(57)【要約】【課題】  本発明は、シリコンの結晶化方法に係り、特に、レーザーショットのオーバーラップ部分で現れる結晶状態の不均一を解決するためのシリコン結晶化方法を提供する。【解決手段】  本発明による結晶化方法は、基板全面に非晶質先行膜を形成して、薄膜トランジスタ素子が形成られる部分を除いた部分に高融点金属を蒸着した後、レーザーを照射して結晶化を行なう。このようにすると、薄膜トランジスタを除いた領域で、前記レーザーショットのオーバーラップによる不均一特徴が現れないため、高画質の多結晶薄膜トランジスタの制作ができる長所がある。【選択図】  図３Ｃ
2004214677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上部に非晶質シリコンを蒸着して、非晶質先行膜を形成する段階と；
前記非晶質先行膜の上部に高融点金属を蒸着して、金属層を形成する段階と；
前記金属層のうち薄膜トランジスタ領域に対応する金属層を除去して、薄膜トランジスタの下部の非晶質先行膜を露出させる段階と；
前記パターニングされた金属層が形成された基板の離隔された上部に、透過部と遮断部とで構成されたマスクを位置させる段階と；
前記マスクの上部へとレーザービームを照射して、露出された非晶質先行膜をポリシリコンとして結晶化する段階とを含むポリシリコンの形成方法。
【請求項２】
前記結晶化されたポリシリコンは、薄膜トランジスタの構成素子となることを特徴とする請求項１に記載のポリシリコンの形成方法。
【請求項３】
前記金属層により露出された前記非晶質先行膜を結晶化する段階は、
前記マスクの上部へと１次レーザービームを照射して、前記マスクの透過部に対応する部分の非晶質シリコンを完全に溶融した後結晶化して、側面成長した第１グレイン及び第２グレインを各々有する第１結晶領域と第２結晶領域を形成する段階と；
前記第１結晶領域及び第２結晶領域を有する非晶質シリコンの上部で前記マスクを移動する段階と；
前記移動されたマスクの上部へと２次レーザービームを照射して、前記移動されたマスクの透過領域に対応する部分の非晶質シリコンと結晶化された領域の一部を溶融して結晶化する段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載のポリシリコンの形成方法。
【請求項４】
前記基板と前記非晶質先行膜の間にバッファ層を形成する段階と；
前記非晶質先行膜に脱水素化過程を行なう段階とをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のポリシリコンの形成方法。
【請求項５】
前記露出された非晶質先行膜を結晶化する段階以後、前記金属層を完全に除去する段階と；
前記部分的に結晶化された非晶質シリコン層をパターニングして非晶質状態であるシリコン層は除去して、結晶化されたシリコン層だけを残して薄膜トランジスタのアクティブ層として使用する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のポリシリコンの形成方法。
【請求項６】
前記高融点金属は、モリブデン（Ｍｏ）であることを特徴とする請求項１に記載のポリシリコンの形成方法。
【請求項７】
基板上に非晶質シリコンを蒸着して非晶質先行膜を形成する段階と；
前記非晶質先行膜の上部に高融点金属を蒸着して金属層を形成する段階と；
前記基板の上部の薄膜トランジスタ領域に対応する金属層を除去して、薄膜トランジスタ領域の下部の非晶質先行膜を露出させる段階と；
前記パターニングされた金属層が形成された基板の離隔された上部に、透過部と遮断部とで構成されたマスクを位置させる段階と；
前記マスクの上部へとレーザービームを照射して、前記金属層により露出された非晶質先行膜をポリシリコンとして結晶化する段階と；
前記パターニングされた金属層とその下部の非晶質シリコンだけを除去して、前記薄膜トランジスタ領域に対応したポリシリコン層だけを残す段階と；
前記ポリシリコン層をパターニングして所定の形状のアクティブ層を形成する段階と；
前記アクティブ層が形成された基板全面にゲート絶縁膜を形成する段階と；
前記ゲート絶縁膜の上部のアクティブ層の上部にゲート電極を形成する段階と；
前記ゲート電極が位置してないアクティブ層の両側に不純物イオンをドーピングして、ソース領域及びドレイン領域を形成する段階と；
前記ゲート電極が形成された基板全面に層間絶縁膜を形成した後、前記ソース領域及びドレイン領域を各々露出する第１コンタクト層及び第２コンタクト層を形成する段階と；
前記露出されたソース領域及びドレイン領域に接触して、相互に離隔されたソース電極とドレイン電極を形成する段階とを含む多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記金属層により露出された前記非晶質先行膜を結晶化する段階は、
前記マスクの上部へと１次レーザービームを照射して、前記マスクの透過部に対応する部分の非晶質シリコンを完全に溶融した後結晶化して、側面成長した第１グレイン及び第２グレインを各々有する第１結晶領域と第２結晶領域を形成する段階と；
前記第１結晶領域及び第２結晶領域を有する非晶質シリコンの上部で前記マスクを移動する段階と；
前記移動されたマスクの上部へと２次レーザービームを照射して、前記移動されたマスクの透過領域に対応する部分の非晶質シリコンと結晶化された領域の一部を溶融して、結晶化する段階とを含むことを特徴とする請求項７に記載の多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記基板と前記非晶質先行膜の間にバッファ層を形成する段階と；
前記非晶質シリコン層を形成した後脱水素化工程を行なう段階とをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記高融点金属は、モリブデン（Ｍｏ）であることを特徴とする請求項７に記載の多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
