(57)【要約】      （修正有）【課題】アモルファスシリコン薄膜トランジスタを直接にポリシリコン薄膜トランジスタへ変換するポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】アモルファスシリコン薄膜トランジスタを基板１００上に形成して、赤外線１１４による加熱処理を行う。ゲート金属およびソース／ドレイン金属１１０を急速に加熱して、熱エネルギーをアモルファスシリコン層１０６へ伝達する。次に、アモルファスシリコン層１０６中に結晶化を発生させてポリシリコンを形成し、ポリシリコン薄膜トランジスタを得る。【選択図】図１Ｂ
2005117001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファスシリコン薄膜トランジスタを準備するステップと、
前記アモルファスシリコン薄膜トランジスタを赤外線により加熱して、ポリシリコン薄膜トランジスタへ変化させるステップと、
を含むことを特徴とするポリシリコン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、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に、アモルファスシリコン薄膜トランジスタを直接にポリシリコン薄膜トランジスタへ変換する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（ＡＭＬＣＤ）の装置に広く使用されてきた。薄膜トランジスタは一般に、異なるシリコン膜によりアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）およびポリシリコン（poly-Ｓｉ）の二種類がある。アモルファスシリコン薄膜トランジスタの移動度は約０．５〜１ｃｍ２／Ｖ−ｓ程度であるが、ポリシリコン薄膜トランジスタはさらに高い移動度を有し、ポリシリコンは優れた結晶特性および少ない結晶欠陥を有する。そのため、ポリシリコン薄膜トランジスタから製造されたディスプレイは、高速度反応、高解析度および集積ドライバ回路という利点を有する。
【０００３】
しかしながら、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造には低い歩留り率、複雑な工程、そして高い生産コストなどといった欠点があった。反対に、アモルファスシリコン薄膜トランジスタは、主に低生産コストで成熟した技術のディスプレイに製造された。
【０００４】
結晶技術がボトルネックとなり、ポリシリコン薄膜トランジスタは未だ市場の主流とはなっておらず、従来技術におけるポリシリコン薄膜トランジスタ膜の製造方法は、固相結晶化（solid phase crystallization：ＳＰＣ）、エキシマレーザアニール（excimer laser annealing：ＥＬＡ）および金属誘導側面結晶化（metal induced lateral crystallization：ＭＩＬＣ）であった。しかしながら、ガラス基板の上限温度は６５０℃であるため、固相結晶化はフラットパネルディスプレイの製造に応用することはできない上、エキシマレーザアニールは、高コストなレーザ光、不安定な工程そして結晶の均一性が悪いなどといった欠点があった。また金属誘導側面結晶化は、金属拡散において問題があった。そのため、従来のポリシリコン製造方法は、工程が複雑なために技術的な問題があり製造コストも高かった。従って、ポリシリコン薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンに競合することができなかった。
【０００５】
また、ポリシリコンフィルムを製造する際に発生する技術問題が解決されていないため、現在、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造により大型サイズのディスプレイを開発したとしても、製造する際、依然として問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、フラットパネルディスプレイの機能を向上させるポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
