(57)【要約】【課題】  活性化率を十分に向上することができ、活性化の不均一さを軽減することが可能で、工程の変更や工数の増加を招くこともない薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】  素子形成基板（透明基板）１上にアンダーコート層２を介して多結晶シリコン層４を形成し、不純物注入及び電極形成を行って薄膜トランジスタを形成した後、アンダーコート層２上の薄膜トランジスタを素子形成基板１から分離し、他の基板７上に転写する。素子形成基板１とアンダーコート層２の間に光吸収層３を犠牲層として設け、素子形成基板１側からレーザ照射することにより多結晶シリコン層４に注入した不純物の活性化を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上にアンダーコート層を介して多結晶シリコン層を形成し、不純物注入及び電極形成を行って薄膜トランジスタを形成した後、アンダーコート層上の薄膜トランジスタを透明基板から分離し、他の基板上に転写する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記透明基板とアンダーコート層の間に光吸収層を犠牲層として設け、透明基板側からレーザ照射することにより前記多結晶シリコン層に注入した不純物の活性化を行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記レーザ照射に使用するレーザ光は、前記透明基板を透過し、前記光吸収層及び多結晶シリコン層で吸収されることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記レーザ光が固体レーザ光であり、前記光吸収層がアモルファスシリコン層であることを特徴とする請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン層を半導体層とす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、転写プロセスによる薄膜トランジスタの製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板上に作製された多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ポリシリコンＴＦＴ）は、結晶シリコンデバイスにおけるＳＯＩ構造と同様の構造を有することになるため、電気特性においてもＳＯＩデバイスと同様の特徴を有する。チャネル層（活性層）を薄膜化することにより、完全空乏型の動作をさせることが可能となり、オフ状態からオン状態への立ち上がり電圧差が非常に小さくなることもその一つである。
【０００３】
また、透光性基板（ガラス基板）を使用しているため、液晶ディスプレイ等の表示装置の駆動素子としての利用も可能であり、結晶半導体では不可能な応用が可能となっている。多結晶シリコン薄膜を活性層とするポリシリコンＴＦＴを駆動素子とすることで、例えば携帯電話の表示部分等において、対角２インチ程度の領域にＱＶＧＡ程度の精細度の表示を行うことが可能になっている。
【０００４】
ポリシリコンＴＦＴを駆動素子とする液晶表示パネルの作製においては、当然のことながら、基板上に前記ポリシリコンＴＦＴを形成する必要がある。ここで、ポリシリコンＴＦＴの製造方法としては、例えば、ポリシリコン薄膜の形成、ゲート絶縁膜やゲート電極の形成、ソース領域やドレイン領域への不純物注入、ソース電極やドレイン電極の形成等の工程を経るのが一般的である。
【０００５】
これらの工程を経てポリシリコンＴＦＴを作製する場合、ソース領域やドレイン領域に注入された不純物（ドーパント）を活性化する必要があり、加熱炉による熱処理や、レーザ光の照射による熱処理が行われている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、絶縁性基板上に形成されたシリコン薄膜からなる活性層のチャネル領域以外に不純物イオンを注入し、レーザ光を照射することによって不純物イオンを活性化させる薄膜トランジスタの製造方法において、チャネル領域に隣接する領域の下層に遮光層を形成し、この遮光層をマスクとして絶縁性基板の裏面からレーザ光を照射する薄膜トランジスタの製造方法が開示されている。あるいは、チャネル領域に隣接する領域の下層に遮光層を形成し、この遮光層をマスクとして絶縁性基板の裏面から露光することで活性層上にマスクパターンを形成し、マスクパターンをマスクとして絶縁性基板の表面からレーザ光を照射する薄膜トランジスタの製造方法が開示されている。いずれの製造方法においても、チャネル領域に隣接する領域の不純物イオンを活性化しないことにより、ＬＤＤ構造を有する薄膜トランジスタと同様の効果を有する薄膜トランジスタを得るようにしている。
【０００７】
