(57)【要約】【課題】電界効果キャリアの移動率を大幅に向上し、素子同士間の差異による均一性の問題を改善した単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法を提供する。【解決手段】単一の格子方向を有するシリコン基板を核種として、アモルファスシリコン薄膜の横方向への生長をトリガーする単結晶シリコン薄膜の製造方法であり、アモルファスシリコン薄膜と、パターンを有する単結晶シリコン基板とを、対向に接触して、エキシマーレーザーを、ガラス基板の裏から通することにより、表面にあるアモルファスシリコン薄膜は、単結晶シリコン基板上にあるパターンを核種として、横方向に単結晶シリコン薄膜を生長させる。【選択図】  図４
2004356602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップ一、ガラス基板を用意し、
ステップ二、該ガラス基板に、ガラス基板内から不純物が外へ拡散することを防止するシリカ層をメッキした後、化学気相技術で、ガラス基板の表面にアモルファスシリコン薄膜を生長させ、
ステップ三、もう一つのシリコン基板で、エッチング技術により、シリコン基板に単結晶シリコンパターンをパタニングし、
ステップ四、アモルファスシリコン薄膜と、単結晶シリコンパターンを有するシリコン基板とを、相互に密着させた状態で、レーザー光をガラス基板の裏から照射し、適当なレーザーパラメータにより、表面にあるアモルファスシリコン薄膜全体が溶融され、
ステップ五、アモルファスシリコン薄膜全体が溶融され、固化された後、直ちに、再結晶（Ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）現象が起こるため、溶融されているアモルファスシリコン薄膜が、接触している単結晶シリコンパターンを核種として、溶融されているアモルファスシリコン薄膜に横方向へ単結晶シリコン薄膜を生長させるのをトリガーし、
ステップ六、単結晶シリコン基板とガラス基板とを分離して、これにより、ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタが製造されることを、特徴とする透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項２】
該ガラス基板が、石英等の透明基板であってもよいことを、特徴とする請求項１記載の透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項３】
該使用するアモルファスシリコン薄膜をアモルファスシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）薄膜にしてもよいことを、特徴とする請求項１記載の透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項４】
該化学気相技術が、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）や減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）等の技術であることを、特徴とする請求項１記載の透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項５】
該減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）を利用すれば、ガラス基板の裏にあるアモルファスシリコン薄膜層を除去するもう一つのステップにより、レーザーがガラス基板１の裏から表面まで通し再結晶をさせることを、特徴とする請求項４記載の透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項６】
該シリコン基板が、単一方向結晶を有するシリコン基板（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であることを、特徴とする請求項１記載の透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項７】
該エッチング技術が、ウェットやドライであることを、特徴とする請求項１記載の透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項８】
該ステップ四において、使用するレーザー光４が、エキシマーレーザー（Ｅｘｃｉｍｅｒ−Ｌａｓｅｒ）と連続波レーザー（ＣＷ−Ｌａｓｅｒ）であることを、特徴とする請求項１記載の透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法。
【請求項９】
該ステップ四において、アモルファスシリコン薄膜と単結晶シリコンパターンを有するシリコン基板とを、相互に密着させる状態で、高温雰囲気で接触しているアモルファスシリコン薄膜を再結晶させることを、特徴とする請求項１記載の透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法に関し、特に、アモルファスのガラス基板上に単結晶シリコンを生長させることができない問題を解決して、今日において表示パネルに使われる低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ）技術や、売価が高いシリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴｓ）の代わりに透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既に、公開されている技術においては、エキシマーレーザー（Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ）であっても、連続波レーザー（ＣＷ  