JP2000040828A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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JP2000040828A
JP2000040828A JP10209607A JP20960798A JP2000040828A JP 2000040828 A JP2000040828 A JP 2000040828A JP 10209607 A JP10209607 A JP 10209607A JP 20960798 A JP20960798 A JP 20960798A JP 2000040828 A JP2000040828 A JP 2000040828A
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thin film
polysilicon thin
polysilicon
film transistor
polishing
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Hideaki Hirabayashi
英明 平林
Naoaki Sakurai
直明 桜井
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリアのモビリティの高いポリシリコン薄
膜表面を平坦化することにより、このポリシリコン薄膜
からなる活性層上に良好な絶縁耐圧を有するゲート絶縁
膜を形成することが可能な正スタガ型の薄膜トランジス
タの製造方法を提供しようとものである。 【解決手段】 ガラス基板上の絶縁膜にアモルファスシ
リコン薄膜を成膜する工程と、前記アモルファスシリコ
ン薄膜にエネルギービームを照射して多結晶化して表面
に突起を有するポリシリコン薄膜を形成する工程と、前
記ポリシリコン薄膜表面の突起を研磨砥粒を含む研磨ス
ラリーを用いた化学機械研磨により除去して前記ポリシ
リコン薄膜表面を平坦化する工程とを具備したことを特
徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に組
込まれる薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に活性
層を改良した正スタガ型の薄膜トランジスタの製造方法
に係わる。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置に組込まれる正スタガ型薄
膜トランジスタは、従来よりソース、ドレイン領域が形
成される活性層をアモルファスシリコン(以下、a−S
iと称す)薄膜により形成していた。しかしながら、a
−Si薄膜はトランジスタ特性に大きな影響を与えるキ
ャリアの移動度が小さいという問題があった。
【0003】このようなことから、近年、液晶表示装置
の薄膜トランジスタの特性(キャリアのモビリティ)を
向上させるために活性層をポリシリコン薄膜で形成する
技術の開発が進んでいる。このポリシリコン薄膜の形成
技術としては、ガラス基板上の絶縁膜にa−Si薄膜を
成膜した後、レーザビームのようなエネルギービームを
照射することにより多結晶化する方法が知られている。
【0004】しかしながら、前記方法により得られたポ
リシリコン薄膜は表面に数十nmの突起が発生する。こ
のため、このポリシリコン薄膜をパターニングして活性
層を形成し、その上にゲート絶縁膜、ゲート電極を形成
した後、前記活性層にソース、ドレイン領域を形成して
正スタガ型の薄膜トランジスタを製造すると、前記ポリ
シリコンからなる活性層表面の突起に起因して前記ゲー
ト絶縁膜の耐圧不良を生じ、トランジスタ特性が著しく
低下する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、キャ
リアのモビリティの高いポリシリコン薄膜表面を平坦化
することにより、このポリシリコン薄膜からなる活性層
上に良好な絶縁耐圧を有するゲート絶縁膜を形成するこ
とが可能な正スタガ型の薄膜トランジスタの製造方法を
提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる薄膜トラ
ンジスタの製造方法は、ガラス基板上の絶縁膜にアモル
ファスシリコン薄膜を成膜する工程と、前記アモルファ
スシリコン薄膜にエネルギービームを照射して多結晶化
してポリシリコン薄膜を形成する工程と、前記ポリシリ
コン薄膜表面の突起を研磨砥粒を含む研磨スラリーを用
いた化学機械研磨により除去して前記ポリシリコン薄膜
表面を平坦化する工程とを具備したことを特徴とするも
のである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる薄膜トラン
ジスタの製造方法を詳細に説明する。 (第1工程)まず、ガラス基板上の酸化ケイ素のような
絶縁膜にa−Si薄膜をCVD法等により成膜する。
【0008】前記ガラス基板上には、前記絶縁膜の被覆
前に予めゲート電極を形成することを許容する。 (第2工程)次いで、前記a−Si薄膜にエネルギービ
ームを照射する。この時、前記a−Si薄膜は、多結晶
化して結晶性が良好なポリシリコン薄膜に変換される。
同時に表面に数十nmオーダの突起が発生する。
【0009】前記エネルギービームとしては、例えばレ
ーザビーム、電子ビーム等を用いることができる。 (第3工程)次いで、前記ポリシリコン薄膜表面を研磨
砥粒を含む研磨スラリーを用いた化学機械研磨(CM
