JPS62119974A - 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、大面積のアクティブ・マトリンクツ液晶ディ
スプレイ等に応用される薄膜トランジスタの製造方法に
関するものであり、特に、ガラス下 の歪点温度以）の低温プ？セスで形成される薄膜トラン
ジスタの高性能化を図るようにしたものである。

〈従来の技術〉 近年、液晶ディスプレイの大面積化が進んでおり、その
駆動方式も従来の時分割方式からアクティブ・マトリッ
クス方式に移りつつある。この方式では敵方を超える画
素を有する液晶ディスプレイが可能であるが、各画素毎
にスイッチング・トランシフタを形成する必要がある。

一方、表示能力の高いツィヌティッド・ネマティック・
モードが使えること、及びカラー化するための透過型が
可能なこと々どから、ディスプレイ基板には、ガラスや
石英などの透明基板が使われている。特に、大面積化を
進める際には、安価なガラス基板が好ましく、アクティ
ブ・マトリックヌ方式の液晶ディスプレイ等にあっては
、このガラス基板上に薄膜トランジスタを形成すること
が必要となる。

薄膜トランシフタの活性層としては、通常、アモルファ
ス・シリコンや多結晶シリコンが用いられるが、駆動回
路までも薄膜トランジスタで形成しようとする場合には
、動作速度の大きい多結晶シリコンが有望となる。

多結晶シリコン薄膜トランシフタのゲート絶縁膜には、
従来、１０００℃前後での熱酸化膜が使われており、従
って、基板材料には、耐熱性に優れた溶融石英が使われ
ている。しかし、大面積化に伴い、ガラス基板を使用す
るにあたっては、ガラスの歪点温度が５５０〜６００℃
であるために従来の熱酸化法は使えない。そこで、より
低温での絶縁膜形成法であるＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法、プラズマ陽極酸化法などを用いること
になる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、現状では、上記した方法によ多形成した絶縁膜
、及びその界面の特性は熱酸化膜に較べて非常に劣って
おシ、動作特性の優れたトランジスタの形成が困難とな
っている。

低温で形成したこれらの絶縁膜に熱処理を施すことによ
って、特性の改善が期待される。実際に、９００〜１０
００℃の窒素雰囲気中アニールによって、熱酸化膜に近
い特性のものが得られている。

しかし、この熱処理は高温処理であるため、ガラ７基板
上での薄膜トランジスタ形成には使えない。また６００
℃以下の熱処理では、充分な特性の向上が得られない等
の問題点がある。

従って、絶縁膜と活性層の界面近傍のみに局所的にエネ
ルギーを与え、かつ、下地ガラス基板の過熱を回避でき
るような、局所的な熱処理法の開発が重要となる。

大発明は上記の点に鑑みて創案されたものであり、安価
で大面積化が容易なガラス基板が利用できる低温プロセ
スによる高性能薄膜トランジスタの形成方法を提供する
ことを目的としたものであり、特に、多結晶シリコンを
活性層とするＭＩＳ型電界効果トランジスタにおいて、
良好な特性を有する界面を形成する方法を提供すること
を目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明は、少なくとも表面
が絶縁物質である基板の一主面上に形成された活性層に
ＭＩＳ型電界効果トランジスタを形成する薄膜トランジ
スタの製造方法において、少なくとも上記のＭＩＳ型電
界効果トランジヌタのゲート絶縁膜形成後に、トランジ
スタ領域の全部、または一部にレーザ光を照射する工程
を含むように構成している。

〈作　用〉 大発明は、活性層である例えば多結晶シリコン上に堆積
した絶縁膜に、エキシマレーザ等のレーザ光を短時間照
射し、下地ガラス基板等の絶縁基板を過熱変形させるこ
となしに、活性層（多結晶シリコン）と絶縁膜との界面
の特性を向上させるようにしだものである。