そして、高い移動度のポリシリコン薄膜トランジスタを製造することができるとともに、アモルファスシリコン薄膜トランジスタの製造の優位性も同時に維持することができる。各フィルム材料は、異なる赤外線（infrared rays：ＩＲ）吸収率を有し、良好な赤外線吸収率および熱安定性を有する金属フィルムをホットプレートとして用い、アモルファスシリコン薄膜トランジスタを製造した後、ホットプレートに提供される金属フィルムは、熱エネルギーを赤外線から吸収することができる。続いて、金属フィルムは、アモルファスシリコン層へ熱エネルギーを伝導し、アモルファスシリコン層が結晶化してポリシリコン層へ変化し、ポリシリコン薄膜トランジスタを形成する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、バックチャネルエッチング（back channel etch：ＢＣＥ）構造タイプのボトムゲートアモルファスシリコン薄膜トランジスタを基板上に形成してから赤外線加熱をおこなう。アモルファスシリコン薄膜トランジスタ中のゲート金属およびソース／ドレイン（source/drain：Ｓ／Ｄ）金属は、赤外線から熱エネルギーを急速に吸収して、熱エネルギーをアモルファスシリコン層へ伝達する。そのためアモルファスシリコン層は誘発により結晶化を起こしてポリシリコン層へ変わる。従って、バックチャネルエッチング型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタは、バックチャネルエッチング型のポリシリコン薄膜トランジスタへ変換する。
【０００８】
本発明では、チャネルプロテクト（channel protect：ＣＨＰ）構造タイプのボトムゲートアモルファスシリコン薄膜トランジスタを基板上に形成してから赤外線加熱をおこなう。アモルファスシリコン薄膜トランジスタ中のゲート金属およびソース／ドレイン金属は、赤外線から熱エネルギーを急速に吸収して、熱エネルギーをアモルファスシリコン層へ伝達する。そのためアモルファスシリコン層は誘発により結晶化を起こしてポリシリコン層へ変わる。従って、チャネルプロテクト型のアモルファスシリコン薄膜トランジスタは、チャネルプロテクト型のポリシリコン薄膜トランジスタへ変換される。
【０００９】
本発明では、トップゲートのアモルファスシリコン薄膜トランジスタを基板上に形成してから赤外線加熱をおこなう。同様にアモルファスシリコン薄膜トランジスタ中のゲート金属およびソース／ドレイン金属は、赤外線から熱エネルギーを急速に吸収して、熱エネルギーをアモルファスシリコン層へ伝達する。そのためアモルファスシリコン層は誘発により結晶化を起こしてポリシリコン層へ変わる。そして、トップゲートのアモルファスシリコン薄膜トランジスタは、トップゲートのポリシリコン薄膜トランジスタへ変換する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ製造の優勢を保つことができる上、良好な電気特性を有するポリシリコン薄膜トランジスタを形成することもできる。このように、駆動回路をパネルへ組み入れるため、駆動回路をアモルファスシリコン薄膜トランジスタへ加える費用を低減することができる。
また、本発明のポリシリコン薄膜トランジスタ装置は、液晶表示器（liquid crystal display：ＬＣＤ）の機能向上に役立ち、有機発光表示装置（organic light-emitting display：ＯＬＥＤ）を駆動することにも使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、様々なフィルム材料の異なる赤外線吸収率を使用する。赤外線加熱処理をアモルファスシリコン薄膜トランジスタ製品に行い、高い赤外線吸収率および良好な熱安定性を有するフィルム材料は、赤外線から熱エネルギーを吸収して熱エネルギーをアモルファスシリコン層へ伝達する。アモルファスシリコン層は結果的に結晶化してポリシリコン層になる。ホットプレート結晶化（Hot plate crystallization：ＨＰＣ）技術を用い、薄膜トランジスタ中の高い赤外線吸収および良好な熱安定性を有するフィルム材料をホットプレートに使用し、ホットプレートはアモルファスシリコン層へ熱を伝導して、アモルファスシリコン層において結晶化を誘発する。そのため、アモルファスシリコン層はポリシリコン層に変化する。従って、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ製造において、従来工程および工程条件を変えずに、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ製造工程の後へ赤外線加熱処理を単に加えるだけで、アモルファスシリコン薄膜トランジスタからポリシリコン薄膜トランジスタを得ることができる。
【００１２】
金属フィルムは、薄膜トランジスタ装置中において高い赤外線吸収率および良好な熱安定性を有するフィルム材料であるため、ゲート金属およびソース／ドレイン（ソース／ドレイン）金属の全てをホットプレートとして使用し、熱エネルギーを赤外線から吸収する。続いて、アモルファスシリコン層は、金属フィルムから伝達された熱エネルギーを得て結晶化するため、アモルファスシリコン層は効果的にポリシリコン層へ変化し、ポリシリコン薄膜トランジスタが形成される。
【００１３】
