JPH10242473A - 金属薄膜及び薄膜トランジスタの製造方法及び金属薄膜を用いた半導体装置 - Google Patents

金属薄膜及び薄膜トランジスタの製造方法及び金属薄膜を用いた半導体装置

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JPH10242473A
JPH10242473A JP4822897A JP4822897A JPH10242473A JP H10242473 A JPH10242473 A JP H10242473A JP 4822897 A JP4822897 A JP 4822897A JP 4822897 A JP4822897 A JP 4822897A JP H10242473 A JPH10242473 A JP H10242473A
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Hiroyoshi Hamada
弘喜 浜田
Hidekane Ogata
秀謙 尾方
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属薄膜の高抵抗化を抑制する。 【解決手段】 ガラス基板上にCrからなるゲート電極
12を形成した後、エキシマレーザアニール(ELA)
を行う。このレーザアニールによって、ゲート電極12
を構成するCrのほとんどが{110}配向のものにな
る。そこで、ゲート電極12の使用における高抵抗化が
防止できる。また、ゲート電極12の上部には、その後
所定の積層パターニングを繰り返し、薄膜トランジスタ
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
などの各種半導体装置に電極や配線として利用される金
属薄膜に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、液晶表示(LCD)装置とし
て、液晶の駆動制御に薄膜トランジスタ(TFT)を利
用したTFTLCDが広く利用されている。
【0003】このTFTLCDにおいて、ガラスなどの
透明基板上に金属薄膜からなるゲート電極を形成し、そ
の上方にトランジスタの能動層を形成するボトムゲート
型のTFTを使用するものがある。このボトムゲート型
のTFTでは、ゲート電極及びゲート配線の材料にアル
ミ(Al)などの低融点のものを使用することができ
ず、通常タンタル(Ta)や、クロム(Cr)などが利
用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
Taや、Crのゲート電極やその配線は、高温条件下の
使用時おいて、エレクトロマイグレーション現象などに
起因して、その抵抗値が上昇する傾向にある。そして、
このゲート電極またはその配線の抵抗値が高くなると、
TFTの動作特性が劣化し、LCDの表示特性が劣化す
るという問題点があった。
【0005】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、ゲート電極などの金属薄
膜の高抵抗化を防止することができる金属薄膜の製造方
法およびこれを用いた半導体装置を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る金属薄膜の
製造方法は、金属薄膜の成膜後、前記金属薄膜をレーザ
を用いてアニール処理することを特徴とする。このよう
に、レーザによって、アニールすると、金属薄膜はその
結晶構造に変化が生じる。例えば、Cr薄膜では、その
最密稠密面である{110}配向のものが優先的に成長
する。そこで、この金属薄膜は比較的{110}に配向
した比較的粒径の大きな均質な構造となり、電流を流通
したときにエレクトロマイグレーションがおきにくく、
電極材料などに好適なものになる。
【0007】また、本発明に係る薄膜トランジスタの製
造方法は、透明基板上に所定パターンの金属薄膜により
ゲート電極を形成し、形成されたゲート電極に対しレー
ザ光を用いてアニール処理し、その後ゲート電極の上方
に薄膜トランジスタの能動領域を形成することを特徴と
する。液晶表示装置においては、透明基板上に薄膜トラ
ンジスタを形成する。そして、この薄膜トランジスタの
能動領域の下方には、能動領域に所望の電界を印加する
ためにゲート電極が形成される。このゲート電極にレー
ザアニールした金属薄膜を利用することにより、薄膜ト
ランジスタの動作特性を長期間安定してよいものに維持
でき、高品位の液晶表示装置を得ることができる。
【0008】また、本発明は、金属薄膜を用いた半導体
