薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置
【課題】薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板上に位置するバッファ層と、前記バッファ層上に位置する半導体層と、前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁させるゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と絶縁され、前記半導体層に一部が接続されるソース／ドレイン電極とを含み、前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。また、前記薄膜トランジスタにおいて、前記基板全面に位置する絶縁膜と、前記絶縁膜上に前記ソース／ドレインと電気的に接続される第１電極、有機膜層及び第２電極とを含み、前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする有機電界発光表示装置に関する。
【解決手段】基板と、前記基板上に位置するバッファ層と、前記バッファ層上に位置する半導体層と、前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁させるゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と絶縁され、前記半導体層に一部が接続されるソース／ドレイン電極とを含み、前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。また、前記薄膜トランジスタにおいて、前記基板全面に位置する絶縁膜と、前記絶縁膜上に前記ソース／ドレインと電気的に接続される第１電極、有機膜層及び第２電極とを含み、前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする有機電界発光表示装置に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置に関し、特に、金属触媒を用いて結晶化された多結晶シリコン層において、金属エッチャントを用いてゲッタリングすることで、半導体層に存在する金属触媒を除去することができる薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置（Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタは、通常アクティブマトリックス液晶ディスプレイ装置（ＡＭＬＣＤ）の能動素子及び有機電界発光素子（ＯＬＥＤ）のスイッチング素子及び駆動素子として用いられるが、各素子の特性に合わせて薄膜トランジスタの特性を制御する必要がある。薄膜トランジスタ特性を決定する重要な要素のうちの１つは漏洩電流値である。
【０００３】
一般に、金属を用いない結晶化法により結晶化された多結晶シリコン層を半導体層として用いる薄膜トランジスタにおいて、漏洩電流値は、チャンネル領域の幅が広ければ大きくなり、チャンネル領域の長さが長ければ小さくなる傾向を持っている。しかし、漏洩電流値を小さくするためにチャンネル領域の長さを長くしてもその効果が十分なものではなく、またディスプレイ装置においては、チャンネル領域の長さを長くした場合、装置が大きくなって開口率が小さくなるという問題が生じるため、チャンネル領域の長さは制約されることになる。
【０００４】
一方、現在の金属を用いて非晶質シリコン層を結晶化する方法は、固相結晶化法よりも低い温度で早く結晶化されるという長所を有するとともに、エキシマレーザ結晶化法よりも工程窓が広く、再現性が優れるため盛んに研究されている。しかしながら、金属を用いて結晶化された多結晶シリコン層を半導体層として利用する薄膜トランジスタにおいて、チャンネル領域の長さまたは幅の変化による薄膜トランジスタの漏洩電流値は、一定の傾向性なしに変化しており、一般の薄膜トランジスタが有する傾向性も有しない。
【０００５】
したがって、金属触媒をもちいて結晶化された半導体層を用いる薄膜トランジスタでは、半導体層のチャンネル領域の大きさによる漏洩電流値を予測することができず、そして制御しようとする漏洩電流値を求めるための半導体層のチャンネル領域の大きさを決定することが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】大韓民国出願公開第２００９−００２０２８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためのものであって、金属触媒を用いて結晶化された半導体層を有する薄膜トランジスタにおいて、エッチャントによって前記半導体層に存在する金属触媒を除去することで、特性の改善された薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを備える有機電界発光表示装置を提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを備える有機電界発光表示装置に関し、基板と、前記基板上に位置するバッファ層と、前記バッファ層上に位置する半導体層と、前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁させるゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と絶縁され、前記半導体層に一部が接続されるソース／ドレイン電極とを含み、前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。
【０００９】
また、基板と、前記基板上に位置するバッファ層と、前記バッファ層上に位置する半導体層と、前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁させるゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と絶縁され、前記半導体層に一部が接続されるソース／ドレイン電極と、前記基板全面に位置する絶縁膜と、前記絶縁膜上に前記ソース／ドレインと電気的に接続される第１電極、有機膜層及び第２電極とを含み、前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする有機電界発光表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、金属触媒を用いて結晶化された半導体層を有する薄膜トランジスタにおいて、エッチャントによって前記半導体層に存在する金属触媒を除去することで、特性の改善された薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを備えた有機電界発光表示装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明に係る多結晶シリコン層の製造方法に関する図である。
【図１Ｂ】本発明に係る多結晶シリコン層の製造方法に関する図である。
【図１Ｃ】本発明に係る多結晶シリコン層の製造方法に関する図である。
【図１Ｄ】本発明に係る多結晶シリコン層の製造方法に関する図である。
【図２Ａ】本発明に係る多結晶シリコンのゲッタリング方法に関する図である。
【図２Ｂ】本発明に係る多結晶シリコンのゲッタリング方法に関する図である。
【図２Ｃ】本発明に係るゲッタリング後の多結晶シリコン層の表面の写真である。
【図２Ｄ】本発明に係るゲッタリング方法を適用した多結晶シリコンの金属触媒濃度の測定データである。
【図２Ｅ】本発明に係るゲッタリング方法を適用した多結晶シリコンの金属触媒濃度の測定データである。
【図２Ｆ】本発明に係るゲッタリング方法を適用した多結晶シリコンの金属触媒濃度の測定データである。
【図３Ａ】本発明に係るトップゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図３Ｂ】本発明に係るトップゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図３Ｃ】本発明に係るトップゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図４Ａ】本発明に係るボトムゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図４Ｂ】本発明に係るボトムゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図４Ｃ】本発明に係るボトムゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図５】本発明に係る有機電界発光表示装置に関する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００１３】