Ｌａｓｅｒ）であっても、ガラス基板上に製造された低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴｓ）は、シリコン結晶粒界（Ｇｒａｉｎ−Ｂｏｕｎｄａｒｙ）がチャンネル内に位置する問題を、避けられないし、また、チャンネル内にあるシリコン晶粒には、多数の異なる格子方向があるため、容易に低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴｓ）にある素子同士間に差異を持たせ、かつ電界効果であるキャリア移動率（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ）の向上ができない等の問題があり、チャンネル幅（Ｃｈａｎｎｅｌ−Ｗｉｄｔｈ）とチャンネル長（Ｃｈａｎｎｅｌ−Ｌｅｎｇｔｈ）が小さい時、一つの低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ）のチャンネルを単一のシリコン晶粒上に位置させて、電気特性をシリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴ）と同一にするチャンスがあるが、再現性がないことやアウトプットが低いことで、事実上、製造には適用できない。
【０００３】
上記問題は、アモルファスシリコン薄膜（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ）が、レーザーによって完全に溶融された後、単一格子方向のシリコンを核種（Ｓｅｅｄ）として横方向へ再結晶することができないため、シリコン結晶粒界（Ｇｒａｉｎ−Ｂｏｕｎｄａｒｙ）とシリコン晶粒とが、多数の異なる格子方向があることである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、シリコン結晶粒界（Ｇｒａｉｎ−Ｂｏｕｎｄａｒｙ）がＬＴＰＳ−ＴＦＴｓチャンネル内に存在する問題を解決することにより、電界効果キャリアの移動率を大幅に向上し、素子同士間の差異による均一性の問題を改善して、パネル上の統合システム（Ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−Ｐａｎｅｌ或いはＳｙｓｔｅｍ−ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）という目標を実現することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、単一の格子方向とパターンとがあるシリコン基板を、ガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜が横方向へ生長する単結晶シリコン薄膜の核種とすることにより、製造が簡単で、核種とする単結晶シリコン基板が再び利用でき、生産上において大幅にコストダウンして、素子特性上、売価が高いＳＯＩチップで、製造するシリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴｓ）の代用を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的のために、本発明は、
ステップ一、ガラス基板を用意し、
ステップ二、該ガラス基板に、ガラス基板内から不純物が外へ拡散することを防止するシリカ層をメッキした後、化学気相技術で、ガラス基板の表面にアモルファスシリコン薄膜を生長させ、
ステップ三、もう一つのシリコン基板で、エッチング技術により、シリコン基板に単結晶シリコンパターンをパタニングし、
ステップ四、アモルファスシリコン薄膜と、単結晶シリコンパターンを有するシリコン基板とを、相互に密着させた状態で、レーザー光をガラス基板の裏から照射し、適当なレーザーパラメータにより、表面にあるアモルファスシリコン薄膜全体が溶融されるか、高温雰囲気で接触しているアモルファスシリコン薄膜を再結晶させるか、これは、固相結晶（ＳＰＣ）方式であり、
ステップ五、アモルファスシリコン薄膜全体が溶融され、固化された後、直ちに、再結晶（Ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）現象を起こすため、溶融されているアモルファスシリコン薄膜が、接触している単結晶シリコンパターンを核種として、溶融されているアモルファスシリコン薄膜に横方向へ単結晶シリコン薄膜を生長させるのをトリガーし、
ステップ六、単結晶シリコン基板とガラス基板とを分離した後、ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタが製造され、これにより、アモルファスのガラス基板上に単結晶シリコンを生長させない問題を解決し、シリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴｓ）の代わりに透明ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、夫々、本発明のステップ一、二の成形状態の断面概念図、本発明のステップ三の成形状態の断面概念図、本発明のステップ四、五の成形状態の断面概念図、本発明の成形後の単結晶シリコン薄膜トランジスタの概念図である。図のように、本発明は、ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法で、アモルファスのガラス基板１上に単結晶シリコンを生長させることができない問題を解決して、シリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴｓ）の代わりに、透明ガラス基板１上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する方法であり、次のステップを有する。
【０００８】
