결정체 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하는 비결정물질 결정입자 또는결정성 클러스터를함유하지 않는비결정질물질
Tc<TM<TB <∞느리다 >0 용융하지 않음 TA이하온도에서,결정입자 또는 결정클러스터는 고체상및 비결정질영역에서성장하고, 자발적인핵형성이 높은비율및 고밀도에서 일어나 전체박막의 결정화를 초래함.따라서, TA초과온도인 경우라도,용융는 발생하지 않음 TA이하온도에서,자발적 핵형성이높은비율 및고밀도에서일어나 전체박막의 결정화를초래함. 따라서TA초과온도인경우라도 용융는일어나지 않음.
엑시머레이저 등의 단파장광원에 의한 어닐링에 있어서, 레이저광은 박막으로 얕은 깊이까지 관통하여 표면 근처의 막의 일부만을 가열시키고, 막의 하부부분은 표면부분으로부터 열전도성에 의하여 가열된다. 따라서, 막깊이 방향으로의 전이공정은 표 1 내지 표 4에 도시된 용융공정의 동적측면의 분류에 포함된다. 즉, 용융는 표면 부근에서 시작되어 막과 하부기판 사이의 계면 방향으로 전파한다. 각각의 깊이에서의 용융상태는 표 1 내지 표 4를 따른다.
표 1 내지 표 4에서 요약된 용융공정중에서, 박막의 일부가 용융되지 않는 시스템은, 본 발명의 목적이 아니므로, 본 발명의 고려로부터 제외된다. 따라서, 최대온도의 변화, 가열비율, 최대온도지속시간 및 개시박막의 구성과 관계없이, 용융상태는, (1) 전체 박막이 용융된 상인 완전한 용융상태, 및 (2) 결정고체영역이 용융된 상에서 분산되는 불완전한 용융상태로 개략적으로 분류된다. 다음, 상기 두 개의 용융상태중 어느 한쪽의 박막이 가열이 종료한 후에 냉각되는, 재응고공정에 대하여 설명한다.
완전한 용융상태에서의 박막의 응고 시작에 있어서, 결정핵은 용융된 상에서 자발적으로 형성되어야 한다. 고전적 핵형성 이론에 의하면, 용융된 상에서의 단위 체적당 단위 시간에 제조되는 결정 핵들의 개수, 즉, 핵형성비(J)는 J∝exp(-W*/kT)와 같이, 결정핵 형성과 시스템의 절대온도(T)에 대한 자유에너지 배리어(W*)의 함수이다. 결정핵형성에 대한 자유에너지배리어(W*)는 W*∝Tc/△T와 같이, 결정벌크의 용융점(Tc)과 과냉각(△T=T-Tc)의 함수이며, 여기서 J는 T의 감소에 따라서 다중 지수적으로 증가한다. 따라서, 온도가 용융점 Tc 보다 낮아진 직후 핵형성은 일어나지 않으며, 용융된 상태를 유지한다. 온도가 상당히 낮아진 특정시간후에, 핵형성은 자발적이고 폭발적으로 일어나므로 급속한 응고가 발생한다. 과냉각은 관찰할 수 있는 자발적인 핵형성을 초래하고 최종의 결정입자농도는 냉각속도 dT/dt 및 결정핵형성에 대한 자유에너지 배리어(W*)에 좌우한다. 후자는 과냉각 및 초기물질의 상태에 좌우한다.
한편, 불완전한 용융상태의 박막에 있어서, 용융된 매트릭스에서 용융되지 않은 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터가 분산된 시드미소결정으로부터, 액상 에픽택셜 성장은, 냉각이 시작되는 동시에 일어난다. 따라서, 용융된 매트릭스에 용융되지 않은 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터는 이미 성장하고, 과냉각이 현저해질 때, 미세 결정입자는 용융된 영역에서만 자발적으로 신속하게 형성된다. 박막이 점진적으로 냉각되는 경우, 또는 용융된 매트릭스에서 잔류하는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 농도가 상당히 높거나, 그 크기가 상당히 큰 경우, 전체박막은 잔류하는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 성장에 의해서만 고형화할 수 있다. 한편, 박막이 신속하게 냉각되는 경우, 또는 용융된 매트릭스에서 잔류하는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 농도가 현저하게 낮거나, 그 크기가 현저하게 작은 경우, 잔류하는 결정입자 또는 결정성 클러스터가 현저하게 성장하기 전에 과냉각의 증대에 의해 자발적이고 폭발적인 핵형성이 발생함으로써, 박막의 대부분의 영역은 미세한 결정입자에 의해 고형화될 수 있다. 따라서, 결정입자의 최종의 수농도와 그 크기분포는 냉각비 dT/dt 및 용융된 매트릭스에 잔류하는 잔류 결정입자 또는 결정성 클러스터의 크기분포에 따라 변한다. 또한, 표 1 내지 표 4에 도시한 바와 같이, 후자는, (1) 최대온도(TM), 가열비 dT/dt, 최대온도지속기간 등의 박막의 온도조건; 및 (2) 이하 (2-1) 및 (2-2)와 같은 이러한 개시박막의 조건: (2-1) 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포에 의해 표시되는 개시박막의 결정도와 관련있는 구조 및 (2-2) 개시박막의 용융전에 고체상결정에서의 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지배리어, 결정입자와 결정성 클러스터에서의 벌크영역의 용융점(Tc), 그 표면의 용융점(Ts), 인접한 결정입자 사이의 입자계면의 용융점(TB) 및 비결정질 영역이 존재하는 경우 임의의 비결정질 영역의 용융점(TA) 등의 열역학특성에 따라서 변한다.
본 발명에 있어서, "결정입자 및 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포"는 단위체적당, g-크기 결정입자 또는 결정성 클러스터의 개수에 의해 정의되는 물리적인 양이며 g의 함수인 f(g)를 의미한다.
따라서, 두 개의 "결정입자 및 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포"는, f(g) 값이 전체 크기 공간영역(g>0)에서 어느 "g"에 대하여 일치하는 경우에만 서로 동일하고, 그렇지 않으면 상이하다.
상기 설명으로부터, 용융 재응고에 의해 유도되는 다결정박막의 입자구조는, 완전한 용융 또는 불완전한 용융의 상태와 관계없이, 재응고시 용융냉각하기 위한 가열온도조건 및 구조와 열열학특성을 포함하는 개시박막의 상태에 좌우하는 것으로 일반적으로 결론지을 수 있다. 결정입자형성의 공간위치의 제어의 관점으로부터, 상기 온도조건제어는 지금까지 시도되었지만, 상기 설명한 바와 같이 용이하게 제어할 수 없다. 포괄적으로 고려한 후에, 본 발명의 발명자들은 개시박막의 공간상태를 제어함으로써 결정입자형성의 위치제어의 가능성을 합리적으로 예측하였다. 즉, 본 발명에 있어서 문제점을 해결하기 위한 수단은, 공간적으로 개시박막의 상태를 제어하는 것이다. 그 효과는 실시예를 참조하면서 설명한다.
도 1a 내지 도 1h 및 도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 결정박막과 그 제조방법의 기본 실시예를 예시한 도면이다. 도 3a 내지 도 3h 부터 도 9a 내지 도 9h는 전개된 실시예를 예시한 도면이다. 도면은 표면 또는 계면에 수직하는 방향으로 절단한 박막의 단편의 개략적인 단면도이다. 박막은 본 발명의 상부면 또는 하부면위의 다른 층 또는 층들과 접촉될 수 있다. 도 1a 내지 도 1h부터 도 9a 내지 도 9h에 있어서, 박막만이 부가적인 층을 도시하지 않고 예시된다. 도 1a 내지 도 1h부터 도 9a 내지 도 9h에 있어서, 번호는 다음과 같은 부분을 나타낸다: (1)은 소영역;(2)는 둘러싸인 영역; (3)은 개시박막; (4)는 용융-재응고를 위한 에너지의 인가; (5)는 결정입자 또는 결정성 클러스터; (6)은 결정입자; (7)은 용융된 영역; (8)은 랜덤한 결정성 클러스터; 및 (9)는 입자계면으로 나타낸다.
공간적으로 개시박막의 상태를 제어하기 위하여, 개시박막에 있어서, 둘러싸인 영역과 다른 상태인 소영역을 형성하고, 소영역에 있어서, 소정의 개수의 결정입자 또는 결정성 클러스터는 최대용융시에 용융되지 않은 상태를 유지하도록 하거나, 미소결정 핵형성은 우선적으로 특징지워진다. 도 1a 또는 도 2a에 도시한 바와 같이, 소영역(1)은 둘러싸인 영역(2)과 서로 접촉된 상태로 공존하도록 개시박막(3)에 형성되고 , 도 1b 또는 도 2b에 도시한 바와 같이 에너지(4)가 인가되어 개시박막(3)이 가열용융한다. 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)는 아래 개시한 바와 같이 박막상태에서 상이하다.
용융의 마지막 단계(도 1c) 및 에너지 인가가 종료한 후의 단계(도 1d) 사이에, 1이상의 소정의 개수의 결정입자 또는 결정성 클러스터가 소영역(1)에서 용융되지 않은 상태를 유지하고 둘러싸인 영역에서의 결정입자 또는 결정성 클러스터는 소영역(1) 보다 매우 낮은 농도를 유지하거나; 또는 용융되지않은 상태를 유지하는 결정입자 또는 결정성 클러스터 없이 둘러싸인 영역(2)이 완전하게 용융되므로 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)은 상이하다. 다른 측면에서는, 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)의 양자는 용융의 마지막 단계에서 완전히 용융되지만(도 2c), 소영역에서 미소결정 핵형성에 대한 자유 에너지 배리어가 둘러싸인 영역(2) 보다 낮기 때문에 냉각 응고 공정(도 2d)에서 결정입자 또는 결정성 클러스터(5)의 형성에 있어서는 소영역(1)에서 핵형성이 우선적으로 일어나므로(도2d), 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)은 상이하다.
상태가 다른 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)을 갖는 개시박막을 가열용융한 후, 재응고하는 동안, 시드결정으로서 작용하는 결정입자 또는 결정성 클러스터(5)로부터 결정성장이 진행하여 인접한 용융상태의 박막을 응고화하여 결정입자(6)를 형성한다(도 1e 및 도 2e).
다음에, 결정입자(6)가 인접한 둘러싸인 영역(2)을 연속적으로 응고화함으로써 소영역(1)을 넘어서 성장한다(도 1f 및 도 2f). 그러나, 결정입자(6)의 성장은 무한히 연속적이지 않다. 응고가 결정입자(6)에 의해 특징되지 않는 용융된 영역에 있어서, 특정한 과냉각에서, 결정입자 또는 결정성 클러스터(8)는 자발적이고 폭발적으로 랜덤하게 형성된다(도 1g 및 도 2g). 둘러싸인 영역(2)으로 성장하는 결정입자(6)는 위치가 제어되지 않는 결정입자 또는 결정성 클러스터에 영향을 미치고, 입자계면(9)은 그들 사이에 형성된다(도 1h 및 도 2h). 결과적으로, 결정박막은, 소영역(1)의 제어되는 위치에서 결정입자(6)에 의해 용융-재응고함으로써 형성된다.
소영역(1)이 도 1a 내지 도 1h에 도시한 바와 같이 불완전하게 용융되는 경우에, 불완전한 용융에 있어서 소영역(1)에 잔류하는 결정입자 또는 결정성 클러스터(5)의 개수는, 용융 전에 함유되는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포, 소영역(1)의 체적, 또는 가열용융에 대한 에너지 인가의 조건에 의해 정확하게 제어할 수 있다.
소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)이 모두 완전하게 용융되는 경우, 소영역(1)에서 우선적으로 형성되는 결정입자 또는 결정성 클러스터(5)의 개수는, 미소결정의 핵형성에의 자유에너지 배리어(W*)에 의해서만 변하고, 응고시에 소영역(1)의 상태 및 온도에 의해 정확하게 제어할 수 있다.
