(57)【要約】【課題】高速動作が可能であり、小型化が可能な薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】薄膜トランジスタは、透明なサファイア基板１０と、サファイア基板１０の所定領域を覆うＳｉ０2膜と、Ｓｉ０2膜上に形成されており、ソース領域２０ａ１、ドレイン領域２０ａ３及びチャンネル領域２０ａ２を備える単結晶シリコン層２０ａと、  単結晶シリコン層２０ａのチャンネル領域２０ａ２上に順次積層されたゲート絶縁膜２６及びゲート電極２８と、を備えている。【選択図】図１
2006114913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の所定領域を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されており、ソース領域、ドレイン領域及びチャンネル領域を備える単結晶シリコン層と、
前記単結晶シリコン層の前記チャンネル領域上に順次積層されたゲート絶縁膜及びゲート電極と、
を備えることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記透明基板の前記所定領域は、所定厚さだけ除去されており、
除去された部分が、前記絶縁膜で満たされてい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】
前記絶縁膜は、前記透明基板の前記所定領域上に形成されてい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４】
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のいずれか一つであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記透明基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
透明基板上に、前記透明基板の所定領域を覆う絶縁膜を形成する第１工程と、
前記絶縁膜上に単結晶シリコン層を形成する第２工程と、
前記単結晶シリコン層の所定領域上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を順次形成する第３工程と、
前記ゲート電極の周りの前記単結晶シリコン層に、ドーパントを注入する第４工程と、
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７】
前記第１工程は、
前記透明基板の前記所定領域に溝を形成する工程と、
前記溝を前記絶縁膜で満たす工程と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記第１工程において、
前記絶縁膜は、前記透明基板の前記所定領域上に形成されることを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記第２工程は、
前記絶縁膜の周りの前記透明基板上に単結晶シリコン層を形成する第２ａ工程と、
前記絶縁膜及び前記第２ａ工程で形成された前記単結晶シリコン層上に非晶質シリコン層を形成する第２ｂ工程と、
前記絶縁膜上に形成された前記非晶質シリコン層を結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成する第２ｃ工程と、
前記絶縁膜の周りの前記単結晶シリコン層を除去する第２ｄ工程と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記第２ｃ工程は、
前記第２ａ工程で形成された前記単結晶シリコン層上に形成された前記非晶質シリコン層を結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成する第２ｃ１工程と、
前記第２ｃ１工程で形成された前記単結晶シリコン層と、前記絶縁膜上に形成された前記非晶質シリコン層とにレーザーを照射する第２ｃ２工程と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記第２ｃ１工程において、
前記単結晶シリコン層上に形成された前記非晶質シリコン層を、固相エピタキシー法を利用して結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成することを特徴とする請求項１０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記第２工程は、
前記絶縁膜の周りの前記透明基板上に前記絶縁膜と同じ高さに単結晶シリコン層を形成する第２ａ工程と、
前記絶縁膜及び前記第２ａ工程で形成された前記単結晶シリコン層上に非晶質シリコン層を形成する第２ｂ工程と、
前記絶縁膜上に形成された前記非晶質シリコン層を結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成する第２ｃ工程と、
前記絶縁膜の周りの前記単結晶シリコン層を除去する第２ｄ工程と、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記第２ｃ工程は、
前記第２ａ工程で形成された前記単結晶シリコン層上に形成された非晶質シリコン層を結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成する第２ｃ１工程と、
