JP2007095989A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大粒径のシリコン結晶を簡便でエネルギー効率よく形成することができる工程を備えた薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に形成された非晶質シリコン膜の上に、成膜することによりその非晶質シリコン膜よりも対レーザー反射率が小さくなる低反射率膜をパターン状に形成する低反射率膜形成工程と、低反射率膜が形成された側からレーザーを照射して非晶質シリコン膜を結晶化する結晶化工程と、結晶化した多結晶シリコン膜の所定領域に所定のイオン種を注入して不純物拡散領域を形成する工程とを有する方法によって、薄膜トランジスタを製造する。低反射率膜の屈折率をｎ１とし、非晶質シリコン膜の屈折率をｎ２としたとき、レーザー波長において、ｎ１＜ｎ２の関係を満たすことが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に関し、更に詳しくは、大粒径のシリコン結晶を簡便で制御性よく形成することができる工程を備えた薄膜トランジスタの製造方法を提供する。

アクティブマトリクス駆動型の表示装置において、多結晶シリコン薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという。）は、個々の画素に設けられるスイッチング素子や、表示装置のディスプレイ基板上の周辺回路を構成する回路素子等として利用されている。アクティブマトリクス駆動型の表示装置の一つである液晶ディスプレイパネルは、携帯電話やＰＤＡなど、モバイルディスプレイ用途に使用されることが多く、近年、ガラス基板の代わりにプラスチック基板を用いるなど、さらなる軽量化や耐衝撃性を有するＴＦＴが望まれている。

こうしたアクティブマトリクス駆動型の表示装置に用いられる多結晶シリコンＴＦＴでは、多結晶シリコン膜におけるシリコンの結晶粒径が大きいほど電荷移動度が大きくなることから、大粒径のシリコン結晶作製手法の開発が盛んに行なわれている。特にレーザーを非晶質シリコン膜に照射して大粒径の多結晶シリコン膜に変化させる方法は、基板全体を高温にする必要がなく、大画面のガラス基板やプラスチック基板上への多結晶シリコンＴＦＴの低温形成方法として好ましく、現在まで種々の方法が提案されている。

例えば、下記特許文献１では、照射領域に周期的な明暗のパターンを投影可能なようにレーザーの強度を光学変調して照射し、その明暗のパターンに応じた温度勾配を利用して結晶化の方向を制御する方法が提案されている。また、特許文献２では、ラインパターンが形成されたマスクを用い、ＸＹＺチルトステージの動作により基板を連続して移動させながら、そのマスクを通してパルスレーザーを非晶質シリコン膜上に照射することにより、大粒径の多結晶シリコンＴＦＴを形成する方法が提案されている。

また、特許文献３では、非晶質シリコン膜上に絶縁性薄膜をパターン状に形成し、その上からレーザーを照射して、結晶粒の大きな多結晶シリコンＴＦＴを形成する方法が提案されている。詳しくは、先ず、半導体層として用いる領域では非晶質シリコン膜に直接レーザーを照射し、その他の領域では非晶質シリコン膜上に絶縁性薄膜（窒化シリコン）を形成し、その絶縁性薄膜を介してレーザーを照射する。これにより、絶縁性薄膜の下側にある非晶質シリコン膜に到達するレーザーのエネルギーは、レーザーが直接照射される非晶質シリコン膜におけるレーザーのエネルギーよりも弱くなり、直接レーザーを照射した非晶質シリコン膜は完全に溶融し、絶縁性薄膜下の非晶質シリコン膜は完全に溶融しない状態となる。その後、不完全な溶融状態の非晶質シリコン膜は完全に溶融した非晶質シリコン膜よりも早く固化するので、完全に溶融した非晶質シリコン膜は、溶融状態の異なる境界から固化が始まり中心へと進んでいく。これにより、結晶粒の方向と大きさが制御された均一な多結晶シリコン膜が形成される。
特開２０００−３０６８５９号公報 特開２００２−３２４７５９号公報 特開２００３−２５７８５６号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の方法は、照射するレーザー光に対して高度な制御装置を使用しなければならないという難点がある。また、特許文献３に記載の方法は、非晶質シリコン膜に到達するレーザーのエネルギー差を利用して溶融状態の異なる領域を形成し、その溶融状態の異なる境界を基点として結晶成長させる方法であるが、非晶質シリコン膜に到達するレーザーのエネルギー差を生じさせるためには、窒化シリコン膜の組成を厳密に制御して窒化シリコン膜のレーザー光の吸収係数を制御する必要があるという難点がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、大粒径のシリコン結晶を簡便でエネルギー効率よく形成することができる工程を備えた薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行っている過程で、非晶質シリコン膜上にＳｉＯ_２膜をパターン状に形成した後にレーザー照射したところ、ＳｉＯ_２膜パターンの境界線からパターン内方に向かって大きな粒径で結晶が成長することを見出し、更に研究を重ねて本発明を完成させた。

