JP2002353139A - 薄膜の形成方法および薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜の形成方法および薄膜トランジスタの製造方法

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JP2002353139A
JP2002353139A JP2001160300A JP2001160300A JP2002353139A JP 2002353139 A JP2002353139 A JP 2002353139A JP 2001160300 A JP2001160300 A JP 2001160300A JP 2001160300 A JP2001160300 A JP 2001160300A JP 2002353139 A JP2002353139 A JP 2002353139A
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thin film
film transistor
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silicon
semiconductor layer
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Hiroshi Sano
浩 佐野
Tetsuya Kawamura
哲也 川村
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性を向上させた薄膜トランジスタを提供す
る。 【解決手段】 非晶質シリコン薄膜をレーザ光線の照射
によって結晶化する際に、基板を凸状に反らすことによ
って、シリコン膜の残留応力を低減し、それを半導体層
として用いて特性向上を図った薄膜トランジスタを作製
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置やイ
メージセンサ等に応用される薄膜トランジスタの製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、家庭用ビデオカメラのビューファ
インダーやノート型パソコンなどに液晶表示装置が搭載
されているが、これらの液晶表示装置のなかでも高画質
表示が可能なアクティブマトリックス型液晶表示装置が
特に注目されている。このアクティブマトリックス型液
晶表示装置には、画素電極のスイッチング素子として、
薄膜トランジスタ(Thin Film Transi
stor:以下、TFTと略記する)がよく用いられて
いる。
【0003】このような従来のTFTの例が、 「AM
−LCD94 DIGEST OFTECHNICAL
PAPERS」のP100からP103に記載されて
いる。以下に、その一例として図2に示したTFTにつ
いて説明する。ガラス基板1上に非晶質シリコンを形成
し、シリコンを結晶化させて、半導体層2を形成する。
その上にゲート絶縁膜4が、さらにその上にゲート電極
5が形成されている。そして、不純物導入工程により、
ソース・ドレイン領域3を形成する。そして、層間絶縁
膜6、コンタクトホール、ソース・ドレイン電極7が形
成されてTFTが構成されている。
【0004】以上のように構成された従来のTFTにお
いては、結晶化を行なう際には、基板を平坦になるよう
に配置している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うな構成のトランジスタでは、移動度などが低く充分な
薄膜トランジスタ特性が得られない場合があるという課
題を有していた。この課題のすべての原因はよくわかっ
ていないが、半導体層の残留応力が重要な要因であると
考えられる。
【0006】本発明はかかる点に鑑み、特性を向上させ
た薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、非晶質シリコ
ン膜を形成した基板を凸になるようにしてにレーザ光線
を照射して結晶化することによって、前述の課題を解決
する。
【0008】本発明は前述した構成により、半導体層の
残留応力を低減して、薄膜トランジスタ特性の向上をす
るものである。以下に、その作用について説明する。
【0009】従来の薄膜トランジスタでは、移動度など
が低く充分な薄膜トランジスタ特性が得られない場合が
あった。この明確な原因はわかっていないが、半導体中
の欠陥および半導体とゲート絶縁膜の界面欠陥などが起
因しており、半導体層の残留応力が大きいと前記のよう
な欠陥を誘起して薄膜トランジスタの特性を悪化させて
いると考えられる。また、レーザ光線を照射して結晶化
したシリコン膜は通常引っ張り方向の残留応力をもって
いる。これは、結晶化のメカニズムから、レーザ光線の
照射により溶融したシリコンが急冷されて非熱平衡状態
で結晶化するため、固化する際の急な体積変化の影響に
