JP2008244025A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アモルファス膜を堆積させる工程と、金属を該アモルファス膜に配設する工程と、該金属とアモルファス膜をアニール処理する工程とを含み、アモルファス膜を結晶化して薄膜トランジスタのチャンネル部分を形成する薄膜トランジスタの製造方法において、アニール処理は500℃以上でガラス劣化温度以下の温度を上限温度としてパルス的に加熱する。また、パルス回数とグレインサイズの間には相関を利用して、パルス回数により、グレインサイズを制御して結晶成長させる。
【選択図】図6
Description
ク質のコアを結晶核として、多結晶シリコン薄膜を形成する技術に関するものである。
様々な研究の中で、低温下における結晶化を促進させるため、金属等を結晶化の核として使用することが有望であるとされている。中でもニッケルのシリサイド(NiSi2)は、格子定数がシリコンと近似しており、使用することによる歪みの問題が少ないことから最も有望であると考えられ、数多くの研究がなされている。
(a)非結晶シリコンにニッケルなどの金属を堆積し熱処理をすると、ニッケルとシリコンが反応してシリサイド化が起こり、それを核として結晶成長すること。
(b)一方で、フェリチンなどのタンパク質には金属のコアが内包されていること。
(c)一般に自然界のフェリチンには酸化鉄が内包されているが、これを化学反応によって、NiやCoなどの金属に入れ替えることが可能であること。
(d)タンパク質には自己組織化能があり、その密度を制御可能であること。
本発明者らは、鋭意研究を進める中で、アニール処理において、500℃以上でガラス劣化温度以下の温度を上限温度として、パルス的に加熱処理を行うことにより、品質の高い多結晶シリコン薄膜形成を維持しつつ、結晶化のためのアニール処理時間を大幅に短縮できるといった知見を得たものである。
ここで、ドット状若しくは粒子状の金属のサイズはなるべく小さい方がよく、好ましくは粒子径が1ミクロン以下のものである。金属の粒子径サイズが小さい方が、不純物などの観点から、結晶化を促進させるための優れた結晶化のコアとなるからである。また、アモルファス膜は、具体的には、アモルファスシリコン薄膜が好適に利用される。
ここで、ガラス劣化温度とは、ガラス基板へ転化されたシリカガラスの耐熱温度は約1300℃であるが、それよりも低く、900〜1100℃の範囲の温度を意味する。
また、パルス的に加熱処理が行われるとは、急速に上限温度まで温度上昇させて、急速に冷却することを意味する。パルス的に加熱処理を行う回数は、上限温度を何度に設定するかによって、また、目的とする結晶粒の粒径によって異なる。パルス的に加熱処理を1回行う場合でも効果があり、パルス的に加熱処理を行う回数が多くなれば、それに従い結晶粒の粒径の大きくなる。結晶粒の粒径が10ミクロン程度に成長させる場合は、上限温度を550〜740℃に設定し、パルス的な加熱処理時間(パルス時間幅)を19〜23秒に設定し、加熱回数を40〜80回と設定する(詳細は、以下の実施例1で説明する。)。
これは、パルス回数とグレインサイズの間には相関があり、パルス回数を増やせばグレインサイズが大きくなる。また、パルス的に加熱処理を1回行う度に結晶成長が進むのであるが、パルス回数を増やすにしたがい、その成長速度は低下する。これは、結晶間距離が短くなり自由に成長できないことが要因と考えられる。
このようなパルス回数とグレインサイズの間には相関を利用して、パルス回数により、グレインサイズを制御して結晶成長させるのである。
アモルファス膜の表面にタンパク質の超分子コアを配列し、熱処理することにより、結晶性を制御できることから、このタンパク質の超分子コアを結晶核として結晶化させた膜をチャンネル部分に用いることにより、高品質の薄膜トランジスタを提供するものである。
アモルファス膜を結晶化させるために用いられる金属は、単体で運ばれアモルファス膜上に設置されるのではなく、タンパク質に内包された状態で、タンパク質の運搬・アモルファス膜上への設置に伴い、運搬・設置されることになる。すなわちタンパク質は、金属のデリバリー機能を有することとなる。このために、金属をアモルファス膜上に設置するに当たっては、タンパク質の性質を活用することができる。内包スペースに応じた金属の数量確保、自己組織化能力による金属の配列が、タンパク質を介することにより可能となるのである。
また、タンパク質を溶液中に任意の倍率で希釈することにより任意の密度のタンパク質をアモルファス膜上に配することが可能となる。
