(57)【要約】      （修正有）【課題】非晶質シリコンを多結晶シリコンに結晶化する工程で形成される突起を除去することができる結晶化用マスク、これを利用した結晶化方法及びこれを含む薄膜トランジスタ表示板の製造方法を提供する。【解決手段】絶縁基板の上部に非晶質シリコン薄膜を形成し、透過領域のスリットを有する多結晶用マスク３００を利用してレーザービームを局部的に照射する順次的凝固工程で非晶質シリコン薄膜を結晶化して多結晶シリコン薄膜を形成する。次いで、スリットが半透過膜からなってレーザービームのエネルギーを調節することができるマスクを利用した順次的凝固工程で多結晶シリコン薄膜の表面を再結晶化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶化工程でレーザービームを局部的に透過させる透過領域を定義する複数のスリットを有する結晶化用マスクであって、
前記スリットはレーザービームのエネルギーを調節することができるエネルギー調節手段からなる複数の第１スリットを含む、結晶化用マスク。
【請求項２】
前記スリットは、前記第１スリットと異なる幅を有し、前記レーザービームを完全に透過させる透過領域からなる複数の第２スリットを有する、請求項１に記載の結晶用マスク。
【請求項３】
前記第１スリットは半透過膜が形成されており、前記第２スリットは開口部を構成する、請求項２に記載の結晶化用マスク。
【請求項４】
前記第１スリットの幅は前記第２スリットの幅より狭い、請求項３に記載の結晶化用マスク。
【請求項５】
前記第２スリットは少なくとも２列以上配列されており、互いに異なる列で前記第２スリットは前記第２スリットの半ピッチだけ外れて配置されている、請求項３に記載の結晶化用マスク。
【請求項６】
絶縁基板の上部に非晶質シリコン薄膜を形成する段階と、
レーザービームを局部的に照射して前記非晶質シリコン薄膜を多結晶シリコン薄膜に結晶化する段階と、
前記レーザービームのエネルギーを前記結晶化段階のエネルギーより低く調節して前記多結晶シリコン薄膜の一部を再結晶化する段階と、
を含む結晶化方法。
【請求項７】
前記結晶化段階と前記再結晶化段階は、マスクに形成されている複数のスリットを通じてレーザービームを局部的に透過させて結晶化する順次的凝固工程で実施し、前記結晶化段階と前記再結晶化段階では互いに異なる複数の第１及び第２スリットを通じてレーザービームを透過させる、請求項６に記載の結晶化方法。
【請求項８】
複数の前記第１スリットは開口部からなっており、複数の前記第２スリットは半透過膜からなる、請求項７に記載の結晶化方法。
【請求項９】
複数の前記第１スリットと複数の前記第２スリットの幅は互いに異なる、請求項８に記載の結晶化方法。
【請求項１０】
複数の前記第１スリットと複数の前記第２スリットは互いに異なるマスクに形成されている、請求項９に記載の結晶化方法。
【請求項１１】
複数の前記第１スリットと複数の前記第２スリットは互いに同一なマスクに形成されている、請求項９に記載の結晶化方法。
【請求項１２】
絶縁基板の上部に非晶質シリコン薄膜を形成する段階と、
レーザービームを局部的に照射して前記非晶質シリコン薄膜を多結晶シリコン薄膜に結晶化する段階と、
前記結晶化段階より低いエネルギーを有するレーザービームを照射して前記多結晶シリコン薄膜の一部を再結晶化する段階と、
前記多結晶シリコン薄膜をパターニングして半導体層を形成する段階と、
前記半導体層を覆うゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記半導体層の前記ゲート絶縁膜の上部にゲート電極を形成する段階と、
前記半導体層に不純物を注入して前記ゲート電極を中心に両側にソース及びドレーン領域を形成する段階と、
前記ゲート電極を覆う第１層間絶縁膜を形成する段階と、
前記ソース及びドレーン領域と各々電気的に連結されるソース及びドレーン電極を各々形成する段階と、
前記ソース及びドレーン電極を覆う第２層間絶縁膜を形成する段階と、
前記ドレーン電極と連結されている画素電極を形成する段階と、
を含む、薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
【請求項１３】
前記結晶化段階と前記再結晶化段階は、マスクに形成されている複数のスリットを通じてレーザービームを局部的に透過させて結晶化する順次的固状結晶で実施し、前記結晶化段階と前記再結晶化段階では互いに異なる複数の第１及び第２スリットを通じてレーザービームを透過させる、請求項１２に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
【請求項１４】
複数の前記第１スリットは開口部にからなっており、複数の前記第２スリットは半透過膜からなる、請求項１３に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
【請求項１５】
複数の前記第１スリットと複数の前記第２スリットの幅は互いに異なる、請求項１４に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
【請求項１６】
複数の前記第１スリットと複数の前記第２スリットは互いに異なるマスクに形成されている、請求項１５に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
【請求項１７】
複数の前記第１スリットと複数の前記第２スリットは互いに同一のマスクに形成されている、請求項１６に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
【請求項１８】
前記薄膜トランジスタ表示板は液晶表示装置の１つの基板として使用する、請求項１２に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
【請求項１９】
