(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に非晶質シリコン層を形成する段階と；
前記基板上において、前記非晶質シリコン層の面積が４００μｍ２以上に露出するように第１パターン層を形成する段階と；
前記第１パターン層上に配置され、少なくとも前記第１パターン層により露出した前記非晶質シリコン層と接触する第２パターン層を形成する段階と；
前記第２パターン層上に金属触媒層を形成する段階と；
前記基板を熱処理して露出した前記非晶質シリコン層にシードを形成して、前記シードにより露出した前記非晶質シリコン層が、シード領域に結晶化されて、前記シード領域以外の前記非晶質シリコン層の領域は、前記シード領域の結晶が成長することによって結晶化領域に結晶化される段階と；
を含み、
前記金属触媒層は、１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の濃度を備える金属触媒によって形成され、
前記シード領域は、Ｓｕｐｅｒ−Ｇｒａｉｎ−Ｓｉｌｉｃｏｎ結晶化法で結晶化される領域であり、正四角形に形成され、金属触媒を含み、前記シード領域に存在する前記金属触媒の濃度は、１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、
前記結晶化領域の結晶粒界は、前記シード領域を中心にして放射形に形成されることを特徴とする、多結晶シリコン層製造方法。
【請求項２】
前記熱処理は、４００℃〜８００℃の温度および１分〜３０００分の工程時間で実施されることを特徴とする、請求項１に記載の多結晶シリコン層製造方法。
【請求項３】
前記第１パターン層は、シリコン酸化膜を含み、前記第２パターン層は、シリコン窒化膜を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の多結晶シリコン層製造方法。
【請求項４】
基板上に非晶質シリコン層を形成する段階と；
前記非晶質シリコン層上に第２パターン層を形成する段階と；
前記基板上において、前記第２パターン層の面積が４００μｍ２以上に露出するように第１パターン層を形成する段階と；
少なくとも前記第２パターン層上に金属触媒層を形成する段階と；
前記基板を熱処理して露出した前記第２パターン層の領域に対応する前記非晶質シリコン層にシードを形成して、前記シードにより露出した前記第２パターン層の領域に対応する前記非晶質シリコン層がシード領域に結晶化されて、前記シード領域以外の前記非晶質シリコン層の領域は、前記シード領域の結晶が成長することによって結晶化領域に結晶化される段階と；
を含み、
前記金属触媒層は、１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の濃度の金属触媒によって形成され、
前記シード領域は、Ｓｕｐｅｒ−Ｇｒａｉｎ−Ｓｉｌｉｃｏｎ結晶化法で結晶化される領域であり、正四角形に形成され、金属触媒を含み、前記シード領域に存在する前記金属触媒の濃度は、１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、
前記結晶化領域の結晶粒界は、前記シード領域を中心にして放射形に形成されることを特徴とする、多結晶シリコン層製造方法。
【請求項５】
前記熱処理は、４００℃〜８００℃の温度および１分〜３０００分の工程時間で実施されることを特徴とする、請求項４に記載の多結晶シリコン層製造方法。
【請求項６】
前記第１パターン層は、シリコン酸化膜を含み、前記第２パターン層は、シリコン窒化膜を含むことを特徴とする、請求項４または５に記載の多結晶シリコン層製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン層、多結晶シリコン層製造方法、および多結晶シリコン層を用いる平板表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機電界発光素子（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）等のような平板表示装置に使われる薄膜トランジスタの半導体層は、以下の通りに作製される。まず一般的に、ガラス、石英等の透明基板に非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）シリコンを蒸着させて、非晶質シリコンを脱水素処理した後、チャネルを形成するための不純物をイオン注入する。そして、非晶質シリコンを結晶化して多結晶シリコン層を形成した後、多結晶シリコン層をパターニングして半導体層を形成する。
【０００３】
非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化する方法は、固相結晶化法（Ｓｏｌｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、エキシマレーザー結晶化法（Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、金属誘導結晶化法（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）および金属誘導側面結晶化法（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）等がある。固相結晶化法は、非晶質シリコン層を約７００℃以下の温度で、数時間〜数十時間にかけてアニーリングすることにより、非晶質シリコン層を結晶化する方法である。ここで、約７００℃以下の温度とは、薄膜トランジスタを用いる表示素子の基板を形成する物質であるガラスの変形温度である。エキシマレーザー結晶化法は、エキシマレーザーを非晶質シリコン層に照射して、非常に短い時間で各局部を高い温度で加熱することにより、非晶質シリコン層を結晶化する方法である。金属誘導結晶化法は、ニッケル、パラジウム、金、アルミニウムなどの金属を非晶質シリコン層と接触させたり注入して、非晶質シリコンからポリシリコンに誘導する相変化現象を利用することにより、非晶質シリコン層を結晶化する方法である。金属誘導側面結晶化法は、金属とシリコンとの反応により生成されたケイ化物（シリサイド）が非晶質シリコン層の側面で伝播されながら順にシリコンの結晶化を誘導することにより、非晶質シリコン層を結晶化する方法である。