基板上部に非晶質シリコンを蒸着して非晶質先行膜を形成する段階と；
前記非晶質先行膜の上部に高融点金属を蒸着して金属層を形成する段階と；
前記金属層のうち薄膜トランジスタ領域に対応する金属層を除去して、薄膜トランジスタ領域の下部の非晶質先行膜を露出する段階と；
前記パターニングされた金属層が形成された基板の離隔された上部に、透過部と遮断部とで構成されて透過部の幅が遮断部の幅より広く構成されたマスクを位置させる段階と；
前記マスクの上部へとレーザービームを照射して、露出された非晶質先行膜をポリシリコンとして結晶化する段階とを含むポリシリコンの形成方法。
【請求項１２】
前記結晶化されたポリシリコンは薄膜トランジスタの構成素子になることを特徴とする請求項１１に記載のポリシリコンの形成方法。
【請求項１３】
前記金属層により露出された前記非晶質先行膜を結晶化する段階は、前記マスクの上部へと１次レーザービームを照射して前記マスクの透過部に対応する部分の非晶質シリコンを完全に溶融した後結晶化して、側面成長した第１グレイン及び第２グレインを各々有する第１結晶領域と第２結晶領域を形成する段階と；
前記第１結晶領域及び第２結晶領域を有する非晶質シリコンの上部で前記マスクを第１結晶領域の幅より広く移動して、マスクの遮断部が第１結晶領域及び第２結晶領域の境界部を遮るようにする段階と；
前記移動されたマスクの上部へと２次レーザービームを照射して、前記移動されたマスクの透過領域に対応する部分の非晶質シリコンと、第１結晶領域及び第２結晶領域の一部を溶融して結晶化する段階とを含むことを特徴とする請求項１１に記載のポリシリコンの形成方法。
【請求項１４】
前記基板と前記非晶質先行膜の間にバッファ層を形成する段階と；
前記非晶質先行膜に脱水素化過程を行なう段階とをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のポリシリコンの形成方法。
【請求項１５】
前記露出された非晶質先行膜を結晶化する段階以後、前記金属層を完全に除去する段階と；
前記部分的に結晶化された非晶質シリコン層をパターニングして非晶質状態であるシリコン層は除去して、結晶化されたシリコン層だけを残し薄膜トランジスタのアクティブ層として使用する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のポリシリコンの形成方法。
【請求項１６】
前記高融点金属は、モリブデン（Ｍｏ）であることを特徴とする請求項１１に記載のポリシリコンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逐次的横方向結晶化(以下、ＳＬＳと称する)を利用したシリコンの結晶化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、シリコンは結晶状態により、非晶質シリコンと結晶質シリコンとに区分される。
【０００３】
非晶質シリコンは、低い温度で蒸着して薄膜の形成が可能であって、おもに低い溶融点を持つガラスを基板として使用する液晶パネルのスイッチング素子に使用されている。ところが、前記非晶質シリコン薄膜は、液晶パネルの駆動素子の電気的特性と信頼性を確保し表示素子の大面積化を図るうえで問題がある。
【０００４】
大面積化及び高精細液晶表示装置、液晶パネル映像駆動回路、一体形ラップトップコンピュータ、壁掛けテレビ用液晶表示素子等の常用化のためには、優れた電気的特性(例えば、高い電界効果の移動度３０cm2/Vs)と高周波動作特性及び低い漏洩電流(Leakage Current)の画素駆動素子が必要とされ、これは、高品質多結晶シリコンを適用して可能となる。特に、多結晶シリコン薄膜の電気的特性は、結晶粒(Grain)の大きさの影響を受ける。すなわち、結晶粒の大きさの増加により電界効果の移動度が増加する。従って、このような点を考えて、シリコンを単結晶化する方法が大変重要となり、最近は、エネルギー原をレーザーとして、シリコン結晶の側面成長を誘導して巨大な単結晶シリコンを製造するＳＬＳ技術が提案されており、このような技術は、国際特許“ＷＯ97／45827”等に公開されている。
【０００５】
前記ＳＬＳ技術は、シリコン粒が液相シリコンと固相シリコンの境界面で、その境界面に対し垂直方向へ成長する事実を利用したものであって、レーザーエネルギーの大きさとレーザービームの照射範囲の移動を適切に調節して、シリコン粒を所定の長さだけ側面成長させて、非晶質シリコン薄膜を結晶化させる。
【０００６】
このようなＳＬＳ技術を実現させるためのＳＬＳ装置は、図１Ａ及び図１Ｂに示したとおりである。
【０００７】
前記ＳＬＳ装置３２は、レーザービーム３４を発生するレーザー発生装置３６と、前記レーザー発生装置を通じて放出されたレーザービームを集束させる集束レンズ４０と、基板４４に、レーザービームを分けて照射させるマスク３８と、前記マスク３８の下部に位置して、前記マスク３８を通過したレーザービーム３４を一定な比率で縮小する縮小レンズ４２とで構成される。
【０００８】
前記レーザービーム発生装置３６は、光源で加工されてないレーザービームを放出させて、アテネータ（Attenuator；図示せず）を通過させてレーザービームのエネルギーの大きさを調節して、前記集束レンズ４０を通じてレーザービームを照射させる。
【０００９】
前記マスク３８に対応する位置には、非晶質シリコン薄膜が蒸着された基板４４が固定されたＸ−Ｙステージ４６が位置する。この時、前記基板４４の全領域を結晶化するためには、前記Ｘ−Ｙステージ４６を微小に移動させて、結晶領域を漸進的に拡大し続ける方法を使用する。
【００１０】