ガラス基板上の多結晶シリコン薄膜の上に堆積した絶縁
膜にエキシマレーザを用いてパルス状の紫外光を照射す
ると、この紫外光の大部分は絶縁膜を透過し、多結晶シ
リコン層に吸収される。これは、レーザ光の波長（１９
３（ＡｒＦ　）〜３５１（ＸｅＦ）ｎｍ）に対する吸収
係数が、シリコン酸化物などでは小さく、シリコンでは
大きいためである。また、波長が短い紫外光を用いてい
るため、レーザ光は多結晶シリコン内の深くまでは侵入
せず、界面近傍のみを加熱することになる。また、界面
近傍からの熱伝導によって、多結晶シリコン活性層及び
絶縁膜もアニールされることになる。

従っテ、短詩ｆｆｆｌのエキシマ・レーザ・アニールは
、多結晶シリコンと絶縁膜の界面に高温アニールと同等
な効果を与えて界面特性を向上させるとともに、多結晶
シリコン活性層及び絶縁膜の膜質も向上させ、かつ、下
地ガラス基板への熱的影響は比較的小さく抑えられるこ
とになり、大変有効な熱処理法である。

〈実施例〉 未発明は、低温プロセスにおいて、特性の良好な薄膜ト
ランジスタの製造方法を提供することを目的としている
が、本発明の効果を明確に示すために、まず、本発明に
係るレーザ光照射処理をしてＭＯＳキャパシタを作製し
、評価を行なった。

第１図（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ本発明に係るレーザ光
照射処理をしてＭＯＳキャパシタを作製する工程を示す
素子断面図である。

まず、有機洗浄及び酸洗浄したパイレックス・ガラス基
板１上に、真空蒸着法により、多結晶シリコン薄膜２を
蒸着した。多結晶シリコン薄膜の形成は、基板温度５０
０℃、真空度３　Ｘ　Ｉ　Ｆ５Ｐａ。

成膜速度ＬＡ／ｓｅｅの条件で行ない、膜厚は１０００
Ａであった。この多結晶シリコン薄膜２上に、イオン注
入時の汚染防止用に膜厚２５００Ａのシリコン酸化膜３
を常圧ＣＶＤ法で堆積した後、ボロン・イオン（ＪＩＢ
　＋　）を１００　ｋｅＶで１×１０′４個層注入し、
ポロン活性化のために、窒素雰囲気中５００℃で１時間
アニールした（第１図（ａ）参照）。

これによって、多結晶シリコン層２は、測定に支障のな
い抵抗率（〜１０Ωｃｍ）となった。次に、第１図（ｂ
）に示すように酸化シリコン膜３を除去した後、多結晶
ンリコン層２を円形にパターニングした。

次いで、第１図（ｃ）に示すように常圧ＣＶＤ法ニヨリ
、４２０℃でシリコン酸化膜４を１５００λ堆積し、３
Ｘ１０”−’Ｐａの真空中、Ｘｅ（Ｊ’エキシマレーザ
でパルス状の紫外光（波長３０８　ｎｍ　＋パルス幅１
８ｎｓｅｃ　、出力２００ｍＪ／ｄ　）　ｋ２００パル
ス照射した。

次いで、第１図（ｄ）に示すように酸化膜４をリング状
に除去し、その後スパッタ法でＡ６　Ｓ　ｉを５ｏｏｏ
ｉ蒸着して第１図（ｅ）に示すように円型電極（０，８
１１φ）５．ガードリング６、リング状電極７をパター
ン形成した。最後に、水素雰囲気中４４０℃で３０分間
熱処理を行ない１、ＭＯＳキャパシタを完成した。

また、比較のために、酸化膜の後処理に関して、ＸｅＣ
βエキシマ・レーザを照射していない試料、及びレーザ
照射の代わりに窒素雰囲気中５５０℃及び９５０℃で１
時間アニールした試料も作製した。ただし９５０℃のア
ニ−）ｖを施した試料の基板はパイレックス・ガラスで
はなく、ｐ型シリコン基板を乾燥酸素雰囲気中９５０℃
で熱酸化（膜厚８００Ａ）したものを用いた。

