KR100618453B1

KR100618453B1 - 빔 균질기, 레이저 조사 장치, 레이저 조사 방법, 및 반도체장치 제작방법

Info

Publication number: KR100618453B1
Application number: KR1019990028153A
Authority: KR
Inventors: 다나카코이치로
Original assignee: 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2006-08-31
Also published as: US20010029089A1; US6750424B2; KR20000011669A; US6246524B1

Abstract

레이저 어닐에 의한 줄무늬 형성을 방지하고 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일한 레이저 어닐을 행하는 기술이 개시되어 있다. 수직에 가까운 형상의 엣지(edge)를 가지는 에너지 분포를 가진 레이저 빔이 사용되고, 그 레이저 빔을 주사할 때, 수직에 가까운 형상의 엣지를 앞으로 하여 레이저 빔을 주사하는 것을 특징으로 한다.

Description

빔 균질기, 레이저 조사 장치, 레이저 조사 방법, 및 반도체장치 제작방법{beam homogenizer, laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method of manufacturing semiconductor device}

도 1은 선형 레이저 빔에 의해 결정화된 규소막을 나타내는 사진.

도 2는 선형 레이저 빔을 형성하기 위한 종래의 광학계 및 광로를 나타내는 도면.

도 3(A) 및 도 3(B)는 각각 종래의 광학계에 의해 형성된 선형 레이저 빔의 폭 방향에서의 에너지 분포를 나타내는 도면.

도 4(A) 및 도 4(B)는 각각 본 발명의 광학계에 의해 형성된 선형 레이저 빔의 폭 방향에서의 에너지 분포를 나타내는 도면.

도 5(A)∼도 5(C)는 각각 본 발명의 광학계에 의해 형성된 선형 레이저 빔의 폭 방향에서의 에너지 분포를 나타내는 도면.

도 6은 구면수차(球面收差)의 설명도.

도 7은 선형 레이저 빔을 폭 방향으로 가공하기 위한 종래의 광학계 및 광로를 나타내는 도면.

도 8(A)∼도 8(E)는 다수의 렌즈로 구성된 조합 렌즈의 예들을 나타내는 도면.

도 9는 선형 레이저 빔을 폭 방향으로 가공하기 위한 본 발명의 광학계 및 광로를 나타내는 도면.

도 10(A)∼도 10(E)는 반원통형 렌즈 군(群)의 예들을 나타내는 도면.

도 11은 발명의 일 실시예의 레이저 어닐 장치의 개략도.

도 12는 선형 레이저 빔을 형성하기 위한 본 발명의 광학계 및 광로를 나타내는 도면.

도 13은 본 발명의 레이저 조사 시스템을 나타내는 도면.

도 14는 선형 레이저 빔을 형성하기 위한 본 발명의 광학계 및 광로를 나타내는 도면.

도 15는 정사각형 레이저 빔을 형성하기 위한 본 발명의 광학계 및 광로를 나타내는 도면.

도 16(A) 및 도 16(B)는 본 발명의 정사각형 레이저 빔의 주사 방법을 설명하는 설명도.

도 17(A)∼도 17(F)는 화소 회로와 제어 회로의 제작공정을 나타내는 도면.

도 18(A)∼도 18(F)는 화소 회로와 제어 회로의 제작공정을 나타내는 도면.

도 19(A)∼도 19(C)는 화소 회로와 제어 회로의 제작공정을 나타내는 도면.

도 20은 액티브 매트릭스형 액정 표시장치의 단면 구조를 나타내는 도면.

도 21은 액티브 매트릭스형 액정 표시장치의 사시도.

도 22(A)∼도 22(F)는 본 발명을 포함하는 전자 장치의 개략도.

도 23(A)∼도 23(D)는 본 발명을 포함하는 전자 장치의 개략도.

도 24는 n채널형 TFT의 LDD 구성을 나타내는 도면.

본 발명은 높은 균일성을 갖는 레이저 빔을 넓은 면적에 조사(照射)할 수 있는 기술에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그 기술의 응용방법에 관한 것이다.

최근, 유리 등의 절연 기판 상에 형성된 비정질 반도체막 또는 비(非)단결정 반도체막(단결정이 아니고, 다결정, 미(微)결정 등의 결정성을 가지는 반도체막)에 대하여 레이저 어닐을 행하여 그 막을 결정화하거나 또는 그 막의 결정성을 향상시키는 기술이 널리 연구되고 있다. 반도체막으로서는 규소막이 종종 사용된다.

지금까지 종종 사용되어 왔던 석영 기판과 비교하여, 유리 기판은 값이 저렴하고 가공성이 풍부하고, 대면적 기판을 쉽게 만들 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이것이 상기 연구가 행해져 온 이유이다. 그 외에도, 레이저가 결정화에 바람직하게 사용되는 이유는 유리 기판의 융점이 낮기 때문이다. 레이저는 기판의 온도를 크게 변화시키지 않고 비단결정 막에만 높은 에너지를 부여할 수 있다.

레이저 어닐에 의해 형성된 결정성 규소막은 높은 이동도를 가지기 때문에, 이 결정성 규소막을 사용하여 박막트랜지스터(TFT)를 형성하고, 예를 들어, 한 장의 유리기판 상에 화소 구동용 TFT와 구동 회로용 TFT를 형성한 모놀리식형 액정 전기광학 장치에 활발하게 이용되고 있다. 이 결정성 규소막은 다수의 결정립을 포함하기 때문에 다결정 규소막 또는 다결정 반도체막이라 불린다.

또한, 높은 출력을 갖는 엑시머 레이저 등의 펄스 레이저 빔을 피(被)조사면 상에서 수 ㎝평방의 스폿 또는 수 백 ㎛ 폭 ×수 십 ㎝ 길이의 선을 형성하도록 광학계에 의해 가공하고, 레이저 빔을 주사(走査)하여(레이저 빔의 조사 위치를 피조사면에 대하여 상대적으로 이동시켜) 레이저 어닐을 행하는 방법은 양산성이 좋고, 공업적으로 우수하기 때문에 바람직하게 사용된다.

특히, 선형 레이저 빔을 사용하면, 전후 및 좌우의 주사를 필요로 하는 스폿형 레이저 빔을 사용하는 경우와 달리, 선형 레이저 빔의 선 방향에 수직인 방향으로만 주사함으로써 피조사면 전체에 레이저 조사를 행할 수 있기 때문에, 높은 양산성이 얻어질 수 있다. 선 방향에 수직인 방향으로 주사가 이루어지는 이유는 그것이 가장 효과적인 주사 방향이기 때문이다. 이러한 높은 양산성 때문에, 현재, 레이저 어닐에는 선형 레이저 빔을 사용하는 것이 주류로 되어 있다.

선형으로 가공된 펄스 레이저 빔의 주사에 의해 비단결정 반도체막에 대하여 레이저 어닐을 행할 때, 약간의 문제가 발생하였다. 그들중에서 특히 심각한 한가지 문제는 레이저 어닐이 막의 전체 표면에 균일하게 행해지지 않는다는 것이었다. 선형 레이저 빔을 사용하면, 레이저 빔의 겹침 부분에 줄무늬(stripe)가 형성되는 현상이 현저하게 되고, 이들 줄무늬 각각에서 막의 반도체 특성이 현저하게 다르게 된다.

도 1은 이들 줄무늬의 상태를 나타낸다. 레이저 어닐 후의 규소막의 표면을 관찰하면, 광의 반사 정도에 따라 이들 줄무늬가 나타난다.

도 1은, 파장이 308 nm인 XeCl 엑시머 레이저를 지면(紙面)상에서 좌우 방향으로 연장하는 선형 레이저 빔으로 하고, 이 레이저 빔을 지면의 상부로부터 하부의 방향으로 막에 대하여 주사하면서 조사를 행한 경우의 상태를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같은 줄무늬형 모양이 나타나는 규소막을 사용하여 액티브 매트릭스형 액정 표시장치를 제작한 경우, 이 줄무늬가 화면에 그대로 나타나는 단점이 발생한다.

이 문제는 레이저 조사 대상인 비단결정 반도체막을 개량하거나 또는 선형 레이저의 주사 피치(pitch)(인접한 선형 레이저 빔들의 간격)를 좁힘으로써 개선될 수 있지만, 여전히 불충분하였다.

일반적으로, 선형 레이저 빔을 형성하는 경우, 원래의 직사각형 빔을 적당한 광학계에 통과시켜 선형으로 가공한다. 상기 직사각형 빔은 어스펙트비(aspect ratio)가 대략 2∼5이지만, 예를 들어, 도 2에 도시된 광학계에 의해서는 100 이상의 어스펙트비를 갖는 선형 빔으로 변형된다. 이때, 상기 광학계는 빔 내의 에너지 분포도 동시에 균질화되도록 설계되어 있다.

도 2에 도시된 장치는 레이저 빔 발생 장치(201)로부터의 레이저 빔(이 상태에서는, 빔의 형상이 대략 직사각형이다)을 광학계(202, 203, 204, 206, 208)를 통해 선형 빔으로 하여 조사하는 기능을 가지고 있다. 한편, 부호 205는 슬릿을 나타내고, 207은 거울을 나타낸다.

부호 202는 레이저 빔을 한 방향으로 분할하는 기능을 가진 광학 렌즈를 나타내고, 원통형(cylindrical) 렌즈 군(群)(다(多)원통형(multicylindrical) 렌즈라고도 불림)을 사용한다. 그 분할된 다수의 빔은 원통형 렌즈(206)에 의해 중첩되고 균질화된다.

이 구성은 레이저 빔 내의 강도 분포를 개선하기 위해 필요하게 된다. 또한, 원통형 렌즈 군(203)도 상기한 원통형 렌즈 군(202)과 마찬가지로 레이저 빔을 다른 방향으로 분할하고, 그 분할된 빔은 원통형 렌즈(204, 208)에 의해 중첩되고 균질화된다.

즉, 원통형 렌즈 군(202)과 원통형 렌즈(206)의 조합은 선형 레이저 빔의 선 방향으로의 강도 분포를 개선하는 기능을 가지고, 원통형 렌즈 군(203)과 원통형 렌즈(204, 208)의 조합은 선형 레이저 빔의 폭 방향으로의 강도 분포를 개선하는 기능을 가진다.

여기서, 폭 방향에 관해서, 2개의 원통형 렌즈(204, 208)를 사용하고 있는 것은 피조사면에서의 선형 레이저 빔의 폭 방향을 더욱 미세하게 하기 위한 것이다. 선형 레이저 빔의 폭에 따라서는, 중첩을 위한 광학계의 수를 1개로 하거나 또는 3개 이상으로 하는 것도 있다.

레이저 빔 내의 에너지 분포를 균질화하는 기능을 가지는 광학계를 빔 균질기(homogenizer)라 부른다. 도 2에 도시된 광학계도 빔 균질기들 중의 하나이다. 에너지 분포를 균질화하는 방법은, 원래의 직사각형 레이저 빔을 원통형 렌즈 군(202, 203)에 의해 분할한 후, 그 분할된 빔을 원통형 렌즈(206, 204, 208)에 의해 정형(整形) 및 중첩시켜 균일화하는 것이다.

본 발명은 상기를 감안하여, 레이저 빔의 조사에 의한 줄무늬 형성을 개선하고 막의 전체 표면에 걸쳐 균일한 레이저 어닐을 행하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 레이저 빔을 한 방향으로 분할하는 기능을 가지는 광학 렌즈와, 그 분할된 레이저 빔을 중첩시키는 광학계를 포함하고, 상기 광학 렌즈는 원통형 렌즈를 기본 면을 따라 절단한 렌즈로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 빔 균질기가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 레이저 빔 발생 장치와, 레이저 빔을 한 방향으로 분할하는 기능을 가지는 광학 렌즈와, 그 분할된 레이저 빔을 중첩시키는 광학계, 및 이동 가능한 조사(照射) 스테이지(stage)를 포함하고, 상기 광학 렌즈는 원통형 렌즈를 기본 면을 따라 절단한 렌즈로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 피조사면에서의 레이저 빔의 에너지 분포의 적어도 하나의 엣지(edge)가 수직에 가까운 형상을 가지는 레이저 빔을 피조사면에 조사하는데 있어서, 상기 수직에 가까운 형상을 가지는 엣지를 앞으로 하여 레이저 빔의 주사를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 방법이 제공된다.

도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.

한편, 본 명세서에서의 렌즈는 특별한 기재가 없는 한 구면(球面) 렌즈를 의미한다.

먼저, 본 발명에 이르는 과정을 설명한다.

본 발명자들은 도 2에 도시된 광학계의 배치를 변경하여, 분할된 레이저 빔의 피조사면에서의 겹침 상태를 조정하여 선형 레이저 빔의 에너지 분포를 변화시켰다.

그리고, 에너지 분포가 가공된 선형 레이저 빔으로 반도체막의 어닐을 반복적으로 행함으로써, 본 발명자들은 줄무늬 형성 원인이 선형 레이저 빔의 폭 방향의 에너지 분포와 밀접한 관계가 있다는 것을 경험적으로 알았다.

도 3(A)는 종래의 선형 레이저 빔을 사용하여 영역(X₁∼X₁₀)을 레이저 어닐한 때의 피조사면에서의 폭 방향의 에너지 분포를 나타낸다. 도 3∼도 5에서, 그래프의 종축은 레이저 빔의 에너지 강도를 나타내고, 횡축은 레이저 빔의 폭 방향을 나타낸다.

도 3(A)에 도시된 바와 같이, 종래의 에너지 분포(301)는 중심 부근에서는 균일하고 적당한 에너지를 갖지만, 엣지(edge)부분(에너지 분포의 단부 부분, 특히 영역(X₁∼X₂) 및 영역(X₉∼X₁₀)을 가리킨다)은 가우스 분포와 유사한 불균일한 형상을 나타낸다. 여기서, 적당한 에너지는 막의 레이저 어닐에 필요한 에너지를 의미하고, 레이저 어닐의 목적이나 막질 등에 따라 설정된다.

이 불균일한 영역은, 균일하고 적당한 에너지를 최대 에너지로 한 때, 에너지가 최대 에너지의 90%∼5%인 영역(불선명 영역)이고, 종래의 에너지 분포에서는 이 영역이 100 ㎛ 이상의 폭을 가진다.

그리고, 본 발명자들은 에너지 분포가 불균일한 엣지 부분에 의해 줄무늬 모양이 형성된다는 것을 알았다.

선형 레이저 빔을 주사할 때, 다음 번의 레이저 빔은 도 3(B)에서 부호 302로 나타낸 바와 같이 레이저 빔의 폭의 1/10∼1/20, 예를 들어, 1/10만큼 폭 방향으로 이동된 위치(X₂∼X₁₁)에 조사된다. 이 주사 폭이 1/10보다 크게 되면, 줄무늬가 특히 현저하게 된다. 이 과정을 반복함으로써, 피조사면은 10∼20회의 레이저 빔 조사를 받고, 레이저 어닐된다.

