KR20040058086A - 레이저 조사방법, 레이저 조사장치 및 반도체장치의제조방법 - Google Patents

레이저 조사방법, 레이저 조사장치 및 반도체장치의제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20040058086A
KR20040058086A KR1020030097377A KR20030097377A KR20040058086A KR 20040058086 A KR20040058086 A KR 20040058086A KR 1020030097377 A KR1020030097377 A KR 1020030097377A KR 20030097377 A KR20030097377 A KR 20030097377A KR 20040058086 A KR20040058086 A KR 20040058086A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
laser
optical system
semiconductor film
linear
Prior art date
Application number
KR1020030097377A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101065660B1 (ko
Inventor
타나카코이치로
야마자키순페이
Original Assignee
가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 filed Critical 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Publication of KR20040058086A publication Critical patent/KR20040058086A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101065660B1 publication Critical patent/KR101065660B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1259—Multistep manufacturing methods
    • H01L27/127—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement
    • H01L27/1274—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor
    • H01L27/1285—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor using control of the annealing or irradiation parameters, e.g. using different scanning direction or intensity for different transistors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices

Abstract

반도체장치의 제조공정에 있어서, CW 레이저광을 선형으로 정형하여 반도체막 상에 주사시키면서 조사하면, 주사방향으로 연장된 긴 복수의 결정립이 형성된다. 이와 같이 형성된 반도체는, 상기 주사방향으로는 실질적으로 단결정에 가까운 특성을 갖는다. 그렇지만, CW 레이저 발진기의 출력이 작기 때문에 어닐링에 많은 시간이 걸려, 디자인 룰의 제한도 크다. 줌기능을 동작시킴으로써, 반도체소자에 형성된 반도체소자의 크기에 따라, 상기 선형 레이저 빔의 크기를 변화시키고, 레이저 어닐링에 필요한 시간을 단축하여, 디자인 룰의 제한을 완화할 수 있다. 상기 줌기능은 연속가변인 것(도 1a 내지 도 2c 참조)과, 선형 레이저광의 길이를 수개의 패턴으로 바꿀 수 있는 것(도 6a, 도 6b 및 도 6c 참조)을 줌기능을 포함한다.