소영역(1)의 불완전한 용융 및 소영역(1)의 완전한 용융 양자의 경우에 있어서, 소영역(1)에서 결정입자(6)의 개수는 하나에 제한되지 않으며, 소영역(1)의 불완전한 용융에 대하여 도 3a 내지 도 3h에 도시한 바와 같이 2이상 성장될 수 있다.
도 1a 내지 도 1h, 도 2a 내지 도 2h, 및 도 3a 내지 도 3h에 있어서, 결정입자(6)의 형성의 위치를 규정하는 소영역(1)은, 둘러싸인 영역(2)에 의해 둘러싸여진 단일 영역으로 형성된다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 소영역(1)은 본 발명에서 불연속적 또한 산발적으로, 다수로 형성된다.
도 4a 내지 도 4h, 도 5a 내지 도 5h 및 도 6a 내지 도 6h는, 도 1a 내지 도 1h의 실시예에 대응하는, 소영역(1)이 불완전하게 용융되는 다른 실시예를 도시한 도면이다. 인접한 소영역(1)을 서로 멀리 분리한 경우(도 4a), 미세 결정입자 또는 결정성 클러스터(8)는 각각의 소영역(1)의 위치에 형성되는 결정입자 사이에 자발적이고 폭발적으로 랜덤하게 형성된다(도 4h). 그러나, 인접한 소영역(1) 사이의 거리가 충분히 짧은 경우(도 5a), 거기로부터 성장한 결정입자는, 결정입자 또는 결정성 클러스터(8)가 자발적이고 폭발적으로 형성하기 전에, 그들 사이의 중간점 주위에서 함께 충돌하게 되어, 입자계면(9)를 형성한다(도 5h).
소영역(1)이 전술한 거리 보다 짧은 최대거리로 박막 전체에 걸쳐서 배치되면(도 6a), 전체박막은 위치적으로 제어된 결정입자(6)로 구성될 수 있다(도 6h). 소영역(1)이 규칙적인 간격으로 배치되면, 박막은 거의 동일한 크기로 위치 제어된 결정입자(6)에 의해 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4h, 도 5a 내지 도 5h, 도 6a 내지 도 6h에 도시된 실시예에 있어서, 소영역(1)이 불완전하게 용융된다. 그러나, 도 2a 내지 도 2h에 도시된 바와 같이 소영역(1)이 완전하게 용융되는 경우, 마찬가지 공정을 사용할 수 있다.
도 1a 내지 도 1h 로부터 도 6a 내지 도 6h에 도시된 실시예에 있어서, 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)은 개시박막(3)의 평면방향으로 2차원적으로 배치된다. 본 발명에 있어서, 영역이 개시박막(3)의 두께방향으로 또한 배치된 3차원 구성을 사용할 수 있다. 예를 들면, 도 7a 내지 도 7h에 도시된 바와 같이, 소영역(1)은 박막의 절반 두께 부분에 형성되고, 둘러싸인 영역(2)에 의해 상부측과 주변측으로부터 둘러싸임으로써, 마찬가지의 용융-재응고를 행할 수 있다. 도 7a 내지 도 7h에 있어서 도 6a 내지 도 6h에 도시된 바와 같이 짧은 간격으로 배치되는 소영역(1)이 불완전하게 용융된다. 소영역(1)의 3차원배치는, 도 1a 내지 도 1h 로부터 도 5a 내지 도 5h에 도시된 바와 같은 구조로 또한 가능하거나, 소영역(1)이 완전하게 용융된 경우에 또한 가능하다. 또한, 소영역(1)의 3차원구성은 도 7a 내지 도 7h에 도시된 것으로 제한되지 않고 다양하게 변화된 것을 포함한다.
도 1a 내지 도 1h 로부터 도 7a 내지 도 7h에 도시된 실시예에 있어서, 평면방향으로 개시박막(3)의 펼쳐진 영역은, 소영역(1) 또는 결정입자(6)의 크기 또는 소영역(1) 사이의 간격보다 매우 크다. 그러나, 영역 및 크기 또는 간격은 크기로 비교될 수 있다. 예를 들면, 도 8a 내지 도 8h에 있어서, 도면에 도시된 크기의 개시박막(3)에 의하면, 소영역(1)은 둘러싸인 영역(2)에 의해 둘러싸여서 형성되고(도 8a) 소영역(1)의 불완전한 용융을 발생시키는 용융-재응고를 행하는 경우 결과물인 재응고된 박막은, 위치적으로 제어되지 않는 자발적이며 랜덤한 핵형성에 의해 형성된 결정입자 또는 결정성 클러스터(8)에 의해 둘러싸인 결정입자를 가진다(도 8h). 도 9a 내지 도 9h에 있어서, 평면방향으로 크기가 작은 개시박막(3)에 의하면(도 9a), 위치제어없이 결정입자 또는 결정성 클러스터(8)의 자발적인 핵형성이 폭발적으로 발생하기 전에, 결정입자(6)는 개시박막(3)의 전체에 걸쳐서 성장하고, 결정입자(6)에 의해서만 이루어져 있는 재응고된 박막을 형성한다(도 9h). 소영역(1)이 도 2a 내지 도 2h에 도시된 바와 같이 완전하게 용융된 경우, 복수의 결정입자(6)가 도 3a 내지 도 3h에서 도시된 바와 같은 소영역(1)에서 성장한 경우, 개시박막(3)이 도 4a 내지 도 4h 로부터 도 6a 내지 도 6h에 도시된 바와 같은 복수의 소영역(1)을 포함하는 경우, 또는 소영역(1)이 도 7a 내지 도 7h에 도시된 바와 같이 3차원으로 배열된 경우, 8a 내지 도 8h 및 도 9a 내지 도 9h에 도시된 용융-재응고화를 또한 행할 수 있다. 도 8a 내지 도 8h 및 도 9a 내지 도 9h에 도시된 개시박막(3)이 도면에 도시되지 않은 기판위에 산발적으로 복수로 형성될 수 있다.
도 1a 내지 도 1h로부터 도 9a 내지 도 9h에 도시된 실시예에 있어서, 개시박막(3)은 상이한 상태의 두 종류의 영역, 즉 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)를 갖지만, 상이한 상태의 3이상의 영역이 형성될 수 있다. 예를 들면, 각각 단결정입자(6)가 우선적으로 형성되는 도 1a 내지 도 1h에 도시한 바와 같은 소영역(1), 및 복수의 결정입자(6)가 형성되는 도 3a 내지 도 3h에서 도시된 바와 같은 다른 종류의 소영역(1)이 한쪽의 개시박막(3)에 공존하여도 된다. 한편, 2차원 또는 3차원의 상이한 구조를 가진 복수의 소영역이 개시박막(3)에 공존할 수 있다.
용융-재응고 공정에 있어서 개시박막(3)에 공존하는 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)을 형성하는 기본 실시예에 대하여 이하 설명한다.
소영역(1)이 불완전하게 용융되는 경우, 박막 용융의 마지막 단계에서, 하나 또는 특정한 개수의 결정입자 또는 클러스터입자(5)가 소영역(1)에서 용융되지 않은 상태를 유지하는 반면에, 둘러싸인 영역(2)에서는, 결정입자 또는 결정성 클러스터는 소영역(1)보다 매우 낮은 농도에서 용융되지 않은 상태에 있거나 완전하게 용융된 상태에 있지 않으므로, 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)은 서로 상이하게 된다. 전에 상술한 바와 같이, 용융되지 않은 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는, 개시박막에 함유되는 용융되지 않은 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포에 의해 형성되는 개시박막의 결정도에 관련있는 구조에 좌우되고 또한 미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지배리어, 결정입자 또는 결정성 클러스터에서의 벌크영역의 용융점, 그 표면의 용융점, 인접한 결정입자 사이의 입자계면의 용융점, 및 개시박막이 비결정질영역을 함유하는 경우에 있어서의 비결정질영역의 용융점 등의 열역학 특성에 좌우한다. 따라서, 본 목적을 위하여, 상기 요소의 어느 것도 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2) 사이에서 다르다.
예를 들면, 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포가, 둘러싸인 영역(2)보다 큰 크기범위로 전이하거나(큰 크기를 갖은 입자 또는 클러스터는 개수가 많음) 큰 농도를 갖는 경우(입자 또는 클러스터의 개수가 많음)와 개시박막이 고체상결정화 되지 않고 용융되는 경우, 결정입자 또는 결정성 클러스터는 용융되지 않은 상태로 잔류할 수 있다. 개시박막이 고체상결정화되지 않고 용융되는 경우라도, 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 최초 크기분포에서의 차이는, 고체상결정화 후의 크기분포에 직접적으로 영향을 미침으로써, 용융되지 않은 결정입자 또는 결정성 클러스터는 소영역(1)에서 선택적으로 용융된 상태로 잔류할 수 있다. 개시박막의 용융전의 고체상결정이 미소결정 핵형성에 대한 임계크기보다 큰 입자의 성장에 의해 특징지워지지않고, 미소결정 핵형성 공정에 의해 주로 결정되는 경우, 소영역(1)에서 미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지배리어의 높이는, 둘러싸인 영역(2)의 자유에너지 배리어의 높이와는 다르다. 고체상 결정화에서의 미소결정핵형성에 대한 자유에너지배리어의 높이는 박막의 원소구성비, 불순물함유의 농도, 표면의 흡착물 및 박막과 기판 사이의 계면 상태에 좌우한다. 따라서, 영역 사이에 달라지는 상기 어느 요소를 구성함으로써, 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)는 하나 및 동일한 박막으로 제공될 수 있다. 이에 의해, 용융 직전, 소영역(1)에서의 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포가 둘러싸인 영역(2)의 것보다 큰 크기범위에 속함으로써, 용융되지 않은 결정입자 또는 결정성 클러스터는 소영역(1)에서 선택적으로 잔류하게 된다. 한편, 결정입자 또는 결정성 클러스터의 벌크영역, 그 표면 및 인접한 결정입자 사이의 입자계면중의 어느 융해점을 둘러싸인 영역(2)의 것보다 높은 작은 영역에 설계함으로써, 용융되지 않은 결정입자 또는 결정성 클러스터를 용융공정의 마지막단계의 소영역(1)에서 선택적으로 잔류할 수 있다.
소영역(1)이 완전하게 용융되는 다른 경우에서, 개시박막의 상태는, 둘러싸인 영역(2)보다 소영역(1)에서 낮아지는 용융된 상으로부터 미소결정의 핵형성에 대한 자유 에너지 배리어(W*)를 설계함으로써 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2) 사이에 있어서 개시박막의 상태가 다르다. 따라서, 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)이 완전히 용융된 후 냉각-응고 공정에 있어서, 과냉각이 현저하지 않은 상태에서, 결정입자 또는 결정성 클러스터의 핵들은 소영역(1)에서 우선적으로 형성된다. 전에 설명한 바와 같이, 자발적인 핵형성에 의해 형성되는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 농도는, 미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지 배리어(W*)에 의해서만 좌우되고, (W*)의 값은 개시박막의 원소구성비, 함유된 불순물의 농도, 표면의 흡착물 및 박막과 기판 사이의 계면의 상태 등의 소영역(1)의 상태에 따라 좌우된다. 따라서, 소영역(1)과 둘러싸인 영역(2)은 상기 요소중의 어느 것으로든지 상이하게 된다.
도 10 내지 도 13은 상기 설명한 용고-재응고 공정에 의해 형성된 결정박막을 사용하는 본 발명의 소자의 실시예를 도시한 도면이다. 도 10 내지 도 13에 있어서, 도 1 내지 도 1h로부터 도 9a 내지 도 9h에 도시한 바와 같이 마찬가지로 표면 또는 그 계면에 수직하는 방향으로 절단한 박막의 부분 단면도에 대하여 도시한다. 도 10 내지 도 13에 있어서, 필요에 따라서, 도 1a 내지 도 1h로부터 도 5a 내지 도 5h 또는 도 8a 내지 도 8h에 도시한 바와 같이 랜덤한 자발적인 핵형성에 의해 형성된 결정입자 또는 결정성 클러스터(8)는 생략하고 위치적으로 제어된 결정입자(6)만 도시하며, 박막을 지지하는 기판(100)을 도시한다.
