(57)【要約】           【課題】  本発明は、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法である。           【解決手段】  単一方向性のある異方性プラズマエッチング（AnisotropicPlasma Etching）で、薄膜トランジスタの能動層の側壁にシリコンスペーサー（poly-spacer）を形成し、当該シリコンスペーサー（poly-spacer）は、レーザー横方向再結晶メカニズムを提供し、また、レーザー再結晶した後、能動層が収縮するや剥離する現象を防止し、本発明によれば、余計なマスクが必要せず、チャンネル内のシリコン結晶粒を拡大でき、これにより、素子特性や素子均一度が向上され、同時に、工程コストの節約という効果が達成でき、この技術は、今後において、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ（LTPS-TFTs）領域にとって重要な技術になる。【選択図】  図３
2005039224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を提供するステップ1と、
当該基板上にバッファ酸化層（Buffer Oxide）を形成するステップ2と、
当該バッファ酸化層（Buffer Oxide）上にアモルファスシリコン薄膜層（amorphous silicon）を堆積するステップ3と、
さらに、当該アモルファスシリコン薄膜層（amorphous silicon）上に低温酸化層（Low
Temperature Oxide）を堆積し、当該低温酸化層（Low Temperature Oxide）が後工程において、シリコン薄膜ドライエッチングのストッパー層や、レーザーアニールする時、熱の発散を防止する保温層、或いは再結晶後シリコンスペーサー（poly-spacer）を除去するハードマスク（Hard Mask）とされるステップ4と、 
その後、フォトレジスト層（Photoresist）をハードマスクとし、異方性プラズマエッチングで、低温酸化層を完全にエッチング除去してから、下方にあるアモルファスシリコン薄膜層を局部的にエッチング除去するステップ5と、
フォトレジスト層を除去して、更に、もう一つのアモルファスシリコン薄膜層を堆積する時、元の下方にあるアモルファスシリコン薄膜が、当該アモルファスシリコン薄膜と相互に接続し、また、異方性プラズマエッチングで、能動層の縁にシリコンスペーサーを形成し、続いて、アモルファスシリコン薄膜能動層の連続波長レーザーやエキシマーレーザー再結晶を行うと、能動層のシリコン結晶粒を拡大し、最後に、異方性プラズマエッチングで、シリコンスペーサーと能動層の上方にある低温酸化層を、完全に除去するステップ6と、を有する、
ことを特徴とする、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法。
【請求項２】
当該シリコンスペーサーには、混晶シリコン薄膜（polycrystalline silicon film）とアモルファスシリコン薄膜（amorphous silicon film）とからなるスペーサー（spacer）が含まれている、ことを特徴とする、請求項１記載の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法。
【請求項３】
当該ステップ6で製作されたシリコンスペーサーには、更に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、シリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（SOI-MOSFET）の能動層のエッジとが含まれる、ことを特徴とする、請求項１記載の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法。
【請求項４】
当該ステップ6で、シリコンスペーサーのシリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（SOI-MOSFET）の能動層のエッジを製作してから、レーザー再結晶し、このシリコンスペーサーの主な目的は、温度ラダーを作って、シリコン薄膜横方向再結晶させるためである、ことを特徴とする、請求項１記載の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法。
【請求項５】
当該ステップ6で、薄膜トランジスタの能動層の側壁に覆われるシリコンスペーサーは、誘電体（例えば、Oxide、Nitride、Metal oxide…等）や金属（例えば、アルミウムAl、タングステンW、モリブデンMo、クロミウムCr…）等の材料に代えても良い、ことを特徴とする、請求項1記載の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法。
【請求項６】
当該誘電体は、酸化物（Oxide）、窒化物（Nitride）、及び金属酸化物（Metal oxide）から選ばれる、ことを特徴とする、請求項5記載の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法。
【請求項７】
