JP2004274012A - 薄膜トランジスタを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板100を提供することと、前記基板100の上に非晶質シリコン層114を堆積することと、プラズマを前記非晶質シリコン層114と接触させることによって、前記薄膜トランジスタ101の閾値電圧を調整することと、結晶工程を行い、前記非晶質シリコン層114を多結晶シリコン層114に変換することを含む。
【選択図】 図9
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ液晶ディスプレーに関し、特に低温多結晶薄膜トランジスタ液晶ディスプレー(LTPS TFT)を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在のフラットディスプレー技術の中では、液晶ディスプレーに関する技術が最も注目される。日常生活の中でよく見られる携帯電話から、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ノートパソコン、モニターに至るまでは、すべてこの技術によって製造されるものである。人々はディスプレーの視覚官能に対する要求が高まることと、新しい技術における応用領域が絶え間なく開発されることは、新しいディスプレー技術の発展の原動力になり、高画質、高解析度、高輝度と低価格のフラットディスプレーは、未来のディスプレー技術の発展方向である。フラットディスプレーの中にある低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ液晶ディスプレーは、能動デバイスの特徴を具え、上述した目標を達成する。
【0003】
図1から図8までを参照するに、図1から図8までは、従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法を表す説明図である。図1に開示するように、従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタ1は、絶縁基板10の上に製造され、絶縁基板10は、透明材質から構成され、通常がガラス基板か石英基板或いはプラスチック基板である。まず、絶縁基板10の表面にバッファー層12を堆積する。バッファー層12は窒化珪素膜か酸化珪素膜或いは窒化珪素/酸化珪素膜二重膜である。続いて、バッファー層12の上に非晶質シリコン膜14を形成し、更に脱水素工程を行う。
【0004】
図2に示すように、続いて結晶工程(例えば、エキシマレーザーアニーリング或いは露光工程)を行い、非晶質シリコン膜14を多結晶シリコン層14’に再結晶させる。図3に示すように、フォトリソグラフィ工程を行い、多結晶シリコン層14’を複数の多結晶シリコンアイランド16の能動領域パターンになるように定める。図4に示すように、イオン注入工程を行い、ホウ素イオン或いはリンイオンを多結晶シリコンアイランド16に注入することによって、薄膜トランジスタの閾値電圧を調整する。従来技術による複数の工程の中で、薄膜トランジスタの閾値電圧を調整するイオン注入工程は、非晶質シリコン膜14が堆積されてから、行うこともできる。
【0005】
図5に示すように、続いてレジスト18でNMOSドーピング領域を定めて、更にN型イオン注入を行い、NMOSのドレイン電極とソース電極とを形成する。図6に示すように、続いてゲート電極絶縁層22を堆積し、更にゲート電極絶縁層22の上にレジスト26でPMOSドーピング領域を定めて、更にP型イオン注入を行い、PMOSのドレイン電極とソース電極とを形成する。
【0006】
図7に示すように、レジスト26を除去してから、活性化(activation)工程を行って、ソース電極とドレイン電極との中にあるドーピングが高度に活性化される。活性化の過程は、イオンを正確な結晶格子の位置の外に移し、更にイオン注入の時に起こる格子欠陥を修復する。図8に示すように、続いて金属スパッタリング工程と金属蝕刻工程を行い、ゲート電極絶縁層22の上にゲート電極28を形成する。
【0007】
上述した従来技術では、イオン注入工程を行うことによって、薄膜トランジスタの閾値電圧を調整することが必要である。しかし、イオン注入設備の値段が高くて、パネルの製造コストが増す。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、プラズマにより簡単に薄膜トランジスタの閾値電圧を調整する方法を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、基板を提供することと、前記基板の上に非晶質シリコン層を堆積することと、プラズマを前記非晶質シリコン層に接触させることによって、前記薄膜トランジスタの閾値電圧を調整することと、結晶工程を行い、前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に変換することとを含む方法によって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。
【0010】
【発明の実施の形態】