여기서, 도 3(A)의 X₉∼X₁₀의 부분에 도시된 바와 같이, 먼저, 불균일한 에너지 분포를 갖는 레이저 빔이 조사된 그 부분들은, 후에 균일하고 적당한 에너지의 레이저 빔이 그 부분들에 조사되어도, 불균일하게 레이저 어닐된다.

실험을 계속 반복함으로써, 본 발명자들은 처음 여러 번(레이저의 에너지에 따라 변경되지만 대략 5회)의 레이저 조사에 의해 레이저 어닐의 효과가 거의 결정된다는 것을 알았다.

즉, 먼저, 균일하고 적당한 에너지의 레이저 조사가 동일한 장소에 여러 번 반복되면, 균일한 레이저 어닐이 이루어질 수 있다. 그 후, 비록 적당한 에너지보다 낮은 에너지를 가지는 불균일한 에너지 분포의 레이저가 그 장소에 조사되어도, 영향을 받기는 어려웠다.

상기한 규칙은 엑시머 레이저 등의 펄스 레이저 뿐만 아니라, Ar 레이저, YAG 레이저 등의 연속파 레이저에 대해서도 성립될 수 있다.

본 발명은, 레이저 빔을 주사할 때, 피조사면에서의 그 레이저 빔의 에너지 분포가 수직에 가까운 엣지를 앞으로 하여 주사를 행하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은, 도 4(A)에 도시된 바와 같이, 피조사면에서의 폭 방향으로의 에너지 분포(401)의 한 엣지(X₁₀)가 수직에 가까운 형상을 가지는 레이저 빔, 더 바람직하게는, 도 5(A)에 도시된 바와 같이, 피조사면에서의 폭 방향으로의 에너지 분포(501)의 양쪽 엣지(X₁, X₁₀)가 수직에 가까운 형상을 가지는 레이저 빔을 사용한다.

본 명세서에서, 에너지 분포의 불선명 영역이 100 ㎛ 미만인 때, 그의 엣지는 수직에 가까운 형상인 것으로 간주된다. 불선명 영역은 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

도 4(A)에 도시된 에너지 분포를 가진 선형 레이저 빔을 사용한 경우, 도 4(B)에서 부호 402로 나타낸 바와 같이, 다음 번 레이저 빔의 주사는 필히 이전의 레이저 조사에 대하여 지면(紙面)에서 오른쪽으로 행해진다. 이 경우, 피조사면이 이동되는 구성의 레이저 조사 장치가 사용될 때는, 피조사면이 지면에서 왼쪽으로 이동된다.

한편, 도 5(A)에 도시된 에너지 분포를 가지는 선형 레이저 빔이 사용되는 경우에는, 양쪽 엣지가 수직에 가까운 형상을 가지기 때문에, 다음 번 레이저 빔의 주사는 지면에서 좌우 방향 중 어느 한 방향으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 다음 번 레이저 빔은 도 5(B)에서 부호 502로 나타낸 위치 또는 도 5(C)에서 부호 503으로 나타낸 위치에 조사된다.

도 5에 도시된 에너지 분포의 레이저 빔이 사용되면, 막의 전체 표면에 균일하고 적당한 에너지의 레이저 빔이 항상 조사되기 때문에, 우수하고 균일한 레이저 어닐이 행해질 수 있다.

또한, 도 4(A) 및 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 한쪽 엣지(도 4(A)의 X₁₀측)가 수직에 가까운 형상을 가지고 다른쪽 엣지(도 4(A)의 X₁∼X₂)가 불균일한 에너지 분포를 갖는 레이저 빔을 상기 수직에 가까운 형상의 엣지의 방향(지면에서 오른쪽 방향)으로 주사함으로써, 도 4의 X₉∼X₁₀의 부분에서는, 먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 균일하고 적당한 에너지의 레이저 빔이 조사된다.

그 다음, 도 4(B)에 도시된 다음 번 레이저 빔 조사에서도, 균일하고 적당한 에너지를 가진 레이저 빔이 조사된다. 이 처럼 레이저 빔 조사의 주사가 행해지면, 이어서, X₉∼X₁₀의 부분에는 균일하고 적당한 에너지의 레이저 빔이 7∼8회 조사되어, 우수하고 균일한 레이저 어닐이 행해진다.

여기서, 주사가 계속되면, 도 4의 X₉∼X₁₀의 부분에도 불균일한 에너지 분포(도 4(A)의 X₁∼X₂로 나타낸 부분)의 레이저 빔이 조사되지만, 불균일 에너지 분포의 에너지가 적당한 에너지보다 작기 때문에, 균일하고 적당한 에너지의 처음 7∼8회의 레이저 빔 조사에 의한 우수하고 균일한 레이저 어닐이 유지될 수 있다.

즉, 에너지 분포의 수직에 가까운 형상의 엣지를 앞으로 하여 레이저 빔의 주사를 행함으로써, 막의 전체 표면에 걸쳐 우수하고 균일한 레이저 어닐이 행해질 수 있다.

도 4(A)에서는, 최초의 레이저 빔에 의해 에너지 분포가 불균일한 영역(X₁∼X₂의 영역)이 존재하지만, 선형 레이저 빔의 주사가 행해질 때는, 기판의 단부 부분들 중 하나로부터 다른 단부 부분으로 주사가 행해지기 때문에, 이 불균일한 부분은 처음 레이저 빔이 조사된 기판의 단부 부분들 중 하나에만 형성된다. 통상 기판의 단부 부분은 반도체 소자에 사용되지 않기 때문에, 특히 문제로는 되지 않는다.

종래의 레이저 빔에서, 폭 방향으로의 에너지 분포의 엣지가 불균일하게 되는 이유는 도 2의 원통형 렌즈 군(203)과 원통형 렌즈(204, 208)의 수차(收差), 특히 구면(球面) 수차 때문이다.

구면 수차에 의해, 투과/결상(結像)을 행하는 광선의 초점 거리가 렌즈의 입사 동공(incident pupil)의 높이에 따라 달라진다. 도 6은 구면 수차를 설명하는 개략도이다. 도 6은 0∼4의 상이한 입사 동공을 가지는 평행한 레이저 빔이 지면의 위로부터 렌즈(601)에 입사할 때의 초점 거리의 오차를 나타낸다.

도 6에 도시된 바와 같이, 렌즈 곡면의 단부측, 즉, 큰 숫자를 가지는 레이저 빔에서는, 초점 거리의 오차가 커지고, 그 빔은 큰 수차를 받는다. 중심에 가까운 작은 숫자의 레이저 빔에서는, 오차가 작고, 그 빔은 거의 수차를 받지 않는다.

원통형 렌즈에 관해서도, 그 렌즈의 단면 형상이 도 6에 도시된 형상과 동일하기 때문에, 유사한 구면 수차가 발생한다.

도 7은 선형 레이저 빔의 폭 방향에 대한 빔 균질기만을 나타내는 개략도이다. 여기서, 원통형 렌즈 군(群)(703)은 레이저 빔을 폭 방향으로 분할하는 기능을 하고, 원통형 렌즈(704, 708)는 그 분할된 레이저 빔을 중첩시키고 균질화시키는 기능을 한다.

그리하여, 입사한 레이저 빔은 먼저 원통형 렌즈 군(703)에 의해 구면 수차를 받고, 또한 원통형 렌즈(704)에 의한 수차와 원통형 렌즈(708)에 의한 수차를 받는다.

레이저 빔을 도 5에 도시된 에너지 분포로 가공하기 위해서는, 이상적으로는, 원통형 렌즈 군(703), 원통형 렌즈(704), 및 원통형 렌즈(708)의 수차를 제거하면 좋다.

수차를 감소시키는 수단으로서는, 이하의 2가지 방법이 있다.

1. 다수의 렌즈로 구성된 조합 렌즈를 사용하는 것.

2. 비(非)구면 렌즈를 사용하는 것.

도 8(A)∼도 8(E)는 조합 렌즈의 예들을 나타낸다. 도 8(A)는 볼록 초승달 모양의 원통형 렌즈와 평철(平凸) 원통형 렌즈가 조합된 렌즈를 나타낸다. 도 8(B)∼도 8(D)는 조합 렌즈 중에서도 대칭형 렌즈로 불리는 조합 렌즈를 나타내고, 이 렌즈는 수차를 더 감소시킬 수 있다.

도 8(B)는 볼록 렌즈, 오목 렌즈 및 볼록 렌즈의 구성으로 된 3중형 대칭 렌즈이다. 도 8(C)는 3중형 렌즈의 후방 군이 접합 렌즈로 된 Tessar형 대칭 렌즈를 나타낸다. 도 8(D)는 도 8(A)∼도 8(D)의 렌즈들 중 가장 효과적으로 수차를 감소시킬 수 있는 가우스형 대칭 렌즈를 나타낸다.

도 8(A)∼도 8(D)가 원통형 렌즈의 단면을 나타내지만, 원통형 렌즈 군에 적용하기 위해서는, 원통형 렌즈 군의 각 원통형 렌즈를 조합 렌즈로 하면 좋다.

도 8(E)는 도 8(A)에 도시된 볼록 초승달 모양의 원통형 렌즈와 평철 원통형 렌즈의 조합 렌즈를 각각의 원통형 렌즈에 이용한 조합 원통형 렌즈 군의 일 예를 나타낸다.

그 렌즈들 중 하나에 조합 렌즈 또는 적어도 하나의 비구면 렌즈를 사용하는 것만으로도, 종래의 에너지 분포와 비교하여 엣지의 불균일이 개선될 수 있다. 특히, 원통형 렌즈(708)가 입사 동공에 대하여 짧은 초점 거리를 갖기 때문에, 수차가 크고, 조합 렌즈 또는 적어도 하나의 비구면 렌즈를 사용하면, 불균일의 개선에 현저한 효과가 있다.

물론, 모든 렌즈를 조합 렌즈 또는 비구면 렌즈로 하면, 엣지가 수직 형상에 더욱 가깝게 된다.

그러나, 원통형 렌즈 군(703)에 조합 렌즈를 사용하는 경우에는, 그 원통형 렌즈 군(703)은 매우 작고, 엑시머 레이저의 레이저 조사 장치에서는, 각각의 원통형 렌즈의 렌즈 폭이 통상 수 mm 정도이다. 그리하여, 조합되는 렌즈도 작게 되기 때문에, 조합 렌즈를 높은 정밀도로 연마하는 것이 매우 어렵고, 비용도 수 배만큼 높게 된다.

원통형 렌즈 군(703)에 비구면 렌즈를 사용하는 경우에는, 상기한 바와 같이, 원통형 렌즈 군(703)이 매우 작기 때문에, 가공이 어렵고, 모든 원통형 렌즈를 높은 정밀도로 연마하는 것이 매우 어렵다.

또한, 고출력 엑시머 레이저가 사용되는 경우, 그 레이저 빔의 에너지가 높기 때문에, 렌즈에 높은 융점을 갖는 재료(예를 들어, 석영 등)를 사용할 필요가 있다. 또한, 경도가 높은 석영으로 된 원통형 렌즈를 높은 정밀도로 균일하게 가공하는 것이 어렵고, 비용도 높게 되어, 공업적 적용에 적합하지 않다.

도 4에 도시된 에너지 분포의 레이저 빔을 형성하는 방법으로서, 그를 위한 광학계가 도 9에 도시되어 있다. 도 9는 선형 레이저 빔의 폭 방향에 대한 빔 균질기만을 나타내는 개략도이다.

여기서, 본 명세서에서 사용된 용어를 다음과 같이 정의한다. 원통형 렌즈에서, 입사광이 굴절되지 않고 투과할 수 있는 광로를 기본 선이라 부르고, 모든 기본 선을 포함하는 면을 기본 면이라 부른다.

도 9에서, 레이저 빔을 폭 방향으로 분할하는 기능을 가지는 광학 렌즈(903)는 원통형 렌즈 군의 각 원통형 렌즈를 기본 면을 따라 절단한 렌즈(반원통형 렌즈라 칭함)들로 구성되어 있다. 그 광학 렌즈는 여러 개의 반원통형 렌즈가 동일 방향으로 배열된 구성을 갖는다. 이 구성을 반원통형 렌즈 군이라 부른다.

광학 렌즈(903)가 그러한 구조로 된 경우, 도 9에 굵은 선으로 나타낸 광로를 거쳐 기판(909)의 엣지(910)에 조사되는 레이저 빔은 광학 렌즈(903)의 기본 선을 통과하므로, 광학 렌즈(903)의 수차를 거의 받지 않는다.

따라서, 기판(909)의 피조사면에서의 에너지 분포의 엣지(910)에서는, 불선명 영역이 약 25 ㎛인, 즉, 엣지가 수직에 가까운 형상을 가지는 레이저 빔을 얻는 것이 가능하다.

도 9의 다른 엣지(911)의 에너지 분포는 레이저 빔이 광학 렌즈(903)에서 큰 수차를 받기 때문에 불균일한 엣지로 된다.

도 10(A)∼도 10(E)는 광학 렌즈(903)의 예들을 나타낸다. 도 10(A)는 평철(平凸) 원통형 렌즈를 기본 면을 따라 절단한 반원통형 렌즈들로 구성된 렌즈를 나타낸다. 도 10(B)는 평요(平凹) 원통형 렌즈를 기본 면을 따라 절단한 반원통형 렌즈들로 구성된 렌즈를 나타낸다.

도 10(C)는 볼록 초승달 모양의 원통형 렌즈를 기본 선을 따라 절단하여 각각 얻어진 반원통형 렌즈들을 동일 방향으로 배열한 구성을 나타낸다. 도 10(D)는 양측이 볼록한 원통형 렌즈의 반원통형 렌즈를 사용하고, 도 10(E)는 양측이 오목한 원통형 렌즈의 반원통형 렌즈를 사용한다.

도 10(A)∼도 10(E)에 도시된 반원통형 렌즈 군들 각각이 5개의 반원통형 렌즈로 구성되어 있지만, 반원통형 렌즈의 수는 적어도 2개 이상이면 충분하다. 각각의 반원통형 렌즈의 크기 및 입사 레이저 빔의 크기에 따라 최적의 렌즈의 수가 다르지만, 반원통형 렌즈의 수가 4개 이상이면, 레이저 빔이 분할되고, 에너지 분포가 충분히 균일하게 된다.

