(57)【要約】      （修正有）【課題】  第１絶縁膜を連続的に形成した後、第２絶縁膜を蒸着して薄膜トランジスタの半導体層とゲート絶縁膜を形成する薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  薄膜トランジスタ及びその製造方法は、絶縁基板と、前記絶縁基板に連続的に形成され、パターニングされた多結晶シリコン層パターン１０５及び第１絶縁膜パターン１０６と、前記多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンが形成された基板上に形成された第２絶縁膜１０７と、前記第２絶縁膜上に形成されたゲート電極１０８、層間絶縁膜１０９及びソース／ドレーン電極１１０と、を含んでなる薄膜トランジスタ及びその製造方法であり、中間洗浄工程を略することができるため製造工程を短縮する効果がある。【選択図】  図２Ｄ
2006013438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に連続的に形成され、パターニングされた多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンと、
前記多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンが形成された基板上に形成された第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に形成されたゲート電極、層間絶縁膜及びソース／ドレーン電極と、
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記第１絶縁膜パターン及び第２絶縁膜はゲート絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜の厚さは８００ないし１５００Åであることを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記第１絶縁膜パターンの厚さが５０ないし４００Åであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記第１絶縁膜パターンの厚さが２００Åであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記第１絶縁膜パターンは酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記第１絶縁膜パターンまたは第２絶縁膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記第２絶縁膜は有機絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンは連続的に形成された非晶質シリコン層及び第１絶縁膜を結晶化し、パターニングして形成された多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
前記多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンは連続的に形成された非晶質シリコン層及び第１絶縁膜をパターニングし、結晶化して形成された多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
前記多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンはＣＦ４ガスによってパターニングされた多結晶シリコン層及び第１絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
前記ゲート電極は、Ａｌ、ＡｌＮｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＭｏＷ及びこれらの中でどれか一つ以上が含まれた化合物のうちいずれか一つに形成されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１３】
前記層間絶縁膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜の単層または多層で形成されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１４】
基板を備える段階と、
前記基板上に非晶質シリコン層及び第１絶縁膜を連続的に形成する段階と、
前記非晶質シリコン層及び第２絶縁膜を多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンで形成する段階と、
前記基板上に第２絶縁膜を形成する段階と、
前記第２絶縁膜上にゲート電極、層間絶縁膜及びソース／ドレーン電極を形成する段階と、
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記非晶質シリコン層及び第２絶縁膜を多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンで形成する段階は、前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層で結晶化した後、前記多結晶シリコン層及び第１絶縁膜をパターニングして多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンを形成する段階であることを特徴とする請求項１４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記非晶質シリコン層及び第２絶縁膜を多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンで形成する段階は、前記非晶質シリコン層及び第２絶縁膜をパターニングした後、結晶化して多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンを形成する段階であることを特徴とする請求項１４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