すなわち、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に形成された非晶質シリコン膜の上に、成膜することにより当該非晶質シリコン膜よりも対レーザー反射率が小さくなる低反射率膜をパターン状に形成する低反射率膜形成工程と、前記低反射率膜が形成された側からレーザーを照射して前記非晶質シリコン膜を結晶化する結晶化工程と、を少なくとも有することを特徴とする。

この発明によれば、非晶質シリコン膜上に成膜することによりその非晶質シリコン膜よりも対レーザー反射率が小さくなる低反射率膜をパターン状に形成する低反射率膜形成工程を有するので、その後の工程で、低反射率膜が形成された側からレーザーを照射することにより、レーザーを吸収し易い低反射率膜の下に形成された非晶質シリコン膜は容易に溶融し、低反射率膜が形成されていない非晶質シリコン膜は容易に溶解しない。その結果、低反射率膜が形成されていない領域の非晶質シリコン膜と、低反射率膜が形成された領域の非晶質シリコン膜との境界部分に温度勾配が生じるので、その境界部分から、低反射率膜が形成された領域の内方に向かって結晶成長するように大粒径のシリコン結晶を形成することができる。本発明における低反射率膜は、非晶質シリコン膜上に成膜することにより、干渉効果によって、非晶質シリコン膜よりも対レーザー反射率が小さくなる膜である。したがって、この発明は、上記特許文献３に記載の従来例とは異なり、レーザーのエネルギーを極力小さくすることができるので、大粒径のシリコン結晶を簡便でエネルギー効率よく形成することができる。

本発明の薄膜トランジスタの製造方法において、前記低反射率膜の屈折率をｎ１とし、前記非晶質シリコン膜の屈折率をｎ２としたとき、前記レーザー波長において、ｎ１＜ｎ２の関係を満たすことを特徴とする。

この発明によれば、低反射率膜の屈折率をｎ１とし、非晶質シリコン膜の屈折率をｎ２としたとき、レーザー波長において、ｎ１＜ｎ２の関係を満たすので、低反射率膜が形成されていない非晶質シリコン膜よりも、低反射率膜が形成された非晶質シリコン膜のレーザーエネルギーの吸収率を向上させることができる。その結果、レーザーのエネルギーを極力小さくした条件で、大粒径のシリコン結晶を簡便に形成することができる。

本発明の薄膜トランジスタの製造方法において、前記低反射率膜が、厚さ１０５ｎｍ以下の酸化シリコン膜又は厚さ８０ｎｍ以下の窒化シリコン膜であることが好ましい。

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記低反射率膜形成工程において、前記低反射率膜をチャネル層になる領域に形成することを特徴とする。

この発明によれば、低反射率膜の下の非晶質シリコン膜は大粒径のシリコン結晶になり、そのシリコン結晶がチャネル層になるので、電荷移動度に優れたＴＦＴを製造することができる。

以上説明したように、本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、レーザーを吸収し易い低反射率膜の下に形成された非晶質シリコン膜は容易に溶融し、低反射率膜が形成されていない非晶質シリコン膜は容易に溶解しないので、低反射率膜が形成されていない領域の非晶質シリコン膜と、低反射率膜が形成された領域の非晶質シリコン膜との境界部分に温度勾配が生じ、その境界部分から、低反射率膜が形成された領域の内方に向かって結晶成長するように大粒径のシリコン結晶を形成することができる。その結果、レーザーのエネルギーを極力小さくすることができるので、大粒径のシリコン結晶を簡便でエネルギー効率よく形成することができる。

なお、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、レーザーエネルギーを最小限にして照射できるので、例えばフレキシブルなプラスチック基板を使用したい場合のように、できるだけ低温で製造したい場合に特に好ましく適用でき、例えば有機ＥＬ素子や液晶表示素子等と組み合わせることにより、フレキシブルなディスプレイを設計することが可能となる。

