KR20000011669A

KR20000011669A - 빔균질기,레이저조사장치,레이저조사방법,및반도체장치제작방법

Info

Publication number: KR20000011669A
Application number: KR1019990028153A
Authority: KR
Inventors: 다나카코이치로
Original assignee: 야마자끼 순페이; 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2000-02-25
Also published as: US20010029089A1; US6750424B2; KR100618453B1; US6246524B1

Abstract

본 발명은 레이저 어닐링으로 인한 스트립 형성을 방지하고 일정한 레이저 어닐링을 기판 전체 표면에 적용하는 기술에 관한 것이다. 거의 수직형 에지에 있는 에너지 분포를 갖는 레이저 빔이 사용되고, 레이저 빔의 주사가 행해지면, 거의 수직형인 에지를 정면 주사하면서 주사를 행한다.

Description

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

본 발명은 고도의 균일성(uniformity)을 갖는 레이저 빔을 넓은 면적에 조사할 수 있는 기술, 및 그 적용 방법에 관한 것이다.

최근에, 막을 결정화시키거나 또는 막의 결정성을 향상시키기 위해 유리와 같은 절연 기판상에 형성된 비정질 반도체막 또는 비-단결정 반도체막(단결정이 아니라 다결정, 미정질 등인 반도체막)을 레이저 어닐링하는 기술이 광범위하게 연구되어 왔다. 반도체막으로는, 규소막이 종종 사용된다.

지금까지 종종 사용되어 왔던 석영 기판과 비교해 보면, 유리 기판은 값이 싸고 실행가능성이(workability) 높고, 대형 기판을 쉽게 형성할 수 있다는 장점이 있다. 이것이 종래 연구가 행해져온 이유이다. 뿐만 아니라, 레이저가 결정화를 위해 바람직하게 사용되는 이유는 유리 기판의 융점이 낮기 때문이다. 레이저는 기판의 온도를 크게 변화시키지 않고 비-단결정 막에만 높은 에너지를 인가할 수 있다.

레이저 어닐링으로 형성된 결정성 규소막은 이동도가 높기 때문에, 박막 트랜지스터(TFT)를 상기 결정성 규소막을 사용하여 형성하고, 예를 들어, 화소 구동 및 구동 회로를 위한 TFT가 1개 유리기판에 형성된 모놀리식 액정 전기-광학 장치에 사용된다. 결정성 규소막이 다수의 결정립을 포함하기 때문에, 다결정 규소막 또는 다결정 반도체막이라 불린다.

고 출력을 갖는 엑시머 레이저 또는 그와 같은 펄스 레이저 빔으로 수 ㎝ 제곱의 스폿 또는 수백 ㎛ 폭×수십 ㎝의 선이 조사되는 표면에 형성되도록 광학계로 처리되고, 레이저 어닐링을 위해 레이저 빔이 주사되는(레이저 빔의 조사 위치는 조사되는 표면에 따라 각각 이동된다) 방법은, 대량 생산면에서 우세하고 기술이 뛰어나다. 따라서, 상기 방법이 선택적으로 사용된다.

특히, 선형 레이저 빔을 사용할 때, 앞 뒤 및 좌우 주사를 요구하는 스폿형 빔을 사용하는 경우와 달리, 조사되는 표면 전체의 레이저 조사는 선형 레이저의 선 방향에서 법선(normal) 방향으로만 주사함으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 대량 생산이 이루어진다. 선 방향에서 법선 방향으로 주사가 이루어지는 이유는 그것이 가장 효과적인 주사 방향이기 때문이다. 상기 대량생산에 따라, 현재, 선형 레이저 빔을 사용하는 레이저 어닐링이 주류가 되고 있다.

레이저 어닐링이 처리된 선형 펄스 레이저 빔을 주사함으로써 비-단결정 반도체 막에 적용될 때, 약간의 문제점이 있다. 그중 가장 중요한 문제점중의 하나는 막 전체 표면에서 레이저 어닐링이 비균일하게 행해진다는 것이다. 선형 레이저 빔이 사용될 때의 현상은 빔이 겹쳐지는 부분에 형성되는 스트립이 두드러져, 막의 반도체 특성이 이들 스트립 각각에 대해 두드러지게 다르다는 것이다.

도 1은 이들 스트립의 상태를 나타낸 것이다. 레이저 어닐링 후 규소막 표면을 관찰하면, 광의 반사 정도에 따라 이들 스트립이 나타난다.

도 1은 파장이 308nm인 XeCl 엑시머 레이저가 지면상에 좌우 방향으로 연장되는 선형 레이저 빔이 적용된 경우의 상태를 나타낸 것으로, 상기 레이저 빔을 지면 상부로부터 하부 방향으로 막을 주사하면서 조사를 행했다.

도 1에 도시된 것처럼 스트립형 패턴이 나타난 규소막을 사용하여 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치를 제작하는 경우, 상기 스트립이 스크린상에 직접적으로 나타난다는 단점이 있다.

상기 문제점은 레이저로 조사되는 물체의 비-단결정 반도체막을 개선시킴으로써, 또는 선형 레이저의 주사 피치(pitch)(선형 레이저 빔 근처의 간격)를 좁힘으로써 개선될 수 있으나, 완전치는 못하다.

일반적으로, 선형 레이저 빔이 형성된 경우에, 원래는 직사각형 빔이 적절한 광학계를 통과하여 선형으로 처리된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 광학계에 따라 직사각형 빔의 개구비는 약 2 내지 5이지만, 100 이상의 개구비를 갖는 선형 빔으로 변형된다. 이때, 광학계는 빔의 에너지 분포가 동시에 균일화 되게 설계된다.

도 2에 도시된 장치는 선형 빔으로서,레이저 빔 발생 장치(201)(이 상태에서, 빔의 형상은 거의 직사각형)로부터 광학계(202, 203, 204, 206 및 208)를 통해 레이저 빔을 방출하는 기능이 있다. 부수적으로, 참조번호 205는 슬릿, 207은 거울을 나타낸다.

참조번호 202는 한 방향으로 레이저 빔을 분할하도록 하는 광학 렌즈로, 실린더형 렌즈 그룹(또한 멀티실린더형 렌즈라 간주됨)이 사용된다. 분할된 많은 빔은 실린더형 렌즈(206)에 의해 중첩 및 균일화 된다.

레이저 빔 세기 분포를 개선시키기 위해 상기 구조가 요구된다. 또한, 실린더형 렌즈 그룹(203)은 앞서 말한 실린더형 렌즈 그룹(202)과 마찬가지로 또다른 방향으로 레이저 빔을 분할하고, 분할된 빔은 실린더형 렌즈(204, 208)에 의해 중첩되고 균일화된다.

즉, 실린더형 렌즈 그룹(202) 및 실린더형 렌즈(206)의 조합은 선형 레이저 빔의 선 방향으로 분포 세기를 향상시키는 기능을 하며, 실린더형 렌즈 그룹(203) 및 실린더형 렌즈(204 및 208)의 조합은 선형 레이저 빔의 폭 방향으로 분포 세기를 향상시키는 기능을 한다.

여기서, 폭 방향에 대해, 2개의 렌즈(204 및 208)는 조사되는 표면상에 선형 레이저 빔을 폭방향으로 보다더 미세하게 만드는데 사용된다. 선형 레이저 빔의 폭에 따라, 중첩을 위한 광학계의 수는 1개, 또는 3개 이상이다.

레이저 빔으로 에너지 분포를 균일화시키는 광학계를 빔 균질기(beam homogenizer)라 간주한다. 도 2에 도시된 광학계는 빔 균질기 중의 하나이다. 에너지 분포를 균일화시키는 방법은 원래 직사각형 레이저 빔을 실린더형 렌즈 그룹(202, 203)으로 분할한 후, 분할된 빔을 균일화시키기 위해 실린더형 렌즈(206, 204 및 208)로 형상화 및 중첩시키는 것이다.

상기, 본 발명의 목적은 레이저 빔의 조사로 인한 스트립 형성을 개선시키고 막 전체 표면 위로 일정한 레이저 어닐링을 행하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 일면에 따라서, 빔 균질기는 한 방향으로 레이저 빔을 분할하는 기능이 있는 광학 렌즈; 및 분할된 레이저 빔을 중첩시키는 광학계를 포함하며, 여기서 광학 렌즈는 기본 평면을 따라 절단된 실린더형 렌즈와 같은 렌즈를 포함한다.

본 발명의 또다른 면에 따라서, 레이저 조사 장치는 레이저 빔 발생 장치; 한 방향으로 레이저 빔을 분할하는 기능이 있는 광학 렌즈; 분할된 레이저 빔을 중첩시키기 위한 광학계; 및 이동식 조사 스테이지를 포함하며, 여기서 광학 렌즈는 기본 평면을 따라 절단된 실린더형 렌즈와 같은 렌즈를 포함한다.

본 발명의 또다른 면에 따라서, 거의 수직형인 조사된 표면에서의 레이저 빔의 에너지 분포의 1개 이상의 에지에서, 조사된 표면에 레이저 빔을 적용하는 레이저 조사 방법으로서, 레이저 빔 주사는 거의 수직형인 에지를 정면 주사하면서 행해진다.

도 1은 선형 레이저 빔에 의해 결정화된 규소막을 나타내는 레이저 사진이다.

도 2는 선형 레이저 빔을 형성하기 위한 종래의 광학계 및 광학 경로를 나타낸 것이다.

도 3A 및 도 3B는 각각 종래의 광학계에 의해 형성된 선형 레이저 빔의 폭방향에서 에너지 분포를 나타낸 것이다.

도 4A 및 도 4B는 각각 본 발명의 광학계에 의해 형성된 선형 레이저 빔의 폭방향의 에너지 분포를 나타낸 것이다.

도 5A 내지 도 5C는 각각 본 발명의 광학계에 의해 형성된 선형 레이저 빔의 폭방향의 에너지 분포를 나타낸 것이다.

도 6은 구면 수차(aberration)의 설명도이다.

도 7은 폭 방향으로 선형 레이저 빔을 처리하기 위한 종래의 광학계 및 광학 경로를 나타낸 것이다.

도 8A 내지 도 8E는 다수의 렌즈로 구성된 조합 렌즈의 예를 나타낸 것이다.

도 9는 폭방향으로 선형 레이저 빔을 처리하기 위한 본 발명의 광학계 및 광학 경로를 나타낸 것이다.

도 10A 내지 도 10E는 반원형 렌즈 그룹의 예를 나타낸 것이다.

도 11은 발명의 실시예의 레이저 어닐링 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 12는 선형 레이저 빔을 형성하기 위한 본 발명의 광학계 및 광학 경로를 나타낸 것이다.

도 13은 본 발명의 레이저 조사 시스템을 나타낸 것이다.

도 14는 선형 레이저 빔을 형성하기 위한 본 발명의 광학계 및 광학 경로를 나타낸 것이다.

도 15는 사각 레이저 빔을 형성하기 위한 본 발명의 광학계 및 광학 경로를 나타낸 것이다.

도 16A 및 도 16B는 본 발명의 사각형 레이저 빔의 주사 방법을 설명하는 설명도이다.

도 17A 내지 도 17F는 화소 회로 및 제어 회로의 제작 단계를 나타낸 것이다.

도 18A 내지 도 18F는 화소 회로 및 제어 회로의 제작 단계를 나타낸 것이다.

도 19A 내지 도 19C는 화소 회로 및 제어 회로의 제작 단계를 나타낸 것이다.

도 20은 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치의 단면 구조를 나타낸 것이다.

도 21은 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치의 투시도이다.

도 22A 내지 22F는 본 발명을 포함한 전기 장치들이다.

도 23A 내지 23D는 본 발명의 포함한 전기 장치들이다.

도 24는 n-채널 TFT의 LDD 구조를 나타낸 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조로 설명한다.

부수적으로, 본 명세서에서 렌즈는 특별한 언급이 없는 한 구형 렌즈를 의미한다.

먼저, 본 발명의 공정을 설명한다.

본 발명자는 조사된 표면상에 분할된 레이저 빔의 중첩 상태에 근접하게 도 2에 도시된 광학계의 배열을 변경하여, 선형 레이저 빔의 에너지 분포를 변화시켰다.

선형 레이저 빔의 에너지 분포로 반도체 막의 어닐링을 반복적으로 행함으로써, 본 발명자는 폭방향으로 선형 레이저 빔의 에너지 분포에 가깝게 스트립 형성 원인을 실험적으로 발견했다.

도 3A는 영역 X₁내지 X₁₀이 종래의 선형 레이저 빔을 사용함으로써 레이저 어닐링된 경우 조사된 표면의 폭 방향 에너지 분포를 나타낸 것이다. 도 3 내지 도 5에서, 그래프의 수직축은 레이저 빔의 에너지 세기를 나타내고, 수평축은 레이저 빔의 폭 방향을 나타낸다.

도 3A에 도시된 것처럼, 종래의 에너지 분포(301)는 중심 부근이 일정한 적절한 에너지를 갖지만, 에지부(에너지 분포의 단부를 나타내는, 특히 X₁내지 X₂및 X₉내지 X₁₀영역) 부근은 가우시안 분포와 유사한 불균일한 형상을 나타낸다. 여기서, 적절한 에너지란 막의 레이저 어닐링을 행하는 데 필요한 에너지를 말하며, 레이저 어닐링 물체, 막질 등에 따라 설정된다.

균일하고 적합한 에너지가 최대 에너지로 구성되는 경우, 상기 불균일한 영역은 에너지가 최대 에너지의 90% 내지 5%인 영역(흐릿한 영역)이고, 종래 에너지 분포에서 상기 영역은 폭이 100㎛ 이상이다.

본 발명자는 에너지 분포가 불균일한 에지부에서 스트립 패턴이 형성된다는 것을 발견했다.

선형 레이저 빔 주사가 행해지면, 다음 레이저 빔이 1/10 내지 1/20으로 폭 방향이 X₁에서 X₂위치로, 예를 들어 도 3B에서 302로 표시되 것처럼 레이저 빔 폭의 1/10이 이동되어 가해진다. 주사폭이 1/10 보다 큰 경우, 스트립이 특히 두드러지게 된다. 상기 공정이 반복됨으로써, 조사된 표면은 10 내지 20 회의 레이저 빔 조사를 수용하고 레이저 어닐링된다.