【０００４】
【特許文献１】大韓民国特許公開２００３−６０４０３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の結晶化方法で結晶化された多結晶シリコン層では、結晶粒の大きさが不均一となる。また、多結晶シリコン層の結晶粒界が不規則的な分布となるため、この多結晶シリコン層を薄膜トランジスタに用いると、しきい電圧およびオフ特性等のような薄膜トランジスタの特性が不均一となる短所がある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、結晶粒大きさの均一性および結晶粒界の規則的な分布を獲得して、優秀な特性を備える多結晶シリコン層、多結晶シリコン層製造方法および多結晶シリコン層を利用した平板表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、基板上に位置して、面積が４００μｍ２以上であるシード領域と、シード領域から成長した結晶化領域とを含む多結晶シリコン層が提供される。
【０００８】
シード領域は、Ｓｕｐｅｒ−Ｇｒａｉｎ−Ｓｉｌｉｃｏｎ結晶化法で結晶化される領域であってよい。
【０００９】
結晶化領域は、シード領域における結晶の成長によって結晶化される領域であってよい。
【００１０】
シード領域は、正四角形で形成されてよい。
【００１１】
シード領域は、シードを含むことができる。
【００１２】
シード領域は、金属触媒を含むことができる。
【００１３】
シード領域に存在する金属触媒の濃度は、１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であってよい。
【００１４】
シード領域の結晶粒界の方向は、不規則であってよい。
【００１５】
結晶化領域の結晶粒界は、シード領域を中心にして放射形に形成されてよい。
【００１６】
シード領域は、非晶質シリコン層上に配置されて、非晶質シリコン層の所定領域を露出する第１パターン層と、第１パターン層上に位置して、少なくとも非晶質シリコン層の所定領域と接触する第２パターン層とによって形成されてよい。そして、シード領域は、第２パターン層上に配置された金属触媒層を備える基板を熱処理して、非晶質シリコン層の所定領域を結晶化することにより形成されてよい。
【００１７】
第１パターン層は、シリコン酸化膜を含むことができる。
【００１８】
第１パターン層の厚さは、５ｎｍ〜５００ｎｍであってよい。
【００１９】
第２パターン層は、シリコン窒化膜を含むことができる。
【００２０】
第２パターン層の厚さは、５ｎｍ〜５００ｎｍであってよい。
【００２１】
本発明によれば、基板上に形成される非晶質シリコン層上に、金属触媒を拡散しない第１パターン層および金属触媒を拡散する第２パターン層を形成する。この時、第１パターン層は、非晶質シリコン層の所定領域を露出するように形成され、第２パターン層は、第１パターン層を覆うように形成される。これにより、基板を熱処理すると、第２パターン層上に形成される金属触媒層の金属触媒が、第２パターン層を介して非晶質シリコン層の所定領域に拡散される。金属触媒が拡散されることにより、非晶質シリコン層の所定領域にはシードが形成されて、非晶質シリコン層の結晶化が起こり、シード領域を形成できる。そして、シード領域の結晶が他の非晶質シリコン層に伝播されることにより、結晶化が起こり、結晶化領域を形成できる。結果的に、シード領域および結晶化領域が多結晶シリコン層を構成する。言い換えると、薄膜トランジスタが形成されない所定領域をＳＧＳ（Ｓｕｐｅｒ−Ｇｒａｉｎ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）結晶化法で結晶化して、ＳＧＳ結晶化法で結晶化された所定領域（シード領域）の結晶を薄膜トランジスタが形成される領域（結晶化領域）に伝播させて結晶化することができる。これにより、薄膜トランジスタが形成される結晶化領域の結晶粒大きさおよび結晶粒界の分布を均一にできる。従って、本発明の多結晶シリコン層（結晶化領域）を薄膜トランジスタの形成に用いると、薄膜トランジスタの特性を向上できる。
【００２２】
シード領域は、非晶質シリコン層上に配置される第２パターン層と、第２パターン層上に位置して、非晶質シリコン層の所定領域に対応する第２パターン層の領域を露出する第１パターン層とによって形成されてよい。そして、シード領域は、少なくとも第２パターン層上に配置された金属触媒層を備える基板を熱処理して、非晶質シリコン層の所定領域を結晶化することにより形成される領域であってよい。
【００２３】
第１パターン層は、シリコン酸化膜を含むことができる。
【００２４】
第１パターン層の厚さは、５ｎｍ〜５００ｎｍであってよい。
【００２５】
第２パターン層は、シリコン窒化膜を含むことができる。
【００２６】
第２パターン層の厚さは、５ｎｍ〜５００ｎｍであってよい。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、基板上に非晶質シリコン層を形成する段階と、基板上に、非晶質シリコン層の面積が４００μｍ２以上に露出するように第１パターン層を形成する段階と、第１パターン層上に配置され、少なくとも第１パターン層によって露出される非晶質シリコン層と接触する第２パターン層を形成する段階と、第２パターン層上に金属触媒層を形成する段階と、基板を熱処理して露出した非晶質シリコン層にシードを形成して、シードにより露出した非晶質シリコン層がシード領域に結晶化されて、シード領域以外の非晶質シリコン層の領域は、シード領域の結晶が成長することによって結晶化領域に結晶化される段階とで構成される多結晶シリコン層製造方法が提供される。
【００２８】
本発明によれば、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化する時、ＳＧＳ（Ｓｕｐｅｒ−Ｇｒａｉｎ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）結晶化法で実施する。この時、結晶化されるシード領域の面積が４００μｍ２以上になるように形成して、シード領域の結晶が成長して他の非晶質シリコン層を結晶化することにより結晶化領域を形成できる。当該結晶化領域の結晶粒大きさは、均一であり、結晶粒界の分布は規則的であるため、結晶化領域を半導体層にパターニングして薄膜トランジスタを形成する場合、薄膜トランジスタ自体の特性を向上できる。また、本発明では、シード領域の面積を最適化できるので、シード領域の結晶による非晶質シリコン層の結晶化を効果的に実施できる。
