(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の上に金属層を形成する金属層形成段階と、
前記金属層を熱処理することにより、又は、前記金属層の上に金属酸化膜を蒸着することにより、前記金属層の表面に金属酸化膜を形成する酸化膜形成段階と、
前記酸化膜形成段階で形成された前記金属酸化膜の上にシリコン層を積層する第１シリコン層形成段階と、
触媒金属原子が前記金属層から前記シリコン層に移動してシリサイド層を形成するように熱処理を行う第１熱処理段階と、
前記シリサイド層の上に非晶質シリコン層を積層させる第２シリコン層形成段階と、
前記シリサイド層の粒子を媒介として前記非晶質シリコン層から結晶質シリコンが生成されるように熱処理を行う結晶化段階と、を含むことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記基板は、前記金属層との間に、ＳｉＯ２からなる緩衝層を含むことを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記第１シリコン層形成段階の後に、前記シリコン層の上に窒化シリコン層（ＳｉＮ）を形成する過剰触媒捕集層形成段階と、
前記第１熱処理段階の後に、前記窒化シリコン層をエッチングして除去するエッチング段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記金属層の厚みは、５Åないし１，５００Åであり、前記酸化膜の厚みは、１Åないし３００Åであり、前記シリコン層の厚みは、５Åないし１，５００Åであり、前記金属層の厚みと前記シリコン層の厚みとの比は、１：０．５ないし１：６であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記酸化膜形成段階での熱処理温度は、４００℃ないし１，０００℃であり、前記第１熱処理段階での熱処理温度は、３００℃ないし１，０００℃であることを特徴とする請求項３に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記酸化膜形成段階の後に、前記金属層が露出するように前記酸化膜の一部分をフォトリソグラフィー又はエッチングで除去することにより前記酸化膜をパターニングするパターニング段階を含み、その後に、前記第１シリコン層形成段階を行うことを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項７】
絶縁基板上に非晶質シリコンを積層させる第１シリコン層形成段階と、
前記非晶質シリコン上に、金属とその金属の酸化物とが混在した状態で金属酸化膜を形成する酸化膜形成段階と、
前記酸化膜上に非晶質シリコンを積層させる第２シリコン層形成段階と、
前記酸化膜の金属粒子を触媒として、前記シリコン層の非晶質シリコンが結晶質シリコンに成長するように熱処理を行う結晶化段階と、を含むことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池などに使われる多結晶シリコン薄膜を製造する方法に係り、さらに具体的には、非晶質シリコンの薄膜を使って金属誘導結晶化法によって効果的に多結晶シリコン薄膜を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、多結晶シリコン（poly−Ｓｉ）の製造で起こるほとんどの問題点は、高温において脆弱なガラス基板を使用するがために、工程温度を、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜が結晶化される温度にまで十分に高めることができないということである。
【０００３】
多結晶シリコン（poly−Ｓｉ）の製造で、高温の熱処理が必要な工程は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜を結晶質シリコン薄膜に変える結晶化熱処理（crystallization）と、ドーピング（doping）後に電気的に活性化させる活性化熱処理（dopant activation）とである。
【０００４】