図１Ａないし図１Ｄは、本発明の第１実施形態に係る結晶化工程の断面図である。まず、図１Ａに示すように、ガラスまたはプラスチックのような基板１００上にバッファ層１１０を形成する。前記バッファ層１１０は、化学的気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法または物理的気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような絶縁膜を用いて単層またはその複層により形成される。このとき、前記バッファ層１１０は、前記基板１００から発生する水分や不純物の拡散を防止したり、結晶化時に熱伝達速度を調節したりすることで、非晶質シリコン層の結晶化がよく行われるようにする役割を行う。
【００１４】
次いで、前記バッファ層１１０上に非晶質シリコン層１２０を形成する。この場合、前記非晶質シリコン層１２０には化学的気相蒸着法または物理的気相蒸着法を用いる。また、前記非晶質シリコン層１２０の形成時、または形成後に脱水素処理を行って水素の濃度を低下させる工程を行うことができる。次に、前記非晶質シリコン層１２０を多結晶シリコン層に結晶化させる。本発明では、ＭＩＣ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）法、ＭＩＬＣ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｌａｔｅｒａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）法またはＳＧＳ（Ｓｕｐｅｒ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）法などのような金属触媒を用いる結晶化方法を利用して前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化させる。
【００１５】
前記ＳＧＳ法は、非晶質シリコン層に拡散する金属触媒の濃度を低濃度に調節し、結晶粒の大きさが数μｍないし数百μｍに調節できる結晶化方法である。前記非晶質シリコン層に拡散する金属触媒の濃度を低濃度に調節するための一実施形態として、前記非晶質シリコン層上に拡散層を形成し、前記拡散層上に金属触媒層を形成した後、熱処理して金属触媒を拡散させる。工程によっては拡散層を形成せず金属触媒層を低濃度に形成することによって、拡散する金属触媒の濃度を低濃度に調節することができる。
【００１６】
本発明の実施形態では、ＳＧＳ結晶化法を用いて多結晶シリコン層を形成することが好ましく、これについては下記にように説明する。
【００１７】
図１Ｂは、前記非晶質シリコン層上に拡散層と金属触媒層を形成する工程の断面図である。図１Ｂに示すように、前記非晶質シリコン１２０上に拡散層１３０を形成する。このとき、前記拡散層１３０は、後工程で形成される金属触媒が熱処理工程を介して拡散されるシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜で形成することが好ましく、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との２層構造に形成することができる。また、２層構造に形成した場合、いずれか１層をパターニングして金属触媒が拡散される位置を調節することができる。前記拡散層１３０は化学的気相蒸着法または物理的気相蒸着法などのような方法で形成される。この場合、前記拡散層１３０の厚さは１〜２０００Åで形成される。前記拡散層１３０の厚さが１Å未満である場合には前記拡散層１３０が拡散させる金属触媒量を阻止することができず、２０００Åを超えた場合は前記非晶質シリコン層１２０に拡散される金属触媒量が少なくて多結晶シリコン層に結晶化しにくい。
【００１８】
次いで、前記拡散層１３０上に、金属触媒を蒸着して金属触媒層１４０を形成する。このとき、前記金属触媒は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｔｒ、及びＣｄからなる群から選択されるいずれか１つを用いることができるが、好ましくはニッケルＮｉが用いられる。このとき、前記金属触媒層１４０は、前記拡散層１３０上に１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度に形成することになるが、前記金属触媒が１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度よりも少なく形成した場合は結晶化の核となるシードの量が少なくて前記非晶質シリコン層がＳＧＳ法による多結晶シリコン層に結晶化されにくい。また前記金属触媒が１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度よりも多く形成された場合は、非晶質シリコン層に拡散する金属触媒の量が多くて多結晶シリコン層の結晶粒が小さくなり、それとともに、残留する金属触媒量が多くなって前記多結晶シリコン層をパターニングして形成される半導体層の特性が低下することになる。
【００１９】
図１Ｃは、前記基板を熱処理し、金属触媒を拡散層を介して拡散させて、非晶質シリコン層の界面に移動させる工程の断面図である。図１Ｃに示すように、前記バッファ層１１０、非晶質シリコン層１２０、拡散層１３０及び金属触媒層１４０が形成された前記基板１００を熱処理１５０して前記金属触媒層１４０の金属触媒のうちの一部を前記非晶質シリコン層１２０の表面に移動させる。すなわち、熱処理１５０により前記拡散層１３０を通過して拡散した金属触媒１４０ａ、１４０ｂのうちの微量の金属触媒１４０ｂのみが前記非晶質シリコン層１２０の表面に拡散され、殆どの金属触媒１４０ａは前記非晶質シリコン層１２０に到達することができず、前記拡散層１３０を通過できない。
【００２０】
そこで、前記拡散層１３０の拡散阻止能力により前記非晶質シリコン層１２０の表面に到達する金属触媒量が決定されることになるが、前記拡散層１３０の拡散阻止能力は前記拡散層１３０の厚さと密接な関係がある。すなわち、前記拡散層１３０の厚さが厚くなるほど拡散量は少なくなるので、結晶粒の大きさは大きくなり、前記拡散層１３０の厚さが薄くなるほど拡散量は多くなるので、結晶粒の大きさは小さくなる。
【００２１】
このとき、前記熱処理１５０工程は２００〜９００℃の温度範囲、好ましくは３５０〜５００℃で数秒ないし数時間の間に行われて前記金属触媒を拡散することになるが、この温度及び時間で行った場合、過度な熱処理による基板の変形などを防止することができるので、製造コスト及び収率側面から好ましい。前記熱処理１５０工程は、炉（ｆｕｒｎａｃｅ）工程、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程、ＵＶ工程またはレーザ（Ｌａｓｅｒ）工程のうちのいずれか１つの工程を用いることができる。
【００２２】
図１Ｄは、拡散した金属触媒により非晶質シリコン層が多結晶シリコン層に結晶化される工程の断面図である。図１Ｄに示すように、前記拡散層１３０を通過して前記非晶質シリコン層１２０の表面に拡散した金属触媒１４０ｂにより前記非晶質シリコン層１２０が多結晶シリコン層１６０に結晶化される。すなわち、前記拡散した金属触媒１４０ｂが非晶質シリコン層のシリコンと結合して金属シリサイドを形成し、前記金属シリサイドが結晶化の核となるシード（ｓｅｅｄ）を形成することで、非晶質シリコン層が多結晶シリコン層に結晶化する。
【００２３】
一方、図１Ｄでは、前記拡散層１３０と金属触媒層１４０とを除去せず、前記熱処理１５０工程を行う。あるいは、金属触媒を前記非晶質シリコン層１２０上に拡散させて結晶化の核となる金属シリサイドを形成した後、前記拡散層１３０と金属触媒層１４０とを除去して熱処理することにより、多結晶シリコン層を形成してもよい。
【００２４】
図２は、本発明の第１実施形態に係る多結晶シリコンのゲッタリング方法に関する図である。まず、図２Ａに示すように、バッファ層２１０、図１の実施形態に係る金属触媒を用いて結晶化した多結晶シリコン層２２０が形成されている基板２００が提供される。この場合、前記基板２００は、図１Ｄに示す前記拡散層１３０及び前記金属触媒層１４０が除去された状態において、次のようなゲッタリング方法を行う。
【００２５】
前記多結晶シリコン層２２０は残留金属触媒を含むことになるが、上記のように結晶化を行った後の残留金属触媒濃度は１×１０１３〜５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度となり、上記のような多結晶シリコン層２２０はエッチャントで処理する。
【００２６】
前記エッチャントは、ニッケルまたはニッケルシリサイドを除去するエッチャントを用いることになるが、前記エッチャント成分は酸の種類が主であって、塩酸（ＨＣｌ）２５％、アセト酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）１０％、塩化鉄を主に用いて濃度は多様にさせることができる。また、ＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）を用いることもできるが、この場合に用いるＢＯＥエッチャントは、ＨＦ、ＮＨ４Ｆとすることができる。前記エッチャントを用いて約３０秒〜２分間処理すると、残留の金属触媒がエッチャントに熔け広がりゲッタリングされることになる。