以下、本発明の薄膜トランジスタの製造方法について詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の薄膜トランジスタの製造工程のフローを示す説明図であり、図３は、大粒径の多結晶シリコンの形態の一例を示す模式平面図である。また、図４は、本発明により製造された薄膜トランジスタの一例を示す模式断面図である。なお、本発明は図面の形態や以下の実施形態に限定されるものではない。

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に形成された非晶質シリコン膜の上に、成膜することによりその非晶質シリコン膜よりも対レーザー反射率が小さくなる低反射率膜をパターン状に形成する低反射率膜形成工程と、低反射率膜が形成された側からレーザーを照射して非晶質シリコン膜を結晶化する結晶化工程とを少なくとも有している。

本発明の製造方法で得られる発明の薄膜トランジスタは、基板上に形成されたチャネル層として、大粒径の多結晶シリコン膜を有するものであって、例えば、アクティブマトリックス駆動型の表示装置を構成するディスプレイパネルに利用可能なものである。より詳しくは、本発明の製造方法で得られる薄膜トランジスタ１０は、図４に示すように、基板１１と、基板１１上に形成された熱緩衝膜１２と、熱緩衝膜１２上に形成された多結晶シリコン膜１３（ソース側拡散層１３ｓ、チャネル層１３ｃ及びドレイン側拡散層１３ｄ）と、その多結晶シリコン膜１３上に形成されたゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４上に、又はゲート絶縁膜のコンタクトホールを介して形成された電極１５（ソース電極１５ｓ、ゲート電極１５ｇ及びドレイン電極１５ｄ）とを有している。

以下においては、図４に示すＴＦＴの構造形態を例にして、図１及び図２に基づいた製造工程順に説明するが、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、図示の例に限定されず、少なくとも、低反射率膜形成工程と、結晶化工程とを少なくとも有するものであれば、他の工程を任意に有するものであってもよい。

先ず、図１（Ａ）に示すように、準備された基板１１上に熱緩衝膜又はバッファ層として機能する下地層１２を必要に応じて形成する。基板１１は、薄膜トランジスタの回路基板をなすものであり、例えば、ガラス基板やプラスチック基板を挙げることができる。ガラス基板は各種の公知のものを用いることができる。また、フレキシブルなプラスチック基板は、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリノルボルネン系樹脂、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、又は熱可塑性ポリイミド等からなる有機基材、又はそれらの複合基材からなるものを挙げることができ、特に、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる基板を好ましく挙げることができる。基板１１の厚さは特に限定されないが、ガラス基板の場合は通常０．１〜３．０ｍｍ程度であり、プラスチック基板の場合は通常５μｍ〜３００μｍ程度の薄いフレキシブルなフィルム状のものも使用することができる。

下地層１２は、熱緩衝膜又はバッファ層として機能する層であり、基板１１上に必要に応じて形成される。熱緩衝膜としての下地層１２は、特に耐熱性の低い基板上に形成した非晶質シリコン膜を結晶化させる際に、その基板に加わる熱を緩衝することが必要とされる場合に好ましく設けられる。一方、バッファ層としての下地層１２は、その上に形成される非晶質シリコン膜に不純物イオンが拡散するのを防ぐことが必要とされる場合に好ましく設けられる。

熱緩衝膜を形成する材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、又は、酸窒化シリコン等を挙げることができるが、必ずしもこれらには限定されない。熱緩衝膜の形成には、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等の各種の方法で形成することができるが、実際には、層を構成する材質に応じた好ましい方法が採用される。通常は、ＤＣスパッタリング法やＲＦマグネトロンスパッタリング法等が好ましく用いられる。熱緩衝膜の厚さは、熱緩衝膜を構成する材料の種類（比熱、比重、熱伝導率）に応じて設定することができる。こうした関係に基づいて形成された熱緩衝膜は、後述するレーザー照射の際の熱が基板１１に伝わるのを緩衝するように作用する

また、バッファ層は、ＴＦＴが形成される領域には少なくとも形成されている必要があるが、それ以外の領域には形成されていてもいなくてもよく、基板１１上の全面に形成されていてもよい。バッファ層は、通常、酸化シリコンで形成される。バッファ層の厚さは、通常１００〜３０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、その形成には、酸素雰囲気中でシリコンをスパッタするＲＦマグネトロンスパッタリング法や、プラズマＣＶＤ法等の方法で形成することができる。