본 발명의 결정박막에 있어서, 결정입자(6)의 위치는 소영역(1)의 위치에 의해 결정되고, 그 크기가 예정된다. 따라서, 활성영역으로서 결정입자를 사용하는 소자를 형성하는데 있어서, 결정입자(6)를 사용하는 활성영역은 결정입자(6)의 위치에 바로 관련이 있다. 도 10에서 도시한 바와 같은 예에 있어서, 소자의 활성 소영역(10)은 결정입자(6)의 내부로 제한될 수 있다. 그에 의해 입자계면이 소자의 활성 소영역(10)에 포함되지 않으므로 소자의 성능을 개선할 수 있고, 소자중의 그 변화를 감소시킨다.
도 5a 내지 도 5h로부터 도 7a 내지 도 7h에서 도시하는 바와 같은 복수의 소영역(1)을 형성하는 공정에 의해 제조되는 결정박막에 있어서, 활성 소영역(10)은 도 11에 도시한 바와 같이 결정입자(6)의 소망의 개수를 함유하는 영역에 형성할 수 있다. 또한 이 경우에 있어서, 소영역(1)의 위치를 미리 결정할 수 있으므로, 소자의 활성 소영역(10)에 함유되는 결정입자(6)의 개수 또는 입자계면의 밀도를 제어할 수 있다. 이에 의해, 소자 사이의 변화가 감소될 수 있다.
도 10 또는 도 11에서 도시한 소자의 활성 소영역(10)은, 결정입자(6)위에 적합한 입력-출력단자를 형성함으로써 형성된다. 소자의 종류에 따라서, 입력-출력단자는 결정입자(6)로 이루어진 박막의 상부면, 하부면, 및 주위면중의 어느 위치에 있다. 입력-출력단자는 소자의 활성영역에 입력되거나 소자의 활성영역으로부터 출력된 신호타입에 좌우하여 결정입자(6)와 접촉하거나 결정입자(6)로부터 분리될 수 있다.
도 12 및 도 13은 반도체물질로 이루어진 결정박막위에 형성된 MOS형 박막트랜지스터(TFT)의 예를 도시한다. 도면에 있어서, 번호는 다음과 같은 부분을 표시한다. 즉, (11)은 게이트절연막; (12)는 게이트전극 ; (13)은 소스전극; (14)는 드레인 전극; 및 (100)은 기판을 표시한다
도 12에 도시된 소자는 도 9a 내지 도 9h에 도시된 공정을 통하여 기판(100)위에 절연되어 형성된 단결정입자(6)를 사용하는 MOS형 TFT이다. 결정입자(6)의 표면 위에, 게이트절연막(11)을 분리하는 게이트전극(12), 소스전극(13), 및 드레인전극(14)이 형성된다. 전극 아래의 결정입자(6)의 영역에는, 도전성타입를 제어함으로써 채널영역, 소스영역 및 드레인영역이 각각 형성된다. 전체소자가 입자 계면없이 단결정입자(6)의 내부에 형성되므로 이 소자는 높은 성능을 부여할 수 있다. 도 12에 도시한 바와 같이 하나 및 동일한 기판(100)위에 복수의 소자를 형성함으로써, 소자 사이의 성능의 변화를 감소시킨다. 도 13에 도시한 실시예에 있어서, 미소결정박막은 도 1a 내지 도 1h 또는 도 2a 내지 도 2h에 도시된 공정에 의해 형성되고, 게이트 영역만이 단결정입자(6)의 일부위에 형성되고, 소스영역과 드레인영역은 결정입자에 인접하고 위치적으로 제어되지 않는 결정입자 또는 결정성 클러스터를 함유하는 박막의 일부에 형성된다. 이러한 MOS형TFT에 있어서, 소자성능은 활성영역인 채널영역의 전하전이에 따라서 주로 좌우된다. 따라서, 도 13에 도시한 복수의 소자는, 소자 사이에서 성능변화가 적은 고성능을 부여한다.
도 12 및 도 13에서 도시한 예에 있어서, 소자의 활성영역은 입자계면를 포함하지 않는다. 그러나, 도 3a 내지 도 3h, 도 5a 내지 도 5h로부터 도 7a 내지 도 7h 중의 어느 공정에 의해 얻어지며, 또한 위치적으로 제어되는 입자계면(9)을 가지는 결정박막은, 소자의 활성영역의 결정입자계면(9)을 포함할 수 있다. 활성영역의 입자계면(9)을 가지는 소자는 성능의 절대값에 있어서 열악할 수 있지만, 소자 사이의 변화는 입자계면의 밀도를 제어함으로써 감소시킬 수 있다.
도 14는, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 소자를 사용함으로써 구성되는 본 발명의 회로의 예를 도시한 도면이다. 도면에 있어서, 번호는 다음과 같이 부분을 표시한다. 즉, (15)는 제 1TFT의 게이트배선전극; (16)은 제 2TFT의 게이트배선전극; 및 (17)은 절연층을 표시한다. 이 회로는, 하나의 기판(100)위에 도 12에 도시한 바와 같이 성장중심인 소영역(1)으로부터 성장한 단결정입자(6)로 각각 이루어진 두개의 MOS형 TFT를 부분으로서 갖는다. 게이트전극(12)에 의해 제어되는 제 1TFT의 드레인전극(14)은, 배선을 개재하여 제 2TFT의 게이트전극(16)에 접속하고, 전극과 배선은 절연층(17)에 의해 서로 절연된다. 따라서, 게이트전극(16)에 의해 제어되는 제 2TFT는 제 1TFT의 드레인전압에 의해 제어된다. 이러한 회로에 있어서, 제 1TFT 및 제 2TFT의 소자성능은 정밀하게 제어되어야 한다. 활성영역에 입자계면을 함유하지 않는 이 예의 회로는 상기 조건을 만족한다.
도 15는 본 발명의 회로를 구성하는 본 발명의 화상표시디바이스의 예를 도시한다. 도면에 있어서, 번호는 다음과 같이 부분을 표시한다. 즉, (18)은 전극; (19)는 발광층 또는 광전달제어층; (20)은 상부전극을 표시한다. 이 소자는 도 14에 도시한 바와 같이 두 개의 접속된 TFT를 부분으로 포함한다. 제 2TFT의 드레인 전극은 소자의 상부위치의 전극(18)에 접속한다. 전극(18)위에, 발광층 또는 광전달제어층(19)이 형성되고, 또한 그 위에 상부전극(20)이 형성된다. 광발출 또는 광전달제어층(19)에 인가된 전압 또는 전극(18) 및 상부전극(20)에 의해 유도되는 전류는 제 1TFT드레인전압에 의해 제어되는 제 2TFT의 드레인 전압 또는 전류에 좌우된다. 발광층 또는 광전달제어층(19)의 발광강도 또는 광전도는 인가되는 전압 또는 유도되는 전류에 의해 제어된다. 이 실시예의 화상표시장치는, 하나의 화소에 대한 표시유닛인 상기 소자를 사용하고, 글리드 패턴으로 배치된 이러한 소자로 구성된다. 균일한 광강도와 시간응답을 얻기 위해, 화소 사이의 성능의 변화는 최소화하여야 한다. 활성영역의 입자 계면을 포함하지 않는 소자를 구성하는 회로를 사용하는 상기 소자는 상기 조건을 만족한다.
[실시예 1]
도 1a 내지 도 1h에 도시한 공정에 의해 형성된 결정 실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 1로서 설명한다. 결정실리콘클러스터를 함유하는 비결정질실리콘박막이, 실리콘산화물 및 다른 구성요소로 이루어지고 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 50nm의 두께로 형성되었다. 결정 실리콘 클러스터를 함유하는 이 비결정질실리콘박막은 1㎛ 직경의 소영역을 위치적으로 제외하는 표면측으로부터 에너지빔에 의해 조사되어 박막의 조사된 영역에서 결정실리콘클러스터를 부분적으로 비결정화하였다.
이 개시박막은, 용융하고 재응고하기 위해 30nsec동안 약 200mJ/cm2의 에너지 밀도로 KrF 엑시머레이저빔에 의해 조사되어 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해, 약 1㎛ 직경의 상기 소영역 부근을 중심으로하여 약 2㎛ 직경의 크기까지 단결정입자가 성장한다는 것을 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 50nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 렌덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 에너지빔에 의해 조사되지 않는 약 1㎛ 직경의 소영역에 있어서, 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포의 평균값과 그 농도는 다른 영역보다 높다. 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포의 이러한 차이는, 연속적으로 놓여진 영역 사이의 상태가 달라지게되어 도 1a 내지 도 1h에 도시된 바와 같은 약 1㎛ 직경의 "소영역(1)"을 형성한다. 전술한 용융-재응고 조건하에서 에너지빔 조사된 박막과 비조사박막의 용융-재응고 공정을 현장관찰함으로써, 전자는 완전하게 용융된 것을 확인할 수 있는 반면에 후자는 불완전하게 용융된 것이 확인되었다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 결정성 클러스터를 함유하는 비결정질박막이었고, 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 개시박막의 비결정질계물질의 영역사이에서 달랐다. 이에 의해, 개시박막의 용융-재응고화에 있어서, 용융되지 않은 상태에 있는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역사이에서 달라서 공간적 위치로 제어되는 결정입자로 이루어진 결정박막을 형성하였다.
[실시예 2]
도 1a 내지 도 1h에서 도시된 공정에 의해 형성된 다른 결정실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 2로서 설명한다.
결정실리콘클러스터를 함유하는 비결정질실리콘박막이 실시예 1과 동일한 방법으로, 실리콘산화물로 주로 이루어지고 비결정질 표면을 가지는 기판위에 증착에 의해 50nm두께로 형성되었다. 결정 실리콘 클러스터를 함유하는 이 비결정질실리콘박막은 0.7㎛ 직경의 소영역을 국부적으로 제외하고 표면측으로부터 에너지빔에 의해 조사되어 개시박막을 얻는다. 이 실시예에 있어서, 실시예 1과는 다르게, 에너지빔이 조사된 영역에서, 박막에 함유된 결정 실리콘 클러스터가 완전하게 비결정화하였다.
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이 개시박막은 용융하고 재응고하기 위해 30nsec동안 약 210mJ/cm2의 에너지 밀도에서 ArF 엑시머레이저빔에 의해 조사되어 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 0.7㎛ 직경의 상기 소영역 부근을 중심으로 하여 약 1.5㎛ 직경의 크기까지 단결정입자가 성장한다는 것을 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 40nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 렌덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 에너지빔에 의해 조사되지 않는 약 0.7㎛ 직경의 소영역에 결정성 클러스터가 존재하지만, 다른 부분에는 존재하지 않는다. 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포의 이러한 차이는, 연속적으로 놓어진 영역 사이의 상태에 차이가 발생하게 되어 도 1a 내지 도 1h에 도시된 약 0.7㎛ 직경의 "소영역(1)"을 형성한다. 전술한 용융-재응고조건하에서 완전하게 비결정질화된 에너지빔이 조사된 박막과 비조사된 박막의 용융-재응고 공정을 현장관찰함으로써, 에너지빔이 조사된 박막은 완전하게 용융되는 것이 확인된 반면에, 비조사된 박막은 불완전하게 용융된 것이 확인되었고, 전자는 후자보다 낮은 온도에서 용융되었다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 결정성 클러스터를 함유하는 비결정질박막이었고, 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 개시박막의 비결정질계물질의 영역 사이에서 달랐다. 이에 의해, 개시박막의 용융-재응고화에 있어서, 용융되지 않은 상태에 있는 클러스터의 수농도의 크기분포는, 영역사이에서 달라서 공간적 위치로 제어되는 결정입자로 이루어진 결정박막을 형성하였다.