本発明では、コアを核として結晶シリコンを成長させるためのアニール処理を、500℃以上でガラス劣化温度以下の温度を上限温度として、パルス的に加熱処理する(以下、パルスRTA(Rapid Thermal Annealing)と称する。)。このパルスRTAにより、従来と比較して、アニール処理時間の大幅な低減を図るのである。
以下、本発明の実施形態について、図面を参考にしながら詳細に説明していく。
Niコアが配置されたアモルファスシリコン膜をRTA(Rapid Thermal Annealing) 装置により、大気圧N2中で、10分間で急速に550℃まで昇温し、その温度で25時間保持し、熱処理することにより、固相成長したシリコン膜を得る。
同様に、Ni-フェリチンの外殻タンパク質を除去する為に、UV/O3処理(UVランプからの紫外線照射とオゾン発生器からのオゾンに暴露する処理)を110℃で40分間行った後、Niコアが配置されたアモルファスシリコン膜をRTA装置により、大気圧N2雰囲気下で、図5−1と図5−2に昇温パターンで熱処理することにより、固相成長したシリコン膜を得る。
図5−1に示される昇温パターン1では、400℃から急速に550℃まで温度を上昇させ下降させている。このパルス時間幅は23秒である。
また、図5−2に示される昇温パターン2では、400℃から急速に740℃まで温度を上昇させ下降させている。このパルス時間幅は19秒である。
なお、双方の昇温パターンで、300℃に維持するステップがあるのは、装置の制約からであり、特にこれにこだわるものではない。
このように、昇温パターン2のパルスRTAと従来アニール法とアニール方法以外を共通にした場合に、同様の結晶粒が得られることから、パルスRTAの方法が有用であることが理解されるであろう。
この純水置換によって電解質濃度が減少し、基板とフェリチンタンパク表面の静電斥力が強くなり、低吸着密度を実現した。
また、純水に置換されたことによりNiコアが凝集しやすくなり、結晶核が大きくなる。この結晶核が粒径に対応すると考えられ、シリコン薄膜の大粒径化が期待できる。
Claims (10)
- アモルファス膜を堆積させる工程と、ドット状若しくは粒子状の金属を該アモルファス膜に配設する工程と、該金属とアモルファス膜をアニール処理する工程と、を含み、アモルファス膜を結晶化して薄膜トランジスタのチャンネル部分を形成する薄膜トランジスタの製造方法において、前記アニール処理は、500℃以上でガラス劣化温度以下の温度を上限温度として、パルス的に加熱処理が行われることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記パルス的に加熱処理を行うパルス回数により、グレインサイズを制御して結晶成長させ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の製造方法。
- 前記金属をアモルファス膜に配設する工程は、金属を内包したタンパク質を溶液中に希釈して該アモルファス膜に滴下する方法であることを特徴とする請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記タンパク質がフェリチンであることを特徴とする請求項3に記載の薄膜トランジスタの製造方法
- 前記フェリチンが、化学反応により内包する金属が鉄からニッケルに置換されているフェリチンであることを特徴とする請求項4に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記アモルファス膜に滴下するフェリチン溶液の濃度を制御することにより、ニッケルコアの供給量及び分布密度を制御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。
- 前記ニッケルコアの分布密度の制御において、あらかじめ前記アモルファス膜上に前記フェリチンを吸着する膜を、一定間隔に若しくはトランジスタのチャンネル位置に応じた位置にパターニングすることにより、選択的に前記フェリチンを前記アモルファス膜上に配置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
- 前記フェリチン溶液が、純水置換法を用いて、ナトリウムイオン濃度を所定濃度以下に低減されてい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。
- 前記金属の粒子径が、1ミクロン以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記アモルファス膜がシリコンであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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