次に、図１（Ｂ）に示すように、下地層１２上にノンドープの非晶質シリコン膜２１ａを形成する。この非晶質シリコン膜２１ａは、ＲＦマグネトロンスパッタリング法やＣＶＤ法等の各種の方法で成膜可能である。例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法で非晶質シリコン膜を成膜する場合には、例えば、成膜温度：室温、成膜圧力：１．０Ｐａ、ガス：アルゴン、の成膜条件で例えば５０ｎｍの厚さで成膜できる。なお、ＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を成膜する場合も２５℃程度の成膜温度で成膜可能であるが、原料ガスとしてＳｉＨ_４が使用されるので、出成膜後に約４００℃の脱水素処理（真空中で１時間程度）が必要となる。上記の下地層１２（熱緩衝膜やバッファ層）は、この脱水素処理時に生じる熱に対しても効果があり、基板１１から非晶質シリコン膜２１ａが剥離するのを防ぐことができる。

次に、図１（Ｃ）に示すように、非晶質シリコン膜２１ａの上に、成膜することによりその非晶質シリコン膜２１ａよりも対レーザー反射率が小さくなる低反射率膜２２をパターン状に形成する。この低反射率膜２２は、非晶質シリコン膜２１ａ上に成膜することにより、干渉効果によって、非晶質シリコン膜２１ａよりも対レーザー反射率が小さくなる膜である。低反射率膜２２としては、レーザーに対して透明な酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等が好ましく用いられる。こうした低反射率膜２２をパターン状に形成した後にレーザー照射すると、レーザーを吸収し易い低反射率膜２２の下に形成された非晶質シリコン膜２１ａは容易に溶融し、低反射率膜２２が形成されていない非晶質シリコン膜２１ａは容易に溶解せず、その結果、低反射率膜が形成されていない領域の非晶質シリコン膜２１ａと、低反射率膜２２が形成された領域の非晶質シリコン膜２１ａとの境界部分３１に温度勾配が生じるので、その境界部分３１から、低反射率膜２２が形成された領域の内方に向かって結晶成長するように大粒径の多結晶シリコン２１ｐ’を形成することができる。

例えば、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーに対しては、酸化シリコン膜は透明であるが、非晶質シリコン膜２１上に酸化シリコン膜を積層することでその積層体は非晶質シリコン膜２１ａの反射率である６５％よりも低い反射率を示す。また、低反射率膜２２として窒化シリコン膜を適用した場合も同様に、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーに対し、窒化シリコン膜は透明であるが、非晶質シリコン膜２１上に窒化シリコン膜を積層することでその積層体は非晶質シリコン膜２１ａの反射率である６５％よりも低い反射率を示す。非晶質シリコン膜２１ａ上に酸化シリコン膜又は窒化シリコンを形成することにより、ＸｅＣｌエキシマレーザーのエネルギーは非晶質シリコン膜２１ａにより多く吸収される。なお、対レーザー反射率の測定は、例えば、分光測定装置により測定することができる。

低反射率膜２２の形成には、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等の各種の方法で形成することができるが、実際には、層を構成する材質に応じた好ましい方法が採用される。通常は、ＤＣスパッタリング法やＲＦマグネトロンスパッタリング法等が好ましく用いられる。

低反射率膜２２の厚さは、酸化シリコン膜の場合１０５ｎｍ、窒化シリコン膜の場合８０ｎｍ以下であることが好ましく、特にレーザーの１／４波長の厚さにすれば、干渉効果により反射成分を一層抑制することができる。例えば、結晶化のためのレーザーとして波長３０８ｎｍのＸｅＣｌレーザーを用いた場合、１／４波長の厚さとして、酸化シリコン膜の場合で５２ｎｍ、窒化シリコン膜の場合で４０ｎｍの厚さとすることが好ましい。なお、低反射率膜２２の厚さの下限値は特に限定されないが、形成される膜の連続性の観点からは、酸化シリコン膜の場合は５ｎｍであり、窒化シリコン膜の場合は５ｎｍであることが好ましい。

本発明において、低反射率膜２２の屈折率をｎ１とし、非晶質シリコン膜２１ａの屈折率をｎ２としたとき、照射するレーザー波長において、ｎ１＜ｎ２の関係を満たすことが好ましい。こうした低反射率膜２２は、低反射率膜２２が形成されていない非晶質シリコン膜２１ａよりも、低反射率膜２２が形成された非晶質シリコン膜２１ａのレーザーエネルギーの吸収率を向上させることができるので、レーザーのエネルギーを極力小さくした条件で、大粒径のシリコン結晶を簡便に形成することができる。なお、照射するレーザー波長における屈折率の測定は、例えば、分光エリプソメトリーという方法により測定することができる。通常、非晶質シリコン膜２１ａの屈折率ｎ２は５．０７程度であり、低反射率膜２２である酸化シリコン膜の屈折率ｎ１は１．４６程度であり、低反射率膜２２である窒化シリコン膜の屈折率ｎ１は１．９５程度である。