[실시예 3]
도 1a 내지 도 1h에 도시된 공정에 의해 형성된 제 3결정실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 3으로서 설명한다.
다결정실리콘박막이, 개시박막으로서 무기 실리콘화합물로 이루어진 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 80nm두께로 형성되었다. 개시박막의 증착은 선택적인 증착수단에 의해 행하여 약 2㎛2의 소영역에서 약 300nm의 평균직경을 얻었고, 박막평면의 다른 영역에서 약 100nm을 얻었다.
개시박막은 용융 재응고하기 위해 40nsec동안 약 300mJ/cm2의 에너지 밀도에서 XeCl 엑시머레이저빔에 의해 조사되어 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 2㎛2 의 상기 소영역 부근을 중심으로하여 약 3㎛ 직경의 입자 크기까지 단결정입자가 성장한다는 것을 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 100nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 렌덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 약 2㎛2 의 소영역에 있어서, 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포의 평균값은 다른 영역의 것보다 높다. 결정입자의 수농도의 크기분포의 이러한 차이는, 연속적으로 놓어진 영역 사이의 상태에 차이가 발생하게 되어 도 1a 내지 도 1h에 도시된 약 2㎛2의 "소영역(1)"을 형성한다. 전술한 용융-재응고조건 하에서 약 100nm의 평균직경 및 약 300nm의 평균직경의 다결정실리콘박막의 용융-재응고 공정을 현장관찰함으로써, 전자는 완전하게 용융된 것이 확인된 반면에, 후자는 불완전하게 용융된 것이 확인되었다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 결정입자 또는 결정성 클러스터를 함유하는 다결정질박막이었고, 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역 사이에서 달랐다. 이에 의해, 개시박막의 용융-재응고에 있어서, 용융되지않은 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역사이에서 달라서 공간적 위치로 제어되는 결정입자로 이루어진 결정박막을 형성하였다.
[실시예 4]
도 1a 내지 도 1h에 도시된 공정에 의해 형성된 제 4결정실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 4로서 설명한다.
다결정실리콘박막이, 무기 실리콘화합물로 이루어진 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 80nm두께로 형성되었다. 다음에, 이 다결정실리콘박막이 실시예 2와 동일한 방법으로 약 0.7㎛의 소영역을 국부적으로 제외하고 표면 측으로부터 에너지빔에 의해 조사되어 비결정질화하였다. 개시박막으로서 이것을 사용하였다.
이 개시박막은, 용융 재응고하기 위해 40nsec동안 약 250mJ/cm2의 에너지 밀도에서 XeCl 엑시머레이저빔에 의해 조사되어 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 0.7㎛의 상기 소영역 부근을 중심으로 하여 약 2㎛ 직경의 크기까지 단결정입자가 성장한다는 것을 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 60nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 약 0.7㎛ 직경의 소영역이 다결정체이고, 다른 영역은 비결정질이다. 이러한 차이는, 연속적으로 놓여진 영역 사이의 상태에 차이가 발생하게 되어 도 1a 내지 도 1h에 도시된 약 0.7㎛의 "소영역(1)"을 형성한다. 비결정질 실리콘박막과 다결정질 실리콘박막의 용융-재응고 공정을 현장관찰함으로써, 전자는 완전하게 용융된 것이 확인된 반면에, 후자는 불완전하게 용융된 것이 확인되었다. 전자는 후자보다 저온에서 용융되었다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 결정박막은 비결정질영역 및 다결정질 영역이고, 결정도는 영역간에 상이하였다. 이에 의해, 개시박막의 용융-재응고화에 있어서, 용융되지 않는 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역간에 달라서 공간적인 위치에서 제어되는 결정입자로 구성된 결정박막을 형성하였다.
[실시예 5]
도 1a 내지 도 1h에 도시된 공정에 의해 형성된 제 5결정실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 5로서 설명한다.
다결정실리콘박막이, 실시예 4와 동일한 방법으로 실리콘산화물로 이루어진 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 80nm두께로 형성되었다. 다음에, 이박막은 약 1.5㎛ 직경의 국부적인 소영역을 제외하고 인에 의해 도핑되었다. 초기 박막으로서 이것을 사용하였다.
이 개시박막은, 용융 재응고하기 위해 40nsec동안 약 350mJ/cm2의 에너지 밀도에서 XeCl 엑시머레이저빔에 의해 조사되어 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 1.5㎛의 상기 소영역 부근을 중심으로 하여 약 2.5㎛ 직경의 크기까지 단결정입자가 성장한다는 것을 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 150nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 약 1.5㎛ 직경의 소영역은 인을 거의 함유하지 않는 반면에, 다른 영역은 인을 함유한다. 이러한 차이는, 연속적으로 놓여진 영역 사이의 상태를 상이하게 하여 도 1a 내지 도 1h에 도시된 약 1.5㎛의 "소영역(1)"을 형성한다. 인을 함유하는 다결정실리콘박막과 인을 함유하지 않는 다결정실리콘박막의 용융-재응고 공정을 현장관찰에 의해, 전자는 완전하게 용융된 것이 확인된 반면에, 후자는 불완전하게 용융된 것이 확인되었다. 전자는 후자보다 낮은 온도에서 용융되었다. 또한, 인함유 다결정박막에 있어서, 불순물 함유 인은 입자계면에서 분리되는 것을 확인하였다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 불순물을 함유하는 다결정실리콘박막이고, 불순물농도에 따라서 변하는 상이한 용융점의 영역을 갖는다. 이에 의해, 개시박막의 용융-재응고화에 있어서, 용융되지 않은 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역간에 달라서 공간적인 위치에서 제어되는 결정입자로 구성된 결정박막을 형성하였다.
[실시예 6]
도 1a 내지 도 1h에 도시된 공정에 의해 형성된 제 6결정실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 6으로서 설명한다.
결정입자 또는 결정성 클러스터의 어느쪽도 함유하지 않는 비결정질박막이, 실리콘산화물로 이루어진 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 100nm두께로 형성되었다. 다음에, 이 비결정실리콘박막은 약 0.6㎛ 직경의 소영역을 위치적으로 제외한 표면측으로부터 에너지빔에 의해 조사되어, 조사된 영역의 비결정질실리콘박막과 하부 기판 사이의 계면의 상태를 변화시켰다. 이것을 개시박막으로서 사용하였다.
이 개시박막은, 용융 재응고하기 위해 30nsec동안 약 310mJ/cm2의 에너지 밀도에서 KrF 엑시머레이저빔에 의해 조사되어 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 0.6㎛의 상기 소영역 부근을 중심으로 하여 약 3㎛ 직경의 크기까지 단결정입자가 성장한다는 것을 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 50nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에서, 박막과 하부기판 사이의 계면의 상태는 약 0.6㎛ 직경의 소영역과 다른 영역이 다르다. 이러한 차이는, 연속적으로 놓여진 영역 간의 상태를 구별하여 도 1a 내지 도 1h에 도시된 약 0.6㎛직경의 "소영역(1)"을 형성한다. 에너지빔조사에 의한 계면 상태의 변화는, 비결정질실리콘박막의 고체상 결정에서 미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지 배리어를 높인다. 그 결과, 개시박막의 용융전의 고체상결정에 있어서, 결정핵은 약 0.6㎛ 직경의 소영역에서 우선적으로 고체상으로 형성되고, 결정입자는 소영역의 외측으로 성장한다. 따라서, 박막의 온도상승에 의해, 소영역 이외의 영역에서 미세결정입자는 높은 핵형성율로 형성된다. 용융의 공정에 있어서, 약 0.6㎛ 직경의 소영역의 고체상 결정에 형성되는 다수의 결정입자는 불완전하게 용융되는 반면에, 소영역 외측에서 높은 밀도로 형성되는 미세결정입자는 완전하게 용융된다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 비결정박막이고, 박막과 기판 사이의 계면의 상태는 영역간에 변한다. 이에 의해, 개시박막의 용융-재응고화에 있어서, 용융 전의 고체상 결정에 있어서 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어의 높이는, 영역에 따라서 변한다. 이에 의해, 용융되지 않은 상태를 유지하는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역에 따라서 변하여 공간적인 위치에서 제어되는 결정입자를 구성하는 결정박막을 형성한다.
[실시예 7]
도 1a 내지 도 1h에 도시된 공정에 의해 형성된 제 7결정실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 7로서 설명한다.
다결정실리콘박막이, 실리콘산화물로 이루어진 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 100nm두께로 형성되었다. 다음에, 이 박막은, 약 1㎛2의 소영역에 국부적으로 주석에 의해 도핑되었다. 이것을 개시박막으로서 사용한다.
이 개시박막을, 용융 재응고하기 위해 10sec동안 약 500mJ/cm2의 에너지 밀도에서 Ar+ 레이저빔에 의해 조사하여 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 1㎛2의 상기 소영역 부근을 중심으로하여 약 2.5㎛ 직경의 크기까지 단결정입자가 성장한다는 것을 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 40nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 불순물 주석의 농도는 약 1㎛2 직경의 소영역과 다른 영역에서 다르다. 이러한 차이는, 연속적으로 놓여진 영역 사이의 상태를 구별하여 도 1a 내지 도 1h에 도시된 약 1㎛2직경의 "소영역(1)"을 형성한다. 주석과 같은 불순물은 비결정질 실리콘박막의 고체상 결정에서의 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어를 낮춘다. 그 결과, 개시박막의 용융전의 고체상결정에 있어서, 결정핵은 약 1㎛2의 소영역에서 우선적으로 고체상으로 형성되고, 결정입자는 소영역의 외측으로 성장한다. 따라서, 박막의 온도상승에 의해, 소영역 이외의 다른 영역에서, 미세결정입자는 높은 핵형성율에서 형성된다. 용융의 공정에 있어서, 약 1.2㎛2 의 소영역에서 고체상 결정으로 형성되는 다수의 결정입자는 불완전하게 용융되는 반면에, 소영역 외측에서 높은 밀도로 형성되는 미세결정입자는 완전하게 용융된다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 불순물을 함유하는 비결정질박막이고, 불순물의 농도는 영역간에 변한다. 따라서, 개시박막의 용융-재응고에 있어서 용융 전의 고체상 결정에 있어서, 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어의 높이는, 영역에 따라서 변한다. 이에 의해 용융되지 않은 상태를 유지하는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역에 따라서 변하여 공간적인 위치에서 제어되는 결정입자를 구성하는 결정박막을 형성한다.
[실시예 8]
도 1a 내지 도 1h에 도시된 공정에 의해 형성된 결정실리콘게르마늄박막에 대하여 본 발명의 실시예 8로서 설명한다.
화학량론 원소 구성의 비결정질 실리콘게르마늄 박막을, 무기실리콘화합물로 이루어진 비결정질 표면을 가진 기판위에 증착에 의해 100nm두께로 형성되었다. 이 박막에 대하여, 게르마늄이 비결정질 실리콘 게르마늄 박막위에 약 2㎛의 소영역에 대하여 부분적으로 첨가되었다. 이것을 개시박막으로서 사용하였다.