当該金属は、アルミウム（Al）、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、クロミウム（Cr）から選ばれる、ことを特徴とする、請求項5記載の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法。
【請求項８】
当該ステップ6では、まず、能動層に対して、エキシマーレーザーアニール（ELA）や、固相成長（SPC）、或いは金属誘起固相成長（MILC）等の方法で能動層を再結晶させた後、薄膜トランジスタ或いはシリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（SOI-MOSFET）の能動層のエッジに、シリコンスペーサーを製作してもよい、ことを特徴とする、請求項１記載の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法に関し、特に、余計なマスクが必要せず、チャンネル内のシリコン結晶粒を拡大でき、これにより、素子特性や素子均一度が向上され、同時に、工程コストの節約という効果が達成できる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来のアモルファスシリコン薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（a-si TFT LCD）の価額が下落することだけでなく、低温多結晶シリコン（LTPS）薄膜トランジスタ液晶ディスプレイは、小寸法での応用領域が拡大され、当該低温多結晶シリコンの薄膜トランジスタ液晶ディスプレイには、分析度、亮度、寸法、及び電磁障害等の各方面において有利であるため、例えば、パーソナル携帯情報機器や、デジタルカメラ、携帯電話等の移動端末設備において高い占有率を得ている。
【０００３】
従来のレーザーアニール低温混晶シリコン薄膜トランジスタ（LTPS-TFTs）の製造ステップにおいて、先ず、レーザー再結晶してからトランジスタ能動層を形成するため、そのシリコン結晶粒の大きさが、薄膜の厚さによって制限されて、拡大できず、また、大きさが不均一であるシリコン結晶粒がトランジスタ能動層内に散在するため、素子同士の電気特性が異なり、均一性が悪くなるが、トランジスタ能動層を形成してからレーザー再結晶をすれば、能動層には、シリコン薄膜全体が溶融されることによる表面張力で、収縮現象（Surface
Tension induced Shrinkage）が発生するから、この方法は低温混晶シリコン薄膜トランジスタLTPS-TFTsの製造上に適用できない。
【０００４】
また、薄膜トランジスタ （TFT）やシリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（SOI-MOSFET）等の素子の能動層下方に熱伝達効率が比較的に悪い絶縁層が設けられるため、素子が大電流で稼動される時、能動層の温度が瞬間に上昇するとともに、能動層内においてのキャリアの移動率が降下するので、関係する技術者により、チャンネル幅Wを、多数の小さいチャンネル幅Wiを並列に変更することで自然発熱効果（Self-heating
Effect）を改善しょうという方法が提出され、図７は、従来の、自然発熱効果（Self-heating Effect）を解決する方式である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、低温混晶シリコン薄膜トランジスタ（LTPS-TFTs）の電界効果キャリア移動率を向上して、素子同士の差異を減少できる方法を提供し、この方法により、トランジスタを製造する時、チャンネル幅が小さければ、チャンネル内のシリコン結晶粒が大きくなり、これで画素を駆動するトランジスタを製作すれば、ディスプレイの分析度が大幅に向上でき、また、レーザー再結晶のプロセスウィンドー（process window）が広くなるとともに、混晶シリコン薄膜トランジスタの電気特性を改善し、且つ、素子同士の差異を縮小して、均一性と収量を向上せしめることにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、連続波長（continuous wave, CW）エキシマーやエキシマー（Excimer）レーザーアニールした後溶融したシリコンに横方向への再結晶をトリガーさせるメカニズムを有するものを提供し、これにより、工程に余計なマスクを必要とせず、大幅に電界効果キャリア移動率を向上して素子特性を改善し、また、厚いシリコンスペーサー（poly-spacer）は、能動層がレーザー照射されることにより、収縮や変形することを防止でき、また、高エネルギーレーザーで、ドッグボーン形状（dog-bone shape）である能動層に対して、ソース-ドレイン（Source-Drain）の方向で走査すれば、トランジスタチャンネル内にいて、独自のシリコン結晶粒の状況が得られ、そして、高性能（high performance）と高均一度（good uniformity）である混晶シリコン薄膜トランジスタが製造でき、本発明により、チャンネル幅Wが比較的に大きい素子を実現する時、多数の小さいチャンネル幅Wiを並列することにより、各電流のニーズを満足でき、これにより、やや大きいシリコン結晶粒をチャンネルに保持しながら、素子の自然発熱効果（Self-heating Effect）を改善できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明は、