図9から図15までを参照するに、図9から図15までは、本発明による好ましい実施例の断面図である。図9に示すように、本発明による低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ101は、絶縁基板100の上に製造され、絶縁基板100が透明材質から構成され、通常がガラス基板か石英或いはプラスチック基板である。まず、絶縁基板100の表面にバッファー層112を堆積する。バッファー層112は窒化珪素膜か酸化珪素膜或いは窒化珪素/酸化珪素膜二重膜である。続いて、バッファー層112の上に非晶質シリコン膜114を形成する。非晶質シリコン膜114はプラズマ化学気相成長装置(PECVD)の中で形成され、続いて、プラズマ化学気相成長装置の中で亜酸化窒素プラズマより非晶質シリコン膜114の表面とを接触させることによって、薄膜トランジスタの閾値電圧を調整する。本発明による好ましい実施例により、亜酸化窒素プラズマは、亜酸化窒素の気体流量が1000sccmであり、温度が380oCである状態の下で、無線電波パワーが500ワットより小さく、100ワット程度好ましい。40cm×32cmのパネルを例として、パワー密度(power density)に換算すると、パワー密度が100ワット/(40cm×32cm)=0.078ワット/cm2である。N型薄膜トランジスタにとって、図16は、上述した条件の下で行われる閾値電圧の調整曲線を表す説明図である。10秒から50秒までの異なる工程時間に、N型薄膜トランジスタの閾値電圧が最初の2.5ボルトからそれぞれ1.4ボルトと0.4ボルトに下がる。P型薄膜トランジスタにとって、図17は、上述した条件の下で行われる閾値電圧の調整曲線を表す説明図である。10秒から50秒までの異なる工程時間に、P型薄膜トランジスタの閾値電圧が最初の−2.4ボルトからそれぞれ−4.2ボルトと−5.6ボルトに下がる。その後、脱水素工程を行う。
【0011】
亜酸化窒素プラズマは半導体工程の中によく使われる気体プラズマであるが、薄膜トランジスタの閾値電圧を調整するのに使われることを見たことがない。比較的に値段の高いイオン注入工程を使わず、閾値電圧の調整をすることができる。即ち、非晶質シリコン膜114を堆積してから、同じCVDプロセスチャンバーの中で閾値電圧の調整が行われ、コスト削減と生産性向上ができる。N型薄膜トランジスタにとって、閾値電圧を上げるために、本発明による好ましい実施例としてアンモニアプラズマを採用する。亜酸化窒素プラズマの他に、酸素プラズマでも同様に薄膜トランジスタの閾値電圧を調整することができる。プラズマで閾値電圧を調整するもう一つの長所は、非晶質シリコン膜114の表面に厚さが僅か十数オングストロームの酸化膜を形成することができ、その後の結晶工程により、非晶質シリコンを比較的大きい多結晶構造に変え、薄膜デバイスの効率を上げる。
【0012】
図10に示すように、続いて結晶工程(例えば、エキシマレーザーアニーリング或いは露光工程)を行い、非晶質シリコン膜114を多結晶シリコン層114’に再結晶させる。本発明によるもう一つの好ましい実施例により、上述したプラズマで薄膜トランジスタの閾値電圧を調整するステップも結晶工程(例えば、エキシマレーザーアニーリング或いは露光工程)が行われてから行うことができる。図11に示すように、フォトリソグラフィ工程を行い、多結晶シリコン層114’を複数の多結晶シリコンアイランド116の能動領域パターンになるように定める。本発明によるもう一つの好ましい実施例により、上述したプラズマで薄膜トランジスタの閾値電圧を調整するステップも複数の多結晶シリコンアイランド116の形成が完成してから行うことができる。
【0013】
図12に示すように、続いてレジスト118でNMOSドーピング領域を定め、更にN型イオン注入を行い、NMOSのドレイン電極とソース電極とを形成する。図13に開示するように、続いてゲート電極絶縁層122を堆積し、更にゲート電極絶縁層122の上にレジスト126でPMOSドーピング領域を定め、更にP型イオン注入を行い、PMOSのドレイン電極とソース電極とを形成する。
【0014】
図14に示すように、レジスト126を除去してから、活性化工程を行って、ソース電極とドレイン電極との中にあるドーピングが高度に活性化される。活性化の過程は、イオンを正確な結晶格子の位置の外に移し、更にイオン注入の時に起こる格子欠陥を修復する。図15に示すように、続いて金属スパッタリング工程と金属蝕刻工程を行い、ゲート電極絶縁層128の上にゲート電極128を形成する。
【0015】
以上は、この発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【0016】
【発明の効果】
従来技術と比べて、本発明は、プラズマにより閾値電圧を調整する目的を達成する。アンモニアプラズマでI−V曲線をプラス方向に偏移することができ、亜酸化窒素プラズマでI−V曲線をマイナス方向に偏移することができる。RFパワーとプラズマ処理時間を調整することにより、閾値電圧の偏移量を決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法の第一段階を表す説明図である
【図2】従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法の第二段階を表す説明図である
【図3】従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法の第三段階を表す説明図である
【図4】従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法の第四段階を表す説明図である
【図5】従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法の第五段階を表す説明図である
【図6】従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法の第六段階を表す説明図である
【図7】従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法の第七段階を表す説明図である
【図8】従来技術による低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法の第八段階を表す説明図である
【図9】本発明による好ましい実施例の第一段階の断面図である。
【図10】本発明による好ましい実施例の第二段階の断面図である。
【図11】本発明による好ましい実施例の第三段階の断面図である。
