JP3580473B2 - アモルファス膜の結晶化方法および薄膜トランジスタ - Google Patents
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は概して薄膜トランジスタ(TFT)のプロセスおよび製造に関し、具体的には、TFT用多結晶膜と、ニッケルなどの遷移金属を用いたアモルファス膜の結晶化方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】
より高い解像度のディスプレイを有する、より小型の一般家庭用電子製品の需要により、液晶ディスプレイ(LCD)の分野ではますます研究開発が進められている。LCDのサイズは、現在LCDの周辺にある大規模集積(LSI)ドライバ回路および超高密度集積(VLSI)ドライバ回路をLCD自体に組み込むことによって、縮小することができる。外部に配置される駆動回路およびトランジスタを無くすことにより、製品のサイズが小さくなり、プロセスの複雑さが軽減され、プロセス工程数が減り、最終的には、LCDが実装される製品の価格が削減される。
【0003】
LCDの主要構成要素であって、LCDのさらなる改良を得るために強化しなければならない構成要素は、薄膜トランジスタ(TFT)である。TFTは、典型的には、石英、ガラスあるいは平坦なプラスチックなどの透明基板上に作られる。TFTは、スイッチとして用いられ、LCDの様々な画素がドライバ回路に応答して荷電されることを可能にする。TFTデバイスの電子移動度を増加させることによって、TFTの性能が向上し、ドライバ回路の機能がTFTに組み込まれる。トランジスタの電子移動度を増加すれば、より速いスイッチング速度を有するトランジスタが得られる。電子移動度が増加した改良されたTFTにより、より小型のLCDスクリーン、より低い電力消費、およびより高速なトランジスタ応答時間がもたらされる。LCD解像度をさらに高めるためには、透明基板上に実装されるTFTが、現在スクリーンの縁部に沿って実装されているICドライバ回路に匹敵する電子移動度特性を持つことが必要であろう。即ち、ディスプレイと、ディスプレイ全体にわたって配置されるドライバTFTとが、実質的に同じ性能レベルで動作しなければならない。
【0004】
アモルファス膜からなる活性領域を有する典型的な薄膜トランジスタのキャリア移動度は乏しく、0.1cm2/Vs〜0.2cm2/Vsのオーダである。キャリア移動度は、結晶化されたシリコンを用いることによって向上する。TFTドライバ回路に通常用いられる単結晶シリコントランジスタは、500cm2/Vs〜700cm2/Vsのオーダの電子移動度を有する。多結晶シリコントランジスタの性能は、これらの両極端のトランジスタの間であり、10cm2/Vs〜400cm2/Vsのオーダの移動度を有する。100cm2/Vsを越える移動度を有する薄膜トランジスタであれば、LCDの周辺に実装されるドライバ回路と置き換えるためにおそらく有用であろう。しかし、40cm2/Vs〜50cm2/Vsの電子移動度を有する多結晶TFTでも、生産するのは困難であった。
【0005】
LCDで用いるための単結晶シリコン膜の製造は、この単結晶シリコン膜を比較的脆い透明基板に付着させる場合、困難である。石英基板は、高いプロセス温度に耐えることはできるが、高価である。ガラスは安価ではあるが、実質的に長い時間600℃を越える温度に晒されると変形しやすい。多結晶シリコントランジスタでも、ガラスを用いる場合には低温の結晶プロセスを用いなければならないため、その製造は非常に困難である。現在の多結晶化プロセスでは、典型的には、約30cm2/Vs〜約50cm2/Vsの移動度を有するTFTを製造するためには、600℃で約24時間のアニール時間が必要である。このように長いプロセス時間が必要であるため、現在の多結晶化プロセスは、コスト効率が特によいわけではなく、得られるTFT製品はLCDドライバ回路には不適切である。
【0006】
アモルファスシリコンを多結晶シリコンに変えるために、様々なアニール法がある。アモルファスシリコン膜を直接堆積させることがおそらく最も安価なTFT製造方法であろう。この場合、典型的には、加熱されたサセプタに透明基板を装着し、その後、透明基板を、シリコン元素および水素元素を含むガスに晒す。ガスは、分解して基板上に固相のシリコンを残す。プラズマ増速化学蒸着(PECVD)システムでは、無線周波数(RF)エネルギーの使用により、ソースガスの分解が助けられる。低圧化学蒸着(LPCVD)システムまたは超高真空化学蒸着(UHV−CVD)システムは、熱分解により低圧力でソースガスを分解する。光CVDシステムでは、光子エネルギーによりソースガスの分解が助けられる。高密度プラズマCVDシステムでは、誘導結合されたプラズマおよびヘリコンソースなどの高密度プラズマソースが用いられる。熱線CVDシステムでは、活性化された水素原子を生成することにより、ソースガスが分解される。しかし、直接堆積されて作られたTFTの性能特性は乏しく、移動度は、1cm2/Vs〜10cm2/Vsのオーダである。
【0007】
固相結晶化(SPC)は、広く用いられているシリコン結晶化法である。このプロセスでは、アモルファスシリコンを、少なくとも数時間の間、600℃に近づく熱に晒す。典型的には、複数のLCD基板からなる大きなバッチを、抵抗性ヒータ熱源を有する炉で処理する。この結晶化プロセスから作られるTFTは、直接堆積により作られるTFTよりもコストはかかるが、50cm2/Vsのオーダの移動度を有する。高速熱アニール(RTA)は、より高い温度を使用するが、その持続期間は非常に短い。典型的には、RTAの間、基板は700℃または800℃に近づく温度に晒されるが、アニール処理は、比較的迅速に行われ、分または秒の単位の程度で行われる。このように熱に晒される時間が短いため、ガラス基板は無傷のままである。このようにプロセスが迅速に行われるため、基板を連続的に処理すると経済的である。基板1枚ずつでは、大きいバッチの基板よりも速くアニール温度にすることもできる。タングステン−ハロゲンまたはキセノンアーク加熱ランプがしばしばRTA熱源として用いられる。
【0008】
アモルファスシリコンのアニールには、エキシマレーザ結晶化(ELC)プロセスも用いられており、幾らか成功を収めている。レーザは、アモルファス膜の領域を、非常に短い時間非常に高い温度に晒すことを可能にする。これにより、理論的には、アモルファスシリコンが設けられた透明基板を劣化させることなく、アモルファスシリコンをその最適温度でアニールする可能性が得られる。しかし、この方法には、プロセス工程のうちの幾つかの工程に対する制御を欠いているため、この方法の使用は制限されている。典型的には、レーザの口径サイズは比較的小さい。この口径サイズ、レーザのパワー、および膜厚のため、最終的にシリコンをアニールするためにはレーザの多数の経路あるいはショットが必要とされる。レーザを精確に制御することは困難であるため、多数のショットを行うと、アニール処理に非均一性がもたらされる。さらに、ウエハは、炉でバッチ単位でアニールするかわりに、連続的にアニールしなければならない。この方法によって作られるTFTでは、100cm2/Vsを上回る移動性を得ることはできるが、直接堆積あるいはSPCによって作られるTFTよりもかなり高価になってしまう。