P;Chemical Mechanical Polishing )することによ
り前記突起を除去して前記ポリシリンコ薄膜の表面を平
坦化する。
【0010】前記CMPに適用されるポリシング装置と
しては、例えば図1に示す構造のものが用いられる。こ
のポリシング装置は、ターンテーブル1を有する。この
ターンテーブル1上には、例えば布から作られた研磨パ
ッド2が被覆されている。研磨液を供給するための供給
管3は、前記研磨パッド2の上方に配置されている。上
面に支持軸4を有する基板ホルダ5は、研磨パッド2の
上方に上下動自在でかつ回転自在に配置されている。
【0011】このようなポリシング装置において、前記
ホルダ5により基板6をその研磨面であるポリシリコン
薄膜が前記研磨パッド2に対向するように保持し、前記
供給管3から前述した組成の研摩液7を供給しながら、
前記支持軸4により前記基板6を前記研磨パッド2に向
けて所望の加重を与え、さらに前記ホルド5および前記
ターンテーブル1を互いに反対方向に回転させることに
より前記基板6上のポリシリコン薄膜表面の突起が除去
される。
【0012】前記研磨砥粒としては、シリカ、ジルコニ
ア、酸化セリウムおよびアルミナから選ばれる少なくと
も1つの材料の粒子を用いることができる。これらの粒
子は、0.02〜0.1μmの平均粒径を有し、球状も
しくは球に近似した形状を有することが好ましい。
【0013】前記研磨砥粒は、前記研磨スラリー中に
0.1〜30重量%含有されることが好ましい。前記研
磨砥粒の含有量を0.1重量%未満にすると、その効果
を十分に達成することが困難になる。一方、前記研磨砥
粒の含有量が30重量%を越えると、研磨液の粘度等が
高くなって取扱い難くなる。より好ましい前記研磨砥粒
の含有量は、1〜10重量%である。
【0014】前記研磨砥粒は、特にシリカ粒子(好まし
くは平均粒径0.01〜0.09μmのコロイダルシリ
カ)が望ましい。このようなシリカ粒子からなる研磨砥
粒を用いた場合には、前記研磨スラリーのpHを10〜
11にすることが好ましい。
【0015】前記CMPにおける圧力(前述した図1に
おけるポリシリコン薄膜の研磨パッド2への加重)は、
20〜1000kg/cm2 にすることが好ましい。前
記圧力を20kg/cm2 未満にすると、前記ポリシリ
コン薄膜の突起を除去することが困難になる。一方、前
記圧力が1000kg/cm2 を超えると、ポリシリコ
ン薄膜にクラックが発生したり、ポリシリコン薄膜の厚
さが減少する、いわゆる膜減りを生じる恐れがある。よ
り好ましい前記圧力は、50〜200kg/cm2 であ
る。
【0016】(第4工程)前述した表面が平坦なポリシ
リコン薄膜をフォトエッチングプロセスによりパターニ
ングして活性層を形成した後、前記活性層の少なくとも
上面にゲート絶縁膜を形成する。つづいて、前記活性層
に対応するゲート絶縁膜上にゲート電極を形成した後、
例えば前記ゲート電極をマスクとして前記活性層に導電
性を与える不純物をイオン注入してソース、ドレイン領
域を形成する。ひきつづき、全面に例えばCVD法によ
り層間絶縁膜を堆積する。その後、前記ソース、ドレイ
ン領域に対応する前記層間絶縁膜部分にコンタクトホー
ルを開口し、電極用金属の被覆、パターニングにより前
記ソース、ドレイン領域に前記コンタクトホールを通し
て接続されるソース、ドレイン電極を形成することによ
り正スタガ型の薄膜トランジスタを製造する。
【0017】以上説明した本発明によれば、ガラス基板
上の絶縁膜にアモルファスシリコン薄膜を成膜し、この
アモルファスシリコン薄膜にエネルギービームを照射し
て多結晶化して表面に突起を有するポリシリコン薄膜を
形成し、このポリシリコン薄膜表面の突起を研磨砥粒を
含む研磨スラリーを用いた化学機械研磨により除去する
ことによって、表面が平坦化されたポリシリコン薄膜に
することができる。このようなポリシリコン薄膜をパタ
ーニングして活性層を形成し、その上にゲート絶縁膜、
ゲート電極を形成した後、前記活性層にソース、ドレイ
ン領域を形成することによって、前記ポリシリコン薄膜
表面の突起に起因する前記ゲート絶縁膜の絶縁耐圧不良
を抑制ないし解消した良好な特性を有する正スタガ型の
薄膜トランジスタを製造することがてきる。
【0018】特に、前記ポリシリコン薄膜のCMP工程
においてシリカ粒子を研磨砥粒として含有し、pHが1
0〜11の研摩スラリーを用いることによって、前記シ
リカ粒子が前記ポリシリコン薄膜の突起と反応するた
め、機械的研磨により前記反応物がポリシリコン薄膜か
ら剥離除去される。つまり、前記ポリシリコン薄膜の突
起が選択的に除去されてポリシリコン薄膜自体の膜減り
を防止することができる。
【0019】また、前記ポリシリコン薄膜のCMP工程
において圧力(前述した図1におけるポリシリコン薄膜
の研磨パッド2への加重)を20〜1000kg/cm
2 にすることによって、前記ポリシリコン薄膜のクラッ
ク発生およびポリシリコン薄膜の膜減りを防止すること
が可能になる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
しして詳細に説明する。 (実施例1)まず、図2の(a)に示すようにガラス基
板11上にCVD法によりSiO2膜12を成膜した
後、前記SiO2 膜12にCVD法により厚さ0.05
μmのアモルファスシリコン(a−Si)薄膜を成膜し
た。つづいて、このa−Si薄膜にエネルギー密度25
0〜400mJ/cm2 、パルス巾20〜30nmのレ
