JP2011040710A - 薄膜トランジスタの製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置の製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】薄膜トランジスタ及びそれを含む有機電界発光表示装置の製造において、金属膜を半導体層に直接接触させて結晶化時にアーク発生を防止し、熱伝導を効率的に行い結晶化させるとともに、工程を単純化させて収率を高くする。
【解決手段】基板を提供する工程、上記基板上にバッファ層を形成する工程、上記バッファ層上に非晶質シリコン層のパターンを形成する工程、上記基板全面にソース/ドレイン電極用金属膜を形成する工程、上記ソース/ドレイン電極用金属膜に電界を印加する工程、上記非晶質シリコン層パターンを結晶化して半導体層を形成する工程、上記ソース/ドレイン電極用金属膜をパターニングし、上記半導体層と接続するソース/ドレイン電極を形成する工程、上記基板全面にゲート絶縁膜を形成する工程、上記ゲート絶縁膜上に位置し、上記半導体層に対応するゲート電極を形成する工程、および上記基板全面に保護膜を形成する工程を含む。
【選択図】図1C

Description

本発明は、薄膜トランジスタの製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置の製造方法に関する。
一般に熱処理方法としては、熱処理炉を用いる炉熱処理(furnace annealing)、ハロゲンランプなどの輻射熱を用いるRTA(rapid thermal annealing)、レーザを用いるレーザアニーリング(laser annealing)、ジュール加熱を用いる熱処理などの方法がある。このような熱処理方法は、熱処理の温度範囲、熱処理温度の均一性、昇温速度、冷却速度、購入金額、維持コストなどの条件によって材料及び工程特性に合わせて選択されて用いられる。特に、高温の熱処理が必要な場合、あるいは材料及び工程の特定上、材料の局所領域に対して高速熱処理が必要な場合などは選択することのできる熱処理方法が極めて限定されてしまう。
上記熱処理のうち、レーザアニーリング方法は、材料の表面に急速な熱処理が可能であるが、レーザの波長及び熱処理する物質の種類によって熱処理の可否が決定されるため、熱処理できる材料が限られる。特に、大面積の熱処理の場合は、ラインビーム形状のレーザを重畳させてスキャニングすることになるので、レーザビーム強度の不均一性及びレーザビーム自体の時間による照射量の不均一性などの問題点が発生する。また、装備とともに維持コストが非常に高くなる短所がある。
RTA法は、一般的に半導体の製造工程に用いられるが、いまの技術レベルでは直径300mm以下のシリコンウエハのみに適用され、それ以上の基板を均一に熱処理するにはその限界がある。また、熱処理の最大昇温速度が400℃/secであって、それよりもさらに高い昇温速度を必要とする工程では使用することができない。
したがって、上記の問題を解決するとともに、工程上の制約を受けない熱処理方法については多くの研究がなされていた。その中には、導電層に電界を印加してジュール加熱する急速な熱処理方法があって、この熱処理方法は高熱の熱伝導で所望の素材を選択的に急速に熱処理することができ、上記RTA工程の昇温速度よりもさらに高い昇温速度を期待することができる。
大韓民国特許公開第2006−0050352号 大韓民国特許公開第2007−0090849号
しかし、上述のような電界印加によるジュール加熱を用いた熱処理方法は、ジュール加熱中に発生するアークなどの物理的現象による不良が解決できないという問題がある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、素子に用いられる電極用金属を利用して電界の印加で結晶化した半導体層を含む薄膜トランジスタの製造方法及びそれを含む有機電界発光表示装置の製造方法を提供することで、金属膜を半導体層に直接接触させて結晶化時にアーク発生を防止し、熱伝導を効率的に行い結晶化させるとともに、工程を単純化させて収率を高くする方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板と、上記基板上に位置するバッファ層と、上記バッファ層上に位置する半導体層と、上記半導体層上に直接接触して位置するソース/ドレイン電極と、上記基板全面に位置するゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に位置して、上記半導体層に重複するゲート電極と、上記基板全面に位置する保護膜と、を含み、上記ソース/ドレイン電極と上記ゲート電極は、重複しないように位置して電気的に絶縁されることを特徴とする、薄膜トランジスタが提供される。
ここで、上記ソース/ドレイン電極に重複する半導体層領域には、不純物がドーピングされていてもよい。また、上記ソース/ドレイン電極は、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(Moalloy)、アルミニウム合金(Alalloy)、及び銅合金(Cualloy)の中から選択されるいずれか1つを含んでもよい。また、上記半導体層は、ジュール熱加熱によって形成された多結晶シリコン層であってもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基板を提供する工程と、上記基板上にバッファ層を形成する工程と、上記バッファ層上に非晶質シリコン層パターンを形成する工程と、上記基板全面にソース/ドレイン電極用金属膜を形成する工程と、上記ソース/ドレイン電極用金属膜に電界を印加して、上記非晶質シリコン層パターンを結晶化して半導体層を形成する工程と、上記ソース/ドレイン電極用金属膜をパターニングして、上記半導体層と接続するソース/ドレイン電極を形成する工程と、上記基板全面にゲート絶縁膜を形成する工程と、上記ゲート絶縁膜上に位置して、上記半導体層に重複するゲート電極を形成する工程と、上記基板全面に保護膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする、薄膜トランジスタの製造方法が提供される。