가장 바람직한 구성으로서는, 광학 렌즈(903)에 의해 분할된 레이저 빔을 중첩시키고 균질화하는 광학계(904, 908)에 조합 렌즈 또는 적어도 하나의 비구면 렌즈를 사용함으로써 수차를 감소시키면, 엣지(910)의 불선명 영역이 25 ㎛ 이하이고 엣지가 수직에 가까운 형상을 가지는 레이저 빔을 얻는 것이 가능하다.

그러나, 장치의 크기, 비용 등의 문제의 관점에서, 입사 동공에 대하여 짧은 초점 거리를 가지는 광학계(908)만을 위해 조합 렌즈 또는 적어도 하나의 비구면 렌즈를 사용함으로써 수차를 감소시킨 구성에서도, 충분한 효과가 얻어지고, 그 구성이 바람직하다.

도 11은 폭 방향으로의 빔 균질기로서, 수차를 감소시킨 광학계를 사용하는 선형 레이저 조사 장치를 나타낸다. 도 11에서, 레이저 빔 발생 장치(1101)로부터 방출된 레이저 빔은 광학계(1103, 1108)에 의해 선형으로 가공된다. 반사 거울(1107)이 레이저 빔의 방향을 피처리 기판(1109)쪽으로 반사한다. 반사 거울(1107)은 항상 필요한 것은 아니지만, 레이저 조사 장치를 간소화하기 위해 설치되었다.

피처리 기판(1109)을 보유하는 조사 스테이지(1105)는 선형 레이저 빔의 폭 방향에 대하여 이동될 수 있다. 도 11에 도시된 레이저 조사 장치에서는, 조사 스테이지가 이동되는 구조이지만, 선형 레이저 빔이 이동되는 구조일 수도 있다.

그러나, 선형 레이저 빔이 이동되는 경우, 에너지 분포가 변화하기 쉬워, 레이저 어닐이 불균일하게 될 우려가 있다. 따라서, 조사 스테이지가 이동되는 것이 바람직하다.

엣지들 중 하나만이 수직인 선형 레이저 빔이 사용되는 경우, 선형 레이저 빔의 주사 방향은, 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 수직 엣지를 앞으로 하는 방향에만 한정된다.

광학계(1103)는 레이저 빔을 선 방향으로 가공하는 광학계와, 레이저 빔을 폭 방향으로 분할하는 광학계를 포함한다. 광학계(1108)는 폭 방향으로 분할된 레이저 빔들을 동일 면에서 중첩시키는 기능을 한다.

레이저 발생 장치(1101)로부터 방출되는 레이저 빔의 방향은 레이저 조사 장치가 조절될 때마다 미묘하게 변경되기 때문에, 레이저 빔이 광학계(1103)에 직접 입사하게 하는 것, 즉, 기본 면에 평행한 광선으로 하는 것이 어려웠다.

따라서, 레이저 발생 장치의 방출구에 도 11의 반사 거울(1102)을 배치하고, 그 반사 거울(1102)의 각도를 조절하여, 레이저 빔의 방향을 미세하게 조절한다. 그 결과, 레이저 빔이 광학계(1103)에 똑 바로 입사할 수 있다.

반사 거울(1102)을 배치하지 않고 레이저 발생 장치(1101)의 공진 거울을 미세하게 조절함으로써 레이저 빔의 방출 방향을 조절하는 것이 가능하지만, 이러한 작동은 번거롭고, 실용적이지 못하다.

이상에서, 적어도 하나의 엣지가 수직인 에너지 분포를 갖는 빔으로 레이저 빔을 가공하는 빔 균질기와, 그 빔 균질기를 사용하는 레이저 조사 장치에 대하여 설명하였다.

또한, 상기한 빔 균질기는 레이저 빔을 선형으로 가공하는 경우뿐만 아니라, 레이저 빔을 100 이하의 어스펙트비를 가지는 직사각형 또는 정사각형으로 가공하는 경우에도 적용될 수 있다. 레이저 빔이 선형이 아니고 직사각형 또는 정사각형으로 가공되는 경우, 상기한 빔 균질기는 수직 방향과 수평 방향 모두에 사용되어, 적어도 인접한 2변 엣지가 수직에 가까운 형상인 에너지 분포를 갖는 레이저 빔을 얻는 것도 가능하다.

피조사면이 직사각형 또는 정사각형 레이저 빔으로 주사되는 경우, 선형 레이저 빔의 주사 방법과 마찬가지로, 수직 엣지를 앞으로 하여 주사를 행하는 것이 바람직하다.

이 경우, 직사각형 또는 정사각형 레이저 빔의 긴 변 방향으로의 길이가 기판의 짧은 변의 길이보다 길면, 선형 레이저 빔과 마찬가지로, 한 방향으로만 주사함으로써 레이저 어닐이 완료된다.

그러나, 직사각형 또는 정사각형 레이저 빔의 긴 변 방향으로의 길이가 기판의 짧은 변의 길이보다 짧은 경우에는, 직사각형 또는 정사각형 레이저 빔을 두 방향으로 주사할 필요가 있기 때문에, 레이저 어닐을 균일하게 하기 위해서는, 적어도 인접한 2변 엣지가 수직인 에너지 분포를 갖는 레이저 빔을 사용하는 것이 필요하다.

종래의 레이저 빔의 주사 폭은 줄무늬가 눈에 띄지 않게 하기 위해 레이저 빔의 폭의 1/10∼1/20이었으나, 본 발명에 따라 수직에 가까운 형상의 엣지를 갖는 레이저 빔이 사용되는 경우에는, 주사 폭을 크게 할 수 있다.

즉, 도 4(A)에 도시된 에너지 분포를 갖는 레이저 빔이 사용되는 경우, 불균일한 엣지가 앞의 레이저 빔에 겹칠 정도로 주사 폭을 크게 할 수 있다. 그러나, 주사 폭이 1/5 이상이 된 때는, 레이저 빔이 한 피조사면에 여러 번 조사되고, 그 과정이 다음 번 레이저 빔 조사 위치로 옮겨진다.

한편, 도 5(A)에 도시된 에너지 분포를 갖는 레이저 빔이 사용되는 경우에는, 이상적으로는 레이저 빔의 폭까지 주사 폭을 크게 할 수 있다. 이 경우, 레이저 빔은 한 피조사면에 5∼20회 조사되고, 그 과정이 다음 번 레이저 빔 조사 위치로 옮겨진다.

따라서, 레이저 어닐 공정의 처리량(throughput)을 크게 향상시키는 것이 가능하게 된다. 특히, 작은 어스펙트비를 갖는 직사각형 또는 정사각형 레이저 빔이 사용되는 경우, 현저한 효과가 얻어질 수 있다.

이하의 실시예에서는, 상기한 레이저 조사 장치를 사용한 레이저 어닐을 구체예로 들어 설명한다.

한편, 실시예들에서는 규소막의 레이저 어닐에 대하여 설명하지만, 본 발명의 레이저 어닐은 규소막에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

먼저, 레이저를 조사할 막을 제조하는 방법을 설명한다. 레이저를 조사할 막은 본 명세서에서는 3 종류의 막이다. 본 발명은 어떠한 막에 대해서도 효과적이다.

어떤 막이든, 먼저, 기판으로서는 127 mm평방의 코닝 1737 유리 기판을 사용하고, 그 기판상에 하지막(下地膜)으로서 두께 200 nm의 산화규소막을 형성하고, 그 위에 두께 50 nm의 비정질 규소막을 플라즈마 CVD법으로 형성한다. 이후, 이 막을 출발막이라 칭한다.

[막 A의 제조공정]

출발막을 450℃에서 1시간 가열처리한다. 이 공정은 비정질 규소막 내의 수소 농도를 감소시키기 위한 것이다. 막 내의 수소 농도가 과도하게 높으면, 그 막이 레이저 에너지에 견딜 수 없기 때문에, 이 공정이 요구된다.

막 내의 수소 농도는 10²⁰ 원자/cm³ 정도인 것이 적당하다. 이 막을 비(非)단결정 규소막 A라 칭한다.

[막 B의 제조공정]

10 ppm의 니켈 아세테이트 용액을 스핀 코팅법에 의해 출발막에 도포하여 니켈 아세테이트 층을 형성한다. 니켈 아세테이트 용액에 계면 활성제를 첨가하는 것이 더욱 바람직하다. 니켈 아세테이트 층은 매우 얇기 때문에, 항상 막 형상이 아니지만, 후의 공정들에서 문제는 없다.

그 다음, 상기와 같이 하여 각각의 막이 적층된 기판에 대하여 600℃에서 4시간 열 어닐을 행한다. 그리하여, 비정질 규소막이 결정화되어, 비단결정 규소막인 결정성 규소막 B가 형성된다.

이때, 촉매원소로서의 니켈이 결정 성장의 핵으로 기능하여, 결정화를 촉진시킨다. 니켈의 기능에 의해, 600℃, 4시간과 같은 저온에서 단시간에 결정화가 행해질 수 있다. 그에 대한 상세한 것은 일본 공개특허공고 평6-244104호 공보에 개시되어 있다.

촉매원소의 농도는 1 ×10¹⁵∼1 ×10¹⁹ 원자/cm³인 것이 바람직하다. 그 농도가 1 ×10¹⁹ 원자/cm³ 이상으로 높은 경우에는, 결정성 규소막에 금속 성질이 나타나고, 반도체 특성이 사라진다. 본 실시예에서, 결정성 규소막 내의 촉매원소의 농도는 막 내의 최소값으로서 1 ×10¹⁷∼5 ×10¹⁸원자/cm³이었다. 이들 값은 이차 이온 질량 분석법(SIMS)에 의해 분석 및 측정하여 얻어진 것이다.

[막 C의 제조공정]

출발막 상에 두께 700 Å의 산화규소막을 추가로 형성한다. 성막 방법으로는 플라즈마 CVD법을 사용한다.

그 다음, 포토리소그래피 패터닝 공정에 의해 산화규소막의 일부를 완전히 개공(開孔)한다.

그리고, 그 개공부에 얇은 산화막을 형성하기 위해, 산소 분위기에서 5분간 UV광을 조사한다. 이 얇은 산화막은 후에 도입되는 니켈 용액에 대한 상기 개공부의 습윤성을 개선시키기 위해 형성된다.

그 다음, 그 막에 스핀 코팅법에 의해 100 ppm의 니켈 아세테이트 용액을 도포하여, 니켈 아세테이트가 상기 개공부로 들어가게 한다. 니켈 아세테이트 용액에 계면 활성제를 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.

그 다음, 600℃에서 8시간 열 어닐을 행하여, 니켈 도입부분으로부터 횡 방향으로 결정이 성장하도록 한다. 이때, 니켈의 역할은 막 B에서와 동일한다. 이 때의 조건에서는, 횡성장량으로서 대략 40 ㎛가 얻어진다.

이렇게 하여, 비정질 규소막이 결정화되어, 비단결정 규소막인 결정성 규소막 C가 형성된다.

그후, 버퍼 불화수소산을 사용하여 결정성 규소막 상의 산화규소막을 제거한다.

어렇게 하여 얻어진 비단결정 규소막 A, B, C에 엑시머 레이저를 사용한 레이저 어닐을 행한다.

도 11은 본 실시예에서의 레이저 조사 장치를 나타낸다. 도 11은 레이저 조사 장치의 개요이다.

도 11에서, 레이저 빔 발생 장치(1101)로부터 레이저 빔이 방출되고, 반사 거울(1102)에 의해 레이저 빔의 주행 방향이 조정된 후, 그 레이저 빔이 광학계(1103, 1108)에 의해 가공되어 그의 단면 형상이 선형으로 되게 한다. 반사 거울(1107)은 펄스 레이저 빔을 반사하여, 피처리 기판(1109)에 레이저 빔이 조사되게 한다. 반사 거울(1102)들 사이에는, 레이저 빔의 확장 각도를 억제하고 빔의 크기를 조정할 수 있는 빔 확장기(expander)가 삽입될 수도 있다.

피처리 기판(1109)을 보유하는 조사 스테이지(1105)는 선형 레이저 빔의 폭 방향으로 이동될 수 있다.

본 실시예에서의 광학계(1103), 반사 거울(1107), 및 원통형 렌즈(1108)는 도 12에 도시된 구조를 갖는다.

도 12에서, 입사한 레이저 빔은 원통형 렌즈 군(1202)에 의해 선 방향으로 분할되고, 도 8(E)에 도시된 조합 원통형 렌즈 군(1203)에 의해 폭 방향으로 분할된다.

본 실시예에서는, 레이저 빔을 폭 방향으로 분할하는 광학 렌즈로서, 도 8(E)에 나타낸 구조가 사용되지만, 도 8(B)∼도 8(D)를 조합하여 원통형 렌즈 군을 형성한 구성도 채택될 수 있고, 또는 렌즈들을 비구면 렌즈로 가공하여 거의 모든 수차를 제거한 원통형 렌즈 군이 사용될 수도 있다.

그 다음, 3중형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1204)에 의해 분할된 레이저 빔이 중첩되고 균일화되고, 그 레이저 빔은 슬릿(1205) 및 원통형 렌즈(1206)를 통에 그리고 Tessar형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1208)에 의해 피처리 기판(1209) 상에서 폭 방향에 대해 중첩된다.

본 실시예에서는, 광학 렌즈(1204, 1208)로서 대칭형 렌즈가 사용되지만, 다른 조합 렌즈가 사용될 수도 있고, 또는 비구면 렌즈로 하여 수차를 거의 제거한 구성으로 하여도 좋다.

슬릿(1205)은 항상 요구되는 것은 아니고, 선형 레이저 빔의 폭을 가늘게 조절할 때 사용된다.

그러한 장치를 사용하여, 이하에 설명되는 바와 같은 레이저 빔의 가공이 행해졌다.

레이저 빔 발생 장치(1101)로서는, XeCl 엑시머 레이저(파장 308 nm)를 발진하는 장치가 사용된다. 이 외에도, KrF 엑시머 레이저(파장 248 nm), ArF(파장 193 nm), KrCl(파장 222 nm) 등이 사용될 수도 있다.

레이저 발생 장치로부터 방출된 레이저 빔의 폭 방향의 길이는 약 16 mm이다. 이 레이저 빔은 레이저 빔을 폭 방향으로 분할하는 광학 렌즈에 입사된다.

광학 렌즈(1203)는, 각각의 폭이 2 mm이고 합성 석영으로 된 7개의 원통형 렌즈를 병렬로 배열한 원통형 렌즈 군에, 폭이 2 mm이고 합성 석영으로 되고 볼록 면과 오목면을 갖는 7개의 원통형 렌즈를 병렬로 배열한 원통형 렌즈 군을 조합시킨 구조를 사용한다. 도 12에서는, 단지 4개의 광학 렌즈만이 도시되었지만, 이것은 도면을 간략화 하기 위한 것이다.