以上のようにして作製したＭＯＳキャパシタのＣ−■特
性ｆ：ｆｊｌｌｌ定し、固定電荷密度、界面準位密度を
評価した。結果を以下の表に示す。

表 ■ 口 上記の表からも明らかなように、エキシマ・レーザ照射
によって、ガラス基板には変形などの悪影響は現われず
、界面特性には、９５０℃アニールとほぼ同等の効果が
得られた。これは、レーザ光のほとんどが、吸収係数の
大きい多結晶シリコン層の界面付近で吸収されるため、
界面近傍は９５０℃アニールと同程度まで局所的にアニ
ールされるが、熱拡散によってガラス基板の温度上昇は
比較的小さくなり、基板温度がその歪点以下に抑えられ
ていることによる。つｚ”−全体をアニールする通常の
方法では、ガラスの歪点温度である５５０〜６００℃程
度までしか加熱できないため、表に示されるように大幅
な改善が得られ々いが、エキシマ・レーザによる短時間
局所的アニールを利用すれば、低温プロセスでも、高温
プロセスに匹敵する界面特性の改善が可能となる６次に
、本発明に基づく多結晶シリコン薄膜トランジスタの作
製例について、第２図（ａ）〜（ｆ）を参照して述べる
。

第２図（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ本発明の一実施例とし
ての多結晶シリコン薄膜トランジスタの作製の各プロセ
スにおける素子断面を示す図である。

本発明を実施するに当シ、少なくとも表面が絶゛縁物質
である基板としてパイレックヌ・ガラス基板１１を用い
、第２図（ａ）に示すように、まず、有機洗浄及び酸洗
浄したパイレックヌ・ガラス基板１１上に、前述の真空
蒸着法により１００ＯＡの多結晶シリコン薄膜１２を蒸
着し、活性層部をパターニングして形成した。次いで、
第２図（ｂ）に示すように常圧ＣＶＤ法によシ、４２０
℃でゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜１３を１５０Ｏ
Ａ堆積し、前述の条件で、ＸｅＣｌエキシマ・レージこ ザを照射した。鬼に、第２図（ｃ）に示すように前述の
真空蒸着法により、多結晶シリコン１４を５０ＯＡ堆積
し、続いてその上にスパッタ法によシＡｊ？Ｓｉ膜１５
を５００ＯＡ堆積した後、フォトリングラフイーによシ
ゲート電極を形成した。次に第２図（ｄ）に示すように
、イオン注入時の汚染防止用に常圧ＣＶＤ法により、シ
リコン酸化膜１６を５０ＯＡ形成した後、ポロンイオン
（”Ｂ”）を７０　ｋｅＶで３　Ｘ　１０”個膚注入し
、更に、圧力１００Ｐａの水素プラズマ中４００℃で１
時間プラズマ処理を施した。前記シリコン酸化膜１６の
表面を２０ＯＡエツチングした後、層間絶縁膜となるシ
リコン酸化膜１７を常圧ＣＶＤ法で５００ＯＡ堆積し、
更にボロン活性化のために窒素雰囲気中５００℃で１時
間アニーｙｖｆ行なった。次に、第２１１ｆｆｉ（ｅ）
に示すように、ソース及びドレイン部のコンタクト・ホ
ール１８．１９を開口し、スパッタ法でＡＪＳｉを５０
０ＯＡ堆積した後、第２図（ｆ）に示すようにソース電
極２０及びドレイン電極２１を形成した。最後に水素雰
囲気中４４０℃で３０分間アニー／Ｉ／を行ない薄膜ト
ランジスタを完成した。

また、上記実施例との比較のため、同時に、ゲ−１［！
ｌ＆膜形成後のエキシマ・レーザ・アニールを施してい
ない薄膜トランジスタも作製した。他のプロセスは上と
同じである。

第３図は、これらの薄膜トランジスタのゲート電圧対ソ
ース電流特性を示したものであり、Ａはゲート絶縁膜形
成後、エキシマ・レーザを照射したものであり、Ｂは未
照射のものである。

なお、薄膜トランジスタのチャンネル長は４μｍ。

チャンネル幅は６μｍである。また、ソースに対するド
レインのバイアス電圧は一〇、８ｖである。

この第３図より、短時間局所的エキシマ・レーザ・アニ
ールによって、トランジスタ特性が向上していることが
解る。

以上のように、このエキシマ・レーザ・アニールを多結
晶シリコン薄膜トランジスタのプロセスに採用すること
により、ガラス基板上での低温プロセスに於いても、特
性の良好なトランジスタが形成可能となった。

