JPH0382081A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、チャネル部をシリコンとする薄膜トランジス
タ（ＴＰＴ）及びその製造方法に関し、特に安価なガラ
ス基板が使用可能な薄膜トランジスタ構造及びその低温
プロセスの採用に有益なチャネル部の固相成長化技術に
関する。

〔従来の技術〕

従来、例えば低温プロセス等に適用されるスタガー構造
を備えた多結晶シリコン薄膜トランジスタの構造は、第
５図に示すように、安価なハードガラス基板１が用いら
れ、これに全面被覆したパッシベーション膜２上に相離
間して形成されたリン・ドープのソース膜３及びドレイ
ン膜４と、そのソース膜３とドレイン膜４との間に重な
り余裕をもったアンドープの多結晶シリコン膜たるチャ
ネル膜５と、チャネル膜５上にＭＯＳ（ＭＩＳ）部を構
成すべきゲート絶縁膜たる薄いシリコン酸化膜６及びＮ
型高濃度の多結晶シリコンのゲート電極７と、ゲート電
極゛７等を覆う層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜８と
、ソース膜３及びドレイン膜４にコンタクトホールを介
して導電接触するアルミニウムのソース電極９及び透明
を極（ＩＴＯ）としての画素電極（ドレイン電極）１０
と、を備えるものである。

かかる構造の薄膜１ランジスタ（ＴＰＴ）におけるチャ
ネル膜５を得るまでのプロセスは、まず第６図（Ａ）に
示す如く、ハードガラス基板１上にシリコン酸化膜のバ
ッジベージジン膜２を全面被覆し、その上に低圧ＣＶＤ
法あるいはイオン打込み法などによりリン・ドープの多
結晶シリコン膜を被覆してから、バターニングによりソ
ース膜３及びドレイン膜４を形成する。次に、第６図（
Ｂ）に示すように、ソース膜３及びドレイン電極生に多
結晶シリコン膜を全面被覆し、これをバターニングして
アンドープのチャネル膜５を形成した後、トランジスタ
のオン電流容量を大とすべ（、加熱炉内で基板全体を加
熱し、チャネル膜５の多結晶シリコンを再結晶（固相成
長）化させグレインサイズの大赤な多結晶シリコンを形
成する。

〔発明が解決しようこする課題〕

しかしながら、上記固相成長工程にあっては次の問題点
がある。

■　固相成長工程は、適宜の粒径を得るため、基板全体
を６００℃前後の高温で数十時間加熱するものであるが
、基板材料として低転位温度の安価なハードガラス基板
１を用いるので、基板１自体が軟化しやすく、炉出し後
の基板には歪み、伸縮などの変形が生じてしまう。この
ため、固相成長工程以降の微細加工がはなはだ困難とな
り、到底実用に供し得ない、換言すれば低温プロセスに
おいて安価なハードガラス基板１を用いた場合、チャネ
ル膜５の固相成長化により多結晶シリコンの粒径を拡大
して改質できるものの、それにはハードガラス基板１の
変形が常に伴なう。

■　形状変形による微細加工の困難きに加えて、固相成
長中におけるハードガラス基板１の軟化によって、ハー
ドガラス基板１中からバッジベージ５ン膜２を介して不
純物がチャネル膜５に侵入するため、固相成長によって
粒径は大きくなるものの、この不純物侵入が却ってトラ
ンジスタ特性の劣化を招（。

そこで、本発明の課題は、基板目体に対してはそれが軟
化しない程度に低温維持できると共に、チャネル膜に対
してはその多結晶シリコンが最適に固相成長するように
加熱すべ（、膜構造の改良及び短時間間接局部加熱法を
採用することにより、安価な基板の使用が可能で、チャ
ネル膜のグレインサイズが大きくトランジスタ特性の向
上した薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の講じた手段は、通
常の低温プロセス又は高温プロセスにおいても適用され
る膜構造の如く、透明基板上に少なくともチャネル部（
チャネル膜）を多結晶シリコンとする薄膜トランジスタ
構造において、透明基板上にバッジベージジン膜を介し
てチャネル部を直接形成したものでなく、チャネル部直
下の領域に上下バッジベージタン膜で挟まれた光吸収膜
を挿設したものである。この光吸収膜は、製造プロセス
中のランプアニールに適合するように、所定波長領域の
選択光吸収性に冨みアニール工程中においては蓄熱膜と
しての熱源の機能を果し、しかもそれ自身が融溶変形し
がたい高融点材質（耐熱性材）と以って形成されている
。この光吸収膜は主に製造プロセスにおけるチャネル部
の固相成長を促進させる間接熱源としての意義を有する
が、トランジスタの動作上の機能要素たるバックゲート
電極とすべく導電性材質を以て形成しても良い。