現在、ガラス基板が許容するような低い温度で短時間内に多結晶シリコン薄膜を形成する多様な工程（ＬＴＰＳ：low temperature poly−Ｓｉ）が提案されている。多結晶シリコン薄膜を形成する代表的な方法は、固相結晶化法（ＳＰＣ：solid phase crystallization）、エキシマレーザ瞬間照射法（ＥＬＡ：excimer laser annealing）、金属誘導結晶化法（ＭＩＣ：metal induced crystallization）などである。
【０００５】
ＳＰＣ（solid phase crystallization）は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）から多結晶シリコン（poly−Ｓｉ）薄膜を得る最も直接的であって、長く使われた方法である。ＳＰＣは、非晶質シリコン薄膜を６００℃以上の温度で数十時間にわたって熱処理し、結晶粒サイズが数μｍ前後の多結晶シリコン薄膜を得る方法である。この方法で得られた多結晶シリコン薄膜に関しては、結晶粒内の欠陥密度が高いという短所、熱処理温度が高いためにガラス基板を使用し難いという短所、長時間の熱処理を行うために工程時間が長いという短所がある。
【０００６】
ＥＬＡ（excimer laser annealing）は、非晶質シリコン薄膜にナノ秒（nano-second）間エキシマレーザを瞬間的に照射し、ガラス基板の損傷なしに非晶質シリコン薄膜を溶融及び再結晶させる方法である。
【０００７】
しかし、ＥＬＡは、量産工程において相当な問題点があるものとして知られている。ＥＬＡは、レーザ照射量による多結晶シリコン（poly−Ｓｉ）薄膜のグレイン構造が非常に不均一である。ＥＬＡは、工程範囲が狭く、均一な結晶質シリコン薄膜の製造が困難であるという問題点がある。また、多結晶シリコン薄膜の表面が粗く、素子の特性に悪い影響を与える。このような問題点は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：thin film transistor）の均一性が重要である有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：organic light emitting diode）の応用においては、さらに深刻である。
【０００８】
このような問題点を克服するために提示された方法が、金属誘導結晶化法（ＭＩＣ：metal induced crystallization）である。ＭＩＣは、非晶質シリコンに金属触媒をスパッタリングやスピンコーティングの方法で塗布した後に低温で熱処理し、シリコンの結晶化を誘導する方法である。金属触媒として、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）のような多様な金属を使用可能である。一般的に、ＭＩＣには、反応制御が容易であり、かつ大きいグレインが得られるニッケル（Ｎｉ）が金属触媒として使われている。ＭＩＣは、４５０℃未満の低温で結晶化が可能であるが、実際の量産工程に適用するには、相当な問題点がある。この問題点は、ＴＦＴ内の活性化領域に拡散する相当量の金属が典型的な金属汚染を起こし、ＴＦＴ特性のうち一つである漏れ電流増加させる。
【０００９】
低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ：low temperature poly−Ｓｉ）の開発は、液晶ディスプレイ装置に適用する目的で行われたが、最近、能動型有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ：active matrix organic light emitting diode）と薄膜型多結晶シリコン太陽電池との登場に合わせ、開発の必要性がさらに高まっている。
【００１０】