記パターニングする工程は、ＣＦ４ガスを用いてエッチングする段階であることを特徴とする請求項１５から１６のうちいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記結晶化する工程はＲＴＡ法、ＳＰＣ法、ＥＬＡ法、ＭＩＣ法、ＭＩＬＣ法及びＳＬＳ法のうちどれか一つ以上を用いて結晶化する工程であることを特徴とする請求項１５から１６のうちいずれか一項に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、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関するもので、さらに詳しくは、非晶質シリコン層及びゲート絶縁膜の一部である第１絶縁膜を連続的に形成した後、前記非晶質シリコン層を結晶化しパターニングして多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンを形成したり、または前記非晶質シリコン層及び第１絶縁膜をパターニングし結晶化して多結晶シリコンパターン及び第１絶縁膜パターンを形成した後、第２絶縁膜を蒸着して薄膜トランジスタの半導体層とゲート絶縁膜とを形成する薄膜トランジスタ及びその製造方法（Ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ｔｈｅｒｅｏｆ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の技術によって製造された薄膜トランジスタの断面図である。
【０００３】
図に示されたようにプラスチックまたはガラスのような絶縁基板１１上にバッファ層１２を形成し、前記バッファ層上に非晶質シリコン層を形成した後、前記非晶質シリコン層を結晶化して多結晶または単結晶シリコン層を形成し、パターニングして半導体層１３を形成する。
【０００４】
このとき、前記バッファ層は、下部基板で発生する水分または不純物の拡散を防止したり、結晶化の際に熱の伝達速度を調節したりすることで、半導体層の結晶化がよく進めるような役割をする。
【０００５】
このとき、前記非晶質シリコンは、化学的気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または物理的気相蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いることができる。また前記非晶質シリコンを形成する際、または形成した後に脱水素処理して水素の濃度を低める工程を実施することができる。前記結晶化法は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程、ＳＰＣ法（Ｓｏｌｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、ＥＬＡ法（Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、ＭＩＣ法（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、ＭＩＬＣ法（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ）またはＳＬＳ法（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）のうちいずれか一つ以上を用いることができる。
【０００６】
続いて、前記半導体層が形成された基板全面にゲート絶縁膜１４を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極形成物質を形成した後、パターニングしてゲート電極１５を形成する。ゲート電極を形成した後、前記ゲート電極をマスクとして用いて不純物イオン注入工程を実行して前記半導体層にソース／ドレーン及びチャンネル領域を定義する工程を実行することができる。
【０００７】
続いて、前記基板全面に層間絶縁膜１６を形成することになるが、前記層間絶縁膜は下部に形成された素子を保護する役割または電気的な絶縁のために形成される。このとき、前記バッファ層、ゲート絶縁膜及び層間絶縁膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜のような酸化膜または窒化膜を用いて形成する。
【０００８】
続いて、前記層間絶縁膜が形成された基板上に前記半導体層に形成されたソース／ドレーン領域が露出するようにコンタクトホールを形成して、基板全面にソース／ドレーン電極物質を蒸着した後、パターニングしてソース／ドレーン電極１７を形成し薄膜トランジスタを完成する。
【０００９】
しかしながら、前記の薄膜トランジスタは、非晶質シリコン層を形成した後、結晶化して多結晶シリコン層とし、パターニングして半導体層を形成することによって、前記表面が露出された非晶質シリコン層を結晶化し多結晶シリコン層を形成する際及び前記多結晶シリコン層をパターニングする際に、前記半導体層の表面に、必要としない酸化物、及びフォトレジストパターン、エッチングガスまたはエッチング溶液による汚染物が容易に形成されるため、前記酸化物または汚染物を取り除くために別途の洗浄工程が必要になるとともに、半導体層とゲート絶縁膜との界面に結晶方向性の不一致などの欠陷が発生し電子移動度の減少及び漏洩電流の増加が容易に発生する、と言う問題点を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明は、前記の従来技術の問題点を解決するためのものとして、非晶質シリコン層及びゲート絶縁膜の一部である第１絶縁膜を連続的に形成した後、前記非晶質シリコン層を結晶化しパターニングして多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンを形成したり、または前記非晶質シリコン層及び第１絶縁膜をパターニングし結晶化して多結晶シリコンパターン及び第１絶縁膜パターンを形成した後、第２絶縁膜を蒸着して薄膜トランジスタの半導体層とゲート絶縁膜を形成する薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することに本発明の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の前記目的は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に連続的に形成され、パターニングされた多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンと、前記多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンが形成された基板上に形成された第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に形成されたゲート電極、層間絶縁膜及びソース／ドレーン電極と、を含んでなる薄膜トランジスタによって達成できる。