前記薄膜トランジスタ表示板は有機発光表示装置の１つの基板として使用する、請求項１２に記載の薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶化用マスク、これを利用した結晶化方法及びこれを含む薄膜トランジスタ表示板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に薄膜トランジスタ表示板はマトリックス配列を有する画素を有する液晶表示装置または有機EL表示装置などの１つの基板として使用される。この時、各々の画素にはスイッチング素子として薄膜トランジスタを備えてR、G、B画素を選択的に駆動し、これにより多様な色の画面を実現することが可能である。
【０００３】
液晶表示装置は２枚の表示板の間に注入されている異方性誘電率を有する液晶物質に電極を利用して電界を印加し、この電界の強さを調節して基板に透過される光量を調節することによって画像を表示する装置である。この時、電極に伝達される画像信号を制御するためにスイッチング素子として薄膜トランジスタを使用する。
【０００４】
有機発光（organic electro-luminescence）は、蛍光性有機物質を電気的に励起発光して画像を表示する表示装置であって、正孔注入電極（アノード）と電子注入電極（カソード）及びこれらの間に形成されている有機発光層を含み、有機発光層に電荷を注入すれば、電子と正孔が対をなした後、消滅しながら発光する自己発光型表示装置であり、各々の画素には駆動薄膜トランジスタとスイッチングトランジスタが設けられている。この時、発光のための電流を供給する駆動薄膜トランジスタの電流量は、スイッチングトランジスタを通じて印加されるデータ電圧によって制御され、スイッチングトランジスタのゲートとソースは各々互いに交差して配置されているゲート信号線（又はスキャンライン）とデータ信号線に接続されている。
【０００５】
このような表示装置に使用される最も一般的な薄膜トランジスタは非晶質シリコンを半導体層として使用する。
【０００６】
このような非晶質シリコン薄膜トランジスタはほぼ０.５〜１cm2/Vsec程度の移動度（mobility）を有しており、液晶表示装置のスイッチング素子としては使用できるが、移動度が小さいため液晶パネルまたは有機ELなどの表示装置で直接駆動回路を形成することは不適な短所がある。
【０００７】
したがって、このような問題点を克服するために、電流移動度がほぼ２０〜１５０cm2/Vsec程度である多結晶シリコンを半導体層として使用する多結晶シリコン薄膜トランジスタをスイッチング素子または駆動素子として利用する液晶表示装置または有機ELが開発されている。このような多結晶シリコン薄膜トランジスタは、比較的に高い電流移動度を持っているので、駆動回路を表示装置用パネルに内蔵するチップインガラス（Chip In Glass）を実現することができる。
【０００８】
現在低い融点を有するガラス基板上部に多結晶シリコンの薄膜を結晶化して形成する方法のうち最も多く使われる方法は、エキシマーレーザーアニーリング（excimer laser annealing）する技術であって、直接非晶質シリコンが吸収する波長帯のエキシマーレーザーを照射して、非晶質シリコンを１４００℃程度の温度で溶融して多結晶に結晶化する。この時、結晶粒度は３０００〜５０００Å程度で比較的均一な大きさで形成され、結晶化される時間は３０〜２００nsに過ぎないために有機基板には損傷を与えない。しかし、不均一な結晶粒界により薄膜トランジスタの間の電気的な特性に対する均一度を低下させたり、粒子の微細構造を調節することができないという短所を有している。
【０００９】
このような問題点を解決するために、結晶粒界の分布を人為的に調節することができる順次的側面凝固（sequential lateral solidification）工程が開発された。これは、レーザー照射が行われた液状領域と、レーザー照射が行われなかった固状領域の境界で、その境界面に対して垂直方向に多結晶シリコンのグレーンが成長するという事実を利用した技術である。この時、マスクの透過領域（スリット）にレーザービームを通過させて非晶質シリコンを完全に溶かし、スリット模様の液状領域を形成すれば、液状の非晶質シリコンは冷却されつつ結晶化するが、結晶はレーザーが照射されなかった固状領域の境界からその境界面に対して垂直方向に成長し、グレーンの成長は液状領域の中央で互いに会えば止まる。このような順次的側面固状結晶はグレーンの大きさをスリットの幅だけ成長させることができる長所を有している。
【００１０】
しかし、このような順次的側面凝固工程を進めた後には多結晶シリコン層の表面に４００〜１０００Å程度の突起が結晶粒界に沿って形成されるため半導体層の上部に形成されるゲート絶縁膜の界面に応力を誘発し、これはエキシマーレーザーアニーリングに比べて１０倍以上大きく現れ、薄膜トランジスタの特性を低下させる原因として作用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、非晶質シリコンを多結晶シリコンに結晶化する工程で形成される突起を除去することができる結晶化用マスク、これを利用した結晶化方法及びこれを含む薄膜トランジスタ表示板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような課題を解決するために本発明では、エキシマーレーザー結晶または側面凝固工程を実施して非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化する時、結晶化時より低いエネルギーを照射して再び多結晶シリコン層の表面を液状で溶かして突起を除去する。
さらに詳細には、本発明の実施例による結晶化用マスクは、結晶化工程でレーザービームを局部的に透過させる透過領域を定義する複数のスリットを有する結晶化用マスクであって、スリットはレーザービームのエネルギーを調節することができるエネルギー調節手段からなる複数の第１スリットを含む。
【００１３】
スリットは、第１スリットと異なる幅を有し、レーザービームを完全に透過させる透過部からなる複数の第２スリットを有する構成とすることができる。
【００１４】
複数の第１スリットは半透過膜が形成されており、第２スリットは開口部を構成するのが好ましく、第１スリットの幅は第２スリットの幅より狭いことが好ましい。
【００１５】