【００２７】
図２Ｂに示すように、前記のような多結晶シリコン層２２０が形成されている基板１００をエッチャントで処理を行うと、多結晶シリコン層２２０に存在する残留金属触媒１４０ａ、１４０ｂが除去される。特に、金属シリサイドが多量存在する結晶粒境界は金属がエッチャントに熔けて除去されることで凹部ａが形成され、凹部の大きさは初期の金属触媒濃度、結晶化熱処理温度及び時間によって多様であり、通常２００〜１０００ｎｍの微細なホールが形成される。
【００２８】
図２Ｃは、上記の図２Ｂで説明したように、多結晶シリコン２２０層をエッチャント処理した後に撮影した写真であり、凝集されていた金属及び金属シリサイドが除去された後の残跡である凹部ａを確認することができる。
【００２９】
図２Ｄないし図２Ｆは、前記のゲッタリング方法を適用した多結晶シリコンの金属触媒濃度の測定データであって、ニッケルを用いて結晶化を行った場合のデータである。図２Ｄはゲッタリングを行ってない多結晶シリコン層のニッケル触媒濃度、図２Ｅはゲッタリングを１分間行った後の多結晶シリコン層のニッケル触媒濃度、図２Ｆはゲッタリングを２分間行った後の多結晶シリコン層のニッケル触媒濃度を測定したデータである。
【００３０】
図２Ｄないし図２Ｆに示すように、ゲッタリングを行う前、ゲッタリング１分、ゲッタリング２分を行った場合のニッケル量を調べると、ゲッタリング１分（Ｂ）後のニッケル量は、多結晶シリコン層の表面側の量が減っていることを確認することができる。そして、ゲッタリングの約２分（Ｃ）までニッケルの濃度が減っていることがわかる。
【００３１】
上記のように、ゲッタリングを行った多結晶シリコン層は表面に凹部が形成されるが、前記凹部が半導体層に形成された場合には、特性に影響を及ぼさない。
【００３２】
表１は、上記のように、ゲッタリングを実施した多結晶シリコン層を半導体層として形成した後の特性を測定したデータである。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１に示すように、多結晶シリコン層表面に凹部が存在していても、半導体層のスレッショルド電圧（Ｖｔｈ）やオフ電流（Ｉｏｆｆ）特性が優れていることがわかる。
【００３５】
よって、上記のようなゲッタリング方法で金属触媒を効果的に除去することができる。
【００３６】
図３Ａないし図３Ｃは、本発明の第１実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を用いて形成されるトップゲート薄膜トランジスタを製造する工程における断面図である。
【００３７】
図３Ａないし図３Ｃに示すように、前記第１実施形態に係るトップゲート薄膜トランジスタに関する断面図である。
【００３８】
図３Ａに示すように、ガラス、ステンレススチールまたはプラスチックなどからなる基板３００上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜のような絶縁膜を用いて単層または複層でバッファ層３１０を形成する。このとき、前記バッファ層３１０は、前記基板３００から発生する水分や不純物の拡散を防止したり、結晶化時に熱伝達速度を調節したりして、非晶質シリコン層の結晶化がうまく行われるようにする役割を行う。
【００３９】
次いで、前記バッファ層３１０上に非晶質シリコン層を形成した後、図１の実施形態のように、金属触媒を用いて前記非晶質シリコン層を結晶化して多結晶シリコン層に形成する。その後、前記多結晶シリコン層を前記記載のゲッタリング方法である金属エッチャントを使用して残留金属触媒を除去し、金属触媒によって凹部ａが形成された多結晶シリコン層３２０ａとして形成する。
【００４０】
次いで、図３Ｂに示すように、前記多結晶シリコン層３２０ａをパターニングして半導体層３２０に形成する。
【００４１】
その後、前記半導体層３２０を含む基板３００全面にわたってゲート絶縁膜３３０を形成する。前記ゲート絶縁膜３３０はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはそれらの二重層とすることができる。
【００４２】
次いで、前記ゲート絶縁膜３４０上に、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム−ネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）のようなアルミニウム合金の単一層や、クロム（Ｃｒ）またはモリブデン（Ｍｏ）合金の上にアルミニウム合金が積層された多重層をゲート電極用金属層（図示せず）として形成し、フォトエッチング工程で前記ゲート電極用金属層をエッチングして前記半導体層３２０のチャンネル領域と対応する部分にゲート電極３４０を形成する。
【００４３】
次いで、図３Ｃに示すように、前記ゲート電極３４０を含む基板全面にわたって層間絶縁膜３５０を形成する。ここで、前記層間絶縁膜３５０は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはそれらの多重層とすることができる。
【００４４】
次いで、前記層間絶縁膜３５０及び前記ゲート絶縁膜３３０をエッチングして前記半導体層３２０のソース／ドレイン領域を露出させるコンタクトホールを形成する。前記コンタクトホールを介して前記ソース／ドレイン領域に接続するソース／ドレイン電極３６０、３６１を形成する。ここで、前記ソース／ドレイン電極５７１、５７２は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−ネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン合金（Ｍｏ ａｌｌｏｙ）、アルミニウム合金（Ａｌ ａｌｌｏｙ）、及び銅合金（Ｃｕ ａｌｌｏｙ）中から選択されるいずれか１つによって形成することができる。これで、前記半導体層３２０、前記ゲート電極３４０及び前記ソース／ドレイン電極３６０、３６１を含む薄膜トランジスタが完成される。
【００４５】
図４Ａないし図４Ｃは、本発明の第１実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を用いて形成したボトムゲート薄膜トランジスタを製造する工程の断面図である。ここに言及する内容以外は前記実施形態を参照するものとする。
【００４６】
図４Ａに示すように、基板４００上にバッファ層４１０を形成する。前記バッファ層４１０上にゲート電極用金属層（図示せず）を形成し、フォトエッチング工程により前記ゲート電極用金属層をエッチングしてゲート電極４２０を形成する。次いで、前記ゲート電極４２０が形成された前記基板４００上にゲート絶縁膜４３０を形成する。
【００４７】
次いで、図４Ｂに示すように、前記ゲート絶縁膜４３０上に非晶質シリコン層を形成した後、図１の実施形態のように金属触媒を利用して前記非晶質シリコン層を結晶化して多結晶シリコン層４４０ａとして形成する。前記多結晶シリコン層４４０ａは、本発明の実施例１で説明したゲッタリング方法を用いてゲッタリングを行ない、ゲッタリングで多結晶シリコン層４４０ａ内の金属触媒が除去されることで凹部ａが残ることになる。
【００４８】
次いで、図４Ｃに示すように、前記多結晶シリコン層４４０ａをパターニングして半導体層４４０を形成する。
【００４９】
次いで、前記半導体層４４０上にソース／ドレイン導電膜を形成しパターニングしてソース／ドレイン電極４５０、４５２を形成する。ここで、前記ソース／ドレイン電極５７１、５７２は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−ネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン合金（Ｍｏ ａｌｌｏｙ）、アルミニウム合金（Ａｌ ａｌｌｏｙ）、及び銅合金（Ｃｕ ａｌｌｏｙ）中から選択されるいずれか１つによって形成することができる。これで、前記半導体層４４０、前記ゲート電極４２０及び前記ソース／ドレイン電極４５０、４５１を含む薄膜トランジスタが完成される。
【００５０】
図５は、本発明の第１実施形態を用いたトップゲート薄膜トランジスタを含む有機電界発光表示装置の断面図である。図５に示すように、前記本発明の図３Ｃの実施形態に係る薄膜トランジスタを含む前記基板３００全面に絶縁膜３６５を形成する。前記絶縁膜３６５は無機膜であるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはＳＯＧ中から選択されるいずれか１つまたは有機膜であるポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ベンゾサイクロブチン系樹脂（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｉｎ）またはアクリレート（ａｃｒｙｌａｔｅ）中から選択されるいずれか１つに形成することができる。また前記無機膜と前記有機膜との積層構造に形成することもできる。
【００５１】