ステップ一、ガラス基板１を用意し、該ガラス基１板が、石英ガラス等の透明基板であってもよいし、
ステップ二、該ガラス基板１に、ガラス基板内から不純物が外へ拡散することを防止するシリカ層をメッキした後、化学気相技術で、ガラス基板１の表面にアモルファスシリコン薄膜２を生長させて、また、使用するアモルファスシリコン薄膜２をアモルファスシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）薄膜にしてもいいし、これにより、ガラス基板上に、単結晶シリコンや単結晶シリコンゲルマニウムの薄膜トランジスタを製造することができ、また、該化学気相技術は、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）や減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）等の技術であり、該減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）を利用すれば、ガラス基板１の裏にあるアモルファスシリコン薄膜層を除去するもう一つのステップを必要とし、これにより、レーザーがガラス基板１の裏から表面まで通し再結晶をさせ、
ステップ三、もう一つのシリコン基板３で、該シリコン基板３が単一方向結晶のシリコン基板（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であり、エッチング技術により、シリコン基板３に単結晶シリコンパターン３１をパタニングし、該エッチング技術が、ウェットエッチング技術やドライエッチング技術であり、
ステップ四、アモルファスシリコン薄膜２と、単結晶シリコンパターン３１を有するシリコン基板３とを、対向に密着させる状態で、レーザー光４を、ガラス基板１の裏から照射し、適当な、レーザーパラメータにより、表面にあるアモルファスシリコン薄膜２全体が溶融され、レーザートリガー再結晶（Ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）を形成して、本ステップにおいて、使用するレーザー光４が、エキシマーレーザー（Ｅｘｃｉｍｅｒ−Ｌａｓｅｒ）と連続波レーザー（ＣＷ−Ｌａｓｅｒ）であり、
ステップ五、アモルファスシリコン薄膜２全体が溶融され、形成するシリコン薄膜が固化する時、直ちに、再結晶現象（Ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）を起こすため、溶融されているアモルファスシリコン薄膜２が、接触している単結晶シリコンパターン３１を核種として、溶融されているアモルファスシリコン薄膜２に横方向へ単結晶シリコン薄膜を生長させるのをトリガーし、
ステップ六、単結晶シリコン基板３とガラス基板１とを分離した後、ガラス基板１のアモルファスシリコン薄膜２上に、ゲート絶縁層４０（Ｇａｔｅ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）と、ゲート４１（Ｇａｔｅ）と、ソース４２（Ｓｏｕｒｃｅ）と、ドレイン４３（Ｄｒａｉｎ）とを形成して、即ち、図４のような単結晶シリコン薄膜トランジスタを形成し、上記ステップによって、ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する。
【０００９】
本発明は、先にガラス基板１上にあるアモルファスシリコン薄膜２のアクティブ区域を限定してから、対向する位置にあるパターン３１の単結晶シリコン基板３と接触させるのであり、また、ガラス基板１が透明基板で、該ガラス基板１上にあるアクティブ層パターンは、容易に、対向する位置にあるパターン３１の単結晶シリコン基板３と位置付けし、その後、裏からレーザー４を照射することや、チャンバーに入れて、横方向へ単結晶シリコン薄膜を生長してから、単結晶シリコン基板３とガラス基板１と分離して、その後、従来の薄膜トランジスタの工程で製作できる。
【００１０】
また、その中、限定された単結晶シリコンパターン３１の機能が、単結晶シリコン薄膜を生長させる核種だけであり、今のシリコン工程技術からいえば、単結晶シリコンパターン３１を非常に小さくすることができるため、事実上、シリコン基板３とガラス基板１と接触する面積が非常に小さいから、簡単な真空設備を増やせば、簡単に、再結晶した後のシリコン基板３とガラス基板１を分離し、分離された後のシリコン基板３パターン３１上の平坦度は、例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）設備で平坦化すれば再利用でき、工程コストがあまり増えない。
【００１１】
以上の詳しい説明からは、本技術を良く分かる熟練者は、本発明により明確に前記目的を達成できることが分かる。
【００１２】
以上の説明は、ただ、本発明のよりよい実施例であり、本発明の実施範囲を制限するものではなく、また、本発明の特許請求の範囲や明細書内容に従って等価修正や変更も、本発明の請求範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステップ一、二の成形状態の断面概念図である。
【図２】本発明のステップ三の成形状態の断面概念図である。
【図３】本発明のステップ四、五の成形状態の断面概念図である。
【図４】本発明の成形後の単結晶シリコン薄膜トランジスタの概念図である。
【符号の説明】
１    ガラス基板
２    アモルファスシリコン薄膜
３    シリコン基板
３１    単結晶シリコンパターン
４    レーザー光
４０    ゲート絶縁層
４１    ゲート
４２    ソース
４３    ドレイン
【図１】
2004356602.tif 000003
【図２】
2004356602.tif 000004
【図３】
2004356602.tif 000005
【図４】
2004356602.tif 000006