第２スリットは少なくとも２列以上配列されており、互いに異なる列で第２スリットは第２スリットの半ピッチだけ外れて配置されているのが好ましい。
【００１６】
本発明の実施例による結晶化方法では、まず絶縁基板の上部に非晶質シリコン薄膜を形成した後、レーザービームを局部的に照射して非晶質シリコン薄膜を多結晶シリコン薄膜に結晶化する。次いで、レーザービームのエネルギーを結晶化段階のエネルギーより低く調節して多結晶シリコン薄膜の一部を再結晶化する。
【００１７】
結晶化段階と再結晶化段階はマスクに形成されている複数のスリットを通じてレーザービームを局部的に透過させて結晶化する順次的凝固工程で実施し、結晶化段階と再結晶化段階では互いに異なる複数の第１及び第２スリットを通じてレーザービームを透過させることが好ましい。
【００１８】
複数の第１スリットは開口部からなっており、前記第２スリットは半透過膜からなり、複数の第１スリット及び第２スリットの幅は互いに異なることが好ましい。
【００１９】
複数の第１スリット及び第２スリットは互いに異なるマスクに形成することができ、複数の第１スリット及び第２スリットは互いに同一のマスクに形成することもできる。
【００２０】
このような結晶化方法を含む薄膜トランジスタ表示板の製造方法では、絶縁基板の上部に非晶質シリコン薄膜を形成した後、レーザービームを局部的に照射して非晶質シリコン薄膜を多結晶シリコン薄膜に結晶化し、結晶化段階より低いエネルギーを有するレーザービームを照射して多結晶シリコン薄膜の一部を再結晶化する。次に、多結晶シリコン薄膜をパターニングして半導体層を形成し、半導体層を覆うゲート絶縁膜を形成する。また、半導体層のゲート絶縁膜の上部にゲート電極を形成した後、半導体層に不純物を注入してゲート電極を中心に両側にソース及びドレーン領域を形成する。次に、ゲート電極を覆う第１層間絶縁膜を形成した後、ソース及びドレーン領域と各々電気的に連結されるソース及びドレーン電極を各々形成する。また、ソース及びドレーン電極を覆う第２層間絶縁膜を形成した後、ドレーン電極と連結されている画素電極を形成する。
【００２１】
結晶化段階と再結晶化段階はマスクに形成されている複数のスリットを通じてレーザービームを局部的に透過させて結晶化する順次的凝固工程で実施し、結晶化段階と再結晶化段階では互いに異なる複数の第１及び第２スリットを通じてレーザービームを透過させるが、複数の第１スリットは開口部にからなり、複数の第２スリットは半透過膜からなることが好ましい。
【００２２】
複数の第１スリットと複数の第２スリットの幅は互いに異なるように構成でき、複数の第１スリットと複数の第２スリットは互いに異なるマスクに形成することができ、互いに同一のマスクに形成することもできる。
【００２３】
このような薄膜トランジスタ表示板は液晶表示装置の１つの基板または有機発光表示装置の１つの基板として使用することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では低いエネルギーを利用して多結晶シリコン薄膜を再結晶化して表面で突起を除去することによって、薄膜トランジスタの特性を向上させることができ、その結果表示装置の表示特性を安定的に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
添付した図面を参照して本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。ただし、本発明は多様で相異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
【００２６】
図面で多様な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体にかけて類似する部分については同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上”にあるとする時、これは他の部分の“直上”にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。これに反し、ある部分が他の部分の“直上”にあるとする時には中間に他の部分がないことを意味する。
【００２７】
以下で本発明の実施例による結晶化用マスク及びこれを利用した薄膜トランジスタ表示板の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
順次的側面凝固（sequential lateral solidification）工程により、スリットで透過領域を定義するマスクを利用して、レーザービームを透過領域を通過させて局部的に非晶質シリコンを完全に溶かして、非晶質シリコン層に液状領域を形成した後、固状領域の境界面に垂直方向にグレーンを成長させて非晶質シリコンを多結晶シリコンに結晶化する。この時、本発明の実施例では結晶化を実施した後、結晶化の時より低いエネルギーのレーザービームを多結晶シリコン層に照射して、多結晶シリコン層の表面を再結晶化し突起を除去する。この時、再結晶化時に低いエネルギーのレーザービームを照射するためには透過領域を定義するスリットを半透過膜で形成したり、スリットの幅を調節する方法などがある。このような本発明の実施例による結晶化用マスクの構造について順次的側面凝固工程と共に図面を参照して具体的に説明する。
【００２９】
図１は、結晶用マスク及びこれを利用した順次的側面凝固工程を具体的に示した平面図であり、図２はマスクのスリットにレーザーを通過させて非晶質シリコンを多結晶シリコンに結晶化する工程を概略的に示した概略図であり、図３a〜３cは非晶質シリコンが多結晶シリコンに結晶化される過程を具体的に示した断面図であり、図４は順次的側面凝固工程によって結晶化された多結晶シリコンの微細構造を示した図面である。
【００３０】
順次的側面凝固工程では図１のように、結晶化用マスクは、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶する際に、レーザービームを局部的に照射して液状領域を形成するために使用するマスク３００であって、透過領域を定義するスリット３１０が縦方向に配列されている。この時、スリット３１０は２つの領域に分けられて配列されているが、互いに隣接する２列のスリット３１１、３１２は縦のスリットピッチの半分だけずれるように配置されている。この時、２列のスリット３１１、３１２の周縁は互いに重なるように配置されている。