개시박막을, 용융 및 재응고에 있어서 5sec동안, 약 400mJ/cm2의 에너지 밀도에서 Ar+ 레이저빔에 의해 조사하였다. 생성된 재응고 박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 45㎛ 직경의 크기에 대한 중심으로서 약 2㎛의 상기 소영역 주위에서 성장한 단결정입자를 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 100nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 약 2㎛ 직경의 소영역에서의 원소구성비는 다른 부분의 것과 달랐다. 이 차이는 연속적으로 놓여진 영역 사이의 상태에 있어서 차이점을 초래하여 도 1a 내지 도 1h에 도시된 약 2㎛직경의 "소영역(1)"을 형성한다. 비결정질 실리콘게르마늄 박막의 고체상 결정에서의 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어는, 게르마늄에 대한 실리콘의 원소구성비에 따라서 변하고, 화학량론비 부근의 최대점에 도달한다. 그 결과, 개시박막의 용융전의 고체상결정에 있어서, 결정핵은 약 2㎛ 직경의 소영역에서 우선적으로 고체상으로 형성되고, 결정입자는 소영역의 외측으로 성장한다. 따라서, 박막의 온도상승에 의해, 소영역 이외의 다른 영역에서, 미세결정입자는 높은 핵형성율에서 형성된다. 용융의 공정에 있어서, 약 2㎛ 직경의 소영역에서 고체상 결정으로 형성되는 다수의 결정입자는 불완전하게 용융되는 반면에, 소영역 외측에서 고밀도에서 형성되는 미세결정입자는 완전하게 용융된다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 영역에 따라서 변하는 원소 구성비를 가지는 비결정질박막이다. 따라서, 개시박막의 용융-재응고공정에 있어서 용융 전의 고체상 결정에 있어서, 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어의 높이는, 영역에 따라서 변한다. 이에 의해 용융되지 않은 상태를 유지하는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역에 따라서 변하며 공간적인 위치에서 제어되는 결정입자를 구성하는 결정박막을 형성한다.
[실시예 9]
도 1a 내지 도 1h에 도시된 공정에 의해 형성된 제 8결정실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 9로서 설명한다.
다결정실리콘박막이, 실리콘산화물로 이루어진 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 100nm두께로 형성되었다. 다음에, 그 표면위에, 약 1㎛ 직경의 소영역의 표면위에 위치적으로 약 5nm의 두께로 팔라듐박막이 형성되었다. 이것을 개시박막으로 사용하였다.
개시박막을 용융하여 재응고하는데 있어서 10sec동안, 약 250mJ/cm2의 에너지 밀도에서 YAG 레이저빔에 의해 조사하여 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 5㎛ 직경의 크기에 대한 중심으로서 약 1㎛ 직경의 상기 소영역 주위에서 성장한 단결정입자를 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 40nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 팔라듐은 약 1㎛ 직경의 소영역의 표면위에서 흡착되고, 다른 영역에서는 흡착되지 않는다. 표면흡착물에 있어서의 이 차이는, 연속적으로 놓여진 영역 사이의 상태를 구별하게 하여 도 1a 내지 도 1h에 도시된 약 1㎛직경의 "소영역(1)"을 형성한다. 박막표면위의 팔라듐과 니켈과 같은 금속원자의 흡착은, 비결정질 실리콘박막의 고체상 결정에서의 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어를 낮춘다. 그 결과, 개시박막의 용융전의 고체상결정에 있어서, 결정핵은 약 1㎛ 직경의 소영역에서 우선적으로 고체상으로 형성되고, 결정입자는 소영역의 외측으로 성장한다. 따라서, 박막의 온도상승에 의해, 소영역 외측영역에서, 미세결정입자는 높은 핵형성률로 형성된다. 용융의 공정에 있어서, 약 1㎛ 직경의 소영역에서 고체상 결정으로 형성되는 다수의 결정입자는 불완전하게 용융되는 반면에, 고밀도 미세결정입자로 구성되는 소영역 외측의 영역은 완전하게 용융된다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 제한된 영역에서 흡착물을 가지는 비결정질박막이었다. 따라서, 개시박막의 용융-재응고화에 있어서 용융전의 고체상 결정에 있어서, 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어의 높이는, 영역에 따라서 변한다. 이에 의해 용융되지 않은 상태를 유지하는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역에 따라서 변하며 공간적인 위치에서 제어되는 결정입자를 구성하는 결정박막을 형성한다.
[실시예 10]
도 1a 내지 도 1h에 도시된 공정에 의해 형성된 결정게르마늄박막에 대하여 본 발명의 실시예 10으로서 설명한다.
비결정질게르마늄박막이, 무기 실리콘화합물로 이루어진 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 200nm두께로 형성되었다. 다음에, 그 표면위에, 인듐박막이 약 2㎛직경의 소영역에 있어서 부분적으로 10nm의 두께로 형성되었다. 이것을 개시박막으로서 사용하였다. 개시박막을 용융하여 재응고하는데 있어서 1sec동안, 약 300mJ/cm2의 에너지 밀도에서 GGG 레이저빔을 조사하여 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 5㎛ 직경의 크기에 대한 중심으로서 약 2㎛직경의 상기 소영역 주위에서 성장한 단결정입자를 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 80nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 인듐은 약 2㎛ 직경의 제한된 소영역의 표면위에 흡착되지만, 다른 영역에서는 흡착되지 않는다. 표면흡착물에서의 이 차이는 연속적으로 놓여진 영역 사이의 상태를 구별하게하여 도 1a 내지 도 1h에 도시된 약 2㎛직경의 "소영역(1)"을 형성한다. 박막표면위의 인듐 같은 금속원자의 흡착은, 비결정질 게르마늄 박막의 고체상 결정에서 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어를 낮춘다. 그 결과, 개시박막의 용융전의 고체상결정에 있어서, 결정핵은 약 2㎛ 직경의 소영역에서 우선적으로 고체상으로 형성되고, 결정입자는 소영역의 외측으로 성장한다. 따라서, 박막의 온도상승에 의해, 소영역 이외의 다른 영역에서, 미세결정입자는 높은 핵형성율로 형성된다. 용융의 공정에 있어서, 약 2㎛ 직경의 소영역에서 고체상 결정으로 형성되는 다수의 결정입자는 불완전하게 용융되는 반면에, 고밀도로 미세결정입자를 구성하는 소영역의 외측의 영역은 완전하게 용융된다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 제한된 영역의 흡착물을 가진 비결정질박막이었다. 따라서, 개시박막의 용융-재응고의 공정에 있어서 용융 전의 고체상 결정에 있어서, 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어의 높이는, 영역에 따라서 변한다. 이에 의해, 용융되지 않은 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역에 따라서 변하여 공간적인 위치에서 제어되는 결정입자를 구성하는 결정박막을 형성한다.
[실시예 11]
도 2a 내지 도 2h에 도시된 공정에 의해 형성된 다결정질실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 11로서 설명한다.
다결정실리콘박막이, 실리콘산화물로 이루어진 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 100nm두께로 형성되었다. 다음에, 박막을 약 2㎛2의 소영역에 있어서 부분적으로 주석에 의해 도핑하였다. 이것을 개시박막으로서 사용하였다.
개시박막을 용융하여 재응고하는데 있어서 40nsec동안, 약 400mJ/cm2의 에너지 밀도에서 KrF 레이저빔에 의해 조사하여 결정박막을 얻었다. 상기 조건하에서, 전체박막이 완전하게 용융되었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 4㎛ 직경의 크기에 대한 중심으로서 약 2㎛2의 상기 소영역 주위에서 각각 성장한 단결정입자를 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 30nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 약 2㎛2의 소영역에 있어서의 불순물의 농도는 다른 영역과 다르다. 이 차이는 연속적으로 놓여진 영역 사이의 상태를 구별하여 도 1a에 도시된 약 2㎛2의 "소영역(1)"을 형성한다.
주석과 같은 불순물은, 비결정질실리콘박막의 고체상 결정에 있어서의 효과와 마찬가지로, 용융된 실리콘박막에 있어서의 미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지배리어를 또한 낮춘다. 그 결과, 개시박막의 용융후의 재응고공정에 있어서, 결정핵은 약 2㎛2 의 소영역에서 우선적으로 용융 실리콘으로 형성되고, 결정입자는 소영역의 외측으로 성장한다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 불순물을 함유하는 비결정질박막이고, 불순물의 농도는 영역 사이에서 변한다. 따라서, 개시박막의 용융-재응고화에 있어서, 용융 매트릭스로부터 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어의 높이는, 영역에 따라서 변하여 공간적 위치에서 제어되는 결정입자로 이루어진 결정박막을 형성한다.
[실시예 12]
도 2a 내지 도 2h에 도시된 공정에 의해 형성된 미소결정 실리콘 게르마늄 박막에 대하여 본 발명의 실시예 12로서 설명한다.
화학량론 원소 구성의 비결정질 실리콘게르마늄 박막을, 실시예 8과 동일한 방법으로 무기실리콘화합물로 이루어진 비결정질 표면을 가진 기판위에 증착에 의해 100nm두께로 형성된다. 이 박막에 대하여, 비결정질 실리콘 게르마늄 박막위에 약 2㎛ 직경의 소영역에 부분적으로 첨가되었다. 이것을 개시박막으로서 사용하였다.
개시박막을 용융 및 재응고에 있어서 40nsec동안, 약 350mJ/cm2의 에너지 밀도에서 XeCl 레이저빔에 의해 조사하여 결정박막을 얻었다. 상기 조건하에서, 전체박막이 완전하게 용융되었다.
생성된 결정박막을 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 4㎛ 직경의 크기에 대한 중심으로서 약 2㎛의 상기 소영역 주위에서 각각 성장한 단결정입자를 발견하였다. 둘러싸인 부분은 약 60nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워진다.
이 실시예의 개시박막에 있어서, 약 2㎛ 직경의 소영역에서의 원소구성비는 다른 부분의 것과 달랐다. 이 차이는 연속적으로 놓여진 영역 사이의 상태에 있어서 차이점을 초래하여 도 2a에 도시된 약 2㎛직경의 "소영역(1)"을 형성한다. 용융된 실리콘게르마늄 박막의 응고에서 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어는 게르마늄에 대한 실리콘의 원소구성비에 따라서 변하고, 화학량론비 부근의 최대점 및 고체상 결정의 핵형성에 도달한다. 그 결과, 완전한 용융후의 재응고 공정에 있어서, 약 2㎛ 직경의 소영역에서 우선적으로 결정핵이 형성되고, 결정입자는 소영역의 외측보다 크게 성장한다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 개시박막은 영역에 따라서 변하는 원소 구성비를 가지는 비결정질박막이다. 따라서, 개시박막의 용융-재응고화에 있어서, 용융된 매트릭스로부터 미소결정 핵형성에 대한 자유에너지 배리어의 높이는, 영역에 따라 변한다. 이에 의해, 공간적인 위치에서 제어되는 결정입자로 이루어진 결정박막을 형성하였다.
[실시예 13]
도 3a 내지 도 3h에 도시된 공정에 의해 형성된 다결정질실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 13으로서 설명한다.
실시예 1과 동일한 방법으로 개시박막을 제조하고, 용융 및 재응고하여 "소영역(1)"이 약 1.5㎛ 직경에 대하여 크기가 큰 것을 제외하고는 결정실리콘박막을 얻었다.
얻은 결정박막을 박막을 구성하는 결정입자형상에 관하여 검사하였다. 약 1.5㎛ 직경의 두 개의 단결정입자가 약 1.5㎛ 직경의 소영역 주위에서 각각 성장하였고, 둘러싸인 부분은 약 50nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기로서 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예에 있어서, "소영역(1)"은 약 1.5㎛ 직경으로 확대되고 "소영역(1)"의 부피증가에 비례하여 박막의 용융공정에 있어서 미용융 결정입자 또는 결정성 클러스터가 용융하지 않은 상태로 있을 가능성이 증가하였다. 이에 의해, 복수의 결정입자는 약 1.5㎛ 직경의 소영역에서 성장하였다.
결정박막을 구성하는 결정입자의 공간적인 위치는 실시예 1과 동일한 방법으로 본 실시예에서 제어된다. 또한, "소영역(1)"에서 결정입자성장 개수의 증가 및 제어는, 실시예 1 내지 12와 또한 유사하게 행한다. 제어는 "소영역(1)"의 부피 및 결정입자, 결정성 클러스터의 농도, "소영역(1)" 또는 용융점 에서의 결정핵형성에 대한 자유에너지배리어 및 가열조건에 의하여 행한다.