低価格で高い生産性を有する多結晶シリコン（poly−Ｓｉ）の製造方法は、今後の市場において、能動型有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）が、多くのディスプレイ製品群で、非晶質シリコン薄膜トランジスタ液晶表示装置（ａ−ｓｉＴＦＴ ＬＣＤ）と競争するであろうという点で重要である。多結晶シリコンの製造方法は、能動型有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）が、太陽電池（solar cell）で、結晶質ウェーハ（wafer）形態と競争することになるであろうという点でも重要である。従って、製品の生産コスト及び市場競争力は、生産技術が安定化段階に入った非晶質シリコン薄膜トランジスタ液晶表示装置（ａ−ｓｉＴＦＴ ＬＣＤ）及び結晶質ウェーハ形態の太陽電池と比較し、いかに安い価格で安定して多結晶シリコンを製造できるかにかかっている。
【００１１】
図１には、金属誘導結晶化法によって、非晶質シリコンから多結晶シリコン薄膜を得る製造工程が模式的に示されている。図１を参照すれば、従来の工程では、ガラスのような基板１に、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）からなる緩衝層２を形成し、その緩衝層２に、非晶質シリコン層３をプラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ：plasma enhanced chemical vapor deposition）で形成した後、非晶質シリコン層３に、ニッケル（Ｎｉ）のような金属をスパッタリング（sputtering）して塗布した後、約７００℃ほどでＲＴＡ（rapid thermal annealing）方式で熱処理し、非晶質シリコン層３から結晶質シリコン５を形成させる。ところで、従来の方式によれば、非晶質シリコン層３の上部に塗布される金属の量を精密に制御し難いために、過剰に塗布された金属を除去せねばならないというような不都合がある。このような工程は、製造コストを上昇させるだけではなく、結晶化されたシリコンの品質に悪い影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、前記のような問題点を解消するために案出されたものであり、金属誘導結晶化法を使用して、多結晶シリコン薄膜を製造する方法において、触媒金属の量を精密に制御して、低温で結晶化を可能にすることにより、効率的な多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明による多結晶シリコン薄膜の製造方法は、絶縁基板の上に金属層を形成する金属層形成段階と、前記金属層を熱処理することにより、又は、前記金属層の上に金属酸化膜を蒸着することにより、前記金属膜の表面に金属酸化膜を形成する酸化膜形成段階と、前記酸化膜形成段階で形成された前記金属酸化膜の上にシリコン層を積層する第１シリコン層形成段階と、触媒金属原子が前記金属層から前記シリコン層に移動してシリサイド層を形成するように熱処理を行う第１熱処理段階と、前記シリサイド層の上に非晶質シリコン層を積層させる第２シリコン層形成段階と、前記シリサイド層の粒子を媒介として、前記非晶質シリコン層から結晶質シリコンが生成されるように熱処理を行う結晶化段階とを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による多結晶シリコン薄膜の製造方法は、非晶質シリコン層に拡散し、その非晶質シリコン層でシリコン結晶化の核の役割を行う金属触媒の量を精密に調節し、効果的な多結晶シリコン結晶化薄膜を製造することができる。また、本発明による多結晶シリコン薄膜の製造方法は、従来の製造方法に比べて、低温で結晶化が可能であるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】金属誘導結晶化法による従来の多結晶シリコン薄膜の製造方法を説明するための図面である。
【図２】発明の望ましい実施例による製造工程を示すフローチャートである。
【図３】図２に図示された第１シリコン層形成段階の後の断面を示す図面である。
【図４】図２に図示された過剰触媒捕集層形成段階の後の断面を示す図面である。
【図５】図２に図示されたエッチング段階後の断面を示す図面である。
【図６】図２に図示された第２シリコン層形成段階の後の断面を示す図面である。
【図７】図２に図示された結晶化段階の後に多結晶シリコンが基板に形成された様子を模式的に示す断面である。