【００３１】
スリットで形成されているマスク３００の透過領域３１０に図２及び図３aのようにレーザービームを透過させて、絶縁基板５００の上部に形成されている非晶質シリコン層２００を局部的に完全に溶かして、透過領域３１０に対応する非晶質シリコン層２００に液状領域２１０を形成する。この時、図３bのように多結晶シリコンのグレーンはレーザーが照射された液状領域２１０とレーザーが照射されなかった固状領域２２０の境界でその境界面に対して垂直方向に成長しながら、非晶質シリコン層２００の一部は多結晶シリコン層２３０に結晶化される。次に、図３cのようにグレーンの成長は液状領域の中央で互いに会えば止まる。この時、このような工程をグレーンの成長方向に進行すれば、グレーンの側面成長を所望の程度の多様な粒子大きさで形成することができる。
【００３２】
１つの例として、図１のようにグレーンの粒子大きさをマスクのスリットパターンの幅だけ成長させるために、側面凝固工程において透過領域３１０であるスリット３１１、３１２が２列で配列されており、互いに異なる２列で交差して配置されているマスク３００を使用する。側面凝固工程でマスク３００を基板に対して横（x軸）方向に領域３０１、３０２の幅だけ移動しながらショット（shot）単位でレーザービームを照射するが、２列のスリット３１１、３１２で互いに交差して配置されている透過領域３１０を通じて、レーザービームはy軸方向に連続的に照射され非晶質シリコン層の液状領域でグレーンは図４のように縦（y軸）方向にスリットの幅だけ成長する。
【００３３】
このような側面凝固工程を基板の全領域に実施するためには、横方向にショット単位でレーザービームを照射する単位スキャニング段階を、縦方向に順次的凝固工程を繰り返して実施し、通常の工程進行時にレーザービームを照射するレーザー照射装置の位置は固定させた状態で基板が搭載されているステージを移動しながら進める。
【００３４】
しかし、この時、図３cのように多結晶シリコン層２３０の表面にはグレーンの成長方向に沿って突起が形成される。このような突起を除去するために本発明の実施例では前述したように、レーザービームのエネルギーを調節することができる手段のうちの１つである半透過膜が形成されているスリットを含むマスクを利用して再結晶化を実施する。
【００３５】
図５は本発明の第１実施例による結晶化用マスクの構造を示した平面図であり、図６a及び図６bは本発明の実施例による順次的側面凝固工程で突起を除去する過程を具体的に示した断面図である。
【００３６】
図５のように、本発明の第１実施例による結晶用マスク４００は、順次的側面凝固工程で非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶する時、透過領域を通過するレーザービームのエネルギーを調節するためにスリット４１０には半透過膜からなっており、このようなスリットは列方向に配列されている。このようなスリット４１０は図１のマスクに形成されたスリット３１０幅より狭い幅を有しており、突起に対応する幅及び間隔で配置されるのが好ましい。
【００３７】
図３a〜図３cのように順次的凝固結晶化によって非晶質シリコンを多結晶シリコンに結晶化した後、次いで図５に示すような結晶化用マスク４００を横方向に移動させながらスリット４１０が図３cの突起の上部に位置するように整列しながら、スリット４１０を通じてレーザービームを照射する。ここで、多結晶シリコン層２３０を完全に溶融させることができる程度のエネルギーでレーザービームを照射しても、結晶化用マスク４００のスリットには半透過膜が形成されているために、図６aのように多結晶シリコン層２３０は一部だけ溶融されながら液状領域２１１が形成され、多結晶シリコン層２３０の表面に形成された突起が無くなる。
【００３８】
次に、図６bのように、レーザー照射工程が終われば、液状２１１の多結晶シリコンは冷却されつつ再び結晶化されて再結晶化領域２３１が形成されるが、この時にも結晶はレーザーが照射されなかった固状領域の境界からその境界面に対して垂直方向に成長する。
【００３９】
一方、前記では２種類のスリット３１０、４１０を各々有するマスク３００、４００を利用して順次的凝固工程を実施する時、多結晶シリコン層の表面の突起を除去したが、１つのマスクに２種類のスリット４１０、３１０を共に配置することもできる。
【００４０】
図７は本発明の第２実施例による結晶化用マスクの構造を示した平面図である。
【００４１】
図７のように、本発明の第２実施例によるマスク３４０は異なる透過率を有する第１及び第２領域を有するが、第２領域には図１のようなスリット３１０が配列されており、第１領域には図５のようにレーザービームのエネルギーを調節することができる手段のうちの１つである半透過膜からなるスリット４１０が配列されている。
【００４２】
このようなマスクを利用して順次的凝固工程を実施する時には、１つのマスクで結晶化を実施しながら突起を除去することができる。つまり、第２領域のスリット３１０によって結晶化段階を進めながら、その後に第１領域のスリット４１０によって再結晶化段階を実施して多結晶シリコン層の表面に形成された突起を除去することができる。
【００４３】
以下、このような本発明の実施例による結晶化用マスク及びこれを利用した結晶化方法を含む多結晶シリコン薄膜トランジスタ表示板の製造方法について具体的に説明する。
【００４４】
まず、図８〜図１０を参照して完成した有機発光表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造について説明する。
【００４５】