여기서, 도 3A에서 X₁₀에서 X₉부분에 도시된 것처럼, 불균일한 에너지 분포를 갖는 레이저 빔이 상기 부분에 제 1 조사된다면, 비록 부분이 균일하고 적절한 에너지 레이저 빔으로 조사되더라도, 이들은 불균일하게 레이저 어닐링된다.

또한 실험을 좀더 반복함으로써, 본 발명자는 레이저 어닐링 효과는 레이저 조사의 처음 몇 회에 의해 (레이저 에너지에 의해 변경되지만 약 5회) 대부분이 결정된다는 것을 발견했다.

즉, 균일하고 적절한 에너지 레이저 조사가 같은 위치에서 수회 먼저 반복되는 경우, 일정한 레이저 어닐링이 이루어질 수 있다. 비록 적절한 에너지보다 낮은 에너지로 불균일한 에너지 분포의 레이저 조사가 그 위치에 적용되더라도, 영향력을 받아들이기는 어렵다.

앞서말한 규칙은 엑시머 레이저와 같은 펄스 레이저 뿐만 아니라, Ar 레이저에 또는 YAG 레이저와 같은 지속파 레이저에 대해서도 실현가능하다.

본 발명은 레이저 빔 주사가 행해질 때, 조사된 표면에서 에너지 분포가 거의 수직인 빔 에지를 정면 주사하는 방식으로 주사가 이루어진다.

즉, 본 발명은 도 4A에 도시된 것처럼, 조사된 표면에서 폭 방향으로의 에너지 분포의 한 에지 X₁₀이 거의 수직 형상인 레이저 빔, 보다 바람직하게, 도 5A에 도시된, 조사된 표면에서의 폭 방향으로 에너지 분포(501)의 거의 수직인 X₁및 X₁₀의 에지 형상인 레이저 빔을 사용한다.

본 명세서에서, 에너지 분포의 흐릿한(blurred) 영역이 100㎛ 이하인 경우, 에지는 거의 수직형으로 간주된다. 흐린 영역은 50㎛ 이하가 바람직하다.

도 4A에 도시된 에너지 분포의 선형 레이저 빔을 사용하는 경우에, 도 4B에 402로 도시된 것처럼, 다음 레이저 빔의 주사는 실패(fail) 없이 이전 레이저 조사와 비교하여 지면상에서 오른쪽을 향해 이루어진다. 이 경우에, 조사된 표면이 이동되는 구조의 레이저 조사 장치가 사용되는 경우는, 조사된 표면이 지면상에서 왼쪽을 향해 이루어진다.

한편, 도 5A에 도시된 에너지 분포의 선형 레이저 빔이 사용되는 경우, 양측면 에지가 거의 수직이기 때문에, 다음 레이저 빔의 주사는 지면상 좌우 방향으로 이루어질 수 있다. 예를 들어서, 다음 레이저 빔은 도 5B에서 502 또는 도 5C 에서 503으로 표시된 위치에 적용된다.

도 5에 도시된 에너지 분포의 레이저 빔을 사용하는 경우, 막 전체 표면이 균일하고 적절한 에너지의 레이저 빔이 항상 조사되기 때문에, 탁월하고 균일한 레이저 어닐링이 행해질 수 있다.

뿐만 아니라, 도 4A 및 4B에 도시된 것처럼, 거의 수직 형상인 한 에지(도 4A의 X₁₀측) 및 거의 수직 형상(지면상 오른쪽 방향)의 에지 방향을 향하는 불균일한 에너지 분포의 다른 에지(도 4A의 X₁내지 X₂)를 갖는 레이저 빔의 주사를 행함으로써, 도 4의 X₉내지 X₁₀부분에서, 균일하고 적절한 에너지 레이저 빔이 도 4에 도시된 것처럼 먼저 조사된다.

다음, 도 4B에 도시된 다음 레이저 빔 조사에서, 적절한 에너지의 균일한 레이저 빔이 적용된다. 레이저 빔 조사의 주사가 이런 식으로 행해질 때, X₉내지 X₁₀부분은 7 내지 8회 균일한 적절한 에너지의 레이저 빔이 조사되어, 뛰어난 균일 레이저 어닐링이 행해진다.

여기서, 주사가 연속될 때, 도 4의 X₉내지 X₁₀부분은 불균일한 에너지 분포(도 4의 X₁내지 X₂로 표시된 부분)의 레이저 빔으로 조사된다. 그러나, 불균일 에너지 분포의 에너지가 적절한 에너지보다 작기 때문에, 균일하고 적절한 에너지의 처음 7 내지 8회 레이저 빔 조사에 의해 뛰어난 균일 레이저 어닐링이 행해질 수 있다.

즉, 레이저 빔의 주사 에너지 분포에서 거의 수직 형상의 에지가 정면 주사되는 상태에서 행해질 때 , 탁월하고 균일한 레이저 어닐링이 막 표면 전체에서 행해질 수 있다.

도 4A에는, 제 1 레이저 빔에서 에너지 분포가 불균일한 영역(X₁내지 X₂)이 존재한다. 선형 레이저 빔 주사가 행해지면, 기판의 단부의 한쪽에서 다른 단부로 주사가 이루어지기 때문에, 상기 불균일한 부분은 레이저 빔으로 제 1 조사된 기판의 단부중 하나에만 형성된다. 일반적으로 기판의 단부는 반도체 소자에 사용되지 않기 때문에, 특별한 문제점은 없다.

종래의 레이저 빔에서, 폭 방향으로의 에너지 분포 에지가 불균일하게 되는 이유는, 도 2의 실린더형 렌즈 그룹(203) 및 실린더형 렌즈(204, 208)의 수차, 특히 구면 수차(spherical aberration) 때문이다.

구면 수차에 의해, 전송/이미징(transmissioon/imaging)을 만드는 광 빔의 초점 거리는 렌즈의 입사 동공(incident pupil)의 높이에 따라 달라진다. 도 6은 구면 수차를 개략적으로 설명하는 것이다. 도 6은 0 내지 4의 상이한 입사 동공으로 평행한 레이저 빔이 지면상 위에서부터 렌즈(601)로 입사할 때 초점 거리의 오류를 나타낸다.

도 6에 도시된 것처럼, 렌즈 굽은 표면의 단측부에서, 즉, 다수의 레이저 빔으로, 초점 거리의 오류는 커지고 빔은 큰 수차를 수용한다. 중심 부근의 작은 수의 레이저 빔에서, 오류는 작아지고 빔은 거의 수차를 수용하지 않는다.

실린더형 렌즈와 비교해서, 렌즈의 단면 형상은 도 6에 도시된 형상과 동일하기 때문에, 유사한 구면 수차가 발생한다.

도 7은 선형 레이저 빔의 폭 방향에 대한 빔 균질기만을 개략적으로 나타낸 것이다. 여기서, 실린더형 렌즈 그룹(703)은 폭 방향으로 레이저 빔을 분할하는 역할을 하고, 실린더형 렌즈(704, 708)는 분할된 레이저 빔을 중첩시키고 균일화시키는 기능을 한다.

따라서, 입사 레이저 빔은 실린더형 렌즈 그룹(703)에 의해 구면 수차를 먼저 수용하고, 또한 실린더형 렌즈(704)에 의한 수차 및 실린더형 렌즈(708)에 의한 수차를 수용한다.

도 5에 도시된 에너지 분포로 레이저 빔을 처리하기 위해서, 실린더형 렌즈 그룹(703), 실린더형 렌즈(704), 및 실린더형 렌즈(708)의 수차가 제거되는 것이 바람직하다.

수차를 감소시키기 위한 방법으로는, 이하의 2가지 방법이 있다.

1. 다수의 렌즈로 구성된 조합 렌즈 사용.

2. 비구면 렌즈 사용.

도 8A 내지 도 8E는 조합 렌즈의 실시예를 나타낸 것이다. 도 8A는 볼록 메니스커스 실린더형 렌즈 및 평철 실린더형 렌즈가 조합된 렌즈를 나타낸 것이다. 도 8B 내지 8D는 대칭 렌즈로서 간주되는, 수차를 보다더 감소 시킬 수 있는 조합 렌즈를 나타낸다.

도 8B는 볼록, 오목 및 볼록 렌즈구조로 구성된 3장형(triplet type) 대칭 렌즈이다. 도 8C는 3장형 렌즈의 배후 그룹이 결합(cemented) 렌즈 구성된 Tessar형 대칭 렌즈를 나타낸다. 도 8D는 가우시안형 대칭 렌즈를 나타내는 것으로, 도 8A 내지 도 8D의 렌즈 사이에서 가장 효과적으로 수차를 감소시킬 수 있다.

도 8A 내지 8D가 실린더형 렌즈의 단면을 나타내지만, 실린더형 렌즈 그룹에 적용하기 위해서, 실린더형 렌즈 그룹의 각 실린더형 렌즈가 조합 렌즈로 구성될 수 있다면 바람직하다.

도 8E는 도 8A에 도시된 볼록 메니스커스 실린더형 렌즈와 평철 실린더형 렌즈의 조합 렌즈로 각 실린더형 렌즈에 사용되는 조합 실린더형 렌즈 그룹의 예를 나타낸 것이다.

조합 렌즈 또는 1개 이상의 비구면 렌즈가 렌즈중 1개에서만 사용되는 경우, 에지의 불균일성이 종래의 에너지 분포와 비교하여 개선될 수 있다. 특히, 실린더형 렌즈(708)가 입사 동공에서 짧은 초점 거리를 갖기 때문에, 수차가 크고, 조합 렌즈 또는 1개 이상의 비구면 렌즈가 사용되는 경우, 불균일함의 개선의 두드러진 효과가 얻어질 수 있다.

물론, 모든 렌즈가 조합 렌즈 또는 비구면 렌즈로 제작되지만, 에지는 수직형에 가깝다.

그러나, 조합 렌즈가 실린더형 렌즈 그룹(703)에 사용되는 경우, 실린더형 렌즈 그룹(703)은 매우 작고, 엑시머 레이저의 레이저 조사 장치에서, 각각 실린더형 렌즈의 렌즈 폭인 수 mm이다. 따라서 조합되는 렌즈가 작기 때문에, 고도의 정확성을 갖춘 조합 렌즈를 손질하기가 매우 어렵고, 비용이 몇배 더 높아진다.

상술된 것처럼 비구면 렌즈가 실린더형 렌즈 그룹(703)에 사용되는 경우, 실린더형 렌즈 그룹(703)이 매우 작기 때문에, 공정이 어렵고, 고도의 정확성을 갖춘 모든 실린더형 렌즈를 손질하기가 매우 어렵다.

또한, 고출력 엑시머 레이저가 사용되는 경우에, 레이저 빔의 에너지가 높기 때문에, 렌즈에 대해 높은 융점을 갖는 물질(예를 들어, 석영등)을 사용하는 것이 요구된다. 또한 고도의 정확성을 갖춘 경도가 높은 석영 실린더형 렌즈를 균일하게 처리하기가 어렵고, 비용이 비싸져, 산업 용품으로는 적합하지 않다.

도 4에 도시된 에너지 분포의 레이저 빔을 형성하는 방법으로서, 도 9는 광학계를 나타낸 것이다. 도 9는 선형 레이저 빔의 폭 방향으로 빔 균질기만을 개략적으로 나타낸 것이다.

여기서, 본 명세서에서 사용되는 용어는 이하 설명된 것과 같다 : 실린더형 렌즈에서, 광 경로를 통하여 입사광이 굴절되지 않고 전송될 수 있는 것을 기본선으로 간주하고, 모든 기본선을 포함하는 평면을 기본 평면으로 간주한다.

도 9에서, 폭 방향으로 레이저 빔을 분할하는 기능을 하는 광학 렌즈(903)는 실린더형 렌즈 그룹의 각 실린더형 렌즈가 기본 평면을 따라 절단된 렌즈들(반원통형 렌즈로 간주됨)로 구성된다. 광학 렌즈는 몇개의 반원통형 렌즈가 동일 방향으로 배열된 구조를 갖는다. 상기 구조는 반원통형 렌즈 그룹으로 간주한다.

광학 렌즈(903)가 이러한 구조로 구성된 경우, 도 9에 굵은선으로 표시된 광 경로를 통해 기판(909)의 에지(910)에 적용되는 레이저 빔은 광학 렌즈(903)의 기본 라인을 통과하여, 광학 렌즈(903)의 수차를 수용하기 어렵다.

따라서, 기판(909)의 조사된 표면상에 에너지 분포의 에지(910)에서, 약 25㎛의 흐린 영역으로 레이저 빔을 얻는 것이 가능하며, 즉 에지는 거의 수직 형상이다.

도 9의 또다른 에지(911)의 에너지 분포는 레이저 빔이 광학 렌즈(903)에서 큰 수차를 받게 되기 때문에 에지가 불균일해진다.

도 10A 내지 도 10E는 광학 렌즈(903)의 실시예를 나타낸 것이다. 도 10A는 기본 평면을 따라 절단된 평철 실린더형 렌즈의 각각으로 반타원형 렌즈를 구성한 렌즈를 나타낸 것이다. 도 10B는 기본 평면을 따라 절단된 평요 실린더형 렌즈의 각각으로 반타원형 렌즈를 구성한 렌즈를 나타낸 것이다.

도 10C는 동일 방향으로 배열된 기본 라인을 따라 볼록 메니스커스 실린더 렌즈를 절단함으로써 각각 얻어진 반타원형 렌즈 구조를 나타낸 것이다. 도 10D는 양쪽에 볼록 실린더형 렌즈의 반타원형 렌즈를 사용하고, 도 10E는 양쪽에 오목 실린더형 렌즈의 반타원형 렌즈를 사용한다.

도 10A 내지 도 10E에 도시된 반타원형 렌즈 그룹의 각각이 5개 반타원형 렌즈로 구성되어 있지만, 반타원형 렌즈의 수는 2개 이상이면 충분하다. 최적의 렌즈수는 반타원형 렌즈의 크기 및 입사 레이저 빔의 크기에 따라 다르지만, 반타원형 렌즈의 수가 4개 이상이면, 레이저 빔은 분할되고 에너지 분포가 충분히 일정해진다.