【0009】
また、シリコンの結晶化を促進するために、アルミニウム、インジウムスズ酸化物などの金属、およびニッケル、コバルト、パラジウムなどの遷移金属を使用することについても研究が進められている。ニッケルジシリサイドの格子定数がシリコンと類似しているため、ニッケルは特に有望であると思われる。一般に、ニッケルは、LCD基板を縮みにくくするように、従来の固相結晶化(SPC)に典型的には必要とされるアニール温度を約600℃から約500℃〜約550℃の範囲に低下させるために用いられている。また、ニッケルの使用により、アニール処理時間が大幅に短縮される。このプロセスを通して作られるTFTは、コストの面ではSPC法で作られるTFTとほぼ同じであるが、金属により引き起こされるTFTの移動度は、100cm2/Vsに近づき得る。Liuらの米国特許第5,147,826号は、アニール温度を約550℃〜約650℃の範囲に低下させることができるように、アモルファスシリコンの上にニッケル膜を堆積させることを開示している。Fornashらの米国特許第5,275,851号も、同様のプロセスを開示している。しかし、いずれの方法でも、非常に高い電子移動度を有する多結晶シリコンTFTは製造されない。
【0010】
SPCあるいはレーザアニール処理の改良は、本願の優先権主張の基礎となる米国出願と同一譲受人に譲渡されたTolis Voutsasによる「Polycrystalline Silicon from the Crystallization of Microcrystalline Silicon and Method for Same」と題された1997年5月7日出願の同時係属中の米国特許出願シリアル番号第08/812,580号に示されている。上記特許出願は、埋め込まれた微結晶を有するアモルファス膜を用いて多結晶シリコンを生成することを開示している。この多結晶シリコンは、結晶構造のより均一な分布、およびより大きい結晶粒子を有する。しかし、上記出願は、品質の向上、コストの削減、および金属により引き起こされる結晶化膜という主題には取り組んでいない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
アモルファスシリコンを加熱して、結晶化されたシリコンを形成するプロセスは、完全には理解されておらず、現在この主題についての研究が続けられている。温度の変動、膜厚、アモルファス物質が溶ける程度、膜中の不純物、およびその他の一連のファクタが、アモルファスシリコンのアニールに影響を及ぼす。一般に、結晶化による大きい粒子、あるいは、高キャリア移動度を支持することができる結晶化は、多結晶膜で、融点付近の特定の温度で起こる。この好ましい温度を下回る温度では、アモルファスシリコンが溶ける程度は、大きい粒子の領域を形成するあるいは均一に結晶化された膜を形成するのに十分ではない。この好ましい温度を上回る温度では、すぐにバルク核形成(bulk−nucleation)が起こってしまう。アモルファス物質のバルク核形成が起こると、アモルファス膜が自発的に比較的小さい粒子サイズに結晶化され、このため、電子移動度が比較的乏しくなってしまう。
【0012】
アモルファスシリコンをアニールして、ガラス基板上に、100cm2/Vsを上回る電子移動度を有する多結晶TFTトランジスタを形成する方法を発見すれば有利であろう。
【0013】
また、低コストの、金属により引き起こされる結晶化を改良して、100cm2/Vsを上回る電子移動度を有する多結晶TFTトランジスタを形成する方法を発見すれば有利であろう。さらに、RTAプロセスを取り込んでアニール処理時間を短縮し、それによりアニールのコストを削減することができれば有利であろう。
【0014】
本願発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高電子移動度を有するTFTに用いられる多結晶膜を低コストで提供するための、アモルファス膜の結晶化方法を提供することをその目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明による高電子移動度を有する薄膜トランジスタの形成における、アモルファス膜の結晶化方法は、(a)ガラスからなる透明基板の上に、第1の膜厚を有するシリコンのアモルファス膜の層を堆積させる工程と、(b)該アモルファス膜の上に接するように、第2の膜厚を有するニッケルからなる遷移金属膜の層を堆積させる工程と、(c)該工程(a)および(b)で堆積された膜をアニールして、該アモルファス膜のうちで該遷移金属の下にある部分を使用して遷移金属半導体化合物としてニッケルシリサイドを形成する工程と、(d)該工程(c)によってニッケルシリサイドが形成されたシリコンのアモルファス膜を、400℃〜500℃の範囲の温度で予熱する工程と、(e)該工程(d)による予熱の後に、高速熱アニールを施して、該シリコンのアモルファス膜を少なくとも部分的に多結晶膜に変える工程とを包含し、該工程(d)による予熱温度から前記高速熱アニールに必要な温度まで、10℃/秒を上回る昇温速度で昇温させることを特徴とする。
前記工程(c)は、250℃〜550℃の範囲の温度で、30秒の未満の時間で実施される。
前記高速熱アニールは、650℃〜800℃の平均温度で、1ナノ秒〜1000秒の範囲の時間で実施される。
前記昇温速度が50℃/秒を上回る。
前記工程(a)の前に、ガラス基板である前記透明基板の上に酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる群から選択されるバリア層を堆積させる工程をさらに包含する。
また、本発明の高電子移動度を有する薄膜トランジスタの形成における、アモルファス膜の結晶化方法は、(a)ガラスからなる透明基板の上に、第1の膜厚を有するシリコンのアモルファス膜の層を堆積させる工程と、(b)該アモルファス膜にニッケルからなる遷移金属を導入する工程と、(c)該工程(b)によってニッケルが導入された該シリコンのアモルファス膜を400℃〜500℃の範囲の温度で予熱する工程と、(d)該工程(c)による予熱の後に、高速熱アニールを施して、該シリコンのアモルファス膜を少なくとも部分的に多結晶膜に変える工程とを包含し、該工程(c)による予熱温度から前記高速熱アニールに必要な温度まで、10℃/秒を上回る昇温速度で昇温させることを特徴とする。
前記高速熱アニールは、650℃〜800℃の平均温度で、1ナノ秒〜1000秒の範囲の時間で実施される。
前記昇温速度が50℃/秒を上回る。
本発明の薄膜トランジスタは、透明基板と、該透明基板の上にある薄膜トランジスタ用多結晶半導体膜とを含む薄膜トランジスタであって、該薄膜トランジスタ用多結晶半導体膜は、ガラスからなる該透明基板の上に第1の膜厚を有するシリコンのアモルファス膜と、該アモルファス膜の上に接するように第2の膜厚を有するニッケルからなる遷移金属とを堆積させ、該遷移金属および該アモルファス膜をアニールして遷移金属半導体化合物としてニッケルシリサイドを形成した後に、400℃〜500℃の範囲の温度で予熱し、10℃/秒を上回る昇温速度で高速熱アニールに必要な温度まで昇温した後に、高速熱アニール工程を実施することによって形成されている。