[실시예 14]
도 4a 내지 도 4h에 도시된 공정에 의해 형성된 결정질실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 14로서 설명한다.
실시예 1과 동일한 방법으로 개시박막을 제조하고 용융 및 재응고하여, 도 1a의 약 1㎛의 두 개의 "소영역(1)"이 10㎛ 거리에서 형성되는 것을 제외하고, 결정실리콘박막을 얻었다.
얻은 결정박막을 박막을 구성하는 결정입자형상에 관하여 관찰하였다. 약 2㎛ 직경의 단결정입자가 약 1㎛ 직경의 두 개의 소영역에서 각각 성장하였고, 결정입자 사이의 길이에 있어서 약 8㎛의 영역을 포함하는 둘러싸인 부분은 약 50nm 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워졌다.
이 실시예의, 결정박막을 구성하는 결정입자의 공간적인 위치는 실시예 1과 동일한 방법으로 제어된다. 또한, 복수의 "소영역(1)"을 사용하는 용융-재응고 공정은 실시예 2 내지 12와 또한 마찬가지로 행한다.
[실시예 15]
도 5a 내지 도 5h에 도시된 공정에 의해 형성된 결정질실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 15으로서 설명한다.
실시예 14과 동일한 방법으로 개시박막을 제조하고, 용융 및 재응고하여 두 개의 "소영역(1)"의 거리가 약 2㎛ 까지 감소되는 것을 제외하고 결정실리콘박막을 얻었다. 얻은 결정박막을 용융-재응고화에 의해 제조된 결정박막을 구성하는 결정입자의 형상에 관하여 관찰하였다. 약 2㎛ 직경의 단결정입자가 약 1㎛ 직경의 두 개의 소영역에서 각각 성장하였고, 두 개의 결정입자가 성장 정면에서 서로 접촉하게 되어 입자계면을 형성하였다. 둘러싸인 부분은 약 50nm의 평균직경의 미세한 결정입자의 다양한 크기에 의해 랜덤하게 채워진다.
이 실시예에 있어서, 결정박막을 구성하는 결정입자의 공간적인 위치는 실시예 1과 동일한 방법으로 제어된다. 또한, "소영역(1)"에 있어서 결정입자성장의 개수의 증가와 제어는 실시예 2 내지 12와 또한 마찬가지로 행한다. 또한, 본 실시예에서와 같이 단거리에 형성되는 복수의 "소영역(1)"에서 용융하여 재응고하는 것은 실시예 2 내지 12와 마찬가지로 행한다.
[실시예 16]
도 6a 내지 도 6h에 도시된 공정에 의해 형성된 결정질실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 16으로서 설명한다.
결정실리콘박막을 얻기 위하여 실시예 14와 동일한 방법으로 개시박막을 제조하고, 용융 및 재응고하여, 도 1a처럼 약 1㎛ 직경의 동일한 "소영역(1)"이 사각형상의 격자패턴에 있어서 2㎛간격에서 주기적으로 복수로 형성되었다. 얻은 결정박막은, 결정박막을 구성하는 결정입자의 형상에 관하여 관찰하였다. 단결정입자가 2㎛ 간격의 사각형상의 격자의 격자점에서 약 2㎛ 평균직경으로 각각 성장하였으며, 결정입자가 성장정면에서 서로 접촉하도록 되어 입자계면을 형성하였다. 박막은 랜덤한 미세결정입자영역을 형성하지 않고 위치적으로 제어된 결정입자에 의해 채워진다.
이 실시예에 있어서 결정박막을 구성하는 결정입자의 공간 위치는 실시예 1과 동일한 방법으로 제어된다. 또한, 복수의 "소영역(1)"을 사용함에 의한 용융-재응고는 실시예 2 내지 12와 마찬가지로 행할 수 있다.
[실시예 17]
도 7a 내지 도 7h에 도시된 공정에 의해 형성된 결정질실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 17으로서 설명한다.
다결정실리콘박막은, 실리콘산화물로 이루진 비결정질표면을 가진 기판위에 증착에 의해 약 10nm두께로 형성되었다. 다음에, 이 다결정박막은 2 ㎛ 공간의 사각형상의 격자의 격자점에서 약 1㎛ 직경의 소영역을 잔류하게 함으로써 제거된다. 또한, 그 위에 비결정질실리콘박막을 증착에 의해 100nm두께로 형성하였다. 이것을 개시박막으로서 사용하였다. 이 실시예에 있어서, "소영역(1)"은, 평탄한 비결정질실리콘박막에 의해 덮여진 2㎛ 공간의 사각형상의 격자의 격자점에서 배치된 약 1㎛ 직경과 10nm 두께의 다결정박막의 소영역이다.
개시박막은 용융하여 재응고하는 데 있어서 30nsec동안, 약 310mJ/cm2의 에너지 밀도에서 KrF 엑시머레이저빔에 의해 조사되어 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자를 구성하는 형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해 약 2㎛ 평균직경의 단결정입자가 2㎛ 공간의 사각형상이 격자의 각각의 격자점에서 성장하였고, 결정입자는 성장정면에서 서로 접촉하게 되어 입자계면을 형성한다는 것을 발견하였다. 박막은 랜덤한 미세 결정입자의 영역을 형성하지 않고 위치적으로 제어된 결정입자에 의해 채워진다.
상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 개시박막은 다결정영역과 비결정질영역을 갖는다. 따라서, 개시박막의 용융-재응고 공정에 있어서, 용융되지 않은 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포는 영역에 따라서 변하여 공간적인 위치에 있어서 제어되는 결정입자로 이루어지는 결정박막을 형성한다.
3차원 "소영역(1)을 사용함으로써 용융-재응고는 실시예 2 내지 12의 결정박막과 마찬가지로 적용한다.
[실시예 18]
도 8a 내지 도 8h에 도시된 공정에 의해 형성된 결정질실리콘박막에 대하여 본 발명의 실시예 18으로서 설명한다.
실시예 1에 있어서의 것과 동일한 개시박막이 실리콘산화물로 구성된 비결정질표면을 가진 기판위에 형성되었다. 다음에, 다결정박막의 다수의 부분은, 도 1에 도시된 "소영역(1)"에 대응하는 약 1㎛직경의 소영역을 포함하는 약 10㎛직경의 소영역을 유지함에 의해 제거되었다. 이것은 이 예에서 개시박막으로 사용하였다.
개시박막은 용융하여 재응고하는 데 있어서 30nsec동안, 약 240mJ/cm2의 에너지 밀도에서 KrF 엑시머레이저빔에 의해 조사되어 결정박막을 얻었다.
생성된 결정박막을 결정입자를 구성하는 형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해, 약 3㎛ 직경의 단결정입자가 중심인 약 1㎛ 소영역 주위에서 성장하였다. 단결정입자의 부분이 약 1㎛직경의 소영역으로부터 성장되는 것을 제외하고는, 기판위에 유지하는 10㎛ 직경의 박막이 약 50nm의 평균직경의 미세 결정입자의 다양한 크기로 랜덤하게 채워졌다.
본 실시예에 있어서 결정박막을 구성하는 결정입자의 공간적인 위치는 실시예 1과 동일한 방법으로 제어된다. 본 실시예에서와 같이 기판의 제한된 영역위에 형성된 개시박막을 사용함으로써 용융-재응고는, 실시예 2 내지 17의 결정박막과 마찬가지로 적용할 수 있다.
[실시예 19]
도 9a 내지 도 9h에 도시된 공정에 의해 형성된 결정실리콘박막에 대하여, 본 발명의 실시예 19로서 설명한다.
"소영역(1)"으로서 약 1㎛ 직경의 소영역을 포함하는 4㎛2의 영역을 유지함에 의해 박막이 제거되는 것을 제외하고는, 실시예 18과 동일한 방법으로 결정박막을 용융-재응고화에 의해 얻는다.
생성 결정박막은 결정입자를 구성하는 형상에 관하여 검사하였다. 이에 의해, 단결정입자가 4㎛2의 박막의 전체영역을 구성하며, 결정계면이 없다는 것을 발견하였다.
결정박막을 구성하는 결정입자의 공간적 위치는 실시예 1과 동일한 방법으로 제어된다. 또한 실시예처럼 단결정입자를 형성하는 용융-재응고는 실시예 2 내지 17의 결정박막에 적용할 수 있다.
[실시예 20]
도 10에 도시된 구성을 가진 자기기록소자 및, 소자를 사용하는 디바이스에 대하여 본 발명의 실시예 19로서 설명한다.
50nm 두께의 코발트-크롬 박막을 표면처리된 유리디스크기판위에 스퍼터링함으로써 도포하였다. 디스크에 공통하는 중심을 가진 2mm의 원형 간격의 동심원 위에, 2mm 영역간격에서 0.1mm2의 영역으로 불순물인 크롬을 인가하였다. 이것을 개시박막으로서 사용하였다. 소영역은 도 10의 "소영역(1)"에 대응하는 크롬에 의해 도핑되었다.
이 개시박막은 적외선 영역에서 최대인 광방출파장을 가진 펄스광빔에 의해 조사되어 용융-재응고화에 의해 결정박막을 형성하였다. 이에 의해, 결정입자는 크롬에 의해 도핑된 약 0.1mm2의 영역주위에서 부분 아크 형상으로 성장하였다.
하드디스크디바이스는, 부분아크형상에 있어서, 결정입자가 물리적 부문을 구성하는 기록매체인 이 디스크에 의해 만들어졌다. 이 하드디스크디바이스에 의해, 부분적으로 크롬이 도핑되지 않은 디스크를 사용하는 동일한 구성의 하드디스크디바이스에 비해서 착오률은 반 정도 감소되었다.
이 실시예에서, 도 10에 있어서의, 크롬이 도핑된 영역은 소영역(1)에 해당하고, 부분 아크형상 결정입자는 결정입자(6)에 해당하고, 자기촬상은 활성 소영역(10)에 해당한다.
이 실시예의 개시박막은 원소구성비가 영역에 따라서 다른 비결정질박막이다. 따라서, 개시박막의 용융-재응고화에 있어서, 용융 매트릭스로부터 응고되는 동안 결정 핵형성에 대한 자유 에너지 배리어는 영역에 따라 변하며 공간적 위치에 있어서 제어되는 결정입자를 이루는 결정박막을 부여한다. 이 실시예의 소자는 단결정입자에 의해 형성된 특수영역을 가진 소자를 구성하는 결정박막을 이용함으로서 만들어졌다.
[실시예 21]
도 11에 도시된 구성을 가진 결정 초전도박막, 및 초전도논리소자의 입자계면 조젭슨 결합형에 대하여 본 발명의 실시예 21으로서 설명한다.
초전도옥사이드물질 BaPb0.7Bi0.3O2의 다결정박막을, 260℃로 유지된 사파이어기판위를 스퍼터링함으로써 100nm의 두께로 증착하였다. 이 박막에서 1㎛ 공간의 사각형상의 격자의 격자점에 배치된 0.25㎛2의 영역을 제외한 표면으로부터 이 박막을 에너지빔에 의해 조사하여 조사된 영역을 비결정질화하였다. 이것을 이 실시예의 개시박막으로서 사용한다. 에너지빔에 의해 조사하여 않은 소영역은 도 11의 "소영역"을 구성한다.
개시박막은 용융-재응고화에 대한 YAG레이저빔의 펄스조절 제 2고조파에 의해 조사되어 결정박막을 형성한다. 이에 의해, 결정입자가 형성하여 2㎛의 공간을 가진 격자에서 입자계면을 형성한다. 박막의 부피저항도의 온도의존도의 측정으로부터 9k에서 초전도 전이하는 박막이 확인되었다. 또한, 죠셉슨 결합의 터널형의 형성은 입자계면에서 전류-전압특성으로 부터 확인되었다.
