(57)【要約】【課題】本発明は、大面積のポリシリコン表面に応用出来る、ポリシリコンの平坦化方法および該方法により得られたポリシリコンからなる薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】基板の表面にポリシリコンを形成する工程、エッチングにより表面粗さを減少させる工程、および該ポリシリコン表面をレーザーアニールにより平坦化する工程からなるポリシリコンの平坦化方法である。【選択図】　　　　図２
2004111912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面にポリシリコンを形成する工程、エッチングにより表面粗さを減少させる工程、および該ポリシリコン表面をレーザーアニールにより平坦化する工程からなるポリシリコンの平坦化方法。
【請求項２】
エッチングが、ドライエッチングである請求項１記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項３】
エッチングが、湿式エッチングである請求項１記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項４】
湿式エッチングの溶剤が、緩衝酸化エッチング溶液または希フッ化水素酸である請求項３記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項５】
湿式エッチング溶剤が、緩衝酸化エッチング溶液と水からなり、その混合比率が、１：３００〜１：０である請求項３記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項６】
希フッ化水素酸が、フッ化水素と水を１：６００〜１：１で混合したものである請求項４記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項７】
湿式エッチングの時間が、６００秒以下である請求項３、４、５または６記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項８】
ドライエッチングが、ＣＦ４ガスを用いたプラズマエッチングである請求項２記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項９】
レーザーアニールのレーザーパルスの波長が、１５７〜３５１ｎｍである請求項１、２または３記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項１０】
レーザーアニールのレーザーパルスの時間が、１０ｎｓ〜１ｍｓである請求項１、２または３記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項１１】
レーザーアニールの基板の温度が、室温〜６００℃である請求項１、２または３記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項１２】
レーザーアニールのレーザーパルスの周波数が、１Ｈｚ〜４００Ｈｚである請求項１、２または３記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項１３】
レーザーアニールのエネルギー密度が、ポリシリコンを完全に溶解する限界エネルギー密度より低いエネルギー密度である請求項１、２または３記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項１４】
レーザーアニールのエネルギー密度が、２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ２である請求項１、２または３記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項１５】
基板が、ガラス、石英、シリコンウエハ、プラスチック、ＳＯＩである請求項１、２または３記載のポリシリコンの平坦化方法。
【請求項１６】
請求項１、２または３記載の方法により得られたポリシリコンからなる薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチングとレーザーアニールにより、表面粗さを減少させるポリシリコンの平坦化方法および該方法により得られたポリシリコンからなる薄膜トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリシリコン薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＴＦＴ）は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス有機発光ディスプレイ（Ａｃｔｉｖｅ　ｍａｔｒｉｘ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｌｉｇｈｔ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｄｉｓｐｌａｙ）、エスラムＳＲＡＭ、プロジェクタ、およびコンパクトイメージセンサなど、様々な領域において、幅広く採用されている。
【０００３】
現在のポリシリコンＴＦＴは、表面構造が粗いため、素子の電気的特性（ブレークダウン電界、漏電、閾値下の振れ、臨界電圧、および電子／ホールの移動率等）に悪影響を及ぼす。また、ポリシリコンの粒子が大きくなるほど、表面が粗くなるため、状況はさらに悪化する。
【０００４】
ポリシリコンの表面粗さは、製品の品質に直接影響を及ぼす。例えば、半導体製造工程において、ゲート酸化層をポリシリコン上に形成する場合、図１で示されるように、ポリシリコン層２の厚さが不均衡なため、その上部に形成されたゲート酸化層１の厚さも不均一になり、ポリシリコン層２中の隆起により、局部で大きい電界を形成し、ゲート酸化層１がブレークダウンし易くなり、漏電を増加させ、素子の信頼度に影響を与える。特に、薄いゲート酸化層を形成する場合では、さらに深刻な問題となる。
【０００５】
さらに、フォトグラフィ工程において、ポリシリコンの表面の凹凸により、光散乱が生じ、尺寸定義を誤らせるため、工程中のパターン定義を困難にする。
【０００６】