前記絶縁膜３６５をエッチングして前記ソース電極３６０または前記ドレイン電極３６１を露出させるビアホールを形成する。前記ビアホールを介して前記ソース電極３６０または前記ドレイン電極３６１のうちのいずれか１つに接続する第１電極３７０を形成する。前記第１電極３７０はアノードまたはカソードで形成することができる。前記第１電極３７０がアノードの場合、前記アノードはＩＴＯ、ＩＺＯまたはＩＴＺＯのうちのいずれか１つからなる透明導電膜で形成することができ、カソードの場合、前記カソードは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｂａまたはそれらの合金で形成することができる。
【００５２】
次いで、前記第１電極３７０上に前記第１電極３７０の表面一部を露出する開口部を有する画素定義膜３７５を形成し、前記露出された第１電極３７０上に、発光層を含む有機膜層３８０を形成する。前記有機膜層３８０には、正孔注入層、正孔輸送層、正孔抑制層、電子抑制層、電子注入層及び電子輸送層からなる群から選択される１つまたは複数の層をさらに含むことができる。次いで、前記有機膜層３８０上に第２電極３８５を形成する。これで、本発明の一実施形態に係る有機電界発光表示装置が完成される。
【００５３】
したがって、本発明によれば、エッチャントを用いて多結晶シリコン層の残留金属を効果的に除去するとともに、電気的特性に影響しない薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置を提供する。
【符号の説明】
【００５４】
１００、２００、３００、４００ 基板
１１０、２１０、３１０、４１０ バッファ層
１２０、２２０ 非晶質シリコン層
１３０ 前記拡散層
１４０ 金属触媒層
３２０ 半導体層
３２０ａ、４２０ａ 多結晶シリコン層
３３０、４３０ ゲート絶縁膜
４２０ ゲート電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置に関し、特に、金属触媒を用いて結晶化された多結晶シリコン層において、金属エッチャントを用いてゲッタリングすることで、半導体層に存在する金属触媒を除去することができる薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置（Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタは、通常アクティブマトリックス液晶ディスプレイ装置（ＡＭＬＣＤ）の能動素子及び有機電界発光素子（ＯＬＥＤ）のスイッチング素子及び駆動素子として用いられるが、各素子の特性に合わせて薄膜トランジスタの特性を制御する必要がある。薄膜トランジスタ特性を決定する重要な要素のうちの１つは漏洩電流値である。
【０００３】
一般に、金属を用いない結晶化法により結晶化された多結晶シリコン層を半導体層として用いる薄膜トランジスタにおいて、漏洩電流値は、チャンネル領域の幅が広ければ大きくなり、チャンネル領域の長さが長ければ小さくなる傾向を持っている。しかし、漏洩電流値を小さくするためにチャンネル領域の長さを長くしてもその効果が十分なものではなく、またディスプレイ装置においては、チャンネル領域の長さを長くした場合、装置が大きくなって開口率が小さくなるという問題が生じるため、チャンネル領域の長さは制約されることになる。
【０００４】
一方、現在の金属を用いて非晶質シリコン層を結晶化する方法は、固相結晶化法よりも低い温度で早く結晶化されるという長所を有するとともに、エキシマレーザ結晶化法よりも工程窓が広く、再現性が優れるため盛んに研究されている。しかしながら、金属を用いて結晶化された多結晶シリコン層を半導体層として利用する薄膜トランジスタにおいて、チャンネル領域の長さまたは幅の変化による薄膜トランジスタの漏洩電流値は、一定の傾向性なしに変化しており、一般の薄膜トランジスタが有する傾向性も有しない。
【０００５】
したがって、金属触媒をもちいて結晶化された半導体層を用いる薄膜トランジスタでは、半導体層のチャンネル領域の大きさによる漏洩電流値を予測することができず、そして制御しようとする漏洩電流値を求めるための半導体層のチャンネル領域の大きさを決定することが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】大韓民国出願公開第２００９−００２０２８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためのものであって、金属触媒を用いて結晶化された半導体層を有する薄膜トランジスタにおいて、エッチャントによって前記半導体層に存在する金属触媒を除去することで、特性の改善された薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを備える有機電界発光表示装置を提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを備える有機電界発光表示装置に関し、基板と、前記基板上に位置するバッファ層と、前記バッファ層上に位置する半導体層と、前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁させるゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と絶縁され、前記半導体層に一部が接続されるソース／ドレイン電極とを含み、前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。
【０００９】
また、基板と、前記基板上に位置するバッファ層と、前記バッファ層上に位置する半導体層と、前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁させるゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と絶縁され、前記半導体層に一部が接続されるソース／ドレイン電極と、前記基板全面に位置する絶縁膜と、前記絶縁膜上に前記ソース／ドレインと電気的に接続される第１電極、有機膜層及び第２電極とを含み、前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする有機電界発光表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、金属触媒を用いて結晶化された半導体層を有する薄膜トランジスタにおいて、エッチャントによって前記半導体層に存在する金属触媒を除去することで、特性の改善された薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを備えた有機電界発光表示装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明に係る多結晶シリコン層の製造方法に関する図である。
【図１Ｂ】本発明に係る多結晶シリコン層の製造方法に関する図である。
【図１Ｃ】本発明に係る多結晶シリコン層の製造方法に関する図である。
【図１Ｄ】本発明に係る多結晶シリコン層の製造方法に関する図である。
【図２Ａ】本発明に係る多結晶シリコンのゲッタリング方法に関する図である。
【図２Ｂ】本発明に係る多結晶シリコンのゲッタリング方法に関する図である。
【図２Ｃ】本発明に係るゲッタリング後の多結晶シリコン層の表面の写真である。
【図２Ｄ】本発明に係るゲッタリング方法を適用した多結晶シリコンの金属触媒濃度の測定データである。
【図２Ｅ】本発明に係るゲッタリング方法を適用した多結晶シリコンの金属触媒濃度の測定データである。
【図２Ｆ】本発明に係るゲッタリング方法を適用した多結晶シリコンの金属触媒濃度の測定データである。
【図３Ａ】本発明に係るトップゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図３Ｂ】本発明に係るトップゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図３Ｃ】本発明に係るトップゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図４Ａ】本発明に係るボトムゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図４Ｂ】本発明に係るボトムゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図４Ｃ】本発明に係るボトムゲートの薄膜トランジスタに関する図である。
【図５】本発明に係る有機電界発光表示装置に関する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００１３】
図１Ａないし図１Ｄは、本発明の第１実施形態に係る結晶化工程の断面図である。まず、図１Ａに示すように、ガラスまたはプラスチックのような基板１００上にバッファ層１１０を形成する。前記バッファ層１１０は、化学的気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法または物理的気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような絶縁膜を用いて単層またはその複層により形成される。このとき、前記バッファ層１１０は、前記基板１００から発生する水分や不純物の拡散を防止したり、結晶化時に熱伝達速度を調節したりすることで、非晶質シリコン層の結晶化がよく行われるようにする役割を行う。