また、光吸収膜自体をバックゲート電極として利用する
ばかりでなく、例えば光吸収膜の形成工程において同質
材を以って形成されたソース配線又はドレイン配線を有
する構造を採用しても良い。

かかる構造を得るために、本発明の講じた薄膜トランジ
スタの製造方法は、透明基板上に下パンシベーシぎン膜
を被覆した後、この膜上のチャネル部形成予定領域にお
いて所定波長領域の選択光吸収性に富む高融点材質を以
て少なくとも光吸収膜を形成してから、この光吸収膜上
を上バッジベージ３ン膜で覆い、上下パフシベーシッン
膜で挟まれた光吸収膜のザンドウイッチ構造を設ける。

次に、光吸収膜上に直接又は間接に多結晶シリコンを用
いた所要のチャネル部を形成した後、上記所定波長領域
に適合する光源（例えばハロゲンランプ）を以ってラン
プアールを施し、チャネル部を固相成長化させて多結晶
シリコンの粒径を大きくする。

〔作用〕

このように、上下バッジベージ暫ン膜で挟まれた光吸収
膜を透明基板たチャネル部との間に介在させた構造を採
用すれば、ハロゲンランプ等により基板全体に対して光
照射を行うと、照射光は透明基板自体を透過するが、光
吸収膜には効率良く吸収されるので、これにより光吸収
膜の温度が上昇し、これが高温さなると共に、この光吸
収膜自体が今度はその近傍の局部的熱源となり、熱伝導
又は熱輻射によりチャネル部を加熱する。このため、チ
ャネル部の多結晶シリコンの固相成長が促進され、グレ
インサイズの大きな多結晶シリコンが形成される。した
がってトランジスタの特性上、オン電流容量が大きくな
る。このランプア−ル工程においては、透明基板自体は
局部的熱源たる光吸収膜から伝導熱を主に受熱するが、
透明基板は光吸収膜に比してその熱容量が相当大きく、
且つ光吸収膜は透明基板の片面」二に小サイズに形成さ
れているので、透明基板はヒートシンクとして機能し、
高温には至らない、したがって、安価なハードガラス基
板を用いても、基板変形が発生せず、上層の微細加工の
障書が解消する。ここで注目すべきことは、光吸収膜の
温度は透明基板の転位点以上（例えば７００〜８００’
Ｃ）に設定できることである。この利益は透明基板の変
形を伴わずに固相成長温度の最適化に寄与し、オン電流
容量の増大したトランジスタが実現される。またランプ
アニールの時間を従来の加熱炉使用の熱アニールの場合
に比し、短時間（例えば１〜２時間）で実行でき、スル
ーブツトの増大が図れる。

この光吸収膜及びその上下パッシベーション膜はランプ
アニール時における光吸収膜直下の透明基板から発生す
る不純物のチャネル部への侵入を阻止する。勿論、下パ
ッシベーション膜の膜厚は充分厚いことが望ましいが、
光吸収膜直下の部分が熱伝導で加熱されるだけであるか
ら、下パッシベーション膜厚が薄くても、光吸収膜目体
が不純物侵入のバリアεして機能する。一方、上パッシ
ベーション膜は光吸収膜からの不純物がチャネル部へ侵
入することを防止するものであるが、光吸収膜の材質が
高融点材料である故、蒸発不純物量が少ないので、上パ
ッシベーション膜厚は比較的薄くても良い。