가장 바람직한 구조에 따라, 수차(aberration)가 조합 렌즈 또는 중첩을 위한 광학계(904, 908)를 위한 1개 이상의 비구면 렌즈를 사용함으로써 감소되는 경우, 에지(910)에서 흐린(blurred) 영역은 25㎛ 이하이고 에지가 거의 수직형에 가까운 레이저 빔을 얻는 것이 가능하다.

그러나, 장치 크기, 비용과 같은 문제점에서 볼 때, 입사 동공에서 초점 거리가 짧은 광학계(908)만을 위한 조합 렌즈 또는 1개 이상의 비구면 렌즈를 사용함으로써 수차를 감소시키는 구조더라도, 충분한 효과가 달성되고 구조도 바람직하다.

도 11은 폭 방향으로 빔 균질기로서, 수차를 감소시키는 광학계를 사용하는 선형 레이저 조사 장치를 나타낸다. 도 11에서, 레이저 빔 발생 장치(1101)로부터 조사된 레이저 빔은 광학계(1103, 1108)를 통해 선형으로 처리된다. 반사 거울(1107)은 처리된 기판(1109)을 향하는 레이저 빔의 방향을 반사한다. 반사 거울(1107)이 항상 필요한 것은 아니자만, 레이저 조사 장치를 소형화시키기 위해 제공된다.

처리된 기판(1109)을 고정하는 조사 스테이지(1105)는 선형 레이저 빔의 폭 방향을 중심으로 이동될 수 있다. 도 11에 도시된 레이저 조사 장치에서, 상기 구조는 조사 스테이지가 이동되어 조절된 것이다. 그러나, 상기 구조는 선형 레이저 빔이 움직여 조절될 수도 있다.

그러나, 선형 레이저 빔이 움직이면, 에너지 분포가 변화되기 쉬워, 레이저 어닐링이 불균일해질 염려가 있다. 따라서, 조사 스테이지를 움직이는 것이 바람직하다.

선형 레이저 빔이 수직인 에지중 하나에만 사용되는 경우에, 선형 레이저 빔의 주사 방향은, 도 4B에 도시된 것처럼, 수직 에지가 정면 주사되는 방향으로만 제한된다.

광학계(1103)는 선형 방향으로 레이저 빔을 처리하는 광학계 및, 폭 방향으로 레이저 빔을 분할하는 광학계를 포함한다. 광학계(1108)는 동일 평면상에 폭 방향으로 분할된 레이저 빔을 중첩시키는 역할을 한다.

레이저 발생 장치(1101)로부터 방출된 레이저 빔의 방향은 레이저 조사 장치가 조절될 때마다 민감하게 변화되기 때문에, 광학계(1103)로 레이저 빔이 직접 입사하는 것, 즉 기본 평면과 평행한 광선을 만들기가 어렵다.

따라서, 도 11의 반사 거울(1102)은 레이저 발생 장치의 방출부에 배열되고 반사 거울(1102)의 각도를 조절하여, 레이저 빔의 방향을 미세하게 조절한다. 결과적으로, 레이저 빔이 광학계(1103)상에 직선으로 입사될 수 있다.

반사 거울(1102)이 제공되어서가 아니라 레이저 발생 장치(1101)의 진동 거울을 미세하게 제공함으로써 레이저 빔의 방출 방향을 조절하는 것이 가능하나, 상기 작동은 다소 문제점이 있고 실용적이지 못하다.

상기에서, 한 엣지 이상이 수직인 에너지 분포를 갖는 빔으로 레이저 빔을 처리하는 빔 균질기, 및 빔 균질기를 사용하는 레이저 조사 장치를 설명한다.

그러나, 앞서말한 빔 균질기는 선형으로 레이저 빔을 처리하는 경우뿐만 아니라, 100 이하 개구비로 직사각형 또는 사각형으로 레이저 빔을 처리하는 경우에도 적용가능하다. 레이저 빔이 선형이 아닌 직사각형 또는 사각형으로 처리되는 경우, 앞서 말한 빔 균질기는 수직 방향 및 수평 방향 모두에 사용되어, 거의 수직형인 인접한 적어도 2개 이상의 측면 에지 에너지 분포로 레이저 빔을 얻는 것이 가능하다.

조사된 표면이 직사각형 또는 사각형 레이저 빔으로 주사된 경우, 선형 레이저 빔의 주사 방법과 유사하게, 정면 주사처럼 수직 에지로 주사가 행해지는 것이 가능하다.

이 경우에, 긴 측면 방향으로 직사각 또는 사각 레이저 빔이 기판의 짧은 측면 길이보다 긴 경우, 선형 레이저 빔과 유사하게, 레이저 어닐링이 한 방향으로만 주사함으로써 완성된다.

그러나, 긴측면 방향으로 직사각형 또는 사각형 레이저 빔의 길이가 기판의 짧은 측면의 길이보다 짧은 경우, 2 방향으로 직사각형 또는 사각형 레이저 빔을 주사하는 것이 필요하다. 따라서, 레이저 어닐링을 일정하게 만들기 위해서, 2개 이상 인접 측면 에지가 수직인 에너지 분포를 갖는 레이저 빔을 사용하는 것이 요구된다.

종래의 레이저 빔의 주사 폭은 눈에 띄지 않는 스트립을 만들기 위해서 레이저 빔의 폭이 1/10 내지 1/20이다. 한편, 본 발명에 따라 거의 수직형인 에지를 갖는 레이저 빔을 사용하는 경우, 주사폭은 연장될 것이다.

즉, 도 4A에 도시된 에너지 분포를 갖는 레이저 빔이 사용되는 경우, 주사폭은 불균일한 에지가 먼저 레이저 빔을 중첩시킬 정도로 커질 수 있다. 그러나, 주사폭이 1/5 이상인 경우, 레이저 빔은 조사된 표면의 몇배로 짧아져, 공정은 다음 레이저 빔 조사 위치로 이동된다.

한편, 도 5A에 도시된 에너지 분포를 갖는 레이저 빔이 사용되는 경우, 주사폭은 레이저 빔의 폭과 같게 연장된다. 이 경우에, 레이저 빔은 조사된 표면의 5 내지 20배로 짧아져, 공정이 다음 레이저 빔 조사 위치로 이동된다.

따라서, 레이저 어닐링 단계의 작업 처리량을 크게 개선시킬 수 있다. 특히, 작은 개구비를 갖는 직사각 또는 사각형 레이저 빔이 사용되는 경우, 주목할 만한 효과를 얻을 수 있다.

이하 실시예에서, 앞서말한 레이저 조사 장치를 사용하는 레이저 어닐링은 실시예를 참조로 설명한다.

부수적으로, 설명은 실시예의 규소막의 레이저 어닐링으로 하지만, 본 발명의 레이저 어닐링은 규소막에 제한되지 않는다.

[실시예 1]

먼저, 레이저로 조사되는 막 제조 방법을 설명한다. 레이저로 조사되는 막은 본 명세서에서는 3 종류가 있다. 본 발명은 어떠한 막에 대해서도 효과적이다.

어떤 막에서든, 먼저, 127mm 제곱의 코닝 1737 유리 기판을 기판으로서 사용하고, 200nm 두께의 이산화규소막을 기판상에 하층막(under film)으로 형성하고, 50nm두께의 비정질 규소막을 그 위에 플라즈마 CVD법으로 형성한다. 상기 막을 이하 개시막으로서 간주한다.

(막 A의 제조 방법)

개시막을 1 시간 동안 450℃에서 가열처리한다. 상기 단계는 비정질 규소막에서 수소 농도를 감소시키기 위한 것이다. 막에서 수소 농도가 과도하게 높은 경우, 막은 레이저 에너지를 견뎌낼 수 없기 때문에, 상기 단계가 요구된다.

막내의 수소 밀도는 10²⁰atoms/cm³이 바람직하다. 상기 막을 비-단결정 규소막 A라 칭한다.

( 막 B의 제조 방법)

니켈 아세테이트층을 형성하기 위해 스핀 코팅법으로 개시막에 10ppm의 니켈 아세테이트 용액을 적용한다. 니켈 아세테이트 용액에 계면 활성제를 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 니켈 아세테이트층은 매우 얇기 때문에, 항상 막-형상은 아니더라도, 차후 단계에서 문제를 일으키지는 않는다.

다음, 상기 방식으로 적층된 기판상의 막을 4시간 동안 600℃에서 열 어닐링시킨다. 그다음, 비정질 규소막이 결정화되어, 비-단결정 규소막의 결정성 규소막 B가 형성된다.

이때, 촉매 원소로서 니켈이 결정 성장의 핵으로서의 기능하여, 600℃에서 4시간의 짧은 시간에 비해 낮은 온도에서 결정화가 행해질 수 있다. 세부사항은 일본 특허 공보 No. Hei. 6-244104호에 설명된다.

촉매 원소의 농도는 1×10¹⁵내지 1×10¹⁹atoms/cm³이 바람직하다. 농도가 1×10¹⁹atoms/cm³이상인 경우, 결정성 규소막에는 금속성이 나타나, 반도체 특성이 사라진다. 본 실시예에서, 결정성 규소막내의 촉매 원소의 농도는 막내에서의 최소값으로 1×10¹⁷내지 5×10¹⁸atoms/cm³이다. 상기 값은 이차 이온 질량 분석기(SIMS)로 분석 및 측정하여 얻어진 값이다.

(막 C의 제조 방법)

700Å 두께의 산화 규소막을 개시막에 형성한다. 플라즈마 CVD법을 막 형성 방법으로 사용한다.

다음, 산화 규소막의 일부를 포토리소그라피 패터닝 단계에 의해 완전히 개방한다.

다음, 개구부 상에 박막 산화물을 형성하기 위해서, UV광 조사를 5분간 산소 분위기에서 행한다. 상기 박막 산화물은 차후 주입되는 니켈 용액에 개구부의 습윤성을 향상시키기 위해서 형성한다.

다음, 100ppm의 니켈 아세테이트 용액을 스핀 코팅법으로 막에 적용하여, 니켈 아세테이트가 개구부로 들어간다. 니켈 아세테이트 용액속에 계면 활성제를 첨가하는 것이 보다 바람직하다.

다음, 8시간 동안 600℃에서 열 어닐링을 행하여, 측면 방향으로 니켈이 주입된 부분으로부터 결정을 형성한다. 이때, 니켈의 역할은 막 B와 동일한다. 이 상태에서, 측면 성장량으로 40㎛가 형성된다.

이 방법으로, 비정질 규소막이 결정화되어, 비-단결정 규소막의 결정성 규소막 C가 형성된다.

이후, 결정성 규소막상에 산화 규소막이 완충된 불화수소산을 사용함으로써 제거된다.

엑시머 레이저를 사용하는 레이저 어닐링이 이 방법으로 동시 형성된 비-단결정 규소막에 적용된다.

도 11은 본 실시예에서의 레이저 조사 장치를 나타낸다. 도 11은 레이저 조사 장치의 윤곽을 나타낸 것이다.

도 11에서, 레이저 빔이 레이저 빔 발생 장치(1101)로부터 조사되고, 레이저 빔의 순회 방향이 반사 거울(1102)에 의해 조절된 후, 빔이 광학계(1103, 1108)에 의해 처리되어 그의 단면 형상이 선형으로 된다. 반사 거울(1107)은 펄스 레이저 빔을 반사하여, 처리된 기판(1109)을 레이저 빔으로 조사한다. 레이저 빔의 연장 각도를 억제하고 빔 크기를 조절할 수 있는 빔 신장기(expander)가 반사 거울(1102) 사이에 삽입될 수 있다.

처리된 기판(1109)을 고정하는 조사 스테이지(1105)가 선형 레이저 빔 폭 방향으로 이동될 수 있다.

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

도 12에서, 입사 레이저 빔은 실린더형 렌즈 그룹(1202)에 의해 선형 방향으로 분할되고, 도 8E에 도시된 조합 실린더형 렌즈 그룹에 의해 폭 방향으로 분할된다.

본 실시예에서, 도 8E에 나타낸 구조는 폭 방향으로 레이저 빔을 분할하는 광학 렌즈로서 사용되지만, 이러한 구조는 도 8B 내지 8D가 실린더형 렌즈 그룹을 형성하도록 조합된 것을 사용할 수 있고, 또는 비구면 렌즈로 렌즈를 처리함으로써 거의 모든 수차가 제거된 실린더형 렌즈 그룹을 사용할 수도 있다.

3중형 대칭 렌즈로 구성된 광학렌즈(1204)로 분할된 레이저 빔이 중첩되고 균일화되고, 레이저 빔은 슬릿(1205) 및 실린더형 렌즈(1206)를 통과하고 Tessar형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1208)에 의해 폭방향에 대해 처리된 기판(1209) 상에 중첩된다.

본 실시예에서는, 비록 대칭 렌즈가 광학 렌즈(1204, 1208)로서 사용되지만, 다른 조합 렌즈가 사용될 수 있고, 또는 비구면 렌즈를 제작함으로써 수차가 거의 없는 구조를 사용할 수 있다.

슬릿(1205)이 항상 요구되는 것은 아니며, 선형 레이저 빔의 폭을 얇게 조절하는 경우 사용된다.

상기 장치를 사용함으로써, 이하 설명될 레이저 빔 처리 단계가 행해진다.

레이저 빔 발생기(1101)로서는, XeCl 엑시머 레이저(파장 308 nm)를 발진시키는 장치가 사용된다. 이외에, KrF 엑시머 레이저(파장 248 nm), ArF(파장 193 nm), KrCl(파장 222 nm)등이 사용될 수 있다.

레이저 발생 장치로부터 방출된 폭방향으로의 레이저 빔의 길이는 약 16nm이다. 레이저 빔이 폭 방향으로 레이저 빔을 분할하기 위한 광학렌즈에 입사된다.

광학 렌즈(1203)는 각각 2mm 폭의 합성 석영으로 구성된 7개의 실린더형 렌즈가 서로 평행하게 배열된 실린더형 렌즈 그룹이 폭이 2mm이고 서로 평행하게 배열된 볼록 및 오목면을 갖는 합성 석영으로 각각 제조된 7개의 실린더형 렌즈가 있는 실린더형 렌즈 그룹과 조합된 구조를 사용한다. 도 12에서는, 단지 4개의 광학 렌즈만을 도시했지만, 이는 도면을 간단하게 하기 위한 것이다.