상기한 바와 같이, 광학 렌즈(1203)는 입사 레이저 빔의 폭 16 mm보다 작은 14 mm의 폭을 가지고, 입사 레이저 빔의 단부는 사용되지 않는다.

입사 레이저 빔의 단부는 불균일한 에너지를 가지기 때문에, 균일성을 높이기 위해서는 그 단부를 사용하지 않는 것이 바람직하다.

이렇게 하여 폭 방향으로 분할된 레이저 빔은 광학 렌즈(1204)와 광학 렌즈(1208)를 통과하고, 기판 상에서 300∼1000 ㎛의 폭으로 가공된다. 레이저 빔의 폭은 광학 렌즈(1204, 1208)들 사이의 간격을 조절함으로써 변경될 수 있다.

이렇게 하여 가공된 선형 레이저 빔은 폭 방향에 대해 렌즈 수차를 거의 받지 않기 때문에, 그 레이저 빔은 에너지 분포의 엣지가 수직인 도 5(A)에 도시된 바와 같은 레이저 빔이 된다.

다음에, 도 13에 도시된 장치를 설명한다. 다수의, 예를 들어, 20매의 피처리 기판(1109)이 수용된 카세트(1303)를 반입/반출실(1305)내에 배치한다. 로봇 암(robot arm)(1304)에 의해 1매의 기판이 카세트(1303)로부터 정렬실(alignment chamber)(1302)로 이송된다.

정렬실(1302)에는, 피처리 기판(1109)과 로봇 암(1304) 사이의 위치 관계를 수정하기 위한 정렬기구가 배치되어 있다. 정렬실(1302)은 반입/반출실(1305)에 접속되어 있다.

기판이 로봇 암(1304)에 의해 기판 이송실(1301)로 이송되고, 또한 로봇 암(1304)에 의해 레이저 조사실(1306)로 이송된다.

도 11에서, 피처리 기판(1109)에 조사되는 선형 레이저 빔은 0.4 mm의 폭과 135 mm의 길이를 가진다.

피조사면에서의 레이저 빔의 에너지 밀도는 100∼500 mJ/cm²의 범위, 예를 들어, 350 mJ/cm²이다. 조사 스테이지(1105)는 1.2 mm/sec의 속도로 일 방향으로 이동되면서, 선형 레이저 빔이 주사된다.

레이저의 발진 주파수는 30 Hz이고, 피조사물의 1 지점에 주목하면, 레이저 빔이 10 숏트(shot) 조사된다. 숏트 수는 5∼50 숏트의 범위 내에서 선택되는 것이 적합하다.

레이저 조사의 종료 후에, 처리된 기판(1109)은 로봇 암(1304)에 의해 기판 이송실(1301)로 복귀된다.

처리된 기판(1109)은 로봇 암(1304)에 의해 반입/반출실(1305)로 이송되고, 카세트(1303) 내에 수용된다.

이렇게 하여, 레이저 어닐 공정이 종료된다. 이렇게 하여, 상기 공정를 반복함으로써, 다수의 기판을 하나씩 연속적으로 처리할 수 있다.

본 실시예에서는 선형 레이저가 사용되었지만, 선형으로부터 정사각형까지의 어떠한 빔 형상이 사용되어도, 본 발명이 특징으로 하는 효과가 얻어진다.

이 레이저 조사 장치를 사용하여 비단결정 막 A, B, C를 레이저 어닐한 결과, 비단결정 규소막 A에서는, 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 레이저 결정화된 다결정 규소막을 얻는 것이 가능하였다.

비단결정 규소막 B 및 C에서는, 기판의 전체 표면에서의 규소막의 결정성이 더욱 개선되어, 높은 이동도를 갖는 다결정 규소막을 얻는 것이 가능하였다.

본 실시예에서는, 광학 렌즈(1204, 1208)로서 대칭형 렌즈가 사용되었지만, 다른 조합 렌즈도 사용될 수 있고, 또는, 비구면 렌즈로 하여 수차를 거의 제거한 구조가 채택될 수도 있다.

본 실시예에서는, 수차를 감소시키기 위해 광학 렌즈(1204, 1208)에 조합 렌즈가 사용되었지만, 광학 렌즈(1208)만을 조합 렌즈로 하고, 광학 렌즈(1204)는 원통형 렌즈 단일체로 하여도, 줄무늬 형성을 경감시키는 것이 가능하였다.

레이저 어닐된 규소막을 활성층으로 하는 TFT를 제작하는 경우, N채널형과 P채널형 어느 것이라도 제작할 수 있다.

N채널형과 P채널형의 조합 구조도 얻을 수 있다. 또한, 다수의 TFT를 집적화하여 전자 회로를 형성할 수도 있다.

상기 비단결정 규소막 A, B, C가 평탄한 유리 기판 상에 제공되었지만, 비단결정 규소막 A, B, C가 형성되는 면이 배선 등에 의해 요철 형상을 가지더라도, 이 레이저 어닐은 효과적이다.

본 발명의 광학계를 통해 레이저 어닐된 반도체막을 사용하여 TFT로 구성된 액정 표시장치를 제작한 경우, 각 TFT의 특성의 변동이 낮은 고화질의 표시가 얻어질 수 있다.

상기 사항은 다른 실시예에서 설명된 광학계를 통해 레이저 어닐된 반도체막에도 적용될 수 있다.

[실시예 2]

본 실시예에서는, 실시예 1의 광학계를 변경하고, 에너지 분포의 한 엣지가 수직에 가까운 형상을 가지는 레이저 빔을 사용하여 레이저 어닐을 행하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 비단결정 규소막 A, B, C를 준비하고, 엑시머 레이저를 사용한 레이저 어닐을 행한다.

본 실시예에서 사용된 레이저 처리 장치가 도 11에 도시되어 있다. 도 11에서, 광학계(1103)를 제외하고, 다른 구성은 실시예 1에서와 동일하다.

본 실시예에서의 광학계(1103), 반사 거울(1107), 및 원통형 렌즈(1108)는 도 14에 도시된 구조를 가진다.

도 14에서, 레이저 빔이 원통형 렌즈 군(1202)에 의해 선 방향으로 분할되고, 도 10(A)에 도시된 반원통형 렌즈 군(1403)에 의해 폭 방향으로 분할된다.

반원통형 렌즈 군(1403)은, 합성 석영으로 되고 렌즈 폭이 2 mm인 7개의 반원통형 렌즈를 병렬로 배열한 구조를 갖는다. 도 14에는, 단지 4개의 반원통형 렌즈만이 도시되어 있으나, 이것은 도면을 간략화 하기 위한 것이다.

본 실시예에서는, 레이저 빔을 폭 방향으로 분할하는 광학 렌즈로서, 도 10(A)에 도시된 반원통형 렌즈 군이 사용되었지만, 도 10(B)∼도 10(E)에 도시된 바와 같은 다른 구성의 반원통형 렌즈 군이 사용될 수도 있다. 본 실시예에서는, 입사 레이저 빔이 반원통형 렌즈 군(1403)의 기본 면에 평행한 레이저 빔으로 되는 것이 더욱 효과적이다. 따라서, 도 11의 반사 거울(1102)에 의해, 레이저 빔의 방향이 미세하게 조절된다.

그 다음, 3중형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1204), 슬릿(1205), 원통형 렌즈(1206), 및 Tessar 형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1208)에 의해 레이저 빔을 선형으로 가공한다.

이렇게 하여 선형으로 가공된 레이저 빔을 피처리 기판(1209)에 조사한다. 피처리 기판의 레이저 빔 조사 부분에서, 엣지(1410)는 수직에 가까운 형상의 에너지 분포를 가지는데, 이는 그 에너지 분포가 반원통형 렌즈 군(1403)의 기본 면을 통해 균질화되기 때문이다.

한편, 엣지(1411)에서는, 수차의 영향을 크게 받기 때문에, 불균일한 에너지 분포가 얻어진다.

이와 같이, 한 엣지(1410)만이 수직에 가까운 형상을 가지는 에너지 분포를 가진 선형 레이저 빔을 주사하는 경우, 피처리 기판이 도 14에서 화살표로 나타낸 방향으로 이동되고, 엣지(1410)를 앞으로 하는 방향으로 주사가 행해진다.

이 레이저 조사 장치를 사용하여 비단결정 규소막 A, B, C의 레이저 어닐이 행해진다. 레이저 조사 조건은 실시예 1에서와 동일한 조건으로 하였다.

그 결과, 비단결정 규소막 A에서는, 기판의 전체 표면이 거의 균일하게 레이저 결정화되어 다결정 규소막을 얻을 수 있었다.

비단결정 규소막 B 및 C에서는, 기판의 전체 표면의 규소막의 결정성이 더욱 개선되었고, 높은 이동도를 갖는 다결정 규소막을 얻을 수 있었다.

본 실시예에서는, 광학 렌즈(1204, 1208)에 대칭형 렌즈가 사용되었지만, 다른 조합 렌즈도 사용될 수 있고, 또는, 비구면 렌즈로 하여 수차를 거의 제거한 구성이 채택될 수도 있다.

또한, 수차를 감소시키기 위해 광학 렌즈(1204, 1208)에 조합 렌즈가 사용되었지만, 광학 렌즈(1208)만을 조합 렌즈로 하고, 광학 렌즈(1204)는 원통형 렌즈 단일체로 하여도, 줄무늬 형성이 경감될 수 있었다.

[실시예 3]

본 실시예에서는, 정사각형으로 가공된 레이저 빔을 사용하여 비단결정 규소막 A, B, C를 레이저 어닐한다.

정사각형으로 빔을 가공하기 위한 광학계가 도 15에 도시되어 있다. 본 실시예에서는, 입사 레이저 빔의 방향이 반원통형 렌즈 군(1502, 1503)의 기본 면에 평행한 것이 바람직하다.

입사 레이저 빔은 반원통형 렌즈 군(1502)에 의해 X축 방향으로 분할되고, 반원통형 렌즈 군(1503)에 의해 Y축 방향으로 분할된다(X축 방향과 Y축 방향은 선형 레이저 빔에 말하는 선 방향과 폭 방향에 대응한다).

그리고, 분할된 레이저 빔은 X축 방향에 대하여는 3중형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1506)에 의해 중첩되고, Y축 방향에 대하여는 마찬가지로 3중형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1504)에 의해 중첩된다.

따라서 도 15의 상면도에서 굵은 선으로 표시된 광로를 통해 엣지(1510)에 입사하는 레이저 빔은 반원통형 렌즈 군(1502)에서 기본 선을 통과하기 때문에 수차를 거의 받지 않는다. 마찬가지로, 도 15의 단면도에서 굵은 선으로 표시된 광로를 통해 엣지(1512)에 입사하는 레이저 빔은 반원통형 렌즈 군(1503)에서 기본 선을 통과하기 때문에 수차를 거의 받지 않는다.

한편, 엣지(1511, 1513)에 조사되는 레이저 빔은 반원통형 렌즈 군(1502, 1503)에서 큰 수차를 받기 때문에, 불균일한 에너지 분포를 가진다.

도 15에서는, 광학 렌즈(1504, 1506)에 조합 렌즈가 사용되었지만, 수차를 감소시키기 위해 비구면 렌즈가 사용될 수도 있다. 광학 렌즈(1504, 1506)가 원통형 렌즈 단일체로 구성되어도, 종래의 것과 비교하여 수직에 가까운 형상의 엣지를 갖는 에너지 분포를 얻는 것이 가능하다.

본 실시예에서 사용된 레이저 처리 장치에서는, 조사 스테이지가 X축 방향과 Y축 방향의 두 방향으로 이동하는 수단을 가지고 있다.

상기 광학계를 사용함으로써, 레이저 빔은 피처리 기판에서 10 ×10 mm의 정사각형으로 가공되고, 도 16(A) 및 도 16(B)에 도시된 주사 방법에 의해 레이저 어닐이 행해진다.

도 16(A)에서는, 피처리 기판(1609)이 부호 1601로 나타낸 위치로부터 화살표로 나타낸 바와 같이 X축 방향으로 정사각형 레이저 빔으로 주사된다. 도 16에서 부호 1510∼1513은 도 15의 레이저 빔의 엣지들을 나타낸다.

도 16(A)의 화살표로 나타낸 X축 방향으로의 레이저 어닐이 완료된 때, 도 16(B)에 부호 1602로 나타낸 위치로부터 다음 번 레이저 조사가 개시된다. 이때, 레이저 빔이 수직 엣지(1512)를 앞으로 하여 위치(1601)로부터 Y축 방향으로 이동한 다음, 화살표로 나타낸 바와 같이 X축 방향으로 주사가 행해진다.

이와 같이 주사를 행함으로써, 수직에 가까운 형상의 에너지 분포의 엣지를 앞으로 하는 방향으로 주사가 행해지기 때문에, 레이저 어닐되는 영역(1603)이 거의 균일하게 레이저 어닐된다.

위치(1602)로부터 X축 방향으로 주사가 행해질 때, 위치(1602)에서의 불균일 엣지(1513)가 영역(1603)과 겹쳐 레이저 빔의 주사가 행해지기 때문에, 불균일한 에너지 분포의 엣지(1513)에 의한 불균일한 레이저 어닐을 방지하는 것이 가능하다.

이 레이저 조사 장치를 사용하여 비단결정 규소막 A, B, C를 레이저 어닐한다. 레이저 조사 조건 및 조사 스테이지의 이동 조건은 실시예 1에서와 동일하게 하였다.

본 실시예에서의 조사 스테이지의 이동 조건은 한 피조사면에 5∼20 숏트, 본 실시예에서는 10 숏트로 레이저 빔이 조사되도록 하였다. 그 다음, 피조사면을 9 mm만큼 X축 방향으로 이동시키고, 다음 번 레이저 빔 조사를 행한다.

X축 방향으로의 레이저 어닐이 일단 종료되면, 레이저 빔을 Y축 방향으로 9 mm만큼 이동시키고, X축 방향으로의 레이저 어닐을 반복한다. 이러한 조건 하에, 도 16(A) 및 도 16(B)에 도시된 주사 방법에 의해 레이저 어닐을 행하였다.

본 실시예에서는, 레이저 빔이 9 mm의 간격으로 이동되었지만, 실시예 1에 나타낸 바와 같이, 1.2 mm/sec의 속도로 X축 방향으로 주사하는 방법을 채택할 수도 있다. 그 결과, 비단결정 규소막 A에서는, 기판의 전체 표면이 거의 균일하게 레이저 결정화된 다결정 규소막을 얻는 것이 가능하였다.

비단결정 규소막 B 및 C에서는, 기판의 전체 표면의 규소막의 결정성이 더욱 개선되었고, 높은 이동도를 갖는 다결정 규소막을 얻는 것이 가능하였다.