前述した構成において、前記マスク３８は、前記レーザービームを通過させる透過領域Ａと、レーザービームを吸収する遮断領域Ｂとに区分される。前記透過領域Ａの広さは、レーザーにより結晶化された結晶粒の大きさを決定する。また、前記透過領域Ａと他の透過領域Ａとの間の距離は、ＳＬＳ結晶化方法により側面成長した結晶粒の成長の長さを決定する。
【００１１】
図１Ａ及び図１Ｂは、理解のために一般的なＳＬＳ結晶化装置を例に挙げて説明したものである。
【００１２】
前述した図１Ａの装置を利用した従来のＳＬＳ結晶化工程を、以下図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図２Ａないし図２Ｆは、従来の方法による非晶質シリコンのＳＬＳ工程を示した工程図である。
【００１４】
図２Ａに示したように、基板１０上に絶縁膜であるバッファ層１２を形成する。
前記バッファ層１２は、シリコン窒化膜（ＳｉＮＸ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を含むシリコン絶縁物質のうちから選択された一つで形成する。
【００１５】
前記バッファ層１２の役割は、レーザービームを非晶質シリコンに照射する途中、その熱により基板の表面に存在するアルカリ系物質が局部的に析出され、以後形成されるシリコン層に拡散されることを防ぐためである。
【００１６】
前記バッファ層１２の上部に非晶質先行膜(非晶質シリコン層：ａ−Ｓｉ：Ｈ)１４を形成する。
【００１７】
前記非晶質先行膜１４は、一般的に化学気相蒸着法ＣＶＤ等を使用して基板１０に蒸着されるが、これは、薄膜内に水素Ｈを多く含んでいる場合がある。
【００１８】
前記水素Ｈは、熱により薄膜を離脱する特徴があるため、前記非晶質先行膜１４を１次的に熱処理する脱水素化過程が必要である。なぜかと言うと、水素Ｈを先に除去しない場合には、結晶薄膜の表面が非常に荒くなり、電気的に特性が良くないからである。
【００１９】
図２Ｂに示したように、前記脱水素化工程が完了した非晶質シリコン層１４の上部に、前述したマスク３８を位置させる。
【００２０】
透過領域Ａと遮断領域Ｂとで構成されるマスク３８を通じて一定のビームの幅(Beam Width)を持って照射されたレーザービームは、前記非晶質シリコンを部分的に溶融して、非晶質シリコン層１４は溶融領域Ｃと非溶融領域Ｄとに区分される。ここで、溶融領域Ｃはマスク３８の透過領域Ａに対応しており、非溶融領域Ｄは遮断領域Ｂに対応する。
【００２１】
図２Ｃに示したように、前記レーザービームが照射された部分である溶融領域Ｃは速く冷却されながら、溶融領域Ｃと非溶融領域Ｄの両側の境界面を始めとして、溶融領域Ｃの内側へグレイン（Grain）６０ａ，６０ｂが側面成長をする。従って、溶融領域Ｃごとに第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆが形成される。第１グレイン領域Ｅの第１グレイン６０ａは左から右へと成長したものであって、第２グレイン領域Ｆの第２グレイン６０ｂは右から左へと成長したものである。この時、マスクの透過領域(図２ＢのＡ)の広さが、グレインの最大成長長さの２倍またはそれより小さい場合、前記第１グレイン領域Ｅ及び第２グレイン領域Ｆに構成される第１グレイン６０ａ及び第２グレイン６０ｂは、お互いぶつかりながら成長が止まる。反面、透過領域（図２ＢのＡ）の広さが、グレインの最大成長長さの２倍より大きい場合は、前記各グレイン領域の間には、核生成領域（図示せず）が存在しながら結晶化が行われる。この時、グレインの最大成長長さとは、前記各グレイン領域に属するグレインの最大の長さである。
【００２２】
図２Ｃは、前者の場合を示した図であって、図２Ｄは、結晶化が行われた形状を平面的に示した図である。すなわち、各溶融領域Ｃごとに第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆとで区分された部分的なポリシリコン結晶領域が形成される。また、結晶粒の間の結晶粒系は、結晶化されたシリコン領域と非晶質シリコン領域の境界面に垂直に形成される。
【００２３】
図２Ｅに示したように、部分的に結晶化を行なった後、連続に、前記マスクをＸ軸へと移動させる（図１のステージ４６をＸ軸で反対方向へと移動させた場合と同じ効果である）。この時、マスクの移動距離Ｄは、前記第１グレイン領域Ｅに属する各グレイン６０ａ、６０ｂの長さより短くまた前記長さと同じだけ移動する。すなわち、第１グレイン領域Ｅの一部(第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆの境界面の近く)にレーザービームが重なるように移動する。なぜかと言うと、レーザービームのエッジ（Edge）部分に対応して、結晶化された部分（結晶領域と非結晶領域の境界に当たる）で、多数の結晶欠陥が発生するからである。
【００２４】
このような状態で、レーザー（一般的にエキシマーレーザー；Excimer Laser）を照射して、結晶化を行なうと、前記マスク３８の透過領域Ａに対応する部分である結晶化されたシリコン及び非晶質シリコンが完全に溶融された後、冷却されながら結晶化が行われる。
【００２５】
結果的に、新たな結晶領域Ｇができるのは言うまでもなく、前記第１グレイン領域Ｅのグレインがさらに成長する結果を得る。
【００２６】
前述した方式で、マスクをすこしずつ移動しながら結晶化を行なうと、図２Ｆに示したように、望む長さで成長したグレイン６０ｃで構成されたポリシリコン層を得る。
【００２７】