【００２９】
熱処理は、４００℃〜８００℃の温度および１分〜３０００分の工程時間で実施することができる。
【００３０】
第１パターン層は、シリコン酸化膜を含むことができ、第２パターン層は、シリコン窒化膜を含むことができる。
【００３１】
金属触媒層は、１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の濃度を備える金属触媒によって形成されてよい。
【００３２】
上記課題を解決するために、本発明の第３の観点によれば、基板上に非晶質シリコン層を形成する段階と、非晶質シリコン層上に第２パターン層を形成する段階と、基板上に、第２パターン層の面積が４００μｍ２以上に露出するように第１パターン層を形成する段階と、少なくとも第２パターン層上に金属触媒層を形成する段階と、基板を熱処理して露出した第２パターン層の領域に対応する非晶質シリコン層にシードを形成して、シードにより露出した第２パターン層の領域に対応する非晶質シリコン層がシード領域に結晶化されて、シード領域以外の非晶質シリコン層の領域は、シード領域の結晶が成長することによって結晶化領域に結晶化される段階とで構成される多結晶シリコン層製造方法が提供される。
【００３３】
熱処理は、４００℃〜８００℃の温度および１分〜３０００分の工程時間で実施することができる。
【００３４】
第１パターン層は、シリコン酸化膜を含むことができ、第２パターン層は、シリコン窒化膜を含むことができる。
【００３５】
金属触媒層は、１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の濃度の金属触媒によって形成されてよい。
【００３６】
上記課題を解決するために、本発明の第４の観点によれば、基板と、基板上に位置して、面積が４００μｍ２以上であるシード領域から成長した結晶化領域をパターニングすることにより形成され、結晶化領域の成長方向に対して長さ方向が垂直または平行となる半導体層と、絶縁状態で、半導体層上に位置するゲート電極と、半導体層と接続され、ゲート電極と絶縁されるソース／ドレイン電極とで構成される平板表示装置が提供される。
【００３７】
ソース／ドレイン電極と連結される第１電極をさらに含むことができる。
【００３８】
シード領域は、Ｓｕｐｅｒ−Ｇｒａｉｎ−Ｓｉｌｉｃｏｎ結晶化法で結晶化される領域であってよい。
【００３９】
結晶化領域の成長方向は、結晶化領域の結晶粒界の方向と同じであってよい。
【００４０】
上記課題を解決するために、本発明の第５の観点によれば、基板上に非晶質シリコン層を形成する段階と、非晶質シリコン層の面積を４００μｍ２以上に露出する第１パターン層を形成する段階と、第１パターン層が形成される基板上に第２パターン層および金属触媒層を順に形成する段階と、基板を熱処理して露出した非晶質シリコン層をシード領域に結晶化して、シード領域を利用してシード領域以外の非晶質シリコン層の領域を結晶化領域に結晶化する段階と、結晶化領域をパターニングして半導体層を形成する段階と、半導体層上にゲート絶縁膜、ゲート電極およびソース／ドレイン電極を形成する段階と、ソース／ドレイン電極と連結される第１電極を形成する段階とで構成される平板表示装置製造方法が提供される。
【００４１】
上記課題を解決するために、本発明の第６の観点によれば、基板上に非晶質シリコン層を形成する段階と、非晶質シリコン層上に第２パターン層を形成する段階と、第２パターン層上で、第２パターン層の面積が４００μｍ２以上に露出するように第１パターン層を形成する段階と、第１パターン層および第２パターン層上に金属触媒層を形成する段階と、基板を熱処理して露出した第２パターン層の領域に対応する非晶質シリコン層をシード領域に結晶化して、シード領域を利用してシード領域以外の非晶質シリコン層の領域を結晶化領域に結晶化する段階と、結晶化領域をパターニングして半導体層を形成する段階と、半導体層上にゲート絶縁膜、ゲート電極およびソース／ドレイン電極を形成する段階と、ソース／ドレイン電極と連結される第１電極を形成する段階とで構成される平板表示装置製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように本発明によれば、第１パターン層および第２パターン層を利用して、シード領域および結晶化領域を所望の所定領域に形成することにより、結晶粒の大きさを均一にでき、結晶粒界の分布を規則的に形成できる多結晶シリコン層を形成できる。これにより、本発明の多結晶シリコン層を用いると、優秀な特性を備える薄膜トランジスタを製造することができて、薄膜トランジスタを利用することによって優秀な特性を備える平板表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４４】
（第１実施形態）
図１Ａ〜図１Ｆは、本発明の１実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法を示す断面図である。
【００４５】
図１Ａを参照すると、ガラスまたはプラスチックなどのような透明な絶縁基板１００上にバッファー層（ｂｕｆｆｅｒ）１１０を形成する。
【００４６】
この時、バッファー層１１０は、絶縁基板１００で発生する水分または不純物の素子（以後形成される）への拡散を防止したり、結晶化時に熱の伝達速度を調節することによって、非晶質シリコン層１２０の結晶化が効率良く進行できるように作用する。
【００４７】
続いて、バッファー層１１０上に非晶質シリコン層１２０を物理的気相蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または化学的気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などで形成する。
【００４８】
図１Ｂを参照すると、非晶質シリコン層１２０上に、金属触媒を拡散しないシリコン酸化膜などを含む第１パターン層１３０を形成する。
