(57)【要約】【課題】  高い電気的特性を有する薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタを搭載した液晶表示装置を提供する。【解決手段】  本発明におけるｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の製造方法は、ポリシリコン膜４により形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、ガラス基板１上にアモルファスシリコン膜３を形成する工程と、アモルファスシリコン膜３を溶融して、相対的に結晶粒径の大きいポリシリコン膜４ａと、相対的に結晶粒径の小さいポリシリコン膜４ｂとを含むポリシリコン膜４を形成する工程と、ポリシリコン膜４ｂを酸化する酸化工程とを備えている。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコン膜により形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン膜を溶融して、相対的に結晶粒径の大きい基板側部分と、相対的に結晶粒径の小さい表層部分とを含む前記ポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜の前記表層部分を酸化する酸化工程とを備える、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
フッ酸を含む溶液を用いて前記ポリシリコン膜の酸化された前記表層部分を除去する酸化表面除去工程をさらに備え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の製造方法。
【請求項３】
前記ポリシリコン膜の表面の有機物を除去する有機物除去工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記有機物除去工程と前記酸化工程とは同一工程にて行なわれることを特徴とする、請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記ポリシリコン膜上に絶縁膜を形成する工程をさらに備え、
前記有機物除去工程は、前記絶縁膜を形成する前記工程の直前に行なわれることを特徴とする、請求項３または４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記酸化工程と、前記酸化表面除去工程とが複数回繰り返されることを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
ポリシリコン膜により形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン膜を溶融して、相対的に結晶粒径の大きい基板側部分と、相対的に結晶粒径の小さい表層部分とを含む前記ポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜の前記表層部分を除去する工程とを備える、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記ポリシリコン膜の形成工程は、前記基板を介して前記アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射することにより行なわれる、請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記ポリシリコン膜をランプアニールする工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
基板上に形成されたポリシリコン膜に形成された薄膜トランジスタであって、
前記ポリシリコン膜は、平均粒径が０．３μｍ以上であり、かつ前記結晶粒の各々が前記基板に垂直な方向に延びて前記ポリシリコン膜の表面に達していることを特徴とする、薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の薄膜トランジスタを搭載した液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタおよびこれを搭載した液晶表示装置に関し、より特定的には、高い電気的特性を有する薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタおよびこれを搭載した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子の１つとして、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Thin film Transistor））が知られている。この薄膜トランジスタは、たとえば高集積ＳＲＡＭの負荷トランジスタや液晶パネルディスプレイ用駆動トランジスタとして用いられる。ここで、薄膜トランジスタを応用した素子の高性能化の要求により、薄膜トランジスタ自体の電気的特性の向上が望まれている。