なお、上記実施例では、ゲート絶縁膜として、常圧ＣＶ
Ｄ法によるシリコン酸化膜を用いたが、本発明はこれに
限らず、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣｖＤ
法、光ＣＶＤ法、スパッタ蒸着法などで形成されたシリ
コン酸化物、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜などを
用いても良い。

また、照射するレーザも、ＸｅＣｌエキシマ・レーザに
限らず、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＦなどのエキシマレーザ
を使用しても良い。またレーザ照射は真空中で行なった
が、酸素或いは水素雰囲気中での照射も同様の効果が得
られる。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、ガラス基板等の表面が
絶縁物質である基板上の薄膜トランジスタ形成に於いて
、ゲート絶縁膜にエキシマ・レーザ等のレーザ光を照射
することにより、ガラス基板等を変形させることなく、
高温アニールと同等の効果を引き出すことができる。こ
れにより、安価なガラス基板等を用いたアクティブ・マ
トリックス・パネルの製造が可能となり、大面積薄型デ
ィスプレイなどへの応用が期待される。

【図面の簡単な説明】

＠１図（ａ）乃至（ｅ）はそれぞれ本発明に係るレーザ
光照射処理をしてＭＯＳキャパシタを作製する工程を示
す素子断面図、第２図（ａ）乃至（ｆ）はそれぞれ本発
明の一実施例としての多結晶シリコン薄膜トランジスタ
の作製の各プロセスにおける素子断面を示す図、第３図
は作製した多結晶シリコン薄膜トランシフタの特性を示
す図である。 １・・・パイレックス・ガラス基板、　　２・・多結晶
シリコン薄膜（活性層）、　３・・・常圧ＣＶＤシリコ
ン酸化膜（イングラ時汚染防止膜）、　４・・・常圧Ｃ
ＶＤシリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）、５・・・Ａ／Ｓ
ｉ（円型電極〕、　　６・・・Ａ＃Ｓｉ（ガードリング
）、７・・・Ａｌ５ｉ（リング状電極）、　１１・・・
パイレックス・ガラス基板、　１２・・・多結晶シリコ
ン薄膜（活性層）、　１３・・・常圧ＣＶＤシリコン酸
化膜（ゲート絶縁膜）、　　１４・・・多Ｍ晶シリコン
（ゲート電極）、　　１５・・・ＡＡ’Ｓｉ（ゲート電
極配線）、　　１６・・・常圧ＣＶＤシリコン酸化膜（
イングラ時汚染防止膜）、　１７・・・常圧ＣＶＤシリ
コン酸化膜（層間絶縁膜）、２０・・・ＡｄＳｉ（ソー
ス電極配線）、　　２１・・・Ａｇ５ｉ（ドレイン電極
配線）。 ｉ迄凋人　升埋十　　描　十　室　彦（他２作第２図 （Ａ） 一菊　−２：）　　　Ｏ（Ｖ） ゲート會Ｚ石辷 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも表面が絶縁物質である基板の一主面上に
   形成された活性層にＭＩＳ型電界効果トランジスタを形
   成する薄膜トランジスタの製造方法において、 少なくとも上記ＭＩＳ型電界効果トランジスタのゲート
   絶縁膜形成後に、トランジスタ領域の全部、又は、一部
   にレーザ光を照射する工程を含んでなることを特徴とす
   る薄膜トランジスタの製造方法。 ２、前記活性層が多結晶シリコンであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の薄膜トランジスタの製造
   方法。 ３、前記ゲート絶縁膜が、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法
   、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、スパッタ蒸着法のい
   ずれかの方法によつて形成されてなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の薄膜トランジスタの製造方
   法。 ４、前記ゲート絶縁膜に照射するレーザ光が、パルス状
   の紫外光レーザである、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、Ｘ
   ｅＦエキシマ・レーザのいずれかによるものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜トランジ
   スタの製造方法。