低反射率膜２２はパターン状に形成される。具体的には、チャネル層になる領域Ｒと同じ寸法又はチャネル層になる領域Ｒよりも大きな寸法で低反射率膜２２を形成することが好ましい。低反射率膜２２で覆われた非晶質シリコン膜２１ａは、その後のレーザー照射により大粒径の多結晶シリコン２１ｐ’に結晶成長する（図３を参照）ので、チャネル層として好ましい電荷移動度の高い領域Ｒとなる。その結果、電荷移動度に優れたＴＦＴを製造することができる。パターン形状は、素子パターンにより種々の形態が考えられるので特に限定されないが、通常、チャネル層になる領域Ｒと同じ領域に形成される。

次に、図１（Ｄ）に示すように、レーザー照射２３を行って非晶質シリコン膜２１ａを結晶化して低抵抗の多結晶シリコン膜２１ｐに変化させる。レーザー照射２３は、非晶質シリコン膜２１ａを結晶化させて多結晶シリコン膜２１ｐにする結晶化手段であり、ＸｅＣｌエキシマレーザー、ＣＷ（Continuous Wave）レーザー等の種々のレーザーで行うことができる。例えば、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーを用いて結晶化を行う場合には、一例として、パルス幅：３０nsec、エネルギー密度：１００〜３００ｍＪ／ｃｍ^２、室温の条件下で行うことができる。なお、上記の下地層１２は、この工程で加わるレーザーアニールの熱に対して顕著に効果があり、このレーザー照射の熱に基づいて基板１１から多結晶シリコン膜２１ｐが剥離するのを防ぐことができる。

この結晶化工程においては、図３（Ａ）に示すように、レーザー照射２により、レーザーを吸収し易い低反射率膜２２の下に形成された非晶質シリコン膜２１ａは容易に溶融し、低反射率膜２２が形成されていない非晶質シリコン膜２１ａは容易に溶解せず、その結果、低反射率膜が形成されていない非晶質シリコン膜２１ａと、低反射率膜２２が形成された非晶質シリコン膜２１ａとの境界部分３１に図３（Ｂ）に示すような温度勾配が生じるので、図３（Ａ）に示すように、その境界部分３１から、低反射率膜２２が形成された領域の内方に向かって結晶成長するように大粒径の多結晶シリコン２１ｐ’を形成することができる。

次に、図１（Ｅ）に示すように、多結晶シリコン膜２１ｐ上にレジスト膜２４を形成し、その後レジスト膜２４をパターニングする。レジスト膜２４は、例えばポジ型フォトレジスト等が好ましく用いられる。レジスト膜２４は、レジストをスピンナー等の手段で全面に塗布・硬化させて形成される。レジスト膜をパターニングした後、図１（Ｅ）に示すようにイオン注入２５を行う。イオン注入２５は、例えば、リン（Ｐ）を注入電圧：６０ｋｅＶ、室温下で、２×１０^１５／ｃｍ^２のドープレベルとなるように注入される。こうしたイオン注入により多結晶シリコン膜２１ｐにソース側拡散層１３ｓ及びドレイン側拡散層１３ｄが形成される。一方、両層１３ｓ，１３ｄの間には、上記のようにして得られた大粒径の多結晶シリコン２１ｐ’からなるチャネル層１３ｃが形成される

なお、低反射率膜２２は、レジスト膜２４の形成前に除去してもよいし、イオン注入２５後に除去してもよいし、また、後述するアイランド形成後に除去してもよい。

次に、図１（Ｆ）に示すように、形成されたソース側拡散層１３ｓ及びドレイン側拡散層１３ｄにエネルギービーム２６を照射して両層１３ｓ，１３ｄを活性化する。エネルギービーム２６としては、上記と同様のＸｅＣｌエキシマレーザーを用いることができ、一例として、パルス幅：３０nsec、エネルギー密度：１００〜２５０ｍＪ／ｃｍ^２、室温の条件下で行うことができる。