【図８】非晶質シリコンの表面を光学顕微鏡で見た写真である。
【図９】図８に図示された非晶質シリコンの波数を分析したグラフである。
【図１０】結晶質シリコンウェーハの表面を光学顕微鏡で見た写真である。
【図１１】図１０に図示されたシリコンウェーハの波数を分析したグラフである。
【図１２】従来の金属誘導結晶化法によって製造された多結晶シリコン薄膜の表面を光学顕微鏡で見た写真である。
【図１３】図１２に図示された多結晶シリコン薄膜の波数を分析したグラフである。
【図１４】本発明によって製造された多結晶シリコン薄膜の表面を光学顕微鏡で見た写真である。
【図１５】図１４に図示された多結晶シリコン薄膜の波数を分析したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の目的を達成するために、本発明による多結晶シリコン薄膜の製造方法は、絶縁基板の上に金属層を形成する金属層形成段階と、前記金属層を熱処理することにより、又は、前記金属層の上に金属酸化膜を蒸着することにより、前記金属層の表面に金属酸化膜を形成する酸化膜形成段階と、前記酸化膜形成段階で形成された前記金属酸化膜の上にシリコン層を積層する第１シリコン層形成段階と、触媒金属原子が前記金属層から前記第１シリコン層に移動してシリサイド層を形成するように熱処理を行う第１熱処理段階と、前記シリサイド層の上に非晶質シリコン層を積層させる第２シリコン層形成段階と、前記シリサイド層の粒子を媒介として前記非晶質シリコン層から結晶質シリコンが生成されるように熱処理を行う結晶化段階と、を含む。
【００１７】
前記基板は、前記金属層との間にＳｉＯ２からなる緩衝層を含むことが望ましい。
【００１８】
前記第１シリコン層形成段階の後に、前記シリコン層の上に窒化シリコン層（ＳｉＮ）を形成する過剰触媒捕集層の形成段階と、前記第１熱処理段階の後に、前記窒化シリコン層をエッチングして除去するエッチング段階と、をさらに含むことが望ましい。
【００１９】
前記金属層の厚みは、５Åないし１，５００Åであり、前記酸化膜の厚みは、１Åないし３００Åであり、前記シリコン層の厚みは、５Åないし１，５００Åであり、前記金属層の厚みと前記シリコン層の厚みとの比は、１：０．５ないし１：６であることが望ましい。
【００２０】
前記酸化膜形成段階での熱処理温度は、４００℃ないし１，０００℃であり、前記第１熱処理段階での熱処理温度は、３００℃ないし１，０００℃であることが望ましい。
【００２１】
前記酸化膜形成段階の後に、前記金属層が露出するように前記酸化膜の一部分をフォトリソグラフィー又はエッチングで除去することにより前記酸化膜パターニングするパターニング段階を含み、その後に、前記第１シリコン層形成段階を行うことが望ましい。
【００２２】
一方、前記目的を達成するために、本発明による他の多結晶シリコン薄膜の製造方法は、絶縁基板上に非晶質シリコンを積層させる第１シリコン層形成段階と、前記非晶質シリコン上に、金属とその金属の酸化物とが混在した状態で金属酸化膜を形成する酸化膜形成段階と、前記酸化膜上に非晶質シリコンを積層させる第２シリコン層形成段階と、前記酸化膜の金属粒子を触媒として、前記シリコン層の非晶質シリコンが結晶質シリコンに成長するように熱処理を行う結晶化段階と、を含む点に特徴がある。
【００２３】
以下、本発明による望ましい実施例について、添付された図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
図２は、発明の望ましい実施例による製造工程を示す図面である。図３は、図２に図示された第１シリコン層形成段階の後の断面を示す図面である。図４は、図２に図示された過剰触媒捕集層の形成段階の後の断面を示す図面である。図５は、図２に図示されたエッチング段階の後の断面を示す図面である。図６は、図２に図示された第２シリコン層形成段階の後の断面を示す図面である。
【００２５】
図２ないし図６を参照すれば、本発明望ましい実施例による多結晶シリコン薄膜の製造方法（以下、「製造方法」とする）は、金属層形成段階（Ｓ１）と、酸化膜の形成段階（Ｓ２）と、パターニング段階（Ｓ３）と、第１シリコン層形成段階（Ｓ４）と、過剰触媒捕集層の形成段階（Ｓ５）と、第１熱処理段階（Ｓ６）と、エッチング段階（Ｓ７）と、第２シリコン層形成段階（Ｓ８）と、結晶化段階（Ｓ９）と、を含んでいる。