ポリシリコン薄膜トランジスタは、従来のアモルファスシリコン薄膜トランジスタ製造工程に本発明を組み合わせることにより形成される。薄膜トランジスタ構造は、その違いによりボトムゲート構造およびトップゲート構造の二種類がある。ボトムゲート構造は、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ製造へ一般に使用されるバックチャネルエッチングおよびチャネルプロテクト構造を含む。本発明によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法は、前述の薄膜トランジスタ構造をそれぞれ組み合わせてポリシリコン薄膜トランジスタを製造する。
【００１４】
（第１実施例）
本実施例では、ボトムゲートバックチャネルエッチング構造タイプのポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法を説明する。図１Ａに示すように、例えば物理気相成長（physical vapor deposition：ＰＶＤ）などにより、先ず基板１００上にゲート金属１０２が形成され、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングされる。基板１００はガラス基板であり、ゲート金属１０２はクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）またはモリブデン−タングステン（ＭｏＷ）などといった良好な導電性を有する材料である。ゲート金属１０２は、良好な赤外線吸収率および熱安定性を有する材料である。
【００１５】
ゲート絶縁１０４、アモルファスシリコン層１０６およびドープアモルファスシリコン層１０８が順に、例えばプラズマ励起化学気相成長（plasma enhanced chemical vapor deposition：ＰＥＣＶＤ）により、ゲート金属１０２および基板１００上へ同時に形成される。ゲート絶縁１０４の好適な材料はシリコン窒化膜（ＳｉＮＸ）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯＸ）である。続いて、アモルファスシリコン層１０６およびドープアモルファスシリコン層１０８は、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより一部がパターニングされ、活性層領域（図示せず）を形成する。
【００１６】
続いて図１Ｂに示すように、ソース／ドレイン金属１１０を物理気相成長させて、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングしてデータラインを形成する。ソース／ドレイン金属１１０は、クロム、モリブデンまたはモリブデン−タングステンなどの良好な導電性を有する材料である。ソース／ドレイン金属１１０は、良好な赤外線吸収率および熱安定性を有する材料でもある。次に、ソース／ドレイン金属１１０をハードマスクにして、ソース／ドレイン金属１１０間のドープアモルファスシリコン層１０８をエッチングして開口１１２を形成し、アモルファスシリコン層１０６の一部を露出し、開口１１２中のアモルファスシリコン層１０６はチャネル領域を示す。
【００１７】
アモルファスシリコン薄膜トランジスタは上記の工程により製造される。図１Ｃに示すように、赤外線１１４を有する加熱処理を使用して、アモルファスシリコン薄膜トランジスタは直接にポリシリコン薄膜トランジスタへ変わる。
【００１８】
赤外線１１４による加熱処理は、赤外線供給方法を用いることができる。本実施例では、パルス状の急速熱処理（pulsed rapid thermal processing：ＰＲＴＰ）技術を使用している。フィルム材料は異なる赤外線吸収率を有するため、薄膜トランジスタは赤外線１１４により選択的に加熱される。ゲート金属１０２およびソース／ドレイン金属１１０は、高赤外線吸収率を有するため、赤外線１１４から熱エネルギーを急速に吸収する。従って、ゲート金属１０２およびソース／ドレイン金属１１０を選択的に加熱してホットプレートにし、熱エネルギーをドープアモルファスシリコン層１０８およびアモルファスシリコン層１０６へ伝達し、ドープアモルファスシリコン層１０８およびアモルファスシリコン層１０６は誘発されて結晶化し、ドープアモルファスシリコン層１０９およびポリシリコン層１０７となる。このようにポリシリコン薄膜トランジスタが形成される。
【００１９】
対応する加熱処理の最高出力温度は９００℃が好ましい。薄膜トランジスタ中において金属フィルムが占める割合は、ポリシリコンを形成するドープアモルファスシリコン層１０８およびアモルファスシリコン層１０６により吸収された熱エネルギーを伝達するのに十分である。本実施例で採用する加熱処理は、連続加熱でなく、パルス状の加熱処理であり、薄膜トランジスタ中のフィルム材料を選択的に加熱する。さらにガラス基板は赤外線１１４を効果的に吸収することができないため、装置性能は影響を受けず、加熱温度によるガラス基板変形も起きない。
【００２０】
（第２実施例）