【０００３】
従来、薄膜トランジスタおよび容量素子を含む回路はたとえば以下の方法により製造されていた。
【０００４】
ガラス基板上に下地膜が形成され、その上にアモルファスシリコン膜が形成される。そして、アモルファスシリコン膜をエキシマレーザなどを用いて溶融し、ポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）が形成される。次に、ポリシリコン膜が複数の島状のポリシリコン膜にパターニングされ、その上に絶縁膜が形成される。続いて、この絶縁膜を介して島状のポリシリコン膜の一部に不純物がイオン注入される。これにより、容量素子の下部電極が形成される。次に、絶縁層上に導電層を形成し、導電層をエッチングすることにより、ｎ型薄膜トランジスタのゲート電極、ｐ型薄膜トランジスタのゲート電極、および容量素子の上部電極がパターニングされる。続いて、絶縁膜を介して島状のポリシリコン膜の一部に不純物がイオン注入される。これにより、ｎ型薄膜トランジスタのソース／ドレイン領域およびｐ型薄膜トランジスタのソース／ドレイン領域が形成される。次に、ゲート電極および上部電極を覆うように絶縁層上に保護膜が形成される。その後、イオン注入した不純物を活性化するためにアニールされる。以上の方法により、ｎ型薄膜トランジスタおよびｐ型薄膜トランジスタおよび容量素子を含む回路が完成する。
【０００５】
また、薄膜トランジスタの製造方法の他の例が、たとえば特開２０００−３５７７９８号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示された薄膜トランジスタの製造方法によれば、エキシマレーザを用いて形成されたポリシリコン膜の表面の突起や偏析した不純物を除去するために、ポリシリコン膜を形成した後に反応性ガスを用いてポリシリコン膜の表面をエッチングしている。
【特許文献１】特開２０００−３５７７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の薄膜トランジスタの製造方法のように、エキシマレーザを用いて形成されたポリシリコン膜は、形成される結晶粒の粒径が小さい（結晶粒界が多い）という問題があった。そこで、近年、大きな粒径の結晶粒を形成可能なＹＡＧレーザなどを用いたポリシリコン膜の形成方法が開発されている。しかしながら、ＹＡＧレーザなどを用いてポリシリコン膜を形成する場合にも、粒径の小さな結晶や結晶化しなかったアモルファスシリコンが一部に形成されてしまうという問題があった。ここで、薄膜トランジスタの電気的特性は、ポリシリコン膜に含まれる結晶粒界により大きな影響を受ける。結晶粒界に存在する局所準位は、キャリアの捕獲トラップや電子−正孔対の生成中心として働く。このため、薄膜トランジスタのチャネル領域に結晶粒界が存在すると、結晶粒界の電位障壁によりキャリアが捕獲され、キャリアの移動度が低下する。これにより、薄膜トランジスタのオン電流の低下を招くという不都合が生じる。また、ドレイン側のｐｎ接合に結晶粒界が存在すると、電子−正孔対が大量に発生して薄膜トランジスタのオフ電流の増加を招くという不都合が生じる。したがって、粒径の小さな結晶や結晶化しなかったアモルファスシリコンが存在すると、ポリシリコン膜の結晶粒界が多くなり、それにより薄膜トランジスタの電気的特性が低くなるという問題が生じていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、高い電気的特性を有する薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタを搭載した液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における薄膜トランジスタの製造方法は、ポリシリコン膜により形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、基板上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、アモルファスシリコン膜を溶融して、相対的に結晶粒径の大きい基板側部分と、相対的に結晶粒径の小さい表層部分とを含むポリシリコン膜を形成する工程と、ポリシリコン膜の表層部分を酸化する酸化工程とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、ポリシリコン膜において相対的に結晶粒径の小さい表層部分が酸化されることにより、相対的に結晶粒径の大きい基板側部分の結晶粒よりなるポリシリコン膜が残る。これにより、ポリシリコン膜の結晶粒界が減少する。したがって、結晶粒界をキャリアが通過する頻度が少なくなり、結晶粒界の電位障壁によりキャリアが捕獲されにくくなる。