【００２６】
前記金属層形成段階（Ｓ１）では、ガラスのような絶縁基板１０の上にニッケル（Ｎｉ）のような金属層３０を形成する。基板１０は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のような物質からなる緩衝層２０を含みうる。緩衝層２０は、絶縁機能を行うために設けられうる。また、緩衝層２０は、酸化膜形成段階（Ｓ２）、または第１熱処理段階（Ｓ６）、または結晶化段階（Ｓ９）で基板１０から第１シリコン層４０または第２シリコン層６０に不純物が拡散し、第１シリコン層４０や第２シリコン層６０が不純物で汚染されることを防止するために設けられうる。金属層３０は、スパッタリングまたはプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）のような公知の方法によって形成されうる。金属層３０の厚みは、５Åないし１，５００Åであることが望ましい。金属層３０の厚みが５Å未満である場合には、金属層３０の厚みがあまりにも薄くて、工程再現性が悪くなりうるという問題点と、広い面積に蒸着されるときに金属層３０の均一性（uniformity）が悪くなりうるという問題点とがある。一方、金属層３０の厚みが１，５００Åを超える場合には、第２シリコン層６０に過度に多くの金属が浸透して金属の汚染問題が発生する可能性があり、これにより、結晶化段階（Ｓ９）で形成される多結晶シリコンを含むデバイスの特性を低下させうるという問題点がある。
【００２７】
酸化膜形成段階（Ｓ２）では、金属層３０を、真空、空気酸素、窒素のうちいずれか１つの雰囲気下で熱処理し、金属層３０の表面にニッケル酸化物（ＮｉＯまたはＮｉ２Ｏ３）のような金属酸化膜３５を形成するか、あるいは金属層３０の上に金属酸化膜３５を蒸着して金属酸化膜３５を形成する。酸化膜３５を形成する熱処理温度は、４００℃ないし１，０００℃であることが望ましい。酸化膜形成段階（Ｓ２）の熱処理温度が４００℃未満である場合には、ニッケル（Ｎｉ）酸化物が好ましく形成されにくいという問題点がある。一方、酸化膜形成段階（Ｓ２）の熱処理温度が１，０００℃を超える場合には、ガラスからなる基板１０が、熱衝撃によって変形または破損しうるという問題が発生する。酸化膜の形成段階（Ｓ２）の熱処理方法は、高温工程（furnace）、金属熱処理（ＲＴＡ）、紫外線（ＵＶ）加熱法などを使用することができる。酸化膜３５は、第１熱処理段階（Ｓ６）で、シリサイド層（５５）を形成する過程で、触媒金属の拡散時に活性化エネルギーを低くするように作用しうる。酸化膜３５の厚みは、１Åないし３００Åであることが望ましい。酸化膜３５の厚みが１Å未満である場合には、酸化膜３５があまりにも薄くて、正しく機能しない可能性があるという問題点がある。一方、酸化膜３５の厚みが５０Åを超える場合には、金属層３０から触媒金属が浸透し難いという問題点がある。
【００２８】
パターニング段階（Ｓ３）では、酸化膜形成段階（Ｓ２）の後に、金属層３０が露出するように酸化膜３５の一部分をフォトリソグラフィー又はエッチングで除去することにより酸化膜３５をパターニングする。パターニング段階（Ｓ３）は、必須ではなく、省略されうる。パターニング段階（Ｓ３）を経るのは、結晶質シリコンの成長核を均一に分布させるためである。
【００２９】
第１シリコン層形成段階（Ｓ４）では、非晶質からなる第１シリコン層４０を、プラズマ化学蒸着法のような公知の手段を利用して酸化膜３５上に形成する。第１シリコン層４０の厚みは、５Åないし１，５００Åであることが望ましい。第１シリコン層４０の厚みが５Å未満である場合には、第１シリコン層４０の厚みがあまりにも薄くて、工程再現性が悪くなりうるという問題点と、広い面積に蒸着されるときに第１シリコン層４０の均一性（uniformity）が悪くなりうるという問題点とがある。一方、第１シリコン層４０の厚みが１，５００Åを超える場合には、金属層３０と結合して、第１シリコン層４０がシリサイド層５５を形成するのに必要ではない化学結合が生成されうるという問題点がある。また、金属層３０の厚みと、第１シリコン層４０の厚みとの比は、１：０．５ないし１：６であることが望ましい。金属層３０の厚みと第１シリコン層４０の厚みとの比が、前記範囲を外れる場合には、前述のように、シリサイド層５５を形成するのに必要ではない化学結合が生成されうるという問題点がある。すなわち、金属誘導結合に必要なシリサイド組成ではない他の組成の化学結合が形成され、誘導結晶化を妨げうる。