【００４９】
この時、第１パターン層１３０は、非晶質シリコン層１２０の所定領域を露出するように形成される。
【００５０】
また、第１パターン層１３０は、約５ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００５１】
図１Ｃを参照すると、第１パターン層１３０が形成される絶縁基板１００の全面上に、第２パターン層１４０を形成する。
【００５２】
この時、第２パターン層１４０は、金属触媒の拡散が可能なシリコン窒化膜などを含み、その厚さは、約５ｎｍ〜５００ｎｍで形成されることが望ましい。
【００５３】
また、第２パターン層１４０は、第１パターン層１３０によって露出された非晶質シリコン層１２０を完全に覆うように形成されなければならない。図１Ｃでは、第１パターン層１３０を備える絶縁基板１００全面に第２パターン層１４０を形成しているが、第１パターン層１３０によって露出される非晶質シリコン層１２０の所定領域のみに対応して第２パターン層１４０を形成してもよい。つまり、第２パターン層１４０は、第１パターン層１３０上に位置して、少なくとも非晶質シリコン層１２０の所定領域と接触するように形成されてよい。
【００５４】
図１Ｄを参照すると、第２パターン層１４０上に金属触媒層１５０を形成する。
【００５５】
金属触媒層１５０は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＣｄおよびＰｔなどのうち、いずれか一つ以上の金属触媒を用いて形成される。
【００５６】
また、金属触媒層１５０は、約１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の濃度の金属触媒で形成されることが望ましい。これは、金属触媒層１５０の金属触媒濃度に応じて非晶質シリコン層１２０の結晶化程度が変化するためである。例えば、高い濃度の金属触媒で金属触媒層１５０を形成する場合では、多結晶シリコン層の結晶粒大きさが小さくなるだけでなく、多結晶シリコン層に残留する金属触媒の量が増加して多結晶シリコン層の特性を低下させる等の問題を起こす。一方で、低い濃度の金属触媒で金属触媒層１５０を形成する場合では、現在の蒸着装置で均一に蒸着することが難しいだけでなく、非晶質シリコン層１２０の結晶化に必要なシード（結晶化核）が十分に形成されない等の問題を起こす。
【００５７】
図１Ｅを参照すると、非晶質シリコン層１２０、第１パターン層１３０、第２パターン層１４０および金属触媒層１５０が形成される絶縁基板１００を熱処理して、金属触媒層１５０内の金属触媒を非晶質シリコン層１２０の所定領域（第１パターン層１３０によって露出される非晶質シリコン層１２０の領域）に拡散１６０する。
【００５８】
この時、拡散した金属触媒は、非晶質シリコン層１２０の所定領域内でシード（図示せず）を形成する。そして、当該シードによって非晶質シリコン層１２０の所定領域をシード領域１７０に結晶化することができる。つまり、シード領域１７０は、シードを含むことができる。
【００５９】
シード領域１７０は、金属触媒の拡散１６０に影響を受けるようになる。つまり、第２パターン層１４０は、金属触媒を拡散できる素材（シリコン窒化膜）で形成されるため、金属触媒の拡散１６０が第２パターン層１４０では容易に起こることができる。一方、第１パターン層１３０は、金属触媒を拡散できない素材（シリコン酸化膜）で形成されるため、金属触媒の拡散１６０が第１パターン層１３０では起こらない。従って、シード領域１７０は、第１パターン層１３０および第２パターン層１４０によって形成される。
【００６０】
シードは、絶縁基板１００を熱処理することで金属触媒層１５０の金属触媒が非晶質シリコン層１２０に拡散することにより生成される。したがって、シード領域１７０には結晶化後にも金属触媒が存在するようになる。シード領域１７０の金属触媒の濃度は、約１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下となる。
【００６１】
シード領域１７０は、ＳＧＳ（Ｓｕｐｅｒ−Ｇｒａｉｎ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）結晶化法で結晶化される多結晶シリコン層となる。上記で詳述したように、絶縁基板１００上には、非晶質シリコン層１２０、金属触媒を拡散しない第１パターン層１３０、金属触媒を拡散できる第２パターン層１４０および金属触媒層１５０が順次積層される。すなわち、ＳＧＳ結晶化法とは、当該絶縁基板１００を熱処理することにより、金属触媒が第２パターン層１４０を通過して非晶質シリコン層１２０に拡散した後、シードを形成して、当該シードにより非晶質シリコン層１２０が結晶化される方法であると定義する。
【００６２】
シード領域１７０の多結晶シリコン層は、シードを中心にして略放射形で成長されることによって結晶粒の形状が略円形に形成される。これにより、結晶粒界も略円形に形成される。シード領域１７０には、複数個の結晶粒が形成されるが、シードが形成される位置および個数を制御することができない。したがって、シード領域１７０内で結晶成長方向が不規則に発生する。これにより、シード領域１７０内に形成される結晶粒界の方向は、不規則に形成される。
【００６３】
図１Ｆを参照すると、第１パターン層１３０下部の非晶質シリコン層１２０（シード領域１７０以外の非晶質シリコン層１２０）は、シード領域１７０の結晶が成長１８０することによって、結晶化領域１９０を形成することができる。
【００６４】
この時、結晶化領域１９０は、シード領域１７０から直接的な影響を受けるようになる。すなわち、結晶化領域１９０は、シード領域１７０の結晶の成長１８０で結晶化するようになることによって、シード領域１７０の結晶大きさおよび結晶化の方向等の影響を受けるようになる。
【００６５】
しかし、結晶化領域１９０には、シード領域１７０と等しいシードが形成されないので、金属触媒は、ほとんど存在しなくなる。
【００６６】
また、結晶化領域１９０の結晶粒界は、シード領域１７０を中心にして略放射形に形成される。従って、結晶化領域１９０の結晶粒界は、規則的な分布となる。
【００６７】