前述した工程は、液晶パネルが制作される基板全面に非晶質先行膜を形成した後、レーザービームを重ねて照射する方式により側面結晶化を行なう。ところが、液晶パネルが完成されると、前記レーザービームが重なった部分で、部分的に光学的不均一が発生することが観察された。すなわち、このような原因は、前記レーザービームが重なる部分で、レーザービームが熱により下部の構成層（バッファ層または基板）が影響を受けて、光学的不均一をもたらすからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は、前述した問題を解決するために提案されたものであって、非晶質先行膜が形成された基板全面に金属を蒸着して、結晶化される部分の金属を除去して結晶化を行う。
【００２９】
このようにすると、素子が形成される領域以外の領域では、レーザービームが重なって照射されても前記金属によりレーザーエネルギーを分散させられるために、レーザーエネルギーによる影響を最小化できる長所がある。従って、均一な高画質の液晶表示装置の制作ができる。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前述したような目的を達成するための、本発明によるポリシリコンの結晶化方法は、基板上部に非晶質シリコンを蒸着して、非晶質先行膜を形成する段階と；前記非晶質先行膜の上部に高融点金属を蒸着して、金属層を形成する段階と；前記金属層のうち薄膜トランジスタ領域に対応する金属層を除去して、薄膜トランジスタの下部の非晶質先行膜を露出させる段階と；前記パターニングされた金属層が形成された基板の離隔された上部に、透過部と遮断部とで構成されたマスクを位置させる段階と；前記マスクの上部へとレーザービームを照射して、露出された非晶質先行膜をポリシリコンとして結晶化する段階とを含むことを特徴とする。
【００３１】
前記ポリシリコンの形成方法に係り、前記結晶化されたポリシリコンは、薄膜トランジスタの構成素子となることを特徴とする。前記ポリシリコンの形成方法に係り、前記金属層により露出された前記非晶質先行膜を結晶化する段階は、前記マスクの上部へと１次レーザービームを照射して、前記マスクの透過部に対応する部分の非晶質シリコンを完全に溶融した後結晶化して、側面成長した第１グレイン及び第２グレインを各々有する第１結晶領域と第２結晶領域を形成する段階と；前記第１結晶領域及び第２結晶領域を有する非晶質シリコンの上部で前記マスクを移動する段階と；前記移動されたマスクの上部へと２次レーザービームを照射して、前記移動されたマスクの透過領域に対応する部分の非晶質シリコンと結晶化された領域の一部を溶融して結晶化する段階とを含むことを特徴とする。また、前記ポリシリコンの形成方法は、前記基板と前記非晶質先行膜の間にバッファ層を形成する段階と；前記非晶質先行膜に脱水素化過程を行なう段階とをさらに含むことを特徴とする。また、前記ポリシリコンの形成方法は、前記露出された非晶質先行膜を結晶化する段階以後、前記金属層を完全に除去する段階と；前記部分的に結晶化された非晶質シリコン層をパターニングして非晶質状態であるシリコン層は除去して、結晶化されたシリコン層だけを残して薄膜トランジスタのアクティブ層として使用する段階とをさらに含むことを特徴とする。前記ポリシリコンの形成方法に係り、前記高融点金属は、モリブデン（Ｍｏ）であることを特徴とする。
【００３２】
本発明の特徴による多結晶薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に非晶質シリコンを蒸着して非晶質先行膜を形成する段階と；前記非晶質先行膜の上部に高融点金属を蒸着して金属層を形成する段階と；前記基板の上部の薄膜トランジスタ領域に対応する金属層を除去して、薄膜トランジスタ領域の下部の非晶質先行膜を露出させる段階と；前記パターニングされた金属層が形成された基板の離隔された上部に、透過部と遮断部とで構成されたマスクを位置させる段階と；前記マスクの上部へとレーザービームを照射して、前記金属層により露出された非晶質先行膜をポリシリコンとして結晶化する段階と；前記パターニングされた金属層とその下部の非晶質シリコンだけを除去して、前記薄膜トランジスタ領域に対応したポリシリコン層だけを残す段階と；前記ポリシリコン層をパターニングして所定の形状のアクティブ層を形成する段階と；前記アクティブ層が形成された基板全面にゲート絶縁膜を形成する段階と；前記ゲート絶縁膜の上部のアクティブ層の上部にゲート電極を形成する段階と；前記ゲート電極が位置してないアクティブ層の両側に不純物イオンをドーピングして、ソース領域及びドレイン領域を形成する段階と；前記ゲート電極が形成された基板全面に層間絶縁膜を形成した後、前記ソース領域及びドレイン領域を各々露出する第１コンタクト層及び第２コンタクト層を形成する段階と；前記露出されたソース領域及びドレイン領域に接触して、相互に離隔されたソース電極とドレイン電極を形成する段階とを含むことを特徴とする。前記多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法に係り、前記金属層により露出された前記非晶質先行膜を結晶化する段階は、前記マスクの上部へと１次レーザービームを照射して、前記マスクの透過部に対応する部分の非晶質シリコンを完全に溶融した後結晶化して、側面成長した第１グレイン及び第２グレインを各々有する第１結晶領域と第２結晶領域を形成する段階と；前記第１結晶領域及び第２結晶領域を有する非晶質シリコンの上部で前記マスクを移動する段階と；前記移動されたマスクの上部へと２次レーザービームを照射して、前記移動されたマスクの透過領域に対応する部分の非晶質シリコンと結晶化された領域の一部を溶融して、結晶化する段階とを含むことを特徴とする。また、多結晶薄膜トランジスタの製造方法は、前記基板と前記非晶質先行膜の間にバッファ層を形成する段階と；前記非晶質シリコン層を形成した後脱水素化工程を行なう段階とをさらに含むことを特徴とする。前記多結晶薄膜トランジスタの製造方法に係り、前記高融点金属は、モリブデン（Ｍｏ）であることを特徴とする。
【００３３】