Description

레이저 조사방법, 레이저 조사장치 및 반도체장치의 제조방법{LASER IRRADIATION METHOD, LASER IRRADIATION APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 레이저광의 조사방법 및 그 방법을 사용하는 레이저 조사장치(레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 출력된 레이저광을 피조사체까지 도입하는 광학계를 포함하는 레이저 조사장치)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 레이저광의 조사에 의해 결정화, 활성화, 가열 등의 공정에 포함하는 반도체장치의 제조방법에 관한 것이다. 이때, 반도체장치는, 액정표시장치, 발광장치 등의 전기광학장치 및 그 전기광학장치를 부품으로서 포함하는 전자장치도 포함된다.
최근, 유리기판 등의 절연기판 상에 형성된 비정질 반도체막을 결정화시켜,결정구조를 갖는 반도체막(이하, 결정성 반도체막이라 함)을 형성하는 기술이 널리 연구되고 있다. 결정화법으로서는, 어닐링 퍼니스를 사용한 열어닐링법이나, 급속 열 어닐링법(RTA 법), 또는 레이저 어닐링법 등이 검토되고 있다. 결정화시에는 이들 방법 중, 어느 하나 또는 복수를 조합하여 행하는 것도 가능하다.
결정성 반도체막은, 비정질 반도체막과 비교하여 매우 높은 이동도를 갖는다. 이 때문에, 이 결정성 반도체막을 사용하여 박막트랜지스터(이하, TFT라 기재함)를 형성하고, 예를 들면, 1장의 유리기판 상에, 화소부용, 또는, 화소부용과 구동회로용의 TFT를 형성한 액티브 매트릭스형 액정표시장치 등에 이용되고 있다.
통상, 어닐링 퍼니스에서 비정질 반도체막을 결정화시키기 위해서는, 600℃ 온도에서 10시간 이상의 열처리를 필요로 하고 있다. 이 결정화에 적용할 수 있는 기판재료는 석영이지만, 석영기판은 비싸고, 특히 대면적에 가공하는 것은 매우 곤란하다. 생산효율을 상승시키는 수단의 하나로서 기판을 대면적화하는 것을 들 수 있지만, 저렴하게 대면적 기판에 가공이 용이한 유리기판 상에 반도체막을 형성하는 연구가 이루어지는 이유는 이 점에 있다. 최근에는 한변이 1m 이상인 유리기판의 사용도 고려되고 있다.
그 결정화의 일례로서, 일본특허공개평 7-183540호 공보에 개시된 금속원소를 사용하는 열결정화법은, 종래 문제로 되었던 결정화온도를 저온화하는 것을 가능하게 하고 있다. 그 금속원소를 사용하는 열결정화법은, 비결정질 반도체막에 니켈 또는 팔라듐, 또는 납 등의 원소를 미량으로 첨가하고, 그 후 550℃에서 4시간의 열처리로 결정성 반도체막의 형성을 가능하게 하고 있다. 550℃이면, 유리기판의 왜곡점 온도 이하이기 때문에, 변형 등을 염려할 필요가 없는 온도이다.
한편, 레이저 어닐링법은, 기판의 온도를 너무 상승시키지 않고, 반도체막에만 높은 에너지를 공급할 수 있기 때문에, 왜곡점 온도가 낮은 유리기판에는 물론, 플라스틱기판 등에도 사용하는 것을 할 수 있는 점에서 주목되고 있는 기술이다.
레이저 어닐링법의 일례는 다음과 같이 설명된다. 엑시머 레이저로부터 발생된 펄스 레이저광을 조사면에서, 한변이 수 센티미터를 갖는 정사각형 또는 길이 100mm 이상의 선형이 되도록 정형하고, 그 레이저광을 피조사체에 대하여 상대적으로 이동시켜, 어닐링을 행한다. 이때, 여기서 "선형"은, 엄밀한 의미로 선을 의미하는 것은 아니고, 종횡비가 큰 직사각형(또는 타원형 또는 그것에 근사한 형상)을 의미한다. 예를 들면, 종횡비가 2 이상(바람직하게는 10∼10000)인 것을 나타내지만, 조사면에서의 형상이 직사각형인 레이저광(직사각형 레이저광)에 포함되는 것에 변함은 없다. 이때, 레이저광을 선형으로 하는 것은 피조사체에 대하여 충분한 어닐링을 행하기 위한 에너지밀도를 확보하기 위해서이고, 직사각형이나 평면형이어도 피조사체에 대하여 충분한 어닐링을 행하는 것이면 상관없다.
이와 같이 하여 제조되는 결정성 반도체막은, 복수의 결정립이 집합하여 형성되어 있고, 그 결정립의 위치와 크기는 랜덤한 것이다. 유리기판 상에 제조되는 TFT는 소자분리를 위해, 결정성 반도체를 섬 형상의 패터닝으로 분리하여 형성하고 있다. 그 경우에, 결정립의 위치나 크기를 지정하여 형성하는 것은 할 수 없었다. 결정립 내측과 비교하여, 결정립의 계면(결정입계)은 비정질구조나 결정결함 등에 기인하는 재결합중심이나 포획중심이 무수히 존재하고 있다. 이 포획중심에 캐리어가 트랩되면, 결정입계의 전위가 상승하고, 캐리어에 대하여 장벽이 되기 때문에, 캐리어의 전류수송특성을 저하하는 것이 알려져 있다. 채널형성영역의 반도체막의 결정성은, TFT의 특성에 중대한 영향을 미치게 하지만, 결정입계의 영향을 배제하여 단결정의 반도체막으로 채널형성영역을 형성하는 것은 거의 불가능하였다.
최근, 연속발진(CW) 레이저를 일방향으로 주사시키면서 반도체막에 조사함으로써, 그 방향으로 길게 연장된 단결정의 입자를 형성하는 기술이 보고되고 있다. 이 기술은, A.Hara,F.Takeuchi, M.Takei, K.Yoshino, K.Suga and N. Sasak, AMLCD '01 Tech. dig., 2001, pp.227-230에 의해 "Ultra-high Performance Poly-Si TFTs on a Glass by a Stable Scanning CW Laser Lateral Crystallization"에 보고되어 있다.
이 기술을 사용하면, 적어도 TFT의 채널방향으로는 결정입계가 거의 없는 것을 형성할 수 있다고 생각된다.
그러나, 이러한 방법에서는, 반도체막에 충분히 흡수되는 파장의 CW 레이저광을 사용하므로, 출력이 10W 정도로 매우 작은 레이저 발진기밖에 사용할 수 없고, 그 생산성의 면에서 엑시머 레이저에 비해 뒤떨어져 있다. 이때, 본 방법에 적당한 CW 레이저 발진기는, 출력이 높고, 파장이 가시광선 이하이고, 출력의 안정성이 현저하게 높은 것으로, 예를 들면, YVO4레이저의 제2 고조파, YAG 레이저의 제2고조파, YLF 레이저의 제2 고조파, YalO3레이저의 제2 고조파, Ar 레이저 등이 적합하다. 그렇지만, 먼저 열거한 여러가지 레이저를, 반도체막의 결정화에 적용하면, 출력부족을 보충하기 위해 빔의 스폿사이즈를 현저하게 작게 해야 하는 등, 생산성이나 레이저 어닐링의 균일성 등에서 문제가 있다. 또한, 현저하게 좁은 빔의 스폿의 양단에는 입계의 대부분이 존재하는 지금까지 자주 보여진 다결정 반도체막이 형성되기 때문에, 이러한 영역에 디바이스를 제조하는 것은 바람직하지 못하다. 본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1을 설명하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시형태 1을 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시형태 1을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시형태 2를 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시형태 4를 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시형태 3을 설명하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시형태 3을 설명하는 도면,
도 8은 실시형태 2를 설명하는 도면,
도 9는 선형 레이저광을 반도체막에 조사하는 모양을 도시한 도면,
도 10은 화소 TFT 및 구동회로의 제조공정을 나타낸 단면도,
도 11은 화소 TFT 및 구동회로의 제조공정을 나타낸 단면도,
도 12는 화소 TFT 및 구동회로의 제조공정을 나타낸 단면도,
도 13은 화소 TFT의 구성을 나타낸 평면도,
도 14는 액정표시장치의 구동회로 및 화소부의 단면도,
도 15는 발광장치의 구동회로 및 화소부의 단면 구조도,
도 16은 반도체장치의 예를 나타낸 도면,
도 17은 반도체장치의 예를 나타낸 도면,
도 18은 반도체장치의 예를 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
101 : 레이저 발진기 102 : 광학계
103 : 화상 104 : 줌기능
105 : 피조사면
CW 레이저빔에 의한 반도체막의 결정화공정에서는, 적어도 생산성을 상승시키기 위해, 빔스폿을 조사면에서 연장된 형상으로 정형하고, 그 연장된 형상(이하, 선형이라 칭함)의 레이저빔 스폿의 장축에 수직한 방향으로 주사시키는 기술이, 통상 사용된다.
상기 연장된 빔스폿의 형상은, 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔의 형상에 크게 좌우된다. 예를 들면, 원형 로드를 갖는 고체 레이저는 원형 레이저빔을 사출하고, 그것이 길게 연장될 경우, 타원형이 된다. 한편, 슬래브형 로드를 갖는 고체 레이저는, 그것이 길게 연장될 경우, 직사각형이 된다. 슬래브 레이저인 경우, 직사각형 레이저빔의 긴 변 방향의 발산각과, 그 레이저빔의 짧은 변 방향의 발산각이 서로 다르므로, 그것에 주의하여 광학계를 설계해야 한다. 본 발명은, 그것들의 빔을 총칭하여 선형 레이저빔이라 부른다. 또한, 본 발명에서 선형 레이저빔이란, 짧은변의 길이의 10배 이상인 긴변을 갖는 연장된 레이저빔을 말한다. 또한, 본 발명에서, 선형 레이저빔의 최대 에너지밀도를 1로 하였을 때, e-2이상의 에너지를 갖는 범위를 선형 레이저빔이라 정의한다. 또한, 본 명세서에서는, 그 선형 레이저빔의 길이를 장축, 폭을 단축으로 표현한다.
본 발명에서는, 선형 레이저빔의 길이와 폭을 가변으로 하는 광학계와, 선형 레이저빔의 에너지분포를 장축방향으로 균일하게 하는 광학계를 사용함으로써, 디바이스의 크기나 배치에 따라 선형 레이저빔의 길이를 변화시켜, 필요한 영역에 효과적으로 선형 레이저빔을 조사할 수 있는 레이저 조사장치, 레이저 조사방법 및 반도체장치의 제조방법을 제공한다. 선형 레이저빔의 길이를 가변으로 함으로써, 복잡한 회로구성의 디바이스의 어닐링에도 본 발명을 용이하게 적용할 수 있다. 즉, 어닐링해야 하는 영역의 폭에 따라, 선형 레이저빔의 길이를 변경하고, 어닐링함으로써 필요 이외의 영역의 어닐링을 최소화하는 것이 가능하게 된다. 상술한 것처럼, 선형 레이저빔의 양단부분에는, 소위 다결정 반도체막이 형성된다. 이러한 다결정 반도체막은, 고특성이 요구되는 디바이스의 형성에는 적당하지 않으므로, 선형 레이저빔의 길이가 가변인 것은 디자인 룰의 제한을 감소시킬 수 있기 때문에 매우 유용하다. 또한, 본 발명에서는, 선형 레이저빔의 에너지분포를 장축방향으로 균일하게 하는 광학계를 사용함으로써, 반도체막의 특성을 일정하게 하여, 반도체장치의 성능을 상승시킬 수 있다. 이때, 디자인 룰이 복잡하지 않은 반도체장치에 관해서는, 줌기능을 사용할 필요는 없지만, 역시 그 특성을 갖추기 위해, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔이 필요하게 된다. 그 에너지 분포는, 바람직하게는 선형 레이저빔의 장축방향에 ±5% 이내이면 된다. 이하에 본 발명을 열거한다.
본 발명은, 레이저빔을, 광학계 1을 사용하여 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 상기 직사각형 레이저빔을, 줌기능을 갖는 광학계 2에 입사시킴으로써 조사면에 상기 균일한 빔을 결상하여, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔을 정형하는 단계와, 상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 레이저 조사방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저빔을, 회절광학을 사용하여 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 상기 빔을, 줌기능을 갖는 광학계에 입사시킴으로써 조사면에 상기 균일한 빔을 결상하여, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔을 형성하는 단계와, 상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 레이저 조사방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저빔을, 광학계 1을 사용하여 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 상기 직사각형 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 광학계 2를 사용하여 조사면에 상기 직사각형 레이저빔을 결상하여, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 형성하는 단계를 포함하는 레이저 조사방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저빔을, 회절광학을 사용하여 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 상기 직사각형 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 광학계를 사용하여 조사면에 상기 직사각형 레이저빔을 결상하여, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 형성하는 단계를 포함하는 레이저 조사방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저빔을, 광학계 1을 사용하여 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 상기 직사각형 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 광학계 2를 사용하여 조사면에 상기 직사각형 레이저빔을 결상하여, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 형성하는 단계와, 상기 단위공역비 디자인의 비를 변화시켜서 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 레이저 조사방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저빔을, 회절광학을 사용하여 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 상기 직사각형 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 광학계를 사용하여 조사면에 상기 직사각형 레이저빔을 결상하여, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 형성하는 단계와, 상기 단위공역비 디자인의 비를 변화시켜서 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 레이저 조사방법을 제공한다.
상기 구성에 있어서, 레이저 발진기는, 기체 레이저, 고체 레이저 및 금속레이저로 이루어진 군으로부터 선택된다. 기체 레이저로서, Ar 레이저, Kr 레이저, CO2레이저 등이 있고, 고체 레이저로서, YAG 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, YalO3레이저, Y2O3레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 등이 있고, 금속레이저로서는 헬륨 카드뮴 레이저 등을 들 수 있다. 본 발명에 적용된 레이저 발진기는, 통상, CW 레이저 발진기이지만, 펄스 레이저라도 매우 펄스 사이의 시간이 짧으면, 유사적으로 연속발진이라 간주한다. 이 경우에, 상기 펄스 레이저빔을 얻기 위해서, MHz 이상의 고주파, 예를 들면 1MHz 내지 1GHz의 범위, 바람직하게는 10MHz 내지 100MHz의 범위 내에서 레이저빔을 조사하거나, CW 레이저빔과 함께 상기 펄스 레이저빔을 상기 반도체막 상에 동시에 조사하는 것이 가능하다. 이 경우에, 예를 들면 YVO4레이저의 제2 고조파를 사용하여 상기와 같은 펄스 레이저빔을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 반도체장치의 제조방법은, 고주파 1MHz 내지 1GHz, 바람직하게는 10MHz 내지 100MHz, 대표적으로는 80MHz의 펄스 레이저빔으로 반도체막을 조사하여 상기 반도체막을 결정화하는 단계를 포함한다. 예를 들면, YVO4레이저의 제2 고조파를 사용하여도 된다.
또한, 상기 구성에 있어서, 레이저빔은 비선형 광학소자에 의해 제2 고조파로 변환된다. 비선형 광학소자에 사용되는 결정은, 예를 들면 LBO, BBO, KDP, KTP, KB5, CLBO라고 하는 것을 사용하면, 변환효율 면에서 우수하다. 이것들의 비선형 광학소자를 레이저 발진기의 공진기 내에 설정함으로써, 변환효율을 대폭 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 레이저빔은 TEMoo모드에서 발진되면, 긴 빔의 에너지 분포의 균일성을 상승시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명은, 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 광학계 1와, 상기 직사각형 레이저빔을 조사면에 결상시켜, 상기 레이저빔의 크기를 상기 조사면에서 변화시키는줌기능을 갖는 광학계 2를 구비한 레이저 조사장치를 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 회절광학과, 상기 직사각형 레이저빔을 조사면에 결상시켜, 상기 레이저빔의 크기를 상기 조사면에서 변화시키는 줌기능을 갖는 광학계를 구비한 레이저 조사장치를 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 광학계 1와, 상기 직사각형 레이저빔을 결상시키는 단위공역비 디자인의 광학계 2를 구비한 레이저 조사장치를 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 회절광학과, 상기 직사각형 레이저빔을 결상시키는 단위공역비 디자인의 광학계를 구비한 레이저 조사장치를 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 광학계 1과, 상기 직사각형 레이저빔을 조사면에 결상시켜, 상기 빔의 크기를 상기 조사면에서 변화시키는 단위공역비 디자인의 광학계 2를 구비한 레이저 조사장치를 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 회절광학과, 상기 직사각형 레이저빔을 조사면에 결상시켜, 상기 빔의 크기를 상기 조사면에서 변화시키는 단위공역비 디자인의 광학계를 구비한 레이저 조사장치를 제공한다.
상기 구성에 있어서, 레이저 발진기는, CW의 기체 레이저, 고체 레이저 및 금속레이저로 이루어진 군으로부터 선택된다. 기체 레이저로서, Ar 레이저, Kr 레이저, CO2레이저 등이 있고, 고체 레이저로서, YAG 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, YalO3레이저, Y2O3레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 등이 있고, 금속 레이저로서는 헬륨 카드뮴 레이저 등을 들 수 있다. 본 발명에 적용된 레이저 발진기는, 통상, CW 레이저 발진기이지만, 펄스 레이저도 펄스간 시간 프레임이 매우 짧으면 적용가능하므로, 연속발진으로 간주한다. 그렇지만, 이러한 펄스 레이저빔을 얻기 위해서는, MHz 이상의 매우 높은 주파수가 요구되거나, 다른 CW 레이저빔을 동시에 반도체막에 조사하는 등의 연구가 필요하다.