前記遷移金属およびアモルファス膜のアニールが、250℃〜550℃の範囲の温度で、30秒の未満の時間で実施される。
前記高速熱アニール工程は、650℃〜800℃の平均温度で、1ナノ秒〜1000秒の範囲の時間で実施される。
前記昇温速度は、50℃/秒を上回る。
前記透明基板の上に、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる群から選択されるバリア層が堆積されている。
また、本発明の薄膜トランジスタは、透明基板と、該透明基板の上にある薄膜トランジスタ用多結晶半導体膜とを含む薄膜トランジスタであって、該薄膜トランジスタ用多結晶半導体膜は、ガラスからなる該透明基板の上に第1の膜厚を有するシリコンのアモルファス膜を堆積させ、該アモルファス膜に該遷移金属としてニッケルを導入した後に、該アモルファス膜を400℃〜500℃の範囲の温度で予熱し、10℃/秒を上回る昇温速度で高速熱アニールに必要な温度まで昇温した後に、該遷移金属とともに該アモルファス膜を高速熱アニールすることによって形成されている。
前記遷移金属であるニッケルの該アモルファス膜への該導入は、無電解めっき、選択的化学蒸着、および第1のドーズ量のイオン注入からなる群から選択される。
前記該遷移金属であるニッケルは、1×1014イオン/cm2〜1×1016イオン/cm2の範囲の第1のドーズ量のニッケルイオンのイオン注入によって導入される。
前記アモルファス膜であるシリコンは、500Å以上の第1の膜厚を有し、前記ニッケルイオンの前記第1のドーズ量は1×1014イオン/cm2である。
前記高速熱アニールは、650℃〜800℃の平均温度で、1ナノ秒〜1000秒の範囲の時間で実施される。
前記昇温速度は、50℃/秒を上回る。
前記透明基板の上に、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる群から選択されるバリア層が堆積されている。
【0058】
以下に作用を説明する。
【0059】
本発明の結晶化方法は、遷移金属(例えば、ニッケル)を用いて、結晶化を引き起こすのを助けることを含み、短時間の間、高温でアモルファスシリコンをアニールすることを含むので、該遷移金属膜が、連続する一方向性の成長フロントで該アモルファス膜の高速結晶化を引き起こす。
【0060】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照しながら、好適な実施形態についての以下の詳細な説明を考慮することにより、本発明がより良く理解される。
【0061】
図1から図3に、高電子移動度を有する完成された多結晶膜を形成するアニール法であって、ニッケルにより引き起こされる2工程アニール法の段階を示す。TFT多結晶半導体膜は、遷移金属とともにアモルファス膜を高速熱アニール(RTA)することによって形成される。図1は、アモルファス膜、即ちアモルファス層3の堆積を示す部分断面図である。典型的には、アモルファス層3は、透明基板4の上に介在バリア層5を介して堆積される。アモルファス層3の上には、遷移金属膜6が堆積される。
【0062】
図2は、第1のアニール工程後の図1のアモルファス膜3を示す部分断面図である。アモルファス膜3のうち遷移金属膜6の下にあった部分が使われて、遷移金属半導体化合物7が形成されている。第1のアニール工程の後、反応しなかった遷移金属膜6は除去される。
【0063】
図3は、RTAを施してアモルファス膜3を多結晶膜8に変えた後の、図2のアモルファス膜3を示す部分断面図である。以下の本発明の説明において、説明の焦点を、多結晶膜の製造に広げることができること、あるいはLCD上に作られるTFTに用いる多結晶膜に狭めることができることが理解される。以下、図1から図3にまとめた2工程アニール処理の詳細を、図4から図11のTFTについて説明する。
【0064】
図4から図11は、完成された薄膜トランジスタを形成する方法における段階を示し、この方法では、2工程アニール処理による多結晶膜の形成を引き起こすためにニッケルが用いられている。図4から図11は、2工程アニール処理、即ち、アモルファス膜および遷移金属膜をアニールして遷移金属半導体化合物を形成する第1の工程と、高速熱アニール(RTA)を施してアモルファス膜を結晶化する第2の工程とによって形成されるTFT多結晶半導体膜を示している。アニール処理において遷移金属を含んでいることにより、一方向性の成長フロントに沿って高速結晶化が促進される。
【0065】
図4は、製造中の薄膜トランジスタ10の部分断面図である。薄膜トランジスタ10は、典型的には、液晶ディスプレイ(図示せず)の重要な構成要素のうちの1つとして用いられる。TFT10は、透明基板12を含む。透明基板12は、ガラスおよび石英からなる群から選択される。透明基板12の上には、アモルファス膜、即ち、アモルファス層14が堆積される。アモルファス膜14は、シリコン、ゲルマニウム、およびシリコン−ゲルマニウム合金からなる群から選択される。アモルファス膜14は、多くのTFT製造プロセスでは、PECVDによって堆積される。幾つかの応用では、透明基板12の上にバリア層16が堆積される。バリア層16は、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる群から選択される。本発明の幾つかの局面では、バリア層16は、4000Åの厚みを有するTEOS(tetraethyl orthosilicate)酸化物である。
【0066】
図5は、酸化物層18を堆積した後のTFT10の部分断面図である。本発明の幾つかの局面では、酸化物層18は1000Åの膜厚を有する。酸化物層18の堆積の前に、任意の従来のフォトリソグラフィープロセスによってアモルファス層14をエッチングし、アモルファス層14の選択された領域あるいは島を残す。
【0067】
図6は、酸化物層18の上に半導体材料膜20を堆積させてゲートを形成した後のTFT10の部分断面図である。半導体材料膜20は、典型的には、多結晶シリコン、高融点金属、およびポリサイドからなる群から選択される。しかし、その他の従来の半導体材料を用いることも適切であり得る。
【0068】
図7は、アモルファス層14にドーピング不純物を注入してソース/ドレイン領域を形成する際のTFT10の部分断面図である。ドーピング不純物は、TFT10に向けられた矢印22で示される。ドーピング不純物22は、リン、砒素およびボロンからなる群から選択される。当該技術分野において周知であるように、これらの不純物を用いて、ソースおよびドレインのためのn+あるいはp+活性領域を形成する。本発明の幾つかの局面では、別個のRTA処理工程を用いてドーパント22(即ち、ドーピング不純物22)を活性化する。
【0069】
図8は、アモルファス膜14の上に接触するように遷移金属膜24を堆積させた後のTFT10の部分断面図である。遷移金属膜24は、ニッケル、コバルト、パラジウムおよび白金からなる群から選択される。遷移金属膜24は、スパッタリング技術および電子ビーム蒸着によって堆積される。遷移金属膜24の堆積前に、酸化物層18は選択的に除去される。
【0070】