その結果、キャリアの移動度が低下しにくくなり、薄膜トランジスタのオン電流の低下を抑止することができる。また、ドレイン側のｐｎ接合において、電子−正孔対が大量に発生することがなくなるので、薄膜トランジスタのオフ電流の増加を抑止することができる。以上の理由により、ポリシリコン膜により形成された薄膜トランジスタの電気的特性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１〜図７は、本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す断面図である。以下、表示画素が形成される表示画素領域の薄膜トランジスタと、その他の回路が形成される周辺回路領域の薄膜トランジスタとに分けて説明する。
【００１１】
図１を参照して、たとえばＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）などの方法により、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜などの下地膜２がガラス基板１（基板）上に形成される。下地膜２はたとえば２５０ｎｍの厚さで形成される。そして、下地膜２を介して、ガラス基板１の上にアモルファスシリコン膜３がたとえば５０ｎｍの厚さで形成される。
【００１２】
図２（ａ）を参照して、アモルファスシリコン膜３に固体レーザのレーザ光が照射され、固体レーザの熱でアモルファスシリコン膜３が溶融される。そして、溶融したアモルファスシリコン膜３が冷却されて結晶化し、ポリシリコン膜４となる。固体レーザとしては、たとえばＹＡＧ（Yttrium-Aluminum-Garnet）レーザやＹＶＯ4レーザなどが用いられ、好ましくは、Ｎｄ（ネオジム）イオンやＹｂ（イッテルビウム）イオンをドープしたＹＡＧレーザや、ＮｄイオンをドープしたＹＶＯ4レーザが用いられる。さらに好ましくは、ＮｄイオンをドープしたＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）のパルスレーザ光や、ＮｄイオンをドープしたＹＶＯ4レーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）のパルスレーザ光や、ＹｂイオンをドープしたＹＡＧレーザの第二高調波（波長５１５ｎｍ）のパルスレーザ光がアモルファスシリコン膜３に照射される。このような波長のレーザ光を照射することにより、粒径が０．３μｍ以上であり、面方位が（１，１，１）に配向した結晶粒を含むポリシリコン膜４を形成することができる。ここで、ポリシリコン膜４の結晶粒の成長の仕方について説明する。
【００１３】
図２（ｂ）は図２（ａ）の要部拡大図である。
【００１４】
図２（ｂ）を参照して、溶融したアモルファスシリコン膜３において、最も核生成しやすいのは下地膜２と接触する領域（図２（ｂ）中下部）である。したがって、溶融したアモルファスシリコン膜３において、結晶粒は、下地膜２から表面（図２（ｂ）中上部）に向かってガラス基板１に垂直な方向に成長する。これにより、ガラス基板１に垂直な方向に長く延びた複数の結晶粒２１よりなるポリシリコン膜４ａ（基板側部分）が形成される。ポリシリコン膜４ａにおける結晶粒２１は、平均粒径がたとえば０．３μｍ以上であり、面方位が（１，１，１）に配向している。一方、ポリシリコン膜４ａとなる結晶粒２１が成長し始めてからしばらく後に、溶融したアモルファスシリコン膜３の表面からも結晶粒が成長し始める。これによりポリシリコン膜４ｂ（表層部分）が形成される。ポリシリコン膜４ｂは粒径の小さい結晶と、結晶化しなかったアモルファスシリコンとを含んでいる。このように、ポリシリコン膜４は、相対的に結晶粒径の大きいポリシリコン膜４ａと、相対的に結晶粒径の小さいポリシリコン膜４ｂとよりなっている。
【００１５】
そこで、本実施の形態においては、ポリシリコン膜４に以下の処理を行なうことにより、ポリシリコン膜４の結晶性が改善される。
【００１６】
図３を参照して、ポリシリコン膜４の表面に紫外線が照射される。そうすると、この紫外線によって雰囲気中の酸素ガスが分解されてオゾンガスとなる。ここで、ポリシリコン膜４の表面にはガラス基板１の搬送中などに雰囲気中の有機物が付着することが多い。したがって、ポリシリコン膜４の表面に付着している有機物がオゾンガスにより分解されて除去される。そして、このオゾンガスによりポリシリコン膜４の表面のポリシリコン膜４ｂが酸化されて酸化シリコン膜４ｃとなる。つまり、ポリシリコン膜４の表面に紫外線を照射することにより、ポリシリコン膜４の表面の有機物が除去され、ポリシリコン膜４ｂが酸化される。
【００１７】