또한, 본 발명은, 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에, 광학계 1를 사용하여 상기 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하고 나서, 상기 직사각형 레이저빔을, 줌기능을 갖는 광학계 2에 의해 조사면에서 상기 직사각형 레이저빔을 결상시켜서 에너지 분포가 균일한 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와, 상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 상기 선형 레이저빔의 크기를 반도체소자의 배치에 따라 변화시키는 단계와, 반도체소자를 형성하는 단계를 포함한 반도체장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 반도체막 상 또는 그근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에, 회절광학을 사용하여 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 줌기능을 갖는 광학계 2에 의해 조사면에서 상기 직사각형 레이저빔을 결상시켜서 에너지 분포가 균일한 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와, 상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 상기 선형 레이저빔의 크기를 반도체소자의 배치에 따라 변화시키는 단계와, 반도체소자를 형성하는 단계를 포함한 반도체장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에, 광학계 1를 사용하여 상기 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 상기 직사각형 레이저빔을, 단위공역비 디자인의 광학계 2에 의해 조사면에서 상기 직사각형 레이저빔을 결상시켜서 에너지 분포가 균일한 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와, 상기 선형 레이저빔을 상기 반도체막에 조사하는 단계와, 반도체소자를 형성하는 단계를 포함한 반도체장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에, 회절광학을 사용하여 상기 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하고, 다음에 상기 직사각형 레이저빔을, 단위공역비 디자인의 광학계에 의해 조사면에서 상기 직사각형 레이저빔을 결상시켜서 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와, 상기 선형 레이저빔을 상기 반도체막에 조사하는 단계와, 반도체소자를 형성하는 단계를 포함한 반도체장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에, 광학계 1을 사용하여 상기 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 상기 직사각형 레이저빔을, 단위공역비 디자인의 광학계 2에 의해 조사면에 상기 레이저빔을 결상시켜서 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와, 상기 단위공역비 디자인의 비를 변경하여, 조사면에서의 상기 선형 레이저빔의 크기를 반도체소자의 배치에 따라 변화시키는 단계와, 반도체소자를 형성하는 단계를 포함한 반도체장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 레이저 발진기로부터 사출되는 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에, 회절광학을 사용하여 상기 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환하는 단계와, 상기 직사각형 레이저빔을, 단위공역비 디자인의 광학계에 의해 조사면에 상기 레이저빔을 결상시켜서 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와, 상기 단위공역비 디자인의 비를 변경하여 조사면에서의 상기 선형 레이저빔의 크기를 반도체소자의 배치에 따라 변화시키는 단계와, 반도체소자를 형성하는 단계를 포함한 반도체장치의 제조방법을 제공한다.
상기 구성에서, 레이저 발진기는, CW 기체 레이저, 고체 레이저 및 금속레이저로 이루어진 군으로부터 선택된다. 기체 레이저로서, Ar 레이저, Kr 레이저, CO2레이저 등이 있고, 고체 레이저로서, YAG 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, YalO3레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 등이 있고, 금속레이저로서는헬륨 카드뮴 레이저 등을 들 수 있다. 본 발명에 적용된 레이저 발진기는, 통상, CW 레이저 발진기이지만, 펄스 레이저도, 펄스간 시간 프레임이 매우 짧으면 적용가능하므로, 연속발진이라고 간주한다. 그렇지만, 이러한 펄스 레이저빔을 얻기 위해서는, MHz 이상의 매우 높은 주파수가 요구되거나, 다른 CW 레이저빔을 동시에 반도체막에 조사하는 등의 연구가 필요하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 레이저빔은 비선형 광학소자에 의해 제2 고조파로 변환된다. 비선형 광학소자에 사용되는 결정은, 예를 들면 LBO, BBO, KDP, KTP, KB5, CLBO 등을 사용하면 변환효율 면에서 우수하다. 이들 비선형 광학소자를 레이저의 공진기 중에 넣음으로써, 변환효율을 대폭 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 레이저빔은 TEMoo모드로 발진되면, 얻어지는 선형 레이저빔의 에너지 균일성을 상승시킬 수 있으므로 바람직하다.
상술한 선형 레이저빔을 반도체막에 조사하면, 보다 특성이 균일한 특성을 갖는 반도체소자를 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명은, 특히 반도체막의 결정화나 결정성의 향상, 불순물원소의 활성화를 행하는 데 적합하다. 또한, 선형 레이저빔의 길이를 조절할 수 있으므로 낭비가 적게 스루풋을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 본 발명을 이용한 액티브 매트릭스형 액정표시장치로 대표되는 반도체장치에서, 반도체장치의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 더욱이, 본 발명에서는 기체 레이저뿐만 아니라 고체 레이저를 사용할 수 있으므로, 반도체장치의 제조비용을 감소시킬 수 있다.
[발명의 실시예]
[실시형태 1]
본 실시형태 1에 대하여 도 1a∼도 3c 및 도 9를 사용하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 조사면에서, 그 크기가 연속적으로 변화되는 선형 레이저빔의 예를 나타낸다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c에서, 레이저 발진기(101)를 사출하는 레이저빔을 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환한다. 그 직사각형 레이저빔으로 변환된 화상(103)은 매우 균일한 에너지분포로 할 수 있고, 예를 들면, 광학계(102)에 회절광학을 사용하면, ±5% 이내의 에너지분포를 갖는 빔의 형성도 가능하다. 더욱이 균일한 빔을 얻기 위해서는, 레이저 발진기(101)의 빔 품질이 높은 것이 중요하고, 예를 들면 TEMoo모드의 빔을 사용하면, 그 균일성은 더욱 높일 수 있는 것을 기대할 수 있다. 또한, LD 여기식 레이저 발진기를 사용하면 매우 출력이 안정되므로, 레이저 어닐링의 균일성 향상에는 유용하다.
광학계(102)에 의해, 형상이 직사각형으로 변환되어 에너지분포가 균일화된 상(103)은, 줌기능을 갖는 광학계(104)에 의해 조사면(105)에 결상된다. 줌기능을 갖는 광학계(104)에는, 통상의 줌렌즈를 사용하면 되며, 예를 들면 카메라의 렌즈를 그대로 사용하는 것도 가능하다. 그렇지만, 코팅 등은 레이저의 강도를 배려할 필요가 있다. 본 발명에서 사용하는 레이저 발진기는, 통상 W∼100W정도인 것을 사용하기 때문에, 그 강도에 견디는 코팅을 시행할 필요가 있다. 줌기능을 갖는 광학계를 사용하면, 광로길이 등이 변할 가능성도 있기 때문에, 그 때는, 조사면(105)의 레이저 발진기에 대한 상대적인 위치를 변화시키거나, 광로길이를 보충하기 위해 미러 등을 삽입하여 조사면(105)에 화상(103)이 결상되도록 한다. 도 1a는 화상(103)을 13배 축소하는 것에 관한 예이고, 도 1b는, 화상(103)을 약 7배로 축소하는 것에 관한 것이며, 도 1c는 화상(103)을 약 4배로 축소하는 것에 관한 것이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2는 줌기능을 갖는 광학계(104)를 상세하게 설명한다. 광학계(104)는 광학계 소프트웨어 ZEMAX의 샘플로서 입력되어 있는 것으로, 이것을 응용하여 빔형상을 변화시키는 예를 이하에 설명한다.
우선, 레이저빔의 형상을 직사각형으로 변형하고, 에너지분포도 균일화된 화상(103)의 크기를 4mm×0.2mm으로 한다. 레이저 발진기(101)에는, 예를 들면 10W 정도의 CW식 고체 레이저의 제2 고조파(바람직하게는 녹색 이하의 파장인 것)를 사용하고, 광학계(102)에는 예를 들면 회절광학을 사용하면 된다. 레이저 발진기에 파장이 녹색 이하의 것을 사용하는 이유는, 반도체막에 대한 레이저의 흡수가 그 이상의 파장에서는 거의 없기 때문이다.
다음에, 광학계(104)를 구성하는 렌즈(201)의 제1 면이, 화상(103)의 후방 400mm인 곳에 오도록, 광학계(104)를 배치한다. 광학계(104)의 구성의 상세를 이하에 나타낸다. 렌즈(201)는, LAH66로 이루어지고, 제1 면의 곡률반경이 -16.202203mm, 제2 면의 곡률반경이 -48.875855mm, 두께 5.18mm이다. 한편, 부호는, 곡률반경의 중심이 그 곡면에 대하여 광원측에 있을 때에 음이 되고, 그 반대는 양이 된다. 렌즈 202는, LLF6로 이루어지고, 제1 면의 곡률반경이 15.666614mm, 제2면의 곡률반경이 -42.955326mm, 두께 4.4mm이다. 렌즈 203은, TIH6로 이루어지고, 제1 면의 곡률반경이 108.695652mm, 제2 면의 곡률반경이 23.623907mm, 두께 1.0mm이다. 렌즈 204는, FSL5로 이루어지고, 제1 면의 곡률반경이 23.623907mm, 제2 면의 곡률반경이 -16.059097mm, 두께 4.96mm이다. 렌즈 203은 렌즈 204상에 인접되어 있어, 이들은 줌기능을 작용시키는 경우에도 분리하지 않는다. 렌즈 205는, FSL5로 이루어지고, 제1 면의 곡률반경이 -425.531915mm, 제2 면의 곡률반경이 -35.435861mm, 두께 4.04mm이다. 렌즈 206은, LAL8로 이루어지고, 제1 면의 곡률반경이 -14.146272mm, 제2 면의 곡률반경이 -251.256281mm, 두께 1.0mm이다. 렌즈 207은, PBH25로 이루어지고, 제1 면의 곡률반경이 -251.256281mm, 제2 면의 곡률반경이 -22.502250mm, 두께 2.8mm이다. 렌즈 208은, LAH66로 이루어지고, 제1 면의 곡률반경이 -10.583130mm, 제2 면의 곡률반경이 -44.444444mm, 두께 1.22mm이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c에 나타낸 줌렌즈는, 일부 비구면렌즈를 사용하고 있으므로, 이하 그 비구면계수를 표기한다. 렌즈 202의 제2 면은 비구면으로, 4차 오더 텀(term)이 0.000104, 6차 오더 텀이 1.4209E-7, 8차 오더 텀이 -8.8495E-9, 10차 오더 텀이 1.2477E-10, 12차 오더 텀이 -1.0367E-12, 14차 오더 텀이 3.6556E-15이다. 이때, 2차 오더 텀은 0.0이다. 렌즈 204의 제2 면은 비구면으로, 4차 오더의 텀이 0.000043, 6차 오더 텀이 1.2484E-7, 8차 오더 텀이 9.7079E-9, 10차 오더 텀이 -1.8444E-10, 12차 오더 텀이 1.8644E-12, 14차 오더 텀이 -7.7975E-15이다. 이때, 2차 오더 텀은 0.0이다. 렌즈 205의 제1 면은 비구면으로, 4차 오더 텀이 0.000113, 6차 오더 텀이 4.8165E-7, 8차 오더 텀이 1.8778E-8, 10차 오더 텀이 -5.7571E-10, 12차 오더 텀이 8.9994E-12, 14차 오더 텀이 -4.6768E-14이다. 이때, 2차 오더 텀은 0.0이다.
다음에, 광학계(104)를 사용하여, 조사면(105)에서의 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 방법을 설명한다. 구체적으로는, 통상의 줌렌즈 방식에 따르면 되고, 렌즈배치나 렌즈로부터의 물체의 거리, 혹은 렌즈로부터의 상의 거리 등을 변경하여, 줌기능을 작용시킨다.
도 1a 또는 광학계(104)의 상세도면인 도 2a에 기재된 렌즈배치에서는, 조사면(105)에서의 선형 레이저빔의 크기는, 0.3mm×0.02mm로 된다. 이 경우의 각 렌즈 사이 거리는, 렌즈 201과 렌즈 202의 사이가 중심 사이의 거리로, 0.1mm이다. 렌즈 202와 렌즈 203의 거리는 0.16mm, 렌즈 203과 렌즈 204는 접하고 있어 렌즈 사이 거리는 0이다. 렌즈 204와 렌즈 205의 거리는 9.48mm이고, 렌즈 205와 렌즈 206과의 거리는, 1.35mm이다. 또한 렌즈 206과 렌즈 207과는 접하고 있어 렌즈 사이 거리는 0이다. 또한, 렌즈 207과 렌즈 208과의 거리는, 3mm이다. 또한, 렌즈 208과 조사면(105)까지의 거리는, 6.777292mm이다.
도 1b 또는 광학계(104)의 상세도면인 도 2b에 기재된 렌즈배치에서는, 조사면(105)에서의 선형 레이저빔의 크기는, 0.6mm×0.03mm로 된다. 이 경우의 각 렌즈 사이 거리는, 도 1a인 것과 거의 동일하지만, 렌즈 204와 렌즈 205의 거리를 4.48mm로, 렌즈 208과 조사면(105)까지의 거리는, 28.548739mm로 변경하면, 도 1b인 것이 된다.
도 1c 또는 광학계(104)의 상세도면인 도 2c에 기재된 렌즈배치에서는, 조사면(105)에서의 선형 레이저빔의 크기는, 1.0mm×0.05mm로 된다. 이 경우의 각 렌즈 사이 거리는, 도 1a인 것과 거의 동일하지만, 렌즈 204와 렌즈 205의 거리를 2.0mm로, 렌즈 208과 조사면(105)까지의 거리는, 63.550823mm로 변경하면, 도 1c인 것이 된다.
상기 광학계의 렌즈 데이터의 일례는 상기 나타내었다. 필요한 도면은, 당업에 종사하는 사람을 위해 적절하게 필요한 디지트 수이어도 된다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도 1a 내지 도 2c에 각각 도시된 광학계를 사용하여 얻어진 조사면(105)에서의 선형 레이저빔의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 종축이 선형 레이저빔의 장축방향, 횡축이 선형 레이저빔의 단축방향으로, 스케일의 종횡비는 도면을 보기 쉽게 하기 위해 변경되어 있다. 상기 설명한 것처럼, 레이저빔의 크기가 변경되어 있는 모양이 명확히 보여져 있다. 줌렌즈의 수차 때문에 선형 레이저빔의 에너지분포의 균일성이 떨어지고 있지만, 더욱 균일성이 높은 빔을 얻는 것도 줌렌즈의 최적화에 의해 가능하다.
다음에, 피조사체가 되는 반도체막의 제조방법의 예를 나타낸다. 우선, 유리기판을 준비한다. 두께는 예를 들면 1mm 정도로, 크기는 실시자가 적절히 결정한다. 상기 유리기판 상에 두께 200nm 정도의 산화실리콘막을 막형성하고, 또한 그 위에 두께 66nm의 a-Si 막을 형성한다. 그 후, 반도체막의 내구 레이저성을 상승시키기 위해 500℃의 질소분위기에서 1시간의 가열처리를 행한다. 이에 따라, 피조사체가 되는 반도체막을 형성할 수 있다. 상기 가열처리 대신에, 상기 반도체막에 니켈원소 등을 첨가하여, 금속핵을 바탕으로 고상성장시키는 처리를 행해도 된다. 이에 따라, 반도체소자의 신뢰성 등의 향상을 기대할 수 있다. 상기 처리의 상세한 것은, 종래기술에 기술되었다.
다음에 레이저 발진기(101)의 예를 나타낸다. 레이저 발진기(101)의 최적의레이저 발진기 중 하나는, 예를 들면, LD 여기식 CW 레이저 발진기가 있다. 이러한 CW 레이저 발진기 중에서, 반도체막에 비교적 흡수가 높은 것은, 예를 들면 YVO4레이저의 제2 고조파로, 파장 532nm이다. 시판되고 있는 레이저 발진기가 사용될 경우, 그 출력은 10W 정도, TEMoo모드인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 출력이 10W를 초과하면 레이저빔의 발진모드가 악화하여, 빔의 균일성에 영향을 줄 가능성이 있다. 그렇지만, 빔스폿의 크기가 매우 작기 때문에, 출력이 큰 레이저 발진기를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 출력이 큰 것이라도 발진모드가 나쁘면, 원하는 레이저빔이 조사면에서 형성할 수 없을 가능성도 있기 때문에 주의가 필요하다.
다음에, 선형 레이저빔을 상기 반도체막에 조사하는 예를, 도 9를 사용하여 나타낸다. 상기 반도체막은 도 1a, 도 1b 및 도 1c에서, 조사면(105)에 배치한다. 조사면(105)은, 조사면(105)을 포함하는 2차원 평면 상을 동작할 수 있는 스테이지에 올려져 있고, 예를 들면, 5cm/s∼200cm/s의 스피드로 주사시킬 수 있다. 제조하려는 디바이스가 예를 들면, 드라이버 일체형 액정표시장치인 경우, 드라이버회로의 영역(1901, 1902)에는 비교적 높은 에너지밀도의 선형 레이저빔이 요구되기 때문에, 예를 들면 도 3a 또는 도 3b에 나타낸 크기의 선형 레이저빔을 사용하여, 어닐링을 행한다. 즉, 도 9에서, 선형 레이저빔 1904 또는 선형 레이저빔 1905를 사용한다. 이때, 비교적 좁은 범위에 디바이스가 배열되어 있는 영역 1901에는, 선형 레이저빔의 길이가 짧은 것(예를 들면 도 3a인 것)을 사용하고, 비교적 넓은 범위에 디바이스가 배열되어 있는 영역 1902에는, 선형 레이저빔의 길이를 비교적 긴 것을 사용하면 된다. 그렇지만, 너무 선형 레이저빔의 길이를 길게 하면, 에너지밀도가 지나치게 작아져, 고성능이 요구되는 드라이버회로에는 적당하지 않은 에너지로 되어 버린다. 따라서, 선형 레이저빔의 길이의 변경은 에너지밀도의 변화를 생각하고 행할 필요가 있다. 고성능 디바이스에 적당한 레이저의 에너지밀도는, 0.01MW/cm2∼1MW/cm2정도이지만, 이것은 반도체막의 상태에 의해 변화되기 때문에, 실시자가 적절히 최적값을 구할 필요가 있다. 도 9에서, 반도체소자의 화소영역에는, 너무 고속동작을 하는 디바이스가 요구되지 않기 때문에, 가장 에너지밀도가 낮은 선형 레이저빔(도 3c)을 사용하여, 처리시간을 단축한다. 즉, 도 9에서는, 선형 레이저빔 1906을 사용한다. 이상과 같이, 줌기능을 구비한 광학계를 사용하면, 매우 효율적으로 반도체막을 어닐링할 수 있다. 줌기능에 있어서, 선형 레이저빔의 폭의 길이를 변경하는 것은 그다지 의미가 없으므로, 줌렌즈에는, 원통렌즈를 사용하여, 일방향으로밖에 작용하지 않은 것을 사용해도 된다. 그렇지만, 원통렌즈보다는, 구면렌즈를 사용하는 것이 제조정밀도가 나오기 때문에, 어느 쪽을 사용하는지는 실시자에게 맡긴다. 이때, 반도체막 상에서의 선형 레이저빔의 위치제어로는, CCD 카메라나 화상처리시스템을 병용함으로써, 용이하게 실현할 수 있다. 이 위치결정 제어는, 미리 반도체막에 마커 등을 패터닝해 두는 방법이나, 레이저빔의 조사 궤적을 보고, 패터닝의 장소를 조정하는 방법 등이 있다.
상기 본 발명에 나타낸 선형 레이저빔은 보다 균일한 레이저 어닐링을 행할 수 있다. 또한, 본 발명은, 특히 반도체막의 결정화나 결정성의 향상, 불순물원소의 활성화를 행하는 데 적용될 수 있다. 또한, 선형 레이저빔의 길이를 디바이스의 크기에 따라 최적화시킴으로써, 디자인룰의 제한을 완화하고, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 그리고, 그 균일성이 높은 레이저빔을 사용하여 결정화시킴으로써 균일성이 높은 결정성 반도체막을 형성할 수 있어, TFT의 전기적특성의 변동을 감소할 수 있다. 더욱이, 본 발명을 이용한 액티브 매트릭스형 액정표시장치로 대표되는 반도체장치에 있어서, 반도체장치의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 종래의 레이저 어닐링방법과 같이 기체 레이저를 사용한 것은 아니며 고체 레이저를 사용할 수 있으므로, 반도체장치의 제조비용을 감소할 수 있다.