ゲート20をマスクとして用いて、酸化物層18は、TFT10からエッチングされる。以下、ゲート20の下に残っている酸化物層18をゲート酸化物層18と呼ぶ。アモルファス膜14は参照番号26で示す第1の膜厚を有し、遷移金属膜24は参照番号28で示す第2の膜厚を有する。以下に説明する、遷移金属によって引き起こされる結晶化により、低リーク電流のトランジスタ活性領域が得られる。本発明の1つの局面では、遷移金属膜24の第2の膜厚28は5Åよりも大きい。好適な実施形態では、遷移金属膜24はニッケルであり、第2の膜厚28は5Åよりも大きく、アモルファス膜14はシリコンであり、その第1の膜厚は500Å以上である。薄いトランジスタ活性領域は高電子移動度およびわずかなリーク電流を有する。
【0071】
図9は、2工程アニール処理の第1のアニール工程を行った後のTFT10の部分断面図である。遷移金属膜24およびアモルファス膜14をアニールし、以下に示す第2の高速熱アニール工程を行う前に、遷移金属半導体化合物30を形成している。反応しなかった遷移金属膜24(図8)は、硫酸と過酸化水素との混合物によってエッチングにより除去される。このエッチングは、ピラニアエッチ(piranha etch)と呼ばれることもある。この清浄工程により、アニールされて遷移金属半導体化合物30を形成した遷移金属膜24(例えばニッケル膜)を除く実質的にすべての遷移金属膜24がTFT10から取り除かれる。アモルファス膜14がシリコンであり、遷移金属膜24がニッケルである場合、第1のアニール工程により、ニッケル半導体化合物30としてシリサイドが生成される。シリサイドは、ニッケルモノシリサイド、ニッケルジシリサイド、およびニッケルモノシリサイドとニッケルジシリサイドとの混合物を含むものとして理解される。同様に、アモルファス膜14がゲルマニウムである場合、ゲルマニウム化物またはゲルマニウム化ニッケルが形成される。アモルファス膜14がシリコン−ゲルマニウム合金である場合、ニッケル半導体化合物30はゲルマノシリサイドまたはニッケルゲルマノシリサイドである。
【0072】
アモルファス膜14がシリコンであり、遷移金属膜24がニッケルである場合、第1のアニール工程は、250℃〜550℃の範囲で30秒未満の間起こる。このような短い持続期間および低い温度により、ニッケル汚染が最小にされる。即ち、隣接する誘電材料(図示せず)へのニッケルの浸透が最小にされる。ニッケルが誘電材料中に含まれると、誘電体の電気的絶縁機能が低下する。本発明の好適な実施形態では、アニールは、250℃〜470℃の範囲で30秒未満の間起こる。理論で決めようとしているわけはないが、250℃〜470℃の範囲でのアニールはニッケルモノシリサイドの形成を引き起こし、470℃〜550℃の範囲でのアニールはニッケルジシリサイドの形成を引き起こすと考えられている。これらの2つの形態のシリサイドはともに結晶化を助けるために有用であるが、隣接する誘電体(例えば酸化物)領域へのニッケルの拡散を低減するためには、低温アニールが好ましい。
【0073】
図10は、第2のアニール工程である高速熱アニールの後のTFT10の部分断面図である。TFT10の上には、金属間絶縁体層、即ち、層間誘電体32が堆積される。コンタクトホールは、ソースおよびドレイン領域の上にある遷移金属半導体化合物30にアクセスするため、およびゲート20にアクセスするために層間誘電体32を貫通するものとして規定される。好適な実施形態では、アモルファス膜14はシリコンであり、遷移金属膜24はニッケルであり、第2の高速熱アニール工程は、650℃〜800℃の平均温度で、1ナノ秒(ns)〜1000秒の時間起こる。アニール時間の長さは、温度、膜厚、および膜材料に依存する。高速熱アニール工程の間に、アモルファスシリコン層14は、多結晶層34に変わる。高速アニール処理は、トランジスタリーク電流を悪化させる、多結晶膜中のニッケル化合物の偏析の数を最小にする。
【0074】
結晶化プロセスでは、高速熱アニール温度に素早く達することが重要である。この目標を達成するために、第2のアニール工程の前にTFT10を予熱する。その後、高速熱アニール温度に達するまで、非常に急速に昇温させる。この高速昇温プロセスは、昇温時間の間に起こる、遷移金属により補助される結晶成長を低減する。この結晶成長は、温度がより低いときに、低品質の結晶を生成する。この高速昇温はまた、アモルファス膜14が結晶化するときに自発的に起こる核形成を防ぐ役割を果たす。このような自発的な核形成により、典型的には30cm2/Vs未満の電子移動度特性を有するより低品質の結晶体が生成される。
【0075】
本発明の1つの局面では、透明基板12はガラスであり、第1のアニール工程の間に形成されるニッケル半導体化合物30はニッケルシリサイドである。第2の高速熱アニール工程の前に、アモルファスシリコン膜14およびニッケルシリサイド30は、400℃〜500℃の範囲の温度で予熱される。TFT10の予熱が終わると、予熱温度から第2の高速熱アニール温度に、10℃/秒を上回る昇温速度で昇温させる。好適な実施形態では、昇温速度は、50℃/秒を上回る。高速昇温の温度のため、より低い温度で起こる、遷移金属によって補助されるより低品質の結晶成長は、インキュベーション期間中に起こる。さらに、高速昇温時間により、純粋なアモルファス膜領域で自発的に起こる核形成が最小にされる。好適な実施形態では、高速熱アニールは、アニール熱源として、タングステン−ハロゲンランプ、キセノンアークランプ、およびエキシマレーザを用いることを含む。様々な予熱温度、昇温中の温度、およびアニール温度は、アモルファス膜14が経る温度として定義されることが理解される。
【0076】
図11は、完成されたTFT10の部分断面図である。図4から図10に示すように、基板12上にアモルファス膜14を堆積させ、遷移金属膜24とともにアモルファス膜14を高速熱アニールすることによって形成されたTFT多結晶半導体膜34が、透明基板12の上にある。図11はまた、金属層(metal level)36を示す。金属層36は、層間誘電体32を貫通するビア(via)を満たしており、TFT10のソース領域、ドレイン領域およびゲート領域にアクセスしている。金属層36は、TFT10の他の部分へのコンタクトあるいはその後に堆積される他の金属層または半導体領域(図示せず)へのコンタクトを形成する準備のためにパターニングされる。あるいは、TFTは、アモルファス膜14を遷移金属膜24の上に接するように堆積させて製造される。この場合、膜14および24はその後、上述の方法と同様の方法でアニールされる。また、本発明のアニール法を用いて、上述の製造プロセスと実質的に逆順の製造プロセスを経る底部ゲートTFTが製造される。
【0077】
図12は、低温で金属により引き起こされる結晶化から生じる不規則な成長フロントを示す(先行技術)。例えば500℃のアニール温度で、金属により引き起こされる結晶化は、異方性振る舞いを示す。成長の異方性の性質は、温度がより低いと高められる。結晶成長は、繊維の性質を有し、約100Åの幅の<111>配向を有する。より低い温度では、他の結晶配向と比べて、<111>配向での差別的成長が高められる。その結果、不規則な形状の複雑な成長フロントが生じる。ニッケルは、さらなる結晶化を引き起こす成長フロントの端でアモルファス膜中に拡散する。不規則な成長フロントにより、ニッケル化合物の偏析が、結晶化された膜に捉えられる可能性が高まる。ニッケルシリサイドは導電性材料であるため、ニッケル化合物の偏析を有する結晶化された膜から作られたTFTは高リーク電流を示す。また、不規則な成長フロントにより、アモルファス膜が結晶化されるときにアモルファスエンクレーブが成長フロントの後ろに捉えられる可能性が高まる。アモルファスエンクレーブは、TFT性能を劣化させ、電子移動度を低下させる。