ここで、上記非晶質シリコン層パターンを形成した後、上記非晶質シリコン層パターンに不純物ドーピングをさらに実施されてもよい。また、上記不純物は、N型またはP型不純物であってもよい。また、上記不純物は、上記非晶質シリコン層パターンのソース/ドレイン領域にドーピングされてもよい。また、上記不純物ドーピングは、上記ソース/ドレイン電極をパターニングするマスクと等しいマスクを用いて実施してもよい。また、上記ソース/ドレイン電極用金属膜は、基板全面に50〜300nmの厚さで形成されてもよい。また、上記結晶化は、上記ソース/ドレイン電極用金属膜に100〜10000V/cmの電界を印加して進行してもよい。また、上記ソース/ドレイン電極及び金属パターンは、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(Moalloy)、アルミニウム合金(Alalloy)、及び銅合金(Cualloy)の中から選択されるいずれか1つを使って形成されてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基板を提供する工程と、上記基板上にバッファ層を形成する工程と、上記バッファ層上に非晶質シリコン層パターンを形成する工程と、上記基板全面にソース/ドレイン電極用金属膜を形成する工程と、上記ソース/ドレイン電極用金属膜に電界を印加して、上記非晶質シリコン層パターンを結晶化して半導体層を形成する工程と、上記ソース/ドレイン電極用金属膜をパターニングして、上記半導体層と接続するソース/ドレイン電極を形成する工程と、上記基板全面にゲート絶縁膜を形成する工程と、上記ゲート絶縁膜上に位置して、上記半導体層に重複するゲート電極を形成する工程と、上記基板全面に保護膜を形成する工程と、上記保護膜上に平坦化膜を形成する工程と、上記平坦化膜上に上記ソース/ドレイン電極と電気的に接続する第1電極、有機膜及び第2電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする、有機電界発光表示装置の製造方法が提供される。
ここで、上記非晶質シリコン層パターンを形成した後、上記非晶質シリコン層パターンに不純物ドーピングをさらに実施してもよい。また、上記不純物は、N型またはP型不純物であってもよい。また、上記不純物は、上記非晶質シリコン層パターンのソース/ドレイン領域にドーピングされてもよい。また、上記不純物ドーピングは、上記ソース/ドレイン電極をパターニングするマスクと等しいマスクを用いて実施されてもよい。また、上記ソース/ドレイン電極用金属膜は、基板全面に50〜300nmの厚さで形成されてもよい。また、上記結晶化は、上記ソース/ドレイン電極用金属膜に100〜10000V/cmの電界を印加して進行してもよい。また、上記ソース/ドレイン電極及び金属パターンは、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(Moalloy)、アルミニウム合金(Alalloy)、及び銅合金(Cualloy)の中から選択されるいずれか1つを使って形成されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、電極を形成する際に、用いられるソース/ドレイン電極用薄膜に電界を印加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ことで、従来ジュール熱による多結晶シリコン層の製造時に発生するアークの問題点を解決することができ、非晶質シリコン層のパターン上に金属膜が直接形成されて、効果的な結晶化を行うことができ、その後、パターニングを行いソース/ドレイン電極を形成することで、工程が単純化されて収率を高めることができる。
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を示す図である。
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。
<実施形態>
図1A〜図1Fは、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。
図1Aに示すように、基板100を用意し、上記基板100上にバッファ層110を形成する。上記基板100はガラスまたはプラスチックなどとすることができ、上記バッファ層110は上記基板100から発生する水分または不純物の拡散を防止したり結晶化時の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よく行われるようにする役割をし、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れらの複層に形成される。
次いで、図1Bに示すように、上記バッファ層110上部に非晶質シリコン層パターン120’を形成する。続いて、上記非晶質シリコン層パターンのソース/ドレイン領域120a、120bに不純物イオンをドーピングする。この場合、不純物イオンは通常のN型またはP型の不純物を用いることができる。不純物がドーピングされない領域120cは、その後、チャンネル領域として用いられる。
次いで、図1Cに示すように、基板100全面にソース/ドレイン電極用金属膜130Aを形成した後、電界を印加して非晶質シリコン層を結晶化して半導体層120を形成する。
上記ソース/ドレイン電極用金属膜130A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(Moalloy)、アルミニウム合金(Alalloy)、及び銅合金(Cualloy)のうちから選択されるいずれか1つを用いて形成することができる。
そして、上記ソース/ドレイン電極用金属膜130Aは、一般に上記ソース/ドレイン電極130a、130bを形成するための厚さに形成すればよく、より好ましくは50〜300nmに形成することができる。その理由として、50nmよりも薄く形成した場合は、ソース/ドレイン電極用金属膜130Aが不均一に形成されて熱伝導が不均一となるため、結晶化が不均一となり、また、パターニングを行いソース/ドレイン電極に形成する際には、300nm以下の厚さが電極の役割として無理もなく、薄膜素子としての適当な厚さであるからである。