特許文献２記載の発明は、ソース領域及びドレイン領域における不純物の活性化を効率良く行うことができる半導体装置の製造方法に関するものであり、半導体層やゲート電極等の形成の後、これらを覆って層間絶縁膜を形成するとともに、層間絶縁膜上に光吸収層や保護絶縁層を形成し、保護絶縁層を通して光吸収層に光を照射する半導体装置の製造方法が開示されている。特許文献２記載の発明では、光照射によって加熱された光吸収層からの熱により、ソース領域及びドレイン領域中の不純物を活性化するようにしている。照射する光は、フラッシュランプ光やレーザ光である。特許文献２記載の発明では、光吸収層を利用して加熱を行うようにしているので、ソース領域及びドレイン領域における不純物の活性化を短時間で効率よく行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３２６４９５号公報
【特許文献２】特開２００７−４８８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、薄膜トランジスタの製造プロセスにおいて、ドーパントを活性化するためには３００℃以上の温度に加熱することが必要であり、例えば特許文献１記載の発明のように、ガラスを透過しＳｉに吸収のあるレーザ光を用いて薄膜トランジスタの裏面側から活性化を行えば、半導体層以外の部分を高温に晒すことなく室温にて活性化を行うことが可能である。
【００１０】
しかしながら、薄膜トランジスタ構造を形成した後では、前記レーザ光の照射によって半導体層であるポリシリコン薄膜を溶融することができないことから、活性化を十分に高めることができないという問題がある。薄膜トランジスタ構造を形成した後にポリシリコン薄膜を溶融してしまうと、薄膜トランジスタ構造が損なわれるおそれがあるからである。また、ポリシリコン薄膜の端部での光回折や、金属／ポリシリコン、ＳｉＯ２／ポリシリコン等のような積層構造の相違による熱伝導の違いにより、均一に活性化を行うことができないという問題もある。
【００１１】
これに対して、特許文献２記載の発明のように、光照射によって加熱された光吸収層からの熱により活性化を行えば、これらの問題が解消されるものと考えられるが、ゲート絶縁膜やゲート電極を形成した段階で光吸収層や保護絶縁層を形成し、光照射による活性化の後にこれら光吸収層や保護絶縁層を除去し、ソース電極やドレイン電極を形成するというように、工程を大幅に変更する必要があり、工数も多くなる等の問題がある。
【００１２】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、活性化率を十分に向上することができ、活性化の不均一さを軽減することが可能で、工程の変更や工数の増加を招くこともない薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の目的を達成するために、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、透明基板上にアンダーコート層を介して多結晶シリコン層を形成し、不純物注入及び電極形成を行って薄膜トランジスタを形成した後、アンダーコート層上の薄膜トランジスタを透明基板から分離し、他の基板上に転写する薄膜トランジスタの製造方法であって、前記透明基板とアンダーコート層の間に光吸収層を犠牲層として設け、透明基板側からレーザ照射することにより前記多結晶シリコン層に注入した不純物の活性化を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法においては、光吸収層からの間接加熱により不純物の活性化を行っているので、多結晶シリコン層に直接レーザ光を照射して加熱を行う場合に比べて加熱時間を延長することができ、活性化率を向上することが可能である。また、光吸収層からの間接加熱によれば、多結晶シリコン層端部での光回折効果や、熱伝導率の違いによる活性化率の不均一化を緩和することが可能である。さらに、本発明の薄膜トランジスタの製造方法においては、光吸収層を転写プロセスにおいて犠牲層として利用しているので、工程の変更や工数の増加を招くことがないという利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】転写プロセスによる薄膜トランジスタの製造プロセスを工程順に示す模式的な断面図であり、（ａ）は光吸収層及びアンダーコート層の形成工程、（ｂ）は薄膜トランジスタの素子部の形成工程、（ｃ）はレーザ照射による不純物の活性化工程、（ｄ）は光吸収層を犠牲層とする素子形成基板の除去工程、（ｃ）は薄膜トランジスタの素子部の別基板への転写工程をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した薄膜トランジスタの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態における薄膜トランジスタの製造プロセスは、いわゆる転写プロセスを適用したものであり、アンダーコート層上に形成された薄膜トランジスタを他の基板に転写することが前提である。転写プロセスでは、基板材料によってプロセス温度に制約を受けることがなく、例えば大画面のＴＦＴアレイを実用化する上で有効な技術である。
【００１８】