本発明の特徴によるポリシリコンの形成方法は、基板上部に非晶質シリコンを蒸着して非晶質先行膜を形成する段階と；前記非晶質先行膜の上部に高融点金属を蒸着して金属層を形成する段階と；前記金属層のうち薄膜トランジスタ領域に対応する金属層を除去して、薄膜トランジスタ領域の下部の非晶質先行膜を露出する段階と；前記パターニングされた金属層が形成された基板の離隔された上部に、透過部と遮断部とで構成されて透過部の幅が遮断部の幅より広く構成されたマスクを位置させる段階と；前記マスクの上部へとレーザービームを照射して、露出された非晶質先行膜をポリシリコンとして結晶化する段階とを含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明のまた他の実施例によるポリシリコンの形成方法で、前記結晶化されたポリシリコンは薄膜トランジスタの構成素子になる。前記金属層により露出された前記非晶質先行膜を結晶化する段階は、前記マスクの上部へと１次レーザービームを照射して前記マスクの透過部に対応する部分の非晶質シリコンを完全に溶融した後結晶化して、側面成長した第１グレイン及び第２グレインを各々有する第１結晶領域と第２結晶領域を形成する段階と；前記第１結晶領域及び第２結晶領域を有する非晶質シリコンの上部で前記マスクを第１結晶領域の幅より広く移動して、マスクの遮断部が第１結晶領域及び第２結晶領域の境界部を遮るようにする段階と；前記移動されたマスクの上部へと２次レーザービームを照射して、前記移動されたマスクの透過領域に対応する部分の非晶質シリコンと、第１結晶領域及び第２結晶領域の一部を溶融して結晶化する段階とを含む。前記ポリシリコンの形成方法は、前記基板と前記非晶質先行膜の間にバッファ層を形成する段階と；前記非晶質先行膜に脱水素化過程を行なう段階とをさらに含むことを特徴とする。前記ポリシリコンの形成方法は、前記露出された非晶質先行膜を結晶化する段階以後、前記金属層を完全に除去する段階と；前記部分的に結晶化された非晶質シリコン層をパターニングして非晶質状態であるシリコン層は除去して、結晶化されたシリコン層だけを残し薄膜トランジスタのアクティブ層として使用する段階とをさらに含む。また、前記高融点金属は、モリブデン（Ｍｏ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のような逐次的横方向結晶化方法により、薄膜トランジスタ領域以外の領域に対応して前記金属膜を形成をして、この部分にレーザービームが直接当たることを防ぐために、薄膜トランジスタ以外の領域で、レーザービームが重なって発生していた画質の不均一の解消ができる。従って、高画質液晶表示装置の制作ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明を実施するための最良の形態は、基板に蒸着された非晶質先行膜のうち、薄膜トランジスタのアクティブ層が形成された部分だけを露出して、他の部分は金属でブロッキングした状態で逐次的横方向結晶化を行なうことを特徴とする。
【００３７】
以下、図面を参照しながら、本発明によるポリシリコン層を形成する方法を説明する。
【００３８】
図３Ａないし図３Ｄは、本発明によるポリシリコン層の形成方法を工程順に示した工程平面図と、各平面図に対応する工程断面図である。
【００３９】
図３Ａに示したように、基板１００上に絶縁膜であるバッファ層１０２を形成する。
【００４０】
前記バッファ層１０２は、シリコン窒化膜（ＳｉＮＸ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を含むシリコン絶縁物質のうちから選択された一つで形成する。
【００４１】
前記バッファ層１０２の上部に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を蒸着して、非晶質先行膜[非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）］１０４を形成する。
【００４２】
前記非晶質先行膜１０４は、一般的に化学気相蒸着法ＣＶＤ等を使用して基板に蒸着されるが、これは薄膜内に水素Ｈを多く含んでいる。
【００４３】
前記水素Ｈは熱により薄膜を離脱する特徴があるため、前記非晶質先行膜１０４を１次的に熱処理する脱水素化過程が必要である。
【００４４】
前記非晶質先行膜１０４が形成された基板１００全面にモリブデン（Ｍｏ）のような高融点金属を蒸着して金属層１０６を形成する。
【００４５】
次に、図３Ｂに示したように、前記金属層１０６が形成された基板１００全面に、多数の画素領域Ｐと、その画素領域Ｐの一側に対応する薄膜トランジスタ領域Ｔを定義する。すなわち、薄膜トランジスタ領域Ｔは、各画素領域Ｐの角に対応して定義される。
【００４６】
前記金属層１０６をフォトエッチング工程によりパターニングして、前記薄膜トランジスタ領域Ｔに対応する金属層を除去して、この部分の非晶質先行膜１０４を露出する工程を行なう。
【００４７】
図３Ｃに示したように、前記パターニングされた金属層が構成された基板１００全面に対しレーザービームＬを照射する工程を行ない、結晶化工程を行なう。この結晶化工程は、前述した図２Ａないし図２Ｆと同一工程であるため、詳しい説明は省略する。
【００４８】
この時、前記薄膜トランジスタ領域に対応する部分の領域Ｔだけが多結晶シリコン１１０になり、残った前記金属層１０６が位置する領域ＪはレーザービームＬが遮断され非晶質の性質を有するシリコンそのままで残る。
【００４９】
前記金属層１０６を除去して、その下部の非晶質シリコン膜１０４を除去する工程を行なうと、図３Ｄに示したように、前記薄膜トランジスタ領域に対応する部分Ｔにパターニングされた多結晶シリコン層１１２が構成される。
【００５０】
前記多結晶シリコン層１１２を設計された形にパターン化して、薄膜トランジスタのアクティブ層として使用する。
【００５１】