상술된 것처럼, 광학 렌즈(1203)는 입사 16mm폭 레이저 빔 보다 폭이 작은 14mm폭으로, 입사 레이저 빔의 단부는 사용하지 않는다.

입사 레이저 빔의 단부는 에너지가 불균일하기 때문에, 균일성을 높이기 위해서는 단부를 사용하지 않는 것이 바람직하다.

상기 방식으로 폭방향으로 분할된 레이저 빔이 광학 렌즈(1204) 및 광학 렌즈(1208)를 통과하고, 기판상에서 300 내지 1000㎛ 폭으로 처리된다. 레이저 빔의 폭은 광학 렌즈(1204, 1208) 사이 간격을 조절함으로써 변화시킬 수 있다.

상기 방식으로 처리된 선형 레이저 빔은 폭 방향에 대해 렌즈 수차를 수용하지 못해, 에너지 에지 분포가 수직인 도 5A에 도시된 레이저 빔이 된다.

다음, 도 13에 도시된 장치를 설명한다. 예를 들어, 20개의 처리된 기판(1109)을 포함한 카세트(1303)가 로드/언로드 챔버(1305)에 배치된다. 1개 기판이 배열 챔버(1302)로 로봇 암(1304)에 의해 카세트(1303)로부터 전송된다.

배열 챔버(1302)에서, 처리된 기판(1109)과 로봇 암(1304) 사이에 위치 관계를 수정하도록 배열 메카니즘이 배치된다. 배열 챔버(1302)는 로드/언로드 챔버(1305)에 연결된다.

기판은 로봇 암(1304)에 의해 기판 전송 챔버(1301)로 전송되고, 또한 로봇 암(1304)에 의해 레이저 조사 챔버(1306)로 전송된다.

도 11에서, 처리된 기판(1109)에 조사된 선형 레이저 빔은 폭 0.4mm×길이 135mm이다.

조사된 표면에서 레이저 빔의 에너지 밀도는 100 mJ/cm²내지 500 mJ/cm², 예를 들어 350 mJ/cm²범위에 있다. 조사 스테이지(1105)는 1.2mm/s로 1 방향으로 이동되어 선형 레이저 빔이 주사된다.

레이저의 진동 주파수는 30 Hz이고, 조사된 물체의 1개 포인트에 집중되는 경우, 10개의 숏트가 레이저 빔에 적용된다. 숏트 수는 5 내지 50 숏트 범위에서 선택되는 것이 바람직하다.

마지막 레이저 조사후에, 처리된 기판(1109)은 로봇 암(1304)에 의해 기판 전송 챔버(1301)로 돌아간다.

처리된 기판(1109)은 로봇 암(1304)에 의해 로드/언로드(1305)로 전송되고 카세트(1303)에 저장된다.

이로서, 레이저 어닐링 단계가 종결된다. 상기 방식으로, 이전 단계가 반복되어, 다수의 기판을 연속적으로 1개씩 처리할 수 있다.

본 실시예에서, 선형 레이저가 사용되었지만, 선형에서 사각형의 어떠한 레이저 형상을 사용하더라도, 본 발명의 특징적 효과가 얻어진다.

결과적으로 비 단결정 막 A, B 및 C는 상기 레이저 조사 장치를 사용함으로써 레이저 어닐링에 사용되어, 비 단결정 규소막 A는, 기판 전체 표면 위로 일정하게 레이저 결정화된 다결정 규소막을 얻을 수 있다.

비 단결정 규소막 B 및 C는, 기판의 전체 표면 위로 규소막의 결정성이 보다 개선되어, 고 이동도를 갖는 다결정 규소막을 얻는 것이 가능하다.

본 실시예에서, 대칭 렌즈가 광학 렌즈(1204, 1208)로서 사용되지만, 또다른 조합 렌즈가 사용될 수 있고, 또는 비구면 렌즈를 제작함으로써 수차가 거의 소멸되는 구조를 적용할 수 있다.

본 실시예에서, 조합 렌즈가 수차를 감소시키기 위해서 광학 렌즈(1204, 1208)에 사용되지만, 광학 렌즈(1208) 만이 조합 렌즈를 제작하는데 사용되더라도, 광학 렌즈(1204)는 실린더형 렌즈 단일통을 구성해, 스트립 형성을 경감시킬 수 있다.

레이저 어닐링된 규소막으로 구성된 활성층을 갖는 TFT를 제작하는 경우, N 채널형 및 P 채널형 모두를 제작할 수 있다.

N 채널형 및 P 채널형의 조합 구조를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 다수의 TFT가 전기 회로를 형성하기 위해 집적화될 수 있다.

비 단결정 규소막 A, B, C가 평판 유리 기판에 제공되지만, 비 단결정 규소막 A, B, C의 형성된 표면이 배선 등의 이유로 불균일하더라도, 레이저 어닐링은 효과적이다.

TFT로 제작된 액정 표시 장치가 본 발명의 광학계를 통해 레이저 어닐링 처리된 반도체막을 사용함으로써 제작된 경우, 각각 TFT의 특성 변화가 거의 없게 고화질 표시가 달성될 수 있다.

상기 사항은 다른 실시예에서 표시된 광학계를 통해 레이저 어닐링 처리된 반도체막에 적용된다.

[실시예 2]

본 실시예에서는, 실시예 1의 광학계가 변화시켜, 레이저 어닐링이 거의 수직형인 에너지 분포의 한 에지 레이저 빔을 사용함으로써 행해진다. 실시예 1과 유사하게, 비단결정 규소막 A, B, C를 마련하고, 엑시머 레이저를 사용하여 레이저 어닐링을 행한다.

본 실시예에서 사용되는 레이저 처리 장치를 도 11에 나타냈다. 도 11에서는, 광학계(1103)를 제외하고, 다른 구조는 실시예 1과 동일하다.

본 실시예에서 광학계(1103), 반사 거울(1107), 및 실린더형 렌즈(1108)는 도 14에 나타낸 구조를 갖는다.

도 14에서, 레이저 빔은 실린더형 렌즈 그룹(1202)에 의해 선형 방향으로 분할되고, 도 10A에 도시된 반원통형 렌즈 그룹(1403)에 의해 폭방향으로 분할된다.

반원통형 렌즈 그룹(1403)은 폭 2mm인 합성 석영으로 구성된 각 7개 반원통형 렌즈가 서로 평행하게 배열된 구조를 갖는다. 도 14에서는 단지 4개의 반원통형 렌즈만을 나타냈지만, 이는 도면을 간단히 하기 위한 것이다.

본 실시예에서, 입사 레이저 빔은 반원통형 렌즈 그룹(1403)의 기본 표면과 평행한 레이저 빔으로 구성되는 것이 보다 효과적이다. 따라서, 도 11의 반사 거울(1102)에 의해, 레이저 빔의 방향이 미세하게 조절된다.

다음 레이저 빔은 3중형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1204), 슬릿(1205), 실린더형 렌즈(1206), 및 Tessar 형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1208)에 의해 선형으로 처리된다.

상기 방식으로 선형으로 처리된 레이저 빔이 처리된 기판(1209)에 적용된다. 처리된 기판의 레이저 빔 조사부에서, 에지(1410)는 거의 수직 형상의 에너지 분포를 이루며 이는 에너지 분포가 반원통형 렌즈 그룹(1403)의 기본 표면을 통해 균일화되기 때문이다.

한편, 에지(1411)에서는, 수차 영향력을 크게 받기 때문에, 에너지 분포가 불균일해진다.

이처럼, 한 에지(1410)만이 거의 수직형상인 에너지 분포를 갖는 선형 레이저 빔의 주사가 이루어지는 경우에, 처리된 기판은 도 14에서 화살표로 표시된 방향으로 이동되고, 주사는 정면 주사로서 에지(1410)에서 이루어진다.

비단결정 규소막 A, B, C의 레이저 어닐링은 상기 레이저 조사 장치를 사용함으로써 행해진다. 레이저 조사는 실시예 1과 동일한 레이저 조사 상태에서 행해진다.

결과적으로, 비단결정 규소막 A에서, 기판의 전체 표면은 다결정성 규소막을 얻도록 거의 일정하게 레이저 결정화된다.

비 단결정 규소막 B, C에서, 기판 전체 표면 위의 규소막 결정성이 보다 개선되고, 고 이동도를 갖는 다결정성 규소막을 얻는 것이 가능하다.

본 실시예에서, 대칭 렌즈가 광학 렌즈(1204, 1208)로 사용되지만, 다른 조합 렌즈가 사용될 수도 있고, 또는 비구면 렌즈를 제작함으로써 수차가 거의 소거되는 구조를 사용할 수 있다.

뿐만 아니라, 비록 조합 렌즈가 수차를 감소시키기 위해 광학 렌즈(1204, 1208)에 사용되지만, 광학 렌즈(1208) 만이 조합 렌즈를 구성하더라도, 광학 렌즈(1204)는 실린더형 렌즈 단일통을 구성하고, 스트립 형성을 경감시킬 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예에서, 사각형으로 처리된 레이저 빔을 사용함으로써, 비 단결정 규소막 A, B, C가 레이저 어닐링 된다.

사각형으로 빔을 처리하기 위한 광학계를 도 15에 나타냈다. 본 실시예에서, 입사 레이저 빔의 방향은 반타원형 렌즈 그룹(1502, 1503)과 평행한 것이 바람직하다.

입사 레이저 빔은 반타원형 렌즈 그룹(1502)에 의해 X-축 방향으로 분할되고, 반타원형 렌즈 그룹(1503)에 의해 Y-축 방향(X-축 방향 및 Y-축 방향은 선형 방향 및 선형 레이저 빔에서의 폭 방향에 해당한다)으로 분할된다.

분할된 레이저 빔은 X-축 방향을 기준으로 3중형 대칭 렌즈로 구성된 광학 렌즈(1506)에 의해 중첩되고, 3중형 대칭 렌즈로 유사하게 구성된 광학 렌즈(1504)에 의해 Y-축 방향을 기준으로 중첩된다.

따라서 도 15의 위에서 본 것의 굵은 라인으로 표시된 광학 경로를 통해 에지(1510)상에 레이저 빔 입사는, 반타원형 렌즈 그룹(1502)에서 기본 선을 통과하기 때문에 수차를 수용하기 어렵다. 유사하게, 단면을 본 것의 굵은 라인으로 표시된 광학 경로를 통해 에지(1512) 상에 레이저 빔 입사는, 반타원형 렌즈 그룹(1503)에서 기본선을 통과하기 때문에 수차를 수용하기 어렵다.

한편, 에지(1511, 1513)에 적용된 레이저 빔은 반타원형 렌즈 그룹(1502, 1503)에서의 큰 수차를 수용하기 때문에, 이들은 에너지 분포가 불균일하다.

도 15에서, 조합 렌즈를 광학 렌즈(1504, 1506)로 사용했지만, 비록 광학 렌즈(1504, 1506)가 실린더형 렌즈 단일통으로 형성되더라도, 종래의 것과 비교하여 거의 수직 형상의 에지를 갖는 에너지 분포를 얻을 수 있다.

본 실시예에서 사용하는 레이저 처리 장치에서, 조사 스테이지는 X-축 방향 및 Y-축 방향으로 이동하는 수단을 포함한다.

상기 광학계를 사용함으로써, 레이저 빔은 처리되는 기판에서 10×10 mm 제곱으로 처리되고, 레이저 어닐링은 도 16A 및 도 16B에 도시된 주사 방법으로 행해진다.

도 16A에서, 처리된 기판(1609)은 화살표로 표시된 X-축 방향을 향하여 (1601)로 표시된 위치로부터 사각형 레이저 빔으로 주사된다. 도 16에서 참조 부호 1510 내지 1513은 도 15에서 레이저 빔의 에지를 나타낸다.

도 16A의 화살표로 표시된 X-축 방향으로의 레이저 어닐링이 완료되면, 다음 레이저 조사가 레이저 빔이 정면으로서 수직 에지(1512)와 Y-축 방향으로 위치(1601)로부터 이동하는 도 16B에 1602로 표시된 위치로부터 시작되고, 화살표로 표시된 X축 방향으로 주사가 행해진다.

상기 방식으로 주사를 행함으로써, 거의 수직형의 에너지 분포가 정면 주사를 행하는 방향으로 주사가 이루어지기 때문에, 레이저 어닐링 처리되는 영역(1603)이 거의 균일하게 레이저 어닐링된다.

주사가 위치(1602)로부터 X-축 방향으로 이루어지는 경우, 위치(1602)에서 불균일 에지(1513)는 영역(1603)과 중첩되어 레이저 빔 주사가 행해져, 불균일한 에너지 분포 에지(1513)에 의한 불균일한 레이저 어닐링이 방지된다.

상기 레이저 조사 장치는 비-단결정 규소막 A, B, C를 레이저 어닐링하는데 사용한다. 레이저 조사 상태 및 조사 스테이지의 이동 상태는 실시예 1과 같다.

본 실시예에서 조사 스테이지의 이동 상태는 레이저 빔의 5 내지 20 숏트로, 본 실시예에서는 10 숏트가 조사된 표면에 적용된다. 다음 조사된 표면이 9mm X축 방향으로 이동되고, 다음 레이저 조사가 행해진다.

X축 방향으로의 레이저 어닐링이 일단 종료되면, 레이저 빔이 9mm Y축 방향으로 이동되고, X-축 방향으로 레이저 어닐링이 반복된다. 이 상태에서, 레이저 어닐링은 도 16A 및 도 16B에 도시된 주사 방법으로 행해진다.

본 실시예에서, 레이저 빔은 9mm 간격으로 이동되지만, 실시예 1에 표시된 것처럼, 1.2mm/s 속도로 X-축 방향으로의 주사 방법이 사용될 수 있다. 결과적으로, 비단결정 규소막 A에서, 기판의 전체 표면이 거의 일정하게 레이저 결정화되는 다결정성 규소막을 얻는 것이 가능하다.

비 단결정 규소막 B, C에서, 기판의 전체 표면상에 규소막의 결정성이 보다 개선되어, 고 이동도를 갖는 다결정 규소막을 얻는 것이 가능하다.

[실시예 4]

본 실시예에서는, 실시예 1 또는 실시예 2에서 얻어진 다결정 규소막을 사용함으로써 제작된 TFT를 예로 설명한다.