転写プロセスにより薄膜トランジスタを製造するには、先ず、図１（ａ）に示すように、素子形成基板１上に犠牲層を形成し、この上にアンダーコート層２を形成して薄膜トランジスタの形成を行うが、本実施形態においては、前記犠牲層として光吸収層３を形成する。光吸収層３は、後述のレーザ照射の際に、照射されるレーザ光を吸収することが必要であり、例えばアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）等が好適である。アモルファスシリコン膜は、多結晶シリコン層（ポリシリコン層）に近い光学特性を有し、例えば固体レーザ（波長５３２ｎｍ）を用いた場合、半透過膜として機能し、その一部が光吸収層３で吸収され、一部透過した固体レーザ光が多結晶シリコン層で吸収される。
【００１９】
なお、前記光吸収層３は、照射されるレーザ光の大部分を吸収するものであってもよいが、前記のように半透過とすることが好ましい。これにより、光吸収層３による間接加熱と多結晶シリコン層の直接加熱によって活性化が行われることになり、効率的な活性化が可能となる。また、光吸収層３に用いる材料は、照射するレーザ光の波長に応じて選択する必要がある。例えば照射するレーザ光がエキシマレーザである場合には、紫外域に吸収を有するＳｉＯ（酸素欠損）等を用いることで、間接加熱が可能になる。
【００２０】
一方、前記光吸収層３が形成される素子形成基板１には、照射されるレーザ光をできる限り透過する基板を使用する。例えば、固体レーザを照射する場合には、固体レーザの波長域にほとんど吸収を持たないガラス基板を使用することが好ましい。照射するレーザ光がエキシマレーザの場合には、素子形成基板１に紫外域に吸収を持たない石英基板を用いる必要がある。
【００２１】
前記光吸収層３の上にはアンダーコート層２を形成するが、このアンダーコート層２には、犠牲層として機能する光吸収層３に対してエッチング選択比の大きな材料を用いることが好ましい。犠牲層である光吸収層３をエッチング除去する際に、アンダーコート層２にほとんどエッチングされない材料を用いることにより、素子形成基板１及び光吸収層３を円滑に除去することが可能になる。したがって、例えば光吸収層３にアモルファスシリコン膜を用いた場合、前記アンダーコート層２には、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜や酸化シリコン（ＳｉＯ）膜等を用いることができる。アンダーコート層２の膜厚は任意であるが、例えば膜厚３００ｎｍ程度とすればよい。
【００２２】
素子形成基板１上に前述の光吸収層３及びアンダーコート層２を形成した後、アンダーコート層２上に薄膜トランジスタの素子部を形成する。薄膜トランジスタの素子部は、通常の製造プロセスに従えばよい。
【００２３】
具体的には、図１（ｂ）に示すように、先ず、アンダーコート層２上に多結晶シリコン層４を形成する。多結晶シリコン層４は、例えばＣＶＤ等の手法によりアモルファスシリコン膜を形成し、これをレーザアニール等の手法によって多結晶化することにより形成する。なお、多結晶シリコン層４は、薄膜トランジスタの配列に応じてエッチングし、島状に分離する。
【００２４】
多結晶シリコン層４を島状に分離した後、これら多結晶シリコン層４を覆って、ゲート絶縁膜（図示は省略する。）及び金属膜を全面に成膜する。なお、前記金属膜はゲート電極に対応するものである。次に、金属膜をエッチングしてゲート電極５を形成する。ここで、前記金属膜は、ゲート電極５のパターン形状に対応したレジストをマスクとしてパターニングし、ゲート電極５とする。
【００２５】
前記ゲート絶縁膜のエッチングの後、多結晶シリコン層４に対してゲート電極５をマスクとして不純物注入を行い、ソース領域及びドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域（低濃度不純物拡散領域）を形成する。次いで、前記ゲート絶縁膜及びゲート電極５上に、層間絶縁膜（図示は省略する。）を形成し、当該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、信号配線と多結晶シリコン層４のソース領域及びドレイン領域との電気的な接続を図る。
【００２６】
コンタクトホールの形成に際しては、層間絶縁膜上にコンタクトホールに対応して開口部を有するレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、通常のフォトリソ技術によって形成することができる。次に、前記レジストパターンをマスクとしてコンタクトホールのエッチングを行う。そして、前記コンタクトホールの形成の後、信号電極６を形成し、前記多結晶シリコン層４のソース領域、あるいはドレイン領域とのオーミックコンタクトを取る。
【００２７】
以上により薄膜トランジスタの素子部を形成した後、多結晶シリコン層４にレーザ光を照射して不純物の活性化を行う。本実施形態においては、図１（ｃ）に示すように、薄膜トランジスタの裏面側から、すなわち素子形成基板１側からレーザ光を照射し、多結晶シリコン層４にドープされた不純物の活性化を行う。
【００２８】