이 박막은 종래 포토리소그래피에 의한 10㎛2 섬영역을 잔류하도록 상기 박막을 패턴화하여 다결정BaPb0.75Bi0.25O2로 구성된 전극단자를 사각형상의 섬영역에 접속한다. 이에 의해, 한쪽의 전극 쌍이 제어단자인 사각형상의 섬영역의 두 개의 카운트포즈(counterposed) 측에 접속되고, 다른 쪽의 전극 쌍은 게이트단자인 사각형상의 섬의 잔류측에 접속되는 초전도논리소자를 제조하였다.
이 소자의 기본적인 특성의 측정으로부터, 최대 조셉슨 전류는 200㎂이고, 상기 게이트전류가 상기 전류를 초과하게 하는 전압은 1.8mV이고, 이것은 증착된 것으로서 단일의 다결정BaPb0.7Bi0.3O2 박막을 사용하는 것에 적합하다. 동일한 형상과 크기의 복수의 소자의 특성의 변화는, 증착된 간단한 다결정BaPb0.7Bi0.3O2을 사용하는 것에 비해서 절반 만큼 감소되었다. 이러한 이점은 10㎛2활성영역의 입자계면, 즉 조셉슨 결합의 총길이는 소자의 어느 것에서도 일정하고, 결정입자의 직-병렬접속은 사각형상에 배치된 결합위치 때문에 일정하다는 사실을 초래하였다. 따라서, 본 발명의 결정박막과 소자의 효과는 자명하다.
이 실시예에 있어서, 에너지빔에 의해 조사되지 않는 영역은, 도 11의 소영역(1)을 형성하고, 10㎛2 섬영역은 활성소영역(10)에 해당한다.
상기 설명한 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 초기결정박막은 비결정질영역과 다결정영역을 갖는다. 따라서, 개시박막의 용융-재응고 공정에 있어서, 용융되지 않은 상태에 있는 수농도의 크기분포는 영역에 따라서 변하여 공간적 위치에서 제어되는 결정입자로 이루어진 결정박막을 형성한다. 또한, 본 실시예는 제어된 공간위치를 가진 결정입자를 사용한 소자의 형성에 대하여 개시한다.
[실시예 22]
도 12에서 도시하는 구조를 가진 MOS형TFT에 대하여 본 발명의 실시예 22로서 설명한다.
실시예 19에서 설명한 공정을 사용하여, 그 위에 실리콘산화물과 산화막으로 구성된 질화실리콘막을 표면위에 가지는 4㎛2의 단일의 실리콘결정입자를 유리기판위에 형성하였다. 실리콘산화물과 게이트전극막으로 이루어진 게이트절연막은, 실리콘막 트랜지스터제조에 있어서 종래의 저온 공정을 사용하여 증착되었다. 게이트전극막층은 단결정입자의 중심부분에 1㎛ 폭 영역을 제외하고 제거되었다. 다른 부분은 마스크로서 잔류게이트전극막을 사용한 자기정렬방법에 의하여, 붕소에 의해 도핑되어 게이트영역, 소스영역과 드레인영역을 형성하였다. 이에 의해, 게이트영역의 전체영역은 단결정입자에 포함된다. 그위에, 절연막에 의해 형성된 표면안정화 층이 증착되고, 개구는 각각의 영역위의 표면안정화층을 통하여 형성된다. 마지막으로 알루미늄 배선층은 증착되고 패턴화되어 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극을 형성하여 MOS형TFT를 얻었다.
전기특성의 측정으로부터, 생성된 본발명의 MOS형TFT는, "소영역(1)없이 랜덤한 다결정박막에 대한 동일한 소자형상의 동일한 공정에 의해 형성된 종래의 소자 보다, 두배 이상 높은 이동도를 나타냈다. 특성의 변화에 대하여, 이동도의 변화는 절반 만큼 감소되고, 한계전압의 것은 약 1/4 팩터 만큼 낮아졌다.
이 실시예에 있어서, 결정박막을 구성하는 결정입자의 공간적인 위치는 실시예 19와 동일한 방법으로 제어되었다. 이 실시예는 결정박막의 단결정입자에 있어서 활성영역을 가진 소자의 구성에 대하여 개시한다.
[실시예 23]
도 13에 도시된 구조를 가진 MOS형TFT에 대하여 본 발명의 예 23으로서 설명한다.
결정박막은 약 1㎛직경의 "소영역(1)"을 가진 3㎛ X 10㎛의 초기직사각형박막을 사용하는 실시예 18에 개시된 공정에 의한 용융-재응고화에 의해 결정박막을 얻었다. 생성결정박막은 3㎛ X 10㎛의 직사각형 중심에 직사각형 길이방향으로 길이가 약 3㎛인 단결정입자를 가지며, 다른 영역은 약 50nm의 평균직경의 다양한 크기의 미세한 결정입자에 의해 채워졌다.
상기 결정박막 위에, 실리콘산화물과 게이트전극으로 구성된 게이트절연막이 종래 실리콘 TFT저온 형성공정을 사용하여 증착되고, 게이트전극막층은, 제거되지 않은 상태에서 폭방향으로 길이가 약 3㎛인 단결정입자의 중심에 있어서 "소영역(1)"을 포함하는 폭이 1㎛인 부분을 제외하고 부분적으로 제거되었다. 다른 부분은 마스크로서 잔류게이트전극막을 사용하는 자기정렬방법에 의해 붕소에 의해 도핑되어 게이트영역, 소스영역, 및 드레인영역을 형성하였다. 이에 의해, 게이트영역의 전체영역은 전체영역의 길이방향으로 길이 약3㎛의 단결정입자로 포함되는 반면에, 소스영역과 드레인영역은 길이방향으로 길이 약 3㎛의 단결정입자의 일부와 약 50nm의 평균직경의 미세결정영역에 대하여 펼쳐있었다. 그 위에, 졀연막의 표면안정화층이 증착되었다. 개구는 표면안정화층을 통하여 각각의 영역위에 형성된다. 소소와 드레인 위의 개구는 직사각형 결정미세막의 길이방향의 단부로부터 약 3㎛ 연장되어 제한된다. 마지막으로, 알루미늄배선층은 증착되고 패턴화되어 게이트전극, 소스전극과 드레인전극을 형성하여 MOS형TFT를 얻었다. 이에 의해, 소스전극과 드레인전극은 약 50nm의 평균직경의 미세결정입자영역에만 접속하였다.
전기특성의 측정으로부터, 본 발명의 생성 MOS형TFT는 "소영역(1)" 없이 랜덤한 다결정박막위에 동일한 공정과 동일한 소자형상에 의해 형성된 종래의 소자보다 이동도가 두배 이상 높은 것으로 나타난다. 특성의 변화에 대하여, 이동도의 변화는 반 만큼 감소되고, 한계 전압의 것은 약 1/4 률 만큼 현저하게 낮아졌다. 소자가 단결정입자에 있어서 전체적으로 포함되는 경우라도, 이 실시예의 MOS형TFT는 실시예 22의 소자의 것에 비교되는 성능특성을 갖었다. 이것은 성능이 제어되는 활성영역인 채널영역이 단결정 입자 내부에 형성되는 것을 의미한다.
이 실시예에 있어서, 결정박막을 구성하는 결정입자의 공간위치는 실시예 19와 동일한 방법에 의해 제어되었다.
[실시예 24]
도 14에 도시된 구조를 갖는 TFT집적회로에 대하여 본 발명의 실시예 24로서 설명한다.
실시예 22에 도시된 MOS형 TFT의 두 개의 소자는 하나 및 동일한 기판위에 형성되고, 전극은 다음과 같이 접속되었다. 두 개의 소자는 6㎛의 중심대 중심 거리에 인접하여 배치된다. 제 1TFT의 드레인전극은 제 2 TFT의 게이트전극에 접속되었다. 제 2 TFT의 게이트전극은 콘덴서소자를 개재하여 동일한 TFT의 소스전극에 접속되었다. 이에 의해, 두 개의 TFT소자 및 콘덴서소자로 이루어진 집적회로가 구성되었다. 이 회로에 의해, 드레인을 통하여 제 2TFT소스에 공급된 소스전류의 출력이 콘덴서소자의 콘덴서용량에 의해 제어되는 반면에, 콘덴서소자의 저장용량과 저장의 스위칭은 제 1TFT의 게이트전압에 의해 제어된다. 예를 들면, 이 회로는 활성매트릭스타입표시소자의 화소스위칭과 전류제어용 회로에 적용할 수 있다.
기본 특성의 측정으로부터, 이 실시예에서 형성된 회로는 동일한 회로 형상의 동일한 공정에 의해 형성된 랜덤한 다결정박막막위에 형성된 회로에 비교되지만, 본 발명의 "소영역(1)"을 갖지 않았다. 결과로서, 동작가능한 절환주파수범위의 3배 이상 빠르게 동작할 수 있고, 제 2TFT의 드레인 전극으로부터 출력된 전류를 제어할 수 있는 범위는 약 2배 만큼 확대된다는 사실을 확인하였다. 동일한 회로의 성능의 변화는 약 절반만큼 감소되어 복수로 형성되었다. 이것은 제 1TFT 사이의 변화 및 제 2TFT 사이의 변화 그리고 하나의 회로에 있어서 제 1TFT와 제 2TFT 사이의 상대적 특성이 비교되는 회로에 비해서 작다는 것을 의미한다.
이 실시예에 있어서, 결정박막을 구성하는 결정입자의 공간적 위치는 실시예 19와 동일한 방법으로 제어되었다.
[실시예 25]
도 15에 도시한 구조를 가진 EL화상표시소자에 대하여 본 발명의 실시예 2로서 설명한다.
실시예 24에 개시된 TFT집적회로는 유리기판위에 100㎛의 공간의 사각형상의 격자의 위치에 기본회로로서 형성되었다. 배선은 화상표시장치의 화소로서 사각형상의 격자에 있어서 유닛셀을 사용하여 이하와 같이 형성되었다. 먼저, 주사선은 사각형상의 격자의 축방향으로 각각의 하나의 격자에 대해 형성되고, 게이트전극이 거기에 접속되었다. 한편, 주사선에 대해 수직하는 방향으로, 신호선과 소스선은 각각 격자에 대해 형성되고, 각각의 소자의 제 1소스전극과 제 2소소전극은 거기에 접속되었다. 이들의 기본회로의 집적회로위에, 절연층이 적층되었다. 개구는 각각의 기본회로의 제 2TFT의 드레인전극이 드러내져서 형성되었다. 다음에, 금속전극이 적층되고, 적층된 금속전극이 분리되고 화소의 각각에 대하여 절연되었다. 마지막으로 전장발광(EL)층과 상부투명전극층이 적층되었다. 따라서, 실시예 24에 기술된 TFT집적회로에 의해 화소의 절환과 입력전류의 제어를 행하는 활성매트릭스형 다등급El화상표시장치가 구성된다.
이 화상표시장치에서는, 주사선의 전압에 대응하여 제 1의 TFT를 동작함으로써, 신호선에 입력되는 전류에 대응하여 소스선으로부터 콘덴서소자에 저장되고, 저장된 전하에 대응하는 제 2TFT게이트전압에 의해 제어되는 전류가 소스선으로부터 EL발광층까지 주입된다.
이 실시예의 화상표시장치의 기본특성을 측정하였다. 이 실시예의 화상표시장치는, 본 발명의 "소영역(1)"을 형성하지 않은 동일한 형상에 있어서 동일한 공정의 랜덤한 다결정박막에 의해 형성되는 것에 비교되었다. 그 결과, 정전특성에 관하여, 최대 밝기와 최대 콘트러스트가 약 2배 만큼 개선되고, 계조재현영역은 약 1.5배 만큼 확대되고, 화소결함률 및 광도변화는 1/3 및 1/2 배 만큼 각각 감소되었다. 동적특성에 관하여, 최대프레임비는 약 2배 만큼 개선되는 것을 확인하였다. 상기 모든 개선은 실시예 24에서 설명한 바와 같이 기본회로특성의 개선과 변화의 감소, 및 소자회로를 구성하는 박막트랜지스터의 특성의 개선과 그 변화의 감소로부터 이루어진 것이다. 따라서, 단결정입자에 있어서 얇은 트랜지스터의 활성영역의 형성에 의거한 효과이다.