前記第２ｃ１工程で形成された前記単結晶シリコン層と、前記絶縁膜上に形成された前記非晶質シリコン層とに、レーザーを照射する第２ｃ２工程と、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記第２ｃ１工程において、
前記単結晶シリコン層上に形成された前記非晶質シリコン層を、固相エピタキシー法を利用して結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成することを特徴とする請求項１３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記第２ｃ工程において、前記非晶質シリコン層を結晶化させることにより前記絶縁膜上に形成される前記単結晶シリコン層は、２０〜２００ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項９から請求項１４の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１６】
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のいずれか一つから形成されることを特徴とする請求項６から請求項１５の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１７】
前記透明基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項６から請求項１６の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、半導体装置及びその製造方法に係り、より詳細には、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Display）などの平面ディスプレイ用のスイッチング装置として使用される薄膜トランジスタのチャンネル領域は、非晶質シリコンまたは多結晶シリコンから形成されている。
【０００３】
薄膜トランジスタのチャンネル領域を非晶質シリコンから形成する場合には、均一性を向上させることはできるが、キャリアの移動度が低いため、高速動作は難しい。一方、薄膜トランジスタのチャンネル領域を多結晶シリコンから形成する場合には、チャンネル領域を非晶質シリコンから形成する場合に比べてキャリアの移動度を多少向上させることはできるが、結晶のサイズ（grain size）に限界があるため、全体のサイズを小さくすることは難しい。
【０００４】
このような薄膜トランジスタは、ガラス基板またはサファイア基板上に形成することができる。前者（非晶質シリコン）の場合には、シリコンＬＳＩと同様に、均一な特性を実現するのは難しい。そして、後者（多結晶シリコン）の場合には、薄膜トランジスタのチャンネル領域が基板（ガラス基板またはサファイア基板）から圧縮応力を受けるため、圧縮応力がないか、または引張応力を受けるシステムにおけるキャリア移動度と同等の移動度を得るのは難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記問題点を解決するために創案されたものであり、高速動作が可能であり、小型化が可能な薄膜トランジスタを提供することを課題とする。
【０００６】
また、本発明は、高速動作が可能であり、小型化が可能な薄膜トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の薄膜トランジスタは、透明基板と、前記透明基板の所定領域を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されており、ソース領域、ドレイン領域及びチャンネル領域を備える単結晶シリコン層と、前記単結晶シリコン層の前記チャンネル領域上に順次積層されたゲート絶縁膜及びゲート電極と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
前記透明基板の前記所定領域は、所定厚さだけ除去されており、除去された部分が、前記絶縁膜で満たされている構成であってもよい。
【０００９】
前記絶縁膜は、前記透明基板の前記所定領域上に形成されている構成であってもよい。
【００１０】
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のいずれか一つであることが好ましい。
【００１１】
前記透明基板は、サファイア基板であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、透明基板上に、前記透明基板の所定領域を覆う絶縁膜を形成する第１工程と、前記絶縁膜上に単結晶シリコン層を形成する第２工程と、前記単結晶シリコン層の所定領域上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を順次形成する第３工程と、前記ゲート電極の周りの前記単結晶シリコン層に、ドーパントを注入する第４工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
前記第１工程は、前記透明基板の前記所定領域に溝を形成する工程と、前記溝を前記絶縁膜で満たす工程と、を含んでいてもよい。
【００１４】