このとき、上記結晶化を好適に進行させるためには、約100〜10000V/cmの電界を、1μs〜1secの間加える。その理由として、100V以下の電界ではジュール熱が結晶化の進行に不十分であり、10000V以上の電界では局所的にアークが発生するからである。また、電界を加える時間が1μs以下では不十分なジュール熱により結晶化の進行が困難であり、電界を加える時間が1sec以上では基板が曲がったり熱伝導により端部に結晶化不良が発生したりして、素子に悪影響を与えるからである。
次いで、図1Dに示すように、上記ソース/ドレイン電極用金属膜130Aをパターニングしてソース/ドレイン電極130a、130bを形成する。このとき、上記ソース/ドレイン電極130a、130bは、半導体層120のソース/ドレイン領域120a、120bに重複するようにパターニングされる。
続いて、図1Eに示すように、上記基板100の全面にゲート絶縁膜140が形成される。上記ゲート絶縁膜140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。
その後、図1Fに示すように、上記ゲート絶縁膜140上に上記半導体層120に対応するようにゲート電極150を形成する。
上記ゲート電極150は、上記ソース/ドレイン電極130a、130bに重複しないように、半導体層120のチャンネル領域120cに形成される。上記ゲート電極150は、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に形成することができる。
続いて、基板100全面に保護膜160を形成して、本実施形態による薄膜トランジスタを完成させる。
図2A及び図2Bは、上記本発明の一実施形態による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り、ここでは、上記に説明した薄膜トランジスタも含む例として説明する。
図2Aに示すように、上記の本発明の図1A〜図1Fの実施形態に係る薄膜トランジスタを含み、上記基板100全面に平坦化膜170を形成する。上記平坦化膜170は、無機膜であるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリゲートオンガラスの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)の中から選択されるいずれか1つを用いて形成することができる。また上記無機膜と上記有機膜の積層構造に形成することもできる。
次に、上記ゲート絶縁膜140、保護膜160及び平坦化膜170をエッチングしてビアホールaを形成し、上記ソース/ドレイン電極130a、130bの一部を露出させる。
続いて、上記ビアホールaを介して上記ソース/ドレイン電極130a、130bの中からいずれか1つと接続する第1電極180を形成する。上記第1電極180は、アノードまたはカソードに形成することができる。上記第1電極180がアノードの場合、上記アノードはITO、IZOまたはITZOの中からいずれか1つからなる透明導電膜を用いて形成することができ、カソードの場合、上記カソードは、Mg、Ca、Al、Ag、Baまたはそれらの合金を用いて形成することができる。
続いて、図2Bに示すように、上記第1電極180上に、上記第1電極180の表面の一部を露出させる開口部を有する画素定義膜185を形成し、上記露出した第1電極180上に発光層を含む有機膜層190を形成する。上記有機膜層190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つまたは複数層をさらに含むことができる。続いて、上記有機膜層190上に第2電極195を形成する。これで本発明の一実施形態による有機電界発光表示装置が完成される。
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。
100 基板
110 バッファ層
120 半導体層
120’ 非晶質シリコン層パターン
120a ソース領域
120b ドレイン領域
120c チャンネル領域
130A ソース/ドレイン電極用金属膜

Claims (20)

  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、
    前記半導体層上に直接接触して位置するソース/ドレイン電極と、
    前記基板全面に位置するゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に位置して、前記半導体層に重複するゲート電極と、
    前記基板全面に位置する保護膜と、
    を含み、
    前記ソース/ドレイン電極と前記ゲート電極は、重複しないように位置して電気的に絶縁されることを特徴とする、薄膜トランジスタ。
  2. 前記ソース/ドレイン電極に重複する半導体層領域には、不純物がドーピングされてい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。
  3. 前記ソース/ドレイン電極は、
    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(Moalloy)、アルミニウム合金(Alalloy)、及び銅合金(Cualloy)の中から選択されるいずれか1つ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。
  4. 前記半導体層は、
    ジュール熱加熱によって形成された多結晶シリコン層であ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。
  5. 基板を提供する工程と、
    前記基板上に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パターンを形成する工程と、
    前記基板全面にソース/ドレイン電極用金属膜を形成する工程と、