絶縁基板１１０上には酸化ケイ素又は窒化ケイ素などからなる遮断層１１１が形成されており、遮断層１１１上に第１及び第２多結晶シリコン層１５０a、１５０bが形成されており、第２多結晶シリコン層１５０bには蓄電器用多結晶シリコン層１５７が接続されている。第１多結晶シリコン層１５０aは、第１トランジスタ部１５３a、１５４a、１５５aを含み、第２多結晶シリコン層１５０bは、第２トランジスタ部１５３b、１５４b、１５５bを含む。第１トランジスタ部１５３a、１５４a、１５５aのソース領域（第１ソース領域）１５３a及びドレーン領域（第１ドレーン領域）１５５aはn型不純物でドーピングされており、第２トランジスタ部１５３b、１５４b、１５５bのソース領域（第２ソース領域）１５３b及びドレーン領域（第２ドレーン領域）１５５bはp型不純物でドーピングされている。この時、駆動条件によっては第１ソース領域１５３a及びドレーン領域１５５aをp型不純物でドーピングし、第２ソース領域１５３b及びドレーン領域１５５bをn型不純物でドーピングすることもできる。ここで、第１トランジスタ部１５３a、１５４a、１５５aはスイッチング薄膜トランジスタの半導体であり、第２トランジスタ部１５３b、１５４b、１５５bは駆動薄膜トランジスタの半導体である。
【００４６】
多結晶シリコン層１５０a、１５０b、１５７上には、酸化ケイ素または窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜１４０が形成されている。ゲート絶縁膜１４０上にはアルミニウムまたはアルミニウム合金などのように、低抵抗の導電物質からなる導電膜を含むゲート線１２１、第１及び第２ゲート電極１２４a、１２４b、維持電極１３３が形成されている。第１ゲート電極１２４aはゲート線１２１に連結されて分枝模様で形成されており、第１トランジスタのチャンネル部（第１チャンネル部）１５４aと重畳していて、第２ゲート電極１２４bはゲート線１２１とは分離されており、第２トランジスタのチャンネル部（第２チャンネル部）１５４bと重なっている。維持電極１３３は第２ゲート電極１２４bと接続されており、多結晶シリコン層の維持電極部１５７と重なっている。
【００４７】
ゲート線１２１、第１及び第２ゲート電極１２４a、１２４b、維持電極１３３の上には第１層間絶縁膜８０１が形成されており、第１層間絶縁膜８０１上にはデータ信号を伝達するデータ線１７１、電源電圧を供給する線状の電源電圧用電極１７２、第１及び第２ソース電極１７３a、１７３b、第１及び第２ドレーン電極１７５a、１７５bが形成されている。第１ソース電極１７３aはデータ線１７１の一部で、分枝の形態をしており、第１層間絶縁膜８０１及びゲート絶縁膜１４０を貫通している接触孔１８１を通じて第１ソース領域１５３aと接続されており、第２ソース電極１７３bは電源電圧用電極１７２の一部で、分枝の形態をしており、第１層間絶縁膜８０１及びゲート絶縁膜１４０を貫通している接触孔１８４を通じて第２ソース領域１５３bと接続されている。第１ドレーン電極１７５aは第１層間絶縁膜８０１とゲート絶縁膜１４０を貫通している接触孔１８２、１８３を通じて第１ドレーン領域１５５a及び第２ゲート電極１２４bと接触してこれらを互いに電気的に接続している。第２ドレーン電極１７５bは第１層間絶縁膜８０１とゲート絶縁膜１４０を貫通している接触孔１８６を通じて第２ドレーン領域１５５bと接続されており、データ線１７１と同一物質からなっている。
【００４８】
データ線１７１、電源電圧用電極１７２、第１及び第２ドレーン電極１７５a、１７５b上には窒化ケイ素または酸化ケイ素及び有機絶縁物質などからなる第２層間絶縁膜８０２が形成されており、第２層間絶縁膜８０２は第２ドレーン電極１７５bを露出する接触孔１８５を有する。
【００４９】
第２層間絶縁膜８０２上部には、接触孔１８５を通じて第２ドレーン電極１７５bと連結されている画素電極１９０が形成されている。画素電極１９０はアルミニウムまたは銀合金などの反射性に優れた物質で形成するのが好ましい。しかし、必要に応じては画素電極１９０をITO（Indium Tin Oxide）またはIZO（Indium zinc Oxide）などの透明な絶縁物質で形成することもできる。透明な導電物質からなる画素電極１９０は表示板の下方向に画像を表示するボトム放出（bottom emission）方式の有機発光に適用する。不透明な導電物質からなる画素電極１９０は表示板の上部方向に画像を表示するトップ放出（top emission）方式の有機発光に適用する。
【００５０】
第２層間絶縁膜８０２の上部には、有機絶縁物質からなって有機発光セルを分離させるための隔壁８０３が形成されている。隔壁８０３は、画素電極１９０周囲を囲んで有機発光層７０が詰められる領域を限定している。隔壁８０３は、黒色顔料を含む感光剤を露光、現像して形成することによって遮光幕の役割を果たし、同時に形成工程も単純化することができる。隔壁８０３に囲まれた画素電極１９０上の領域には有機発光層７０が形成されている。有機発光層７０は、赤色、緑色、青色のうちのいずれか１つの光を発する有機物質からなり、赤色、緑色及び青色有機発光層７０が順次にかつ反復的に配置されている。
有機発光層７０及び隔壁８０３上にはバッファー層８０４が形成されている。バッファー層８０４は必要に応じては省略することができる。
【００５１】
バッファー層８０４上には共通電極２７０が形成されている。共通電極２７０はITOまたはIZOなどの透明な導電物質からなっている。もし画素電極１９０がITOまたはIZOなどの透明な導電物質からなる場合、共通電極２７０はアルミニウムなどの反射性の良い金属を用いることができる。
【００５２】
一方、図示していないが、共通電極２７０の電導性を補完するために、抵抗の低い金属で補助電極を形成することもできる。補助電極は、共通電極２７０とバッファー層８０４との間または共通電極２７０上に形成することができ、有機発光層７０とは重ならないように隔壁８０３に沿ってマトリックス状で形成することが好ましい。
【００５３】
このような有機発光表示板の駆動について簡単に説明する。
【００５４】
ゲート線１２１にオン（on）パルスが印加されれば、第１トランジスタがオンし、データ線１７１を通って印加される画像信号電圧またはデータ電圧が第２ゲート電極１２４bに伝達される。第２ゲート電極１２４bに画像信号電圧が印加されると、第２トランジスタがオンし、データ電圧による電流が画素電極１９０及び有機発光層７０に流れ、有機発光層７０は特定波長帯の光を放出する。この時、第２薄膜トランジスタを通って流れる電流の量により、有機発光層７０が放出する光量が変わって輝度が変わる。この時、第２トランジスタが電流を流せる量は、第１トランジスタを通じて伝達される画像信号電圧と電源電圧用電極１７２を通じて伝達される電源電圧との差によって決められる。