【００１２】
また、本発明の前記目的は、絶縁基板を備える段階と、前記絶縁基板上に非晶質シリコン層及び第１絶縁膜を連続的に形成する段階と、前記非晶質シリコン層及び第２絶縁膜を多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンで形成する段階と、前記基板上に第２絶縁膜を形成する段階と、前記第２絶縁膜上にゲート電極、層間絶縁膜及びソース／ドレーン電極を形成する段階と、でなる薄膜トランジスタの製造方法によっても達成できる。
【発明の効果】
【００１３】
従来では、基板上に非晶質シリコン層を形成した後に結晶化し、パターニングした後にゲート絶縁膜を蒸着する工程で薄膜トランジスタを製造していた。このような方法によって形成された薄膜トランジスタの半導体層とゲート絶縁膜との界面には汚染物質の形成、結晶方向性の不一致などの欠陷が発生し、電子移動度の減少及び漏洩電流の増加という問題点があった。本発明の薄膜トランジスタ及びその製造方法は、従来のこのような問題点を解決すると共に、中間洗浄工程を略することができるため製造工程を短縮する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の前記目的、技術的な構成及びその作用効果に関し、本発明の好ましい実施形態を示す図を参照しながら以下のように詳しく説明する。
【００１５】
図２Ａないし図２Ｄは、本発明による薄膜トランジスタ製造工程の断面図である。
【００１６】
まず、図２Ａは、絶縁基板上にバッファ層、非晶質シリコン層及び第１絶縁膜を連続的に形成する工程の断面図である。図に示すようにプラスチックまたはガラスのような透明な絶縁基板１０１上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜のような絶縁膜で単層または多層でバッファ層１０２を形成する。このとき、前記バッファ層は下部基板から発生する水分または不純物の拡散を防止したり、結晶化の際に熱の伝達速度を調節したりすることによって、半導体層の結晶化がよく進むような役割をする。
【００１７】
続いて、前記バッファ層上に非晶質シリコン層１０３及び第１絶縁膜１０４を連続的に形成する。このとき、前記非晶質シリコン層及び第１絶縁膜は、化学的気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて連続的に形成することができるが、これは前記化学的気相蒸着法の場合に注入されるガスの種類によって酸化膜、窒化膜またはシリコン層のような薄膜の種類が決まるからである。
【００１８】
すなわち、非晶質シリコン層の形成は、シラン（ＳｉＨ４）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの適切な割合の混合ガスを注入して形成し、シリコン酸化膜の場合にはシランガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスを注入して形成し、シリコン窒化膜の場合にはシランガスと質素（Ｎ２）ガスとの混合ガスを注入して形成することができるので、シランガス及び水素ガスの混合ガスを用いて非晶質シリコン層を形成し、前記水素ガスの代わりとして酸素ガスまたは質素ガスを注入してシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を形成し第１絶縁膜を形成することによって、非晶質シリコン層及び第１絶縁膜を連続的に形成することができる。
【００１９】
このとき、前記第１絶縁膜は、シリコン酸化膜で形成するのが好ましいが、これは前記第１絶縁膜がゲート絶縁膜として用いられるために非晶質シリコン層とゲート絶縁膜との間の界面特性、すなわち、結晶方向の一致性、高い電子移動度及び低い漏洩電流などが優れるシリコン酸化膜を形成するのが好ましい。
【００２０】
また、前記第１絶縁膜は、５０ないし４００Åの厚さで形成するのが好ましいが、これは前記第１絶縁膜の厚さが厚すぎる場合には以後の結晶化工程で結晶化エネルギーが下部の非晶質シリコン層へよく伝わらないこともあり、薄すぎる場合には第１絶縁膜が下部の非晶質シリコン層を汚染から保護することができないからである。
【００２１】
このとき、前記ガスの変化によって前記非晶質シリコン層及び第１絶縁膜の界面が不明であるか、又は前記第１絶縁膜の化学組成比（シリコン対酸素の比率、またはシリコン対窒素の比率）が不安定に形成される場合には非晶質シリコン層を形成した後にアルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ）のような不活性ガスを用いて数秒ないし数分の間にパージ（Ｐｕｒｇｅ）工程を実行した後、第１絶縁膜を形成して優秀な非晶質シリコン層と第１絶縁膜との界面特性を有する薄膜層を得ることができる。
【００２２】