    前記ソース/ドレイン電極用金属膜に電界を印加して、前記非晶質シリコン層パターンを結晶化して半導体層を形成する工程と、
    前記ソース/ドレイン電極用金属膜をパターニングして、前記半導体層と接続するソース/ドレイン電極を形成する工程と、
    前記基板全面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位置して、前記半導体層に重複するゲート電極を形成する工程と、
    前記基板全面に保護膜を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする、薄膜トランジスタの製造方法。
  6. 前記非晶質シリコン層パターンを形成した後、前記非晶質シリコン層パターンに不純物ドーピングをさらに実施することを特徴とする、請求項5に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  7. 前記不純物は、
    N型またはP型不純物であ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。
  8. 前記不純物は、
    前記非晶質シリコン層パターンのソース/ドレイン領域にドーピングされ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。
  9. 前記不純物ドーピングは、
    前記ソース/ドレイン電極をパターニングするマスクと等しいマスクを用いて実施することを特徴とする、請求項5に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  10. 前記ソース/ドレイン電極用金属膜は、
    基板全面に50〜300nmの厚さで形成されることを特徴とする、請求項5に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  11. 前記結晶化は、
    前記ソース/ドレイン電極用金属膜に100〜10000V/cmの電界を印加して進行することを特徴とする、請求項5に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  12. 前記ソース/ドレイン電極及び金属パターンは、
    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(Moalloy)、アルミニウム合金(Alalloy)、及び銅合金(Cualloy)の中から選択されるいずれか1つを使って形成されることを特徴とする、請求項5に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  13. 基板を提供する工程と、
    前記基板上に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パターンを形成する工程と、
    前記基板全面にソース/ドレイン電極用金属膜を形成する工程と、
    前記ソース/ドレイン電極用金属膜に電界を印加して、前記非晶質シリコン層パターンを結晶化して半導体層を形成する工程と、
    前記ソース/ドレイン電極用金属膜をパターニングして、前記半導体層と接続するソース/ドレイン電極を形成する工程と、
    前記基板全面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位置して、前記半導体層に重複するゲート電極を形成する工程と、
    前記基板全面に保護膜を形成する工程と、
    前記保護膜上に平坦化膜を形成する工程と、
    前記平坦化膜上に前記ソース/ドレイン電極と電気的に接続する第1電極、有機膜及び第2電極を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする、有機電界発光表示装置の製造方法。
  14. 前記非晶質シリコン層パターンを形成した後、前記非晶質シリコン層パターンに不純物ドーピングをさらに実施することを特徴とする、請求項13に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  15. 前記不純物は、
    N型またはP型不純物であることを特徴とする、請求項14に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  16. 前記不純物は、
    前記非晶質シリコン層パターンのソース/ドレイン領域にドーピングされることを特徴とする、請求項14に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  17. 前記不純物ドーピングは、
    前記ソース/ドレイン電極をパターニングするマスクと等しいマスクを用いて実施されることを特徴とする、請求項14に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  18. 前記ソース/ドレイン電極用金属膜は、
    基板全面に50〜300nmの厚さで形成されることを特徴とする、請求項13に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  19. 前記結晶化は、
    前記ソース/ドレイン電極用金属膜に100〜10000V/cmの電界を印加して進行することを特徴とする、請求項13に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
  20. 前記ソース/ドレイン電極及び金属パターンは、
    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(Moalloy)、アルミニウム合金(Alalloy)、及び銅合金(Cualloy)の中から選択されるいずれか1つを使って形成されることを特徴とする、請求項13に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
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