【００５５】
以下、このような有機発光表示装置用薄膜トランジスタ表示板を製造する方法を図１１〜図２４b及び前記図８〜１０を参照して説明する。
【００５６】
まず、図１１〜図１２bのように、基板１１０の上部に酸化ケイ素などを蒸着して遮断層１１１を形成し、遮断層１１１上に非晶質シリコン層を蒸着する。非晶質シリコン層の蒸着はLPCVD（low temperature chemical vapor deposition）、PECVE（plasma enhanced chemical vapor deposition）またはスパッタリングで進めることができる。次いで、非晶質シリコン層にレーザービームを照射して多結晶シリコンに結晶化する。この時、前述したように、図５及び図７または図７のマスクを利用して順次的凝固工程を実施する。したがって、結晶化工程時に多結晶シリコン層の表面に形成される突起を除去することができ、そのために薄膜トランジスタの特性を安定的に確保することができ、表示装置の表示特性を向上させることができる。
【００５７】
その後、多結晶シリコン層を写直エッチングして第１及び第２トランジスタ部１５０a、１５０bと維持電極部１５７を形成する。
【００５８】
次に、図１３〜図１４bに示したように、多結晶シリコン層１５０a、１５０b、１５７上にゲート絶縁膜１４０を蒸着する。次いで、ゲート用金属層１２０を蒸着して感光膜を塗布し、露光及び現像して第１感光膜パターンPR１を形成する。第１感光膜パターンPR１をマスクとしてゲート金属層１２０をエッチングすることによって第２ゲート電極１２４b及び維持電極１３３を形成し、露出されている第２トランジスタ部１５０bの多結晶シリコン層にp型不純物イオンを注入してチャンネル領域１５４bを定義し、第２ソース領域１５３b及び第２ドレーン領域１５５bを形成する。この時、第２トランジスタ部１５０aの多結晶シリコン層は第１感光膜パターンPR１及びゲート金属層１２０に覆われて保護される。
【００５９】
次に、図１５〜図１６bに示したように、第１感光膜パターンPR１を除去し、感光膜を新たに塗布して露光及び現像し第２感光膜パターンPR２を形成する。第２感光膜パターンPR２をマスクとしてゲート金属層１２０をエッチングすることによって第１ゲート電極１２４a及びゲート線１２１を形成し、露出されている第１トランジスタ部１５０aの多結晶シリコン層にn型不純物イオンを注入してチャンネル領域１５４aを定義し、第１ソース領域１５３a及び第１ドレーン領域１５５aを形成する。この時、第２トランジスタ部１５０a及び維持電極部１５７は第２感光膜パターンPR２に覆われて保護される。
【００６０】
その後、図１７〜図１８bに示したように、ゲート線１２１、１２４b、第２ゲート電極１２４b及び維持電極１３３上に第１層間絶縁膜８０１を積層し、ゲート絶縁膜１４０と共に写真エッチングして第１ソース領域１７３a、第１ドレーン領域１７５a、第２ソース領域１７３b及び第２ドレーン領域１７５bを各々露出させる接触孔１８１、１８２、１８４、１８６と第２ゲート電極１２４bの一端部を露出させる接触孔１８３を形成する。
【００６１】
次に、図１９〜図２０bに示したように、データ金属層を積層して写真エッチングし、データ線１７１、電源電圧用電極１７２及び第１及び第２ドレーン電極１７５a、１７５bを形成する。この時、以降に形成する画素電極１９０を共に形成することもでき、画素電極１９０をITOまたはIZOなどの透明な導電物質で形成する場合には別個の写真エッチング工程によって形成する。
【００６２】
また、図２１〜図２２bのように、第２層間絶縁膜８０２を積層し、マスクを利用した写真エッチング工程でパターニングして第２ドレーン電極１７５bを露出する接触孔１８５を形成する。
【００６３】
次いで、図２３〜図２４bのように、透明な導電物質または低抵抗を有する導電物質を積層してパターニングし、画素電極１９０を形成する。
【００６４】
次に、図８〜図１０に示したように、画素電極１９０が形成されている第２層間絶縁膜８０２上に黒色顔料を含む有機膜を塗布し露光及び現像して隔壁８０３を形成し、各画素領域に有機発光層７０を形成する。この時、有機発光層７０は多層構造からなるのが普通である。有機発光層７０はマスキング（masking）後、蒸着、インクジェットプリンティングなどの方法によって形成する。
【００６５】
次に、有機発光層７０上に電導性有機物質を塗布してバッファー層８０４を形成し、バッファー層８０４上にITOまたはIZOを蒸着して共通電極２７０を形成する。
【００６６】
この時、図示していないが、共通電極２７０の形成前または後にアルミニウムなどの低抵抗物質で補助電極を形成することができる。また、画素電極１９０を透明導電物質で形成する場合には共通電極２７０を反射性に優れた金属で形成する。
【００６７】
このような本発明の実施例による有機発光表示装置用薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法では、画素電極１９０を不透明な導電膜で形成し、共通電極２７０を透明な導電物質で形成して画像を表示板の上部方向に表示するトップ発光方式について説明した。
【００６８】
一方、本発明の実施例による結晶化方法は画素電極１９０を透明導電物質で形成し、共通電極２７０を不透明な導電物質で形成する場合には、画像を表示板の下部に表示するボトム放出方式の薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法にも同一に適用することができ、液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法にも同一に適用することができ、その１つの実施例を図面を参照して説明する。
【００６９】