この時、シード領域１７０および結晶化領域１９０を結晶化する時、つまり、絶縁基板１００の熱処理は、約４００℃〜８００℃範囲内の温度で実施する。結晶化時間（熱処理時間）は、約１分〜３０００分間で実施できる。以上本発明の第１実施形態は、非晶質シリコン層１２０の所定領域を結晶化することにより、シード領域１７０および結晶化領域１９０から構成される多結晶シリコン層を形成できる。
【００６８】
（第２実施形態）
図２Ａ〜図２Ｆは、本発明の第２実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法を示す断面図である。
【００６９】
図２Ａを参照すると、ガラスまたはプラスチックなどのような透明な絶縁基板２００上にバッファー層２１０を形成する。
【００７０】
この時、バッファー層２１０は、絶縁基板２００で発生する水分または不純物の素子（以後形成される）への拡散を防止したり、結晶化時に熱の伝達速度を調節することによって、非晶質シリコン層２２０の結晶化が効率良く進行できるように作用する。
【００７１】
続いて、バッファー層２１０上に非晶質シリコン層２２０を物理的気相蒸着法または化学的気相蒸着法などで形成する。
【００７２】
図２Ｂを参照しながら説明すると、非晶質シリコン層２２０上に金属触媒を拡散できる第２パターン層２４０を形成する。
【００７３】
第２パターン層２４０は、シリコン窒化膜などを含み、その厚さは約５ｎｍ〜５００ｎｍで形成されることが望ましい。
【００７４】
図２Ｃを参照すると、第２パターン層２４０の所定領域を露出させて、下部の非晶質シリコン層２２０の所定領域を第２パターン層２４０を介して露出するように、第２パターン層２４０上に第１パターン層２３０を形成する。
【００７５】
第１パターン層２３０は、金属触媒を拡散させないシリコン酸化膜などを含み、約５ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００７６】
図２Ｄを参照すると、第１パターン層２３０および第２パターン層２４０が形成される絶縁基板２００上に金属触媒層２５０を形成する。図２Ｄでは、第１パターン層２３０および第２パターン層２４０を備える絶縁基板２００全面に金属触媒層２５０を形成しているが、第１パターン層２３０によって露出される第２パターン層２４０の領域のみに金属触媒層２５０を形成してもよい。つまり、金属触媒層２５０は、少なくとも第２パターン層２４０上に配置されることになる。この場合、金属触媒層２５０を形成するために用いられる金属触媒の量を低減することができる。
【００７７】
金属触媒層２５０は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＣｄおよびＰｔなどのうち、いずれか一つ以上の金属触媒を用いて形成される。
【００７８】
また、金属触媒層２５０は、約１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の濃度の金属触媒で形成されることが望ましい。これは、金属触媒層２５０の金属触媒濃度に応じて非晶質シリコン層２２０の結晶化程度が変化するためである。例えば、高い濃度の金属触媒で金属触媒層２５０を形成する場合では、多結晶シリコン層の結晶粒大きさが小さくなるだけでなく、多結晶シリコン層に残留する金属触媒の量が増加して多結晶シリコン層の特性を低下させる等の問題を起こす。一方で、低い濃度の金属触媒で金属触媒層２５０を形成する場合では、現在の蒸着装置で均一に蒸着することが難しいだけでなく、非晶質シリコン層２２０の結晶化に必要なシード（結晶化核）が十分に形成されない等の問題を起こす。
【００７９】
図２Ｅを参照すると、非晶質シリコン層２２０、第１パターン層２３０、第２パターン層２４０および金属触媒層２５０が形成される絶縁基板２００を熱処理して、金属触媒層２５０内の金属触媒を非晶質シリコン層２２０の所定領域に拡散２６０させる。
【００８０】
この時、拡散した金属触媒は、非晶質シリコン層２２０の所定領域内でシード（図示せず）を形成する。これにより、当該シードによって非晶質シリコン層２２０の所定領域をシード領域２７０に結晶化することができる。つまり、シード領域２７０も、ＳＧＳ結晶化法で結晶化されることとなる。
【００８１】
シード領域２７０は、金属触媒の拡散２６０に影響を受けるようになる。つまり、第２パターン層２４０は、金属触媒を拡散できる素材（シリコン窒化膜）で形成されるため、金属触媒の拡散２６０が第２パターン層２４０では容易に起こることができる。一方、第１パターン層２３０は、金属触媒を拡散しない素材（シリコン酸化膜）で形成されるため、第１パターン層２３０では金属触媒の拡散が起こらない。すなわち、金属触媒層２５０のうち、第１パターン層２３０に対応する領域内の金属触媒は拡散できないが、第２パターン層２４０上に蒸着された金属触媒は容易に拡散して非晶質シリコン層２２０に拡散することができる。従って、シード領域２７０は、第１パターン層２３０および第２パターン層２４０によって形成される。
【００８２】
シード領域２７０の多結晶シリコン層は、シードを中心にして略放射形で成長されることによって結晶粒の形状が略円形に形成される。これにより、結晶粒界も略円形に形成される。シード領域２７０には、複数個の結晶粒が形成されるが、シードが形成される位置および個数を制御することができない。したがって、シード領域２７０内で結晶成長方向が不規則に発生する。これにより、シード領域２７０内に形成される結晶粒界の方向は、不規則に形成される。
【００８３】
図２Ｆを参照すると、第１パターン層２３０下部に位置する非晶質シリコン層２２０（シード領域２７０以外の非晶質シリコン層２２０）は、シード領域２７０の結晶の成長２８０によって結晶化されて、結晶化領域２９０を形成することができる。
【００８４】
この時、結晶化領域２９０は、シード領域２７０から直接的な影響を受けるようになる。すなわち、結晶化領域２９０は、シード領域２７０の結晶の成長２８０で結晶化するようになることによってシード領域２７０の結晶の大きさおよび結晶化の方向等の影響を受けるようになる。
【００８５】
また、結晶化領域２９０の結晶粒界は、シード領域２７０を中心にして略放射形に形成される。従って、結晶化領域２９０の結晶粒界は、規則的な分布となる。
【００８６】