[실시예 4]

본 실시예에서는, 실시예 1 또는 실시예 2에서 얻어진 다결정 규소막을 사용하여 TFT를 제작하는 예를 나타낸다.

상기한 다결정 규소막을 패터닝하여 TFT의 활성층 패턴을 형성한다. 이 활성층 패턴에는 고저항의 채널 형성 영역이 형성된다. 활성층이 형성된 후, 플라즈마 CVD법에 의해 게이트 절연막으로서 두께 100 nm의 산화규소막을 형성한다.

그 다음, 스퍼터링법에 의해 두께 400 nm의 티탄막을 형성한다. 이 티탄막을 패터닝함으로써 게이트 전극이 형성된다. 그리고, 양극산화법에 의해, 티탄막 패턴의 노출된 표면에 두께 200 nm의 양극산화막을 형성한다.

이 양극산화막은 게이트 전극의 표면을 전기적 및 물리적으로 보호하는 기능을 한다. 또한, 후의 공정에서, 그 막은 채널 영역에 인접하여 오프셋 영역이라 불리는 고저항 영역을 형성하는 기능을 한다.

그 다음, 게이트 전극 및 그 주위의 양극산화막을 마스크로 하여 인(P) 도핑을 행한다. 이 인은 소스 영역 및 드레인 영역을 결정하는 도펀트로서의 역할을 한다.

인 도핑을 행함으로써, 소스 및 드레인 영역이 자기정합적으로 형성된다. 본 실시예에서의 인 도즈량은 이온 도핑 장치를 사용하여 5 ×10¹⁴ ions/cm²의 도즈량이 도입되도록 정해진다. 그 다음, 레이저에 의해 인을 활성화시킨다. 레이저 조사는 실시예 1에 나타낸 방법으로 행하였다. 레이저 빔의 에너지 밀도는 대략 200 mJ/cm²로 하였다. 이 공정에서의 적당한 에너지 밀도는 레이저의 종류, 조사 방법, 및 반도체막의 상태에 따라 다르기 때문에, 이들에 맞추어 조정된다. 레이저 조사에 의해, 소스 및 드레인 영역의 시트 저항이 약 1 ㏀/□까지 저하되었다.

그 다음, 층간절연막으로서 두께 150 nm의 질화규소막을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하고, 또한 아크릴 수지막을 형성한다. 아크릴 수지막의 막 두께는 최소 부분에서 700 nm가 되도록 한다. 그 수지막을 사용하는 것은 표면을 평탄화하기 위한 것이다.

아크릴 이외에, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리이미드 아미드, 또는 에폭시와 같은 재료가 사용될 수도 있다. 이 수지막은 다층막으로 구성될 수도 있다.

그 다음, 콘택트 홀을 형성하고, 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다. 이렇게 하여, N채널형 TFT가 완성된다. 본 실시예에서는, 소스 및 드레인 영역에 인이 주입되었기 때문에, N채널형 TFT가 제작되었으나, P채널형을 제작하는 경우에는, 인 대신에 붕소를 도핑한다.

본 발명을 이용하여 제작된 TFT를 사용하여, 예를 들어, 액정 표시장치를 제작하는 경우, 종래 기술과 비교하여, 레이저 가공에 의한 얼룩이 눈에 띄지 않는 표시를 형성하는 것이 가능하였다.

[실시예 5]

본 실시예를 도 17∼도 19를 참조하여 설명한다. 여기서는, 실시예 1∼3에서 얻어진 반도체막을 사용하여 액정 표시장치의 화소부와 그 화소부의 주변에 설치되는 구동회로를 동시에 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 그러나, 설명의 간략화를 위해, 구동회로에 관해서는, 시프트 레지스터 회로, 버퍼 회로 등의 기본 회로인 CMOS 회로와, 샘플링 회로를 형성하는 n채널형 TFT를 나타낸다.

도 17(A)에서, 기판(3100)으로서 유리 기판이나 석영 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 이외에, 규소 기판 , 금속 기판 또는 스테인리스 기판의 표면에 절연막을 형성하여 얻어진 기판이 사용될 수도 있다. 또한, 내열성이 허용되는 한 플라스틱 기판이 사용될 수도 있다.

TFT가 형성된 기판(3100)의 표면에, 규소를 함유하는 절연막(본 실시예에서는, 이 절연막은 산화규소막, 질화규소막 또는 질화산화규소막을 총칭하여 가리킨다)으로 만들어지고 두께가 100∼400 ㎚인 하지막(3101)을 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법에 의해 형성한다. 한편, 본 실시예에서의 질화산화규소막은 SiO_xN_y로 표현되는 절연막이고, 규소, 산소 및 질소를 소정의 비율로 함유하는 절연막을 가리킨다.

본 실시예에서는, 하지막(3101)이, 두께 25∼100 ㎚, 여기서는, 50 ㎚의 질화산화규소막과 두께 50∼300 ㎚, 여기서는, 150 ㎚의 산화규소막의 2층 구조로 형성되었다. 이 하지막(3101)은 기판으로부터의 불순물 오염을 방지하기 위해 제공되는 것이고, 석영 기판이 사용되는 경우에는, 하지막이 반드시 제공될 필요는 없다.

그 다음, 공지의 성막방법에 의해 하지막(3101)상에, 비정질 구조를 포함하고 두께가 20∼100 ㎚인 반도체막(본 실시예에서는, 비정질 규소막(도시되지 않음))을 형성한다. 한편, 비정질 구조를 포함하는 반도체막으로서는, 비정질 반도체막과 미(微)결정 반도체막이 있고, 비정질 규소 게르마늄막과 같은 비정질 구조를 포함하는 화합물 반도체막도 포함된다.

그 다음, 일본 공개특허공고 평7-130652호(미국 특허 제5,643,826호에 대응)에 개시된 기술에 따라, 결정 구조를 포함하는 반도체막(3102)(본 실시예에서는 결정성 규소막)을 형성한다. 상기 공보에 개시된 기술은, 비정질 규소막을 결정화할 때 결정화를 촉진시키는 촉매원소(니켈, 코발트, 게르마늄, 주석, 납, 팔라듐, 철, 구리로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종류 또는 다수 종류의 원소, 대표적으로는, 니켈)를 사용하는 결정화 수단이다.

구체적으로는, 이 기술은, 비정질 규소막의 표면에 촉매원소를 보유시킨 상태에서 가열처리를 행하여 비정질 규소막을 결정성 규소막으로 변화시키는 것이다. 본 실시예에서는, 상기 공보의 실시예 1에 개시된 기술을 사용하였으나, 그 공보의 실시예 2의 기술이 사용될 수도 있다. 한편, 결정성 규소막은 소위 단결정 규소막과 다결정 규소막을 포함하지만, 본 실시예에서 형성된 결정성 규소막은 결정 입계를 가지는 규소막이다.(도 17(A))

비정질 규소막을, 수소 함량에 좌우되지만, 바람직하게는 400∼550℃에서 수 시간 가열하여 탈수소화 처리를 행함으로써 수소 함량을 5 원자% 이하로 낮추는 방식으로 결정화 공정을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 비정질 규소막은 스퍼터링법이나 증착법과 같은 다른 제조방법에 의해 형성될 수도 있으나, 막 중에 함유되는 산소 및 질소와 같은 불순물 원소를 충분히 감소시키는 것이 바람직하다.

여기서는, 하지막과 비정질 규소막이 동일 성막방법에 의해 형성될 수 있기 때문에, 상기 막들이 연속적으로 형성될 수 있다. 그 다음, 하지막이 형성된 후에는, 하지막이 대기 분위기에 노출되지 않도록 하여 표면의 오염을 방지하고, 제조되는 TFT의 특성의 변동을 감소시킬 수 있다.

그 다음, 실시예 1∼3에서 설명된 방법에 의해, 결정성 규소막(3102)에 레이저 어닐을 시행하여, 결정성이 개선된 결정형 규소막(3103)을 형성한다. 레이저 광으로서는, 펄스 발진형 또는 연속 발진형 엑시머 레이저 광이 바람직하지만, 연속 발진형 아르곤 레이저 광이 사용될 수도 있다.(도 17(B)).

본 실시예에서는, 실시예 2에 나타낸 광학계를 사용하여, 펄스 발진형 엑시머 레이저 광을 선형으로 가공하여 레이저 어닐 공정을 행하였다. 레이저 어닐 조건으로는, 여기(excitaion) 가스로서 XeCl 가스를 사용하고, 처리 온도를 실온으로 조절하고, 펄스 발진 주파수를 30 Hz로 하고, 레이저 에너지 밀도를 250∼500 mJ/cm²( 대표적으로는 350∼400 mJ/cm²)로 하였다.

상기 조건에서 행해진 레이저 어닐 공정은, 열 결정화 후에 잔존하는 비정질 영역을 완전히 결정화하는 동시에, 이미 결정화된 결정성 영역의 결함 등을 감소시키는 효과를 가진다. 따라서, 이 공정은 광 어닐에 의해 반도체막의 결정성을 개선시키는 공정 또는 반도체막의 결정화를 조장하는 공정으로 불릴 수도 있다. 그러한 효과는 레이저 어닐 조건을 최적화함으로써 얻어질 수도 있다. 본 실시예에서는, 그러한 조건을 제1 어닐 조건이라 부르는 것으로 한다.

그 다음, 후의 불순물 첨가를 위한 보호막(3104)을 결정성 규소막(3103)상에 형성한다. 보호막(3104)으로서는, 100∼200 nm(바람직하게는 130∼170 nm)의 두께를 가지는 질화산화규소막 또는 산화규소막을 사용한다. 이 보호막(3104)은 불순물 첨가 시에 결정성 규소막이 플라즈마에 직접 노출되는 것을 방지하고, 정교한 농도 제어를 가능케 하는 의미를 가진다.

그 다음, 그 위에 레지스트 마스크(3105)를 형성하고, p형을 부여하는 불순물 원소(이후, p형 불순물 원소라 칭함)를 보호막(3104)을 통과하여 첨가한다. p형 불순물 원소로서는, 대표적으로는, 주기율표 13족에 속하는 원소, 전형적으로는 붕소 또는 갈륨이 사용될 수 있다. 이 공정(채널 도핑 공정이라 불림)은 TFT의 스레시홀드 전압을 제어하기 위한 공정이다. 여기서는, 디보란(B₂H₆)을 질량 분리하지 않고 플라즈마 여기한 이온 도핑법에 의해 붕소를 첨가하였다. 물론, 질량 분리를 행하는 이온 주입법이 사용될 수도 있다.

이 공정에 의해, 1 ×10¹⁵∼1 ×10¹⁸ 원자/cm³(대표적으로는 5 ×10¹⁶∼5 ×10¹⁷ 원자/cm³)의 농도로 p형 불순물 원소(본 실시예에서는 붕소)를 함유한 불순물 영역(3106)이 형성된다. 본 실시예에서는, 적어도 상기 농도 범위 내로 p형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역을 p형 불순물 영역(b)라 정의한다.(도 17(C))

그 다음, 레지스트 마스크(3105)를 제거하고, 레지스트 마스크(3107∼3110)를 새로이 형성한다. 그 다음, n형을 부여하는 불순물 원소(이하, n형 불순물 원소라 칭함)를 첨가하여, n형을 나타내는 불순물 영역(3111∼3113)을 형성한다. n형 불순물 원소로서는, 대표적으로는 주기율표 15족에 속하는 원소, 전형적으로는 인 또는 비소가 사용될 수 있다.(도 17(D))

저농도 불순물 영역(3111∼3113)은, 후에 CMOS 회로 및 샘플링 회로의 n채널형 TFT에서 LDD 영역으로 기능하게 되는 불순물 영역이다. 여기에서 형성된 불순물 영역에는, n형 불순물 원소가 2 ×10¹⁶∼5 ×10¹⁹ 원자/cm³(대표적으로는 5 ×10¹⁷∼5 ×10¹⁸ 원자/cm³)의 농도로 함유된다. 본 실시예에서는, 상기 농도 범위 내로 n형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역을 n형 불순물 영역(b)라 정의한다.

여기서, 포스핀(PH₃)을 질량 분리하지 않고 플라즈마 여기한 이온 도핑법에 의해, 1 ×10¹⁸ 원자/cm³농도로 인이 첨가된다. 물론, 질량 분리를 행하는 이온 주입법이 사용될 수도 있다. 이 공정에서, 인이 보호막(3104)을 통해 결정성 규소막에 첨가된다.

그 다음, 보호막(3104)을 제거하고, 실시예 1∼3에서 설명된 방법에 의해 레이저 빔 조사 공정을 다시 행한다. 본 실시예에서는, 실시예 2에서 설명된 광학계를 사용하여 레이저 어닐을 행하였다. 레이저 빔으로서는 펄스 발진형 또는 연속 발진형 엑시머 레이저 광이 바람직하지만, 연속 발진형 아르곤 레이저 광이 사용될 수도 있다. 그러나, 그의 목적이 첨가된 불순물 원소를 활성화시키는 것이기 때문에, 결정성 규소막이 용융되지 않을 정도의 에너지로 조사를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 보호막(3104)을 잔존시킨 상태에서 레이저 어닐 공정을 행하는 것도 가능하다.(도 17(E))

본 실시예에서는, 펄스 발진형 엑시머 레이저 광을 선형으로 가공하여 레이저 어닐 공정을 행하였다. 레이저 어닐 조건으로는, 여기 가스로서 KrF 가스를 사용하고, 처리 온도를 실온으로 조절하고, 펄스 발진 주파수를 30 Hz로 하고, 레이저 에너지 밀도를 100∼300 mJ/cm²(대표적으로는 150∼250 mJ/cm²)로 하였다.

상기 조건 하에 행해진 레이저 어닐 공정은, 첨가된 n형 또는 p형을 부여하는 불순물 원소를 활성화시키는 동시에, 불순물 원소의 첨가 시에 비정질화 된 반도체막을 재결정화시키는 효과를 가진다. 상기 조건은, 반도체막을 용융시킴 없이 원자 배열을 정합시키고, 불순물 원소를 활성화하도록 하는 것으로 하는 것이 바람직하다. 이 공정은 n형 또는 p형을 부여하는 불순물 원소를 레이저 어닐에 의해 활성화시키는 공정, 반도체막을 재결정화시키는 공정, 또는 그 두가지를 동시에 행하는 공정으로 불릴 수 있다. 본 실시예에서는, 그러한 조건을 제2 어닐 조건이라 부르는 것으로 한다.

이 공정에 의해, n형 불순물 영역(b)(3111∼3113)의 경계부, 즉, n형 불순물 영역(b) 주위에 존재하는 진성 영역(p형 불순물 영역(b)도 실질적으로 진성으로 간주된다)와의 접합부가 명확하게 된다. 이것은, 후에 TFT가 완성된 시점에서 LDD 영역과 채널 형성 영역이 매우 우수한 접합부를 형성할 수 있다는 것을 의미한다.