基板を提供するステップ1と、
当該基板上にバッファ酸化層（Buffer Oxide）を形成するステップ2と、
当該バッファ酸化層（Buffer Oxide）上にアモルファスシリコン薄膜層（amorphous silicon）を堆積するステップ3と、
さらに、当該アモルファスシリコン薄膜層（amorphous silicon）上に低温酸化層（Low
Temperature Oxide）を堆積し、当該低温酸化層（Low Temperature Oxide）が後工程において、シリコン薄膜ドライエッチングのストッパー層や、レーザーアニールする時熱の発散を防止する保温層、及び再結晶後シリコンスペーサー（silicon-spacer）を除去するハードマスク（Hard Mask）とされるステップ4と、
その後、フォトレジスト層（Photoresist）をハードマスクとし、異方性プラズマエッチングで、低温酸化層を完全にエッチング除去してから、下方にあるアモルファスシリコン薄膜層を局部的にエッチング除去するステップ5と、
フォトレジスト層を除去して、更に、もう一つのアモルファスシリコン薄膜層を堆積する時、元の下方にあるアモルファスシリコン薄膜が、当該アモルファスシリコン薄膜と相互に接続し、また、異方性プラズマエッチングで、能動層の縁にシリコンスペーサーを形成し、続いて、アモルファスシリコン薄膜能動層の連続波長レーザーやエキシマーレーザー再結晶を行うと、能動層のシリコン結晶粒を拡大し、最後に、異方性プラズマエッチングで、シリコンスペーサーと能動層の上方にある低温酸化層を、完全に除去するステップ6と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、余計なマスクを必要とせず、チャンネル内のシリコン結晶粒を拡大でき、これにより、素子特性や素子均一度が向上され、同時に、工程コストの節約という効果が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１乃至７は、本発明の成形の垂直電流方向の断面概念図、本発明のトランジスタの対向位置から見る上面図、本発明のSEM（Scanning Electron Microscope）図、本発明において、連続波長（continuous wave, CW）レーザー再結晶を使用する時の能動層図形方位とレーザー走査方向の概念図、及び従来の、比較的に大きいチャンネル幅トランジスタの自然発熱効果（Self-heating
Effect）を解決する方法の概念図である。図示のように、本発明の低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ能動層のレーザー再結晶方法には、
基板1を提供するステップ1と、
当該基板１上にバッファ酸化層２（Buffer Oxide）を形成するステップ2と、
当該バッファ酸化層２（Buffer Oxide）上にアモルファスシリコン薄膜層３（amorphous
silicon）を堆積するステップ3と、
さらに、当該アモルファスシリコン薄膜層３上に低温酸化層４（Low
Temperature Oxide）を堆積し、当該低温酸化層４が後工程において、シリコン薄膜ドライエッチング（Anisotropic Plasma Etching）のストッパー層や、レーザーアニールする時熱の発散を防止する保温層、或いは再結晶後シリコンスペーサー（silicon-spacer）を除去するハードマスク（Hard Mask）とされるステップ4と、
その後、フォトレジスト層（Photoresist）５をハードマスクとし、異方性プラズマエッチング8で、低温酸化層4を完全にエッチング除去してから、下方にあるアモルファスシリコン薄膜層3を局部的にエッチング除去するステップ5と、
フォトレジスト層5を除去して、更に、もう一つのアモルファスシリコン薄膜層3aを堆積する時、元の下方にあるアモルファスシリコン薄膜3が、当該アモルファスシリコン薄膜3aと相互に接続し、また、異方性プラズマエッチング8で、能動層の縁にシリコンスペーサーを形成し、続いて、アモルファスシリコン薄膜能動層の連続波長レーザーやエキシマーレーザー再結晶9を行うと、能動層のシリコン結晶粒を拡大し、最後に、異方性プラズマエッチング8で、シリコンスペーサー7と能動層の上方にある低温酸化層4を、完全に除去するステップ6と、を有する。
【００１０】
以上のように、当該シリコンスペーサーには、混晶シリコン薄膜（polycrystalline silicon film）とアモルファスシリコン薄膜（amorphous silicon film）とからなるスペーサー（spacer）が含まれることができる。また、当該ステップ6で製作されたシリコンスペーサーには、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、シリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（SOI-MOSFET）の能動層のエッジ（能動層エッジを充填することを含む）とが含まれ、また、この方法が、高、低温工程と問わず適用できる。また、当該ステップ6で、シリコンスペーサーのシリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（SOI-MOSFET）の能動層のエッジを製作してから、レーザー再結晶し、このシリコンスペーサーの主な目的は、温度ラダーを作って、シリコン薄膜横方向再結晶させる。