装置であって、前記金属薄膜は、成膜後のアニール処理
により金属結晶の最密稠密面の配向性が強められたもの
であることを特徴とする。このような配向性の強い金属
薄膜を利用した半導体装置では、この金属薄膜の使用に
よる高抵抗化が抑制され、長期間動作特性を良好なもの
に維持できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)について、図面に基づいて説明する。
【0010】「製造方法」図1は、本発明に係る半導体
装置の製造方法を説明する図である。なお、図において
は、液晶表示装置の1画素に対応するトランジスタを部
分的に示した概略説明図である。
【0011】まず、ガラス基板10を用意し、その上全
面にCrの薄膜を形成する。そして、この状態で、Cr
の薄膜にエキシマレーザを照射し、エキシマレーザアニ
ール(ELA)を行う。このようなエキシマレーザアニ
ールにより、Crは、その結晶状態が変化し、そのほと
んどが{110}配向のものになる。
【0012】次に、得られたCr薄膜に対し、通常のパ
ターニング技術を用い、所定の部分を除去し、ゲート電
極12のパターンを形成する(図1(a))。
【0013】このようにして、ゲート電極12が形成さ
れた場合には、この上に、SiO2膜およびSiN膜の
積層体からなるゲート絶縁層14を形成する(図1
(b))。そして、その上にアモルファスSi層(a−
Si)を積層形成し、これをアニールすることによっ
て、ポリSi層(Poly−Si)24を形成する(図
1(c))。
【0014】次に、注入ストッパ30をゲート電極12
の上方に形成した後、上方から不純物の注入を行い、ポ
リSi層24にゲート電極12上のチャネル領域、その
両側のソース、ドレイン領域を形成する。さらに、その
上にSiO2の絶縁層50を形成し、その絶縁層50の
ソース領域の上方をエッチングで除去して、ここにAl
からなるソース電極70を形成する(図1(d)、
(e))。
【0015】次に、平坦化膜52により、上部を覆い表
面を平坦化し、ドレイン領域の上方にコンタクトホール
を形成し、ドレイン領域と接続するとともに、平坦化膜
52の表面の画素部分に位置する透明電極60を形成す
る(図1(f))。なお、平坦化膜52はアクリル樹脂
などで形成し、また透明電極60はITOなど透明導電
材料を積層後、パターニングして形成する。
【0016】以上のようにして、基板10上にTFTお
よび画素電極が形成される。これら構成は、LCDの1
つの画素に対応するものであって、TFTLCDでは基
板10上に画素数分のTFTおよび画素電極がマトリク
ス上に形成される。そして、この上に液晶層を介し、コ
モン電極が形成されるため、TFTにより画素電極の電
位を制御することで、液晶への画素毎の電圧印加を制御
して表示が行われる。
【0017】ここで、このような液晶表示装置の使用に
おいて、TFTのオンオフのため、ゲート電極12に電
流が流れる。そして、この電流が流れる際の発熱やバッ
クライトの照射やその他各種の要因によって、ゲート電
極12は、かなりの高温下で動作することになる。ま
た、ゲート電極12は、薄膜で形成されている。そこ
で、ゲート電極12はその使用において、エレクトロマ
イグレーションを生じやすく、使用の継続に伴い、抵抗
値が増加しやすい。
【0018】しかし、本実施形態のゲート電極12は、
その形成の段階で、エキシマレーザを用いてエキシマレ
ーザアニールをしている。このようなエキシマレーザア
ニールを行うと、レーザはCr薄膜に効率よく吸収さ
れ、ここが非常に高温になる。そして、雰囲気はあまり
高温にならず、冷却速度が速い。このようなアニールに
より、Crの結晶構造が変化し、ほぼ全部{110}配
向のものになる。
【0019】すなわち、ガラス基板10上に単に積層形
成されたCr薄膜は、その結晶構造として、{11
0}、{200}、{211}配向のものが混在し、そ
のうち{110}配向の割合γは、0.5〜0.6程度
である。ここで、γは、{110}面からのX線回折強
度をI{110}、{200}面からのX線回折強度を
I{200}、{211}面からのX線回折強度をI
{211}としたときに、 γ=I{110}/[I{110}+I{200}+I
{211}] により、計算したものである。
【0020】そして、積層形成されたCr薄膜に対し、
エキシマレーザアニールを行うと、この{110}配向
の割合γが0.7〜1.0となり、{110}配向の割
合γが非常に大きくなる。そして、このように{11
0}配向がほとんど全部である薄膜においては、{11
0}配向の結晶径が十分な大きさに優先的に成長してお