상기 상세하게 설명한 바와 같이, 개시박막의 용융-재응고화에 의한 미소결정박막의 제조에 있어서, 본 발명은 개시박막의 연속적으로 공존하는 다른 상태의 영역을 제공함으로써 미소결정박막를 구성하는 결정입자의 공간위치를 용이하게 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 개시박막의 용융-재응고화에 의한 미소결정박막의 제조에 있어서, 개시박막에 있어서 둘러싸인 영역으로부터 상이한 상태의 소영역을 형성함으로써 미소결정박막을 이루는 결정입자의 공간위치를 용이하게 제어하는 방법 및, 소영역에 소정 개수의 결정입자 또는 미소결정성 클러스터를 성장하게 하는 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 서로 상이한 상태에 있는 영역은 개시박막에 형성할 수 있으며, 이하의 어느 방법; 개시박막에 있어서 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포에서 상이한 영역의 형성; 용융점이 결정입자 또는 결정성 클러스터의 벌크부분 또는 표면, 인접한 입자 또는 결정성 클러스터 사이의 입자계면 또는 비결정질영역에서 상이한 영역의 형성; 개시박막의 기본물질에 있어서 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포에 있어서 상이한 영역의 형성; 개시박막으로서 다결정박막을 구성하는 결정입자의 수농도의 크기분포에 있어서 상이한 영역의 형성; 개시박막에 있어서 비결정질영역 또는 다결정영역의 형성; 용융-재응고공정에 있어서 용융된 상으로부터 응고의 결정의 핵형성에 대한 자유에너지배리어에 있어서 상이한 영역의 형성; 비결정질개시박막의 용융전 고체상결정에 있어서 결정의 핵형성에 대한 자유에너지배리어에 있어서 다른 영역의 형성하는 어느 공정에 의해 용융-재응고하는 공정에 있어서 미소결정박막의 결정입자의 위치를 제어한다. 또한 본 발명에 있어서, 영역은 원소구성비, 불순물 함유농도 또는 박막의 표면흡착물 또는 박막과 기판사이의 계면 상태에 있어서 상이함에 있어서 상이한 영역을 형성함에 의해 개시박막을 형성할 수 있다.
본 발명은 상기 설명한 공정의 어느 것에 의해 제조된 결정박막을 또한 제공한다. 본 발명의 결정박막은 소자의 특정영역에 의해 결정입자를 이루는 공간적으로 제어된 위치를 관련시킴으로써 또는 랜덤한 결정입자를 구성하는 종래의 결정박막에 비해서 부분적으로 제어되는 단결정입자내에 특수영역을 형성함으로써 감소된 변화를 가진 개선된 성능특성을 갖는다.
본 발명의 전술한 소자를 사용하는 회로는 부분적으로 제어되지 않는 랜덤한 결정입자로만 구성된 결정입자를 사용하는 종래의 회로에 비해서 감소된 변화된 상태에 있는 개선된 정적 및 동적 특성을 갖는다.
본 발명의 소자 또는 회로를 이용하는 본 발명의 디바이스는 개선된 동작특성 및 소자 또는 회로의 감소된 변화에 의해 동작상 특성이 개선되었다. 따라서, 본 발명은 부분적으로 제어되지 않는 랜덤한 결정입자만으로 구성된 결정막을 사용한 종래의 디바이스에 의해 실현할 수 없는 고성능의 디바이스를 제공한다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e, 도 1f, 도 1g 및 도 1h는 본 발명의 결정박막과 제조공정의 제 1기본실시예를 도시하는 도면.
도 2a, 도 2b, 도2c, 도 2d, 도 2e, 도 2f 도 2g 및 도 2h는 본 발명의 결정박막과 제조공정의 제 2기본실시예를 도시하는 도면.
도 3a, 도 3b, 도 3c,도 3d, 도 3e, 도 3f,도 3g, 및 도 3h는 본 발명의 결정박막과 제조공정의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d,도 4e, 도 4f, 도 4g 및 도 4h는 본 발명의 결정박막과 제조공정의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 5e, 도 5f 도 5g 및 도 5h는 본 발명의 결정박막과 제조공정의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 6a, 도 6b, 도 6c,도 6d, 도 6e, 도 6f,도 6g, 및 도 6h는 본 발명의 결정박막과 제조공정의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d,도 7e, 도 7f, 도 7g 및 도 7h는 본 발명의 결정박막과 제조공정의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 8f 도 8g 및 도 8h는 본 발명의 결정박막과 제조공정의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 9a, 도 9b, 도 9c,도 9d, 도 9e, 도 9f,도 9g, 및 도 9h는 본 발명의 결정박막과 제조공정의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 소자의 제 1기본 실시예를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 소자의 제 2기본 실시예를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 소자의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 소자의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 회로의 실시예를 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 디바이스의 실시예를 도시하는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
1: 소영역 2: 둘러싸인 영역
3: 개시박막 4: 용융-재응고화에 대한 에너지 인가
5: 결정입자 또는 결정성 클러스터 6: 결정입자
7: 용융된 영역 8: 랜덤한 결정성 클러스터
9 : 입자계면 11: 게이트절연막
12: 게이트전극 13: 소스전극
14: 드레인전극 15: 제 1의 TFT 게이트배선전극
16: 제 2의 TFT 게이트배선전극 17: 절연층
18: 전극 19: 광방출층, 광전달제어층
20: 상부전극 100: 기판

Claims (28)

  1. 서로 상이한 상태의 복수의 비결정질 영역이 연속적으로 공존하는 비결정질영역을 가진 박막을 제조하는 공정과;
    연속적으로 공존하는 복수의 비결정질 영역을 용융하는 공정과;
    복수의 비결정질 영역을 재응고하여 복수의 비결정질 영역에 의해 형성된 위치에서 소정의 개수의 결정입자 또는 결정성 클러스터를 성장하게 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로하는 결정성 박막의 제조방법.
  2. 둘러쌓인 비결정질 영역과는 다른 상태의 비결정질 영역을 가진 박막을 제조하는 공정과;
    둘러쌓인 비결정질 영역과는 다른 상태의 비결정질 영역 및 둘러쌓인 비결정질 영역의 양자에 에너지를 조사하여 상기 복수의 비결정질 영역을 용융시키는 공정과;
    상기 비결정질 복수의 영역을 재응고하고 둘러쌓인 비결정질 영역과는 다른 상태의 비결정질 영역에 의해 형성된 위치에서 소정의 개수의 결정입자 또는 결정성 클러스터를 성장하게 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로하는 결정성 박막의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    소정의 개수의 상기 결정입자 또는 결정성 클러스터가 소영역에서 핵형성되 는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    소정의 개수의 상기 결정입자 또는 결정성 클러스터가 박막의 최대용융시에 소영역에서 용융되지 않은 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터인 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 박막은 결정입자 또는 결정성 클러스터를 함유하고, 비결정질 영역 사이의 상이한 상태는, 박막을 용융하여 재응고하는 공정에서 용융되지 않은 상태에 있는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포에 의해 특징지워지는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    비결정질 영역 사이의 상이한 상태는 결정입자나 결정성 클러스터의 벌크부분이나 표면, 또는 인접한 결정입자나 결정성 클러스터 사이의 계면의 용융점에 의해 특징지워지는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 박막은 비결정질부분을 함유하고, 비결정질 영역 사이의 상이한 상태는 결정입자나 결정성 클러스터의 벌크부분이나 표면, 인접한 결정입자나 결정성 클러스터 사이의 계면, 또는 비결정질 부분의 용융점에 의해 특징지워지는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조박막.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 박막은 결정입자 또는 결정성 클러스터를 함유하는 비결정질박막이고, 비결정질영역 사이의 상이한 상태는 박막의 비결정계물질에 함유된 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포에 의해 특징지워지는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 박막은 다결정성 박막이고, 비결정질영역 사이의 상이한 상태는 박막을 구성하는 결정입자 또는 결정성 클러스터의 수농도의 크기분포에 의해 특징지워지는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 박막은 비결정성 영역과 다결정성 영역을 공존하여 포함하고, 비결정성 영역과 다결정성 영역 사이의 상이한 상태는 결정도에 의해 특징지워지는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 박막은 비결정질박막이고, 비결정질영역 사이의 다른 상태는 개시박막의 용융 및 재응고시에 용융전의 고체상결정에서 미소결정(crystallite)의 핵형성에 대한 자유에너지배리어의 높이에 의해 특징지워지는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지배리어의 높이는, 원소구성비, 불순물함유농도, 표면흡착물, 및 박막과 기판 사이의 계면의 상태중의 어느 것에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  13. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비결정질영역 사이의 상이한 상태는 액체상으로부터 응고된 미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지배리어의 높이에 의해 특징지워지는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    미소결정의 핵형성에 대한 자유에너지배리어의 높이는, 원소구성비, 불순물함유농도, 표면흡착물 및 박막과 기판사이의 계면의 상태중의 어느 것에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  15. 제 1항 또는 제 2항중 어느 한항에 있어서,
    상기 결정박막을 가진 연속적인 결정구조를 구비하는 결정입자의 적어도 일부는, 박막에서 상태가 상이한 비결정질 영역의 공간위치를 제어함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 결정성 박막의 제조방법.
  16. 결정성 박막은 제 1항 또는 제 2항에 기재된 결정성 박막의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 결정성 박막.
  17. 소자는, 제 16항에 기재된 결정성 박막을 사용한 것을 특징으로 하는 소자.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 결정성 박막의 연속적인 결정구조를 구비하는 결정입자의 적어도 일부의 공간위치는, 박막에서 상태가 상이한 비결정질영역의 공간위치를 제어함으로써 제어되고, 제어된 위치를 가진 결정입자는 활성영역으로서 이용되는 것을 특징으로 하는 소자.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 활성영역은 결정성 박막의 단결정입자의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 소자.
  20. 회로는 제 17항에 기재된 소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 회로.
  21. 디바이스는 제 17항에 기재된 소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  22. 디바이스는 제 20항에 기재된 회로를 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  23. 서로 상이한 비결정질 상태에 있는 다수의 비결정질 영역이 연속적으로 공존하는 다수의 비결정질 영역을 가진 막을 제조하는 공정과;
    연속적으로 공존하는 다수의 비결정질 영역을 용융하는 공정과;
    다수의 비결정질 영역을 재응고하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정성 막의 제조방법.
  24. 제 1비결정질 영역에 인접하는 제 2 비결정질 영역의 비결정질 상태와는 상이한 제 1 비결정질 영역을 가지는 막을 제조하는 공정과;
    제 1 및 제 2비결정질영역을 용융하는 공정과;
    상기 영역을 응고하여 결정성장이 제 1비결정질 영역에서 우선적으로 발생하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정성 막의 제조방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 두 비결정질 영역은 결정성 클러스터를 포함하는 것을 특징으로하는 결정성 막의 제조방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 소정의 비결정질 영역은 결정성 클러스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정성 막의 제조방법.
  27. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 비결정질상태가 상이하다는 것은, 서로 결정핵형성 자유에너지장벽의 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 결정성 막의 제조방법.
  28. 제 1결정질 영역과 제 1비결정질 영역에 인접하는 제 2 비결정질 영역을 가지는 막을 제조하는 공정과;
    제 1 및 제 2비결정절영역을 용융하는 공정과;
    제 1 및 제 2비결정질 영역을 재응고하는 공정을 포함하는 결정성 막의 제조방법에 있어서,
    제 1비결정질영역에 함유된 결정입자 또는 결정질 클러스터의 농도는 제 2결정질영역에 함유된 것보다 높으며, 결정은 상기 재응고공정에 있어서 제 1비결정질영역에서 우선적으로 성장하는 것을 특징으로 하는 결정성 막의 제조방법.
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