[실시형태 2]
본 실시형태에서는, 2개의 레이저빔을 합성하여 보다 긴 선형 레이저빔을 형성하는 예를 나타낸다. 또한, 그 장치를 사용하여 반도체막을 레이저 어닐링하는 예를 나타낸다.
우선, 모두 직선편광의 2개의 레이저 발진기(1401, 1409)를 사용하여 긴 선형 레이저빔을 형성하는 방법을 도 4에 따라 설명한다. 레이저 발진기(1401)로부터 사출되는 레이저빔은 미러(1402)에 의해 편향되고, 1/2λ판(1403)에 의해 편광방향을 90° 회전시킨다. 상기 편광방향의 회전된 레이저빔은, TFP(1404)(Thin Film Plate Polarizer)를 투과하도록 배치하고, 회절광학(1405)에 입사된다. 본 실시형태에서는 TFP를 사용하지만, 기타 유사의 기능을 갖는 것을 사용해도 된다. 그리고, 화상(1406)에 에너지분포가 균일하고, 직사각형 형태의 빔을 형성한다. 더욱이, 줌기능을 구비한 광학계(1407)에 빔을 입사시켜, 화상(1406)을 조사면(1408)에 투영한다. 한편, 레이저 발진기(1409)로부터 사출되는 레이저빔은, 미러(1410)에 의해 편향되고, TFP(1404)에 브루스터(Brewster) 각으로 입사시킨다. 이에 따라 TFP(1404) 표면에서 빔의 반사가 발생하고, 2개의 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔은 이 TFP(1404)로부터 출력된 후 합성된다. 그 합성된 레이저빔은, 회절광학(1405)에 의해, 화상(1406)에 에너지분포가 균일하고, 직사각형 형태의 빔스폿을 형성한다. 더욱이, 줌기능을 구비한 광학계(1407)에 레이저빔을 입사시켜, 화상(1406)을 조사면(1408)에 투영한다. 이에 따라, 2대의 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔이 조사면(1408)에 합성되어 투영된다. 레이저 발진기가 2대 합성된 것에 의해, 선형 레이저빔의 길이는, 실시형태 1에서 나타낸 것의 배정도를 얻을 수 있다. 예를 들면, 높은 에너지밀도가 요구되는 영역에도, 길이 1mm 정도의 선형 레이저빔을 적용하는 것이 가능하게 되어, 보다 고밀도로 집적된 고속동작을 기대할 수 있는 디바이스의 형성이 가능하게 된다.
도 8은 시스템화한 레이저 조사장치를 나타낸다. 레이저 발진기는 2대 사용되고, 레이저 발진기(1801a, 1802b)로부터 사출된 레이저빔은, 도 8에 도시하지 않은 광학계에 의해 합성되고, 레이저빔을 투과시키기 위해 플레이트(1802)에 설치된 레이저 사출구(1803)를 그대로, 반도체막(1809)에 도입한다. 2대의 레이저 발진기(1801a, 1801b)는, 플레이트(1802) 상에 배치되고, 그 플레이트에는, 반도체막의 위치제어용 CCD 카메라(1804a, 1804b)가 설치된다. 카메라가 2대인 것은, 보다 위치결정 정밀도를 높게 하기 위해서고, 그 정밀도는, 용도에도 의하지만 통상 수 ㎛ 정도 필요하다. 디스플레이(1805)는, CCD 카메라에 의해 도입된 영상을 보는 디스플레이로, 이 화상처리시스템으로부터 얻어진 위치정보에 의거하여, 반도체막(1809)을 회전 스테이지(1808)에 의해 회전시켜, 반도체 디바이스의 배열방향과 선형 레이저빔의 주사방향을 일치시킨다. 이 경우에, CCD 카메라의 위치에 자유도가 없기 때문에, X축 스테이지(1806)와 Y축 스테이지(1807)도 동시에 움직여, 위치결정을 하여도 된다.
반도체막(1809)의 위치정보를 화상처리시스템에 의해 파악한 후, 반도체막(1809)의 원하는 위치에 선형 레이저빔을 조사한다. 여기서, 선형 레이저빔의 길이(즉, 에너지밀도)나, 필요한 에너지에 의해, 주사의 속도를 조정한다. 예를 들면, 고속동작이 필요한 드라이버 일부분이면, 5cm/s∼100cm/s 정도의 주사속도가 적당하고, 화소의 부분이면 비교적 고속동작을 요구되지 않기 때문에, 50cm/s에서 수m/s 정도의 주사속도로 스테이지를 동작시키면 된다. 이와 같이 스테이지의 동작속도가 비교적 고속이기 때문에, 이 시스템은 방진대(1810) 상에 구축하는 것이 바람직하다. 어떠한 경우에는, 액티브 방진대가 진동을 더 감소하기 위해 필요하다. 혹은, X축 스테이지(1806)와 Y축 스테이지(1807)에 에어 부상식 완전 비접촉의 리니어모터를 사용함으로써, 베어링의 마찰로 인한 진동을 억제하여도 된다.
상기 본 발명이 나타낸 선형 레이저빔을 사용하여 반도체막에 조사하면 보다 균일한 레이저 어닐링을 행할 수 있다. 또한, 본 발명은, 특히 반도체막의 결정화나 결정성의 향상, 불순물원소의 활성화를 행하는 데 적합하다. 또한, 선형 레이저빔의 길이를 디바이스의 크기에 따라 최적화시킴으로써, 디자인룰의 제한을 완화하고, 스루풋을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 그리고, 그 균일성이 높은 레이저빔을 사용하여 결정화시킴으로써 균일성이 높은 결정성 반도체막을 형성할 수 있어, TFT의 전기적 특성의 변동을 감소할 수 있다. 더욱이, 본 발명을 이용한 액티브 매트릭스형 액정표시장치로 대표되는 반도체장치에서, 반도체장치의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 종래의 레이저 어닐링방법에서 사용된 기체 레이저를 사용하지 않고 고체 레이저를 사용할 수 있으므로, 반도체장치의 제조비용을 감소할 수 있다.
[실시형태 3]
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 기재한 광학계와는 다른 줌기능을 구비한 광학계의 예를 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 따라 나타낸다. 본 실시형태에 나타낸 줌기능은, 불연속이지만 수차가 억제된 시스템을 갖고, 균일한 레이저 어닐링이 수행될 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c에서, 레이저 발진기(1601)를 사출하는 레이저빔을 광학계(1602)로 직사각형으로 에너지분포가 균일한 빔으로 변환한다. 그 직사각형 레이저빔으로 형성된 화상(1603)은 매우 균일한 에너지분포로 할 수 있어, 예를 들면, 광학계(1602)로서 회절광학을 사용하면, ±5% 이내의 에너지분포를 갖는 빔의 형성도 가능하다. 더욱이, 균일한 레이저빔을 얻기 위해서는, 레이저 발진기(1601)의 빔 품질이 높은 것이 중요하고, 예를 들면 TEMoo모드에서 발생된 레이저빔을 사용하면, 그 균일성은 더 높일 수 있는 것을 기대할 수 있다. 또한, LD 여기식 레이저 발진기를 사용하면 매우 출력이 안정되므로, 레이저 어닐링의 균일성 향상에는 효과적이다.
광학계(1602)에 의해, 형상이 직사각형으로 변환되어 에너지분포가 균일화된 화상(1603)은, 단위공역비 디자인(finite conjugate design)이라고 부르는 릴레이 시스템(1604a)에 의해, 크기가 변환되어 조사면(1605)에 결상된다. 예를 들면, 도 6a인 경우, 그 공역비는 2:1이기 때문에, 화상(1603)의 확대율은, 1/2이 된다. 따라서, 예를 들면, 화상(1603)의 크기를 1mm×0.02mm으로 하면, 조사면(1605)에서의 상의 크기는 0.5mm×0.01mm로 된다. 선형 레이저빔이 장축방향으로만 확대 또는 축소되면, 릴레이 시스템을 원통렌즈로 구성하여도 된다. 도 7a는 릴레이 시스템을 원통렌즈로 한 경우의 광학설계 소프트웨어에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 그 결과는, 화상(1603)을 1mm×0.02mm으로 하여, 선형 레이저빔의 길이가 1/2이 되도록 원통렌즈를 배치한 것이다. 조사면(1605)에서 매우 균일한 레이저빔이 형성되는 것은 절삭한다. 광학계는, 이하에 설명된 위치에 배치된 렌즈들을 구비한다. 우선, 초점거리 400mm의 평볼록 원통렌즈를, 화상(1603)의 후방 400mm의 위치에 배치하고, 상기 평볼록 원통렌즈의 평면부를 화상(1603)을 향한다. 볼록부의 후방 10mm인 곳에, 초점거리 200mm의 평볼록 원통렌즈를 배치한다. 이때 평면부는 조사면(1605)으로 향하여, 평면부와 조사면의 거리를 200mm으로 한다. 이에 따라 화상(1603)으로부터 조사면(1605)까지, 광로길이 약 600mm의 릴레이 시스템을 구축할 수 있다.
조사면(1605)에서, 선형 레이저빔의 크기를 변경할 때는, 릴레이 시스템 1604a를 릴레이 시스템 1604b로 교환하여 행한다. 릴레이 시스템 1604b는, 그 공역비가 3:1이고, 화상(1603)의 확대율은, 1/3이 된다. 릴레이 시스템의 교환방법은, 적절히 실시자가 결정하면 되지만, 예를 들면, 리볼버(revolver)와 같은 것으로 회전시켜 자동으로 행하는 것이 바람직하다. 이때, 광로길이를 일정하게 유지하기 위해, 릴레이 시스템 1604b의 광학계의 광로길이를, 릴레이 시스템 1604a의 광학계인 것과 동일한 것으로 한다. 예를 들면, 초점거리 450mm의 평볼록 원통렌즈를, 화상(1603)의 후방 450mm의 위치에 배치하고, 상기 평볼록 원통렌즈의 평면부를 화상(1603)으로 향한다. 볼록부의 후방 10mm인 곳에, 초점거리 150mm의 평볼록 원통렌즈를 배치한다. 이때 평면부는 조사면(1605)으로 향하여, 평면부와 조사면의 거리를 150mm으로 한다. 이에 따라 화상(1603)으로부터 조사면(1605)까지, 광로길이 약 600mm 릴레이 시스템을 구축할 수 있다.
이상과 같은 방식으로, 공역비가 4:1인 릴레이 시스템 1604c를 제조한다. 예를 들면, 초점거리 480mm의 평볼록 원통렌즈를, 화상(1603)의 후방 480mm의 위치에 배치하고, 상기 평볼록 원통렌즈의 평면부를 화상(1603)으로 향한다. 볼록부의 후방 10mm인 곳에, 초점거리 120mm의 평볼록 원통형렌즈를 배치한다. 이때 평면부는 조사면(1605)으로 향하여, 평면부와 조사면의 거리를 120mm으로 한다. 이에 따라 화상(1603)로부터 조사면(1605)까지, 광로길이 약 600mm의 릴레이 시스템을 구축할 수 있다.
이상과 같은 구성은, 선형 레이저빔의 길이가 연속적으로 변화되는 구성과 비교하여, 불요성으로 인해 불편한 것처럼 생각되지만, 실제의 공정에서는, 선형 레이저빔의 길이를 그 정도 변화시킬 필요는 없고, 여러 종류의 길이를 얻기에 충분한 경우가 대부분이다. 따라서, 현미경과 같이 배율이 여러 종류 있는 광학계로 하는 구성이라도, 본 공정에는 문제없이 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 3종류의 선형 레이저빔의 길이를 나타냈지만, 이것을 예를 들면 도 9에 나타낸 반도체막의 어닐링에 적용하면, 연속적으로 길이가 변화되는 줌기능을 구비한 광학계와 같은 처리가 가능하게 된다. 이때, 반도체소자의 디자인룰이 단순하면, 선형빔의 길이는 1종류로 끝나는 것은 말할 필요도 없다. 이 경우에도, 이러한 광학계를 사용하여 반도체막을 어닐링하면 매우 균일한 어닐링이 가능해지기 때문에, 본 발명은 효과적이다.
상기 본 발명이 나타내는 선형 레이저빔을 반도체막에 조사하면 보다 균일한 레이저 어닐링을 행할 수 있다. 또한, 본 발명은, 특히 반도체막의 결정화나 결정성의 향상, 불순물원소의 활성화를 행하는 데 적합하다. 또한, 선형 레이저빔의 길이를 디바이스의 크기에 따라 최적화시킴으로써, 디자인룰의 제한을 완화하고, 스루풋을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 그리고, 그 균일성이 높은 레이저빔을 사용하여 결정화시킴으로써 균일성이 높은 결정성 반도체막을 형성할 수 있어, TFT의 전기적 특성의 변동을 감소할 수 있다. 더욱이, 본 발명을 이용한 액티브 매트릭스형 액정표시장치로 대표되는 반도체장치에 있어서, 반도체장치의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 종래의 레이저 어닐링방법에서사용된 기체 레이저를 사용하지 않고 고체 레이저를 사용할 수 있으므로, 반도체장치의 제조비용을 감소할 수 있다.
[실시형태 4]
지금까지는, 레이저 발진기를 1대 또는 2대 사용한 예를 나타냈다. 본 실시형태에서는, 레이저 발진기를 3대 이상 사용한 예를 나타낸다.
도 5는 레이저 발진기를 5대 사용한 예를 나타낸다. 레이저 발진기(1501a∼1501e)로부터 사출된 레이저빔은, 광학계(1502a∼1502e)에 각각 입사하고, 평면(1503)에서, 에너지분포가 균일한 직사각형으로 변환된다. 레이저빔이 주행하는 방향은 레이저 발진기의 위치에 의존하므로, 각각 다른 방향으로부터 그 사출된 레이저빔이 평면(1503)으로 향한다. 이 때문에, 각 광학계(1502a∼1502e)로부터 사출되는 레이저빔의 방향을 서로 다르게 하지 않으면, 평면(1503)에서 하나로 합성할 수 없다. 이러한 것을 가능하게 하는 광학계에는, 예를 들면 회절광학이 있다. 광학계(1502a∼1502e)에 의해, 5대의 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔은, 평면(1503)에서, 크게 에너지분포가 균일한 레이저빔으로 변환된다. 평면(1503)에 나오는 레이저빔의 화상은, 줌기능을 갖는 광학계(1504)를 통해 조사면(1505)에 결상된다. 이에 따라, 레이저 발진기 5대분의 길이를 갖는 선형 레이저빔을 형성할 수 있다. 그 길이는, 예를 들면, 각각의 레이저 발진기의 출력을 10W로 하는 경우, 2mm∼5mm 정도가 된다고 예상된다. 반도체막의 5mm 폭이 한번에 결정화할 수 있으면, 그 영역에는 액정표시장치를 구동시키는 드라이버회로가 전부포함되기 때문에, 매우 유용한 장치가 된다.
상기 본 발명에 나타낸 선형 레이저빔을 반도체막에 조사하면, 균일한 레이저 어닐링을 행할 수 있다. 또한, 본 발명은, 특히 반도체막의 결정화나 결정성의 향상, 불순물원소의 활성화를 행하는 데 적합하다. 또한, 선형 레이저빔의 길이를 디바이스의 크기에 따라 최적화시킴으로써, 디자인룰의 제한을 완화하고, 스루풋을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 그리고, 그 균일성이 높은 레이저빔을 사용하여 결정화시킴으로써 균일성이 높은 결정성 반도체막을 형성할 수 있어, TFT의 전기적 특성 변동을 감소할 수 있다. 더욱이, 본 발명을 이용한 액티브 매트릭스형 액정표시장치로 대표되는 반도체장치에 있어서, 반도체장치의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 종래의 레이저 어닐링방법에서 사용된 기체 레이저를 사용하지 않고 고체 레이저를 사용할 수 있으므로, 반도체장치의 제조비용을 감소할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 액티브 매트릭스기판의 제조방법에 대하여 도 10a∼도 13을 사용하여 설명한다. 본 명세서에서는 CMOS 회로 및 구동회로와, 화소 TFT, 유지용량이 동일기판 상에 형성된 기판을, 편의상 액티브 매트릭스 기판이라 부른다.
우선, 본 실시예에서는 바륨보로실리케이트 유리, 또는 알루미노보로실리케이트 유리 등의 유리로 이루어진 기판(400)을 사용한다. 이때, 기판(400)으로서는, 석영기판, 실리콘기판, 금속기판 또는 스테인레스기판의 표면에 절연막을 형성한 것을 사용해도 된다. 또한, 본 실시예의 처리온도에 견딜 수 있는 내열성이 있는플라스틱 기판을 사용해도 되며, 가요성 기판을 사용해도 된다. 이때, 본 발명은 에너지분포가 동일한 선형 레이저빔을 용이하게 형성할 수 있으므로, 복수의 레이저빔에 의해 대면적기판을 효과적으로 어닐링하는 것이 가능하다.
이어서, 기판(400) 상에 산화실리콘막, 질화실리콘막 또는 산화질화실리콘막 등의 절연막으로 이루어진 하지막(401)을 공지의 수단에 의해 형성한다. 본 실시예에서는 하지막(401)으로서 2층구조를 사용하지만, 절연막의 단층막 또는 2층 이상 적층시킨 구조를 사용해도 된다.
이어서, 하지막 상에 반도체막을 형성한다. 반도체막은 공지의 방법(스퍼터링법, LPCVD법, 또는 플라즈마 CVD법 등)에 의해 25nm∼200nm(바람직하게는 30nm∼150nm)의 두께로 반도체막을 형성하고, 레이저 결정화법에 의해 결정화시킨다. 레이저 결정화법은, 실시형태 1 또는 실시형태 2, 또는 이들 실시형태를 조합하여, 레이저빔을 반도체막에 조사한다. 본 실시예에서 사용된 레이저 발진기는, CW 레이저빔을 발생하는, 고체 레이저, 기체 레이저 또는 금속 레이저가 바람직하다. 이때, 고체 레이저로서는, YAG 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, YAlO3레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 등이 있고, 기체 레이저로서는, Ar 레이저, Kr 레이저, CO2레이저 등이 있으며, 금속 레이저로서는 헬륨카드뮴 레이저 등을 들 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 CW 레이저 발진뿐만 아니라, 펄스 레이저 발진기를 사용할 수 있다. 만략 실용화할 수 있으면 CW 엑시머 레이저도 본 발명에 사용할 수 있다. 물론, 레이저 결정화법 뿐만 아니라, 다른 공지의 결정화법(RTA, 열결정화법, 결정화를 촉진하는 금속원소를 사용한 열결정화법 등)과 조합하여 행해도 된다. 반도체막으로서는, 비정질 반도체막, 미세결정 반도체막, 결정성 반도체막 등이 있고, 비정질 실리콘 게르마늄막, 비정질 실리콘 카바이드막 등의 비정질구조를 갖는 화합물 반도체막을 적용해도 된다.
본 실시형태에서는, 플라즈마 CVD법을 사용하여, 50nm의 비정질 실리콘막을 형성하고, 이 비정질 실리콘막에 결정화를 촉진하는 금속원소를 사용한 열결정화법 및 레이저 결정화법을 행한다. 금속원소로서 니켈을 사용하고, 용액도포법에 의해 비정질 실리콘막 상에 도입한 후, 550℃에서 5시간의 열처리를 행하여 제1 결정성 실리콘막을 얻는다. 그리고, 출력 10W의 CW의 YVO4레이저로부터 사출된 레이저광을 비선형 광학소자에 의해 제2 고조파로 변환한 후, 실시형태 1∼4에 나타낸 방법 중 어느 하나 또는 그것들을 조합한 방법에 따라 레이저 어닐링을 행하여, 제2 결정성 실리콘막을 얻는다. 이때, 도 8에 나타낸 화상처리 시스템을 사용함으로써, 반도체막 상에 형성하는 TFT의 디자인룰에 따라 반도체막을 어닐링할 수 있다. 디자인룰에 따라 선형 레이저빔의 길이를 변경하여, 효과적으로 반도체막을 어닐링할 수 있다. 또한, 특히 특성이 높은 TFT가 형성되는 영역에는, 대입경 결정을 형성하도록 높은 에너지밀도(즉, 선형 레이저빔의 길이를 비교적 짧게 한다.)로 레이저를 조사한다. 한편, 비교적 높은 특성이 요구되지 않는 TFT가 형성되는 영역에는, 낮은 에너지밀도(즉, 선형 레이저빔을 비교적 길게 한다.)로 레이저를 조사하면 된다. 구체적인 레이저 조사의 조건은 하기를 참고로 하면 된다. 제1 결정성 실리콘막에 레이저빔을 조사하여 제2 결정성 실리콘막을 형성함으로써, 결정성이 향상된다. 이때의 에너지밀도는 0.01∼100MW/cm2정도(바람직하게는 0.1∼10MW/cm2)가 필요하다. 그리고, 0.5∼2000cm/s 정도의 속도로 레이저빔에 대하여 상대적으로 스테이지를 움직여 조사하여, 제2 결정성 실리콘막을 형성한다.
물론, 제1 결정성 실리콘막을 사용하여 TFT를 제조하는 것도 할 수 있지만, 제2 결정성 실리콘막은 결정성이 향상되어 있기 때문에, TFT의 전기적 특성이 향상하므로 바람직하다.
이와 같이 하여 얻어진 결정성 반도체막을 포토리소그래피법을 사용한 패터닝처리에 의해, 반도체층(402∼406)을 형성한다.
또한, 그 반도체층(402∼406)을 형성한 후, TFT의 임계치를 제어하기 위해 미량의 불순물(붕소 또는 인)을 도핑하여도 된다.
이어서, 반도체층(402∼406)을 덮는 게이트 절연막(407)을 형성한다. 게이트 절연막(407)은, 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법을 사용하고, 두께를 40nm∼150nm로서 실리콘을 포함하는 절연막으로 형성한다. 본 실시예에서는, 플라즈마 CVD법에 의해 110nm의 두께로 산화질화실리콘막을 형성한다. 물론, 게이트 절연막은 산화질화실리콘막에 한정되는 것은 아니며, 다른 절연막을 단층 또는 적층구조로서 사용해도 된다.