【００１４】
次いで、前記バッファ層１１０上に非晶質シリコン層１２０を形成する。この場合、前記非晶質シリコン層１２０には化学的気相蒸着法または物理的気相蒸着法を用いる。また、前記非晶質シリコン層１２０の形成時、または形成後に脱水素処理を行って水素の濃度を低下させる工程を行うことができる。次に、前記非晶質シリコン層１２０を多結晶シリコン層に結晶化させる。本発明では、ＭＩＣ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）法、ＭＩＬＣ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｌａｔｅｒａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）法またはＳＧＳ（Ｓｕｐｅｒ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）法などのような金属触媒を用いる結晶化方法を利用して前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化させる。
【００１５】
前記ＳＧＳ法は、非晶質シリコン層に拡散する金属触媒の濃度を低濃度に調節し、結晶粒の大きさが数μｍないし数百μｍに調節できる結晶化方法である。前記非晶質シリコン層に拡散する金属触媒の濃度を低濃度に調節するための一実施形態として、前記非晶質シリコン層上に拡散層を形成し、前記拡散層上に金属触媒層を形成した後、熱処理して金属触媒を拡散させる。工程によっては拡散層を形成せず金属触媒層を低濃度に形成することによって、拡散する金属触媒の濃度を低濃度に調節することができる。
【００１６】
本発明の実施形態では、ＳＧＳ結晶化法を用いて多結晶シリコン層を形成することが好ましく、これについては下記にように説明する。
【００１７】
図１Ｂは、前記非晶質シリコン層上に拡散層と金属触媒層を形成する工程の断面図である。図１Ｂに示すように、前記非晶質シリコン１２０上に拡散層１３０を形成する。このとき、前記拡散層１３０は、後工程で形成される金属触媒が熱処理工程を介して拡散されるシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜で形成することが好ましく、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との２層構造に形成することができる。また、２層構造に形成した場合、いずれか１層をパターニングして金属触媒が拡散される位置を調節することができる。前記拡散層１３０は化学的気相蒸着法または物理的気相蒸着法などのような方法で形成される。この場合、前記拡散層１３０の厚さは１〜２０００Åで形成される。前記拡散層１３０の厚さが１Å未満である場合には前記拡散層１３０が拡散させる金属触媒量を阻止することができず、２０００Åを超えた場合は前記非晶質シリコン層１２０に拡散される金属触媒量が少なくて多結晶シリコン層に結晶化しにくい。
【００１８】
次いで、前記拡散層１３０上に、金属触媒を蒸着して金属触媒層１４０を形成する。このとき、前記金属触媒は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｔｒ、及びＣｄからなる群から選択されるいずれか１つを用いることができるが、好ましくはニッケルＮｉが用いられる。このとき、前記金属触媒層１４０は、前記拡散層１３０上に１０１１〜１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度に形成することになるが、前記金属触媒が１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度よりも少なく形成した場合は結晶化の核となるシードの量が少なくて前記非晶質シリコン層がＳＧＳ法による多結晶シリコン層に結晶化されにくい。また前記金属触媒が１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度よりも多く形成された場合は、非晶質シリコン層に拡散する金属触媒の量が多くて多結晶シリコン層の結晶粒が小さくなり、それとともに、残留する金属触媒量が多くなって前記多結晶シリコン層をパターニングして形成される半導体層の特性が低下することになる。
【００１９】
図１Ｃは、前記基板を熱処理し、金属触媒を拡散層を介して拡散させて、非晶質シリコン層の界面に移動させる工程の断面図である。図１Ｃに示すように、前記バッファ層１１０、非晶質シリコン層１２０、拡散層１３０及び金属触媒層１４０が形成された前記基板１００を熱処理１５０して前記金属触媒層１４０の金属触媒のうちの一部を前記非晶質シリコン層１２０の表面に移動させる。すなわち、熱処理１５０により前記拡散層１３０を通過して拡散した金属触媒１４０ａ、１４０ｂのうちの微量の金属触媒１４０ｂのみが前記非晶質シリコン層１２０の表面に拡散され、殆どの金属触媒１４０ａは前記非晶質シリコン層１２０に到達することができず、前記拡散層１３０を通過できない。
【００２０】
そこで、前記拡散層１３０の拡散阻止能力により前記非晶質シリコン層１２０の表面に到達する金属触媒量が決定されることになるが、前記拡散層１３０の拡散阻止能力は前記拡散層１３０の厚さと密接な関係がある。すなわち、前記拡散層１３０の厚さが厚くなるほど拡散量は少なくなるので、結晶粒の大きさは大きくなり、前記拡散層１３０の厚さが薄くなるほど拡散量は多くなるので、結晶粒の大きさは小さくなる。
【００２１】
このとき、前記熱処理１５０工程は２００〜９００℃の温度範囲、好ましくは３５０〜５００℃で数秒ないし数時間の間に行われて前記金属触媒を拡散することになるが、この温度及び時間で行った場合、過度な熱処理による基板の変形などを防止することができるので、製造コスト及び収率側面から好ましい。前記熱処理１５０工程は、炉（ｆｕｒｎａｃｅ）工程、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程、ＵＶ工程またはレーザ（Ｌａｓｅｒ）工程のうちのいずれか１つの工程を用いることができる。
【００２２】
図１Ｄは、拡散した金属触媒により非晶質シリコン層が多結晶シリコン層に結晶化される工程の断面図である。図１Ｄに示すように、前記拡散層１３０を通過して前記非晶質シリコン層１２０の表面に拡散した金属触媒１４０ｂにより前記非晶質シリコン層１２０が多結晶シリコン層１６０に結晶化される。すなわち、前記拡散した金属触媒１４０ｂが非晶質シリコン層のシリコンと結合して金属シリサイドを形成し、前記金属シリサイドが結晶化の核となるシード（ｓｅｅｄ）を形成することで、非晶質シリコン層が多結晶シリコン層に結晶化する。
【００２３】
一方、図１Ｄでは、前記拡散層１３０と金属触媒層１４０とを除去せず、前記熱処理１５０工程を行う。あるいは、金属触媒を前記非晶質シリコン層１２０上に拡散させて結晶化の核となる金属シリサイドを形成した後、前記拡散層１３０と金属触媒層１４０とを除去して熱処理することにより、多結晶シリコン層を形成してもよい。
【００２４】
図２は、本発明の第１実施形態に係る多結晶シリコンのゲッタリング方法に関する図である。まず、図２Ａに示すように、バッファ層２１０、図１の実施形態に係る金属触媒を用いて結晶化した多結晶シリコン層２２０が形成されている基板２００が提供される。この場合、前記基板２００は、図１Ｄに示す前記拡散層１３０及び前記金属触媒層１４０が除去された状態において、次のようなゲッタリング方法を行う。
【００２５】
前記多結晶シリコン層２２０は残留金属触媒を含むことになるが、上記のように結晶化を行った後の残留金属触媒濃度は１×１０１３〜５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度となり、上記のような多結晶シリコン層２２０はエッチャントで処理する。
【００２６】
前記エッチャントは、ニッケルまたはニッケルシリサイドを除去するエッチャントを用いることになるが、前記エッチャント成分は酸の種類が主であって、塩酸（ＨＣｌ）２５％、アセト酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）１０％、塩化鉄を主に用いて濃度は多様にさせることができる。また、ＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）を用いることもできるが、この場合に用いるＢＯＥエッチャントは、ＨＦ、ＮＨ４Ｆとすることができる。前記エッチャントを用いて約３０秒〜２分間処理すると、残留の金属触媒がエッチャントに熔け広がりゲッタリングされることになる。
【００２７】