図４を参照して、酸化シリコン膜４ｃがフッ酸を含むエッチング液を用いてウエットエッチングされる。フッ酸を含むエッチング液としては、たとえばバッファードフッ酸（ＨＦとＮＨ3Ｆとの混合液）や希フッ酸などが用いられる。これにより、酸化シリコン膜４ｃが除去され、粒径が０．３μｍ以上の結晶粒２１よりなるポリシリコン膜４ａのみが残る。その結果、粒径の大きな結晶粒２１からなるポリシリコン膜４が得られ、ポリシリコン膜４の結晶粒界が減少する。なお、ポリシリコン膜４ｂが厚い場合などにポリシリコン膜４ｂを完全に除去するために、酸化シリコン膜４ｃをウエットエッチングした後で、もう一度ポリシリコン膜４に紫外線が照射され、酸化シリコン膜４ｃがウエットエッチングされてもよい。
【００１８】
図５を参照して、ランプ加熱により、ガラス基板２を加熱することなくポリシリコン膜４ａの表面のみが局所的に約１０００℃に加熱される。これにより、ポリシリコン膜４ａ中の欠陥２２がアニールによって消滅される。
【００１９】
図６を参照して、ポリシリコン膜４ａ上にレジストが形成され、このレジストをマスクとしてポリシリコン膜４ａがエッチングされ、島状のポリシリコン膜４ｄ〜４ｆがパターニングされる。その後、ポリシリコン膜４ｄ〜４ｆを覆うように、下地膜２上にたとえばＴＥＯＳ（Tetra Etyle Ortho Silicate）よりなる絶縁膜５が形成される。絶縁膜５は、たとえばＰＥＣＶＤなどの方法を用いて７０ｎｍの厚さで形成される。そして、ポリシリコン膜４ｄ以外の部分をレジストで覆い、このレジストをマスクとして絶縁膜５を介してたとえばＰ（リン）イオンがポリシリコン膜４ｄに注入される。
【００２０】
図７を参照して、絶縁膜５上にたとえばＣｒ（クロム）よりなる導電膜が形成され、通常の写真製版技術およびエッチング技術により島状の導電膜６ａ〜６ｃがパターニングされる。この導電膜６ａと絶縁膜５とポリシリコン膜４ｄとにより容量素子８が構成される。そして、ポリシリコン膜４ｅ以外の部分をレジストで覆い、このレジストをマスクとして絶縁膜５を介してポリシリコン膜４ｅの両端にたとえばＰ（リン）イオンが注入される。これにより、ポリシリコン膜４ｅの両端にｎ型拡散領域９ａ、９ｂが形成される。このｎ型拡散領域９ａ、９ｂと絶縁膜５と導電膜６ｂとによりｎ型薄膜トランジスタ９が構成される。このｎ型薄膜トランジスタ９において、ｎ型拡散領域９ａ、９ｂに挟まれたポリシリコン膜４ｅがチャネル領域９ｃとなっている。また、ポリシリコン膜４ｆ以外の部分をレジストで覆い、このレジストをマスクとして絶縁膜５を介してポリシリコン膜４ｆの両端にＢ（ボロン）イオンが注入される。これにより、ポリシリコン膜４ｆの両端にｐ型拡散領域１２ａ、１２ｂが形成される。このｐ型拡散領域１２ａ、１２ｂと絶縁膜５と導電膜６ｃとによりｐ型薄膜トランジスタ１２が構成される。このｐ型薄膜トランジスタ１２において、ｎ型拡散領域１２ａ、１２ｂに挟まれたポリシリコン膜４ｆがチャネル領域１２ｃとなっている。なお、周辺回路領域においては、ｐ型薄膜トランジスタ１２とほぼ同様の方法により、ｎ型薄膜トランジスタが形成され、これらの薄膜トランジスタを組み合わせて周辺回路が構成される。次に、導電膜６ａ〜６ｃを覆うように、絶縁膜５上にたとえばＴＥＯＳや酸化シリコンよりなる保護膜１３が形成される。保護膜１３はたとえばＣＶＤなどの方法を用いて６００ｎｍの厚さで形成される。その後、ガラス基板１がたとえば４００℃に加熱され、ポリシリコン膜４ｄ、ｎ型拡散領域９ａ、９ｂおよびｐ型拡散領域１２ａ、１２ｂに注入された不純物が活性化される。以上の方法によりｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２が製造される。
【００２１】
その後、以下の方法により薄膜トランジスタを搭載した液晶表示装置が製造される。
【００２２】
図８および図９は、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００２３】
図８を参照して、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、絶縁膜５と保護膜１３とにコンタクトホール１４ａ〜１４ｅが開口される。次に、コンタクトホール１４ａ〜１４ｅを埋めるように、たとえばスパッタ法によりＭｏ（モリブデン）膜が保護膜１３上に形成され、その上にＡｌ（アルミニウム）膜とＭｏ膜とが積層して形成される。そして、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、電極１５ａ〜１５ｄがパターニングされる。その後、ｎ型薄膜トランジスタ９のチャネル領域９ｃと、ｐ型薄膜トランジスタ１２のチャネル領域１２ｃとが水素プラズマにより水素化され、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の特性が向上され、動作が安定化される。
【００２４】