【0078】
図13は、高速熱アニール処理の間にニッケルシリサイド層からシリコンに現れる一方向性の成長フロントを示す。上で示した図12の場合のように、ニッケルは、さらなる結晶化を引き起こす成長フロントの端でアモルファス膜中に拡散する。しかし、図13に示す成長フロントは連続している、即ち一方向性である。一方向性の成長フロントは、シリサイドあるいはアモルファス物質がアモルファス膜中に拡散するときにシリサイドあるいはアモルファスのエンクレーブを捉えにくい。成長フロントに沿った結晶化は、より高いアニール温度ではより異方性でないため、横方向の成長フロントから突き出る繊維の数はより少ない。結晶学的配向がよりランダムになれば、横方向の成長速度はより均一になる。そのような膜から作られるTFTは、高電子移動度および低リーク電流の特性を有する。
【0079】
高速熱アニール温度の上限は、必要な長さの横方向の成長が起こるまでにアモルファス膜の核形成を起こさないような温度に選択される。一般に、アモルファスシリコン膜で自発的に起こる核形成は、高速熱アニール温度が約800℃を越えると、1分未満で起こる。この自発的な核形成の発生に必要とされる正確なタイミングおよび温度は、特定のアモルファス膜の特性に依存する。
【0080】
図14は、ニッケルによって引き起こされる結晶化の横方向成長速度を温度の変数とともに示す。成長速度vは、以下の式によって与えられる。
v=voexp(−Ea/kT)
ここで、voは周波数ファクタ(cm2/s)であり、Eaは活性化エネルギー(eV)であり、Tは絶対温度(K)であり、kはボルツマン定数(eV/K)である。理論で決めようとしているわけではないが、上の式は、アモルファスシリコンで起こる、ニッケルによって補助される結晶化の性質を説明しているように思われる。横方向の成長に関する上の式に用いられている活性化エネルギーEaは2.4eVであり、これは、単結晶シリコン基板上のアモルファスシリコン膜の従来の固相結晶化と同じである。この活性化エネルギーの均一性は、これらの両方のプロセスにおいてSi−Si結合に同じ切断および再配列があることを示唆している。シリコン結晶のマトリクスとして機能する、ニッケルジシリサイドのほぼ整合する格子構造の存在により、周波数ファクタはvo=9.0×109cm2/sであり、従来のSPCの周波数ファクタの約24倍である。図14によれば、750℃での成長速度は、550℃での成長速度よりも約773倍速い。従って、本発明の方法のアニール時間は、先行技術の低温アニール法のほぼ1000分の1である。
【0081】
図14は、特定の温度についての横方向成長速度を示す。このグラフを用いると、必要とされる長さの横方向成長を作り出すために必要な時間が計算される。例えば、8ミクロンのトランジスタチャネル長は、約750℃で約8秒間のアニール時間で結晶化される。即ち、750℃では、1ミクロン/秒の速度である。このようにアニール時間が短いため、Corning 1737基板などのガラス板は、変形せずにより高い温度に耐えることができる。さらに、このような短いアニール時間により、従来の炉で行われるより低い温度でのアニールよりも高い生産性が確実に得られる。本発明のより高い温度でのアニール法により、短時間でより高品質な多結晶膜が生成される。これは、当該分野において現在まで研究が進められてきた方向に反している。特定のソース/ドレイン領域を結晶化するために必要とされる時間はまた、シリサイドおよびアモルファス膜のジオメトリおよび配置に依存する。
【0082】
図15から図18は、高電子移動度を有する完成されたTFT用多結晶半導体膜を形成するための、ニッケルにより引き起こされる1工程高速熱アニール工程の段階を示す。多結晶膜は、遷移金属とともにアモルファス膜を高速熱アニールすることによって形成される。図1から図11の場合と同様に、本発明は、その焦点を広げると、多結晶膜の形成を説明している。しかし、多結晶膜は典型的にはTFTの製造に用いられるため、本発明は、多結晶TFT膜に関する記載としても説明される。図15は、ガラスまたは石英から選択される透明基板52を有する薄膜トランジスタ50を示す。透明基板52の上には、アモルファス膜、即ちアモルファス層54がある。バリア層56は、透明基板52とアモルファス膜54とを分離する。バリア層56は、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる材料の群から選択される。アモルファス膜54は、第1の膜厚58を有する。
【0083】
図16は、層間誘電体60を堆積した後のTFT50の部分断面図である。層間誘電体60は、アモルファス膜54の選択された領域を露出するようにエッチングされる。即ち、層間誘電体60は、アモルファス膜54の選択された領域の上に堆積される。
【0084】
図17は、アモルファス膜54の選択された領域の上にフォトレジスト層62を堆積した後のTFT50の部分断面図である。フォトレジスト62は、層間誘電体60のパターンとほぼ一致するようにパターニングされている。このようにして、アモルファス膜54の選択された領域が露出される。アモルファス膜54の選択された領域は、層間誘電体60およびフォトレジスト62を貫通するビア、即ち開口によって露出されたままにされる。アモルファス膜54に遷移金属を導入する。遷移金属の導入は、無電解めっき、選択的化学蒸着、および第1のドーズ量のイオン注入からなる群から選択される。選択的化学蒸着は、遷移金属を含む金属有機化合物を形成することと、酸化物などの材料を用いて、遷移金属が望ましくない領域を覆うこととを含む。好ましくは、遷移金属は、イオンとしてアモルファス膜54に注入される。遷移金属イオンは、参照番号64で示され、TFT50の方に向く矢印として示されている。一般に、遷移金属イオン64は、アモルファス膜54中に分布され、イオンの濃度はアモルファス膜54の中心で最も高くなる。即ち、イオンの濃度は、アモルファス膜54のうちでフォトレジスト62の間隙の下にある領域で最も高くなる。イオン64は、アモルファス膜54の中心領域からガウス分布パターンに従うが、標準偏差は、イオン分布パターンを実質的に均一にするためには十分に大きい。
【0085】
アモルファス膜54は、シリコン、ゲルマニウム、およびシリコン−ゲルマニウム合金からなる群から選択される。好適な実施形態では、アモルファス膜54はシリコンであり、遷移金属64はニッケルであり、ニッケルイオンの第1のドーズ量は1×1014イオン/cm2〜1×1016イオン/cm2までの範囲である。本発明の1つの局面では、アモルファスシリコン層54の第1の膜厚58は500Åであり、第1のドーズ量は1×1014イオン/cm2である。
【0086】