この場合には、前記第２工程は、前記絶縁膜の周りの前記透明基板上に単結晶シリコン層を形成する第２ａ工程と、前記絶縁膜及び前記第２ａ工程で形成された前記単結晶シリコン層上に非晶質シリコン層を形成する第２ｂ工程と、前記絶縁膜上に形成された前記非晶質シリコン層を結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成する第２ｃ工程と、前記絶縁膜の周りの前記単結晶シリコン層を除去する第２ｄ工程と、を含むことが好ましい。
【００１５】
また、前記第２ｃ工程は、前記第２ａ工程で形成された前記単結晶シリコン層上に形成された前記非晶質シリコン層を結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成する第２ｃ１工程と、前記第２ｃ１工程で形成された前記単結晶シリコン層と、前記絶縁膜上に形成された前記非晶質シリコン層とにレーザーを照射する第２ｃ２工程と、を含むことが好ましい。
【００１６】
また、前記第２ｃ１工程において、前記単結晶シリコン層上に形成された前記非晶質シリコン層を、固相エピタキシー法を利用して結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成することが好ましい。
【００１７】
前記第１工程において、前記絶縁膜は、前記透明基板の前記所定領域上に形成されてもよい。
【００１８】
この場合には、前記第２工程は、前記絶縁膜の周りの前記透明基板上に前記絶縁膜と同じ高さに単結晶シリコン層を形成する第２ａ工程と、前記絶縁膜及び前記第２ａ工程で形成された前記単結晶シリコン層上に非晶質シリコン層を形成する第２ｂ工程と、前記絶縁膜上に形成された前記非晶質シリコン層を結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成する第２ｃ工程と、前記絶縁膜の周りの前記単結晶シリコン層を除去する第２ｄ工程と、を含むことが好ましい。
【００１９】
また、前記第２ｃ工程は、前記第２ａ工程で形成された前記単結晶シリコン層上に形成された非晶質シリコン層を結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成する第２ｃ１工程と、前記第２ｃ１工程で形成された前記単結晶シリコン層と、前記絶縁膜上に形成された前記非晶質シリコン層とに、レーザーを照射する第２ｃ２工程と、を含むことが好ましい。
【００２０】
また、前記第２ｃ１工程において、前記単結晶シリコン層上に形成された前記非晶質シリコン層を、固相エピタキシー法を利用して結晶化させることにより単結晶シリコン層を形成することが好ましい。
【００２１】
また、前記第２ｃ工程において、前記非晶質シリコン層を結晶化させることにより前記絶縁膜上に形成される前記単結晶シリコン層は、２０〜２００ｎｍの厚さに形成されることが好ましい。
【００２２】
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のいずれか一つから形成されることが好ましい。
【００２３】
前記透明基板は、サファイア基板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の薄膜トランジスタは、透明基板を備えている。したがって、論理素子、メモリ素子、平面ディスプレイなどをその透明基板上に形成することができる。
また、本発明の薄膜トランジスタのチャンネル領域は、単結晶シリコン層からなっており、絶縁膜から引張応力を受ける。したがって、従来に比べてキャリアの移動度を向上させることができるため、高速動作が可能となる。
また、本発明の薄膜トランジスタの各領域は、均一な厚さに成長した単結晶シリコン層に形成されるため、基板上に薄膜トランジスタを均一に形成することができる。これにより、薄膜トランジスタの集積度を向上させることができ、小型化が実現される。
また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、高速動作が可能であり、小型化が可能な薄膜トランジスタを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。添付図面において、図示された層や領域の厚さは、明細書における説明を明確にするために誇張されている。
【００２６】
まず、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタの構造について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る薄膜トランジスタを示す断面図である。
【００２７】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る薄膜トランジスタは、サファイア基板１０とシリコン酸化膜（silicon oxide film：以下、「ＳｉＯ2膜」と記載する）１２とを備えるＳＯＩ基板Ｓ１上に形成されている。サファイア基板１０は、上面がＲ面であることが好ましい。これは、上面がＲ面であるサファイア基板は、その上面に単結晶シリコン層を好適に成長させることができるためである。サファイア基板１０は、熱伝導性に優れているので、薄膜トランジスタの動作時に発生する熱を逃がすことができ、薄膜トランジスタの温度が高くなりすぎるといった問題（ヒーティング問題）を解消することができる。したがって、サファイア基板１０を備えた薄膜トランジスタは、良好な動作特性を得ることができる。