図９を参照して、電極１５ａ〜１５ｄの上にたとえばシリコン窒化膜よりなる絶縁膜１７が形成され、その上にたとえば感光性樹脂よりなる平坦化膜１８が形成される。次に、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、絶縁膜１７および平坦化膜１８にコンタクトホール１９が開口される。そして、コンタクトホール１９の側部および底部に沿って、たとえばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）よりなる透明性導電体膜が形成される。そして、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、余分な透明性導電体膜が除去される。これにより、画素電極２０が形成される。
【００２５】
その後、表示画素領域においては、ｎ型薄膜トランジスタ９と別途形成された透明電極とが電気的に接続され、画素電極が形成される。さらに、画素電極が形成されたガラス基板１と、カラーフィルタや対向電極が形成されたもう一方のガラス基板とが貼り合わされる。そして、この２つのガラス基板の間に液晶が注入されて封入される。以上の方法により液晶表示装置が製造される。
【００２６】
本実施の形態のｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の製造方法によれば、ポリシリコン膜４において相対的に結晶粒径の小さいポリシリコン膜４ｂが酸化されることにより、相対的に結晶粒径の大きいポリシリコン膜４ａのみが残る。これにより、ポリシリコン膜４の結晶粒界が減少する。したがって、結晶粒界をキャリアが通過する頻度が少なくなり、結晶粒界の電位障壁によりキャリアが捕獲されにくくなる。その結果、キャリアの移動度が低下しにくくなり、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２のオン電流の低下を抑止することができる。また、ドレイン側のｐｎ接合において、電子−正孔対が大量に発生することがなくなるので、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２のオフ電流の増加を抑止することができる。以上の理由により、ポリシリコン膜４により形成されたｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の電気的特性が向上する。
【００２７】
上記製造方法においては、フッ酸を含む溶液を用いてポリシリコン膜４ｂを除去する酸化表面除去工程をさらに備えている。
【００２８】
これにより、酸化シリコン膜４ｃとは別の絶縁膜をポリシリコン膜４の表面に形成することができるので、ポリシリコン膜４の表面に、欠陥が少なく膜厚が均一な（膜質が良好な）絶縁膜５を形成することができる。ポリシリコン膜４の表面の絶縁膜５は、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２のゲート絶縁膜となる部分なので、膜質が良好な絶縁層５を形成することにより、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の電気的特性を向上することができる。
【００２９】
上記製造方法においては、ポリシリコン膜４の表面の有機物を除去する工程をさらに備えている。
【００３０】
これにより、ポリシリコン膜４ｂを酸化する際に、ガラス基板１の搬送中などにポリシリコン膜４の表面に付着した雰囲気中の有機物が除去され、ポリシリコン膜４の表面が洗浄される。これにより、ポリシリコン膜４の酸化が有機物に阻害されることが抑止されるので、制御性の良い均一な酸化シリコン膜４ｃを形成することができる。その結果、ポリシリコン膜４が均一になり、ロット間、シート間および基板面内における複数のｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の各々の電気的特性にばらつきがなくなる。
【００３１】
上記製造方法においては、ポリシリコン膜４の表面の有機物を除去する工程とポリシリコン膜４の表面を酸化する工程とは、同一工程にて行なわれる。
【００３２】
これにより、製造工程を増加させることなくポリシリコン膜４の表面を洗浄することができる。
【００３３】
上記製造方法において好ましくは、ポリシリコン膜４の表面を酸化する工程と、酸化シリコン４ｃを除去する工程とが複数回繰り返される。
【００３４】
これにより、ポリシリコン膜４ｂが厚い場合などに、結晶性の悪いポリシリコン膜４ｂを完全に除去することができる。したがって、粒径の大きな結晶粒２１からなるポリシリコン膜４をより確実に得ることができる。
【００３５】
上記製造方法においては、ポリシリコン膜４をランプアニールする工程をさらに備えている。
【００３６】
これにより、光エネルギによりポリシリコン膜４ａ表面のみが局所的に加熱され、ガラス基板２を加熱することなくポリシリコン膜４ａ中の欠陥２０がアニールによって消滅される。したがって、ポリシリコン膜４において電子が流れやすくなるので、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の電気的特性が一層向上する。