이어서, 게이트 절연막(407) 상에 막두께 20nm∼100nm의 제1 도전막(408)과, 막두께 100∼400nm의 제2 도전막(409)을 적층형성한다. 본 실시예에서는, 막두께 30nm의 TaN막으로 이루어진 제1 도전막(408)과, 막두께 370nm의 W막으로 이루어진 제2 도전막(409)을 적층형성한다. TaN막은 스퍼터링법으로 형성하고, Ta의 타겟을사용하여, 질소를 포함하는 분위기 내에서 스퍼터링한다. 또한, W막은, W의 타겟을 사용한 스퍼터링법으로 형성하였다. 그 외에 6불화텅스텐(WF6)을 사용하는 열 CVD법으로 형성할 수도 있다. 어떻게 해서라도, 게이트전극으로서 사용하기 위해서는 저저항화를 도모할 필요가 있어, W막의 저항률은 20μΩcm 이하로 하는 것이 바람직하다.
이때, 본 실시예에서는, 제1 도전막(408)을 TaN, 제2 도전막(409)을 W로 하고 있지만, 특별히 한정되지 않고, 어느 것이나 Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu, Cr 및 Nd로부터 선택된 원소, 또는 그 원소를 주성분으로 하는 합금재료 또는 화합물재료로 형성해도 된다. 또한, 인 등의 불순물을 포함한 다결정 실리콘막으로 대표되는 반도체막을 사용해도 된다. 또한, AgPdCu 합금을 사용해도 된다.
다음에, 포토리소그래피법을 사용하여 레지스트로 이루어진 마스크(410∼415)를 형성하고, 전극 및 배선을 형성하기 위한 제1 식각처리를 행한다. 제1 식각처리에서는 제1 및 제2 식각조건으로 행한다(도 10b). 본 실시예에서는 제1 식각조건으로서, ICP(Inductively Coupled Plasma:유도결합형 플라즈마)식각법을 사용하고, 식각용 가스로 CF4, Cl2및 O2를 사용하여, 각각의 가스유량비를 25:25:10(sccm)으로 하고, 1.0Pa의 압력으로 코일형 전극에 500W의 RF(13.56MHz) 전력을 투입하고 플라즈마를 생성하여 식각을 행한다. 기판측(시료스테이지)에도 150W의 RF(13.56MHz) 전력을 투입하여, 실질적으로 네가티브 자기 바이어스 전압을 인가한다. 이 제1 식각조건에 의해 W막을 식각하여 제1 도전층의 단부를 테이퍼 형상으로 한다.
이 후, 레지스트로 이루어진 마스크(410∼415)를 제거하지 않고 제2 식각조건으로 변경하여, 식각용 가스로 CF4와 Cl2를 사용하고, 각각의 가스유량비를 30:30(sccm)으로 하여, 1.0Pa의 압력으로 코일형 전극에 500W의 RF(13.56MHz)전력을 투입하고 플라즈마를 생성하여 약 30초 정도의 식각을 행한다. 기판측(시료스테이지)에도 20W의 RF(13.56MHz)전력을 투입하고, 실질적으로 네가티브 자기 바이어스 전압을 인가한다. CF4와 Cl2를 혼합한 제2 식각조건으로서는 W막 및 TaN막도 동일한 정도로 식각된다. 이때, 게이트 절연막 상에 찌꺼기를 남기지 않고 식각하기 위해서는, 10∼20% 정도의 비율로 식각시간을 증가시키면 된다.
상기 제1 식각처리에서는, 레지스트로 이루어진 마스크의 형상을 적합한 것으로 함으로써, 기판측에 인가하는 바이어스 전압의 효과에 의해 제1 도전층 및 제2 도전층의 단부가 테이퍼형상이 된다. 이 테이퍼부의 각도는 15∼45°가 된다. 이렇게 해서, 제1 식각처리에 의해 제1 도전층과 제2 도전층으로 이루어진 제1 형상의 도전층(417∼422)(제1 도전층(417a∼422a)과 제2 도전층(417b∼422b))을 형성한다. 도면부호 416은 게이트 절연막으로, 제1 형상의 도전층(417∼422)으로 덮어지지 않은 영역은 20∼50nm 정도 식각되어 얇아진 영역이 형성된다.
이어서, 레지스트로 이루어진 마스크를 제거하지 않고 제2 식각처리를 행한다(도 10c). 여기서는, 식각용 가스로 CF4, Cl2및 O2를 사용하여, W막을 선택적으로 식각한다. 이때, 제2 식각처리에 의해 제2 도전층(428b∼433b)을 형성한다. 한편, 제1 도전층(417a∼422a)은, 거의 식각되지 않고, 제2 형상의 도전층(428∼433)을 형성한다.
그리고, 레지스트로 이루어진 마스크를 제거하지 않고 제1 도핑처리를 행하고, 결정성 반도체층에 n형을 부여하는 불순물원소를 저농도로 도핑한다. 제1 도핑처리는 이온도핑법 또는 이온주입법으로 행하면 된다. 이온도핑법의 조건은, 도우즈량을 1×1013∼5×1014ions/cm2으로 하고, 가속전압을 40∼80keV로서 행한다. 본 실시예에서는 도우즈량을 1.5×1013ions/cm2으로 하고, 가속전압을 60keV로서 행한다. n형을 부여하는 불순물원소로서 15족에 속하는 원소, 전형적으로는 인(P) 또는 비소(As)를 사용하지만, 본 실시예에서는 인(P)을 사용한다. 도전층(428∼433)이 n형을 부여하는 불순물원소에 대한 마스크가 되어, 자기정합적으로 불순물영역(423∼427)이 형성된다. 불순물영역(423∼427)에는 1×1018∼1×1020atoms/cm3의 농도범위로 n형을 부여하는 불순물원소를 도핑한다.
레지스트로 이루어진 마스크를 제거한 후, 새롭게 레지스트로 이루어진 마스크(434a∼434c)를 형성하여 제1 도핑처리에서보다도 높은 가속전압으로 제2 도핑처리를 행한다. 이온도핑법의 조건은 도우즈량을 1×1013∼1×1015ions/cm2으로 하고, 가속전압을 60∼120keV로서 행한다. 도핑처리는 제2 도전층(428b∼432b)을 불순물원소에 대한 마스크로서 사용하고, 제1 도전층의 테이퍼부의 아래쪽의 반도체층에 불순물원소가 도핑되도록 도핑한다. 계속해서, 제2 도핑처리보다 가속전압을 하강시켜 제3 도핑처리를 행하여 도 11a의 상태를 얻는다. 이온도핑법의 조건은, 도우즈량을 1×1015∼1×1017ions/cm2으로 하고, 가속전압을 50∼100keV로서 행한다. 제2 도핑처리 및 제3 도핑처리에 의해, 제1 도전층과 겹치는 저농도 불순물영역(436, 442, 448)에는 1×1018∼5×1019atoms/cm3의 농도범위로 n형을 부여하는 불순물원소가 도핑되고, 고농도 불순물영역(435, 438, 441, 444, 447)에는 1×1019∼5×1021atoms/cm3의 농도범위로 n형을 부여하는 불순물원소가 도핑된다.
물론, 적당한 가속전압으로 조정함으로써, 제2 도핑처리 및 제3 도핑처리를 하지 않고 한번만의 도핑처리로, 저농도 불순물영역 및 고농도 불순물영역을 형성하는 것도 가능하다.
이어서, 레지스트로 이루어진 마스크를 제거한 후, 새롭게 레지스트로 이루어진 마스크(450a∼450c)를 형성하여 제4 도핑처리를 한다. 이 제4 도핑처리에 의해, p채널형 TFT의 활성층이 되는 반도체층에 일도전형과는 반대의 도전형을 부여하는 불순물이 도핑된 불순물영역(453∼456, 459, 460)을 형성한다. 제2 도전층(428a∼432a)을 불순물원소에 대한 마스크로서 사용하고, p형을 부여하는 불순물을 도핑하여 자기 정합적으로 불순물영역을 형성한다. 본 실시예에서는, 불순물영역(453∼456, 459, 460)은 디보란(B2H6)을 사용한 이온도핑법으로 형성한다(도 11b). 이 제4 도핑처리일 때는, n채널형 TFT를 형성하는 반도체층은 마스크(450a∼450c)로 덮어져 있다. 제1 내지 제3 도핑처리에 의해, 불순물영역438, 439에는 각각 다른 농도로 인이 도핑되어 있지만, 그 어느쪽의 영역에서도 p형을 부여하는 불순물 농도를 1×1019∼5×1021atoms/cm3이 되도록 도핑처리함으로써, p채널형 TFT의 소스영역 및 드레인영역으로서 기능하기 때문에 아무런 문제는 생기지 않는다.
이상까지의 공정에서, 각각의 반도체층에 불순물영역이 형성된다.
이어서, 레지스트로 이루어진 마스크(450a∼450c)를 제거한 후, 제1 층간절연막(461)을 형성한다. 이 제1 층간절연막(461)으로서는, 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법을 사용하여, 두께를 100∼200nm으로서 실리콘을 함유한 절연막으로 형성한다. 본 실시예에서는, 플라즈마 CVD법에 의해 막두께 150nm의 산화질화실리콘막을 형성하였다. 물론, 제1 층간절연막(461)은 산화질화실리콘막에 한정되는 것은 아니며, 다른 실리콘을 함유한 절연막을 단층 또는 적층구조로서 사용해도 된다.
이어서, 예를 들면 레이저빔을 조사하여, 반도체층의 결정성의 회복, 각각의 반도체층에 도핑된 불순물을 활성화한다. 레이저조사에 의한 활성화로는, 실시형태 1∼4 중 어느 하나, 또는 이들 실시형태를 조합하여, 레이저빔을 반도체막에 조사한다. 관련된 레이저 발진기는, CW 고체 레이저, 기체 레이저 또는 금속 레이저가 바람직하다. 이때, 고체 레이저로서는 CW의 YAG 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, YAlO3레이저, Y2O3레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 등이 있고, 기체 레이저로서는 Ar 레이저, Kr 레이저, CO2레이저 등이 있으며, 금속 레이저로서는 CW 헬륨카드뮴 레이저 등을 들 수 있다. 만약 실용화할 수 있는 것이면,CW 엑시머 레이저도 본 발명에 적용할 수 있다. 이때, CW 레이저를 사용하는 것이면, 레이저빔의 에너지밀도는 0.01∼100MW/cm2정도(바람직하게는 0.1∼10MW/cm2)가 필요하고, 레이저빔에 대하여 상대적으로 기판을 0.5∼2000cm/s의 속도로 이동시킨다. 또한, 활성화일 경우, 펄스 레이저 발진기를 사용해도 되지만, 이때는 주파수 300Hz 이상으로 하고, 레이저 에너지밀도를 50∼1000mJ/cm2(대표적으로는 50∼500mJ/cm2)으로 하는 것이 바람직하다. 이때, 레이저빔을 50∼98% 오버랩시켜도 된다. 이때, 레이저 어닐링법 외에, 열어닐링법 및 급속 열 어닐링법(RTA 법) 등을 적용할 수 있다.
또한, 제1 층간절연막을 형성하기 전에 활성화를 해도 된다. 그러나, 사용한 배선재료가 열에 약한 경우에는, 본 실시형태와 같이 배선 등을 보호하기 위해 층간절연막(실리콘을 주성분으로 하는 절연막, 예를 들면 질화실리콘막)을 형성한 후에 활성화처리를 하는 것이 바람직하다.
그리고, 열처리(300∼550℃에서 1∼12시간의 열처리)를 행하면 수소화를 행할 수 있다. 이 공정은 제1 층간절연막(461)에 함유된 수소에 의해 반도체층의 댕글링 본드를 종단하는 공정이다. 제1 층간절연막의 존재에 관계없이 반도체층을 수소화할 수 있다.
이어서, 제1 층간절연막(461) 상에 무기절연재 또는 유기절연재로 이루어진 제2 층간절연막(462)을 형성한다. 본 실시예에서는, 막두께 1.6㎛의 아크릴 수지막을 형성하였지만, 점도가 10∼1000cp, 바람직하게는 40∼200cp인 것을 사용하여,표면에 요철이 형성되는 것을 사용한다.
본 실시예에서는, 직접 반사를 방지하기 위해, 표면에 요철이 형성되는 제2 층간절연막을 형성함으로써 화소전극의 표면에 요철을 형성하였다. 또한, 화소전극의 표면에 요철을 갖게 하여 광산란성을 도모하기 위해, 화소전극의 아래쪽 영역에 볼록부를 형성해도 된다. 그 경우, 볼록부의 형성은, TFT의 형성과 동일한 포토마스크로 행할 수 있기 때문에, 공정수의 증가없이 형성할 수 있다. 이때, 이 볼록부는 배선 및 TFT부 이외의 화소부영역의 기판 상에 적절히 설치하면 된다. 이렇게 해서, 볼록부를 덮는 절연막의 표면에 형성된 요철에 따라 화소전극의 표면에 요철이 형성된다.
또한, 제2 층간절연막(462)으로서 표면이 평탄화하는 막을 사용해도 된다. 그 경우는, 화소전극을 형성한 후, 공지의 샌드 블라스트법이나 식각법 등의 공정을 추가하여 표면을 요철화시켜, 직접반사를 방지하여, 반사광을 산란시킴으로써 백색도를 증가시키는 것이 바람직하다.
그리고, 구동회로(506)에서, 각 불순물영역과 각각 전기적으로 접속하는 배선(464∼468)을 형성한다. 이때, 이들 배선은, 막두께 50nm의 Ti막과, 막두께 500nm의 합금막(Al과 Ti의 합금막)의 적층막을 패터닝하여 형성한다. 물론, 2층구조로 한정되지 않고, 단층구조이어도 되며, 3층 이상의 적층구조이어도 된다. 또한, 배선의 재료로서는, Al과 Ti에 한정되지 않는다. 예를 들면, TaN막 상에 Al 또는 Cu를 형성하고, Ti막을 더 형성한 적층막을 패터닝하여 배선을 형성해도 된다(도 12).
또한, 화소부(507)에서는, 화소전극(470), 게이트배선(469), 접속전극(468)을 형성한다. 이 접속전극(468)에 의해 소스배선(443a와 443b의 적층)은, 화소 TFT와 전기적인 접속이 형성된다. 또한, 게이트배선(469)은, 화소 TFT의 게이트전극과 전기적인 접속이 형성된다. 또한, 화소전극 470은, 화소 TFT의 드레인영역(442)과 전기적인 접속이 형성되고, 더욱이 유지용량을 형성하는 한쪽의 전극으로서 기능하는 반도체층(458)과 전기적인 접속이 형성된다. 또한, 화소전극 471로서는, Al 또는 Ag를 주성분으로 하는 막, 또는 그것들의 적층막 등의 반사성이 뛰어난 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 하여, n채널형 TFT(501)와 p채널형 TFT(502)로 이루어진 CMOS회로 및 n채널형 TFT(503)를 갖는 구동회로(506)와, 화소 TFT(504), 유지용량(505)을 갖는 화소부(507)를 동일기판 상에 형성할 수 있다. 이렇게 해서, 액티브 매트릭스기판이 완성된다.
구동회로(506)의 n채널형 TFT(501)은 채널형성영역(437), 게이트전극의 일부를 구성하는 제1 도전층(428a)과 겹치는 저농도 불순물영역(436)(GOLD 영역), 소스영역 또는 드레인영역으로서 기능하는 고농도 불순물영역(452)과, n형을 부여하는 불순물원소 및 p형을 부여하는 불순물원소가 도입된 불순물영역(451)을 가지고 있다. 이 n채널형 TFT(501)과 전극(466)으로 접속하여 CMOS 회로를 형성하는 p채널형 TFT(502)에는 채널형성영역(440)과, 소스영역 또는 드레인영역으로서 기능하는 고농도 불순물영역(454)와, n형을 부여하는 불순물원소 및 p형을 부여하는 불순물원소가 도핑된 불순물영역(453)을 갖는다. 또한, n채널형 TFT(503)에는채널형성영역(443), 게이트전극의 일부를 구성하는 제1 도전층(430a)과 겹치는 저농도 불순물영역(442)(GOLD 영역), 소스영역 또는 드레인영역으로서 기능하는 고농도 불순물영역(456)과, n형을 부여하는 불순물원소 및 p형을 부여하는 불순물원소가 도핑된 불순물영역(455)를 갖는다.
화소부의 화소 TFT(504)에는 채널형성영역(446), 게이트전극의 외측에 형성되는 저농도 불순물영역(445)(LDD 영역), 소스영역 또는 드레인영역으로서 기능하는 고농도 불순물영역(458)과, n형을 부여하는 불순물원소 및 p형을 부여하는 불순물원소가 도핑된 불순물영역(457)을 갖는다. 또한, 유지용량(505)의 한쪽의 전극으로서 기능하는 반도체층에는, n형을 부여하는 불순물 및 p형을 부여하는 불순물이 도핑되어 있다. 유지용량(505)은, 절연막(416)을 유전체로서, 전극(432a와 432b의 적층)과, 반도체층으로 형성하고 있다.
또한, 본 실시예에서 제조된 액티브 매트릭스기판의 화소부의 평면도를 도 13에 나타낸다. 이때, 도 10a∼도 13에서 동일한 부분에는 동일한 부호를 사용하고 있다. 도 12에서의 점선 A-A'은 도 13에서의 점선 A-A'로 절단한 단면도에 대응한다. 또한, 도 12에서의 점선 B-B'는 도 13에서의 점선 B-B'로 절단한 단면도에 대응한다.
이상과 같이 하여 제조된 액정표시장치는, 특성이 단결정과 유사한 반도체막을 사용하여 제조된 TFT를 가지고 있고, 또한 반도체막의 물성의 균일성이 매우 높기 때문에, 액정표시장치의 동작특성이나 신뢰성을 충분한 것으로 될 수 있다. 또한, 광학계에 의해, 장축방향으로 균일한 선형 레이저빔을 형성할 수 있으므로, 그균일성이 높은 선형 레이저빔을 사용하여 결정화시킴으로써 균일성이 높은 결정성 반도체막을 형성할 수 있어, TFT의 전기적 특성의 변동을 감소할 수 있다. 또한, 선형 레이저빔의 길이를 TFT의 디자인룰에 따라 변경할 수 있기 때문에, 스루풋의 향상, 혹은, 디자인룰의 완화로 이어진다. 더욱이, 본 발명을 이용하여 제조되는 액정표시장치에서의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 종래의 레이저 어닐링방법과 같이 기체 레이저를 사용하지 않고 고체 레이저를 사용할 수 있으므로 액정표시장치의 제조비용을 감소할 수 있다. 그리고, 이러한 액정표시장치는 각종 전자기기의 표시부에 사용될 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 실시예 1에서 제조한 액티브 매트릭스기판으로부터, 반사형 액정표시장치를 제조하는 공정을 이하에 설명한다. 설명에는 도 14를 사용한다.
우선, 실시예 1에 따른, 도 12의 상태의 액티브 매트릭스기판을 얻은 후, 도 12의 액티브 매트릭스기판 상, 적어도 화소전극(470) 상에 배향막(567)을 형성하여 러빙처리를 행한다. 이때, 본 실시예에서는 배향막(567)을 형성하기 전에, 아크릴수지막 등의 유기수지막을 패터닝함으로써 기판간격을 유지하기 위한 기둥형의 스페이서(572)를 원하는 위치에 형성하였다. 또한, 기둥형 스페이서 대신에 구형 스페이서를 기판 전체면에 살포해도 된다.
이어서, 대향기판(569)을 준비한다. 이어서, 대향기판(569) 상에 착색층(570, 571), 평탄화막(573)을 형성한다. 적색의 착색층(570)과 청색의 착색층(571)을 겹쳐, 차광부를 형성한다. 또한, 적색의 착색층과 녹색의 착색층을 겹쳐, 차광부를 형성해도 된다.
본 실시예에서는, 상기 실시예 1에 나타낸 기판을 사용한다. 따라서, 실시예 1의 화소부의 평면도를 나타낸 도 13에서는, 적어도 게이트배선(469)과 화소전극(470) 사이와, 게이트배선(469)과 접속전극(468) 사이와, 접속전극(468)과 화소전극(470) 사이를 차광해야 한다. 본 실시예에서는, 그것들의 차광해야 할 위치에 착색층의 적층으로 이루어진 차광부가 겹치도록 각 착색층을 배치하여, 대향기판을 접착한다.
이와 같이, 블랙마스크 등의 차광층을 형성하지 않고, 각 화소사이의 간극을 착색층의 적층으로 이루어진 차광부에서 차광함으로써 공정수의 감소가 가능해진다.
이어서, 평탄화막(573) 상에 투명도전막으로 이루어진 대향전극(576)을 적어도 화소부에 형성하고, 대향기판의 전체면에 배향막(574)을 형성하여 러빙처리를 시행한다.
그리고, 화소부와 구동회로가 형성된 액티브 매트릭스기판과 대향기판을 밀봉재(568)로 접합한다. 밀봉재(568)에는 충전재가 혼입되어 있고, 이 충전재와 기둥형 스페이서에 의해 균일한 간격을 갖고 2장의 기판이 접합된다. 그 후, 양쪽 기판의 사이에 액정재료(575)를 주입하고, 밀봉제(도시하지 않음)에 의해 완전히 밀봉한다. 액정재료(575)에는 공지의 액정재료를 사용하면 된다. 이와 같이 하여 도 14에 나타낸 반사형 액정표시장치가 완성된다. 그리고, 필요가 있으면, 액티브 매트릭스기판 또는 대향기판을 원하는 형상으로 분단한다. 더욱이, 대향기판에만 편광판(도시하지 않음)을 접착한다. 그리고, 공지의 기술을 사용하여 FPC를 접착한다.
이상과 같이 하여 제조된 액정표시장치는, 특성이 단결정과 유사한 반도체막을 사용하여 제조된 TFT를 가지고 있고, 또한 반도체막의 물성의 균일성이 매우 높기 때문에, 액정표시장치의 동작특성이나 신뢰성을 충분한 것으로 될 수 있다. 또한, 광학계에 의해, 장축방향으로 균일한 선형 레이저빔을 형성할 수 있으므로, 그 균일성이 높은 선형 레이저빔을 사용하여 결정화시킴으로써 균일성이 높은 결정성 반도체막을 형성할 수 있고, TFT의 전기적 특성의 변동를 감소할 수 있다. 또한, 선형 레이저빔의 길이를 TFT의 디자인룰에 따라 변경할 수 있기 때문에, 스루풋의 향상, 혹은, 디자인룰의 완화로 이어진다. 더욱이, 본 발명을 이용하여 제조되는 액정표시장치에서의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명은, 종래의 레이저 어닐링방법과 같이 기체 레이저를 사용하지 않고 고체 레이저를 사용할 수 있으므로 액정표시장치의 제조비용을 감소할 수 있다. 그리고, 이러한 액정표시장치는, 각종 전자기기의 표시부로서 사용할 수 있다.