図18は、高速熱アニール後のTFT50の部分断面図である。フォトレジスト62は、TFT50から取り除かれている。RTA処理は、アモルファス膜54を少なくとも部分的に多結晶膜66に変える。ニッケルは、連続する一方向性の成長フロントでアモルファス膜54の高速結晶化を引き起こす。高速熱アニールは、650℃〜800℃の範囲の平均温度で、1ns〜1000秒の範囲の時間起こる。アニール熱源は、タングステン−ハロゲンランプ、キセノンアークランプ、およびエキシマレーザからなる群から選択される。
【0087】
本発明の1つの局面では、透明基板52はガラスであり、ニッケルイオン64が注入されたアモルファスシリコン膜54は、高速熱アニール工程の前に、400℃〜500℃の範囲の温度に予熱される。予熱後、予熱温度から高速熱アニール温度まで、10℃/秒を上回る昇温速度で昇温させる。好ましくは、昇温速度は、50℃/秒を上回る。図15から図18は、本発明による、アモルファス膜54を結晶化するための1工程高速熱アニール処理を大まかに示している。図15から図18に示す1工程高速熱アニール処理は、完成されたTFTトランジスタの多結晶ソース/ドレイン領域の形成に適用できる。図4から図11に示す2工程アニール処理については、完成されたTFTの製造工程をより具体的に説明しているが、この1工程の方法については、説明を簡潔にするために、そのような具体的な説明を省略している。
【0088】
図19は、高電子移動度を有する薄膜トランジスタの形成においてアモルファス膜を結晶化する2工程アニール法を説明するためのフローチャートである。工程70で、薄膜トランジスタを形成するためのアモルファス膜を与える。工程72で、第1の膜厚を有するアモルファス膜の層を堆積させる。工程74で、アモルファス膜の上に接するように、第2の膜厚を有する遷移金属膜の層を堆積させる。工程76で、工程72および74で堆積された膜をアニールし、アモルファス膜のうちで遷移金属の下にある部分が使われて遷移金属半導体化合物が形成される。次に続く工程82および84は、任意に設けられる工程であり、これらの工程については後述する。工程78で、高速熱アニールを施し、アモルファス膜を少なくとも部分的に多結晶膜に変える。工程80は、製品の完成を表す。即ち、遷移金属が、連続する一方向性の成長フロントでアモルファス膜の高速結晶化を引き起こす多結晶膜である。
【0089】
アモルファス膜は、シリコン、ゲルマニウム、およびシリコン−ゲルマニウム合金からなる群から選択される。遷移金属膜は、ニッケル、コバルト、パラジウムおよび白金からなる群から選択される。本発明の1つの局面では、アモルファス膜はシリコンであり、遷移金属膜はニッケルであり、ニッケル膜の第2の膜厚は5Åよりも大きい。本発明の1つの好適な実施形態では、アモルファスシリコン膜の第1の膜厚は約500Åである。本発明の別の局面では、工程76は、250℃〜550℃の範囲の温度で、30秒未満の間アニールを行う工程を包含する。好ましくは、このアニールは、250℃〜470℃までの範囲の温度で行われる。
【0090】
工程78は、650℃〜800℃の範囲の平均温度で1ns〜1000秒までの時間、高速熱アニールを行う工程を包含する。このようにして、工程78のアニール処理において、タングステン−ハロゲンランプ、キセノンアークランプ、およびエキシマレーザなどが用いられる。本発明の方法は、低コストのランプヒータおよびより高価なレーザ技術とともに用いるのに適切である。工程78はまた、上で特定した範囲外の高温および低温を有するが平均温度は650℃〜800℃である熱源の使用を含む。
【0091】
典型的には、この方法は、透明基板の上にアモルファス膜を堆積させるさらなる工程を含む。この透明基板は、ガラスおよび石英からなる群から選択される。そのようなプロセスで形成された薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイにおいて用いるのに適切である。この方法はさらに、工程72の前に、透明基板の上にバリア層を堆積させるさらなる工程を含む。バリア層は、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる材料の群から選択される。
【0092】
図19はまた、アモルファス膜を予熱する工程82を示す。本発明の1つの局面では、透明基板はガラスであり、アモルファス膜はシリコンであり、遷移金属はニッケルである。その後、シリコン膜を400℃〜500℃の範囲の温度で予熱する。工程84で、工程82の予熱温度から工程78のRTA温度に、10℃/秒を上回る昇温速度、好ましくは50℃/秒を上回る昇温速度で昇温させる。
【0093】
図5に示すように、この方法はまた、工程72で堆積されたアモルファス膜の選択された領域をエッチングする工程と、エッチングで除去されなかったアモルファス膜の表面の上に酸化物層を堆積させてゲート酸化物層を形成する工程とを包含する。さらに、この方法は、ゲート酸化物層の表面の上に半導体材料膜を堆積させる工程を包含する。半導体材料は、多結晶シリコン、MoおよびTaなどの高融点金属、ならびにポリサイドからなる群から選択される。図7に示すように、この方法は、アモルファス膜にドーピング不純物を注入してソース/ドレイン領域を形成するさらなる工程を包含する。
【0094】
図20は、アモルファス膜を結晶化して高電子移動度を有する薄膜トランジスタを形成する1工程アニール法の工程を説明するためのフローチャートである。工程90で、薄膜トランジスタを形成するためのアモルファス膜を与える。典型的には、アモルファス膜は、シリコン、ゲルマニウム、およびシリコン−ゲルマニウム合金である。工程92で、第1の膜厚を有するアモルファス膜の層を堆積させる。工程94で、アモルファス膜に遷移金属を導入する。遷移金属の導入は、無電解めっき、選択的化学蒸着、および第1のドーズ量のイオン注入からなる群から選択される。遷移金属は、ニッケル、コバルト、パラジウムおよび白金からなる群から選択される。次に続く工程100および102は、任意に設けられる工程であり、これらの工程については後述する。工程96で、高速熱アニールを施し、アモルファス膜を少なくとも部分的に多結晶膜に変える。工程98は、製品の完成を表す。即ち、遷移金属が、連続する一方向性の成長フロントでアモルファス膜の高速結晶化を引き起こす多結晶膜である。
【0095】
本発明の1つの局面では、透明基板が与えられる。この透明基板は、ガラスおよび石英からなる群から選択される。その後、工程92は、透明基板の上にアモルファス膜を堆積させる工程を包含する。従って、薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイで使用するために適切である。本発明の1つの局面では、透明基板はガラスであり、アモルファス膜はシリコンであり、遷移金属はニッケルである。図20においては、工程96の前に、さらなる工程を包含する。工程100で、400℃〜500℃の範囲の温度でアモルファスシリコン膜を予熱する。工程102で、工程100の予熱温度から工程96のRTA温度に、10℃/秒を上回る昇温速度、好ましくは、50℃/秒を上回る昇温速度で昇温させる。
【0096】
本発明の1つの局面では、アモルファス膜はシリコンであり、遷移金属はニッケルであり、工程94でのニッケルイオンの第1のドーズ量は1×1014イオン/cm2〜1×1016イオン/cm2の範囲である。本発明の1つの好適な局面では、工程92は、約500Åの第1の膜厚を有するアモルファスシリコン膜を堆積させる工程を包含し、工程94は、1×1014イオン/cm2の第1のドーズ量を含む。