次に、図２Ｂは、前記非晶質シリコン層及び第１絶縁膜を多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンに形成する工程の断面図である。図に示されたように前記非晶質シリコン層及び第１絶縁膜が形成された基板に結晶化工程を実行して、前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化させて、前記第１絶縁膜上にフォトレジストパターンを形成した後に、前記フォトレジストパターンを用いて前記第２絶縁膜及び多結晶シリコン層をパターニングして多結晶シリコン層パターン１０５及び第１絶縁膜パターン１０６を形成するか、又は前記非晶質シリコン層及び第１絶縁膜をパターニングして非晶質シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンを形成した後、結晶化工程を実行して多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンを形成する。
【００２３】
従来では、非晶質シリコン層の表面が露出した状態で結晶化を実行すると結晶化エネルギーによって前記非晶質シリコン層の表面に意図してない酸化物が発生し勝ちであるが、本発明では非晶質シリコン層の表面が第１絶縁膜によって露出しないので意図してない酸化物の生成を基本的に防止することができる。また、前記フォトレジストパターンを用いて多結晶シリコン層または非晶質シリコンをパターニングした後、前記フォトレジストパターンを取り除くためのアッシング工程または湿式エッチング工程によって前記多結晶シリコン層パターンまたは非晶質シリコン層パターンが損傷を負ったり、不純物が表面に吸着されたり、生成される問題が発生したが、本発明では前記第１絶縁膜が非晶質シリコン層パターンまたは多結晶シリコン層パターンの表面を露出させないことによって防止することができる。
【００２４】
このとき、前記結晶化工程は、ＲＴＡ法、ＳＰＣ法、ＥＬＡ法、ＭＩＣ法、ＭＩＬＣ法及びＳＬＳ法のうちいずれか一つ以上の結晶化法を用いて結晶化する。そして、前記パターニングは、前記第１絶縁膜がシリコン酸化膜である場合にはＣＦ４ガスを用いて乾式エッチングでパターニングするのが好ましいが、これは前記ＣＦ４ガスの場合、前記第１絶縁膜であるシリコン酸化膜と非晶質シリコンまたは多結晶シリコンとのエッチング選択比がほとんどないものとして、二つの薄膜層を同時にエッチングすることができるからである。
【００２５】
次に、図２Ｃは、前記基板上に第２絶縁膜を形成する工程の断面図である。図に示されたように多結晶シリコン層パターン及び第１絶縁膜パターンが形成された基板上に第２絶縁膜を形成する。このとき、前記第２絶縁膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜だけでなく有機絶縁膜も形成することができる。また、前記第２絶縁膜は前記第１絶縁膜パターンの厚さとの合計（すなわち、ゲート絶縁膜の厚さ）が８００ないし１５００Åの厚さになるように形成することができる。すなわち前記第１絶縁膜の厚さが４００Åの厚さに形成されていたら、前記第２絶縁膜の厚さは４００ないし１１００Åの厚さで形成することができる。これは前記第１絶縁膜パターン及び第２絶縁膜がゲート絶縁膜であるからである。上記のように第２絶縁膜をさらに形成する理由は、前記第１絶縁膜の厚さだけではゲート絶縁膜の厚さとして十分な絶縁耐圧特性を得ることができないからである。
【００２６】
次に、図２Ｄは、前記第２絶縁膜上にゲート電極、層間絶縁膜及びソース／ドレーンを形成して薄膜トランジスタを完成する工程の断面図である。図に示されたように前記第２絶縁膜が形成された基板上にＡｌ、ＡｌＮｄ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＭｏＷのような金属物質または前記金属物質のうちいずれか一つ以上を含む化合物を用いてゲート電極１０８を形成する。このとき、前記ゲート電極をマスクとして用いて不純物イオン注入工程を実行して前記多結晶シリコン層パターンにソース／ドレーン及びチャンネル領域を定義する工程を実行することができる。
【００２７】
続いて、前記基板上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いて単層または多層で層間絶縁膜１０９を形成し、前記第１絶縁膜、第２絶縁膜及び層間絶縁膜の所定領域をエッチングして前記ソース／ドレーン領域の一部を露出させるコンタクトホールを形成する。
【００２８】
続いて、前記基板全面にソース／ドレーン電極形成物質を蒸着した後、パターニングしてソース／ドレーン電極１１０を形成し薄膜トランジスタを完成する。
【００２９】
すなわち、上記のような工程で製造された薄膜トランジスタは、非晶質シリコン層とゲート絶縁膜の一部である第１絶縁膜とを連続的に蒸着することによって、結晶方向性の一致、意図してない酸化物形成の防止及び汚染物質生成の防止などができるために薄膜トランジスタの半導体層である多結晶シリコン層パターンとゲート絶縁膜との界面特性が優れ、漏洩電流の減少及び電子移動度の増加などの特性が改善された薄膜トランジスタを製造することができる。また、前記意図してない酸化物または汚染物質などを除去するための洗浄工程を略することができ、薄膜トランジスタの製造工程を短縮することができる。
【００３０】
上述では、本発明の好ましい実施の形態を参照しながら説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しなし範囲で、本発明を多様に修正及び変更させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の技術によって製造された薄膜トランジスタの断面図である。
【図２Ａ】本発明による薄膜トランジスタ製造工程の断面図である。
【図２Ｂ】本発明による薄膜トランジスタ製造工程の断面図である。
【図２Ｃ】本発明による薄膜トランジスタ製造工程の断面図である。
【図２Ｄ】本発明による薄膜トランジスタ製造工程の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０５  多結晶シリコン層パターン
１０６  第１絶縁膜パターン
１０７  第２絶縁膜
１０８  ゲート電極
１０９  層間絶縁膜
１１０  ソース／ドレーン電極
【図１】
2006013438.tif 000003
【図２Ａ】
2006013438.tif 000004
【図２Ｂ】
2006013438.tif 000005
【図２Ｃ】
2006013438.tif 000006
【図２Ｄ】
2006013438.tif 000007