ここで、素子形成基板１側からレーザ光を照射すると、その一部が光吸収層３に吸収され、熱エネルギーに変換される。すなわち、光吸収層３が加熱され、この光吸収層３からの間接加熱によって多結晶シリコン層４が加熱される。それと同時に、レーザ光の一部は多結晶シリコン層４に到達し、多結晶シリコン層４を直接加熱する。この光吸収層３からの間接加熱と、レーザ光による多結晶シリコン層４の直接加熱によって、多結晶シリコン層４にドープされた不純物が効率的に活性化される。
【００２９】
特に、光吸収層３からの間接加熱により、加熱時間を延長できることから、レーザ活性化プロセスにおける活性化率の増加を図ることが可能である。また、光吸収層３からの間接加熱を行うことにより、多結晶シリコン層４の端部での光回折効果を緩和することができる。さらに、薄膜トランジスタの素子部においては、積層構造の相違に起因して熱伝導率の違いが生ずるが、この熱伝導率の違いによる活性化率の不均一さも前記間接加熱によって緩和することができる。
【００３０】
前述のレーザ光の照射による不純物の活性化の後、薄膜トランジスタの素子部を別の基板上へと転写する。転写に際しては、図１（ｄ）に示すように、ガラス基板等の素子形成基板１及び光吸収層（犠牲層）３の除去を行う。素子形成基板１や光吸収層３を除去するには、例えばフッ化水素（ＨＦ）の水溶液（フッ酸）を用いればよい。光吸収層３とアンダーコート層２のエッチング液（前記フッ酸）によるエッチングにおける選択比が大きければ、光吸収層３を選択的に溶解除去することができる。
【００３１】
素子形成基板１及び光吸収層３を除去した後、図１（ｅ）に示すように、アンダーコート層２上に形成された薄膜トランジスタの素子部を別の基板７上に貼り合わせ、転写を完了する。
【００３２】
以上が本実施形態の薄膜トランジスタの製造プロセスであるが、この実施形態では、転写プロセスを何ら変更することなく、また何ら工数を増やすことなく、多結晶シリコン層４にドープされた不純物の前記間接加熱による活性化を行うことが可能である。光吸収層３を犠牲層として利用しているので、余計な工程を追加する必要がなく、アンダーコート層２上には、通常通りのプロセスで薄膜トランジスタの素子部を形成すればよい。
【００３３】
前述の通り、本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法によれば、光吸収層３からの間接加熱により多結晶シリコン層４にドープされた不純物の活性化を行っているので、多結晶シリコン層４に直接レーザ光を照射して加熱を行う場合に比べて加熱時間を延長することができ、活性化率を向上することが可能である。また、光吸収層３からの間接加熱によれば、多結晶シリコン層４端部での光回折効果や、熱伝導率の違いによる活性化率の不均一化を緩和することも可能である。さらに、転写プロセスにおいて、光吸収層３を犠牲層として利用しているので、工程を変更する必要がなく、工数の増加を招くこともない。
【００３４】
なお、本発明が前述の実施形態に限定されるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【実施例】
【００３５】
次に、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。
【００３６】
素子形成基板として厚さ６００μｍのガラス基板を用い、この上にアモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）を光吸収層として形成した。そして、この光吸収層上に窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるアンダーコート層（厚さ３００ｎｍ）を形成し、アンダーコート層上に多結晶シリコン層を半導体層とする薄膜トランジスタの素子部を形成した。多結晶シリコン層のソース領域及びドレイン領域には、不純物をドープした。
【００３７】
このようにａ−Ｓｉ層を光吸収層として形成した場合について、光吸収層（ａ−Ｓｉ層）の膜厚を変えた時の固体レーザ光の透過率の変化を調べた。固体レーザは波長５３２ｎｍであり、ガラス基板側から照射した。
【００３８】
固体レーザ（波長５３２ｎｍ）を使用した場合、光吸収層（ａ−Ｓｉ層）の膜厚が５００ｎｍ以下であれば、計算上、２０％以上のレーザ光が多結晶シリコン層にまで到達することがわかった。すなわち、光吸収層（ａ−Ｓｉ層）の膜厚を５００ｎｍ以下とし、ガラス基板側から固体レーザ（波長５３２ｎｍ）を照射すれば、多結晶シリコン層に対して、光吸収層による間接加熱と、固体レーザ光による直接加熱を行うことができ、不純物の活性化を効率的に行うことが可能である。
【００３９】
実際、光吸収層（ａ−Ｓｉ層）の膜厚を５０ｎｍとし、固体レーザ（波長５３２ｎｍ）をガラス基板側から照射して多結晶シリコン層にドープした不純物の活性化を行ったところ、レーザエネルギー６００ｍＪ／ｃｍ２にて多結晶シリコン層の活性化率の向上と、活性化率の均一化を実現することができた。
【符号の説明】
【００４０】
１  素子形成基板、２  アンダーコート層、３  光吸収層、４  多結晶シリコン層、５  ゲート電極、６  信号電極
【図１】
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