図２５は本発明の実施例による結晶化方法によって多結晶シリコン層を含む液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図であり、図２６は図２５の薄膜トランジスタ表示板をXXVI-XXVI'線にに沿って切断して示した断面図である。
【００７０】
図２５及び図２６に示したように、透明な絶縁基板１１０上に酸化ケイ素または窒化ケイ素からなる遮断層１１１が形成されており、遮断層１１１上にはn型不純物が高濃度でドーピングされているソース領域１５３とドレーン領域１５５及びこれらの間に位置して不純物がドーピングされていないチャンネル領域１５４が含まれた薄膜トランジスタの多結晶シリコン層１５０が形成されている。
【００７１】
そしてゲート絶縁１４０上には一方向に長いゲート線１２１が各々形成されており、ゲート線１２１の一部が伸びて多結晶シリコン層１５０のチャンネル領域１５４と重なっており、重なるゲート線１２１の一部分は薄膜トランジスタのゲート電極１２４として使用される。そしてソース領域１５３とチャンネル領域１５４との間、ドレーン領域１５５とチャンネル領域１５４との間にはn型不純物が低濃度でドーピングされている低濃度ドーピング領域１５２が各々形成されている。
【００７２】
また、ゲート絶縁膜１４０の上部には画素の保持容量を増加させるための維持電極線１３１がゲート線１２１と平行しており、同一物質で同一層に形成されている。多結晶シリコン層１５０と重なる維持電極線１３１の一部分は維持電極１３３になり、維持電極１３３と重なる多結晶シリコン層１５０は維持電極領域１５７になり、維持電極領域１５７の両側にも低濃度ドーピング領域１５２が各々形成されており、維持電極領域１５７の一側には高濃度ドーピング領域１５８が位置する。ゲート線１２１の一端部は外部回路と連結するためにゲート線１２１の幅より広く形成することができ、ゲート駆動回路の出力端に直接連結することができる。
【００７３】
ゲート線１２１及び維持電極線１３１が形成されているゲート絶縁膜１４０及び半導体層１５０上には、第１層間絶縁膜８０１が形成されている。第１層間絶縁膜８０１はソース領域１５３及びドレーン領域１５５を各々露出する第１及び第２接触孔１４１、１４２を含んでいる。
【００７４】
第１層間絶縁膜８０１上のゲート線１２１と交差して画素領域を定義するデータ線１７１が形成されている。データ線１７１の一部分または分枝形部分は、第１接触孔１４１を介してソース領域１５３と接続されており、ソース領域１５３と接続されている部分は薄膜トランジスタのソース電極１７３dとして使用される。データ線１７１の一端部は外部回路と連結するためにデータ線１７１幅より広く形成（図示せず）することができ、データ駆動回路の出力端に直接接続することができる。
【００７５】
そしてデータ線１７１と同一層にはソース電極１７３と一定距離だけ離れて形成されており、第２接触孔１４２を通ってドレーン領域１５５と連結されているドレーン電極１７５が形成されている。
【００７６】
ドレーン電極１７５及びデータ線１７１を含む第１層間絶縁膜８０１上に第２層間絶縁膜８０２が形成されている。第２層間絶縁膜６０２はドレーン電極１７５を露出する第３接触孔１４３を有する。
【００７７】
第２層間絶縁膜８０２上には、第３接触孔１４３を介してドレーン電極１７５dと接続されている画素電極１９０が各々の画素領域に形成されている。
【００７８】
このような本発明の実施例による薄膜トランジスタ表示板の製造方法でも、多結晶シリコン層１５０を前述したように二重結晶化して突起を除去することによって薄膜トランジスタの特性を確保することができる。
【００７９】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるわけではなく、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】結晶用マスク及びこれを利用した順次的側面固状結晶化工程を具体的に示した平面図である。
【図２】マスクのスリットにレーザーを通過させて非晶質シリコンを多結晶シリコンに結晶化する工程を概略的に示した概略図である。
【図３ａ】非晶質シリコンが多結晶シリコンに結晶化される過程を具体的に示した断面図である。
【図３ｂ】非晶質シリコンが多結晶シリコンに結晶化される過程を具体的に示した断面図である。
【図３ｃ】非晶質シリコンが多結晶シリコンに結晶化される過程を具体的に示した断面図である。
【図４】順次的側面固状結晶工程によって結晶化された多結晶シリコンの微細構造を示した図面である。
【図５】本発明の第１実施例による結晶化用マスクの構造を示した平面図である。
【図６ａ】本発明の実施例による順次的固状結晶化工程で突起を除去する過程を具体的に示した断面図である。
【図６ｂ】本発明の実施例による順次的固状結晶化工程で突起を除去する過程を具体的に示した断面図である。
【図７】本発明の第２実施例による結晶化用マスクの構造を示した平面図である。
【図８】本発明の実施例による結晶化用マスクを利用して製造した有機発光表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。
【図９】図８の薄膜トランジスタ表示板をIX-IX'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１０】図８の薄膜トランジスタ表示板をX-X'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１１】図８〜図１０の薄膜トランジスタ表示板の製造方法における中間段階を示した配置図である。
【図１２ａ】図１１でXIIb-XIIb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１２ｂ】図１１でXIIb-XIIb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１３】図８〜図１０の薄膜トランジスタ表示板の製造方法における中間段階を示した配置図である。
【図１４ａ】図１３でXIVb-XIVb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１４ｂ】図１３でXIVb-XIVb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１５】図８〜図１０の薄膜トランジスタ表示板の製造方法における中間段階を示した配置図である。