この時、シード領域２７０および結晶化領域２９０を結晶化する時、つまり絶縁基板２００の熱処理は、約４００℃〜８００℃範囲内の温度で実施する。結晶化時間（熱処理時間）は、約１分〜３０００分間で実施できる。以上本発明の第２実施形態は、非晶質シリコン層２２０の所定領域を結晶化することにより、シード領域２７０および結晶化領域２９０から構成される多結晶シリコン層を形成できる。
【００８７】
図３は、本発明の一実施形態により結晶化されたシード領域および結晶化領域を示す平面図である。ここで、図３のシード領域および結晶化領域は、本発明の第１実施形態および第２実施形態に適用できる。
【００８８】
図３では、図１Ａ〜図１Ｆまたは図２Ａ〜図２Ｆで詳述したような方法で非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化して、金属触媒層、第１パターン層および第２パターン層を除去した後の平面図を図示する。
【００８９】
非晶質シリコン層、第１パターン層、第２パターン層および金属触媒層が形成される絶縁基板を熱処理すると、第１パターン層および第２パターン層により金属触媒層の金属触媒が選択的に拡散するようになる。これによって非晶質シリコン層の所定領域に所定のシード（結晶化核）が形成される。そして、当該シードにより非晶質シリコン層の所定領域を、シード領域３１０に形成することができる。
【００９０】
この時、本発明の実施形態では、シード領域３１０を四辺の長さが等しい略正四角形で形成する。これは、第１パターン層および第２パターン層、特に第１パターン層の形状を略正四角形に形成することによって可能である。必要であれば、シード領域３１０を他の形状（例えば、略三角形、略四角形、略多角形または略円形）で形成しても構わない。
【００９１】
シード領域３１０は、上記でも詳述したように、シードを中心にして結晶を成長するＳＧＳ結晶化法で結晶化された領域である。これにより、シード領域３１０の内部の結晶粒界は、不規則に形成される。
【００９２】
したがって、シード領域３１０をパターニングして薄膜トランジスタの半導体層を形成する場合には、薄膜トランジスタ特性が不均一となる。これは、上記でも詳述したように、金属触媒のような不純物、シードおよび不規則に形成される結晶粒界による影響のためである。
【００９３】
しかし、シード領域３１０を中心にして略放射形で成長３２０した結晶化領域３３０は、シード領域３１０とは異なる。
【００９４】
すなわち、結晶化領域３３０では、シード領域３１０から成長３２０することによって所定の方向に結晶粒が成長するようになる。これにより、結晶化領域３３０内の低角粒界（Ｌｏｗ  Ａｎｇｌｅ  Ｇｒａｉｎ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ）３４０は、所定の方向、すなわち、シード領域３１０を中心にして略放射形に形成されるようになる。また、高角粒界（Ｈｉｇｈ  Ａｎｇｌｅ  Ｇｒａｉｎ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ）３５０は、結晶化領域３３０の境界領域になる。すなわち、高角粒界３５０は、他のシード領域で成長された他の結晶化領域または結晶化されない非晶質シリコン層との境界線になる結晶粒界である。低角粒界３４０は、単一結晶化領域内部で相異なる結晶性を備える結晶粒の境界線になる。従って、結晶化領域３３０の結晶粒大きさは均一であり、結晶粒界の分布は規則的となる。
【００９５】
したがって、図３に示すように、成長３２０方向（すなわち、低角粒界３４０の方向）と長さ方向が等しくなるように結晶化領域３３０内の所定領域３６０をパターニングして薄膜トランジスタの半導体層を形成する。これにより、半導体層は、チャンネルでキャリア（Ｃａｒｒｉｅｒ）が移動する方向と等しい結晶方向を備える結晶粒を備えるようになるため、同様の特性を備えるようになる。また、結晶化領域３３０内の結晶粒の特性によって単結晶に近い特性を備えることができるため、優秀な特性を備え、かつ特性の均一性に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
【００９６】
また、図３では図示しなかったが、成長３２０方向（すなわち、低角粒界３４０の方向）と長さ方向が垂直になるように、結晶化領域３３０内の所定領域をパターニングして薄膜トランジスタの半導体層を形成することができる。
【００９７】
成長３２０方向と垂直にパターニングされる半導体層を備える薄膜トランジスタは、半導体層内部（特に、チャンネル領域内部）に結晶粒界が存在するため、結晶粒界が存在しない半導体層を含む薄膜トランジスタに比べて、電子移動度が低い等の短所があるが、複数個の薄膜トランジスタ間の特性均一性をさらに向上することができる。
【００９８】
図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の実施形態のシード領域の面積に対する結晶化領域の結晶化長さを示す写真である。
【００９９】
図４Ａ〜図４Ｄでは、図１Ａ〜図１Ｆまたは図２Ａ〜図２Ｆで形成するシード領域を所定の面積値を備えるように形成して、それぞれのシード領域によって成長する結晶化領域の結晶化長さ示す。
【０１００】
図４Ａの上部には、シード領域４１０を形成した。シード領域４１０の横および縦は、それぞれ１０μｍの長さで形成した。これにより、シード領域４１０の面積は、１００μｍ２となった。そして、図４Ａの下部には、シード領域４２０を形成した。シード領域４２０の横および縦は、それぞれ２０μｍの長さで形成した。これにより、シード領域４２０の面積は、４００μｍ２となった。
【０１０１】
図４Ｂの上部には、シード領域４３０を形成した。シード領域４３０の横および縦は、それぞれ３０μｍの長さで形成した。これにより、シード領域４３０の面積は、９００μｍ２となった。図４Ｂの下部には、シード領域４４０を形成した。シード領域４４０の横および縦は、それぞれ４０μｍの長さで形成した。これにより、シード領域４４０の面積は、１６００μｍ２となった。
【０１０２】
図４Ｃの上部には、シード領域４５０を形成した。シード領域４５０の横および縦は、それぞれ５０μｍの長さで形成した。これにより、シード領域４５０の面積は、２５００μｍ２となった。図４Ｃの下部には、シード領域４６０を形成した。シード領域４６０の横および縦は、それぞれ６０μｍの長さで形成した。これにより、シード領域４６０の面積は、３６００μｍ２となった。