【0097】
工程96は、650℃〜800℃の範囲の平均温度で1ns〜1000秒の時間、高速熱アニールを行なう工程を包含する。工程96は、タングステン−ハロゲンランプ、キセノンアークランプ、およびエキシマレーザを用いてアニールを行なう工程を包含する。本発明の1つの局面では、工程92の前に、透明基板の上にバリア層を堆積させるさらなる工程が加えられ、バリア層は、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる材料の群から選択される。
【0098】
図20に示される方法は概ね図15から図18に対応する。対応する図16に示されるように、工程92で堆積されたアモルファス膜の選択された領域の上に層間誘電体を堆積させるさらなる工程を包含する。図17に示されるように、層間誘電体の上にフォトレジストの層を堆積させる工程を包含する。フォトレジスト層は、工程94のニッケル注入の間、層間誘電体をニッケル汚染から保護する。多結晶膜を形成するこの一般的な方法もまた、TFTソース/ドレイン領域の形成に適用できる。
【0099】
先行技術の金属により引き起こされる結晶化方法は、結晶化温度を下げるという目的を有していた。本発明は、全体的な熱収支を削減する。本発明ではより高い温度を用いるため、アニール時間が大幅に短縮されるとともに、LCDのガラス基板が受ける熱応力が大幅に低減される。さらに、本発明の方法によって達成される結晶化は、以前から知られているTFT用多結晶膜製造方法よりも優れている。最後に、本発明の高速熱アニールを行なうために必要とされる機器のコストは、レーザアニール機器のコストの約3分の1である。当業者は、本発明により、プロセス工程およびIC構造の変形、ならびに本発明のその他の実施形態を思い付くであろう。
【0100】
【発明の効果】
本発明によれば、アモルファス膜をアニールして、薄膜トランジスタに適切な多結晶膜を形成する方法が提供される。本発明の多結晶膜を用いた薄膜トランジスタは、高電子移動度を有する。
【0101】
また、本発明の多結晶膜を形成するための結晶化方法は、金属により引き起こされる結晶化を改良している。また、RTAプロセスを取り込んでアニール処理時間を短縮し、それによりアニールのコストを削減することができるので低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高電子移動度を有する完成された多結晶膜を形成する2工程アニール法であって、ニッケルにより引き起こされる2工程アニール法の1つの段階を示す図であって、アモルファス膜の堆積を示す部分断面図である。
【図2】高電子移動度を有する完成された多結晶膜を形成する2工程アニール法であって、ニッケルにより引き起こされる2工程アニール法の1つの段階を示す図であって、第1のアニール工程後の図1のアモルファス膜を示す部分断面図である。
【図3】高電子移動度を有する完成された多結晶膜を形成する2工程アニール法であって、ニッケルにより引き起こされる2工程アニール法の1つの段階を示す図であり、高速熱アニール(RTA)を施してアモルファス膜を多結晶膜に変えた後の、図2のアモルファス膜を示す部分断面図である。
【図4】完成された薄膜トランジスタを形成する方法であって、ニッケルを用いて2工程アニール処理による多結晶膜の形成を引き起こしている方法の1つの段階を示す図であり、アモルファス層の堆積を示す部分断面図である。
【図5】完成された薄膜トランジスタを形成する方法であって、ニッケルを用いて2工程アニール処理による多結晶膜の形成を引き起こしている方法の1つの段階を示す図であり、酸化物層を堆積した後のTFTの部分断面図である。
【図6】完成された薄膜トランジスタを形成する方法であって、ニッケルを用いて2工程アニール処理による多結晶膜の形成を引き起こしている方法の1つの段階を示す図であり、酸化物層の上に半導体材料膜を堆積させてゲートを形成した後のTFTの部分断面図である。
【図7】完成された薄膜トランジスタを形成する方法であって、ニッケルを用いて2工程アニール処理による多結晶膜の形成を引き起こしている方法の1つの段階を示す図であり、アモルファス層にドーピング不純物を注入してソース/ドレイン領域を形成する際のTFTの部分断面図である。
【図8】完成された薄膜トランジスタを形成する方法であって、ニッケルを用いて2工程アニール処理による多結晶膜の形成を引き起こしている方法の1つの段階を示す図であり、アモルファス膜の上に接触するように遷移金属膜を堆積させた後のTFTの部分断面図である。
【図9】完成された薄膜トランジスタを形成する方法であって、ニッケルを用いて2工程アニール処理による多結晶膜の形成を引き起こしている方法の1つの段階を示す図であり、2工程アニール処理の第1のアニール工程を行った後のTFTの部分断面図である。
【図10】完成された薄膜トランジスタを形成する方法であって、ニッケルを用いて2工程アニール処理による多結晶膜の形成を引き起こしている方法の1つの段階を示す図であり、第2のアニール工程である高速熱アニールの後のTFTの部分断面図である。
【図11】完成された薄膜トランジスタを形成する方法であって、ニッケルを用いて2工程アニール処理による多結晶膜の形成を引き起こしている方法の1つの段階を示す図であり、完成されたTFTの部分断面図である。
【図12】先行技術による、低温で金属により引き起こされる結晶化から生じる不規則な成長フロントを示す図である。
【図13】高速熱アニール処理の間にニッケルシリサイド層からシリコンに現れる一方向性の成長フロントを示す図である。
【図14】温度の変数に対する、ニッケルにより引き起こされる結晶化の横方向成長速度を示す図である。
【図15】高電子移動度を有する完成された多結晶膜を形成するための、ニッケルにより引き起こされる1つの高速熱アニール工程の1つの段階を示す図であって、ガラスまたは石英から選択される透明基板を有するTFTを示す図である。
【図16】高電子移動度を有する完成された多結晶膜を形成するための、ニッケルにより引き起こされる1つの高速熱アニール工程の1つの段階を示す図であって、層間誘電体を堆積した後のTFTの部分断面図である。
【図17】高電子移動度を有する完成された多結晶膜を形成するための、ニッケルにより引き起こされる1つの高速熱アニール工程の1つの段階を示す図であって、アモルファス膜の選択された領域の上にフォトレジスト層を堆積した後のTFTの部分断面図である。
【図18】高電子移動度を有する完成された多結晶膜を形成するための、ニッケルにより引き起こされる1つの高速熱アニール工程の1つの段階を示す図であって、高速熱アニール後のTFTの部分断面図である。
【図19】高電子移動度を有する薄膜トランジスタの形成においてアモルファス膜を結晶化する2工程アニール法の工程を説明するためのフロー図である。
【図20】アモルファス膜を結晶化させて高電子移動度を有する薄膜トランジスタを形成する1工程アニール法の工程を説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