【図12】本発明による好ましい実施例の第四段階の断面図である。
【図13】本発明による好ましい実施例の第五段階の断面図である。
【図14】本発明による好ましい実施例の第六段階の断面図である。
【図15】本発明による好ましい実施例の第七段階の断面図である。
【図16】N型薄膜トランジスタが、パワー密度が0.078ワット/cm2である条件の下で行われる閾値電圧の調整曲線を表す説明図である。
【図17】P型薄膜トランジスタが、パワー密度が0.078ワット/cm2である条件の下で行われる閾値電圧の調整曲線を表す説明図である。
【符号の説明】
1、100 絶縁基板
10、101 低温多結晶薄膜トランジスタ
12、112 バッファー層
14、114 非晶質シリコン層
14’、114’ 多結晶シリコン層
16、116 多結晶シリコンアイランド
18、26、118、126 レジスト
22、122 ゲート電極絶縁層
28、128 金属ゲート電極
Claims (17)
- 薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板を提供することと、
前記基板の上に非晶質シリコン層を堆積することと、
プラズマを前記非晶質シリコン層と接触させることによって、前記薄膜トランジスタの閾値電圧を調整することと、
結晶工程を行い、前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に変換することを含んでなることを特徴とする薄膜トランジスタを製造する方法。 - 前記非晶質シリコン層を堆積する前に、更に前記基板の上に少なくとも一つのバッファー層を堆積するステップを含むことを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記バッファー層が窒化珪素層を含むことを特徴とする請求項2記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記バッファー層が酸化珪素層を含むことを特徴とする請求項2記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記プラズマは、酸素含みのプラズマであり、前記薄膜トランジスタの閾値電圧をマイナス方向に偏移して調整することができることを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記酸素含みのプラズマが亜酸化窒素のプラズマであることを特徴とする請求項5記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記酸素含みのプラズマが酸素のプラズマであることを特徴とする請求項5記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記プラズマは、アンモニアプラズマであり、前記薄膜トランジスタの閾値電圧をプラス方向に偏移して調整することができることを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタを製造する方法。
- 低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法であって、
透明基板を提供することと、
前記透明基板の上に少なくとも一つのバッファー層を堆積することと、
化学気相成長プロセスチャンバーの中で化学気相成長工程を行い、前記バッファー層の上に非晶質シリコン層を堆積することと、
前記化学気相成長プロセスチャンバーの中で、プラズマを前記非晶質シリコン層と接触させ、現場で前記薄膜トランジスタの閾値電圧を調整することと、
結晶工程を行い、前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に変換することを含んでなることを特徴とする低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法。 - 前記バッファー層が窒化珪素層を含むことを特徴とする請求項9記載の低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記バッファー層が酸化珪素層を含むことを特徴とする請求項9記載の低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記プラズマは、酸素含みのプラズマであり、前記薄膜トランジスタの閾値電圧をマイナス方向に偏移して調整することができることを特徴とする請求項9記載の低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記酸素含みのプラズマが亜酸化窒素のプラズマであることを特徴とする請求項12記載の低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記酸素含みのプラズマが酸素のプラズマであることを特徴とする請求項12記載の低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記プラズマは、アンモニアプラズマであり、前記薄膜トランジスタの閾値電圧をプラス方向に偏移して調整することができることを特徴とする請求項9記載の低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記プラズマが予定の無線電波の出力のもとで形成されることを特徴とする請求項9記載の低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法。
- 前記予定の無線電波の出力が500ワットより小さいことを特徴とする請求項16記載の低温多結晶薄膜トランジスタを製造する方法。
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