図示しないが、この活性化処理の後には、通常、レジスト膜２４を除去した後に、多結晶シリコン膜の欠陥を低減処理するための酸素プラズマ処理が施される。酸素プラズマ処理は、一例として、ＲＦ１００Ｗ、１Ｔｏｒｒ、１５０℃の条件下で行われ、その後においては、１２０℃の条件下での乾燥処理が施される。

次に、図２（Ｇ）に示すように、ドライエッチングを施してアイランドを形成する。エッチングガスとしては、ＳＦ_６等を用いることができる。

次に、図２（Ｈ）に示すように、ソース側拡散層１３ｓ、チャネル層１３ｃ及びドレイン側拡散層１３ｄを含む全面にゲート絶縁膜１４を形成する。ゲート絶縁膜１４の形成方法は、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、８インチのＳｉＯ_２ターゲットに投入電力：１．０ｋＷ（＝３Ｗ／ｃｍ^２）、圧力：１．０Ｐａ、ガス：アルゴン＋Ｏ_２（５０％）の成膜条件で厚さ約１００ｎｍの酸化シリコンを形成することができる。

次に、図２（Ｉ）に示すように、ソース側拡散層１３ｓ及びドレイン側拡散層１３ｄ上のゲート絶縁膜１４をマスクを用いて選択的にエッチングすることにより、コンタクトホール２７，２７を形成する。このときのエッチングとしては、例えば２％ＨＦ溶液を用いたウエットエッチングを適用できる。

次に、図２（Ｊ）に示すように、全面に例えば厚さ２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜を蒸着した後、ウエットエッチングによりパターニングして、ソース電極１５ｓ、ドレイン電極１５ｄ及びゲート電極１５ｇを形成する。なお、電極材料は、Ｃｕ、その他の導電性材料であってもよく、スパッタリング等の他の成膜プロセスにより形成してもよい。

次に、図２（Ｋ）に示すように、素子全体を覆うように保護層２８を形成する。保護層２８としては、酸化シリコンを好ましく挙げることができる。保護層２８は、例えばＲＦマグネトロンスパッタリングにより、約２０ｎｍ程度の厚さで形成することが好ましい。

最後に、図２（Ｌ）に示すように、水素プラズマ２９による処理を行って多結晶シリコン膜のシリコンの欠陥をターミネートする。例えば、水素プラズマ処理により、シリコン表面のダングリングボンドをなくし、多結晶シリコンとゲート絶縁膜との界面のリークパスをなくす方法がとられる。こうして図２（Ｌ）に示す一態様の薄膜トランジスタが製造される。

以上のように、本発明によれば、低反射率膜が形成されていない領域の非晶質シリコン膜と、低反射率膜が形成された領域の非晶質シリコン膜との境界部分に温度勾配が生じ、その境界部分から、低反射率膜が形成された領域の内方に向かって結晶成長するように大粒径のシリコン結晶が形成されるので、大粒径のシリコン結晶を簡便でエネルギー効率よく形成することができる。また、本発明によれば、レーザーエネルギーを最小限にして照射できるので、例えばフレキシブルなプラスチック基板を使用したい場合のように、できるだけ低温で製造したい場合に特に好ましく適用でき、例えば有機ＥＬ素子や液晶表示素子等と組み合わせることにより、フレキシブルなディスプレイを設計することが可能となる。

以下、実施例と比較例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
基板１１として厚さ０．２ｍｍで５０ｍｍ×５０ｍｍのポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）基板を用い、その基板上に、下地層１２である酸化シリコンをＲＦマグネトロンスパッタリング法（成膜圧力０．３Ｐａ（アルゴン：酸素＝３：１）、投入電力２ｋＷ、成膜時間２時間）により厚さ５００ｎｍとなるように形成した。さらに、屈折率５．０７の非晶質シリコン膜２１ａをＲＦマグネトロンスパッタリング法（成膜温度：室温、成膜圧力：１．０Ｐａ（アルゴン））により厚さ５０ｎｍとなるように形成した。