また、サファイア基板１０は透明であるため、サファイア基板１０を備えた薄膜トランジスタは、ディスプレイなどに使用することができる。なお、サファイア基板１０は、同じ機能を有する他の透明基板により代替可能であり、ＳｉＯ2膜１２も、シリコン窒化膜（silicon nitride film：ＳｉＮ膜）などの他の絶縁膜により代替可能である。ＳｉＯ2膜１２は、図１に示すように、サファイア基板１０の一部が除去された部分に設けられていてもよく、図２に示すように、サファイア基板１０の所定領域上に設けられていてもよい。ＳＯＩ基板Ｓ１上には、単結晶シリコン層２０ａが設けられている。単結晶シリコン層２０ａは、第１領域２０ａ１、第２領域２０ａ２及び第３領域２０ａ３を備えている。第１領域２０ａ１は、ｎ型ドーパント（n-type dopant：ｎ型不純物ともいう）またはｐ型ドーパント（p-type dopant：ｐ型不純物ともいう）が注入されたソース領域であり、第３領域２０ａ３は、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントが注入されたドレイン領域であり、第１領域２０ａ１と第３領域２０ａ３との間に設けられた第２領域２０ａ２は、チャンネル領域である。第２領域２０ａ２上には、ゲート絶縁膜２６及びゲート電極２８が順次積層されている。
単結晶シリコン層２０ａは、２０〜２００ｎｍの厚さであることが好ましく、３０〜１００ｎｍの厚さであることがより好ましい。２０〜２００ｎｍの厚さであれば、所望の性能を有する薄膜トランジスタを得ることができ、３０〜１００ｎｍの厚さであれば、より高性能な薄膜トランジスタを得ることができる。
【００２８】
図２は、本発明の第２実施形態に係るトランジスタ薄膜を示す断面図である。第２実施形態に係るトランジスタ薄膜では、ＳｉＯ2膜１２がサファイア基板１０の所定領域上に形成されており、その他の構成要素の配置は、図１と同様である。
【００２９】
以下、図３ないし図１２を参照して、本発明の第１実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
【００３０】
まず、図３に示すように、サファイア基板１０の所定領域上にマスクＭを形成することにより、単結晶シリコン層を成長させる領域を限定する。サファイア基板１０は、同じ機能を有する他の透明基板により代替可能である。マスクＭは、例えば、感光膜パターン（photosensitive film pattern）である。続いて、マスクＭが形成されたサファイア基板１０の上面をエッチングする。エッチングにより、サファイア基板１０の所定部分（マスクＭにより覆われていない部分の上端部）が除去されるが、マスクＭにより覆われたサファイア基板１０の所定部分は、エッチングによる影響を受けない。したがって、エッチングの終了後に、サファイア基板１０のマスクＭにより覆われた部分と覆われていない部分との間に、サファイア基板１０の除去された厚さに相当する段差１３が形成される。
【００３１】
続いて、サファイア基板１０からマスクＭを除去し、図４に示すように、サファイア基板１０の全面（上面全体）にＳｉＯ2膜１２を形成する。続いて、ＳｉＯ2膜１２の全面（上面全体）を研磨する。研磨は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）装置を利用することにより実施することができる。研磨は、サファイア基板１０が露出されるまで実施されることが好ましい。ＳｉＯ2膜１２は、ＳｉＮ膜などの同じ機能を有する他の絶縁膜により代替可能である。研磨の結果、図５に示すように、サファイア基板１０の低い部分（溝）がＳｉＯ2膜１２で満たされ、結果物の表面が平坦になる。
【００３２】
続いて、図５に示す結果物（resultant product）に対して、選択的エピタキシー工程を実施する。選択的エピタキシー工程は、超高真空化学気相成長装置（ultra high vacuum chemical vapor deposition apparatus）を利用することにより実施することができる。ＳｉＯ2膜１２には、酸素と反応可能な余分なシリコン（Ｓｉ）が存在していないため、単結晶シリコン層が選択的エピタキシー工程によりＳｉＯ2膜１２上に形成されることはない。したがって、図６に示すように、単結晶シリコン層１４は、選択的エピタキシー工程によりマスクＭ（図３参照）が形成されたサファイア基板１０の所定領域上にのみ選択的に形成される。
【００３３】
続いて、図７に示すように、図６の結果物上に、選択的エピタキシー法により成長した単結晶シリコン層１４とＳｉＯ2膜１２とを覆う非晶質シリコン層（非結晶シリコン層、アモルファスシリコン層ともいう）１５を形成する。非晶質シリコン層１５は、所定の厚さ、例えば、５０ｎｍ以上に形成することができる。ここで、非晶質シリコン層１５は、後記する単結晶シリコンアイランド２０ａを２０〜２００ｎｍの厚さに形成可能な厚さに形成されることが好ましく、単結晶シリコンアイランド２０ａを３０〜１００ｎｍの厚さに形成可能な厚さに形成されることがより好ましい。説明の便宜上、非晶質シリコン層１５を、単結晶シリコン層１４を覆う第１部分１５ａとＳｉＯ2膜１２を覆う第２部分１５ｂとに区分する。第１部分１５ａと第２部分１５ｂとの間には、単結晶シリコン層１４の厚さによる段差が形成される。非晶質シリコン層１５は、５００〜７５０℃、好ましくは、５５０℃での低圧化学気相成長法（low pressure chemical vapor deposition method）により形成されることが好ましい。しかし、非晶質シリコン層１５は、他の化学気相成長法または化学気相成長法以外の堆積法（deposition method）により形成されてもよい。