3 アモルファス膜
4 透明基板
5 バリア層
6 遷移金属膜
7 遷移金属半導体化合物
8 多結晶膜
10 薄膜トランジスタ
12 透明基板
14 アモルファス膜
16 バリア層
18 酸化物層
20 半導体材料膜
22 ドーピング不純物
24 遷移金属膜
26 第1の膜厚
28 第2の膜厚
30 遷移金属半導体化合物
32 層間誘電体
34 多結晶層
36 金属層
50 薄膜トランジスタ
52 透明基板
54 アモルファス膜
56 バリア層
58 第1の膜厚
60 層間誘電体
62 フォトレジスト
64 遷移金属イオン
66 多結晶膜
Claims (20)
- 高電子移動度を有する薄膜トランジスタの形成における、アモルファス膜の結晶化方法であって、
(a)ガラスからなる透明基板の上に、第1の膜厚を有するシリコンのアモルファス膜の層を堆積させる工程と、
(b)該アモルファス膜の上に接するように、第2の膜厚を有するニッケルからなる遷移金属膜の層を堆積させる工程と、
(c)該工程(a)および(b)で堆積された膜をアニールして、該アモルファス膜のうちで該遷移金属の下にある部分を使用して遷移金属半導体化合物としてニッケルシリサイドを形成する工程と、
(d)該工程(c)によってニッケルシリサイドが形成されたシリコンのアモルファス膜を、400℃〜500℃の範囲の温度で予熱する工程と、
(e)該工程(d)による予熱の後に、高速熱アニールを施して、該シリコンのアモルファス膜を少なくとも部分的に多結晶膜に変える工程とを包含し、
該工程(d)による予熱温度から前記高速熱アニールに必要な温度まで、10℃/秒を上回る昇温速度で昇温させることを特徴とする、方法。 - 前記工程(c)は、250℃〜550℃の範囲の温度で、30秒の未満の時間で実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記高速熱アニールは、650℃〜800℃の平均温度で、1ナノ秒〜1000秒の範囲の時間で実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記昇温速度が50℃/秒を上回る、請求項1に記載の方法。
- 前記工程(a)の前に、ガラス基板である前記透明基板の上に酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる群から選択されるバリア層を堆積させる工程をさらに包含する、請求項1に記載の方法。
- 高電子移動度を有する薄膜トランジスタの形成における、アモルファス膜の結晶化方法であって、
(a)ガラスからなる透明基板の上に、第1の膜厚を有するシリコンのアモルファス膜の層を堆積させる工程と、
(b)該アモルファス膜にニッケルからなる遷移金属を導入する工程と、
(c)該工程(b)によってニッケルが導入された該シリコンのアモルファス膜を400℃〜500℃の範囲の温度で予熱する工程と、
(d)該工程(c)による予熱の後に、高速熱アニールを施して、該シリコンのアモルファス膜を少なくとも部分的に多結晶膜に変える工程とを包含し、
該工程(c)による予熱温度から前記高速熱アニールに必要な温度まで、10℃/秒を上回る昇温速度で昇温させることを特徴とする、方法。 - 前記高速熱アニールは、650℃〜800℃の平均温度で、1ナノ秒〜1000秒の範囲の時間で実施される、請求項6に記載の方法。
- 前記昇温速度が50℃/秒を上回る、請求項6に記載の方法。
- 透明基板と、該透明基板の上にある薄膜トランジスタ用多結晶半導体膜とを含む薄膜トランジスタであって、
該薄膜トランジスタ用多結晶半導体膜は、ガラスからなる該透明基板の上に第1の膜厚を有するシリコンのアモルファス膜と、該アモルファス膜の上に接するように第2の膜厚を有するニッケルからなる遷移金属とを堆積させ、該遷移金属および該アモルファス膜をアニールして遷移金属半導体化合物としてニッケルシリサイドを形成した後に、400℃〜500℃の範囲の温度で予熱し、10℃/秒を上回る昇温速度で高速熱アニールに必要な温度まで昇温した後に、高速熱アニール工程を実施することによって形成されている、薄膜トランジスタ。 - 前記遷移金属およびアモルファス膜のアニールが、250℃〜550℃の範囲の温度で、30秒の未満の時間で実施される、請求項9に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記高速熱アニール工程は、650℃〜800℃の平均温度で、1ナノ秒〜1000秒の範囲の時間で実施される、請求項9に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記昇温速度は、50℃/秒を上回る、請求項9に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記透明基板の上に、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる群から選択されるバリア層が堆積されている、請求項9に記載の薄膜トランジスタ。
- 透明基板と、該透明基板の上にある薄膜トランジスタ用多結晶半導体膜とを含む薄膜トランジスタであって、
該薄膜トランジスタ用多結晶半導体膜は、ガラスからなる該透明基板の上に第1の膜厚を有するシリコンのアモルファス膜を堆積させ、該アモルファス膜に該遷移金属としてニッケルを導入した後に、該アモルファス膜を400℃〜500℃の範囲の温度で予熱し、10℃/秒を上回る昇温速度で高速熱アニールに必要な温度まで昇温した後に、該遷移金属とともに該アモルファス膜を高速熱アニールすることによって形成されている、薄膜トランジスタ。 - 前記遷移金属であるニッケルの該アモルファス膜への該導入は、無電解めっき、選択的化学蒸着、および第1のドーズ量のイオン注入からなる群から選択される、請求項14に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記該遷移金属であるニッケルは、1×1014イオン/cm2〜1×1016イオン/cm2の範囲の第1のドーズ量のニッケルイオンのイオン注入によって導入される、請求項15に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記アモルファス膜であるシリコンは、500Å以上の第1の膜厚を有し、前記ニッケルイオンの前記第1のドーズ量は1×1014イオン/cm2である、請求項16に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記高速熱アニールは、650℃〜800℃の平均温度で、1ナノ秒〜1000秒の範囲の時間で実施される、請求項14に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記昇温速度は、50℃/秒を上回る、請求項14に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記透明基板の上に、酸化シリコン、窒化シリコン、および酸化シリコンと窒化シリコンとの組合せからなる群から選択されるバリア層が堆積されている、請求項14に記載の薄膜トランジスタ。
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