【００３０】
過剰触媒捕集層の形成段階（Ｓ５）では、第１シリコン層４０の上に窒化シリコン層（ＳｉＮ）５０を形成する。窒化シリコン層５０を形成する方法は、窒化シリコン粒子を、プラズマ化学蒸着法のような公知の手段によって、第１シリコン層４０の上に積層する。窒化シリコン層５０の厚みは、１００Å以上に形成することが望ましい。窒化シリコン層５０の厚みが１００Å未満である場合には、工程上、その窒化シリコン層５０の厚みがあまりにも薄くて、広い面積に均一に窒化シリコン層５０が形成されにくいので、過剰触媒の捕集が正しくなされない可能性があるという問題点がある。
【００３１】
第１熱処理段階（Ｓ６）では、ニッケル（Ｎｉ）のような触媒金属原子が金属層３０から酸化膜３５を通過して第１シリコン層４０に移動し、これによりシリサイド層（ＮｉＳｉ）５５が形成されるように熱処理が行われる。第１熱処理段階（Ｓ６）で行われる熱処理は、高温工程（furnace）、急速熱処理（ＲＴＡ）、紫外線（ＵＶ）加熱法などによってなされうる。第１熱処理段階（Ｓ６）で形成されたシリサイド層５５は、結晶化段階（Ｓ９）で、非晶質シリコン（Ａ−Ｓｉ）を結晶化する核の役割を果たす。
【００３２】
エッチング段階（Ｓ７）では、第１熱処理段階（Ｓ６）の後に、過剰触媒捕集層形成段階（Ｓ５）で積層した窒化シリコン層５０を除去する。窒化シリコン層５０を除去する方法は、公知のエッチング方法を使用して行われうるので、詳細な説明を省略する。
【００３３】
第２シリコン層形成段階（Ｓ８）では、シリサイド層５５の上に非晶質シリコンを積層させ、第２シリコン層６０を形成する。第２シリコン層６０を形成させる方法は、公知のプラズマ化学蒸着法のような方法を使用して行われうる。
【００３４】
結晶化段階（Ｓ９）では、シリサイド層５５の金属粒子を媒介として、非晶質からなる第２シリコン層６０から結晶質シリコン７０が生成されるように熱処理を行う。結晶化段階（Ｓ９）での熱処理は、ＲＴＡ（rapid thermal annealing）装備を使用し、６３０℃で行われうる。
【００３５】
かような製造方法によって製造された多結晶シリコン薄膜の結晶化状態を分析するために、光学顕微鏡とラマン分光器（Raman Spectroscopy）とを使用し、結晶粒サイズを観察して最大強度を有する波数を分析した。
【００３６】
図８は、非晶質シリコンの表面を光学顕微鏡で見た写真である。図９は、図８に図示された非晶質シリコンの波数を分析したグラフである。図１０は、結晶質シリコンウェーハの表面を光学顕微鏡で見た写真である。図１１は、図１０に図示されたシリコンウェーハの波数を分析したグラフである。図１２は、従来の金属誘導結晶化法によって製造された多結晶シリコン薄膜の表面を光学顕微鏡で見た写真である。図１３は、図１２に図示された多結晶シリコン薄膜の波数を分析したグラフである。図１４は、本発明によって製造された多結晶シリコン薄膜の表面を光学顕微鏡で見た写真である。図１５は、図１４に図示された多結晶シリコン薄膜の波数を分析したグラフである。
【００３７】
図８及び図９を参照すれば非晶質シリコンの第２シリコン層６０は、波数４８０ｃｍ−１において最大強度（intensity）を示す。図９で横軸は、波数（ｃｍ−１）を示し、振動数に対応する値である。波数（wave number）とは、原子・分子・核の分光学で、光の振動数を光の速度で割り、単位距離にある波紋の数を示す振動数の単位である。すなわち、ある波の振動数は、ギリシャ文字ν（ニュー）で示すが、これは、光速ｃを波長λで割った値と同じである。すなわち、ν＝ｃ／λである。スペクトルの可視光線領域で、典型的なスペクトル線は、５．８×１０−５ｃｍの波長であり、５．１７×１０１４Ｈｚの振動数に該当する。ところで、かような振動数があまりにも大きい値を有するために、この数字を光速で割ってサイズを小さくするのが便利である。振動数を光速で割れば、ν／ｃであるが、これは、前記の式で１／λである。波長をｍ単位で測れば、１／λは１ｍ内で発見される波数を示す。波数は、おおむね１／ｍ、すなわちｍ−１と、１／ｃｍすなわちｃｍ−１という単位で測定する。