【０１０３】
図４Ｄの上部には、シード領域４７０を形成した。シード領域４７０の横および縦は、それぞれ７０μｍの長さで形成した。これにより、シード領域４７０の面積は、４９００μｍ２となった。図４Ｄの下部には、シード領域４８０を形成した。シード領域４８０の横および縦は、それぞれ８０μｍの長さで形成した。これにより、シード領域４８０の面積は、６４００μｍ２となった。
【０１０４】
図４Ａを参照すると、図４Ａの上部に形成された１００μｍ２の面積を備えるシード領域４１０では、結晶化領域が形成されない反面、図４Ａの下部に形成された４００μｍ２の面積を備えるシード領域４２０では、結晶化領域４９０が形成され始めたことが分かる。
【０１０５】
これは、結晶化領域４９０の成長は、シード領域の面積に直接影響を受けるためである。すなわち、シード領域の面積が増加するほど、結晶化領域４９０の成長長さまたは面積が増加することが分かる。
【０１０６】
図５は、図４Ａ〜図４Ｄのシード領域の面積値に対する結晶化領域の成長長さをグラフ化したグラフである。図５で、横軸は、シード領域の面積値を示し、縦軸は、結晶化領域の成長長さを示す。
【０１０７】
図５を参照すると、シード領域の面積に応じた結晶化領域４９０の成長長さの変化が分かる。面積が１００μｍ２であるシード領域４１０によって成長する結晶化領域４９０の成長長さは、０μｍである。面積が４００μｍ２であるシード領域４２０によって成長する結晶化領域４９０の成長長さは、約５μｍである。面積が９００μｍ２であるシード領域４３０によって成長する結晶化領域４９０の成長長さは、約１５μｍである。面積が１６００μｍ２であるシード領域４４０によって成長する結晶化領域４９０の成長長さは、約２０μｍである。面積が２５００μｍ２であるシード領域４５０によって成長する結晶化領域４９０の成長長さは、約２５μｍである。面積が３６００μｍ２であるシード領域４６０によって成長する結晶化領域４９０の成長長さは、約５０μｍである。面積が４９００μｍ２であるシード領域４７０によって成長する結晶化領域４９０の成長長さは、約１００μｍである。面積が６４００μｍ２であるシード領域４８０の面積によって成長する結晶化領域４９０の成長長さは、約１１０μｍである。
【０１０８】
すなわち、絶縁基板上の非晶質シリコン層を結晶化する時にＳＧＳ結晶化法で結晶化する場合、略正四角形であるシード領域は、少なくとも４００μｍ２以上の面積で形成されてこそ、結晶化領域４９０が形成されるということが分かる。
【０１０９】
したがって、図１Ａ〜図１Ｆまたは図２Ａ〜図２Ｆを参照して説明したように、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化する時、シード領域１７０、シード領域２７０が４００μｍ２以上の面積を備えるように、第１パターニング層１３０、第１パターニング層２３０および第２パターニング層１４０、第２パターニング層２４０を形成することが分かる。言い換えると、本発明の実施形態において、多結晶シリコン層は、絶縁基板上に位置して、面積が４００μｍ２以上であるシード領域と、シード領域から成長した結晶化領域とを含むことができる。
【０１１０】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の実施形態の結晶化領域に半導体層を形成して平板表示装置を製造する工程を示す断面図である。
【０１１１】
図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、絶縁基板上にスキャンライン５１０、データライン５２０および共通電源ライン５３０が形成されて定義される単位ピクセル内部の所定領域に半導体層５４０ａ、半導体層５４０ｂを形成する。この時、単位ピクセル内部の所定領域において、まず半導体層５４０ａ、半導体層５４０ｂを形成する領域を先に決定して、絶縁基板上に非晶質シリコン層を形成する。
【０１１２】
続いて、非晶質シリコン層上に、上記で詳述したような本発明の第１実施形態または第２実施形態に係る方法で第１パターン層、第２パターン層および金属触媒層を形成する。
【０１１３】
この時、第１パターン層、第２パターン層および金属触媒層は、半導体層５４０ａ、半導体層５４０ｂが形成される領域および半導体層５４０ａ、半導体層５４０ｂの長さ方向により決定される。すなわち、図６Ａで図示したような位置および方向に半導体層５４０ａ、半導体層５４０ｂを形成するためには、シード領域５４５を先に形成して、シード領域５４５から成長した結晶化領域５４７をパターニングして形成する。シード領域５４５は、上述したように、ＳＧＳ結晶化法で非晶質シリコン層を結晶化することにより形成される。そして、シード領域５４５の結晶が伝播されて成長することにより形成される結晶化領域５４７の成長方向は、上述したように、結晶化領域５４７の結晶粒界（上述の低角粒界）の方向と等しい。
【０１１４】
したがって、半導体層５４０ａ、半導体層５４０ｂが形成される位置および方向に応じてシード領域５４５が形成されるように、第１パターン層、第２パターン層および金属触媒層が形成される。但し、半導体層５４０ａ、半導体層５４０ｂは、結晶化領域５４７内部に形成されて、結晶粒が成長した方向を考慮してパターニングされればよい。
【０１１５】
図６Ａでは、結晶化領域５４７の成長方向と同一方向に半導体層５４０ａ、半導体層５４０ｂをパターニングしたが、必要であれば、結晶化領域５４７の成長方向と垂直である方向に半導体層５４０ａ、半導体層５４０ｂをパターニングすることもできる。
【０１１６】
続いて、ゲート絶縁膜（図示せず）、スキャンライン５１０、データライン５２０、共通電源ライン５３０、ゲート電極５５０ａ、ゲート電極５５０ｂ、ソース／ドレイン電極（５６０ａ、５６０ｂ）、下部電極５７０ａと上部電極５７０ｂを含むキャパシター５７０、第１電極５８０、少なくとも有機発光層を含む有機膜層（図示せず）および第２電極（図示せず）などを形成する。ここで、ゲート電極５５０ａは、ゲート絶縁膜を間に置いた絶縁状態で、半導体層５４０ａ上に位置する。ゲート電極５５０ｂは、ゲート絶縁膜を間に置いた絶縁状態で半導体層５４０ｂ上に位置する。そして、ソース／ドレイン電極５６０ａは、半導体層５４０ａに接続され、ゲート電極５５０ａと絶縁されるように形成される。ソース／ドレイン電極５６０ｂは、半導体層５４０ｂに接続され、ゲート電極５５０ｂと絶縁されるように形成される。第１電極５８０は、ソース／ドレイン電極（５６０ａ、５６０ｂ）に接続される。