【００３４】
一方、前記工程により形成された非晶質シリコン層１５に、多結晶シリコンが局所的に存在することがある。非晶質シリコン層１５に存在する多結晶シリコンは、非晶質シリコン層１５を結晶化（単結晶化）する工程の障害物となる。したがって、非晶質シリコン層１５に存在する多結晶シリコンを除去することが好ましい。非晶質シリコン層１５に存在する多結晶シリコンを除去するために、非晶質シリコン層１５の全面（上面全体）にシリコンをイオンドーピングする（図７のＩ２）。このようなイオンドーピングＩ２により、非晶質シリコン層１５に局所的に存在する多結晶シリコンが除去されて、非晶質シリコン層１５の全体が、均一な非晶質状態を維持することができる。
【００３５】
続いて、図７に示す結果物に対して、固相エピタキシー工程（solid phase epitaxy process）を実施する。固相エピタキシー工程は、６００〜９００℃の範囲内の温度で実施することができる。固相エピタキシー工程により、単結晶シリコン層１４上に形成された非晶質シリコン層１５の第１部分１５ａが単結晶化する。この結果、図８に示すように、サファイア基板１０のＳｉＯ2膜１２が形成されていない領域上に、図７の単結晶シリコン層１４より厚い単結晶シリコン層１８が形成される。すなわち、単結晶シリコン層１８がサファイア基板１０の基板面に直交する方向（垂直方向）に成長する。
【００３６】
続いて、図８に示すように、単結晶シリコン層１８及び非晶質シリコン層１５の第２部分１５ｂの全面（上面全体）に、ＸｅＣｌまたはＫｒＦ光源から放出されたエキシマレーザーＥＬを照射する。
【００３７】
エキシマレーザーの照射中に、非晶質シリコン層１５の第２部分１５ｂの側方への結晶化が進行する。第２部分１５ｂの単結晶化は、単結晶シリコン層１８との境界から右側に向かって進行する。この結果、図９に示すように、ＳｉＯ2膜１２の全面（上面全体）が、単結晶シリコン層２０により覆われる。単結晶シリコン層２０のうち、サファイア基板１０上に形成された部分と、ＳｉＯ2膜１２の全面（上面全体）を覆う部分との間に、段差２２が存在する。この段差２２は、図６の単結晶シリコン層１４の厚さによるものである。薄膜トランジスタ製造の後続工程で、単結晶シリコン層２０のうち、サファイア基板１０上に形成された部分は除去されるため、段差２２の存在は、考慮する必要がない。
【００３８】
具体的には、図９の単結晶シリコン層２０のうち、ＳｉＯ2膜１２の所定領域上に形成された部分を除いた残りの部分は、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を介して除去される。この結果、図１０に示すように、ＳｉＯ2膜１２の所定領域上に、単結晶シリコンアイランド２０ａが形成される。単結晶シリコンアイランド２０ａは、２０〜２００ｎｍされることが好ましく、３０〜１００ｎｍの厚さに形成されることがより好ましい。
【００３９】
続いて、図１１に示すように、単結晶シリコンアイランド２０ａを、第１領域２０ａ１、第２領域２０ａ２及び第３領域２０ａ３に区分する。このとき、第２領域２０ａ２は、第１領域２０ａ１と第３領域２０ａ３との間に位置することが好ましい。第１領域２０ａ１及び第３領域２０ａ３のいずれか一方がソース領域であり、他方がドレイン領域である。以下、説明の便宜上、第１領域２０ａ１をソース領域とし、第３領域２０ａ３をドレイン領域とする。第２領域２０ａ２は、チャンネル領域である。製造しようとする薄膜トランジスタがｐ型である場合には、後続工程で、第１領域２０ａ１及び第３領域２０ａ３にｐ型ドーパントを注入し、ｎ型である場合には、第１領域２０ａ１及び第３領域２０ａ３にｎ型ドーパントを注入する。
【００４０】
単結晶シリコンアイランド２０ａを第１領域２０ａ１、第２領域２０ａ２及び第３領域２０ａ３に区分した後、図１２に示すように、第２領域２０ａ２上に、ゲート絶縁膜２６及びゲート電極２８を順次形成する。続いて、第１領域２０ａ１及び第３領域２０ａ３に前記ドーパントを注入する。このようにして、ＳｉＯ2膜１２とサファイア基板１０とからなるＳＯＩ基板Ｓ１上に、単結晶シリコンをチャンネルとして使用する薄膜トランジスタＴ１の各領域２０ａ１，２０ａ２，２０ａ３、ゲート絶縁膜２６及びゲート電極２８が形成される。薄膜トランジスタＴ１は、単結晶シリコン層をチャンネル領域２０ａ２として使用するため、従来とは違って、チャンネル領域２０ａ２がＳｉＯ2膜１２から引張応力を受ける。この引張応力は、単結晶シリコンとＳｉＯ2との熱膨張率の差に起因する力であり、図１２の左右方向に作用する。これは、絶縁膜がＳｉＯ2膜１２以外の膜（例えば、ＳｉＮ膜）である場合も同様である。したがって、薄膜トランジスタＴ１の場合には、従来のＳＯＳ（Silicon On Sapphire）デバイスに比べて、キャリア（例えば、薄膜トランジスタＴ１がｎ型である場合には、電子）の移動度が非常に大きくなるので、デバイスの高速動作が可能となる。
【００４１】
続いて、本発明の第２実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
【００４２】