以下、図４Ａないし図４Ｇを参照しながら、前記図３の結晶化工程を詳しく説明する。
【００５２】
図４Ａに示したように、基板２００上に絶縁膜であるバッファ層２０２を形成する。
【００５３】
前記バッファ層２０２は、シリコン窒化膜（ＳｉＮＸ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を含むシリコン絶縁物質のうちから選択された一つで形成する。
【００５４】
前記バッファ層２０２の上部に非晶質先行膜[非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）]２０４を形成する。
【００５５】
前記非晶質先行膜２０４は、一般的に化学気相蒸着法ＣＶＤ等を使用して基板に蒸着されるが、これは、薄膜内に水素Ｈを多く含んでいる。
【００５６】
前記水素Ｈは、熱により薄膜を離脱する特徴があるため、前記非晶質先行膜２０４を熱処理する脱水素化過程が必要である。
【００５７】
前記非晶質先行膜２０４の上部に、モリブデン（Ｍｏ）のような高融点金属を蒸着して金属遮断膜２０６を形成する。
【００５８】
図４Ｂに示したように、前記金属遮断膜２０６をパターニングして、基板２００上に、定義された薄膜トランジスタ領域Ｔに対応する部分を除去して、その下部の非晶質先行膜２０４を露出する工程を行なう。
【００５９】
図４Ｃに示したように、金属遮断膜２０６が形成された基板２００の上部に、透過部Ａと遮断部Ｂとで構成されたマスクＭを離隔して位置させる。
【００６０】
前記マスクを通じて、任意の形状で照射されたレーザービームは、前記非晶質先行膜２０４を部分的に溶融させて、非晶質先行膜２０４が完全溶融領域（液相領域）Ｃと非溶融領域（固相領域）Ｄ１とに区分される。この時、前記金属遮断膜２０６の下部に対応する非晶質先行膜２０４は、前記マスクの透過部Ａに対応するが、金属遮断膜２０６によりレーザービームが遮断されるので、非溶融領域Ｄ２として残る。
【００６１】
図４Ｄに示したように、前記レーザービームが照射された部分である溶融領域Ｃは速く冷却されて、溶融領域Ｃと非溶融領域Ｄ１の両側の境界を始めとして、第１グレイン２２０ａ及び第２グレイン２２０ｂａが各々側面成長をする。従って、溶融領域Ｃごと第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆが形成される。第１グレイン領域Ｅは第１グレイン２２０ａを含み、第２グレイン領域Ｆは第２グレイン２２０ｂを含む。
【００６２】
図４Ｅに示したように、部分的に結晶化が行われた非晶質シリコン層を平面的に観察できる。ここで、部分的に溶融領域Ｃは、側面成長した第１グレイン２２０ａ及び第２グレイン２２０ｂａとで構成された第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆとで構成されている。第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆの外側には、非晶質状態のままで残っている第１非溶融領域Ｄ１が存在する。
【００６３】
図４Ｆに示したように、部分的に結晶化を行なった後、マスクＭをＸ軸へと移動させる（図１のステージをＸ軸で反対方向へと移動させた場合と同じ効果である）。この時、マスクＭの移動距離は、前記第１グレイン領域Ｅに属する第１グレイン２２０ａの長さより短くまたは前記長さと同じだけ移動する。
【００６４】
このような状態で、レーザー(一般的にエキシマーレーザー Excimer Laser)を照射して、結晶化を行なうと、前記マスクＭの透過領域Ａに対応する一部の結晶領域と非晶質領域Ｈが完全に溶融された後、冷却されながら結晶化が行われる。
【００６５】
結果的に、結晶領域が拡散することは言うまでもなく、前記第１グレイン領域Ｅの第１グレイン２２０ａがさらに成長する結果を得る。
【００６６】
前述したような工程を繰り返して、図４Ｇに示したように、薄膜トランジスタ領域Ｔに対応して、側面成長したグレイン２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃとで構成された多結晶シリコン層２４０を形成する。ここには、三つのグレイン領域２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃとで区分された多結晶シリコン層２４０を図示したが、多結晶シリコン層２４０には、一つまたは二つ以上のグレイン領域が存在する。
【００６７】
前述したような工程が完了すると、前記金属遮断膜２０６とその下部の非晶質シリコン層２０４を除去する。そして、前記多結晶層を望むパターンでパターニングする。
【００６８】
以下、図５Ａないし図５Ｄを参照しながら、前述したような工程により制作された多結晶シリコン層を含む薄膜トランジスタの製造工程を説明する。
【００６９】
図５Ａに示したように、前述したような工程により基板３００上にバッファ層３０２を構成して、そのバッファ層３０２上に所定の形状でパターニングされた多結晶シリコン層３０６を形成する。
【００７０】
前記多結晶シリコン層３０６は、中央のアクティブ領域３０６ａと、その両側のソース領域及びドレイン領域３０６ｂとで定義される。アクティブ領域３０６ａは多結晶シリコン層３０６の中央に形成されて、ソース領域/ドレイン領域３０６ｂはアクティブ領域３０６ａの左右に位置する。
【００７１】
前記アクティブ層３０６の上部に、酸化シリコン(ＳｉＯ２)をプラズマ化学気相蒸着法(ＰＥＣＶＤ)で蒸着して、シリコン酸化膜である絶縁膜３０７を形成する。
【００７２】
次に、図５Ｂに示したように、前記アクティブ領域３０６Ａの上部のゲート絶縁膜３０８上に、ゲート電極３１０を形成する。
【００７３】
前記ソース領域／ドレイン領域３０６ｂにｐ+（例えば、ホウ素）または、ｎ＋（例えば、リン）不純物イオンをドーピングする。
【００７４】