레이저 빔에 의해 불순물 원소가 활성화될 때, 가열처리에 의한 활성화가 함께 이용될 수도 있다. 가열처리에 의한 활성화가 행해지는 경우, 기판의 내열성을 고려하여 약 450∼550℃에서의 가열처리가 적합하다.

그 다음, 결정성 규소막의 불필요한 부분을 제거하여, 섬 형상의 반도체막(이후, 활성층이라 칭한다)(3114∼3117)을 형성한다.(도 17(F))

그 다음, 활성층(3114∼3117)을 덮는 게이트 절연막(3118)을 형성한다. 게이트 절연막(3118)은 10∼200 nm, 바람직하게는 50∼150 nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, N₂O 및 SiH₄를 원료 가스로 하는 플라즈마 CVD법에 의해 질화산화규소막을 115 nm의 두께로 형성하였다.(도 18(A))

그 다음, 게이트 배선이 되는 도전성 막을 형성한다. 게이트 배선은 단층의 도전성 막으로 형성될 수 있지만, 필요에 따라 2층 또는 3층 막과 같은 적층 막으로 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 제1 도전성 막(3119)과 제2 도전성 막(3120)으로 구성된 적층 막이 형성되었다.(도 18(B))

여기서, 제1 도전성 막(3119) 및 제2 도전성 막(3120)으로서는, 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 규소(Si)로부터 선택된 원소로 된 막, 또는 그 원소를 주성분으로 하는 잘화물 막(대표적으로는, 질화탄탈막, 질화텅스텐막, 질화티탄막), 또는 상기 원소들을 조합시킨 합금 막(대표적으로는, Mo-W 합금, No-Ta 합금)을 사용할 수 있다.

제1 도전성 막(3119)의 두께는 10∼50 nm(바람직하게는 20∼30 nm)이고, 제2 도전성 막(3120)의 두께는 200∼400 nm(바람직하게는 250∼350 nm)인 것이 적합하다. 본 실시예에서는, 제1 도전성 막(3119)으로서 두께 50 nm의 질화텅스텐(WN)막을 사용하고, 제2 도전성 막(3120)으로서 두께 350 nm의 텅스텐막을 사용하였다.

도시되지 않았지만, 약 2∼20 nm의 두께를 가지는 규소막을 제1 도전성 막(3119) 아래에 미리 형성하는 것이 효과적이다. 이것에 의해, 그 위에 형성되는 도전성 막의 밀착성을 향상시키고 산화를 방지하는 것이 가능하다.

그 다음, 제1 도전성 막(3119) 및 제2 도전성 막(3120)을 동시에 에칭하여, 두께 400 nm의 게이트 배선(3121∼3124)을 형성한다. 이때, 구동회로에 형성되는 게이트 배선(3122, 3123)이 게이트 절연막을 사이에 두고 n형 불순물 영역(b)(3111∼3113)의 일부와 겹치도록 형성된다. 이 겹침부가 후에 Lov 영역이 된다. 게이트 배선(3124)의 단면이 이중으로 보이지만, 실제로는 하나의 연속적으로 연결된 패턴으로 형성되어 있다.(도 18(C))

그 다음, 게이트 배선(3121∼3124)을 마스크로 하여 자기정합적으로 n형 불순물 원소(본 실시예에서는, 인)를 첨가한다. 그렇게 형성된 불순물 영역(3125∼3130)에는, n형 불순물 영역(b)의 농도의 1/2∼1/10(대표적으로는 1/3∼1/4)의 농도(그러나, 그 농도는 상기한 채널 도핑 공정에서 첨가된 붕소의 농도보다 5∼10배 높고, 대표적으로는, 1 ×10¹⁶∼5 ×10¹⁸ 원자/cm³, 전형적으로는, 3 ×10¹⁷∼3 ×10¹⁸ 원자/cm³)로 인이 첨가되도록 조절되었다. 한편, 본 실시예에서는, 상기 농도 범위 내의 n형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역을 n형 불순물 영역(c)라 정의한다.(도 18(D))

이 공정에서는 게이트 배선으로 가려진 부분을 제외하고 모든 n형 불순물 영역(b)에도 1 ×10¹⁶∼5 ×10¹⁸ 원자/cm³의 농도로 인이 첨가되지만, 그 농도가 매우 낮기 때문에, n형 불순물 영역(b)으로서의 기능에는 영향을 주지 않는다. 또한, n형 불순물 영역(b)에는 이미 채널 도핑 공정에서 1 ×10¹⁵∼1 ×10¹⁸ 원자/cm³의 농도의 붕소가 첨가되어 있지만, 이 공정에서는, p형 불순물 영역(b)에 함유된 붕소의 5∼10배의 농도로 인이 첨가되기 때문에, 이 경우도 n형 불순물 영역(b)의 기능에 붕소가 영향을 미치지 않는 것으로 고려될 수 있다.

그러나, 엄밀하게는, n형 불순물 영역(b)(3111∼3113)들 중에, 게이트 배선과 겹치는 부분에서의 인의 농도가 2 ×10¹⁶∼5 ×10¹⁹ 원자/cm³를 유지하는데 대하여, 게이트 배선과 겹치지 않는 부분에서는 1 ×10¹⁶∼5 ×10¹⁸ 원자/cm³의 농도의 인이 첨가되어, 약간 높은 농도로 인이 함유되는 것으로 된다.

그 다음, 게이트 배선(3121∼3124)을 마스크로 하여 자기정합적으로 게이트 절연막(3118)을 에칭한다. 에칭으로서는 건식 에칭법을 사용하고, 에칭 가스로서 CHF₃ 가스를 사용한다. 그러나, 에칭 가스는 이것에 한정될 필요는 없다. 이렇게 하여, 게이트 배선 아래에 게이트 절연막(3131∼3134)이 형성된다.(도 18(E))

이와 같이 활성층을 노출시켜, 다음에 불순물 원소 첨가 공정을 행할 때 가속 전압을 낮추는 것이 가능하게 된다. 또한, 필요로 하는 도즈량이 낮게 되기 때문에, 처리량이 향상된다. 물론, 게이트 절연막을 에칭하지 않고, 스루 도핑(through doping)에 의해 불순물 영역을 형성하여도 좋다.

그 다음, 게이트 배선을 덮는 레지스트 마스크(3135∼3138)를 형성하고, n형 불순물 원소(본 실시예에서는, 인)를 첨가하여, 고농도로 인을 함유하는 불순물 영역(3139∼3147)을 형성한다. 이 경우도, 포스핀(PH₃)을 사용하는 이온 도핑법(물론, 이온 주입법도 사용될 수 있다)이 사용되고, 그 영역들에서의 인의 농도는 1 ×10²⁰∼1 ×10²¹ 원자/cm³(대표적으로는, 2 ×10²⁰∼5 ×10²¹ 원자/cm³)이다.(도 18(F))

또한, 본 실시예에서는, 상기 농도 범위 내로 n형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역을 n형 불순물 영역(a)라 정의한다. 불순물 영역(3139∼3147)이 형성된 영역에는 앞의 공정에서 첨가된 인 또는 붕소가 이미 함유되어 있지만, 충분히 높은 농도로 인이 첨가되기 때문에, 앞의 공정에서 첨가된 인 또는 붕소의 영향은 고려되지 않아도 된다. 따라서, 본 실시예에서는, 불순물 영역(3139∼3147)을 n형 불순물 영역(a)이라 바꿔 말하여도 좋다.

그 다음, 레지스트 마스크(3135∼3139)를 제거하고, 레지스트 마스크(3148)를 새로이 형성한다. 그 다음, p형 불순물 원소(본 실시예에서는 붕소)를 첨가하여, 고농도로 붕소를 함유한 불순물 영역(3149, 3150)을 형성한다. 여기서는, 디보란(B₂H₆)을 사용한 이온 도핑법(물론, 이온 주입법이 사용될 수도 있다)에 의해, 붕소를 3 ×10²⁰∼3 ×10²¹ 원자/cm³(대표적으로는 5 ×10²⁰∼1 ×10²¹ 원자/cm³)의 농도로 첨가한다. 한편, 본 실시예에서는, 상기 농도 범위 내로 p형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역을 p형 불순물 영역(a)라 정의한다.(도 19(A))

불순물 영역(3149, 3150)의 일부(상기한 n형 불순물 영역(a)(3139, 3140))에는 이미 1 ×10²⁰∼1 ×10²¹ 원자/cm³의 농도로 인이 첨가되어 있지만, 여기서 첨가되는 붕소는 그것의 적어도 3배 이상의 농도로 첨가된다. 따라서, 이전에 형성된 n형 불순물 영역이 p형으로 완전히 반전되고, p형 불순물 영역으로서 기능한다. 따라서, 본 실시예에서는, 불순물 영역(3149, 3150)을 p형 불순물 영역(a)으로 바꿔 말하여도 좋다.

그 다음, 레지스트 마스크(3148)를 제거한 후, 제1 층간절연막(3151)을 형성한다. 제1 층간절연막(3151)은 규소를 함유한 절연막, 구체적으로는, 질화규소막, 산화규소막, 질화산화규소막, 또는 이들 막을 조합시킨 적층 막으로 형성되는 것이 바람직하다. 막 두께는 100∼400 nm인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, SiH₄, N₂O, NH₃를 원료 가스로 한 플라즈마 CVD법에 의해 형성되고 두께가 200 nm인 질화산화규소막(질소 농도: 25∼50 원자%)이 사용되었다.

그후, 각각의 농도로 첨가된 n형 또는 p형 불순물 원소를 활성화시키기 위해 가열처리를 행한다. 이 공정은 노 어닐법, 레이저 어닐법, 또는 급속 열 어닐법(RTA법)에 의해 행해질 수 있다. 여기서는, 활성화 공정이 노 어닐법에 의해 행해졌지만, 실시예 1∼3에서 설명된 레이저 어닐을 사용하는 것도 효과적이다. 가열처리는 질소 분위기에서 300∼650℃, 바람직하게는 400∼550℃, 여기서는 550℃로 4시간 행해진다.(도 19(B))

이때, 본 실시예에서는, 비정질 규소막의 결정화에 사용된 촉매원소(본 실시예에서는 니켈)가 화살표로 나타낸 방향으로 이동하여, 도 18(F)의 공정에서 형성되고 고농도로 인을 함유하는 영역에 포획(게터링)된다. 이것은 금속 원소에 대한 인의 게터링 효과에 의해 기인하는 현상이고, 그 결과, 후의 채널 형성 영역(3152∼3156)에서 촉매원소의 농도가 1 ×10¹⁷ 이하(바람직하게는 1 ×10¹⁶ 원자/cm³이하)로 된다.

반대로, 촉매원소의 게터링 사이트(site)가 되는 영역(도 18(F)의 공정에서 불순물 영역(3139∼3147)이 형성된 영역)에서는, 고농도로 촉매원소가 편석하여, 5 ×10¹⁸ 이상(대표적으로는 1 ×10¹⁹∼5 ×10²⁰ 원자/cm³)의 농도로 촉매원소가 존재하게 된다.

그리고, 3∼100%의 수소를 함유한 분위기에서 300∼450℃로 1∼12시간의 가열처리를 행하여 활성층을 수소화하는 공정을 행한다. 이 공정은 열적으로 여기된 수소에 의해 반도체층의 댕글링 결합(dangling bond)을 종단시키는 공정이다. 다른 수소화 수단으로서는, 플라즈마 수소화(플라즈마에 의해 여기된 수소를 사용)가 행해질 수도 있다.

활성화 공정이 완료된 후, 두께 500 nm∼1.5 ㎛의 제2 층간절연막(3157)을 제1 층간절연막(3151)상에 형성한다. 본 실시예에서는, 제2 층간절연막(3157)으로서, 두께 800 nm의 산화 규소막을 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 이렇게 하여, 제1 층간절연막(질화산화규소막)(3151)과 제2 층간절연막(산화규소막)(3157)으로 이루어지고 두께가 1 ㎛인 층간절연막이 형성된다.

제2 층간절연막(3157)으로서는, 폴리이미드, 아크릴 수지, 폴리아미드, 폴리이미드아미드, BCB(benzocyclobutene) 등의 유기 수지막이 사용될 수도 있다.

그후, 각각의 TFT의 소스 영역 및 드레인 영역에 이르는 콘택트 홀을 형성하고, 소스 배선(3158∼3161) 및 드레인 배선(3162∼3165)을 형성한다. 도시하지 않았지만, CMOS 회로를 형성하기 위해서는, 드레인 배선(3162)과 드레인 배선(3163)을 접속하여 동일 배선으로 한다. 또한, 도시하지 않았지만, 본 실시예에서는, 이 전극을, 두께 100 nm의 Ti막, Ti를 함우하고 두께가 30 nm인 알루미늄막, 두께 150 nm의 Ti막을 스퍼터링법에 의해 연속적으로 형성한 3층 구조의 적층막으로 하였다.

그 다음, 패시베이션막(3166)으로서, 질화규소막, 산화규소막, 또는 질화산화규소막을 50∼500 nm(대표적으로는 200∼300 nm)의 두께로 형성한다. 이때, 본 실시예에서는, 그 막의 형성 전에, H₂ 또는 NH₃와 같은, 수소 함유 가스를 사용한 플라즈마 처리를 행하고, 성막 후에 가열처리를 행하였다. 이 전(前)처리에 의해 여기된 수소가 제1 및 제2 층간절연막에 공급된다. 이 상태에서 가열처리를 행함으로써, 패시베이션막(3166)의 막질이 개선되고, 제1 및 제2 층간절연막에 첨가된 수소가 아래 층 측으로 확산되기 때문에, 활성층을 효과적으로 수소화하는 것이 가능하다.

또한, 패시베이션막(3166)을 형성한 후에, 수소화 공정을 추가로 행할 수도 있다. 예를 들어, 3∼100%의 수소를 함유한 분위기에서 300∼450℃로 1∼12시간 가열처리를 행하는 것이 적절하다. 또는, 플라즈마 수소화 방법을 사용하여도, 동일한 효과가 얻어진다. 여기서, 화소 전극을 드레인 배선에 접속하기 위한 콘택트 홀이 후에 형성되는 위치에서, 패시베이션막(3166)에 개구부를 형성할 수도 있다.