まず、図１３に示すように、サファイア基板１０の上面にＳｉＯ2膜１２を形成する。続いて、ＳｉＯ2膜１２の所定領域上にマスクＭ１を形成する。マスクＭ１は、サファイア基板１０の上面のうち、単結晶シリコン層が形成される領域を限定する。マスクＭ１は、例えば、感光膜パターンである。マスクＭ１を形成した後、ＳｉＯ2膜１２の全面（上面全体）をエッチングする。エッチングは、サファイア基板１０の上面が露出されるまで実施される。エッチングにより、サファイア基板１０上に形成されたＳｉＯ2膜１２のうち、マスクＭ１で覆われた部分を除いた部分（すなわち、ＳｉＯ2膜のうち、マスクＭ１から露出された部分）が除去される。したがって、サファイア基板１０の上面のうち、マスクＭ１により覆われていない部分が、エッチングにより露出される。図１４に示すように、マスクＭがエッチングにより除去されると、サファイア基板１０の一部分は、ＳｉＯ2膜１２により覆われた状態となり、他の部分は露出された状態となる。
【００４３】
続いて、図１４に示す結果物に対して、選択的エピタキシー工程を実施する。選択的エピタキシー工程は、図１２に示す薄膜トランジスタの製造工程で実施した選択的エピタキシー工程と同様に実施することができる。選択的エピタキシー工程は、図１５に示すように、サファイア基板１０の上面のうち、露出された領域上にＳｉＯ2膜１２と同じ厚さの単結晶シリコン層３０が成長するまで実施されることが好ましい。
【００４４】
続いて、図１６に示すように、単結晶シリコン層３０とＳｉＯ2膜１２との上に、非晶質シリコン層３２を形成する。非晶質シリコン層３２は、第１実施形態の非晶質シリコン層１５と同じ条件で形成することができる。ここで、非晶質シリコン層３２は、後記する単結晶シリコンアイランド３６ａを２０〜２００ｎｍの厚さに形成可能な厚さに形成されることが好ましく、単結晶シリコンアイランド３６ａを３０〜１００ｎｍの厚さに形成可能な厚さに形成されることがより好ましい。第１実施形態と同じ理由で、非晶質シリコン層３２にシリコンをイオンドーピングする（図１６のＩ２）。続いて、イオンドーピングされた結果物に対して、固相エピタキシー工程を実施する。固相エピタキシー工程により、単結晶シリコン層３０は垂直方向に成長する。この結果、非晶質シリコン層３２のうち、単結晶シリコン層３０上に形成された部分が単結晶化して、図１７に示すように、単結晶シリコン層３０が、ＳｉＯ2膜１２上に形成された非晶質シリコン層３２と同じ高さを有する単結晶シリコン層３４となる。
【００４５】
続いて、図１７に示すように、単結晶シリコン層３４と非晶質シリコン層３２との全面（上面全体）に、エキシマレーザーＥＬを照射する。エキシマレーザーＥＬの照射目的は、第１実施形態と同じである。エキシマレーザーＥＬの照射により、単結晶シリコン層３４が側方に向かって成長する。単結晶シリコン層３４の成長は、ＳｉＯ2膜１２上に形成された非晶質シリコン層３２の全体が単結晶化し終えるまで実施することが好ましい。側方への成長が完了すれば、図１８に示すように、サファイア基板１０上には、ＳｉＯ2膜１２の全面（上面全体）を覆う単結晶シリコン層３６が形成される。
【００４６】
続いて、図１９に示すように、単結晶シリコン層３６をパターニングすることにより、ＳｉＯ2膜１２上に単結晶シリコンパターン３６ａ（以下、単結晶シリコンアイランド３６ａという）を形成する。単結晶シリコンアイランド３６ａは、一般的なフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を利用して形成することができる。
単結晶シリコンアイランド３６ａは、２０〜２００ｎｍされることが好ましく、３０〜１００ｎｍの厚さに形成されることがより好ましい。
【００４７】
続いて、図２０に示すように、単結晶シリコンアイランド３６ａを第１領域３６ａ１、第２領域３６ａ２及び第３領域３６ａ３に区分する。第１領域３６ａ１、第２領域３６ａ２及び第３領域３６ａ３は、それぞれ第１実施形態の第１領域２０ａ１、第２領域２０ａ２及び第３領域２０ａ３に対応している。したがって、第１領域３６ａ１、第２領域３６ａ２及び第３領域３６ａ３についての説明は省略する。
【００４８】
続いて、第２領域３６ａ２上に、ゲート絶縁膜３８とゲート電極４０とを順次形成する。ゲート絶縁膜３８及びゲート電極４０は、それぞれ第１実施形態のゲート絶縁膜２６及びゲート電極２８に対応している。そして、第１領域３６ａ１及び第３領域３６ａ３にドーパント（導電性の不純物）、例えば、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントを注入する。このようにして、サファイア基板１０の所定領域上に形成されたＳｉＯ2膜１２上に、単結晶シリコン層からなるソース領域、ドレイン領域及びチャンネル領域を有する薄膜トランジスタが形成される。
【００４９】
本発明の各実施形態に係る薄膜トランジスタは、透明なＳＯＩ基板上、言い換えると、透明なサファイア基板の所定領域上に形成されたＳｉＯ2膜上に形成されている。したがって、本発明の薄膜トランジスタと共に、論理素子及びメモリ素子はもとより、透明基板が必要な平面ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）などを同一透明基板上に形成することができる。これは、ＳＯＧ（System On Glass）と同様に、ＦＰＤを含むシステムを、サファイア基板を備えるＳＯＩ基板上に構築することができるということを意味する。