【００３７】
本実施の形態のｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２は、ガラス基板１上に形成されたポリシリコン膜４により形成された薄膜トランジスタであって、ポリシリコン膜４は、平均粒径が０．３μｍ以上であり、かつ結晶粒１８の各々がガラス基板１に垂直な方向に延びてポリシリコン膜４の表面に達している。
【００３８】
これにより、ポリシリコン膜４に結晶粒界が少なくなるので、結晶粒界をキャリアが通過する頻度が少なくなり、結晶粒界の電位障壁によりキャリアが捕獲されにくくなる。その結果、キャリアの移動度が低下しにくくなり、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２のオン電流の低下を抑止することができる。また、ドレイン側のｐｎ接合において、電子−正孔対が大量に発生することがなくなるので、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２のオフ電流の増加を抑止することができる。以上の理由により、ポリシリコン膜４により形成されたｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の電気的特性が向上する。
【００３９】
また、本実施の形態の薄膜トランジスタを液晶表示装置に搭載することにより、液晶表示装置の性能を向上することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態のｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の製造方法においては、ポリシリコン膜４を形成した直後に紫外線が照射され、酸化シリコン膜４ｃが除去される場合について示した。しかしながら、本発明はこのような場合の他、たとえば絶縁膜５を形成する直前に（島状のポリシリコン膜４ｄ〜４ｆをパターニングした直後に）紫外線が照射され、酸化シリコン膜４ｃが除去されてもよい。また、酸化シリコン膜４ｃの除去のみが島状のポリシリコン膜４ｄ〜４ｆをパターニングした直後に行なわれてもよい。つまり、紫外線の照射と酸化シリコン膜４ｃの除去とは、ポリシリコン膜４を形成した直後から絶縁膜５を形成する前までに行なわれればよい。また、たとえばポリシリコン膜４を形成した直後と、島状のポリシリコン膜４ｄ〜４ｆをパターニングした直後との両方において、紫外線の照射と酸化シリコン膜４ｃの除去とが行なわれてもよい。
【００４１】
絶縁膜５を形成する直前に紫外線が照射されて有機物が除去される場合には、以下の効果が得られる。すなわち、ポリシリコン膜４ｄ〜４ｆをパターニングする際に用いたレジストの残渣などがポリシリコン膜４の表面から除去される。したがって、ポリシリコン膜４の表面が洗浄された直後に絶縁膜５が形成されるので、ポリシリコン膜４と絶縁膜５との界面を清浄にすることができ、薄膜トランジスタの電気的特性が一層向上する。
【００４２】
（実施の形態２）
本実施の形態の薄膜トランジスタの製造方法においては、ポリシリコン膜４ａ、４ｂよりなるポリシリコン膜４が形成された後で（図２（ａ）、（ｂ）の後で）以下の処理を行なうことにより、ポリシリコン膜の結晶性が改善される。
【００４３】
図１０は、本発明の実施の形態２における薄膜トランジスタの製造方法を示す拡大断面図である。
【００４４】
図１０を参照して、ドライエッチングすることによりポリシリコン膜４ｂが除去され、ポリシリコン膜４ａが表面に露出する。ドライエッチングにおいては、たとえばＣＦ4ガスおよびＯ2ガスが用いられ、その流量はそれぞれ５０ｓｃｃｍおよび１５ｓｃｃｍとされる。また、たとえば圧力が５Ｐａで電力が８００Ｗという条件で行なわれる。また、ドライエッチングはたとえば１５秒間行なわれる。これは、ポリシリコン膜４を５ｎｍ程度削ることができるエッチング条件である。これにより、ポリシリコン膜４ｂが全て除去され、図４に示すように、ポリシリコン膜４ａが表面に露出する。これにより、ポリシリコン膜４の結晶性が改善される。
【００４５】
なお、これ以外の薄膜トランジスタの製造方法は、図１、図２（ａ）、（ｂ）および図４〜図７に示す実施の形態１の場合とほぼ同様である。さらに、図８および図９に示す実施の形態１の製造方法とほぼ同様の方法によって液晶表示装置が製造される。よってその説明を省略する。
【００４６】
本実施の形態におけるｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の製造方法は、ポリシリコン膜４により形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、ガラス基板１上にアモルファスシリコン膜３を形成する工程と、アモルファスシリコン膜３を溶融して、相対的に結晶粒径の大きいポリシリコン膜４ａと、相対的に結晶粒径の小さいポリシリコン膜４ｂとを含むポリシリコン膜４を形成する工程と、ポリシリコン膜４ｂを除去する工程とを備えている。