TFT의 활성층 패턴은 이전의 다결정성 규소막을 패터닝함으로써 형성된다. 채널 형성 고 저항 영역이 상기 활성층 패턴에 형성된다. 활성층이 형성된 후, 100nm 두께의 산화 규소막이 플라즈마 CVD법으로 게이트 절연막으로서 형성된다.

다음, 400nm 두께의 티타늄막이 스퍼터링법으로 형성된다. 게이트 전극이 상기 티타늄막을 패터닝함으로써 형성된다. 또한, 양극 산화 방법에 의해, 200nm 두께의 양극 산화막이 티타늄막 패턴의 노출 표면에 형성된다.

상기 양극 산화막은 전기적으로 물리적으로 게이트 전극의 표면을 보호하는 기능을 한다. 뿐만 아니라, 차후 단계에서, 막은 채널 영역에 인접한 옵셋 영역이라 불리는 고 저항 영역을 형성하는 기능을 한다.

다음, 게이트 전극 및 양극 산화막을 마스크로서 그 부근에서 인 도핑을 행한다. 상기 인은 소스 및 드레인 영역을 결정하는 도펀트로서 작용한다.

인 도핑을 행함으로써, 소스 및 드레인 영역이 자기-정합 방식으로 형성된다. 본 실시예에서의 인 도즈량은 이온 도핑 장치를 사용함으로써 5×10¹⁴ions/cm²량으로 주입된다. 다음, 레이저로 인을 활성화시킨다. 레이저 조사는 실시예 1에 도시된 방법으로 행해진다. 레이저 빔의 에너지 밀도는 약 200 mJ/cm²이다. 상기 방법에서 적절한 에너지 밀도는 레이저 종류, 조사 방법, 및 반도체막의 상태에 따라 다르기 때문에, 이들에 따라 조절된다. 레이저 조사에 따라, 소스 및 드레인 영역의 시트 저항은 약 1㏀/□로 낮다.

다음, 층간 절연막으로서, 150nm 두께의 질화규소막을 플라즈마 CVD법으로 형성하고, 또한 아크릴 수지막을 형성한다. 아크릴 수지막의 막 두께는 최저부에서 700nm이다. 수지막은 평탄한 표면에 사용된다.

아크릴 외에, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리이미드 아미드, 또는 에폭시와 같은 물질을 사용할 수 있다. 상기 수지막은 적층막으로 구조될 수 있다.

다음, 콘택홀을 형성하고, 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다. 상기 방법으로, N-채널 TFT가 완성된다. 본 실시예에서, 인이 소스 및 드레인 영역에 주입되기 때문에, N-채널 TFT가 제작된다. P-채널형을 제작한다면, 붕소를 인 대신 도핑한다.

예를 들어서, 액정 표시기가 본 발명을 사용하여 제작된 TFT를 사용하여 제작되는 경우, 종래 기술과 비교해서, 레이저 처리에 따른 얼룩이 눈에 띄지 않는 표시를 형성할 수 있다.

[실시예 5]

이하에서는 도 17A 내지 도 19C를 참조로 본 발명을 설명하기로 한다. 상기 실시예에서는, 제 1 내지 제 3 실시예들에서 제조된 반도체막을 사용하여 액정 표시기의 화소부를 제조하는 방법 및 동시에 화소부의 주변부에 제공된 구동회로를 설명한다. 그러나, 설명을 간명하게 하기 위해서, 구동회로와 관련하여, 시프트 레지스터 회로의 기본 회로로서의 CMOS 회로, 버퍼 회로, 등 그리고 샘플링 회로를 형성하는 n-채널 TFT에 관하여 설명을 하기로 한다.

도 17A에 있어서, 유리 기판이나 석영 기판을 기판(3100)으로 사용하는 것이 바람직하다. 이와 다른 방법으로는, 규소 기판, 금속 기판 또는 스텐레스 강 기판상에 절연막을 형성시켜서 제조된 기판을 사용할 수 있다. 또한, 내열성이 보장되는 한 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.

규소를 함유하고(본 실시예에서, 절연막은 산화규소막, 질화규소막 또는 질산화규소막을 지칭한다) 두께가 100 내지 400㎚인 하층막(3101)이 형성될 TFT 기판(3100)의 표면상에 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법에 의해 형성된다. 여기에서, 본 실시예의 질산화규소막은 SiO_xN_y로 표시될 수 있는 절연막으로서, 규소, 산소 및 질소를 예정 비율로 함유하는 절연막을 나타낸다.

상기 실시예에 있어서, 하층막(3101)은 두께가 25 내지 100㎚, 바람직하게는 50㎚인 질산화규소막 및 두께가 50 내지 300㎚, 바람직하게는 150㎚인 산화규소막의 2-층 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 하층막(3101)은 기판이 불순물로 오염되는 것을 방지하기 위해서 제공되며, 석영 기판을 사용하는 경우에는, 상기 하층막을 반드시 사용해야 할 필요는 없다.

그 다음으로, 비정질 구조를 함유하고 20 내지 100㎚ 두께의 반도체막(본 실시예에서는 비정질 규소막)을 공지된 형성방법으로 상기 하층막(3101)상에 형성시킨다. 여기에서, 비정형 결정구조를 함유하는 반도체막은 비정형 반도체막 및 예컨대 비정형 규소 게르마늄막과 같은 비정형 구조체를 함유하는 화합물 반도체막을 포함한다.

그런데, USP 5,643,826호 대응 일본특허출원 공개 1995-130652호에 개시된 기술에 따르면, 결정 구조(본 실시예에서는 결정성 규소막)를 갖는 반도체막(3102)이 형성된다. 상기 기술에 따르면, 비정형 규소막을 결정화시킬 때 결정화 촉진용 촉매 원소로서 예컨대 니켈, 코발트, 게르마늄, 주석, 납 및 구리 등으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 원소, 바람직하게는 니켈을 사용하게 된다.

구체적으로, 상기 기술은 비정형 규소막 표면에 촉매 원소를 보유시킨 상태에서 가열처리를 수행하여 상기 비정형 규소막을 결정성 규소막으로 변환시키는 것이다. 본 실시예에서는 상기 일본공개특허의 실시예 1에 개시된 기술을 사용하였으나, 실시예 2의 기술을 사용할 수도 있다. 여기에서, 결정성 규소막은 소위 단일 결정성 규소막 및 다결정성 규소막일 수 있으나, 본 실시예에서 형성되는 결정성 규소막은 결정 입계를 포함하는 규소막일 수 있다(도 17A 참조).

단계별 결정화 공정의 수행은, 수소 함량에 따라, 비정형 규소막을 몇 시간에 걸쳐 400 내지 550℃로 가열하여 탈수소화 처리를 수행함으로써 수소 함량을 5 원자% 이하로 낮추는 방식으로 실시하는 것이 바람직하다. 비결정형 규소막은 예컨대 스퍼터링법이나 증발법과 같은 다른 제조방법에 의해서 형성될 수 있지만, 예컨대 산소나 질소와 같은 불순물 원소를 현저하게 감소시킬 것이 요망된다.

하층막 및 비정형 규소막을 동일한 막형성 방법으로 형성할 수 있기 때문에, 상기 2가지 막을 모두 순서대로 형성시킬 수 있다. 그 다음으로, 일단 하층막이 형성된 후에는, 표면상의 오염을 방지하고 차후로 제조될 TFT 특성의 변화를 감소시킬 수 있도록 상기 하층막이 대기중에 노출되지 않도록 한다.

그 다음으로, 제 1 및 제 3 실시예에 설명된 방법에 따라, 결정성 규소막(3102)에 레이저 어닐링을 실시하여 결정성이 개선된 결정형 규소막(3103)을 형성한다. 레이저 광에 따라, 펄스 발진 또는 지속파(continuous-wave) 엑시머 레이저 광이 바람직하지만, 지속파 아르곤 레이저 광이 사용될 수 있다(도 17B 참조).

본 실시예에서, 실시예 2에 도시된 광학계를 사용함으로써, 펄스 발진 엑시머 레이저광이 선형 광으로 전환되어 레이저 어닐링 단계가 행해진다. 레이저 어닐링 상태는 XeCl 가스가 여기(excitaion) 가스로서 사용되는 것으로, 처리 온도는 실온으로 조절되고, 펄스 발진의 주파수는 30Hz로 설정하며, 레이저 에너지 밀도는 250 내지 500 mJ/cm²( 대표적으로는 350 내지 400 mJ/cm²)로 설정한다.

상기 상태에서 행해진 레이저 어닐링 단계는 열 결정화 후에 남아 있는 비정질 영역을 완전히 결정화시키는 효과가 있고 이미 결정화된 결정성 영역의 결함 등을 감소시킨다. 따라서, 상기 단계는 광 어닐링에 의해 반도체 막의 결정성을 개선시키는 단계 또는 반도체 막의 결정화를 개선시키는 단계라 할 수 있다. 이러한 효과는 레이저 어닐링 조건을 최적화시킴으로써 달성될 수 있다. 본 실시예에서, 이러한 상태를 제 1 어닐링 조건이라 부른다.

다음, 차후 불순물 첨가를 위한 보호막(3104)이 결정성 규소막(3103)에 형성된다. 100 내지 200 nm의(바람직하게는 130 내지 170 nm) 질산화 규소막 또는 산화 규소막이 보호막(3104)으로서 사용된다. 상기 보호막(3104)은 결정성 규소막이 불순물 첨가에 직접적으로 노출되는 것을 방지하고, 정교한 농도 제어를 가능케 한다는 것을 의미한다.

다음 레지스트 마스크(3105)를 그위에 형성하고, p형을 부여하기 위한 불순물 원소(p-형 불순물 원소로 간주된다)를 보호막(3104)에 첨가한다. 대표적으로 13족에 속하는 p-형 불순물 원소로서, 특히 붕소 또는 갈륨이 사용될 수 있다. 상기 단계(채널 도핑 단계)는 TFT의 쓰레숄드 전압을 제어하는 단계이다. 여기서, 디보란(B₂H₆)을 질량 분리를 행하지 않고 플라즈마 여기(excitation)를 행하는 이온 도핑법으로 붕소가 첨가된다. 물론, 질량 분리를 사용하는 이온 주입법이 사용될 수 있다.

상기 단계에 의해, 1×10¹⁵내지 1×10¹⁸atoms/cm³(대표적으로는 5×10¹⁶내지 5×10¹⁷atoms/cm³)의 농도인 P-형 불순물 원소(본 실시예에서는 붕소)를 함유한 불순물 영역(3106)이 형성된다. 본 실시예에서, 상기 농도 범위 내의 P-형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역을 p-형 불순물 영역(b)으로 정의된다(도 17C 참조).

다음, 레지스트 마스크(3105)를 제거하고, 레지스트 마스크(3107 내지 3110)를 새롭게 형성한다. 다음 n형을 부여하는 불순물 원소(이하 n-형 불순물 원소라 칭한다)를 n 형을 나타내는 불순물 영역(3111 내지 3113)을 형성하기 위해 첨가한다. 대표적으로 15족에 속하는 n형 불순물 원소로서, 전형적으로 인 또는 비소가 사용될 수 있다(도 17D 참조).

저 농도 불순물 영역(3111 내지 3113)은 CMOS 회로 및 샘플링 회로의 n-채널 TFT에서 LDD 영역으로 기능하는 불순물 영역이다. 여기에 형성된 불순물 영역에서는, 2×10¹⁶내지 5×10¹⁹atoms/cm³(대표적으로는 5×10¹⁷내지 5×10¹⁸atoms/cm³)의 농도로 n-형 불순물 원소를 함유한다. 본 실시예에서, 상기 농도 범위내에 n-형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역을 n-형 불순물 영역(b)으로 정의한다.

여기서, 포스핀(PH₃)은 질량 분석이 아니라 플라즈마 여기가 적용된 이온 도핑법으로 1×10¹⁸atoms/cm³농도의 인이 첨가된다. 물론, 질량 분석을 사용하는 이온 주입법이 사용될 수 있다. 상기 단계에서, 인이 보호막(3104)을 통해 결정성 규소막에 첨가된다.

다음, 보호막(3104)이 제거되고, 레이저 빔의 조사 단계가 실시예 1 내지 3에 설명된 방법으로 다시 행해진다. 본 실시예에서, 레이저 어닐링이 실시예 2에 설명된 광학계를 사용하여 행해진다. 펄스 발진 또는 지속파 아르곤 레이저 광이 레이저 빔으로서 바람직하지만, 지속파 아르곤 레이저 광이 사용될 수 있다. 그러나, 이는 첨가된 불순물 원소를 활성화 시키는 것이 목적이기 때문에, 결정성 규소막이 녹지 않는 정도의 에너지로 조사를 행하는 것이 바람직하다. 보호막(3104)을 남겨두면서 레이저 어닐링 단계를 행하는 것이 가능하다(도 17E 참조).

본 실시예에서, 펄스 발진 엑시머 레이저 광은 선형광으로 전환되어 레이저 어닐링 단계가 행해진다. 레이저 어닐링 조건은 KrF 가스가 여기 가스로서 사용되고, 처리 온도는 실온으로 조절되고, 펄스 발진 주파수는 30Hz, 레이저 에너지 밀도는 100 내지 300 mJ/cm²로(대표적으로는 150 내지 250 mJ/cm²) 설정된 상태이다.

상기 조건하에서 행해진 레이저 어닐링 단계는 n형 또는 p형을 부여하는 첨가된 불순물 원소를 활성화시키고 불순물 원소의 첨가시 비정질이 되는 반도체막을 재결정화시키는 효과가 있다. 상기 조건은 원자 배열이 반도체막을 녹이지 않고, 불순물 원소를 활성화시키게 배열되는 것이 바람직하다. 상기 단계는 n형 또는 p형을 부여하기 위한 불순물 원소를 레이저 어닐링으로 활성화시키는 단계, 반도체막을 재결정화시키는 단계, 또는 동시에 두 단계를 행하는 단계라 할 수 있다. 본 실시예에서, 이러한 조건을 제 2 어닐링 조건이라 한다.

상기 단계에 따라, n-형 불순물 영역(b)의 경계부(3111 내지 3113), 즉, n-형 불순물 영역(b) 부근에 존재하는 진성 영역으로 (p형 불순물 영역(b)이 거의 진성으로 간주된다) 접합부가 한정된다. 이는 TFT가 거의 완성될 때쯤, LDD 영역 및 채널 형성 영역이 매우 뛰어난 접합부가 된다는 것을 의미한다.