이때, 본 실시예는 실시형태 1 내지 4와 자유롭게 조합하는 것이 가능하다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 실시예 1에서 나타낸 액티브 매트릭스기판을 제조할 때의 TFT의 제조방법을 사용하여, 발광장치를 제조한 예에 대하여 설명한다. 본 명세서에서, 발광장치란, 기판 상에 형성된 발광소자를 그 기판과 커버재의 사이에 봉입한 표시용 패널 및 그 표시용 패널에 TFT를 구비한 표시용 모듈을 총칭한 것이다.이때, 발광소자는, 전장을 가함으로써 발생하는 전계발광(Electro Luminescence)을 얻을 수 있는 유기 화합물을 함유한 층(발광층)과 양극층과, 음극층을 갖는다. 또한, 유기 화합물에서의 그 전계발광에는, 단일항 여기상태로부터 기저상태로 되돌아갈 때의 발광(형광)과 3중항 여기상태로부터 기저상태로 되돌아갈 때의 발광(인광)이 있고, 이들 중 어느 한쪽이거나 양쪽의 발광을 포함한다.
이때, 발광소자에서 양극과 음극의 사이에 형성된 모든 층을 유기발광층이라 정의한다. 유기발광층에는 구체적으로, 발광층, 정공주입층, 전자주입층, 정공수송층, 전자수송층 등이 포함된다. 기본적으로 발광소자는, 양극층, 발광층, 음극층이 순서대로 적층된 구조를 가지고 있고, 이 구조에 부가하여, 양극층, 정공주입층, 발광층, 음극층이나, 양극층, 정공주입층, 발광층, 전자수송층, 음극층 등의 순서대로 적층한 구조를 가지고 있는 것도 있다.
도 15는 본 실시예의 발광장치의 단면도이다. 도 15에서, 기판(700) 상에 설치된 스위칭 TFT(603)는 도 12의 n채널형 TFT(503)를 사용하여 형성된다. 따라서, 구조의 설명은 n채널형 TFT(503)의 설명을 참조하여도 된다.
기판(700) 상에 설치된 구동회로는 도 12의 CMOS 회로를 사용하여 형성된다. 따라서, 구조의 설명은 n채널형 TFT(501)와 p채널형 TFT(502)의 설명을 참조하면 된다. 이때, 본 실시예에서는 싱글게이트구조로 하고 있지만, 더블게이트구조 또는 트리플 게이트구조이어도 된다.
또한, 배선 701, 703은 CMOS 회로의 소스배선, 702는 드레인배선으로서 기능한다. 또한, 배선 704는 소스배선 708과 스위칭 TFT의 소스영역을 전기적으로 접속하는 배선으로서 기능하고, 배선 705는 드레인배선 709와 스위칭 TFT의 드레인영역을 전기적으로 접속하는 배선으로서 기능한다.
이때, 전류제어 TFT(604)는 도 12의 p채널형 TFT(502)를 사용하여 형성된다. 따라서, 구조의 설명은 p채널형 TFT(502)의 설명을 참조하면 된다. 이때, 본 실시예에서는 싱글게이트구조로 하고 있지만, 더블게이트구조 또는 트리플 게이트구조이어도 된다.
또한, 배선 706은 전류제어 TFT의 소스배선(전류공급선에 해당한다)으로, 도면부호 707은 전류제어 TFT의 화소전극 711 상에 겹치게 함으로써 화소전극 711과 전기적으로 접속하는 전극이다.
이때, 도면부호 711은, 투명도전막으로 이루어진 화소전극(발광소자의 양극)이다. 투명도전막으로서는, 산화인듐과 산화주석의 화합물, 산화인듐과 산화아연의 화합물, 산화아연, 산화주석 또는 산화인듐을 사용할 수 있다. 또한, 투명도전막에 갈륨을 첨가한 것을 사용해도 된다. 화소전극 711은, 상기 배선을 형성하기 전에 평탄한 층간절연막 710 상에 형성한다. 본 실시예에서는, 수지로 이루어진 평탄화막(710)을 사용하여 TFT에 의한 단차를 평탄화하는 것은 매우 중요하다. 후에 형성되는 발광층은 매우 얇기 때문에, 단차가 존재함으로써 발광불량을 일으키는 경우가 있다. 따라서, 발광층을 될 수 있는 한 평탄면에 형성할 수 있도록 화소전극을 형성하기 전에 평탄화해 놓는 것이 바람직하다.
배선(701∼707)을 형성후, 도 15에 나타낸 것처럼 뱅크(712)를 형성한다. 뱅크(712)는 100∼400nm의 실리콘을 함유한 절연막 또는 유기수지막을 패터닝하여 형성한다.
이때, 뱅크(712)는 절연성이기 때문에, 막형성시의 소자의 정전 방전으로 인한 파괴에는 주의가 필요하다. 본 실시예에서는 뱅크(712)의 재료가 되는 절연막 중에 카본입자 또는 금속입자를 첨가하여 저항률을 하강시켜, 정전기의 발생을 억제한다. 이때, 저항률은 1×106∼1×1012Ωm(바람직하게는 1×108∼1×1010Ωm)가 되도록 카본입자나 금속입자의 첨가량을 조절하면 된다.
화소전극(711) 상에는 발광층(713)이 형성된다. 이때, 도 15에서는 하나의 화소밖에 도시하지 않았지만, 본 실시예에서는 R(빨강), G(초록), B(파랑)의 각 색에 대응한 부분으로 발광층을 만든다. 또한, 본 실시예에서는 증착법에 의해 저분자계 유기발광재료를 형성하고 있다. 구체적으로는, 정공주입층으로서 20nm 두께의 구리프탈로시아닌(CuPc)막을 설치하고, 그 위에 발광층으로서 70nm 두께의 트리스-8-퀴노리노라트 알루미늄 착체(Alq3)막을 설치한 적층구조로 하고 있다. Alq3에 퀴나크리돈, 페릴렌 또는 DCM1 등의 형광색소를 첨가함으로써 발광색을 제어할 수 있다.
그러나, 이상의 예는 발광층으로서 사용할 수 있는 유기발광재료의 일례로서, 이것에 한정할 필요는 전혀 없다. 발광층, 전하수송층 또는 전하주입층을 자유롭게 조합하여 발광층(발광 및 그를 위한 캐리어의 이동을 행하게 하기 위한 층)을 형성하면 된다. 예를 들면, 본 실시예에서는 저분자계 유기발광재료를 발광층으로서 사용하는 예를 나타냈지만, 중분자계 유기발광재료나 고분자계 유기발광재료를사용해도 된다. 이때, 본 명세서에서, 승화성을 갖지 않고, 또한, 분자수가 20 이하 또는 연쇄하는 분자의 길이가 10㎛ 이하의 유기발광재료를 중분자계 유기발광재료로 한다. 또한, 고분자계 유기발광재료를 사용하는 예로서, 정공주입층으로서 20nm의 폴리티오펜(PEDOT)막을 스핀도포법에 의해 설치하고, 그 위에 발광층으로서 100nm 정도의 파라페닐렌 비닐렌(PPV)막을 설치한 적층구조로 해도 된다. 이때, PPV의 π공역계 고분자를 사용하면, 적색으로부터 청색까지 발광파장을 선택할 수 있다. 또한, 전하수송층이나 전하주입층으로서 탄화실리콘 등의 무기재료를 사용하는 것도 가능하다. 이들 유기발광재료나 무기재료는 공지의 재료를 사용할 수 있다.
다음에, 발광층(713) 상에는 도전막으로 이루어진 음극(714)이 설치된다. 본 실시예의 경우, 도전막으로서 알루미늄과 리튬의 합금막을 사용한다. 물론, 공지의 MgAg막(마그네슘과 은의 합금막)을 사용해도 된다. 음극재료로서는, 주기표의 1족 또는 2족에 속하는 원소로 이루어진 도전막 또는 그것들의 원소를 첨가한 도전막을 사용하면 된다.
이 음극(714)까지 형성된 시점에서 발광소자(715)가 완성된다. 이때, 여기서 말하는 발광소자 715는, 화소전극(양극)(711), 발광층(713) 및 음극(714)으로 형성된 다이오드를 지시한다.
발광소자(715)를 완전히 덮도록 하여 패시베이션막(716)을 설치하는 것은 유효하다. 패시베이션막(716)으로서는, 탄소막, 질화실리콘막 또는 질화산화실리콘막을 포함하는 절연막으로 이루어지고, 그 절연막을 단층 또는 조합한 적층으로 사용한다.
이때, 커버리지가 좋은 막을 패시베이션막으로서 사용하는 것이 바람직하고, 탄소막, 특히 DLC막을 사용하는 것이 효과적이다. DLC막은, 실온으로부터 100℃ 이하의 온도범위에서 막형성이 가능하기 때문에, 내열성이 낮은 발광층(713)의 위쪽에도 용이하게 막형성할 수 있다. 또한, DLC 막은 산소에 대한 블록킹효과가 높고, 발광층(713)의 산화를 억제하는 것이 가능하다. 그 때문에, 이 후 계속되는 밀봉공정을 행하는 동안에 발광층(713)이 산화하는 문제를 방지할 수 있다.
더욱이, 패시베이션막(716) 상에 밀봉제(717)를 설치하고, 커버부재(718)를 접합한다. 밀봉제(717)로서는 자외선 경화수지를 사용하면 되며, 내부에 흡습효과를 갖는 물질 또는 산화방지효과를 갖는 물질을 설치하는 것이 효과적이다. 또한, 본 실시예에서 커버부재(718)는 유리기판, 석영기판, 플라스틱기판(플라스틱필름도 포함함) 또는 가요성 기판의 양면에 탄소막(바람직하게는, DLC막)을 형성한 것을 사용한다. 탄소막 이외에도 알루미늄막(AlON, AlN, AlO 등), SiN 등을 사용할 수 있다.
이렇게 해서 도 15에 나타낸 바와 같은 구조의 발광장치가 완성된다. 이때, 뱅크(712)를 형성한 후, 패시베이션막(716)을 형성하기까지의 공정을 멀티챔버 방식(또는 인라인방식)의 막형성장치를 사용하여, 대기에 노출하지 않고 연속적으로에 처리하는 것이 효과적이다. 또한, 더욱 발전시켜 커버부재(718)를 접착하는 공정까지를 대기에 노출하지 않고 연속적으로 처리하는 것도 가능하다.
이렇게 해서, 기판(700) 상에 n채널형 TFT(601, 602), 스위칭 TFT(n채널형TFT)(603) 및 전류제어 TFT(n채널형 TFT)(604)가 형성된다.
또한, 도 15를 사용하여 설명한 바와 같이, 게이트전극에 절연막을 통해 겹치는 불순물영역을 설치함으로써 핫캐리어 효과에 기인하는 열화에 강한 n채널형 TFT를 형성할 수 있다. 그 때문에, 신뢰성이 높은 발광장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 화소부와 구동회로의 구성만 나타내고 있지만, 본 실시예의 제조공정에 따르면, 그 외에도 신호분할회로, D/A 컨버터, OP앰프, γ보정회로 등의 논리회로를 동일한 절연체상에 형성가능하고, 또한 메모리와 마이크로프로세서도 형성할 수 있다.
이상과 같이 하여 제조된 액정표시장치는, 특성이 단결정과 유사한 반도체막을 사용하여 제조된 TFT를 가지고 있고, 또한 반도체막의 물성의 균일성이 매우 높기 때문에, 액정표시장치의 동작특성이나 신뢰성을 충분한 것으로 될 수 있다. 또한, 광학계에 의해, 장축방향으로 균일한 선형 레이저빔을 형성할 수 있으므로, 그 균일성이 높은 선형 레이저빔을 사용하여 결정화시킴으로써 균일성이 높은 결정성 반도체막을 형성할 수 있어, TFT의 전기적 특성의 변동를 감소할 수 있다. 또한, 선형 레이저빔의 길이를 TFT의 디자인룰에 따라 변경할 수 있기 때문에, 스루풋의 향상, 혹은, 디자인룰의 완화로 이어진다. 또한, 본 발명을 이용하여 제조된 액정표시장치에서의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명은, 종래의 레이저 어닐링방법과 같이 기체 레이저를 사용하지 않고 고체 레이저를 사용할 수 있으므로, 액정표시장치의 제조비용을 감소할 수 있다. 그리고, 이러한 액정표시장치는, 각종 전자기기의 표시부로서 사용할 수 있다.
이때, 본 실시예는 실시형태 1 내지 4와 자유롭게 조합하는 것이 가능하다.
(실시예 4)
본 발명을 적용하여, 여러가지 반도체장치(액티브 매트릭스형 액정표시장치, 액티브 매트릭스형 발광장치, 액티브 매트릭스형 발광표시장치)를 제조할 수 있다. 즉, 그 전기광학장치들을 표시부에 조립한 여러 가지 전자기기에 본 발명을 적용할 수 있다.
그와 같은 전자기기로서는, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 프로젝터, 헤드 마운트 디스플레이(고글형 디스플레이), 카 내비게이션, 카 스테레오, 퍼스널 컴퓨터, 휴대정보단말(모바일 컴퓨터, 휴대전화 또는 전자서적 등) 등을 들 수 있다. 이들의 예를 도 16a 내지 도 18c에 나타낸다.
도 16a는 퍼스널 컴퓨터로, 본체(3001), 화상입력부(3002), 표시부(3003), 키보드(3004) 등을 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치를 표시부(3003)에 적용함으로써, 본 발명의 퍼스널 컴퓨터가 완성된다.
도 16b는 비디오 카메라로, 본체(3101), 표시부(3102), 음성입력부(3103), 조작스위치(3104), 배터리(3105), 화상 수신기(3106) 등을 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치를 표시부(3102)에 적용함으로써, 본 발명의 비디오 카메라가 완성된다.
도 16c는 모바일 컴퓨터로, 본체(3201), 카메라부(3202), 화상 수신기(3203), 조작스위치(3204), 표시부(3205) 등을 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치를 표시부(3205)에 적용함으로써, 본 발명의 모바일 컴퓨터가 완성된다.
도 16d는 고글형 디스플레이로, 본체(3301), 표시부(3302), 암부(3303) 등을 포함한다. 표시부(3302)는 기판으로서 가요성 기판을 사용하고 있고, 표시부(3302)를 만곡시켜 고글형 디스플레이를 제조하고 있다. 또한 경량으로 얇은 고글형 디스플레이를 실현하고 있다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치를 표시부(3302)에 적용함으로써, 본 발명의 고글형 디스플레이가 완성된다.
도 16e는 프로그램을 기록한 기록매체(이하, 기록매체라 칭함)를 사용하는 플레이어로, 본체(3401), 표시부(3402), 스피커부(3403), 기록매체(3404), 조작스위치(3405) 등을 포함한다. 이때, 이 플레이어는 기록매체로서 DVD(Digtial Versatile Disc), CD 등을 사용하고, 음악감상, 영화감상, 게임이나 인터넷을 행할 수 있다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치를 표시부(3402)에 적용함으로써, 본 발명의 기록매체가 완성된다.
도 16f는 디지털 카메라로, 본체(3501), 표시부(3502), 접안부(3503), 조작스위치(3504), 화상 수신기(도시하지 않음) 등을 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치를 표시부(3502)에 적용함으로써, 본 발명의 디지털 카메라가 완성된다.
도 17a는 프론트형 프로젝터로, 투사장치(3601), 스크린(3602) 등을 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치를 투사장치(3601)의 일부를 구성하는 액정표시장치(3808)와, 그 밖의 구동회로에 적용함으로써, 본 발명의 프론트형 프로젝터가 완성된다.
도 17b는 리어형 프로젝터로, 본체(3701), 투사장치(3702), 미러(3703), 화면(3704) 등을 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치를 투사장치(3702)의 일부를 구성하는 액정표시장치(3808)와 그 외의 구동회로에 적용함으로써, 본 발명의 리어형 프로젝터가 완성된다.
이때, 도 17c는, 도 17a 및 도 17b에서의 투사장치(3601, 3702)의 구조의 일례를 나타낸 도면이다. 투사장치(3601, 3702)는, 광원광학계(3801), 미러(3802, 3804∼3806), 다이클로익 미러(3803), 프리즘(3807), 액정표시장치(3808), 위상차판(3809), 투사광학계(3810)로 구성된다. 투사광학계(3810)는, 투사렌즈를 포함하는 광학계로 구성된다. 본 실시예는 3판식의 예를 나타냈지만, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 단판식이어도 된다. 또한, 도 17c에서 화살표로 나타낸 광로에 실시자가 적절히, 광학렌즈나, 편광기능을 갖는 필름이나, 위상차를 조절하기 위한 필름, IR 필름 등의 광학계를 설치해도 된다.
또한, 도 17d는, 광원광학계(3801)의 구조의 일례를 나타낸 도면으로, 그 광원광학계(3801)는, 반사기(3811), 광원(3812), 렌즈어레이(3813, 3814), 편광변환소자(3815), 집광렌즈(3816)로 구성된다. 이때, 광원광학계는 일례로서 상술한 것에 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 광원광학계에 실시자가 적절히, 광학렌즈나, 편광기능을 갖는 필름이나, 위상차를 조절하는 필름, IR 필름 등의 광학계를 설치해도 된다.
그러나, 도 17a, 도 17b 및 도 17c에 나타낸 프로젝터에서는, 투과형 전기광학장치를 사용한 경우를 나타내고 있고, 반사형 전기광학장치 및 발광장치에서의 적용예는 도시하지 않고 있다.
도 18a는 휴대전화로, 본체(3901), 음성출력부(3902), 음성입력부(3903), 표시부(3904), 조작스위치(3905), 안테나(3906) 등을 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치를 표시부(3904)에 적용함으로써, 본 발명의 휴대전화가 완성된다.
도 18b는 휴대서적(전자서적)으로, 본체(4001), 표시부(4002, 4003), 기억매체(4004), 조작스위치(4005), 안테나(4006) 등을 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 반도체장치는 표시부(4002, 4003)에 적용함으로써, 본 발명의 휴대서적이 완성된다. 본 발명의 휴대서적을 문고본과 동일한 정도의 크기로 할 수 있어, 운반을 용이하게 한다.
도 18c는 디스플레이로, 본체(4101), 지지대(4102), 표시부(4103) 등을 포함한다. 표시부(4103)는 가요성기판을 사용하여 제조되어 있고, 경량으로 얇은 디스플레이를 실현할 수 있다. 또한, 표시부(4103)를 만곡시키는 것도 가능하다. 본 발명에 의해 제조되는 반도체장치를 표시부(4103)에 적용함으로써, 본 발명의 디스플레이가 완성된다. 본 발명의 디스플레이는 특히 대화면화한 경우에서 유리하고, 대각 10인치 이상(특히 30인치 이상)의 디스플레이에는 유리하다.
이상과 같이 제조된 액정표시장치는, 특성이 단결정과 유사한 반도체막을 사용하여 제조된 TFT를 가지고 있고, 또한 반도체막의 물성의 균일성이 매우 높기 때문에, 액정표시장치의 동작특성이나 신뢰성을 충분한 것으로 될 수 있다. 또한, 광학계에 의해, 장축방향으로 균일한 선형 레이저빔을 형성할 수 있으므로, 그 균일성이 높은 선형 레이저빔을 사용하여 결정화시킴으로써 균일성이 높은 결정성 반도체막을 형성할 수 있어, TFT의 전기적 특성의 변동을 감소할 수 있다. 또한, 선형레이저빔의 길이를 TFT의 디자인룰에 따라 변경할 수 있기 때문에, 스루풋의 향상, 혹은, 디자인룰의 완화로 이어진다. 또한, 본 발명을 이용하여 제조된 액정표시장치에서의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명은, 종래의 레이저 어닐링방법과 같이 기체 레이저를 사용하지 않고, 고체 레이저를 사용할 수 있으므로 액정표시장치의 제조비용을 감소할 수 있다. 그리고, 이러한 액정표시장치는, 각종 전자기기의 표시부로서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 적용범위는 매우 넓어, 여러 가지 분야의 전자기기에 적용하는 것이 가능하다. 이때, 본 실시예의 전자기기는, 실시형태 1∼4 및 실시예 1, 2의 임의의 조합 또는 실시형태 1∼4 및 실시예 1, 3의 조합으로 이루어진 구성을 사용해도 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 구성을 채용함으로써, 이하에 나타낸 바와 같은 기본적인 이점을 얻을 수 있다.
(a) 본 발명의 광학계에 의해 형성된 선형 레이저빔을 피조사체에 조사하면 보다 균일한 어닐링을 행할 수 있다. 특히, 본 발명은, 반도체막의 결정화나 결정성의 향상, 불순물의 활성화를 행하는 데 적합하다.
(b) 선형 레이저빔의 길이가 가변이기 때문에, 반도체소자의 디자인룰에 따라 레이저 어닐링을 할 수 있으므로, 디자인룰을 완화할 수 있다.
(c) 선형 레이저빔의 길이가 가변이기 때문에, 반도체소자의 디자인룰에 따라 레이저 어닐링을 할 수 있으므로, 스루풋을 향상시키는 것을 가능하게 한다.
(d) 본 발명에서는, 종래의 레이저 어닐링방법에서 사용된 기체 레이저를 사용하지 않고, 고체 레이저를 사용할 수 있어, 반도체장치의 제조비용을 감소할 수 있다.
(e) 이상의 이점을 만족한 후에, 액티브 매트릭스형 액정표시장치로 대표되는 반도체장치에 있어서, 반도체장치의 동작특성 및 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다. 또한, 반도체장치의 제조비용을 감소할 수 있다.