光吸収膜は上記製造プロセス上において意義を有するだ
けでな（、バックゲート電極としての使用も可能で、こ
の場合は工程数の削減が図れる。

また、光吸収膜の形成工程においてこれとは別にソース
配線又はドレイン配線の同時形成も可能であり、これも
工程数の減少につながる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図（Ａ）は本発明の低温プロセスに適用される実施
例に係る薄膜トランジスタの構造を示す縦断面図で、第
１図ＣＢ）は同構造の平面図である。

この多結晶シリコン薄膜トランジスタの構造は、安価な
ハードガラス基板１が用いられ、この上に全面被覆した
シリコン酸化膜又は窒化シリコン膜の下バッジベージタ
ン膜１２と、この膜１２上の小サイズ領域に形成された
厚さ２０００〜３０００人程度でタングス酸化、モリブ
デン、チタン、シリサイド。

シリコンなどの高融点材質の光吸収膜１３．！：、この
膜１３を被覆する上パッシベーション膜１４と、光吸収
膜１３の直上の上パッシベーション膜１４上に相離間し
て形成されたリン・ドープのソース膜１５及びドレイン
膜１６と、ソース膜１５とドレイン膜１６との間に重な
り余裕をもったアンＦ−ブの多結晶シリコン膜たるチャ
ネル膜１７と、チャネル膜１７上にＭ２Ｓ部を構成すべ
きゲート絶縁膜たる薄いシリコン酸化膜１８及びＮ型高
濃度の多結晶シリコンのゲートを極１９と、ゲー）１極
１９等を覆う眉間絶縁膜としての厚いシリコン酸化膜２
０と、ソース膜１５及びドレイン膜１６にコンタクトホ
ールを介して導電接触するアルミニウムのソース電極２
１及び透明電極（ＩＴＯ）としての画素電極（ドレイン
電極）２２と、を備えるものである。

光吸収膜１３は第１図（Ｂ）に示す如く、その平面占有
面積内にソース膜１５及びドレイン膜１６とチャネル膜
１７を含むような合せ余裕をもってパターニングされた
もので、またチャネル膜１７の幅はソース膜１５及びド
レイン膜１６のそれに比して狭くしである。

この薄腹トランジスタにおいてチャネル膜１７を得るま
でのプロセスは、まず第２図（Ａ）に示す如く、ハード
ガラス基板１を準備し、この上にシリコン酸化膜又は窒
化シリコン膜などの下パッシベーション膜１２をＣＶＤ
により全面被着し、その上にスパッタリング等により厚
さ２０００〜３０００Å程度の高融点材質膜（例えば、
タングステン、モリブデン、チタン、シリサイド、シリ
コン）を形成した後、この膜をパターニングして光吸収
膜１３を得る０次に、第２図（Ｂ）に示す如く、光吸収
膜１４上に厚さ５００〜１０００人程度の上パッ酸化−
シゴン膜１４をＣＶＤにより被覆する０次に、第２図（
Ｃ）に示す如く、光吸収膜１４の真上の上バッジベージ
町ン膜１４上に低圧ＣＶＤあるいはイオン打込み法によ
りリン・ドープの多結晶シリコン膜を被覆シテから、パ
ターニングによりソース膜１５及びドレイン膜１６を形
成する０次に、第２図（Ｄ）に示すように、ソース膜１
５及びドレイン膜１６上に多結晶シリコン膜を全面被覆
し、これをパターニングしてアンドープのチャネル膜５
を形成する。

この時点でのチャネル膜５の多結晶シリコンの粒径は比
較的小さいが、ここで基板全体はハロゲンランプを光源
とする光照射によりランプアニール（中心波長１．１μ
ｍ）が施される。照射光は透明なハードガラス基板１を
透過するが、光吸収膜１３の領域に当たる照射光はそれ
に効率良く吸収される。これにより光吸収膜１３の温度
が上昇し、これが高温となるので、光吸収膜１３自体が
その周囲に対する局部的熱源となり、熱伝導又は熱輻射
によりチャネル膜１７を加熱する。チャネル膜１７が加
熱されると、その多結晶シリコンが固相成長する。この
固相成長の温度はチャネル膜１７の温度１熱容量等に依
存するが、チャネル膜１７の温度はまた光照射の照度及
び時間に依存している。本実施例では光吸収膜１３が極
度に高温とならず、ある程度の定常温度を維持させるた
め、光照射を間欠的に実行した。また固相成長時のチャ
ネル膜１７の温度を７００〜８００℃で維持することが
できた。