불순물 원소가 레이저 빔으로 활성화될 때, 가열처리에 의한 활성화가 함께 이루어질 수 있다. 가열처리에 의한 활성화가 행해지는 경우, 약 450 내지 550℃에서의 가열 처리는 기판의 열 저항성의 관점에서 적합하다.

다음, 결정성 규소막의 불필요한 부분이 제거되고 섬형 반도체막(이하 활성층이라 칭한다)(3114 내지 3117)이 형성된다(도 17F 참조).

다음, 활성층(3114 내지 3117)을 덮는 게이트 절연막(3118)이 형성된다. 게이트 절연막(3118)은 10 내지 200nm, 바람직하게는 50 내지 150nm 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 115nm 두께의 질산화 규소막이 원료 가스로서 N₂O 및 SiH₄를 사용하는 플라즈마 CVD 법으로 형성된다(도 18A 참조).

다음, 게이트 배선이 되는 전도성막이 형성된다. 게이트 배선은 단층 전도성막을 형성하지만, 필요에 따라 2층 또는 3층막과 같은 적층막을 만드는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 제 1 전도성막(3119) 및 제 2 전도성막(3120)으로 구성된 적층막이 형성된다(도 18B 참조).

여기서, 제 1 전도성막(3119) 및 제 2 전도성막(3120)으로서, 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 및 규소(Si)로부터 선택된 원소를 사용하는 것 가능하고, 전도성막은 앞서말한 원소를 주로 함유하고(대표적으로는, 질화 탄탈막, 질화 텅스텐막, 질화 티타늄막), 또는 합금막은 앞서말한 원소의 조합을 함유한다(대표적으로는, Mo-W 합금, No-Ta 합금).

제 1 전도성막(3119)의 두께는 10 내지 50 nm(바람직하게는 20 내지 30nm)이고, 제 2 전도성막(3120)의 두께는 200 내지 400nm(바람직하게는 250 내지 350nm)가 적합하다. 본 실시예에서, 50nm 두께의 질화 텅스텐(WN)막을 제 1 전도성막(3119)으로 사용하고, 350nm 두께의 텅스텐막을 제 2 전도성 막(3120)으로 사용한다.

도시되지 않았지만, 약 2 내지 20nm 두께의 규소막을 제 1 전도성막(3119) 아래 미리 형성하는 것이 효과적이다. 이로써, 그위에 형성된 전도성막의 점착성을 증가시키고 산화를 방지하는 것이 가능하다.

다음, 제 1 전도성 막(3119) 및 제 2 전도성막(3120)이 400nm 두께로 게이트 배선(3121 내지 3124)을 형성하도록 동시에 에칭된다. 이때, 구동 회로에 형성된 게이트 배선(3122, 3123)이 게이트 절연막을 통해 n-형 불순물 영역(b)(3111 내지 3113)의 일부를 중첩시키도록 형성된다. 상기 중첩부는 차후 Lov 영역이 된다. 게이트 배선(3124)을 단면에 이중으로 나타냈지만, 실제적으로는 1개의 연속적으로 연결된 패턴을 형성한다(도 18C 참조).

다음, n-형 불순물 원소(본 실시예에서는, 인)가 자기 정합 방식으로 마스크로서 게이트 배선(3121 내지 3124)을 사용하여 첨가된다. n-형 불순물 영역(b)(그러나, 농도는 앞서 말한 채널 도핑 단계에서 첨가된 붕소 농도보다 5 내지 10배 높고, 각각 1×10¹⁶내지 5×10¹⁸atoms/cm³, 전형적으로는 3×10¹⁷내지 3×10¹⁸atoms/cm³)이 형성된 불순물 영역(3125 내지 31320)에 첨가되는 농도의 1/2 내지 1/10의 농도로 인이 조절된다. 부수적으로, 본 실시예에서, 상기 농도 범위내의 n-형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역이 n-형 불순물 영역(c)으로서 정의된다(도 18D 참조).

게이트 배선으로 숨겨진 부분을 제외하고 모든 n-형 불순물 영역(b)에 1×10¹⁶내지 5×10¹⁸atoms/cm³농도로 인이 첨가되지만, 그 농도가 매우 낮기 때문에, n-형 불순물 영역(b)으로서의 기능에는 영향을 주지 않는다. 뿐만 아니라, 1×10¹⁵내지 1×10¹⁸atoms/cm³농도의 붕소가 채널 도핑 단계에서 n-형 불순물 영역(b)에 이미 첨가되지만, 상기 단계에서, p-형 불순물 영역(b)에 함유된 붕소의 5 내지 10배 높은 농도의 인이 첨가되기 때문에, 상기 경우에서 n-형 불순물 영역(b)의 기능에 붕소가 영향을 미치지 못할 것으로 고려된다.

그러나, 엄밀히, n-형 불순물 영역(b)(3111 내지 3113) 사이에서, 게이트 배선으로 중첩된 부분은 인의 농도와 비교해서 2×10¹⁶내지 5×10¹⁹atoms/cm³농도를 유지하고, 게이트 배선이 중첩되지 않은 부분은 1×10¹⁶내지 5×10¹⁸atoms/cm³농도의 인을 첨가하여, 약간 높은 농도로 인을 함유한다.

다음, 게이트 절연막(3118)을 자기 정합 방식으로 마스크로서 게이트 배선(3121 내지 3124)으로 에칭한다. 건식 에칭법이 에칭으로 사용되고, CHF₃가스를 에칭 가스로 사용한다. 그러나, 이것을 에칭가스로 제한할 필요는 없다. 상기 방식으로, 게이트 절연막(3131 내지 3134)을 게이트 배선 아래 형성한다(도 18E 참조).

상기 방식으로 활성층이 노출되어, 불순물 원소 첨가 단계가 다음 행해지면 가속 전압을 낮출 수 있다. 뿐만 아니라, 필요 도즈량이 작기 때문에, 생산성이 향상된다. 물론, 게이트 절연막을 에칭하는 것이 아니라 도핑을 통해 불순물 영역을 형성하도록 남겨둘 수 있다.

다음, 게이트 배선을 덮도록 레지스트 마스크(3135 내지 3138)를 형성하고 n-형 불순물 원소(본 실시예에서, 인)가 고농도의 인을 함유하는 불순물 영역(3139 내지 3147)을 형성하도록 첨가된다. 또한 이경우에, 포스핀(PH₃)을 사용하는 이온 도핑법(물론, 이온 주입법이 사용될 수 있다)이 사용되고, 영역에서의 인 농도는 1×10²⁰내지 1×10²¹atoms/cm³(대표적으로는 2×10²⁰내지 5×10²¹atoms/cm³)이다(도 18F 참조).

부수적으로, 본 실시예에서, 상기 농도 범위내의 n-형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역을 n-형 불순물 영역(a)으로 정의한다. 전조 단계에서 첨가된 인 또는 붕소가 불순물 영역(3139 내지 3147)이 형성된 영역에 이미 함유되어 있지만, 충분히 고 농도인 인이 첨가되기 때문에, 전조 단계에서 첨가된 인 또는 붕소의 영향력이 고려되지 않는다. 따라서, 본 실시예에서, 불순물 영역(3139 내지 3147)이 n-형 불순물 영역(a)으로 바뀐다면 문제가 없다.

다음, 레지스트 마스크(3135 내지 3139)가 제거되고, 레지스트 마스크(3148)가 새로이 형성된다. 다음 p-형 불순물 원소(본 실시예에서 붕소)가 고농도로 붕소를 함유한 불순물 영역(3149, 3150)을 형성하도록 첨가된다. 여기서, 3×10²⁰내지 3×10²¹atoms/cm³농도의 붕소(대표적으로는 5×10²⁰내지 1×10²¹atoms/cm³)가 디보란(B₂H₆)을 사용하는 이온 도핑법으로 첨가된다(물론, 이온 주입법이 사용될 수 있다). 부수적으로, 본 실시예에서, 상기 농도 범위내에서 p-형 불순물 원소를 함유한 불순물 영역을 p-형 불순물 영역(a)으로 정의한다(도 19A 참조).

1×10²⁰내지 1×10²¹atoms/cm³농도의 인이 불순물 영역(3149, 3150)의 일부에 첨가되지만(앞서 말한 n-형 불순물 영역(a)(3139, 3140)), 여기서 첨가된 붕소는 인 농도의 3 배 이상의 농도로 첨가된다. 따라서, 이전에 형성된 n-형 불순물 영역이 p-형으로 완전히 반전되고, p-형 불순물 영역으로서 기능한다. 따라서, 본 실시예에서는, 불순물 영역(3149, 3150)이 p-형 불순물 영역(a)으로 바뀐다면 문제가 없다.

다음, 레지스트 마스크(3148)가 제거된 후, 제 1 층간 절연막(3151)이 형성된다. 제 1 층간 절연막(3151)은 규소를 함유한 절연막, 특히 질화 규소막, 산화규소막, 질산화규소막, 또는 이들 막의 조합을 함유한 적층막을 바람직하게 형성한다. 막두께는 바람직하게 100 내지 400 nm이다. 본 실시예에서, 질산화규소막(질소 농도는 25 내지 50 atomic%)은 두께가 200 nm이고 원료 가스로서 SiH₄, N₂O, NH₃로 플라즈마 CVD법을 사용함으로써 형성된다.

다음, 각각 농도로 첨가된 n-형 또는 p-형 불순물 원소를 활성화시키기 위한 강려 처리가 행해진다. 상기 단계는 노 어닐링법, 레이저 어닐링법, 또는 급속 열 어닐링법(RTA)에 의해 행해질 수 있다. 여기서, 활성화 단계가 노 어닐링법으로 행해지지만, 실시예 1 내지 3에 설명된 레이저 어닐링을 사용하는 것도 효과적이다. 열처리는 300 내지 650℃, 바람직하게는 400 내지 550℃, 여기서는 550℃에서 질소 분위기에서 4시간동안 처리된다(도 19B 참조) .

이때, 본 실시예에서, 비정질 규소막의 결정화에 사용된 촉매 원소(본 실시예에서 니켈)가 화살표로 표시된 방향으로 이동하고, 도 18F의 상기 단계에서 형성된 영역으로 포획되어(게더링된다) 고농도의 인을 함유한다. 이는 금속 원소에 대한 인의 게더링 효과에 의한 현상으로, 결과적으로, 차후 채널 형성 영역(3152 내지 3156)에서, 촉매 원소의 농도는 1×10¹⁷이하(바람직하게 1×10¹⁶atoms/cm³이하)가 된다.

반대로, 촉매 원소의 게더링 사이트가 되는 영역에서(도 18F의 단계에서 형성된 불순물 영역(3139 내지 3147)), 고농도의 촉매 원소가 분리되고 5×10¹⁸이상(대표적으로 1×10¹⁹내지 5×10²⁰atoms/cm³)으로 존재하게 된다.

또한, 300 내지 450℃에서 1 내지 12 시간동안의 가열 처리가 3 내지 100%의 수소를 함유한 분위기에서 행해지고, 활성층을 수소화시키는 단계가 행해진다. 상기 단계는 열적으로 여기된 수소에 의해 반도체층에서 댕글링 결합을 종결시키는 단계이다. 수소화의 또다른 의미는, 플라즈마 수소화(플라즈마에 의해 여기된 수소 사용)가 행해질 수 있다.

활성화 단계를 완성한 후에, 500nm 내지 1.5㎛ 두께의 제 2 층간 절연막(3157)을 제 1 층간 절연막(3151)상에 형성한다. 본 실시예에서, 800nm 두께의 산화 규소막을 플라즈마 CVD법으로 제 2 층간 절연막(3157)으로서 형성한다. 상기 방법에서, 층간 절연막은 1㎛의 두께를 갖고 제 1 층간 절연막(질산화 규소막)(3151) 및 제 2 층간 절연막(산화 규소막)으로 형성된다.

제 2 층간 절연막(3157)으로서, 폴리이미드 유기성 수지막, 아크릴 수지, 폴리아미드, 폴리이미드아미드, BCB(benzocyclobutene)등이 사용될 수 있다.

다음, 각각의 TFT의 소스 영역 또는 드레인 영역에 이르는 콘택홀이 형성되고, 소스배선(3158 내지 3161), 및 드레인 배선(3162 내지 3165)이 형성된다. 도시하지 않았지만, CMOS 회로를 형성하기 위해, 드레인 배선(3162, 3163)이 동일 배선으로 연결된다. 뿐만 아니라, 도시하지 않았지만, 본 실시예에서, 상기 전극은 스퍼터링 방법으로 연속적으로 형성된 100nm 두께인 Ti막, Ti를 포함하고 30nm 두께의 알루미늄막, 150nm두께의 Ti막의 3층 구조 적층막을 이룬다.

다음, 보호막(3166)으로서 질화규소막, 산화규소막, 또는 질산화규소막이 50 내지 500nm 두께로 형성된다(대표적으로 200 내지 300nm). 이때, 본 실시예에서, 막의 형성 전에, H₂또는 NH₃와 같은, 수소를 함유한 가스를 사용한 플라즈마 처리가 행해지고, 막형성 후에 가열 처리가 행해진다. 본 예비 처리에 의해 여기된 수소가 제 1 및 제 2 층간 절연막에 공급된다. 이 상태에서 가열처리를 행함으로써, 보호막(3166)의 막질이 개선되고, 제 1 및 제 2 층간 절연막에 첨가된 수소가 하부층 측으로 확산되기 때문에 활성층을 효과적으로 수소화시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 보호막(3166)을 형성한 후, 수소화 단계가 행해질 수 있다. 예를 들어, 300 내지 450℃에서 1 내지 12 시간 동안 3 내지 100%의 수소를 함유한 분위기에서 가열 처리가 행해지는 것이 바람직하다. 다른 방법으로는, 플라즈마 수소화 방법이 사용되는 경우, 또는 동일한 효과가 얻어진다. 여기서, 드레인 배선에 화소 전극을 연결하기 위한 콘택홀이 차후 형성되는 위치에서, 개구부가 보호막(3166)에 형성될 수 있다.