図２Ｂに示すように、前記のような多結晶シリコン層２２０が形成されている基板１００をエッチャントで処理を行うと、多結晶シリコン層２２０に存在する残留金属触媒１４０ａ、１４０ｂが除去される。特に、金属シリサイドが多量存在する結晶粒境界は金属がエッチャントに熔けて除去されることで凹部ａが形成され、凹部の大きさは初期の金属触媒濃度、結晶化熱処理温度及び時間によって多様であり、通常２００〜１０００ｎｍの微細なホールが形成される。
【００２８】
図２Ｃは、上記の図２Ｂで説明したように、多結晶シリコン２２０層をエッチャント処理した後に撮影した写真であり、凝集されていた金属及び金属シリサイドが除去された後の残跡である凹部ａを確認することができる。
【００２９】
図２Ｄないし図２Ｆは、前記のゲッタリング方法を適用した多結晶シリコンの金属触媒濃度の測定データであって、ニッケルを用いて結晶化を行った場合のデータである。図２Ｄはゲッタリングを行ってない多結晶シリコン層のニッケル触媒濃度、図２Ｅはゲッタリングを１分間行った後の多結晶シリコン層のニッケル触媒濃度、図２Ｆはゲッタリングを２分間行った後の多結晶シリコン層のニッケル触媒濃度を測定したデータである。
【００３０】
図２Ｄないし図２Ｆに示すように、ゲッタリングを行う前、ゲッタリング１分、ゲッタリング２分を行った場合のニッケル量を調べると、ゲッタリング１分（Ｂ）後のニッケル量は、多結晶シリコン層の表面側の量が減っていることを確認することができる。そして、ゲッタリングの約２分（Ｃ）までニッケルの濃度が減っていることがわかる。
【００３１】
上記のように、ゲッタリングを行った多結晶シリコン層は表面に凹部が形成されるが、前記凹部が半導体層に形成された場合には、特性に影響を及ぼさない。
【００３２】
表１は、上記のように、ゲッタリングを実施した多結晶シリコン層を半導体層として形成した後の特性を測定したデータである。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１に示すように、多結晶シリコン層表面に凹部が存在していても、半導体層のスレッショルド電圧（Ｖｔｈ）やオフ電流（Ｉｏｆｆ）特性が優れていることがわかる。
【００３５】
よって、上記のようなゲッタリング方法で金属触媒を効果的に除去することができる。
【００３６】
図３Ａないし図３Ｃは、本発明の第１実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を用いて形成されるトップゲート薄膜トランジスタを製造する工程における断面図である。
【００３７】
図３Ａないし図３Ｃに示すように、前記第１実施形態に係るトップゲート薄膜トランジスタに関する断面図である。
【００３８】
図３Ａに示すように、ガラス、ステンレススチールまたはプラスチックなどからなる基板３００上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜のような絶縁膜を用いて単層または複層でバッファ層３１０を形成する。このとき、前記バッファ層３１０は、前記基板３００から発生する水分や不純物の拡散を防止したり、結晶化時に熱伝達速度を調節したりして、非晶質シリコン層の結晶化がうまく行われるようにする役割を行う。
【００３９】
次いで、前記バッファ層３１０上に非晶質シリコン層を形成した後、図１の実施形態のように、金属触媒を用いて前記非晶質シリコン層を結晶化して多結晶シリコン層に形成する。その後、前記多結晶シリコン層を前記記載のゲッタリング方法である金属エッチャントを使用して残留金属触媒を除去し、金属触媒によって凹部ａが形成された多結晶シリコン層３２０ａとして形成する。
【００４０】
次いで、図３Ｂに示すように、前記多結晶シリコン層３２０ａをパターニングして半導体層３２０に形成する。
【００４１】
その後、前記半導体層３２０を含む基板３００全面にわたってゲート絶縁膜３３０を形成する。前記ゲート絶縁膜３３０はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはそれらの二重層とすることができる。
【００４２】
次いで、前記ゲート絶縁膜３４０上に、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム−ネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）のようなアルミニウム合金の単一層や、クロム（Ｃｒ）またはモリブデン（Ｍｏ）合金の上にアルミニウム合金が積層された多重層をゲート電極用金属層（図示せず）として形成し、フォトエッチング工程で前記ゲート電極用金属層をエッチングして前記半導体層３２０のチャンネル領域と対応する部分にゲート電極３４０を形成する。
【００４３】
次いで、図３Ｃに示すように、前記ゲート電極３４０を含む基板全面にわたって層間絶縁膜３５０を形成する。ここで、前記層間絶縁膜３５０は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはそれらの多重層とすることができる。
【００４４】
次いで、前記層間絶縁膜３５０及び前記ゲート絶縁膜３３０をエッチングして前記半導体層３２０のソース／ドレイン領域を露出させるコンタクトホールを形成する。前記コンタクトホールを介して前記ソース／ドレイン領域に接続するソース／ドレイン電極３６０、３６１を形成する。ここで、前記ソース／ドレイン電極５７１、５７２は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−ネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン合金（Ｍｏ ａｌｌｏｙ）、アルミニウム合金（Ａｌ ａｌｌｏｙ）、及び銅合金（Ｃｕ ａｌｌｏｙ）中から選択されるいずれか１つによって形成することができる。これで、前記半導体層３２０、前記ゲート電極３４０及び前記ソース／ドレイン電極３６０、３６１を含む薄膜トランジスタが完成される。
【００４５】
図４Ａないし図４Ｃは、本発明の第１実施形態に係る多結晶シリコン層の製造方法を用いて形成したボトムゲート薄膜トランジスタを製造する工程の断面図である。ここに言及する内容以外は前記実施形態を参照するものとする。
【００４６】
図４Ａに示すように、基板４００上にバッファ層４１０を形成する。前記バッファ層４１０上にゲート電極用金属層（図示せず）を形成し、フォトエッチング工程により前記ゲート電極用金属層をエッチングしてゲート電極４２０を形成する。次いで、前記ゲート電極４２０が形成された前記基板４００上にゲート絶縁膜４３０を形成する。
【００４７】
次いで、図４Ｂに示すように、前記ゲート絶縁膜４３０上に非晶質シリコン層を形成した後、図１の実施形態のように金属触媒を利用して前記非晶質シリコン層を結晶化して多結晶シリコン層４４０ａとして形成する。前記多結晶シリコン層４４０ａは、本発明の実施例１で説明したゲッタリング方法を用いてゲッタリングを行ない、ゲッタリングで多結晶シリコン層４４０ａ内の金属触媒が除去されることで凹部ａが残ることになる。
【００４８】
次いで、図４Ｃに示すように、前記多結晶シリコン層４４０ａをパターニングして半導体層４４０を形成する。
【００４９】
次いで、前記半導体層４４０上にソース／ドレイン導電膜を形成しパターニングしてソース／ドレイン電極４５０、４５２を形成する。ここで、前記ソース／ドレイン電極５７１、５７２は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−ネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン合金（Ｍｏ ａｌｌｏｙ）、アルミニウム合金（Ａｌ ａｌｌｏｙ）、及び銅合金（Ｃｕ ａｌｌｏｙ）中から選択されるいずれか１つによって形成することができる。これで、前記半導体層４４０、前記ゲート電極４２０及び前記ソース／ドレイン電極４５０、４５１を含む薄膜トランジスタが完成される。
【００５０】
図５は、本発明の第１実施形態を用いたトップゲート薄膜トランジスタを含む有機電界発光表示装置の断面図である。図５に示すように、前記本発明の図３Ｃの実施形態に係る薄膜トランジスタを含む前記基板３００全面に絶縁膜３６５を形成する。前記絶縁膜３６５は無機膜であるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはＳＯＧ中から選択されるいずれか１つまたは有機膜であるポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ベンゾサイクロブチン系樹脂（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｉｎ）またはアクリレート（ａｃｒｙｌａｔｅ）中から選択されるいずれか１つに形成することができる。また前記無機膜と前記有機膜との積層構造に形成することもできる。
【００５１】
前記絶縁膜３６５をエッチングして前記ソース電極３６０または前記ドレイン電極３６１を露出させるビアホールを形成する。前記ビアホールを介して前記ソース電極３６０または前記ドレイン電極３６１のうちのいずれか１つに接続する第１電極３７０を形成する。前記第１電極３７０はアノードまたはカソードで形成することができる。前記第１電極３７０がアノードの場合、前記アノードはＩＴＯ、ＩＺＯまたはＩＴＺＯのうちのいずれか１つからなる透明導電膜で形成することができ、カソードの場合、前記カソードは、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｂａまたはそれらの合金で形成することができる。