その後、上述した図１（Ｃ）〜図２（Ｌ）の各工程の説明欄で例示した条件に基づいてＴＦＴを作製した。特に、図１（Ｃ）に示す低反射率膜形成工程では、低反射率膜２２として、幅５μｍのパターンで厚さ５２ｎｍの酸化シリコン膜を形成した。図２（Ｄ）の結晶化工程では、ＸｅＣｌエキシマレーザーを用いたレーザー照射２３をエネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ^２、パルス幅３０nsec、室温、照射回数２０回の条件で照射した。図２（Ｅ）のイオン注入工程では、リンを注入電圧６０ｋｅＶ、室温下で、２×１０^１５／ｃｍ^２のドープレベルとなるようにイオン注入した。図２（Ｆ）の活性化工程では、ＸｅＣｌエキシマレーザーを用い、パルス幅３０nsec、エネルギー密度２５０ｍＪ／ｃｍ^２、室温の条件下で活性化処理を行った。その活性化処理後には、酸素プラズマ処理をＲＦ１００Ｗ、１Ｔｏｒｒ、１５０℃の条件下で行った。次いで、アイランド形成工程、コンタクトホール形成工程、ウエットエッチング工程、水素プラズマ処理工程を経てＴＦＴを製造した。

（実施例２〜６）
低反射率膜２２の種類と厚さを表１に記載のように変更した以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを製造した。

（比較例１）
低反射率膜の有無と厚さを表１に記載のように変更した以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを製造した。

（屈折率の測定）
非晶質シリコン膜２１ａ及び低反射率膜２２の屈折率は、ガラス基板上に、実施例１と同じ手法により測定用のサンプルを作製し、分光エリプソメトリー（Joban Yvon社（フランス）製、UVISEL-D）を用いて測定した。

（対レーザー反射率の測定）
対レーザー反射率は、分光測定装置（SCI社（米国）製、Filmtek3000）を用いて、ＸｅＣｌエキシマレーザーの波長である３０８ｎｍの反射率を測定した。

（シリコン結晶の評価）
低反射率膜の効果を、シリコン結晶の結晶形態の観察及び電解移動度を評価することによって判断した。シリコン結晶の結晶形態の観察は、走査型電子顕微鏡により行い、その表面形状から結晶粒径で評価した。また、電荷移動度の測定は、Ｖｇ−Ｉｄ測定からトランジスタ特性の閾値付近の電流特性を計算することにより行った。その結果を表１に示した。表１の結果からもわかるように、本発明に係る方法で得られたＴＦＴは、比較例１に記載のものと比べて大きな結晶粒径の多結晶シリコンからなるチャネル層を有し、特に実施例１，２においては１０倍以上の結晶粒径の多結晶シリコンからなるチャネル層を有しており、その電荷移動度も約２００ｃｍ^２／Ｖｓ程度という大きな値を示しているのが確認された。

本発明の薄膜トランジスタの製造工程のフローを示す説明図である。 本発明の薄膜トランジスタの製造工程のフローを示す説明図である。 大粒径の多結晶シリコンの形態の一例を示す模式平面図である。 本発明により製造された薄膜トランジスタの一例を示す模式断面図である。

符号の説明

１０ ＴＦＴ
１１ 基板
１２ 下地層
１３ 多結晶シリコン半導体薄膜
１３ｓ ソース側拡散層
１３ｃ チャネル層
１３ｄ ドレイン側拡散層
１４ ゲート絶縁膜
１５ｓ ソース電極
１５ｇ ゲート電極
１５ｄ ドレイン電極
２１ａ 非晶質シリコン膜
２１ｐ 多結晶シリコン膜
２１ｐ’ 大粒径の多結晶シリコン
２２ 低反射率膜
２３ レーザー照射
２４ レジスト膜
２５ イオン注入
２６ エネルギービーム
２７ コンタクトホール
２８ 保護層
２９ 水素プラズマ
３１ 境界部分
Ｒ チャネル層領域

Claims (4)

1. 基板上に形成された非晶質シリコン膜の上に、成膜することにより当該非晶質シリコン膜よりも対レーザー反射率が小さくなる低反射率膜をパターン状に形成する低反射率膜形成工程と、前記低反射率膜が形成された側からレーザーを照射して前記非晶質シリコン膜を結晶化する結晶化工程とを少なくとも有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. 前記低反射率膜の屈折率をｎ１とし、前記非晶質シリコン膜の屈折率をｎ２としたとき、前記レーザー波長において、ｎ１＜ｎ２の関係を満たす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。
3. 前記低反射率膜が、厚さ１０５ｎｍ以下の酸化シリコン膜又は厚さ８０ｎｍ以下の窒化シリコン膜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。
4. 前記低反射率膜形成工程において、前記低反射率膜をチャネル層になる領域に形成することを特徴とする請求項１〜３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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