다음, 유기성 수지로 구성되고 두께가 약 1㎛인 제 3 층간 절연막(3167)이 형성된다. 유기성 물질로서, 폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 폴리이미드아미드, BCB(benzocyclobutene)등이 사용될 수 있다. 유기성 수지막 사용의 장점으로는, 막형성 방법이 간단하고, 상대 유전 상수가 낮기 때문에 기생 용량을 감소시킬 수 있고, 평탄도가 뛰어나다는 점등을 들 수 있다. 부수적으로, 상기 언급된 것 외의 유기성 수지막, 유기성 SiO 혼합물들이 사용될 수 있다. 여기서, 기판에 적용후에 열적으로 중합된 형태의 폴리이미드가 사용되고 막을 형성하기 위해 300℃에서 가열된다.

다음, 화소부가 되는 영역에, 차단막(3168)이 제 3 층간 절연막(3167)에 형성된다. 부수적으로, 본 실시예에서, "차단막(shielding film)"이란 용어는 광선 및 전자기파를 차단한다는 것을 의미하는데 사용된다.

차단막(3168)으로서, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 및 탄탈(Ta)로부터 선택된 원소로 구성된 막 또는 주성분으로서 이들 원소중 하나를 포함하는 막을 100 내지 300nm 두께로 형성한다. 본 실시예에서는, 1wt%의 티타늄을 함유하고 두께가 3125 nm인 알루미늄막이 형성된다.

부수적으로, 산화규소막 등으로 구성되고 두께가 5 내지 50nm인 절연막이 제 3 층간 절연막(3167)상에 형성되는 경우, 그위에 형성된 차단막의 점착성을 개선시키는 것이 가능하다. 뿐만 아니라, CF₄가스를 사용하는 플라즈마 처리가 유기성 수지로 형성된 제 3 층간 절연막(3167)의 표면에 적용되는 경우, 표면 재형성으로 인해 막상에 형성된 차단막의 점착성을 개선시키는 것이 가능하다.

또한 차단막 뿐만 아니라 티타늄을 함유한 알루미늄막을 사용함으로써 다른 연결 배선을 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 구동 회로에 회로 연결을 위한 연결 배선을 형성할 수 있다. 그러나, 이 경우에, 차단막 또는 연결 배선을 형성하기 위한 원료로 막 형성전에 제 3 층간 절연막에 콘택홀을 형성하는 것이 요구된다.

다음, 양극 산화방법 또는 플라즈마 산화방법(본 실시예에선, 양극 산화방법)으로 차단막(3168)의 표면에 20 내지 100nm 두께(바람직하게 30 내지 50nm)의 산화물(3169)을 형성한다. 본 실시예에서는, 주로 알루미늄을 함유한 막이 차단막(3168)으로서 사용되기 때문에, 산화 알루미늄막(알루미나막)이 양극산화(3169)로서 형성된다.

상기 양극 산화처리시에 충분히 낮은 알칼리성의 이온 농도로 에틸렌 글리콜 주석 용액을 마련한다. 상기 용액은 15%의 알루미늄 주석 수용액 및 에틸렌 글리콜이 2:8로 혼합된 혼합액으로, pH가 7±0.5가 되도록 상기 용액에 첨가되는 암모니아수를 조절한다. 다음 음극으로서 백금 전극을 상기 용액에 마련하고, 형성된 차단막(3168) 상에 기판을 용액에 담그고, 일정한 직류 전류(수 mA 내지 수십 mA)를 양극으로서 차단막(3168)으로 흐르게 한다.

용액에서 음극과 양극 사이에 전압은 양극 산화의 성장에 따라 시간 경과로 변화되지만, 일정 전류는 유지되면서 전압은 100V/min의 전압 상승비로 올라가고, 양극 산화처리는 전압이 도달 가능한 45V의 전압에 이르면 종결된다. 상기 방식으로, 차단막(3168) 표면에 50nm 두께의 양극 산화물(3169)을 형성하는 것이 가능하다. 결과적으로, 차단막(3168)의 두께는 90nm가 된다. 부수적으로 여기서 도시된 양극 산화법에 관련된 수치는 단지 일례로, 최적값은 제조되는 성분의 크기 등에 따라 자연히 변화될 것이다.

뿐만 아니라, 여기에 적용된 상기 구조는 절연막이 양극 산화법을 사용함으로써 차단막 표면에만 제공되지만, 절연막은 플라즈마 CVD법, 열 CVD법과 같은 기상법, 또는 스퍼터링법으로 형성될 수 있다. 뿐만 아니라 이 경우에, 막 두께는 20 내지 100 nm(바람직하게는 30 내지 50 nm)로 설정하는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 산화규소막, 질화규소막, 산화질화규소막, DLC(Diamond like carbon)막, 또는 유기성 수지막이 사용될 수 있다. 또한, 이들의 조합 적층막이 사용될 수 있다.

다음, 드레인 배선(3165)에 이르는 콘택홀이 제 3 층간 절연막(3167) 및 보호막(3166)에 형성되고, 화소 전극(3170)이 형성된다. 부수적으로, 화소 전극(3171, 3172)은 각각 인접한 다른 화소의 화소 전극이다. 투과형 액정 표시 장치를 형성하는 경우에는, 투명 전도성막이 화소 전극(3170 내지 3172)에 사용되고, 반사형 액정 표시 장치를 형성하는 경우에, 금속막이 사용되는 것이 바람직하다. 여기서, 투과형 액정 표시장치를 형성하기 위해서, 110nm 두께의 인듐-주석 산화물(ITO)막을 스퍼터링 법으로 형성한다.

이 때, 화소 전극(3170) 및 차단막(3168)은 양극산화물(3169)을 통해 서로 중첩되어, 보유 캐패시턴스(캐패시턴스 저장)(3173)가 형성된다. 이 경우에는, 차단막(3168)은 부유 상태(전기적으로 절연된 상태) 또는 고정된 전위로, 바람직하게는 공통 전위(데이타로서 전송된 화상 신호의 간헐적 전위)로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 방식으로, 동일 기판에 구동 회로 및 화소부를 포함하는 액티브 매트릭스 기판이 완성된다. 도 19C에서, p-채널 TFT(3301), 및 n-채널 TFT(3302, 3303)이 구동 회로에 형성되고, n-채널 TFT로 구성된 화소 TFT(3304)가 화소부에 형성된다.

구동 회로의 p-채널 TFT(3301)에서, 채널 형성영역(3201), 소스 영역(3202), 및 드레인 영역(3203)이 각각 p-형 불순물 영역(a)을 형성한다. 그러나, 실제적으로, 여기에는 소스 영역 또는 드레인 영역의 일부에 1×10²⁰내지 1×10²¹atoms/cm³의 농도로 인이 함유된 영역이 존재한다. 뿐만 아니라, 이 영역에는, 도 19B의 단계에서 게더링되고 농도가 5×10¹⁸이상(대표적으로는 1×10¹⁹내지 5×10²⁰atoms/cm³)인 촉매 원소가 존재한다.

n-채널 TFT(3302)에서, 채널 형성 영역(3204), 소스 영역(3205), 드레인 영역(3206), 및 채널 형성 영역(드레인 영역측)의 일측면에 배치되고 게이트 절연막을 통해 게이트 배선과 중첩되는 영역(3207)이(본 실시예에서는, 상기 영역을 Lov 영역이라 간주한다) 형성된다. 이때, Lov 영역(3207)은 2×10¹⁶내지 5×10¹⁹atoms/cm³의 농도로 인을 함유하고, 게이트 배선과 전체적으로 중첩되도록 형성된다.

n-채널 TFT(3303)에서, 채널 형성 영역(3208), 소스 영역(3209), 드레인 영역(3210), 및 채널 형성 영역의 양측에 LDD 영역(3211, 3212)이 형성된다. 상기 구조에서, LDD 영역(3211, 3212)의 일부가 게이트 배선과 중첩되도록 배치되기 때문에, 게이트 절연막을 통해 게이트 배선과 중첩되는 영역(Lov 영역) 및 게이트 배선과 중첩되지 않는 영역이(본 실시예에서, 이들 영역을 Loff 영역이라 한다. "off"는 "offset"의 첨자이다.) 실현된다.

도 24에 도시된 단면은 도 19C에 도시된 n-채널 TFT(3303)의 제작이 도 19B 단계까지 처리한 상태를 나타낸 확대도이다. 도시된 것처럼, LDD영역(3211)은 Lov 영역(3211a) 과 Loff 영역(3211b)으로 나눌 수 있다. Lov 영역(3211a)이 2×10¹⁶내지 5×10¹⁹atoms/cm³농도의 인을 함유하는 반면, Loff 영역(3211b)은 Lov 영역의 1 내지 2 배(대표적으로는 1.2 내지 1.5배) 높은 농도의 인을 함유한다.

화소 TFT(3304) 채널 형성 영역(3213, 3214), 소스 영역(3215), 드레인 영역(3216), Loff 영역(3217 내지 3220), 및 Loff 영역(3218, 3219)과 접촉되는 n-형 불순물 영역(a)(3221)이 형성된다. 이때, 소스 영역(3215) 및 드레인 영역(3216)이 각각 n-형 불순물 영역(a)을 형성하고, Loff 영역(3217 내지 3220)이 n-형 불순물 영역(c)을 형성한다.

본 실시예에서, 각 회로를 형성하는 TFT 구조는 화소부 및 구동 회로에 의해 요구되는 회로 특성에 따라 최적화되고, 반도체 장치의 작동 수행력 및 신뢰성을 개선시킬 수 있다. 특히, n-채널 TFT에서, LDD 영역의 배열은 회로 특성에 따라 다르게 구성되고, Lov 영역 및 Loff 영역중 하나를 적절히 사용하여, 고속 동작 또는 핫 캐리어 측정 및, 낮은 오프 전류 작동이 중요한 TFT 구조가 실현된다.

예를 들어서, 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치의 경우에, n-채널 TFT(3302)가 시프트 레지스터 회로, 주파수 분할 회로, 신호 분할 회로, 레벨 시프터 회로, 및 버퍼 회로와 같은 고속 동작이 중요한 구동 회로에 적합하다. 즉, Lov 영역은 채널 형성 영역의 한측(드레인 영역측)에만 배치되어, 최적도로 저항 성분이 감소되고 핫 캐리어 측정이 중요한 상기 구조가 형성된다. 이는 앞서 말한 회로 그룹이 경우에서, 소스 영역 및 드레인 영역의 기능이 서로 다르지 않고, 캐리어(전자)의 이동 방향이 일정하기 때문이다. 그러나, 필요에 따라, Lov 영역이 채널 형성 영역의 양측에 배치될 수 있다.

n-채널 TFT(3303)가 캐리어 측정 및 낮은 오프 전류 작동 모두가 중요한 샘플링 회로(샘플-보유 회로)에 적합하다. 즉, Lov 영역은 핫 캐리어를 측정할때 배치되고, Loff 영역은 낮은 오프 전류 작동을 위해 배치된다. 샘플링 회로에서, 소스 영역 및 드레인 영역의 기능이 반전되고 캐리어의 이동 방향은 180°변환되어, 게이트 배선에 관련하여 설정된 축 대칭 구조를 만드는 것이 요구된다. 부수적으로, 상황에 따라, Lov 영역만이 존재하는 경우도 있을 수 있다.

n-채널 TFT(3304)가 화소부 및 낮은 오프 전류 작동이 중요한 샘플링 회로(샘플-보유 회로)에 적합하다. 즉, 오프 전류값이 증가하는 요인이 될 수있는 Lov 영역은 배치되지 않으나, Loff 영역만이 배치되어 낮은 오프 작동이 실현된다. 뿐만 아니라, 구동 회로의 LDD 영역 보다 낮은 농도인 LDD 영역이 Loff 영역으로서 사용되어, 상기 측정은 온 전류값이 약간 낮고, 오프 전류가 아주 낮더라도 적용된다. 또한, n-형 불순물 영역(a)이 오프 전류값을 낮추는데 효과적인 것으로 확인되었다.

3 내지 7㎛의 채널 길이와 비교하여, n-채널 TFT(3302)의 Lov 영역(3207)의 길이(폭)는 0.5 내지 3.0㎛, 대표적으로는 1.0 내지 1.5㎛가 적합하다. 뿐만 아니라, Lov 영역(3211a, 3212a) 및 n-채널 TFT(3303)의 길이(폭)은 0.5 내지 3.0㎛, 대표적으로는 1.0 내지 1.5㎛, Loff 영역(3211b, 3212b)의 길이(폭)는 1.0 내지 3.5㎛, 대표적으로 1.5 내지 2.0㎛가 적합하다. 뿐만 아니라, 화소 TFT(3304)에 제공된 Loff 영역(3217 내지 3220)의 길이(폭)는 0.5 내지 3.5㎛, 대표적으로는 2.0 내지 2.5㎛가 바람직하다.

또한, 본 발명의 특징으로는 p-채널 TFT(3301)가 자기 정합 방식으로 형성되고, n-채널 TFT(3302 내지 3304)는 비-자기 정합 방식으로 형성된다는 것이다.

뿐만 아니라, 본 실시예에서, 7 내지 9로 높은 상대 유전 상수를 갖는 알루미나막이 보유 캐패시턴스의 유전체로서 사용되어, 요구되는 캐패시턴스를 형성하기 위한 영역을 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 화소 TFT에 형성된 차단막은 본 실시예에서 보유 캐패시턴스의 전극중 하나로 기능하여, 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치의 화상 표시부의 개부비를 개선시키는 것이 가능하다.

부수적으로, 본 발명은 본 실시예에 도시된 보유 캐패시턴스의 구조에 제한을 둘 필요는 없다. 예를 들어, 본 출원인에 의해 일본 특허 출원 No. Hei 9-316567 또는 No. Hei 10-254097호에 공개된 보유 캐패시턴스 구조를 사용할 수 있다.

도 20에 도시된 것처럼, 배향막(3401)이 도 19C의 상태에서 기판상에 형성된다. 본 실시예에서, 폴리이미드막이 배향막으로서 사용된다. 투명 전도성 기판(3403) 및 배향막(3404)이 대립 기판(3402)상에 형성된다. 컬러 필터 및 차단막이 필요에 따라 대립 기판상에 형성될 수 있다.