より引っ張り方向の応力を持つと考えられる。従って、
シリコンが固化する際に基板を凸状に反らせておき、結
晶化後に基板にその強制的に与えた基板の反りを取り除
くことで、結晶化後のシリコン膜の残留応力を制御する
ことができる。このようにして、結晶化後のシリコン膜
の残留応力を低減することができる。
【0010】従って、前述のように、レーザ光線を照射
する際に基板を凸状に反らせることにより、結晶化後の
シリコン膜の残留応力を低減し、それを半導体層として
用いて薄膜トランジスタの特性を向上させることができ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、基板上の非晶質シリコン薄膜の結晶化を行なう際
に、前記非晶質シリコンの形成面が凸となるようにして
前記結晶化を行なうことを特徴とする薄膜の形成方法で
あり、レーザ光線を照射する際に基板を凸状に反らせる
ことにより、結晶化後のシリコン膜の残留応力を低減し
て、高品質のシリコン薄膜を形成できるという作用を有
する。
【0012】本発明の請求項2に記載の発明は、基板上
に形成した非晶質シリコン薄膜にレーザ光線を照射し結
晶化を行なう際に、前記非晶質シリコンの形成面が凸と
なるようにして前記結晶化を行なって形成した結晶性シ
リコン薄膜を半導体層に用いることを特徴とする薄膜ト
ランジスタの製造方法であり、レーザ光線を照射する際
に基板を凸状に反らせることにより、結晶化後のシリコ
ン膜の残留応力を低減して、それを半導体層に用いるこ
とで薄膜トランジスタの特性を向上できるという作用を
有する。
【0013】本発明の請求項3に記載の発明は、基板が
ガラス基板であり且つ半導体層が多結晶シリコンである
ことを特徴とする請求項2に記載の薄膜トランジスタの
製造方法であり、ガラス基板は基板の反りが制御しやす
く、多結晶シリコンは特性の良い薄膜トランジスタを作
製することができるという作用を有する。
【0014】以下本発明の実施の形態について、図1を
用いて説明する。
【0015】(実施の形態1)まず、ガラス基板1上
に、半導体層2の前駆体として、プラズマCVD法によ
り膜厚50nmの非晶質シリコンを成膜する。次に、4
50℃1時間の熱処理により非晶質シリコン中の水素含
有量を減少させる。これは、次の結晶化工程で水素が突
沸してシリコン膜が損傷するのを防ぐためである。そし
て、例えば波長308nmのXeClレーザを300m
J/cm2↑程のエネルギ−密度で照射し、結晶化させ
て半導体層2として多結晶シリコンを形成する。ここ
で、結晶化の際に図1に示すように、基板を凸状に反ら
せることにより、シリコン膜の残留応力を低減すること
ができる。次に、フォトリソグラフィーおよびエッチン
グを用いて島状に加工する。その上に、ゲート絶縁層4
としてプラズマCVD法により膜厚100nmのSiO
2を形成する。次に、ゲート電極5として膜厚200n
mのTaをスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフ
ィーおよびエッチングを用いて加工する。次に、ゲート
電極5をマスクとしてドナーとなる燐を半導体層2の一
部領域に導入して、ソース・ドレイン領域3を形成す
る。このとき、例えば高周波放電プラズマによりガスを
分解して少なくとも導入すべき元素を含むイオンを生成
しそのイオンを質量分離をせずに加速電圧によって加速
して活性半導体薄層に導入する方法(イオン・ドーピン
グ法)によって、水素ガスで希釈したホスフィンガスを
用いてドナーとなる燐を導入することにより、450℃
程度の熱処理によって充分に不純物を活性化することが
できる。そして、層間絶縁層6として例えば常圧CVD
法により膜厚300nmのSiO2を形成した後、フォ
トリソグラフィーおよびエッチングによってコンタクト
ホールを形成する。さらに、ソース・ドレイン電極9を
例えば膜厚500nmのTiを成膜し,加工して薄膜ト
ランジスタが完成する。
【0016】以上のように構成されたこの実施の形態1
の薄膜トランジスタには、次の効果がある。非晶質シリ
コン膜に保護膜を形成・除去することによって、工程間
からのシリコンへの不純物汚染を低減し、薄膜トランジ
スタ特性の変動を抑制することができる。
【0017】なお、実施の形態1では、半導体層の前駆
体をレーザ照射による結晶化の前に熱処理をしている
が、これは膜中の水素濃度が充分小さくレーザ照射時に
シリコン膜の損傷がなければよく、水素濃度の小さな非
晶質シリコンを成膜するか、レーザ照射のエネルギーを
徐々に大きくしていくなど、膜中の水素濃度が充分小さ
くレーザ照射時にシリコン膜の損傷がなければよく、そ
の場合には熱処理を行なう必要はない。
【0018】なお、実施の形態1では、半導体層の前駆
体を結晶化するためにXeClレーザ光を照射したが、
これはシリコン膜を溶融し瞬間的に固化して結晶化でき
る方法ならば何でもよく、Arイオンレーザ光の照射や