【００５２】
次いで、前記第１電極３７０上に前記第１電極３７０の表面一部を露出する開口部を有する画素定義膜３７５を形成し、前記露出された第１電極３７０上に、発光層を含む有機膜層３８０を形成する。前記有機膜層３８０には、正孔注入層、正孔輸送層、正孔抑制層、電子抑制層、電子注入層及び電子輸送層からなる群から選択される１つまたは複数の層をさらに含むことができる。次いで、前記有機膜層３８０上に第２電極３８５を形成する。これで、本発明の一実施形態に係る有機電界発光表示装置が完成される。
【００５３】
したがって、本発明によれば、エッチャントを用いて多結晶シリコン層の残留金属を効果的に除去するとともに、電気的特性に影響しない薄膜トランジスタ、その製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置を提供する。
【符号の説明】
【００５４】
１００、２００、３００、４００ 基板
１１０、２１０、３１０、４１０ バッファ層
１２０、２２０ 非晶質シリコン層
１３０ 前記拡散層
１４０ 金属触媒層
３２０ 半導体層
３２０ａ、４２０ａ 多結晶シリコン層
３３０、４３０ ゲート絶縁膜
４２０ ゲート電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に位置するバッファ層と、
前記バッファ層上に位置する半導体層と、
前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、
前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁するゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極と絶縁されて前記半導体層に一部が接続されるソース／ドレイン電極と、を含み、
前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記半導体層は、金属触媒を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記凹部の大きさは、２００〜１０００ｎｍであることを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記基板全面に位置する層間絶縁膜を含み、
前記ゲート絶縁膜は、半導体層上に位置し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に位置して前記半導体層と対応し、
前記ソース／ドレイン電極は、前記層間絶縁膜上に位置して前記半導体層に一部が接続されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記ゲート電極は、前記バッファ層上に位置し、
前記ゲート絶縁膜は、前記基板全面に位置し、
前記半導体層は、前記ゲート絶縁膜上に位置して前記ゲート電極と対応し、
前記ソース／ドレイン電極は、前記半導体層の一部を開口して前記半導体層と接続することを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
基板を提供する工程と、
前記基板上に位置するバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層上に金属触媒層を形成する工程と、
前記基板を熱処理して前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化する工程と、
前記金属触媒層を除去する工程と、
前記多結晶シリコン層をエッチャント処理する工程と、
前記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工程と、
前記半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記基板全面にかけて層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記半導体層と一部が接続するソース／ドレイン電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記エッチャントは、塩酸、アセト酸、塩化鉄またはＢＯＥのうちのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記非晶質シリコン層と金属触媒層との間に拡散層をさらに含んだ後、結晶化を行うことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記金属触媒層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｔｒ、及びＣｄからなる群から選択されるいずれか１つを用いて形成することを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理は、３５０〜５００℃で行うことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
基板を提供する工程と、
前記基板上に位置するバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上にゲート電極を形成する工程と、
前記基板全面にかけてゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層上に金属触媒層を形成する工程と、
前記基板を熱処理して前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化する工程と、
前記金属触媒層を除去する工程と、
前記多結晶シリコン層をエッチャント処理する工程と、
前記多結晶シリコン層をパターニングして前記ゲート電極に対応する半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の一部を露出させて前記半導体層に接続するソース／ドレイン電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記エッチャントは、塩酸、アセト酸、塩化鉄またはＢＯＥのうちのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記非晶質シリコン層と金属触媒層との間に拡散層をさらに含んだ後、結晶化を行うことができることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記金属触媒層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｔｒ、及びＣｄからなる群から選択されるいずれか１つを用いて形成することを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記熱処理は、３５０〜５００℃で行うことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
基板と、
前記基板上に位置するバッファ層と、
前記バッファ層上に位置する半導体層と、
前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、
前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁させるゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極と絶縁されて、前記半導体層に一部が接続するソース／ドレイン電極と、
前記基板全面に位置する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に前記ソース／ドレインと電気的に接続する第１電極、有機膜層及び第２電極と、を含み、
前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする有機電界発光表示装置。
【請求項１７】
前記半導体層は、金属触媒を含むことを特徴とする請求項１６に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項１８】
前記凹部の大きさは、２００〜１０００ｎｍであることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項１９】
前記基板全面に位置する層間絶縁膜を含み、
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体層上に位置し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に位置し、前記半導体層と対応し、