第２実施例は、ボトムゲートＣＨＰ構造タイプのポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法である。図２Ａに示すように、例えば物理気相成長（physical vapor deposition：ＰＶＤ）などにより、先ず基板２００上にゲート金属２０２を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングなどによりパターニングする。基板２００はガラス基板であり、ゲート金属２０２は、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）またはモリブデン−タングステン（ＭｏＷ）などといった良好な導電性を有する材料である。ゲート金属２０２は良好な赤外線吸収率および熱安定性を有する材料でもある。
【００２１】
ゲート絶縁２０４、アモルファスシリコン層２０６および保護膜２０８が順に、例えばプラズマ励起化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）により、ゲート金属２０２および基板２００上へ同時に形成され、ゲート絶縁２０４および保護膜２０８の材料はシリコン窒化膜（ＳｉＮＸ）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯＸ）が好ましい。
【００２２】
図２Ｂに示すように、保護膜２０８は、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングしてエッチングストップ層２０９を形成してチャネル領域を保護する。続いてドープアモルファスシリコン層２１０を、例えばプラズマ励起化学気相成長などによりアモルファスシリコン層２０６上に形成する。アモルファスシリコン層２０６およびドープアモルファスシリコン層２１０は、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより一部がパターニングされ、活性層領域（図示せず）を形成する。
【００２３】
続いて図２Ｃに示すように、ソース／ドレイン金属２１２は物理気相成長によりパターニングされ、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングによりデータラインを形成する。ソース／ドレイン金属２１２は、例えばクロム、モリブデンまたはモリブデン−タングステンなどの導電性が良好な材料でもある。ソース／ドレイン金属２１２は、良好な赤外線吸収率および熱安定性を有する材料である。次に、ソース／ドレイン金属２１２をハードマスクにして、ソース／ドレイン金属２１２間のドープアモルファスシリコン層２１０をエッチングして開口２１４を形成し、エッチングストップ層２０９を露出する。エッチングストップ層２０９下のアモルファスシリコン層２０６は、チャネル領域を示す。
【００２４】
アモルファスシリコン薄膜トランジスタは上記の工程により製造される。図２Ｄに示すように、赤外線２１６を有する加熱処理を用いることにより、アモルファスシリコン薄膜トランジスタは直接にポリシリコン薄膜トランジスタへ変化する。
【００２５】
本実施例の赤外線２１６による加熱処理もまたパルス状の急速熱処理（pulsed rapid thermal processing：ＰＲＴＰ）技術であり、薄膜トランジスタは急速熱処理により選択的に加熱される。対応する加熱処理の最高出力温度は約９００℃が好ましい。ゲート金属２０２およびソース／ドレイン金属２１２をホットプレートにして、熱エネルギーを赤外線２１６から吸収し、熱エネルギーをアモルファスシリコン層２１０およびアモルファスシリコン層２０６へ伝達し、ドープアモルファスシリコン層２１０およびアモルファスシリコン層２０６は誘発されて結晶化し、ドープポリシリコン層２１１およびポリシリコン層２０７となる。このようにポリシリコン薄膜トランジスタは形成される。
【００２６】
（第３実施例）
第３実施例は、さらに別のトップゲート構造タイプのポリシリコン薄膜トランジスタ製造方法である。図３Ａに示すように、例えばプラズマ励起化学気相成長などにより、先ず基板３００上にバッファ層３０２を形成する。基板３００はガラス基板であり、バッファ層３０２はＳｉＯＸ層である。続いて、例えばプラズマ励起化学気相成長などにより、バッファ層３０２上にアモルファスシリコン層３０４を形成する。
【００２７】
次に、例えばプラズマ励起化学気相成長などにより、アモルファスシリコン層３０４上にゲート絶縁３０６を形成する。ゲート絶縁３０６の材料はＳｉＯＸが好ましい。ゲート金属３０８は、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングして形成する。ゲート金属３０８は、クロム、モリブデンまたはモリブデン−タングステンなどといった良好な導電性を有する材料であり、ゲート金属３０８は良好な赤外線吸収率および熱安定性を有する材料でもある。
【００２８】
次に、図３Ｂに示すように、イオン注入をおこなってゲート金属３０８をマスクにして、ゲート金属３０８両面上のアモルファスシリコン層３０４にはイオンが注入されてソース／ドレイン領域が定義される。例えばプラズマ励起化学気相成長により、層間絶縁膜３１０をパターニングし、フォトリソグラフィおよびエッチングなどによりソース／ドレイン領域を露出するコンタクトホール３１１を形成する。層間絶縁膜３１０の材料はＳｉＮＸあるいはＳｉＯＸが好ましい。