また、当該ステップ6で、薄膜トランジスタの能動層の側壁に覆われるシリコンスペーサー材料は、誘電体（例えば、Oxide、Nitride、Metal oxide…等）や金属（例えば、アルミウムAl、タングステンW、モリブデンMo、クロミウムCr…）等の材料に代えても良く、最後に、選択的に、シリコンスペーサーを除去（或いはそのまま残して）してから、後の工程を続行する。また、当該ステップ6では、まず、能動層に対して、エキシマーレーザーアニール（ELA）や、固相成長（SPC）、或いは金属誘起固相成長（MILC）等の方法で能動層を再結晶させた後、薄膜トランジスタ或いはシリコン絶縁層上のＭＯＳ電界効果トランジスタ（SOI-MOSFET）の能動層のエッジに、シリコンスペーサーを製作してもよい。
【００１１】
当該シリコンスペーサー7が、能動層アモルファスシリコン薄膜層3のエッジに製作された後、高エネルギー連続波長レーザーで、ドッグボーン形状（dog-bone shape）である能動層に対して再結晶させること、或いはエキシマー（Excimer）レーザーアニールで再結晶９させることにより、能動層に温度ラダーを作り、シリコン結晶粒を拡大し（図3を参照のこと）、
図4には、ゲート１０（Gate）と、ソース１１（Source）、ドレイン１２（Drain）の相対位置であり、図から分かるように、このような工程では、当該シリコンスペーサー７が能動層（アモルファスシリコン薄膜層３）全体の周縁を囲むようにし、後の異方性プラズマエッチング8では、完全にシリコンスペーサー7を除去できない場合、シリコンスペーサー7の結晶特性がよくないから、残されるシリコンスペーサー7がトランジスタの電気特性に影響を与えず、電圧によるシリコンスペーサー7の導通が難しく、電流に有利である。
【００１２】
図5は、エキシマーレーザー再結晶により得た多結晶粒(Poly-Si Grains)がチャンネルにおいての分布状況であり、これにより、本発明によれば、トランジスタのチャンネルにおいて、比較的に大きいシリコン結晶粒が得られ、その理由は、レーザー照射された後、比較的に薄いチャンネル領域全体が溶融されるが、比較的に厚いシリコンスペーサー７が部分的に溶融され、全体が溶融される領域においては、シリコンスペーサー７が種（seed）とされて、内側への再結晶をトリガーするためであり、また、図５から分かるように、当該能動層のエッジには収縮（Shrinkage）変形現象が発生しないので、この方法は、シリコン薄膜全体が溶融された後、表面張力による収縮効果（Shrinkage
Effect）を有効に抑制し、図6は、この方法において、連続波長レーザーをもって再結晶させる時の能動層図形方位とレーザー走査方向の最も良い状況であり、また、図７は、従来の、自然発熱効果を解決する方法であり、本発明においては、更に上記の方法を利用することにより、比較的に大きいチャンネル幅Wを、多数の小さいチャンネル幅Wiを並列に変更することで、各電流のニーズを満足でき、これにより、やや大きいシリコン結晶粒をチャンネルに保持しながら、素子の自然発熱効果を改善できる。
【００１３】
以上の詳しい説明によれば、本技術をよく分かるものが、本発明が確実に前記の目的を達成することを了解するので、特許法の規定に従って、特許の出願を提出する。
【００１４】
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ている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の成形の垂直電流方向の断面概念図である。
【図２】図１に続く、本発明の成形の垂直電流方向の断面概念図である。
【図３】図２に続く、本発明の成形の垂直電流方向の断面概念図である。
【図４】発明のトランジスタの対向位置から見る上面図である。
【図５】本発明のSEM（ScanningElectron Microscope）図である。
【図６】本発明において、連続波長（continuouswave, CW）レーザー再結晶を使用する時の能動層図形方位とレーザー走査方向の概念図である。
【図７】従来の、比較的に大きいチャンネル幅トランジスタの自然発熱効果（Self-heatingEffect）を解決する方法の概念図である。
【符号の説明】
【００１６】
1                     基板
2                     バッファ酸化層
３、３ａ              アモルファスシリコン薄膜層
4                     低温酸化層
5                     フォトレジスト層
7                     シリコンスペーサー
8                     異方性プラズマエッチング
９                    アモルファスシリコン薄膜能動層の連続波長レーザーやエキシマーレーザー再結晶
１０                  ゲート
１１                  ソース
１２                  ドレイン
【図１】
2005039224.tif 000003
【図２】
2005039224.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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