前記ソース／ドレイン電極は、前記層間絶縁膜上に位置し、前記半導体層に一部が接続することを特徴とする請求項１６に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項２０】
前記ゲート電極は、前記バッファ層上に位置し、
前記ゲート絶縁膜は、前記基板全面に位置し、
前記半導体層は、前記ゲート絶縁膜上に位置し、前記ゲート電極と対応し、
前記ソース／ドレイン電極は、前記半導体層の一部を開口し、前記半導体層に接続することを特徴とする請求項１６に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に位置するバッファ層と、
前記バッファ層上に位置する半導体層と、
前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、
前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁するゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極と絶縁されて前記半導体層に一部が接続されるソース／ドレイン電極と、を含み、
前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記半導体層は、金属触媒を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記凹部の大きさは、２００〜１０００ｎｍであることを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記基板全面に位置する層間絶縁膜を含み、
前記ゲート絶縁膜は、半導体層上に位置し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に位置して前記半導体層と対応し、
前記ソース／ドレイン電極は、前記層間絶縁膜上に位置して前記半導体層に一部が接続されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記ゲート電極は、前記バッファ層上に位置し、
前記ゲート絶縁膜は、前記基板全面に位置し、
前記半導体層は、前記ゲート絶縁膜上に位置して前記ゲート電極と対応し、
前記ソース／ドレイン電極は、前記半導体層の一部を開口して前記半導体層と接続することを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
基板を提供する工程と、
前記基板上に位置するバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層上に金属触媒層を形成する工程と、
前記基板を熱処理して前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化する工程と、
前記金属触媒層を除去する工程と、
前記多結晶シリコン層をエッチャント処理する工程と、
前記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工程と、
前記半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記基板全面にかけて層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記半導体層と一部が接続するソース／ドレイン電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記エッチャントは、塩酸、アセト酸、塩化鉄またはＢＯＥのうちのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記非晶質シリコン層と金属触媒層との間に拡散層をさらに含んだ後、結晶化を行うことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記金属触媒層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｔｒ、及びＣｄからなる群から選択されるいずれか１つを用いて形成することを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理は、３５０〜５００℃で行うことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
基板を提供する工程と、
前記基板上に位置するバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上にゲート電極を形成する工程と、
前記基板全面にかけてゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層上に金属触媒層を形成する工程と、
前記基板を熱処理して前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化する工程と、
前記金属触媒層を除去する工程と、
前記多結晶シリコン層をエッチャント処理する工程と、
前記多結晶シリコン層をパターニングして前記ゲート電極に対応する半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の一部を露出させて前記半導体層に接続するソース／ドレイン電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記エッチャントは、塩酸、アセト酸、塩化鉄またはＢＯＥのうちのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記非晶質シリコン層と金属触媒層との間に拡散層をさらに含んだ後、結晶化を行うことができることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記金属触媒層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｔｒ、及びＣｄからなる群から選択されるいずれか１つを用いて形成することを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記熱処理は、３５０〜５００℃で行うことを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
基板と、
前記基板上に位置するバッファ層と、
前記バッファ層上に位置する半導体層と、
前記半導体層と絶縁されるゲート電極と、
前記半導体層と前記ゲート電極とを絶縁させるゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極と絶縁されて、前記半導体層に一部が接続するソース／ドレイン電極と、
前記基板全面に位置する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に前記ソース／ドレインと電気的に接続する第１電極、有機膜層及び第２電極と、を含み、
前記半導体層は１つまたは複数の凹部を含むことを特徴とする有機電界発光表示装置。
【請求項１７】
前記半導体層は、金属触媒を含むことを特徴とする請求項１６に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項１８】
前記凹部の大きさは、２００〜１０００ｎｍであることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項１９】
前記基板全面に位置する層間絶縁膜を含み、
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体層上に位置し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に位置し、前記半導体層と対応し、
前記ソース／ドレイン電極は、前記層間絶縁膜上に位置し、前記半導体層に一部が接続することを特徴とする請求項１６に記載の有機電界発光表示装置。
【請求項２０】
前記ゲート電極は、前記バッファ層上に位置し、
前記ゲート絶縁膜は、前記基板全面に位置し、
前記半導体層は、前記ゲート絶縁膜上に位置し、前記ゲート電極と対応し、
前記ソース／ドレイン電極は、前記半導体層の一部を開口し、前記半導体層に接続することを特徴とする請求項１６に記載の有機電界発光表示装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【公開番号】特開２０１０−２０６１９６（Ｐ２０１０−２０６１９６Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１８６０（Ｐ２０１０−４１８６０）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（３０８０４０３５１）三星モバイルディスプレイ株式會社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（３０８０４０３５１）三星モバイルディスプレイ株式會社 (764)
【Ｆターム（参考）】
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