ポリシリコンの表面粗さに関して、化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。これによると、ＣＭＰにより、ポリシリコンの表面粗さは９０Åから３７Åに減少し、電子／ホール移動度、臨界電圧、閾値下の振れを改善することができる。
【０００７】
また、ＣＭＰにより改善されたポリシリコン表面粗さが、ＴＦＴ素子性能の効果を向上させることが開示されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
しかし、これらの方法では、大面積のポリシリコンの量産には適しておらず、ポリシリコンＴＦＴの発展に伴い、大面積の基板（１ｍ×１ｍ、あるいは、それ以上）を用いて、大量に、尺寸の素子（例えば、低温ポリシリコンＬＴＰＳ　ＴＦＴなどの小さい素子）を製造する方法としては適さない。また、ＣＭＰ後の表面粗さは、３０〜４０Åもあり、尺寸が極小化する趨勢下で、ポリシリコンの表面をさらに滑らかにする必要がある。
【０００９】
したがって、未だ、大面積のポリシリコンの平坦化工程に適応できる方法であって、表面粗さを減少できる方法はない。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｙ．Ｃｈａｎｇら、米国電気電子技術者協会ＩＥＥＥ（ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）の電子装置レター（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｌｅｔｔｅｒ）１９９６年３月、ＶＯＬ．１７、Ｎｏ３、“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　ｂｙ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｏｌｉｓｈｅｄ　ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｆｉｌｍ”研究報告
【非特許文献２】
Ａｌａｉｎ　Ｃ．Ｋ．Ｃｈａｎら、ＩＥＥＥ電子装置会議１９９９議事録、“Ｉｍｐｒｏｖｅ　Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＴＦＴ）　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ　ｐｏｌｉｓｈｅｄ　ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｆｉｌｍ”研究報告
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、大面積のポリシリコン表面に応用出来る、ポリシリコンの平坦化方法および該方法により得られたポリシリコンからなる薄膜トランジスタを提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、基板の表面にポリシリコンを形成する工程、エッチングにより表面粗さを減少させる工程、および該ポリシリコン表面をレーザーアニールにより平坦化する工程からなるポリシリコンの平坦化方法に関する。
【００１３】
エッチングが、ドライエッチングであることが好ましい。
【００１４】
エッチングが、湿式エッチングであることが好ましい。
【００１５】
湿式エッチングの溶剤が、緩衝酸化エッチング溶液または希フッ化水素酸であることが好ましい。
【００１６】
湿式エッチング溶剤が、緩衝酸化エッチング溶液と水からなり、その混合比率が、１：３００〜１：０であることが好ましい。
【００１７】
希フッ化水素酸が、フッ化水素と水を１：６００〜１：１で混合したものであることが好ましい。
【００１８】
湿式エッチングの時間が、６００秒以下であることが好ましい。
【００１９】
ドライエッチングが、ＣＦ４ガスを用いたプラズマエッチングであることが好ましい。
【００２０】
レーザーアニールのレーザーパルスの波長が、１５７〜３５１ｎｍであることが好ましい。
【００２１】
レーザーアニールのレーザーパルスの時間が、１０ｎｓ〜１ｍｓであることが好ましい。
【００２２】
レーザーアニールの基板の温度が、室温〜６００℃であることが好ましい。
【００２３】
レーザーアニールのレーザーパルスの周波数が、１Ｈｚ〜４００Ｈｚであることが好ましい。
【００２４】
レーザーアニールのエネルギー密度が、ポリシリコンを完全に溶解する限界エネルギー密度より低いことが好ましい。
【００２５】
レーザーアニールのエネルギー密度が、２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００２６】
基板が、ガラス、石英、シリコンウエハ、プラスチック、ＳＯＩであることが好ましい。
【００２７】
本発明は、前記方法により製造されたポリシリコンからなる薄膜トランジスタに関する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明のポリシリコン平坦化方法は、図２のフローチャートに示すように、４ポリシリコンの形成工程、５エッチングによる表面粗さ減少工程、および６ポリシリコン表面のレーザーアニールによる平坦化工程からなるポリシリコンの平坦化方法に関する。
【００２９】
本発明に使用される基板は、ガラス、石英、シリコンウェハ、プラスチック、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）があげられるが、これらに限定されるものではなく、本発明の方法は、表面にポリシリコンを形成できる基板であればどのようなものでも使用することができる。
【００３０】
ポリシリコンの形成工程により、表面にポリシリコンを形成した基板が提供される。ポリシリコンの形成方法は、レーザー結晶法あるいは、化学気相蒸着法などの方法があげられるが、これらに限定されるものではなく、一般的な形成方法であればいずれの方法も採用できる。また、ポリシリコンの形成工程により得られたポリシリコンの表面粗さは、約１００Å以下である。
【００３１】
つぎに、エッチングによる表面粗さ減少工程では、エッチングによりポリシリコンの表面を変化させ、自然酸化層、弱いボンディング部分、ポリシリコンの不純物などの不要物が除去され、表面粗さを初期的に減少することができる。エッチング方法としては、ドライエッチング、湿式エッチングがあげられる。