【０１１７】
この時、各素子または層間を保護、絶縁または平坦化のために層間絶縁膜または平坦化膜をさらに形成することができる。
【０１１８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１Ａ】本発明の１実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、非晶質シリコン層が形成される段階を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の１実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、第１パターン層が形成される段階を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明の１実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、第２パターン層が形成される段階を示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明の１実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、金属触媒層が形成される段階を示す断面図である。
【図１Ｅ】本発明の１実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、シード領域が形成される段階を示す断面図である。
【図１Ｆ】本発明の１実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、結晶化領域が形成される段階を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、非晶質シリコン層が形成される段階を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、第２パターン層が形成される段階を示す断面図である。
【図２Ｃ】本発明の第２実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、第１パターン層が形成される段階を示す断面図である。
【図２Ｄ】本発明の第２実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、金属触媒層が形成される段階を示す断面図である。
【図２Ｅ】本発明の第２実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、シード領域が形成される段階を示す断面図である。
【図２Ｆ】本発明の第２実施形態に係る多結晶シリコン層を形成する方法で、結晶化領域が形成される段階を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態により結晶化されたシード領域および結晶化領域を示す平面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態のシード領域の面積に対する結晶化領域の結晶化長さを示す写真である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態のシード領域の面積に対する結晶化領域の結晶化長さを示す写真である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態のシード領域の面積に対する結晶化領域の結晶化長さを示す写真である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態のシード領域の面積に対する結晶化領域の結晶化長さを示す写真である。
【図５】図４Ａ〜図４Ｄのシード領域の面積値に対する結晶化領域の成長長さをグラフ化したグラフである。
【図６Ａ】本発明の実施形態の結晶化領域に半導体層を形成して平板表示装置を製造する工程を示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態の結晶化領域に半導体層を形成して平板表示装置を製造する工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１００、２００      絶縁基板
１１０、２１０      バッファー層
１２０、２２０      非晶質シリコン層
１３０、２３０      第１パターン層
１４０、２４０      第２パターン層
１５０、２５０      金属触媒層
１７０、２７０、３１０      シード領域
１９０、２９０、３３０      結晶化領域
３４０      低角粒界
３５０      高角粒界
【図１Ａ】
0005186105.tif 000002
【図１Ｂ】
0005186105.tif 000003
【図１Ｃ】
0005186105.tif 000004
【図１Ｄ】
0005186105.tif 000005
【図１Ｅ】
0005186105.tif 000006
【図１Ｆ】
0005186105.tif 000007
【図２Ａ】
0005186105.tif 000008
【図２Ｂ】
0005186105.tif 000009
【図２Ｃ】
0005186105.tif 000010
【図２Ｄ】
0005186105.tif 000011
【図２Ｅ】
0005186105.tif 000012
【図２Ｆ】
0005186105.tif 000013
【図３】
0005186105.tif 000014
【図５】
0005186105.tif 000015
【図６Ａ】
0005186105.tif 000016
【図６Ｂ】
0005186105.tif 000017
【図４Ａ】
0005186105.tif 000018
【図４Ｂ】
0005186105.tif 000019
【図４Ｃ】
0005186105.tif 000020
【図４Ｄ】
0005186105.tif 000021