この温度はハードガラス基板１の転位点を越える温度で
ある。しかもアニール時間を１〜２時間まで短縮するこ
とができた。このランプアニール工程によってグレイン
サイズの大きな多結晶シリコンが得られ、オンを流容量
を増加でき、また固相成長化処理の短時間化によってス
ルーブツトを増大できるが、最大の利益は安価なハード
ガラス基板１に変形が生じないことであり、微細加工性
とＴＰＴのフラット性が損なわれずに済む、光照射によ
って光吸収膜１３が局部的熱源として昇温され、その周
囲に対して間接的に加熱するものであるから、ハードガ
ラス基板１自体は直接加熱されず、むしろヒートシンク
として機能しているので、ガラス転位点以下の温度に抑
制維持できるからである。

この光吸収膜１３はアニール工程において不純物のバリ
ア膜としても機能する。アニール工程においては光吸収
膜１３下のハードガラス基板ｌが加熱され、不純物の逆
拡散によりチャネル膜１７が汚染されるおそれがあるが
、光吸収膜１３がその逆拡散による不純物侵入を防止す
る。光吸収膜１３自体からの不純物拡散も考えられるが
、高融点材質であるから蒸発不純物量自体が微量である
点と上バッジベージタン膜１４による拡散阻止によって
左程問題とはならない。

このランブアニール工程以降は通常のプロセスにより上
層の背腹形成が行なわれ、第１図（Ａ）に示すような薄
膜構造が得られるが、上記のランブアニール工程と同時
に熱酸化膜としてのゲート酸化膜も形成することができ
る。

第３図は本発明の第２実施例に係る薄膜トランジスタの
構造を示す縦断面図である。なお、第３図において第１
図（Ａ）に示す部分と同一部分には同一参照符号を付し
、その説明は省略する。

この実施例は下パッシベーション膜１２上の光吸収膜１
３ａの両脇にこれと離間したソース配線１３ｂ及びドレ
イン配線１３ｃを有しており、ソース配線１３ｂは上層
のソース膜１５に、ドレイン配線１３ｅは上層のドレイ
ン膜１６に夫々導電接触している。このソース配線１３
ｂ及びドレイン配＊１３ｃは光吸収膜１３ａの形成工程
において同時に形成きれる。したがってソース配線１３
ｂ及びドレイン配線１３ｅは光吸収膜１３ａと同材質で
構成されているが、その材質は導電性材料である。この
実施例によれば、光吸収１１１３ａの材質が導電性を有
し、膜材料の選択自由度が若干源るものの、第１実施例
に比して、工程数が減る利益がある。勿論、チャネル膜
１７のランブアニール工程においては、このソース配線
１３ｂ及びドレイン配線１３ｃも光吸収膜１３ａと同様
な局所的Ｐ！！：源として有効に機能する。

第４図は本発明の第３実施例に係る薄膜トランジスタの
構造を示す縦断面図である。なお、第４図において第１
図（Ａ）に示す部分と同一部分には同一参照符号を付し
、その説明は省略する。

この実施例の構造は第１実施例のそれとほぼ同一の薄膜
構造であるが、光吸収膜２３はバックゲート電極として
用いられる。したがって、チャネル膜１７の直下の上バ
ンシベーシジン膜１４はゲート絶縁膜として機能する。

かかる構造によればオン電極容量の倍加が実現される。

なお、上記各実施例は低温プロセスに適合する薄膜トラ
ンジスタの構造を示しであるが、多結晶シリコン膜の一
部をアンドープのチャネル部としその両側をソース部及
びドレイン部とする構造の高温プロセスに適合する薄膜
トランジスタ構造においても、光吸収膜を設けても良い
。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は多結晶シリコンのチャネ
ル部の近傍にランプアニールにおける局部的熱源たり得
る光吸収膜を設けた点に特徴を有するものであるから、
次の効果を奏する。