前記ゲート電極３１０は、前記アクティブ領域３０６ａにドーパントが浸透することを防ぐイオンストッパー（Ion Stopper）としての役割をする。この時、絶縁膜３０８は、図５Ａに示した絶縁膜３０７状態のまま残したり、図５Ｂに示したように、ゲート電極３１０の下部にだけ残したりする。
【００７５】
図５Ｃに示したように、前記ゲート電極３１０が形成された基板３００全面に、層間絶縁膜３２２を形成する。
【００７６】
前記多結晶シリコン層３０６の上部の層間絶縁膜３２２をエッチングして、前記アクティブ領域３０６ａの両側に各々ソース領域/ドレイン領域３０６ｂの一部を露出する第１コンタクトホール３２４と第２コンタクトホール３２６を形成する。
【００７７】
前述したような工程で本発明により制作された多結晶シリコン層を含む多結晶薄膜トランジスタを提供する。
【００７８】
一方、前述した図４Ａないし図４Ｇは、多数のレーザー照射（Laser Shot）を利用して、金属により露出された非晶質シリコンを結晶化させた。ところが、実質的に２回のレーザー照射（Two Laser Shot）を利用して、薄膜トランジスタに使用されるポリシリコンアクティブ層を形成することが最も適切である。以下の図６Ａないし図６Ｇは、ツーショット（Two Shot）レーザーを利用して、金属により露出された非晶質シリコンを結晶化する方法を叙述している。
【００７９】
図６Ａに示したように、基板４００上に絶縁膜であるバッファ層４０２を形成する。
【００８０】
前記バッファ層４０２は、シリコン窒化膜（ＳｉＮＸ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を含むシリコン絶縁物質のうちから選択された一つで形成する。
【００８１】
前記バッファ層４０２の上部に非晶質先行膜[非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ：Ｈ）]４０４を形成する。前記非晶質先行膜４０４は、一般的に化学気相蒸着法ＣＶＤ等で基板に蒸着して形成する。
【００８２】
前記非晶質先行膜４０４の上部にモリブデン（Ｍｏ）のような高融点金属を蒸着して金属遮断膜４０６を形成する。
【００８３】
図６Ｂに示したように、前記金属遮断膜４０６をパターニングして、基板４００上に定義された薄膜トランジスタ領域Ｔに対応する部分を除去して、その下部の非晶質先行膜４０４を露出する工程を行なう。
【００８４】
図６Ｃに示したように、金属遮断膜４０６が形成された基板４００の上部に、透過部Ａと遮断部Ｂとで構成されたマスクＭを離隔して位置させる。図４Ｃでのマスクとは異なり、図６ＣのマスクＭは、遮断部Ｂにより透過部Ａが大きくなるように(Ａ＞Ｂ)形成する。例えば、金属遮断膜４０６がパターニングされ現れた幅が８μmの時、前記マスクＭの透過部Ａの幅は、５μmないし６μmであって、遮断部Ｂの幅は、1.5μm 以上及び５μm以下である。
【００８５】
前記マスクＭを通じて、任意の形状で照射されたレーザービームは、前記非晶質先行膜４０４を部分的に溶融をさせて、非晶質先行膜４０４は完全に溶融領域（液相領域）Ｃと非溶融領域（固相領域）Ｄ１とに区分される。この時、前記金属遮断膜４０６の下部に対応する非晶質先行膜４０４の部分は、前記マスクの透過部Ａに対応するが、金属遮断膜４０６によりレーザービームが遮断されるので、非溶融領域(固相領域)Ｄ２として残る。
【００８６】
図６Ｄに示したように、前記レーザービームが照射された部分である溶融領域Ｃは速く冷却されて、溶融領域Ｃと非溶融領域Ｄ１の両側の境界を始めとして、第１グレイン４２０ａ及び第２グレイン４２０ｂが各々側面成長をする。従って、溶融領域Ｃごと第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆが形成される。第１グレイン領域Ｅは第１グレイン４２０ａを含み、第２グレイン領域Ｆは第２グレイン４２０ｂを含む。
【００８７】
図６Ｅに示したように、部分的に結晶化が行われた非晶質シリコン層を平面的に観察できる。ここで、部分的に溶融領域Ｃは、側面成長した第１グレイン４２０ａ及び第２グレイン４２０ｂとで構成された第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆとで構成されている。第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆの外側には、非晶質状態のままで残っている第１非溶融領域Ｄ１が存在する。
【００８８】
図６Ｆに示したように、部分的に結晶化を行なった後、マスクＭをＸ軸へと移動させる（図１のステージをＸ軸で反対方向へと移動させた場合と同じ効果である）。この時、マスクＭの移動距離は、前記第１グレイン領域Ｅに属する第１グレイン４２０ａの長さより長く移動する。従って、前記マスクＭの遮断部Ｂが前記第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆの境界部を覆うように位置させる。
【００８９】
このような状態で、レーザー（一般的にエキシマーレーザー；Excimer Laser）を照射して結晶化を行なうと、前記マスクＭの透過領域Ａに対応する第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆの一部の結晶領域と非晶質領域Ｈが完全に溶融された後、冷却されながら結晶化が行われる。
【００９０】
結果的に、第１グレイン領域Ｅと第２グレイン領域Ｆの左右側へと拡張されて、第１グレイン４２０ａ及び第２グレイン４２０ｂが成長する結果を得る。
【００９１】
前述したような２回のレーザー工程により、図６Ｇに示したように、薄膜トランジスタ領域Ｔに対応して、側面成長したグレイン４２２ａ，４２２ｂとで構成された多結晶シリコン層４４０を形成する。すなわち、二つのグレイン領域４２２ａ，４２２ｂとで区分された多結晶シリコン層４４０を形成する。