【００３８】
図９において、縦軸は、単位時間当たり測定される波数の和であり、強度（intensity；ＣＰＳ：count per second）に該当する値である。図１１、図１３、図１５の横軸と縦軸との単位は、図９と同一である。これに対して、典型的な結晶質シリコンであるシリコンウェーハは、図１０及び図１１に図示されているように、波数５２０ｃｍ−１で最大強度が示されている。図１２及び図１３は、従来の金属誘導結晶化法によって製造された多結晶シリコン薄膜の表面写真と波数分析グラフとを示している。図１２及び図１３を参照すれば、図１０及び図１１に図示された結晶質シリコンウェーハと比較し、類似した波数で最大強度が示されている。ところで、図１２に図示されたシリコン薄膜の表面に対する光学顕微鏡写真は、１，０００倍に拡大されたものであり、比較的結晶粒サイズが小さいということが分かる。
【００３９】
一方、本発明によって製造された多結晶シリコン薄膜の光学顕微鏡写真と波数分析グラフとが、それぞれ図１４と図１５とに図示されている。図１５を参照すれば、本発明によって製造された多結晶シリコン薄膜で、最大強度を示す波数は、図１１に図示された結晶質シリコンウェーハのように好ましく示されていることが分かる。また、図１４は、１，０００倍に拡大された光学顕微鏡の写真であるが、図１４及び図１２と比較するとき、本発明によって製造された多結晶シリコン薄膜の結晶粒が、従来の方法で製造された多結晶シリコン薄膜の結晶粒より、はるかに大きいということが分かる。かような実験結果から、本発明による多結晶シリコン薄膜の製造方法が、従来の製造方法よりすぐれているということが分かる。また、本発明による多結晶シリコン薄膜の製造方法は、従来の製造方法より、低温で結晶化が可能であるという長所がある。本発明による多結晶シリコン薄膜の製造方法は、非晶質シリコンから結晶質シリコンに変態する反応の核である触媒金属を、非晶質シリコン層の下部に配し、触媒金属の量を事前に精密に制御した後、非晶質シリコン層に拡散させることによって、不純物流入を防止し、活性化エネルギーを低くしうるという長所がある。
【００４０】
本発明の望ましい実施例において、酸化膜形成段階の後に、金属層が露出するように酸化膜の一部分をフォトリソグラフィー又はエッチングで除去することにより前記金属層をパターニングするパターニング段階の後にシリコン層の形成段階を行うと述べたが、パターニング段階は、必須ではなく、省略されうる。
【００４１】
本発明の望ましい実施例で、第１シリコン層形成段階後に、その第１シリコン層の上に窒化シリコン層を形成する過剰触媒捕集層の形成段階と、第１熱処理段階後に、窒化シリコン層をエッチングして除去するエッチング段階と、を含むと述べたが、過剰触媒捕集層の形成段階と、前記エッチング段階とを含まなくとも、本発明の目的を達成することができる。
【００４２】
一方、本発明の望ましい実施例とは異なり、絶縁基板の上に非晶質シリコンを積層させる第１シリコン層の形成段階と、前記非晶質シリコンの上に、金属とその金属の酸化物とが混在した状態で金属酸化膜を形成する酸化膜の形成段階と、前記酸化膜上に、非晶質シリコンを積層させる第２シリコン層の形成段階と、前記酸化膜の金属粒子を触媒として、前記第１シリコン層の非晶質シリコンが結晶質シリコンに成長するように熱処理する結晶化段階と、を含むことができる。すなわち、本発明の望ましい実施例とは異なり、基板に金属層を形成せずに酸化膜を形成し、その後本発明の望ましい実施例と同じ過程を経る方法である。
【００４３】
以上、望ましい実施例を挙げて、発明について説明したが、本発明は、かような例によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を外れない範疇内で、多様な形態の実施例が具体化されうるのである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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