■　ランブアニール工程においては、基板温度を転位点
以下に維持したまま、チャネル部の多結晶シリコンを基
板の転位点以上で固相成長化できるから、基板の変形を
伴わずにオン電流容量を増加できる。換言すれば、低転
位点の安価なガラス基板の使用が可能となる。

■　基板全体を加熱炉内で長時間加熱する全体加熱法で
なく、局部加熱法であり、しかも基板転位点以上の高温
の固相成長も可能であるから、短時間処理が可能となり
、スルーブツトがすこぶる改善される。

■　光吸収膜はまた固相成長中において基板内から発生
する不純物のチャネル部に対する侵入保護膜乏して機能
するから、トランジスタ特性の品質を高めることができ
る。

■　また、下パッシベーション膜上で光吸収膜に離間し
ており、これと同材質を以てソース配線又はドレインＩ
！ｉｌ！線が形成きれた構造においては、上記の構造を
とる薄膜トランジスタの製造方法に比して工程数を削減
することができる。

■　更に、光吸収膜がバックゲート電極として導電性材
で形成されている構造においては、オン電流容量を倍加
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の低温プロセスに適用される実施
例に係る薄膜トランジスタの構造を示す縦断面図で、第
１図（Ｂ）は同構造の平面図である。 第２図（Ａ）乃至ＣＤ）は夫々同実施例における要部プ
ロセスを説明するための縦断面図である。 第３図は本発明の第２実施例に係る薄膜トランジスタの
構造を示す縦断面図である。 第４図は本発明の第３実施例に係る薄膜トランジスタの
構造を示す縦断面図である。 第５図は従来の低温プロセスに適用される薄膜トランジ
スタの構造を示す縦断面図である。 第６図（Ａ）、ＣＢ）は同従来構造においてチャネル膜
を得るまでの工程を説明するための縦断面図である。 〔主要符号の説明） １・・・ハードガラス基牟反、 １２・・・下バッジベージタン膜 １３、１３ａ、　２３・・・光吸収膜 １４・・・上パッシベーション膜 １５・・・ソース膜 １６・・・ドレイン膜 １７・・・チャネル膜 １８・・・シリコン酸化膜 １９・・・ゲート電極 ２０・・・層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜２１・・
・ソース電極 ２２・・・画素電極（ドレイン電極） １３ｂ・・・ソース配線 １３ｃ・・・ドレイン配線。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明基板上の薄膜構造において少なくともチャネ
   ル部を多結晶シリコンとする薄膜トランジスタであって
   、 該透明基板上のうち該チャネル部直下の領域に上下パッ
   シベーション膜で挟まれた所定波長領域の選択光吸収性
   に富む高融点材質の光吸収膜を有することを特徴とする
   薄膜トランジスタ。
2. （２）前記光吸収膜がバックゲート電極としての導電性
   材質で形成されていることを特徴とする請求項第１項に
   記載の薄膜トランジスタ。
3. （３）前記下パッシベーション膜上で前記光吸収膜に離
   間しており、これと同材質を以て形成されたソース配線
   又はドレイン配線を有することを特徴とする請求項第１
   項又は第２項に記載の薄膜トランジスタ。
4. （４）透明基板上の薄膜構造において少なくともチャネ
   ル部を多結晶シリコンとする薄膜トランジスタの製造方
   法であって、 該透明基板上に下パッシベーション膜を被覆する工程と
   、 この膜上の該チャネル部形成予定領域に所定波長領域の
   選択光吸収性に富む高融点材質を以て少なくとも光吸収
   膜を形成する工程と、 この光吸収膜を上パッシベーション膜で覆う工程と、 次に、該光吸収膜上に多結晶シリコンを用いた所要のチ
   ャネル部をを形成する工程と、 しかる後、上記所定波長領域に適合する光源を以てラン
   プアニールを施す工程と、 を有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法
   。