【００９２】
前述したような工程が完了すると、前記金属遮断膜４０６とその下部の非晶質シリコン層４０４を除去する。そして、前記多結晶層を望むパターンでパターニングする。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１Ａ】側面成長により結晶化されたポリシリコン層を形成するレーザービームの発生装置を概略的に示した図面である。
【図１Ｂ】図１のレーザービームの発生装置に使用されるマスクを示した平面図である。
【図２Ａ】従来に方法による非晶質シリコンの逐次的横方向結晶化工程を示した工程図である。
【図２Ｂ】図２Ａに続く工程を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂに続く工程を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｃに続く工程を示す平面図である。
【図２Ｅ】図２Ｄに続く工程を示す平面図である。
【図２Ｆ】図２Ｅに続く工程を示す平面図である。
【図３Ａ】本発明によるシリコン結晶化工程を工程順に示した工程平面図と、各平面図に対応する工程断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに続く工程を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂに続く工程を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｃに続く工程を示す断面図である。
【図４Ａ】図３の結晶化工程を順に詳しく示した工程断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに続く工程を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに続く工程を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃに続く工程を示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｄに続く工程を示す平面図である。
【図４Ｆ】図４Ｅに続く工程を示す平面図である。
【図４Ｇ】図４Ｆに続く工程を示す平面図である。
【図５Ａ】本発明による多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造工程を工程順に示した工程断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに続く工程を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｂに続く工程を示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｃに続く工程を示す断面図である。
【図６Ａ】ツーショット（Two Shot）レーザーを利用して、金属により露出された非晶質シリコンを結晶化する過程を示した工程図である。
【図６Ｂ】図６Ａに続く工程を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｂに続く工程を示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｃに続く工程を示す断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｄに続く工程を示す平面図である。
【図６Ｆ】図６Ｅに続く工程を示す平面図である。
【図６Ｇ】図６Ｆに続く工程を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１００：基板
１０２：バッファ層
１０４：非晶質先行膜
１１０：多結晶シリコン
【図１Ａ】
2004214677.tif 000003
【図１Ｂ】
2004214677.tif 000004
【図２Ａ】
2004214677.tif 000005
【図２Ｂ】
2004214677.tif 000006
【図２Ｃ】
2004214677.tif 000007
【図２Ｄ】
2004214677.tif 000008
【図２Ｅ】
2004214677.tif 000009
【図２Ｆ】
2004214677.tif 000010
【図３Ａ】
2004214677.tif 000011
【図３Ｂ】
2004214677.tif 000012
【図３Ｃ】
2004214677.tif 000013
【図３Ｄ】
2004214677.tif 000014
【図４Ａ】
2004214677.tif 000015
【図４Ｂ】
2004214677.tif 000016
【図４Ｃ】
2004214677.tif 000017
【図４Ｄ】
2004214677.tif 000018
【図４Ｅ】
2004214677.tif 000019
【図４Ｆ】
2004214677.tif 000020
【図４Ｇ】
2004214677.tif 000021
【図５Ａ】
2004214677.tif 000022
【図５Ｂ】
2004214677.tif 000023
【図５Ｃ】
2004214677.tif 000024
【図５Ｄ】
2004214677.tif 000025
【図６Ａ】
2004214677.tif 000026
【図６Ｂ】
2004214677.tif 000027
【図６Ｃ】
2004214677.tif 000028
【図６Ｄ】
2004214677.tif 000029
【図６Ｅ】
2004214677.tif 000030
【図６Ｆ】
2004214677.tif 000031
【図６Ｇ】
2004214677.tif 000032