그후, 유기 수지로 이루어진 제3 층간절연막(3167)을 약 1 ㎛의 두께로 형성한다. 그 유기 수지로서는, 폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 폴리이미드아미드, BCB(benzocyclobutene) 등이 사용될 수 있다. 유기 수지막을 사용하는 이점으로는, 성막 방법이 간단하다는 점, 비유전율이 낮기 때문에 기생 용량이 감소될 수 있다는 점, 평탄성이 우수하다는 점 등을 들 수 있다. 또한, 상기한 것 이외의 유기 수지막, 유기계 SiO 화합물 등이 사용될 수도 있다. 여기서는, 기판에의 도포 후에 열 중합하는 타입의 폴리이미드를 사용하고, 300℃에서 소성하여 막을 형성하였다.

그 다음, 화소부가 되는 영역에서, 제3 층간절연막(3167)상에 차폐막(3168)을 형성한다. 한편, 본 실시예에서는, "차폐막"이란 용어는 광과 전자기파를 차폐하는 의미로 사용된다.

차폐막(3168)으로서는, 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 및 탄탈(Ta)로부터 선택된 원소로 이루어진 막 또는 이들 원소중 하나를 주성분으로 하는 막을 100∼300 nm의 두께로 형성한다. 본 실시예에서는, 1 wt%의 티탄을 함유한 알루미늄막을 3125 nm의 두께로 형성하였다.

한편, 산화규소막 등으로 이루어지고 두께가 5∼50 nm인 절연막이 제3 층간절연막(3167)상에 형성된 경우, 그 위에 형성되는 차폐막의 밀착성을 높이는 것이 가능하다. 또한, 유기 수지로 형성된 제3 층간절연막(3167)의 표면에 CF₄ 가스를 사용한 플라즈마 처리를 시행하면, 표면 개질로 인해 막 상에 형성된 차폐막의 밀착성을 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 티탄을 함유한 알루미늄막을 사용하여 차폐막 뿐만 아니라 다른 접속 배선을 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 구동회로 내에서 회로끼리를 접속하는 접속 배선이 형성될 수 있다. 그러나, 이 경우, 차폐막 또는 접속 배선을 형성하는 재료로 성막하기 전에 제3 층간절연막에 콘택트 홀을 미리 형성하는 것이 필요하다.

그 다음, 양극산화법 또는 플라즈마 산화법(본 실시예에서는, 양극산화법)에 의해 차폐막(3168)의 표면에 두께 20∼100 nm(바람직하게 30∼50 nm)의 산화물(3169)을 형성한다. 본 실시예에서는, 차폐막(3168)으로서, 알루미늄을 주성분으로 하는 막을 사용하였기 때문에, 양극산화물(3169)로서 산화알루미늄막(알루미나막)이 형성된다.

이 양극산화 처리에서, 먼저, 알칼리 이온 농도가 충분히 낮은 에틸렌 글리콜 주석산염 용액을 준비한다. 이것은 15%의 암모늄 주석산염 수용액과 에틸렌 글리콜을 2:8로 혼합한 용액이고 이 용액에 암모니아수를 첨가하여 pH가 7±0.5가 되도록 조절한다. 그 다음, 이 용액 내에 음극이 되는 백금 전극을 배치하고, 차폐막(3168)이 형성된 기판을 그 용액에 담그고, 차폐막(3168)을 양극으로 하여 일정한 직류 전류(수 mA 내지 수 십 mA)를 흘려보낸다.

용액 내에서의 음극과 양극 사이의 전압은 양극산화물의 성장에 따라 경시적으로 변경되었지만, 일정 전류가 유지된 상태에서 전압을 100 V/min의 상승 속도로 상승시키고, 전압이 45 V의 도달 가능한 전압에 이른 때 양극산화 처리를 종료한다. 이렇게 하여, 차폐막(3168)의 표면에 두께 50 nm 정도의 양극산화물(3169)을 형성하는 것이 가능하다. 그 결과, 차폐막(3168)의 두께는 90 nm가 된다. 한편, 여기에서 나타낸 양극산화법과 관련된 수치는 단지 일 예이고, 제조되는 소자의 크기 등에 따라 최적값이 변경될 수 있음은 물론이다.

또한, 여기에서는 절연막이 양극산화법을 사용하여 차폐막의 표면에만 제공되는 구성이 채택되었지만, 그 절연막은 플라즈마 CVD법, 열 CVD법 또는 스퍼터링법과 같은 기상법에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우도, 막 두께를 20∼100 nm(바람직하게는 30∼50 nm)로 하는 것이 바람직하다. 또한, 산화규소막, 질화규소막, 질화산화규소막, DLC(Diamond like carbon)막, 또는 유기 수지막이 사용될 수도 있다. 또한, 이들이 조합된 적층막이 사용될 수도 있다.

그 다음, 드레인 배선(3165)에 이르는 콘택트 홀을 제3 층간절연막(3167) 및 패시베이션막(3166)에 형성하고, 화소 전극(3170)을 형성한다. 한편, 화소 전극(3171, 3172)은 각각 인접한 다른 화소의 화소 전극이다. 투과형 액정 표시장치를 제조하는 경우에는, 화소 전극(3170∼3172)에 투명한 도전성 막을 사용하고, 반사형 액정 표시장치를 제조하는 경우에는, 금속막을 사용하는 것이 적절하다. 여기서는, 투과형 액정 표시장치를 제조하기 위해, 두께 110 nm의 인듐-주석 산화물(ITO)막을 스퍼터링법에 의해 형성하였다.

이 때, 화소 전극(3170) 및 차폐막(3168)이 양극산화물(3169)을 사이에 두고 서로 겹쳐, 보유 용량(저장 용량)(3173)이 형성된다. 이 경우, 차폐막(3168)이 부유 상태(전기적으로 고립된 상태) 또는 고정 전위, 바람직하게는, 공통 전위(데이터로서 전송되는 화상 신호의 중간 전위)로 설정되는 것이 바람직하다.

이렇게 하여, 동일 기판 상에 구동회로와 화소부를 포함하는 액티브 매트릭스 기판이 완성된다. 도 19(C)에서는, 구동회로에 p채널형 TFT(3301) 및 n채널형 TFT(3302, 3303)가 형성되고, 화소부에는 n채널형 TFT로 구성된 화소 TFT(3304)가 형성된다.

구동회로의 p채널형 TFT(3301)에는, 채널 형성 영역(3201), 소스 영역(3202), 및 드레인 영역(3203)이 각각 p형 불순물 영역(a)으로 형성된다. 그러나, 실제로는, 소스 영역 또는 드레인 영역의 일부에 1 ×10²⁰∼1 ×10²¹ 원자/cm³의 농도로 인을 함유하는 영역이 존재한다. 또한, 이 영역에는, 도 19(B)의 공정에서 게터링되고 촉매원소가 5 ×10¹⁸ 이상(대표적으로는 1 ×10¹⁹∼5 ×10²⁰ 원자/cm³)의 농도로 존재한다.

n채널형 TFT(3302)에는, 채널 형성 영역(3204), 소스 영역(3205), 드레인 영역(3206), 및 채널 형성 영역의 일측(드레인 영역측)에 배치되고 게이트 절연막을 사이에 두고 게이트 배선과 겹치는 영역(3207)(본 실시예에서는, 이 영역을 Lov 영역이라 부른다. "ov"는 "overlap"을 나타내는 첨자이다)이 형성되었다. 이때, Lov 영역(3207)은 2 ×10¹⁶∼5 ×10¹⁹ 원자/cm³의 농도로 인을 함유하고, 게이트 배선과 전체적으로 겹치도록 형성된다.

n채널형 TFT(3303)에는, 채널 형성 영역(3208), 소스 영역(3209), 드레인 영역(3210), 및 채널 형성 영역의 양측의 LDD 영역(3211, 3212)이 형성되었다. 이 구조에서는, LDD 영역(3211, 3212)의 일부가 게이트 배선과 겹치도록 배치되기 때문에, 게이트 절연막을 사이에 두고 게이트 배선과 겹치는 영역(Lov 영역) 및 게이트 배선과 겹치지 않는 영역(본 실시예에서는, 그러한 영역을 Loff 영역이라 부른다. "off"는 "offset"을 나타내는 첨자이다.)이 실현된다.

도 24에 도시된 단면도는 도 19(C)에 도시된 n채널형 TFT(3303)의 제작이 도 19(B)의 공정까지 진행한 상태를 나타내는 확대도이다. 도시된 바와 같이, LDD 영역(3211)은 Lov 영역(3211a)과 Loff 영역(3211b)으로 구별될 수 있다. Lov 영역(3211a)에는 2 ×10¹⁶∼5 ×10¹⁹ 원자/cm³의 농도로 인이 함유되는 한편, Loff 영역(3211b)에는 그의 1∼2배(대표적으로는 1.2∼1.5배) 높은 농도로 인이 함유된다.

화소 TFT(3304)에는, 채널 형성 영역(3213, 3214), 소스 영역(3215), 드레인 영역(3216), Loff 영역(3217∼3220), 및 Loff 영역(3218, 3219)과 접촉하여 있는 n형 불순물 영역(a)(3221)이 형성되었다. 이때, 소스 영역(3215) 및 드레인 영역(3216)은 각각 n형 불순물 영역(a)으로 형성되고, Loff 영역(3217∼3220)은 n형 불순물 영역(c)으로 형성된다.

본 실시예에서는, 각각의 회로를 형성하는 TFT의 구성이 화소부 및 구동회로에서 요구하는 회로 사양에 따라 최적화되고, 반도체장치의 동작 성능 및 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다. 구체적으로는, n채널형 TFT에서, LDD 영역의 배치가 회로 사양에 따라 다르게 되고, Lov 영역과 Loff 영역중 하나가 적절히 사용되어, 고속 동작 또는 핫 캐리어 대책을 중요시한 TFT 구조, 또는 낮은 오프 전류 동작을 중요시한 TFT 구조가 실현된다.

예를 들어, 액티브 매트릭스형 액정 표시장치의 경우, n채널형 TFT(3302)는 시프트 레지스터 회로, 분주 회로, 신호 분할 회로, 레벨 시프터 회로, 버퍼 회로와 같은, 고속 동작을 중요시한 구동회로에 적합하다. 즉, Lov 영역은 채널 형성 영역의 한쪽(드레인 영역측)에만 배치되어, 저항 성분이 최대한 감소되고 핫 캐리어 대책을 중요시한 구조가 형성된다. 이것은, 상기한 회로 군의 경우 소스 영역과 드레인 영역의 기능이 다르지 않고 캐리어(전자)의 이동 방향이 일정하기 때문이다. 그러나, 필요에 따라서는, Lov 영역이 채널 형성 영역의 양측에 배치될 수도 있다.

n채널형 TFT(3303)는 핫 캐리어 대책과 낮은 오프 전류 동작 모두를 중요시하는 샘플링 회로(샘플 홀드 회로)에 적합하다. 즉, Lov 영역은 핫 캐리어 대책으로서 배치되고, Loff 영역은 낮은 오프 전류 동작을 실현하기 위해 배치된다. 샘플링 회로에서는, 소스 영역과 드레인 영역의 기능이 반전되고, 캐리어의 이동 방향이 180°변경되기 때문에, 게이트 배선을 중심으로 선 대칭이 되는 구조로 하는 것이 필요하다. 한편, 경우에 따라서는, Lov 영역만이 존재하는 경우도 있을 수 있다.

n채널형 TFT(3304)는 낮은 오프 전류 동작을 중요시한 화소부 및 샘플링 회로(샘플 홀드 회로)에 적합하다. 즉, 오프 전류값을 증가시키는 요인이 될 수 있는 Lov 영역은 배치되지 않고, Loff 영역만이 배치되어 낮은 오프 동작이 실현되게 한다. 또한, 구동회로의 LDD 영역보다 낮은 농도를 가지는 LDD 영역이 Loff 영역으로 사용되어, 온 전류값이 약간 저하되어도 오프 전류가 철저히 저하되는 대책이 채택된다. 또한, n형 불순물 영역(a)(3221)이 오프 전류값을 낮추는데 매우 효과적인 것이 확인되었다.

3∼7 ㎛의 채널 길이와 비교하여, n채널형 TFT(3302)의 Lov 영역(3207)의 길이(폭)는 0.5∼3.0 ㎛, 대표적으로는 1.0∼1.5 ㎛인 것이 적합하다. 또한, n채널형 TFT(3303)의 Lov 영역(3211a, 3212a)의 길이(폭)는 0.5∼3.0 ㎛, 대표적으로는 1.0∼1.5 ㎛이고, Loff 영역(3211b, 3212b)의 길이(폭)는 1.0∼3.5 ㎛, 대표적으로는 1.5∼2.0㎛인 것이 적합하다. 또한, 화소 TFT(3304)에 제공되는 Loff 영역(3217∼3220)의 길이(폭)는 0.5∼3.5 ㎛, 대표적으로는 2.0∼2.5 ㎛인 것이 적절하다.

또한, 본 발명의 특징들 중 하나는, p채널형 TFT(3301)가 자기정합적으로 형성되고 n채널형 TFT(3302∼3304)는 비(非)자기정합적으로 형성된다는 것이다.

또한, 본 실시예에서는, 비유전율이 7∼9로 높은 알루미나 막이 보유 용량의 유전체로 사용되어, 요구되는 용량을 형성하기 위한 면적을 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 본 실시예에서와 같이 화소 TFT 상에 형성되는 차폐막은 보유 용량의 전극들 중 하나로 기능하여, 액티브 매트릭스형 액정 표시장치의 화상 표시부의 개구율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

한편, 본 발명은 본 실시예에 나타낸 보유 용량의 구조에 반드시 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 출원인의 일본 특허출원 평9-316567호 또는 평10-254097호에 개시된 보유 용량의 구조가 사용될 수도 있다.

도 20에 도시된 바와 같이, 도 19(C)의 상태의 기판상에 배향막(3401)이 형성된다. 본 실시예에서는, 배향막으로서 폴리이미드막이 사용되었다. 대향 기판(3402)상에 투명한 도전성 막(3403)과 배향막(3404)이 형성된다. 필요에 따라서는, 컬러 필터 및 차폐막이 대향 기판상에 형성될 수도 있다.

그 다음, 배향막이 형성된 후, 러빙(rubbing) 처리를 행하여, 액정 분자를 일정한 프리틸트(pre-tilt) 각으로 배향시킨다. 그 다음, 화소부와 구동회로가 형성된 액티브 매트릭스 기판을 공지의 셀 조립 공정에 의해 밀봉재와 스페이서(이들 모두 도시되지 않음) 등을 사이에 두고 대향 기판에 접합한다. 그후, 양 기판 사이에 액정(3405)을 주입하고, 단부 밀봉재(도시되지 않음)에 의해 완전히 밀봉한다. 액정으로서는 공지의 액정재료를 사용하는 것이 적합하다. 이렇게 하여, 도 20에 도시된 바와 같은 액티브 매트릭스형 액정 표시장치가 완성된다.