また、本発明の各実施形態に係る薄膜トランジスタのチャンネル領域は、単結晶シリコン層からなっており、絶縁膜（例えば、ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜）から引張応力を受ける。したがって、従来に比べてキャリアの移動度を向上させることができるので、高速動作が可能となる。
また、本発明の各実施形態に係る薄膜トランジスタが形成されたサファイア基板は、シリコンバルク基板（silicon bulk substrate）よりも非常に高い熱伝導性を有している。したがって、本発明の各実施形態に係る薄膜トランジスタは、より安定的に動作することができる。
また、本発明の各実施形態に係る薄膜トランジスタは、均一な厚さに成長した単結晶シリコン層上に形成されるため、基板上に均一に形成可能である。これにより、薄膜トランジスタの集積度を従来よりも向上させることができ、薄膜トランジスタの小型化が実現される。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について適宜図面を参照して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、当業者であれば、サファイア基板１０のＳｉＯ2膜１２上に、チャンネル領域は単結晶シリコン層でありながら、構成が図１及び図２に示す薄膜トランジスタと異なる薄膜トランジスタを形成することができる。したがって、本発明の技術的範囲は、前記実施形態に限定されずに、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ＬＣＤなどの平面表示装置用のスイッチング素子に適用可能であり、また、デジタルカメラ、カムコーダ、携帯電話、ＧＰＳ、ＰＤＡ、ＭＰ３などの各種デジタル電子装置に適用可能であり、さらには、その他の薄膜トランジスタを必要とする全ての装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る薄膜トランジスタを示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る薄膜トランジスタを示す断面図である。
【図３】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図４】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図５】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図６】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図７】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図８】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図９】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１０】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１１】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１２】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１３】図２に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１４】図２に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１５】図２に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１６】図２に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１７】図２に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１８】図２に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図１９】図２に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【図２０】図２に示す薄膜トランジスタの製造方法を工程別に説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    サファイア基板（透明基板）
１２    ＳｉＯ2膜（絶縁膜）
２０ａ  単結晶シリコン層
２０ａ１  第１領域（ソース領域及びドレイン領域の一方）
２０ａ２  第２領域（チャンネル領域）
２０ａ３  第３領域（ソース領域及びドレイン領域の他方）
２６    ゲート絶縁膜
２８    ゲート電極
【図１】
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【図２】
2006114913.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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