Claims (40)

  1. 제1 레이저빔을, 제1 광학계를 사용하여 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 줌기능을 갖는 제2 광학계를 사용하여 조사면에 제2 레이저빔을 결상하여서, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와,
    상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 조사방법.
  2. 제1 레이저빔을, 회절광학을 사용하여 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 줌기능을 갖는 광학계를 사용하여 조사면에 제2 레이저빔을 결상하여서, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와,
    상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 조사방법.
  3. 제1 레이저빔을, 제1 광학계를 사용하여 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 제2 광학계를 사용하여 조사면에 제2 레이저빔을 결상하여서, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 정형하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 조사방법.
  4. 제1 레이저빔을, 회절광학을 사용하여 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 광학계를 사용하여 조사면에 제2 레이저빔을 결상하여서, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 정형하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 조사방법.
  5. 제1 레이저빔을, 제1 광학계를 사용하여 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 제2 광학계를 사용하여 조사면에 제2 레이저빔을 결상하여서, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와,
    상기 단위공역비 디자인의 비를 변화시켜서 조사면에서의 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 조사방법.
  6. 제1 레이저빔을, 회절광학을 사용하여 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 광학계를 사용하여 조사면에 제2 레이저빔을 결상하여서, 에너지분포가 균일한 선형 레이저빔으로 정형하는 단계와,
    상기 단위공역비 디자인의 비를 변화시켜서 조사면에서의 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 조사방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저빔은, 기체 레이저, 고체 레이저 및 금속레이저로 이루어진 군으로부터 선택된 레이저 발진기로부터 사출되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저빔은, Ar 레이저, Kr 레이저, CO2레이저, YAG 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, YalO3레이저, Y2O3레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 및 헬륨 카드뮴 레이저로 이루어진 군으로부터 선택된 레이저 발진기로부터 사출되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사방법.
  9. 레이저 발진기와,
    상기 레이저 발진기로부터 사출되는 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 제1 광학계와,
    상기 제2 레이저빔을 조사면에 결상시켜, 상기 제2 레이저빔의 크기를 상기 조사면에서 변화시키는 줌기능을 갖는 제2 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  10. 제1 레이저 발진기와,
    상기 레이저 발진기로부터 사출되는 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 회절광학과,
    상기 제2 레이저빔을 조사면에 결상시켜, 상기 제2 레이저빔의 크기를 상기 조사면에서 변화시키는 줌기능을 갖는 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  11. 제1 레이저 발진기와,
    상기 레이저 발진기로부터 사출되는 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 제1 광학계와,
    상기 제2 레이저빔을 조사면에 결상시키는 단위공역비 디자인을 갖는 제2 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  12. 제1 레이저 발진기와,
    상기 레이저 발진기로부터 사출되는 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 회절광학과,
    상기 제2 레이저빔을 조사면에 결상시키는 단위공역비 디자인을 갖는 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  13. 제1 레이저 발진기와,
    상기 레이저 발진기로부터 사출되는 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 제1 광학계와,
    상기 제2 레이저빔을 조사면에 결상시켜, 상기 제2 레이저빔의 크기를 상기 조사면에서 변화시키는 단위공역비 디자인을 갖는 제2 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  14. 제1 레이저 발진기와,
    상기 레이저 발진기로부터 사출되는 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 회절광학과,
    상기 제2 레이저빔을 조사면에 결상시켜, 상기 제2 레이저빔의 크기를 상기 조사면에서 변화시키는 단위공역비 디자인을 갖는 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저빔은, 기체 레이저, 고체 레이저 및 금속 레이저로 이루어진 군으로부터 선택된 레이저 발진기로부터 사출되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  16. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저빔은, Ar 레이저, Kr 레이저, CO2레이저, YAG 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, YalO3레이저, Y2O3레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 및 헬륨 카드뮴 레이저로 이루어진 군으로부터 선택된 레이저 발진기로부터 사출되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  17. 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에,
    제1 광학계를 사용하여 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 줌기능을 갖는 제2 광학계에 의해 조사면에서 상기 제2 레이저빔을 결상시켜서 선형으로 정형하는 단계와,
    상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 상기 선형 레이저빔의 크기를 반도체막의 배치에 따라 변화시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  18. 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에,
    회절광학을 사용하여 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 줌기능을 갖는 광학계에 의해 조사면에서 상기 제2 레이저빔을 결상시켜서 선형으로 정형하는 단계와,
    상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 상기 선형 레이저빔의 크기를 반도체막의 배치에 따라 변화시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  19. 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에,
    제1 광학계를 사용하여 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 제2 광학계에 의해 조사면에서 상기 제2 레이저빔을 결상시켜서 선형으로 정형하는 단계와,
    상기 선형 레이저빔을 상기 반도체막에 조사하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  20. 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에,
    회절광학을 사용하여 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 광학계에 의해 조사면에서상기 제2 레이저빔을 결상시켜서 선형으로 정형하는 단계와,
    상기 선형 레이저빔을 상기 반도체막에 조사하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  21. 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에,
    제1 광학계를 사용하여 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 제2 광학계에 의해 조사면에서 상기 제2 레이저빔을 결상시켜서 선형으로 정형하는 단계와,
    상기 단위공역비 디자인의 비를 상기 반도체막의 배치에 따라 변화시켜서 상기 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  22. 레이저 발진기로부터 사출된 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 레이저빔으로 변환하는 경우에,
    회절광학을 사용하여 제1 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 레이저빔을, 단위공역비 디자인을 갖는 광학계에 의해 조사면에서 상기 제2 레이저빔을 결상시켜서 선형으로 정형하는 단계와,
    상기 단위공역비 디자인의 비를 상기 반도체막의 배치에 따라 변화시켜서 조사면에서의 상기 선형 레이저빔의 크기를 변화시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  23. 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저빔은, 기체 레이저, 고체 레이저 및 금속 레이저로 이루어진 군으로부터 선택된 레이저 발진기로부터 사출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  24. 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저빔은, Ar 레이저, Kr 레이저, CO2레이저, YAG 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, YalO3레이저, Y2O3레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 및 헬륨 카드뮴 레이저로 이루어진 군으로부터 선택된 레이저 발진기로부터 사출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  25. 기판 상에 반도체막을 형성하는 단계와,
    상기 반도체막을 펄스 레이저빔으로 조사하여 상기 반도체막을 결정화하는 단계를 포함하고,
    상기 펄스 레이저빔의 주파수는 1MHz 이상인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 주파수는, 1MHz∼1GHz의 범위 내인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저빔은, YVO4레이저의 제2 고조파인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  28. 기판 상에 반도체막을 형성하는 단계와,
    상기 반도체막에 결정화 촉진용 금속으로 이루어진 재료를 제공하는 단계와,
    상기 반도체막을 가열하여 상기 반도체막을 결정화하는 단계와,
    상기 결정화된 반도체막을 펄스 레이저빔으로 조사하여 상기 반도체막의 결정성을 증가시키는 단계를 포함하고,
    상기 펄스 레이저빔의 주파수는 1MHz 이상인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 주파수는, 1MHz∼1GHz의 범위 내인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저빔은, YVO4레이저의 제2 고조파인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 금속은, 니켈, 팔라듐 및 납으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  32. 펄스 레이저 발진기로부터 사출된 펄스 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 펄스 레이저빔으로 변환하는 경우에,
    제1 광학계를 사용하여 제1 펄스 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 펄스 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 펄스 레이저빔을, 줌기능을 갖는 제2 광학계에 의해 조사면에서 상기 제2 펄스 레이저빔을 결상시켜서 선형으로 정형하는 단계와,
    상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 상기 선형 펄스 레이저빔의 크기를 반도체막의 배치에 따라 변화시키는 단계를 포함하고,
    상기 선형 펄스 레이저빔은, 상기 반도체막 상에 CW 레이저빔과 함께 동시에 조사되고,
    상기 선형 펄스 레이저빔은, 상기 반도체막 상에 동시에 다른 CW 레이저빔으로 조사되는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제1 펄스 레이저빔은 YVO4레이저의 제2 고조파인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  34. 펄스 레이저 발진기로부터 사출된 펄스 레이저빔을 반도체막 상 또는 그 근방에서 선형 펄스 레이저빔으로 변환하는 경우에,
    제1 광학계를 사용하여 제1 펄스 레이저빔을 에너지분포가 균일한 제2 펄스 레이저빔으로 변환하는 단계와,
    상기 제2 펄스 레이저빔을, 줌기능을 갖는 제2 광학계에 의해 조사면에서 상기 제2 펄스 레이저빔을 결상시켜서 선형으로 정형하는 단계와,
    상기 줌기능을 적절히 작용시켜, 조사면에서의 상기 선형 펄스 레이저빔의 크기를 반도체막의 배치에 따라 변화시키는 단계와,
    상기 반도체막에 결정화 촉진용 금속으로 이루어진 재료를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 선형 펄스 레이저빔은, 상기 반도체막 상에 CW 레이저빔과 함께 동시에 조사되는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 제1 펄스 레이저빔은 YVO4레이저의 제2 고조파인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  36. 제 28 항에 있어서,
    상기 금속원소는 니켈원소인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  37. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 17 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 레이저빔은, 직사각형 레이저빔인 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 17 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 레이저빔은, 타원형 레이저빔인 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 레이저빔은 직사각형 레이저빔인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  40. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 레이저빔은 타원형 레이저빔인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
KR1020030097377A 2002-12-25 2003-12-26 레이저 조사방법, 레이저 조사장치 및 반도체장치의제조방법 KR101065660B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002375653 2002-12-25
JPJP-P-2002-00375653 2002-12-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040058086A true KR20040058086A (ko) 2004-07-03
KR101065660B1 KR101065660B1 (ko) 2011-09-20