다음, 도 21를 참조하여 액티브 매트릭스형 액정 표시장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 21을 도 17∼도 19의 단면도에 대응시키기 위해, 공통의 부호를 사용한다. 액티브 매트릭스 기판은 화소부(3601), 주사(게이트) 신호 구동회로(3602), 화상(소스) 신호 구동회로(3603)를 포함하고, 이들은 유리 기판(3600)상에 형성되어 있다. 화소부(3601)의 화소 TFT(3304)는 n채널형 TFT이고, 주변에 제공되는 구동회로는 CMOS 회로를 기본으로 하여 구성되어 있다. 화소부(3601)는 화소 전극(3661) 및 보유 용량(3664)도 포함한다. 주사 신호 구동회로(3602)와 화상 신호 구동회로(3603)는 각각 게이트 배선(3624) 및 소스 배선(3652)을 통해 화소부(3601)에 접속되어 있다. 또한, FPC(3604)가 접속된 외부 입출력 단자(3605)로부터 구동회로의 입출력 단자까지의 접속 배선(3606)이 제공되어 있다. 부호 3608은 대향 기판을 나타낸다.

[실시예 6]

본 발명을 실시하여 형성된 CMOS 회로 및 화소 액티브 매트릭스 회로는 다양한 전기광학 장치(예를 들어, 액티브 매트릭스형 액정 표시장치, 액티브 매트릭스형 EL 표시장치, 및 액티브 매트릭스형 EC 표시장치)에 사용될 수 있다. 즉, 본 발명은 표시 매체로서 전기광학 장치를 포함하는 모든 전자 장치에 실시될 수 있다.

그러한 전자 장치로서는, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 프로젝터(리어형 또는 프론트형), 헤드 장착형 표시장치(고글형 표시장치), 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 휴대형 정보 단말기(모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 전자 책 등) 등을 들 수 있다. 이들의 예를 도 22(A)∼도 22(F) 및 더 23(A)∼도 23(D)에 나타낸다.

도 22(A)는 본체(2001), 화상 입력부(2202), 표시장치(2203), 및 키보드(2004)로 구성된 퍼스널 컴퓨터를 나타낸다. 본 발명은 화상 입력부(2002), 표시 장치(2003), 및 다른 신호 제어 회로에 적용될 수 있다.

도 22(B)는 본체(2101), 표시장치(2102), 음성 입력부(2103), 조작 스위치(2104), 배터리(2105), 및 수상부(2106)로 구성된 비디오 카메라를 나타낸다. 본 발명은 표시장치(2102), 음성 입력부(2103), 및 다른 신호 제어 회로에 적용될 수 있다.

도 22(C)는 본체(2201), 카메라부(2202), 수상부(2203), 조작 스위치(2204), 및 표시장치(2205)로 구성된 모바일 컴퓨터를 나타낸다. 본 발명은 표시장치(2205) 및 다른 신호 제어 회로에 적용될 수 있다.

도 22(D)는 본체(2301), 표시장치(2302), 및 암(arm)부(2303)로 구성된 고글형 표시장치를 나타낸다. 본 발명은 표시장치(2302) 및 다른 신호 제어 회로에 적용될 수 있다.

도 22(E)는 프로그램을 기록한 기록 매체(이하, '기록 매체'라 부른다)를 사용하는 플레이어 장치를 나타낸다. 이 플레이어 장치는 본체(2401), 표시장치(2402), 스피커부(2403), 기록 매체(2404), 조작 스위치(2405) 및 외부 입력부(2406)로 구성된다. 이 장치는 기록 매체로서 DVD(digital versatile disc), CD 등을 사용하여 음악 감상 및 영화 감상이나 게임 및 인터넷을 행할 수 있다. 본 발명은 표시장치(2402) 및 다른 신호 제어 회로에 적용될 수 있다.

도 22(F)는 본체(2501), 표시장치(2502), 접안렌즈부(2503), 조작 스위치(2504) 및 수상부(도시되지 않음)로 구성된 디지털 카메라를 나타낸다. 본 발명은 표시장치(2502) 및 다른 신호 제어 회로에 적용될 수 있다.

도 23(A)는 광원 광학계 및 표시장치(2601)와 스크린(2602)으로 구성된 프론트형 프로젝터를 나타낸다. 본 발명은 표시장치 및 다른 신호 제어 회로에 적용될 수 있다.

도 23(B)는 본체(2701), 광원 광학계 및 표시장치(2702), 거울(2703) 및 스크린(2704)으로 구성된 리어형 프로젝터를 나타낸다. 본 발명은 표시장치 및 다른 신호 제어 회로에 적용될 수 있다.

도 23(C)는 도 23(A)의 광원 광학계 및 표시장치(2601), 또는 도 23(B)의 광원 광학계 및 표시장치(2702)의 예시적인 구조를 나타낸다. 부호 2601 및 2702로 나타낸 장치들 각각은 광원 광학계(2801), 거울(2802, 2804∼2806), 다이크로익(dichroic) 거울(2803), 프리즘(2807), 표시장치(2808), 위상차 판(2809), 및 투사(投射) 광학계(2810)를 포함한다. 투사 광학계(2810)는 투사 렌즈를 구비한 다수의 광학 렌즈로 구성된다. 도 23(C)에 도시된 바와 같은 투사 시스템은 이 구조가 표시장치의 3개의 판을 포함하기 때문에 3판식이라 불린다. 그러나, 표시장치는 3판식에 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 단판식일 수도 있다. 또한, 도 23(C)에서 화살표로 표시된 광로에, 실시자가 편광 기능을 가진 막, 위상차를 제어하는 막, IR 막 등을 적절히 배치할 수도 있다.

도 23(D)는 도 23(C)의 광원 광학계(2801)의 예시적인 구조를 나타낸다. 본 실시예에서는, 광원 광학계(2801)가 반사기(2811), 광원(2812), 렌즈 어레이(2813, 2814), 편광 변환 소자(2815) 및 콜리메이터 렌즈(2816)를 포함한다. 그러나, 이 실시예는 단지 일 예이기 때문에, 본 발명이 이 실시예에 특별히 한정되는 것은 아니다. 광원의 수는 2 이상일 수 있다. 또한, 예를 들어, 광로에, 광학 렌즈, 편광 기능을 가진 막, 위상차를 제어하는 막, IR 막 등이 적절히 배치될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 적용범위가 매우 넓어, 모든 분야의 어떠한 전자 장치에도 적용하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시예의 전자 장치는 실시예 1∼5와 조합된 어떠한 구조를 사용하여도 실현될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 피처리 기판의 전체 표면에 균일한 레이저 어닐을 행하는 것이 가능하다. 그 결과, 기판 표면에서의 반도체장치의 특성을 균일화하는 것이 가능하다.

본 발명을 이용하여 제작된 TFT를 사용하여, 예를 들어, 액정 표시장치가 제작되는 경우, 종래 기술과 비교하여, 레이저 가공으로 인한 얼룩이 눈에 띄지 않는 표시를 얻는 것이 가능하다.

Claims

입사 레이저 빔을 한 방향으로 다수의 분할된 레이저 빔으로 분할하는 기능을 가지는 광학 렌즈와,

상기 분할된 레이저 빔들을 중첩시키는 기능을 가지는 광학계를 포함하는 빔 균질기로서,

상기 광학 렌즈는 원통형 렌즈의 기본 면을 따라 절단한 원통형 렌즈인 적어도 하나의 반원통형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 광학계가 조합 렌즈 또는 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 기본 면은 입사광이 굴절되지 않고 투과할 수 있는 상기 원통형 렌즈의 광로를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 광학계는 대칭형 렌즈, 3중형 대칭 렌즈, Tessar형 대칭 렌즈, 및 가우스형 대칭 렌즈로 이루어진 군으로부터 선택된 조합 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 광학계는 볼록한 초승달 모양의 원통형 렌즈, 평철 원통형 렌즈, 오목 렌즈, 접합 렌즈로 이루어진 군으로부터 선택된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 광학 렌즈는 동일 방향으로 배열된 다수의 반원통형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 반원통형 렌즈는 평철 원통형 렌즈, 평요 원통형 렌즈, 볼록한 초승달 모양의 원통형 렌즈, 양쪽이 볼록한 원통형 렌즈, 및 양쪽이 오목한 원통형 렌즈로 이루어진 군으로부터 선택된 다수의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 반원통형 렌즈는 그 렌즈의 기본 면을 따라 절단한 적어도 4개의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
레이저 빔 발생 장치,

입사 레이저 빔을 한 방향으로 다수의 분할된 레이저 빔으로 분할하는 기능을 가지는 광학 렌즈,

상기 분할된 레이저 빔들을 중첩시키는 광학계, 및

이동 가능한 조사 스테이지를 포함하는 레이저 조사 장치로서;

상기 광학 렌즈는 원통형 렌즈의 기본 면을 따라 절단한 적어도 하나의 반원통형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 레이저 조사 장치가 상기 레이저 빔 발생 장치로부터의 레이저 빔을 상기 기본 면에 평행한 방향으로 조절하기 위한 반사 거울을 더 포함하고, 그 반사 거울은 상기 레이저 빔 발생 장치와 상기 광학 렌즈 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 광학계가 조합 렌즈 또는 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
삭제
제 9 항에 있어서, 상기 기본 면은 입사광이 굴절되지 않고 투과할 수 있는 상기 원통형 렌즈의 광로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 광학계는 대칭형 렌즈, 3중형 대칭 렌즈, Tessar형 대칭 렌즈, 및 가우스형 대칭 렌즈로 이루어진 군으로부터 선택된 조합 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 광학계는 볼록한 초승달 모양의 원통형 렌즈, 평철 원통형 렌즈, 오목 렌즈, 접합 렌즈로 이루어진 군으로부터 선택된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 광학 렌즈는 동일 방향으로 배열된 다수의 반원통형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 반원통형 렌즈는 평철 원통형 렌즈, 평요 원통형 렌즈, 볼록한 초승달 모양의 원통형 렌즈, 양쪽이 볼록한 원통형 렌즈, 양쪽이 오목한 원통형 렌즈로 이루어진 군으로부터 선택된 다수의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 반원통형 렌즈는 그 렌즈의 기본 면을 따라 절단한 적어도 4개의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
피조사면에 레이저 빔을 조사하는 방법으로서,

원통형 렌즈의 기본 면을 따라 각각 절단되고 동일 방향으로 배열된 다수의 원통형 렌즈를 포함하는 원통형 렌즈 군을 사용하여, 피조사면에서의 레이저 빔의 에너지 분포의 적어도 한쪽 엣지가 수직에 가까운 형상을 가지도록 상기 에너지 분포를 변조시키는 단계와,

변조된 레이저 빔으로 피조사면을 주사하는 단계를 포함하고,

상기 수직에 가까운 형상을 가지는 엣지를 앞으로 하여 상기 주사를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 에너지 분포의 적어도 다른 한쪽 엣지가 불균일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 방법.
피조사면에 레이저 빔을 조사하는 방법으로서,

원통형 렌즈의 기본 면을 따라 각각 절단되고 동일 방향으로 배열된 다수의 원통형 렌즈를 포함하는 원통형 렌즈 군을 사용하여, 피조사면에서의 레이저 빔의 폭 방향으로의 에너지 분포의 적어도 한쪽 엣지가 수직에 가까운 형상을 가지도록 상기 에너지 분포를 폭 방향으로 변조시키는 단계와,

변조된 레이저 빔으로 피조사면을 주사하는 단계를 포함하고,

상기 수직에 가까운 형상을 가지는 엣지를 앞으로 하여 상기 주사를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 에너지 분포의 적어도 다른 한쪽 엣지가 불균일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 방법.
절연 표면 위에 반도체층을 형성하는 공정과,

원통형 렌즈의 기본 면을 따라 각각 절단되고 동일 방향으로 배열된 다수의 원통형 렌즈를 포함하는 원통형 렌즈 군을 사용하여, 상기 반도체층의 표면에서의 레이저 빔의 에너지 분포의 적어도 한쪽 엣지가 수직에 가까운 형상을 가지도록 상기 에너지 분포가 변조된 레이저 빔으로 상기 반도체층을 주사하는 공정을 포함하고,

상기 수직에 가까운 형상을 가지는 엣지를 앞으로 하여 상기 주사를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
제 23 항에 있어서, 상기 에너지 분포의 적어도 다른 한쪽 엣지가 불균일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
제 23 항에 있어서, 상기 반도체장치가 하나 또는 다수의 박막트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
제 23 항에 있어서, 상기 반도체장치가 액티브 매트릭스형 표시장치인 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
제 23 항에 있어서, 상기 반도체장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 리어형 프로젝터, 프론트형 프로젝터, 헤드 장착형 표시장치, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 휴대형 정보 단말기, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 및 전자 책으로 이루어진 군으로부터 선택된 전자 장치인 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
절연 표면 위에 반도체층을 형성하는 공정과,

원통형 렌즈의 기본 면을 따라 각각 절단되고 동일 방향으로 배열된 다수의 원통형 렌즈를 포함하는 원통형 렌즈 군을 사용하여, 상기 반도체층의 표면에서의 레이저 빔의 폭방향으로의 에너지 분포의 적어도 한쪽 엣지가 수직에 가까운 형상을 가지도록 상기 폭방향으로의 에너지 분포가 변조된 레이저 빔으로 상기 반도체층을 주사하는 공정을 포함하고,

상기 수직에 가까운 형상을 가지는 엣지를 앞으로 하여 상기 주사를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
제 28 항에 있어서, 상기 에너지 분포의 적어도 다른 한쪽 엣지가 불균일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
제 28 항에 있어서, 상기 반도체장치가 하나 또는 다수의 박막트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
제 28 항에 있어서, 상기 반도체장치가 액티브 매트릭스형 표시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
제 28 항에 있어서, 상기 반도체장치가, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 리어형 프로젝터, 프론트형 프로젝터, 헤드 장착형 표시장치, 고글형 표시장치, 자동차 내비게이션 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 휴대형 정보 단말기, 모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 및 전자 책으로 이루어진 군으로부터 선택된 전자 장치인 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
피조사면에 레이저 빔을 조사하는 방법으로서,

상기 피조사면에서 에너지 분포를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계,

원통형 렌즈의 기본 면을 따라 각각 절단되고 동일 방향으로 배열된 다수의 원통형 렌즈를 포함하는 원통형 렌즈 군을 사용하여, 4변형 에너지 분포의 적어도 일 측부가 그 에너지 분포의 2개의 인접한 측부에 수직이도록 상기 레이저 빔의 에너지 분포를 4변형으로 변조시키는 단계; 및

상기 2개의 인접한 측부에 수직인 상기 측부를 앞으로 하여, 변조된 레이저 빔으로 상기 피조사면을 주사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 방법.