り、結晶径の境界において発生しやすい、エレクトロマ
イグレーションを抑制できる。そこで、高温下で電流を
流しても、薄膜の抵抗値が上昇していくことを効果的に
防止できる。
【0021】これによって、画素駆動制御用のトランジ
スタ(TFT)のゲート電極における継続使用に伴う高
抵抗化が防止できる。そこで、使用の継続に伴うトラン
ジスタの動作特性が劣化することを防止することがで
き、高品位のLCD装置を得ることができる。このよう
な高品位のディスプレイは、例えば動作温度環境の厳し
い車載ナビゲーション装置用のディスプレイなどに特に
好適である。
【0022】なお、金属薄膜は、LCDのゲート配線
や、LCDパネルにドライバを内蔵した場合にはそのド
ライバ部のゲート電極としても利用されるため、このゲ
ート電極でも高抵抗化が防止できる。
【0023】図2に、使用の継続に伴う抵抗値の変化を
示してある。このように、レーザアニールを行っていな
いゲート電極12においては、200時間程度の使用か
ら抵抗値の増加がみられ、1500時間の使用では、4
割程度、抵抗値が増加している。一方、本実施形態のゲ
ート電極では、2000時間の使用によっても抵抗値の
増加はみられない。これより、本実施形態のゲート電極
は、継続使用による抵抗値の増加が抑制されていること
がわかる。なお、このデータは、幅3μm、長さ10c
m、厚さ100nmのCr薄膜について行ったものであ
る。なお、このエキシマレーザアニールは、E−met
er値1.8mJのエネルギーで行った。
【0024】また、図3には、エキシマレーザアニール
を行った金属薄膜のサンプルについてのX線回折試験の
結果である。このように、図におけるブラッグ角44°
近辺に大きな{110}面のピークがある。このサンプ
ルにおける各配向面における反射の強度は、 I{110}=690、I{200}=48、I{21
1}=51 であった。
【0025】さらに、図4には、エキシマレーザアニー
ルを行う前の金属薄膜サンプルについてのX線回折試験
の結果を示してある。この場合の各配向面における反射
強度は、 I{110}=324、I{200}=70、I{21
1}=67 である。
【0026】これより、エキシマレーザアニールによ
り、{110}配向性の強いCr薄膜が得られることが
理解される。
【0027】「その他」上述の実施形態においては、金
属薄膜を構成する材料としてCrについてのみ説明した
が、他の金属(例えば、Ta、Alなど)においてもア
ニールによって、配向がそろう傾向があり、本発明が適
用可能である。また、液晶表示装置以外の半導体集積回
路などの金属配線にも好適に適用できる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属薄膜をレーザアニールする。このため、金属薄膜に
おける電流流通に起因するエレクトロマイグレーション
の発生を抑制でき、高抵抗化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態に係る金属薄膜の製造方法を説明す
る図である。
【図2】 抵抗変化率の経時変化を示す図である。
【図3】 エキシマレーザアニールを行った金属薄膜の
サンプルについてのX線回折試験の結果を示す図であ
る。
【図4】 エキシマレーザアニールを行う前の金属薄膜
サンプルについてのX線回折試験の結果を示す図であ
る。
【符号の説明】
10 ガラス基板、12 ゲート電極、14 ゲート絶
縁層、24 ポリSi層、30 注入ストッパ、50
絶縁層、52 平坦化膜、60 透明電極、70 ソー
ス電極。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属薄膜の成膜後、前記金属薄膜をレー
    ザを用いてアニール処理することを特徴とする金属薄膜
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 透明基板上にゲート電極となる金属薄膜
    を形成し、 形成された金属薄膜に対しレーザ光を用いてアニール処
    理し、 その後ゲート電極のパターン形成を行い、その上方に薄
    膜トランジスタの能動領域を形成す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】 金属薄膜を用いた半導体装置であって、 前記金属薄膜は、成膜後のアニール処理により金属結晶
    の最密稠密面の配向性が強められたものであることを特
    徴とする金属薄膜を用いた半導体装置。
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