ーザビームを照射した。その結果、前記a−Si薄膜が
多結晶化されてポリシリコン薄膜13に変換されるとと
もに、表面に突起14が発生された。
【0021】次いで、前述した図1に示すポリシング装
置の基板ホルダ5に図2の(a)に示す基板11を逆さ
にして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により前記基板
をターンテーブル1上のローデル社製商品名;Suba
400からなる研磨パッド2に100g/cm2 の加
重を与え、前記ターンテーブル1およびホルダ5をそれ
ぞれ60rpmの速度で互いに反対方向に回転させなが
ら、コロイダルシリカを含む研磨スラリー(フジミ社製
商品名;SP−15,pH=11)を供給管3から20
mL/分の速度で前記研磨パッド2に供給するCMP操
作を20秒間行なって前記基板11のポリシリコン薄膜
13の突起を除去することにより図2の(b)に示すよ
うにポリシリコン薄膜13の表面を平坦化した。
【0022】前記CMP処理前後のポリシリコン薄膜に
おける5箇所の表面粗さおよびP−V(最大凸部と最小
凹部の間の高さ)を光学式表面粗さ計(Zygo)で調
べた。また、それらの5点平均値を求めた。その結果を
下記表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】前記表1から明らかなように多結晶化後の
ポリシリコン薄膜の5点平均P−Vは18nmであった
のに対し、研磨後においてはその5点平均P−Vが約7
nmになり、ポリシリコン薄膜表面が平坦化されること
がわかる。
【0025】次いで、図3の(c)に示すように前記ポ
リシリコン薄膜13をフォトエッチングプロセスにより
パターニングして活性層15を形成した。つづいて、前
記活性層15を含む全面にCVD法により厚さ0.15
μmのSiO2 膜(ゲート絶縁膜)16を形成した後、
厚さ0.25μmのMoW膜を堆積し、パターニングす
ることによりゲート電極17を形成した。ひきつづき、
前記ゲート電極17をマスクとして前記活性層15にリ
ンをイオン注入し、活性化することにより図3の(d)
に示すn型のソース、ドレイン領域18,19を形成し
た。
【0026】次いで、全面に例えばCVD法によりSi
2 膜からなる層間絶縁膜20を堆積した。その後、前
記ソース、ドレイン領域18,19に対応する前記層間
絶縁膜20部分にコンタクトホール21,22を開口
し、Al膜の堆積、パターニングを施すことにより前記
ソース、ドレイン領域18,19に前記コンタクトホー
ル21,22を通して接続されるソース、ドレイン電極
23,24を形成することにより図3の(e)に示す正
スタガ型の薄膜トランジスタを製造した。
【0027】(比較例1)活性層としてCMP処理を施
さない表面に突起が発生したポリシリコン薄膜により形
成した以外、実施例1と同様な方法により正スタガ型の
薄膜トランジスタを製造した。
【0028】得られた実施例1および比較例1の薄膜ト
ランジスタのゲート絶縁膜の絶縁耐圧を測定したとこ
ろ、実施例1の薄膜トランジスタは比較例1の薄膜トラ
ンジスタに比べてきわめて高い絶縁耐圧を示すことが確
認された。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればキ
ャリアのモビリティの高いポリシリコン薄膜表面を平坦
化することにより、このポリシリコン薄膜からなる活性
層上に良好な絶縁耐圧を有するゲート絶縁膜を形成する
ことができ、ひいては信頼性の高い正スタガ型の薄膜ト
ランジスタの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のCMP工程に使用されるポリシング装
置を示す概略図。
【図2】本発明の実施例1における正スタガ型薄膜トラ
ンジスタの製造工程を示す断面図。
【図3】本発明の実施例1における正スタガ型薄膜トラ
ンジスタの製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
1…ターンテーブル、 2…研磨パッド、 3…供給管、 5…ホルダ、 11…ガラス基板、 13…ポリシリコン薄膜、 14…突起、 15…活性層、 16…ゲート絶縁膜、 17…ゲート電極。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス基板上の絶縁膜にアモルファスシ
    リコン薄膜を成膜する工程と、 前記アモルファスシリコン薄膜にエネルギービームを照
    射して多結晶化してポリシリコン薄膜を形成する工程
    と、 前記ポリシリコン薄膜表面の突起を研磨砥粒を含む研磨
    スラリーを用いた化学機械研磨により除去して前記ポリ
    シリコン薄膜表面を平坦化する工程とを具備したことを
    特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記研磨液スラリーは、シリカからなる
    研磨砥粒を含むpH10〜11に調節されたものである
    ことを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの製
    造方法。
  3. 【請求項3】 前記化学機械研磨は、20〜1000k
    g/cm2 の圧力でなされることを特徴とする請求項2
    記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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