다음, 배향막이 형성된 후, 연마 처리가 행해져 액정 분자가 일부 일정한 예비-틸트 각으로 배향된다. 화소부 및 구동 회로가 형성된 액티브 매트릭스 기판은 밀봉 물질, 스페이서(모두 도시되지 않음)등을 통해 공지된 셀 어셈블링 단계에 의해 대립 기판에 고정된다. 그후, 액정(3405)이 기판 사이에 주입되고, 이들은 단부-밀봉 물질(도시되지 않음)로 완전히 밀폐된다. 공지된 액정 물질을 액정으로서 사용하는 것이 적합하다. 상기 방식으로, 도 20에 도시된 것과 같은 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치가 완성된다.

다음, 액티브 매트릭스형 액정 표시장치의 구조를 도 21를 참조로 설명한다. 도 21을 만들기 위해서 도 17A 내지 19C의 구조 단면도를 대응시켜, 공통 참조 부호를 사용한다. 액티브 매트릭스 기판은, 유리 기판(3600)상에 형성된 화소부(3601), 주사(게이트) 신호 구동 회로(3602), 화상(소스) 신호 구동 회로(3603)를 포함한다. 화소부(3601)의 화소 TFT(3304)는 n-채널 TFT이고, 주변에 제공된 구동 회로는 기본적으로 CMOS 회로로 구성된다. 또한 화소부(3601)는 화소 전극(3661) 및 보유 커패시터(664)를 포함한다. 주사 신호 구동 회로(3602) 및 화상 신호 구동 회로(3603)는 게이트 배선(3624) 및 소스 배선(3652)을 통해 각각 화소부(3601)로 연결된다. 뿐만 아니라, 외부 입/출력 단자(3605)로부터 구동 회로의 입/출력 단자에 연결된 FPC(3604)로 연장되는 연결 배선(3606)이 제공된다. 3608은 대립 기판을 나타낸다.

[실시예 6]

본 발명의 실시예에 의해 제작된 CMOS 회로 및 화소 액티브 매트릭스 회로가 다수의 전기-광학 장치(예를 들어 액티브 매트릭스형 액정 표시기, 액티브 매트릭스형 EL 표시기, 및 액티브 매트릭스형 EC 표시기)에 적용된다. 즉, 본 발명은 표시 매체와 같은 전기-광학 장치를 포함하는 모든 전기 장치에 대해 사용 가능하다.

이러한 전자 장치로서, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 프로젝터(리어형 또는 프론트형), 헤드 장착 표시기(고글형 표시기), 자동차 운행 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 정보 단말기(모빌 컴퓨터, 휴대용 전화기, 노트북 등)등이 있다. 이들의 예를 도 22A 내지 22F 및 23A 내지 23D에 나타낸다.

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

도 22B는 본체(2101), 표시장치(2102), 오디오 입력부(2103), 작동 스위치(2104), 배터리(2105), 및 화상 수신부(2106)로 구성된 비디오 카메라를 나타낸다. 본 발명은 표시장치(2102), 오디오 입력부(2103), 및 다른 신호 제어 회로에 적용할 수 있다.

도 22C는 본체(2201), 카메라부(2202), 화상 수신부(2203), 작동 스위치(2204), 및 표시장치(2205)로 구성된 모빌 카메라를 나타낸다. 본 발명은 표시장치(2205) 및 다른 신호 제어 회로에 적용할 수 있다.

도 22D는 본체(2301), 표시장치(2302), 및 암부(2303)로 구성된 고글형 표시기를 나타낸다. 본 발명은 표시장치(2302) 및 다른 신호 제어 회로에 적용할 수 있다.

도 22E는 프로그램을 기록하는 기록 매체(기록 매체라 부른다)가 장착된 플레이어 장치를 나타낸다. 플레이어 장치는 본체(2401), 표시장치(2402), 스피커부(2403), 기록 매체(2404), 작동 스위치(2405) 및 외부 입력부(2406)로 구성된다. 상기 장치는 음악 및 영화를 인식하고, 게임 및 인터넷을 나타내는 기록 매체로서 DVD(디지탈 반전 디스크; digital versatile disc), CD 등을 포함한다. 본 발명은 표시장치(2402) 및 다른 신호 제어 회로에 적용할 수 있다.

도 22F는 본체(2501), 표시장치(2502), 대안렌즈부(2503), 작동 스위치(2504) 및 화상 수신부(도시되지 않음)로 구성된 디지털 카메라를 나타낸다. 본 발명은 표시장치(2502) 및 다른 신호 제어 회로에 적용할 수 있다.

도 23A는 광원 광학계 및 표시장치(2601), 및 스크린(2602)으로 구성된 프론트형 프로젝터를 나타낸다. 본 발명은 표시 장치 및 다른 신호 제어 회로에 적용할 수 있다.

도 23B는 본체(2701), 광원 광학계 및 표시 장치92702), 거울(2703) 및 스크린92704)로 구성된 리어형 프로젝터를 나타낸다. 본 발명은 표시 장치 및 다른 신호 제어 회로에 적용할 수 있다.

도 23C는 도 23A에서 광원 광학계 및 표시 장치(2601), 또는 도 23B에서 (2702)의 실시예 구조를 나타낸다. 각각의 부호 2602 및 2702는 광원 광학계(2801), 거울(2802, 2804-2806), 이색성 거울(2803), 프리즘(2807), 표시장치(2808), 위상차 플레이트(2809), 및 투사 광학계(2810)를 포함한다. 투사 광학계(2810)는 투사 렌즈가 장착된 다수의 광학렌즈로 구성된다. 도 23C에 도시된 투사 시스템은 상기 구조가 표시 장치의 3개의 플레이트를 포함하기 때문에 3-판형이라 한다. 그러나 표시 장치는 3-판형으로 제한되지 않고, 예를 들어, 단판형일 수 있다. 또한, 도 23C의 화살표로 표시된 광학경로에서 분극 특성을 갖춘 막, 위상차를 제어하는 막, IR막 등을 구성하는 연구원에게 적절하다.

도 23D는 도 23C에서 광원 광학계(2801)의 구조를 나타낸다. 본 실시예에서, 광원 광학계(2801)는 반사기(2811), 광원(2812), 렌즈 어레이(2813, 2814), 편광 반전 소자(2815) 및 콘덴서 렌즈(2816)를 포함한다. 그러나, 본 발명은 본 실시예는 단지 일례이기 때문에 제한을 본 실시예에 제한을 두지는 않는다. 광원의 수는 2 이상일 수 있다. 또한, 예를 들어서, 광학 경로에서, 광학 렌즈, 편광 특성이 있는 막, 위상차를 제어하는 막, IR막 등을 적절히 형성할 수 있다.

상술된 것처럼, 본 발명은 넓은 범위에 응용 가능하여, 모든 분야의 어떠한 전기 장치에라도 적용가능하다. 또한, 본 발명의 전기 장치는 실시예 1-5와 결합된 어떠한 구조를 사용함으로써 실현가능하다.

상술된 것처럼, 본 발명에 따라, 처리된 기판의 전체 표면에 일정한 레이저 어닐링을 행하는 것이 가능하다. 결과적으로, 기판 표면에서 반도체 장치의 특징을일정화시키는 것이 가능하다.

예를 들어서, 액정 표시기가 본 발명을 사용하여 제작된 TFT를 사용하여 제작된 경우, 종래 기술과 비교하여, 레이저 처리로 인한 얼룩이 두드러지지 않는 표시를 달성할 수 있다.

Claims

빔 균질기에 있어서,

한 방향으로 분할된 다수의 레이저 빔으로 입사 레이저 빔을 분할하는 기능을 하는 광학 렌즈; 및

분할된 레이저 빔을 중첩시키는 기능을 하는 광학계를 포함하하고,

광학 렌즈가 실린더형 렌즈의 기본 평면을 따라 절단된 실린더형 렌즈인 1개 이상의 반타원형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 광학계가 조합 렌즈 또는 1개 이상의 비구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 기본 평면이 상기 실린더형 렌즈를 통해 입사광이 굴절되지 않고 전송될 수 있는 광학 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 광학계가 대칭 렌즈, 3중형 대칭 렌즈, Tessar형 대칭 렌즈, 및 가우시안형 대칭 렌즈로 구성된 그룹에서 선택된 조합 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 광학계가 볼록 메니스커스 실린더형 렌즈, 평요 실린더형 렌즈, 오목 렌즈, 결합 렌즈로 구성된 그룹에서 선택된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 광학 렌즈가 동일 방향으로 배열된 다수의 반타원형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 반타원형 렌즈가 평요 실린더형 렌즈, 평철 실린더형 렌즈, 볼록 메니스커스 실린더형 렌즈, 양쪽이 볼록 실린더형 렌즈, 및 양쪽이 오목 실린더형 렌즈로 구성된 그룹에서 선택된 다수의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 1 항에 있어서, 상기 반타원형 렌즈가 각각 렌즈의 기본 평면을 따라 절단된 4개 이상의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
레이저 조사 장치에 있어서,

레이저 빔 발생 장치;

한 방향으로 분할된 다수의 레이저 빔으로 입사 레이저 빔을 분할하는 기능을 하는 광학 렌즈;

분할된 레이저 빔을 중첩시키는 광학계; 및

이동식 조사 스테이지를 포함하고,

광학 렌즈가 실린더형 렌즈의 기본 평면을 따라 절단된 1개 이상의 반타원형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 기본 평면과 평행한 방향으로 레이저 빔 발생 장치로부터 레이저 빔을 조절하는, 레이저 빔 발생 장치와 광학 렌즈 사이에 제공된 반사 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 광학계가 조합 렌즈 또는 1개 이상의 비구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 10 항에 있어서, 기본 평면과 평행한 방향으로 레이저 빔 발생 장치로부터 레이저 빔을 조절하는, 레이저 빔 발생 장치와 광학 렌즈 사이에 제공된 반사 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 기본 평면이 입사광이 굴절이 없이 전송될 수 있도록 상기 실린더형 렌즈를 통하는 광학 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 9 항에 있어서, 상기 광학계가 대칭 렌즈, 3중형 대칭 렌즈, Tessar형 대칭 렌즈, 및 가우시안형 대칭 렌즈를 구성하는 그룹에서 선택된 조합 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 9 항에 있어서, 상기 광학계가 볼록 메니스커스 실린더형 렌즈, 평철 실린더형 렌즈, 오목 렌즈, 접합 렌즈로 구성된 그룹에서 선택된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 9 항에 있어서, 상기 광학렌즈가 동일 방향으로 배열된 다수의 반타원형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 9 항에 있어서, 상기 반타원형 렌즈가 평철 실린더형 렌즈, 평요 실린더형 렌즈, 볼록 메니스커스 실린더형 렌즈, 양쪽이 볼록 실린더형 렌즈, 양쪽이 오목 실린더형 렌즈로 구성된 그룹에서 선택된 다수의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
제 9 항에 있어서, 상기 반타원형 렌즈가 각각, 렌즈의 기본 평면을 따라 절단된 4개 이상의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 균질기.
조사되는 표면에 레이저 빔을 적용하는 방법에 있어서,

조사되는 표면에 레이저 빔의 에너지 분포를 에너지 분포의 1개 이상 에지가 거의 수직형이게 변조시키는 단계;

변조된 레이저 빔이 조사되는 표면을 주사하는 단계를 포함하며, 거의 수직형인 에지를 정면 주사하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 적용 방법.
제 19 항에 있어서, 에너지 분포의 1개 이상의 또다른 에지가 불균일한 형상인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 적용 방법.
조사되는 표면에 레이저 빔을 적용하는 방법에 있어서,

조사되는 표면에서 폭 방향으로 레이저 빔의 에너지 분포를 에너지 분포가 거의 수직형이게 변조시키는 단계; 및

변조된 레이저 빔이 조사되는 표면을 주사하는 단계를 포함하며, 거의 수직형인 에지를 정면 주사하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 적용 방법.
제 21 항에 있어서, 에너지 분포의 1개 이상의 또다른 에지가 불균일한 형상인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 적용 방법.
반도체 장치 제작 방법에 있어서,

절연표면 위로 반도체층을 형성하는 단계; 및

레이저 빔으로 상기 반도체 층을 조사하여, 상기 반도체층의 표면에서 상기 레이저 빔의 에너지 분포를 에너지 분포의 1개 이상 에지가 거의 수직형이게 변조시키는 단계를 포함하며,

거의 수직형인 에지를 정면 주사하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
제 23 항에 있어서, 에너지 분포의 1개 이상의 또다른 에지가 불균일한 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 반도체 장치가 1개 이상의 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 반도체 장치가 액티브 매트릭스형 표시 장치인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 반도체 장치가 비디오 카메라, 디지털 카메라, 리어형 프로젝터, 프론트형 프로젝터, 헤드 장착 표시기, 고글형 표시기, 자동차 운행 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 정보 단말기, 모빌 컴퓨터, 휴대용 전화기, 및 전자 노트로 이루어진 그룹에서 선택된 전자 장치인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
반도체 장치 제작 방법에 있어서,

절연 표면 위로 반도체 층을 형성하는 단계; 및

레이저 빔으로 상기 반도체 층을 조사하여, 상기 반도체층의 표면에서 상기 레이저 빔의 폭 방향으로의 에너지 분포가 에너지 분포의 1개 이상 에지가 거의 수직형이게 변조시키는 단계를 포함하며,

거의 수직형인 에지를 정면 주사하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
제 28 항에 있어서, 에너지 분포의 1개 이상의 또다른 에지가 불균일한 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
제 28 항에 있어서, 상기 반도체 장치가 1개 이상의 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
제 28 항에 있어서, 상기 반도체 장치가 액티브 매트릭스형 표시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
제 28 항에 있어서, 상기 반도체 장치가 비디오 카메라, 디지털 카메라, 리어형 프로젝터, 프론트형 프로젝터, 헤드 장착 표시기, 고글형 표시기, 자동차 운행 시스템, 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 정보 단말기, 모빌 컴퓨터, 휴대용 전화기, 및 전자 노트로 이루어진 그룹에서 선택된 전자 장치인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제작 방법.
조사되는 표면에 레이저 빔을 적용하는 방법에 있어서,

조사되는 상기 표면에 에너지 분포를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계;

4변형 에너지 분포의 1측 이상이 에너지 분포의 2개 인접한 측에 수직인, 4변형으로 레이저 빔의 에너지 분포를 변조시키는 단계; 및

변조된 레이저 빔으로 조사되는 표면을 2개 인접측에 수직인 측면이 정면 주사되는 방식으로 주사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 적용 방법.