Family

ID=33094771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030097377A KR101065660B1 (ko) 2002-12-25 2003-12-26 레이저 조사방법, 레이저 조사장치 및 반도체장치의제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20040195222A1 (ko)
KR (1) KR101065660B1 (ko)
CN (1) CN1531037B (ko)
TW (1) TWI334156B (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005217209A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Hitachi Ltd レーザアニール方法およびレーザアニール装置
CN100541722C (zh) 2004-03-26 2009-09-16 株式会社半导体能源研究所 激光辐照方法和激光辐照装置
CN100530549C (zh) 2004-08-23 2009-08-19 株式会社半导体能源研究所 激光照射设备、照射方法和制备半导体器件的方法
KR101284201B1 (ko) * 2005-05-02 2013-07-09 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 레이저 조사 장치 및 레이저 조사 방법
EP1993781A4 (en) 2006-02-03 2016-11-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd METHOD FOR MANUFACTURING MEMORY ELEMENT, LASER IRRADIATION APPARATUS, AND LASER IRRADIATION METHOD
US8580700B2 (en) * 2006-02-17 2013-11-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
US7662703B2 (en) * 2006-08-31 2010-02-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing crystalline semiconductor film and semiconductor device
US7935584B2 (en) * 2006-08-31 2011-05-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing crystalline semiconductor device
US7972943B2 (en) * 2007-03-02 2011-07-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of semiconductor device
DE102009020272B4 (de) * 2009-05-07 2014-09-11 Tyco Electronics Amp Gmbh Laserschweißsystem
JP2011003666A (ja) * 2009-06-17 2011-01-06 Sony Corp 照射装置および半導体素子の製造方法
US9472776B2 (en) 2011-10-14 2016-10-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing sealed structure including welded glass frits
JP2013101923A (ja) 2011-10-21 2013-05-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 分散組成物の加熱方法、及びガラスパターンの形成方法
US8785815B2 (en) * 2012-06-22 2014-07-22 Applied Materials, Inc. Aperture control of thermal processing radiation
EP3165615B1 (en) * 2014-07-03 2022-12-21 Nippon Steel Corporation Use of a laser processing apparatus for refining magnetic domains of a grain-oriented electromagnetic steel sheet
US9660107B1 (en) 2016-08-31 2017-05-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. 3D cross-bar nonvolatile memory
JP6306659B1 (ja) * 2016-10-19 2018-04-04 ファナック株式会社 ビーム分配器
CN106821320A (zh) * 2017-02-14 2017-06-13 中国科学院深圳先进技术研究院 一种光声显微成像系统
DE102018203352A1 (de) * 2018-03-07 2019-09-12 Robert Bosch Gmbh Sendeeinheit und LIDAR-Vorrichtung zum Abtasten eines Abtastbereichs

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4570173A (en) * 1981-05-26 1986-02-11 General Electric Company High-aspect-ratio hollow diffused regions in a semiconductor body
US5185753A (en) * 1991-10-23 1993-02-09 United Technologies Corporation Circular and elliptical polarization of a high power laser by adjoint feedback
US5593606A (en) * 1994-07-18 1997-01-14 Electro Scientific Industries, Inc. Ultraviolet laser system and method for forming vias in multi-layered targets
TW305063B (ko) * 1995-02-02 1997-05-11 Handotai Energy Kenkyusho Kk
US6599790B1 (en) * 1996-02-15 2003-07-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd Laser-irradiation method and laser-irradiation device
US6037967A (en) * 1996-12-18 2000-03-14 Etec Systems, Inc. Short wavelength pulsed laser scanner
JP3942683B2 (ja) * 1997-02-12 2007-07-11 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置作製方法
US5973290A (en) * 1997-02-26 1999-10-26 W. L. Gore & Associates, Inc. Laser apparatus having improved via processing rate
KR100300421B1 (ko) * 1999-02-02 2001-09-13 김순택 유리 절단 방법 및 그 장치
US6393042B1 (en) * 1999-03-08 2002-05-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer and laser irradiation apparatus
US6791060B2 (en) * 1999-05-28 2004-09-14 Electro Scientific Industries, Inc. Beam shaping and projection imaging with solid state UV gaussian beam to form vias
TW482705B (en) * 1999-05-28 2002-04-11 Electro Scient Ind Inc Beam shaping and projection imaging with solid state UV Gaussian beam to form blind vias
US7079472B2 (en) * 1999-06-23 2006-07-18 Dphi Acquisitions, Inc. Beamshaper for optical head
TW473783B (en) * 1999-08-13 2002-01-21 Semiconductor Energy Lab Laser apparatus, laser annealing method, and manufacturing method of a semiconductor device
US6521492B2 (en) * 2000-06-12 2003-02-18 Seiko Epson Corporation Thin-film semiconductor device fabrication method
US6781090B2 (en) * 2001-03-12 2004-08-24 Electro Scientific Industries, Inc. Quasi-CW diode-pumped, solid-state harmonic laser system and method employing same

Also Published As

Publication number Publication date
US20040195222A1 (en) 2004-10-07
CN1531037B (zh) 2011-11-30
TWI334156B (en) 2010-12-01
KR101065660B1 (ko) 2011-09-20
CN1531037A (zh) 2004-09-22
TW200417095A (en) 2004-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100966761B1 (ko) 레이저 조사장치, 레이저 조사방법 및 반도체장치의제작방법
KR100884221B1 (ko) 레이저 조사방법, 레이저 조사장치 및 반도체 장치의제조방법
US7326630B2 (en) Method of fabricating semiconductor device utilizing laser irradiation
US7351647B2 (en) Method of irradiating a laser beam, apparatus for irradiating a laser beam and method of fabricating semiconductor devices
KR101065660B1 (ko) 레이저 조사방법, 레이저 조사장치 및 반도체장치의제조방법
US7466735B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2004179389A (ja) レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法
JP2004179389A6 (ja) レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法
KR20030036034A (ko) 레이저 조사 방법 및 레이저 조사 장치, 및 반도체 장치제조 방법
KR20020069175A (ko) 반도체장치 제작방법
JP3973882B2 (ja) レーザ照射装置およびレーザ照射方法
JP3908153B2 (ja) 半導体装置の作製方法
JP3910524B2 (ja) レーザ照射方法および半導体装置の作製方法
JP4364674B2 (ja) 半導体装置の作製方法
JP4408011B2 (ja) レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法
JP4515088B2 (ja) 半導体装置の作製方法
JP4397582B2 (ja) 半導体装置の作製方法
JP4637816B2 (ja) レーザ照射装置および半導体装置の作製方法
JP3949709B2 (ja) レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法
JP4159858B2 (ja) 半導体装置の作製方法
JP3883952B2 (ja) レーザ照射装置
JP2004200559A6 (ja) レーザ照射方法および半導体装置の作製方法
JP4762121B2 (ja) レーザ照射方法、及び半導体装置の作製方法
JP4566504B2 (ja) レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140826

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150819

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160804

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170818

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180816

Year of fee payment: 8