【００３２】
ドライエッチングの方法は、一般的な方法であれば特に限定されないが、中でもＣＦ４ガスによるプラズマエッチングが好ましい。
【００３３】
湿式エッチングにおいて使用される溶剤は、緩衝酸化エッチング（ｂｕｆｆｅｒｅｄ　ｏｘｉｄｅ　ｅｔｃｈａｎｔ、ＢＯＥ）溶液または希フッ化水素酸（ｄｉｌｕｔｅｄ　ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ　ａｃｉｄ、ＤＨＦ）からなる溶剤が、ポリシリコン表面の自然酸化膜、表面の不純物、およびポリシリコンの結合が比較的弱い部分をエッチングすることができる点で好ましい。
【００３４】
ＢＯＥ溶液の組成は、ＮＨ４Ｆ（４０％）：ＨＦ（４９％）が１：１〜２００：１の混合溶液であることが好ましい。
【００３５】
ＢＯＥ溶液は、水で希釈することが好ましく、その混合比率は、ＢＯＥ溶液：水が、１：３００〜１：０が好ましい。
【００３６】
ＤＨＦは、フッ化水素と水を１：６００〜１：１で混合することが好ましい。
【００３７】
湿式エッチングの時間は、６００秒以下であることが好ましい。
【００３８】
ポリシリコン表面のレーザーアニールによる平坦化工程は、レーザーアニールによりポリシリコン表面を部分的に溶解して、格子構造が再構成され、表面が平坦化され、表面粗さを減少することができる。
【００３９】
使用するレーザーとしては、特に限定されるものではないが、エキシマレーザー（ｅｘｃｉｍｅｒ　ｌａｓｅｒ）などがあげられる。
【００４０】
また、温度、圧力、レーザーエネルギー密度などのパラメータは、用いられる機器の型により異なるため、適宜調整することが好ましい。
【００４１】
例えば、複パルス位相は、９８％であることが好ましく、周囲の環境は、１ａｔｍの窒素雰囲気下であることが好ましい。
【００４２】
周波数は、１〜４００Ｈｚであることが好ましく、２００Ｈｚであることがより好ましい。
【００４３】
波長は、１５７〜３５１ｎｍが好ましく、３０８ｎｍであることがより好ましい。
【００４４】
エネルギー密度は、ポリシリコンが完全に溶解する限界エネルギー密度より低いことが好ましく、２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ２であることがより好ましい。
【００４５】
レーザーパルスの時間は、１０ｎｓ〜１ｍｓであることが好ましく、５５ｎｓであることがより好ましい。
【００４６】
基板の温度は、室温〜６００℃であることが好ましい。
【００４７】
本発明の方法によると、エッチングによりその表面構造を変化させ、自然酸化物、弱いボンディング部分、およびポリシリコンの不純物を除去して、表面粗さを初期的に減少させた後、レーザーアニール工程を施し、ポリシリコンを部分的に溶解させ、ポリシリコンの表面が再構築され、平坦化した表面を形成することができ、さらに、大面積のポリシリコン表面に適用することが出来るという長所がある。また、本発明の方法により得られたポリシリコンからなる薄膜トランジスタは、表面が平坦化されたポリシリコンを用いるため、素子の電気的特性（ブレークダウン電界、漏電、閾値下の振れ、臨界電圧、および電子／ホールの移動率等）に優れる。
【００４８】
【実施例】
以下、実施をあげて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００４９】
実施例１
ポリシリコンを形成したガラス基板を、ＢＯＥ溶液（ＢＯＥ溶液：ＮＨ４Ｆ（４０％）：ＨＦ（４９％）＝２０：１）に３００秒間浸漬し、エッチングを行った。その後、エキシマレーザー（レーザーパルスの波長３０８ｎｍ、時間５５ｎｓ、周波数２００Ｈｚ、エネルギー密度３５０ｍＪ／ｃｍ２、基板の温度２５℃）により表面平坦化を行った。図３（ａ）は、平坦化される前のポリシリコンのＴＥＭ観察図（×１０００００倍）であり、図３（ｂ）は、表面粗さが減少したポリシリコンのＴＥＭ観察図である。これより、未処理のポリシリコン（ａ）の隆起は、（ｂ）の平坦な状態になり、ポリシリコンとゲート酸化層間の隆起がなく、滑らかなポリシリコン表面が得られることが分かる。また、図４（ａ）は、平坦化される前のポリシリコンのＡＦＭの立体図（表面粗さは、約１２０Å）であり、図４（ｂ）は、表面粗さが減少したポリシリコンのＡＦＭの立体図（表面粗さは、約１８Å）である。これより、ポリシリコンの表面粗さは、１２０Åから１８Åに減少し、未処理の状態のわずか１５％まで減少することがわかる。
【００５０】
また、図５にレーザーパルスのエネルギー密度を変化させた結果を示す。未処理のポリシリコン（丸印）は、エッチング（三角印）およびレーザーアニール（四角印）工程後、ポリシリコン表面粗さが、未処理状態と比較して、３０〜９５％減少し、２０Å以下まで減少する。ＣＭＰを用いる公知の方法（表面粗さ減少率５０％）と比較して、本発明において提供される方法は、ポリシリコンを平坦化するとき、優れた効果を提供する。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の平坦化方法は、大面積のポリシリコン表面に応用出来、平坦化されたポリシリコンおよび該方法により得られたポリシリコンからなる薄膜トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリシリコンとゲート酸化層のＴＥＭ観察画像である。
【図２】本発明の方法のフローチャートである。
【図３】（ａ）平坦化される前のポリシリコンのＴＥＭ観察像である。（ｂ）表面粗さが減少したポリシリコンのＴＥＭ観察像である。
【図４】（ａ）平坦化される前のポリシリコンのＡＦＭ観察像である。（ｂ）表面粗さが減少したポリシリコンのＡＦＭ観察像である。
【図５】未処理、エッチング後、レーザーアニール後のポリシリコン膜の表面粗さを示す図である。
【符号の説明】
１　ゲート酸化層
２　ポリシリコン層
３　基板
４　ポリシリコンの形成工程
５　エッチングによる表面粗さ減少工程
６　ポリシリコン表面のレーザーアニールによる平坦化工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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