RTA(rapid thermal anneal
ling)法による熱アニールなどでもよい。
【0019】なお、実施の形態1では、ゲート絶縁層と
してプラズマCVD法により形成したSiO2を用いた
が、ゲート絶縁膜として働くものならなんでもよく、例
えば減圧CVD法,スパッタ法,またはECR−CVD
法などの成膜手法を用いて形成したSiO2やSiNx
や、プラズマ酸化や高圧酸化などで形成したSiO2な
どでもよい。
【0020】なお、実施の形態1では、ゲート電極とし
てTaを用いたが、金属なら何でもよく、Al,Mo,
Ti,Crやこれらを主成分とする合金金属などでもよ
い。
【0021】なお、実施の形態1では、所定の元素を導
入する方法としてイオン・ドーピング法を用いたが、こ
れは所定の元素を導入できる方法ならば何でもよく、イ
オン注入法やプラズマドーピング法などでもよい。
【0022】なお、実施の形態1では、ソース・ドレイ
ン領域を形成するドナーとして燐を用いたが、これはn
チャネルの薄膜トランジスタを作製する場合には砒素な
どドナーとして働くものならなんでもよく、pチャネル
の薄膜トランジスタを作製する場合にはアルミニウムや
ほう素などアクセプターとして働くものならば何でもよ
い。
【0023】なお、実施の形態1では、ソース電極およ
びドレイン電極としてチタンを用いたが、これは電極と
して働くものなら何でもよく、たとえばクロム、タンタ
ル,モリブデン、アルミニウムなどの金属や不純物を大
量にドープした多結晶シリコンやITO等の透明導電層
等でもよい。
【0024】なお、実施の形態1では、層間絶縁層とし
て常圧CVD法により形成したSiO2を用いたが、こ
れは絶縁層として働くものなら何でもよく、例えば減圧
CVD法,プラズマCVD法,スパッタ法,またはEC
R−CVD法などの成膜手法を用いて形成した窒化シリ
コンや酸化タンタルなどでもよい。
【0025】なお、実施の形態1では、ガラス基板を用
いたが、これは表面が絶縁性のものならば何でもよく、
プラスチック基板や表面に絶縁膜を形成した金属板など
でもよい。
【0026】
【発明の効果】基板を凸状に反らせて、非晶質シリコン
薄膜をレーザ光線照射により結晶化させることによっ
て、シリコン膜の残留応力を低減し、それを半導体層に
用いて薄膜トランジスタの特性を向上することができる
という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における薄膜トランジス
タの製造工程の断面図
【図2】従来例の薄膜トランジスタの断面図
【符号の説明】 1 ガラス基板 2 半導体層 3 ソース・ドレイン領域 4 ゲート絶縁層 5 ゲート電極 6 層間絶縁層 7 ソース・ドレイン電極
フロントページの続き Fターム(参考) 5F052 AA02 AA24 BB01 BB07 CA01 DA01 DA02 DB03 EA16 FA06 JA01 5F110 AA01 BB01 BB10 CC02 DD01 DD02 EE03 EE04 EE06 EE44 FF02 FF03 FF23 FF25 FF28 FF30 FF31 FF32 GG02 GG13 GG25 GG45 HJ01 HJ12 HJ13 HJ18 HJ23 HL03 HL04 HL07 HL08 NN04 NN22 NN23 NN24 NN34 NN35 PP02 PP03 PP04 PP35 PP40 QQ11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上の非晶質シリコン薄膜の結晶化を
    行なう際に、前記非晶質シリコンの形成面が凸となるよ
    うにして前記結晶化を行なうことを特徴とする薄膜の形
    成方法。
  2. 【請求項2】 基板上に形成した非晶質シリコン薄膜に
    レーザ光線を照射し結晶化を行なう際に、前記非晶質シ
    リコンの形成面が凸となるようにして前記結晶化を行な
    って形成した結晶性シリコン薄膜を半導体層に用いるこ
    とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 基板がガラス基板であり、且つ、半導体
    層が多結晶シリコンであることを特徴とする請求項2に
    記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101202343B1 (ko) * 2005-12-09 2012-11-16 삼성디스플레이 주식회사 다결정 실리콘막을 채용한 박막 트랜지스터의 제조 방법
CN111933582A (zh) * 2020-08-17 2020-11-13 京东方科技集团股份有限公司 像素暗点化处理方法、阵列基板及其制作方法及显示装置

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Effective date: 20061109