【図１６ａ】図１５でXVIb-XVIb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１６ｂ】図１５でXVIb-XVIb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１７】図８〜図１０の薄膜トランジスタ表示板の製造方法における中間段階を示した配置図である。
【図１８ａ】図１７でXVIIIb-XVIIIb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１８ｂ】図１７でXVIIIb-XVIIIb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図１９】図８〜図１０の薄膜トランジスタ表示板の製造方法における中間段階を示した配置図である。
【図２０ａ】図１９でXXb-XXb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図２０ｂ】図１９でXXb-XXb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図２１】図８〜図１０の薄膜トランジスタ表示板の製造方法における中間段階を示した配置図である。
【図２２ａ】図２１でXXIIb-XXIIb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図２２ｂ】図２１でXXIIb-XXIIb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図２３】図８〜図１０の薄膜トランジスタ表示板の製造方法における中間段階を示した配置図である。
【図２４ａ】図２３でXXIVb-XXIVb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図２４ｂ】図２３でXXIVb-XXIVb'線に沿って切断して示した断面図である。
【図２５】本発明の実施例による結晶化用マスクを利用して製造した液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図である。
【図２６】図２５の薄膜トランジスタ表示板をXXVI-XXVI'線に沿って切断して示した断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
７０  有機発光層
１１０  絶縁基板
１１１  遮断層
１２１  ゲート線
１２４a、１２４b  第１及び第２ゲート電極
１３３  維持電極
１４０  ゲート絶縁膜
１４１、１４２  第１及び第２接触孔
１５０a  第１多結晶シリコン層
１５０b  第２多結晶シリコン層
１５３a、１５４a、１５５a  第１トランジスタ部
１５３b、１５４b、１５５b  第２トランジスタ部
１５４  チャンネル領域
１５５  ドレイン領域
１５７  蓄電器用多結晶シリコン層
１５８  高濃度ドーピング領域
１７１  データ線
１７２  電源電圧用電極
１７３a、１７３b  第１及び第２ソース電極
１７３d  薄膜トランジスタのソース電極
１７５a、１７５b  第１及び第２ドレイン電極
１８１、１８２、１８４、１８５、１８６  接触孔
１９０  画素電極
２００  非晶質シリコン層
２１０  液状領域
２２０  固状領域
２３０  多結晶シリコン層
２７０  共通電極
３００  マスク
３１０、３１１、３１２、４１０  スリット
４００  結晶用マスク
８０１  第１層間絶縁膜
８０２  第２層間絶縁膜
８０３  隔壁
８０４  バッファー層
PR１  第１感光膜パターン
PR２  第２感光膜パターン
【図１】
2005175463.tif 000003
【図２】
2005175463.tif 000004
【図３ａ】
2005175463.tif 000005
【図３ｂ】
2005175463.tif 000006
【図３ｃ】
2005175463.tif 000007
【図４】
2005175463.tif 000008
【図５】
2005175463.tif 000009
【図６ａ】
2005175463.tif 000010
【図６ｂ】
2005175463.tif 000011
【図７】
2005175463.tif 000012
【図８】
2005175463.tif 000013
【図９】
2005175463.tif 000014
【図１０】
2005175463.tif 000015
【図１１】
2005175463.tif 000016
【図１２ａ】
2005175463.tif 000017
【図１２ｂ】
2005175463.tif 000018
【図１３】
2005175463.tif 000019
【図１４ａ】
2005175463.tif 000020
【図１４ｂ】
2005175463.tif 000021
【図１５】
2005175463.tif 000022
【図１６ａ】
2005175463.tif 000023
【図１６ｂ】
2005175463.tif 000024
【図１７】
2005175463.tif 000025
【図１８ａ】
2005175463.tif 000026
【図１８ｂ】
2005175463.tif 000027
【図１９】
2005175463.tif 000028
【図２０ａ】
2005175463.tif 000029
【図２０ｂ】
2005175463.tif 000030
【図２１】
2005175463.tif 000031
【図２２ａ】
2005175463.tif 000032
【図２２ｂ】
2005175463.tif 000033
【図２３】
2005175463.tif 000034
【図２４ａ】
2005175463.tif 000035
【図２４ｂ】
2005175463.tif 000036
【図２５】
2005175463.tif 000037
【図２６】
2005175463.tif 000038