【００２９】
最後に、例えば物理気相成長などによりソース／ドレイン金属３１２を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングなどによりデータラインを形成する。ソース／ドレイン金属３１２は層間絶縁膜３１０上にあり、コンタクトホール３１１中でアモルファスシリコン層３０４のソース／ドレイン領域に接触する。ソース／ドレイン金属３１２は、クロム、モリブデンまたはモリブデン−タングステンなどといった良好な導電性を有する材料であり、ソース／ドレイン金属３１２は良好な赤外線吸収率および熱安定性を有する材料でもある。
【００３０】
アモルファスシリコン薄膜トランジスタは上記の工程により製造される。図３Ｃに示すように、赤外線３１４による加熱処理を用いることにより、アモルファスシリコン薄膜トランジスタは直接にポリシリコン薄膜トランジスタへ変化する。
【００３１】
本実施例の赤外線３１４による加熱処理もまたパルス状の急速熱処理技術であるのが好ましく、薄膜トランジスタを急速熱処理により選択的に加熱する。対応する加熱処理の最高出力温度は約９００℃が好ましい。ゲート金属３０８およびソース／ドレイン金属３１２をホットプレートにして、熱エネルギーを赤外線３１４から吸収し、熱エネルギーをアモルファスシリコン層３０４へ伝達し、アモルファスシリコン層３０４は誘発により結晶化し、ポリシリコン層２０５となる。このようにポリシリコン薄膜トランジスタは形成される。
【００３２】
上述した複数の実施例によると、一般のアモルファスシリコン薄膜トランジスタの製造工程に加えるのは赤外線加熱だけである。薄膜トランジスタ中の金属フィルム材料は、続いて赤外線から熱エネルギーを吸収し、アモルファスシリコン層へ熱エネルギーを伝導し、アモルファスシリコン層を誘発して結晶化し、ポリシリコン層に変化させる。そのため、アモルファスシリコン薄膜トランジスタは、赤外線加熱を採用することにより、ポリシリコン層薄膜トランジスタへ直接に変化させることができる。本発明の各実施例により形成されるポリシリコン層薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ製造の長所を有しながら、同時に優れた電気特性を有する。
【００３３】
本発明は、液晶表示器の他、有機発光表示装置を駆動するポリシリコン薄膜トランジスタの製造へ応用し、製造性能を大幅に改良することができる。
本発明はフラットパネルディスプレイの薄膜トランジスタ製造だけに限定されず、他のポリシリコン薄膜トランジスタ装置も、本発明を使用して製造することにより、生産効率を向上することもできる。本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本発明の第１実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図２Ｃ】本発明の第２実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図２Ｄ】本発明の第２実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明の第３実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第３実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図３Ｃ】本発明の第３実施例によるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０２、２０２、３０８  ゲート金属、１００、２００、３００  基板、１０４、２０４、３０６  ゲート絶縁、１０６、２０６  アモルファスシリコン層、１０８、１０９、２１０、２１１  ドープアモルファスシリコン層、３０４  アモルファスシリコン層、１１０、２１２、３１２  ソース／ドレイン金属、１１２、２１４  開口、１１４、２１６、３１４  赤外線、１０７、２０５、２０７  ポリシリコン層、２０８  保護膜、２０９  エッチングストップ層、３０２  バッファ層、３１０  層間絶縁膜、３１１  コンタクトホール
【図１Ａ】
2005117001.tif 000003
【図１Ｂ】
2005117001.tif 000004
【図１Ｃ】
2005117001.tif 000005
【図２Ａ】
2005117001.tif 000006
【図２Ｂ】
2005117001.tif 000007
【図２Ｃ】
2005117001.tif 000008
【図２Ｄ】
2005117001.tif 000009
【図３Ａ】
2005117001.tif 000010
【図３Ｂ】
2005117001.tif 000011
【図３Ｃ】
2005117001.tif 000012