【００４７】
本実施の形態におけるｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の製造方法によれば、相対的に結晶粒径の大きいポリシリコン膜４ａのみが残る。これにより、ポリシリコン膜４の結晶粒界が減少する。したがって、結晶粒界をキャリアが通過する頻度が少なくなり、結晶粒界の電位障壁によりキャリアが捕獲されにくくなる。その結果、キャリアの移動度が低下しにくくなり、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２のオン電流の低下を抑止することができる。また、ドレイン側のｐｎ接合において、電子−正孔対が大量に発生することがなくなるので、ｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２のオフ電流の増加を抑止することができる。以上の理由により、ポリシリコン膜４により形成されたｎ型薄膜トランジスタ９およびｐ型薄膜トランジスタ１２の電気的特性が向上する。また、ドライエッチングによりポリシリコン膜４ｂを削るので、ポリシリコン膜４ｂが厚い場合にも容易にポリシリコン膜４ｂを除去可能である。また、エッチング速度を遅くすることで、制御性良くポリシリコン膜４ｂをエッチングすることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態の薄膜トランジスタの製造方法においては、ドライエッチングの際のエッチング条件の一例が示されたが、本発明はこのようなエッチング条件に限定されるものではなく、ポリシリコン膜４ｂの厚さなどから適当なエッチング条件が選択されればよい。また、ドライエッチング以外のポリシリコン膜４ｂの除去方法でもよい。
【００４９】
（実施の形態３）
本実施の形態の薄膜トランジスタの製造方法においては、アモルファスシリコン膜３が形成された後で（図１の後で）以下の処理を行なうことにより、ポリシリコン膜の結晶性が改善される。
【００５０】
図１１（ａ）、（ｂ）および図１２は、本発明の実施の形態３における薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す拡大断面図である。なお、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の要部拡大図である。
【００５１】
図１１（ａ）を参照して、ガラス基板１の裏面側（図中下部）から固体レーザのレーザ光が照射される。すなわち、ガラス基板１を介してアモルファスシリコン膜３にレーザ光が照射される。これにより、レーザ光の熱でアモルファスシリコン膜３が溶融される。この際、アモルファスシリコン膜３のうち下地膜２と接触する領域のみが溶融し、アモルファスシリコン膜３の表面が溶融しないように、レーザ光の照射強度が調整される。
【００５２】
図１１（ｂ）を参照して、このようにレーザ光を照射することにより、下地膜２から表面に向かってガラス基板１に垂直な方向に成長したポリシリコン膜４ａが形成される。ポリシリコン膜４ａは、粒径０．３μｍ以上の結晶粒２１よりなっており、相対的に結晶粒が大きい。一方、表面のアモルファスシリコン膜３はレーザ光により溶融しないので、ポリシリコン膜４ａの表面にはアモルファスシリコン膜３（表層部分）が残っている。
【００５３】
図１２を参照して、ポリシリコン膜４ａの表面に存在するアモルファスシリコン膜３がドライエッチングされることにより除去され、ポリシリコン膜４ａが表面に露出する。このとき、アモルファスシリコン膜３のエッチング速度がポリシリコン膜４ａとエッチング速度よりも十分速いようなエッチング条件でドライエッチングが行なわれる。具体的には、たとえばＣＦ3ガスおよびＯ2ガスおよびＡｒ（アルゴン）ガスが用いられ、その流量はそれぞれ１５０ｓｃｃｍおよび２０ｓｃｃｍおよび２００ｓｃｃｍとされる。また、たとえば圧力が２０Ｐａで電力が１０００Ｗという条件で行なわれる。また、ドライエッチングはたとえば４５秒間行なわれる。これは、アモルファスシリコン膜３が全て削られ、かつポリシリコン膜４ａがわずかに削られるエッチング条件である。これにより、アモルファスシリコン膜３が全て除去され、図４に示すように、ポリシリコン膜４ａが表面に露出する。これにより、ポリシリコン膜４の結晶性が改善される。
【００５４】
なお、これ以外の薄膜トランジスタの製造方法は、図１、図２（ａ）、（ｂ）および図４〜図７に示す実施の形態１の場合とほぼ同様である。さらに、図８および図９に示す実施の形態１の製造方法とほぼ同様の方法によって液晶表示装置が製造される。よってその説明を省略する。
【００５５】
上記製造方法において、ポリシリコン膜４を形成する工程は、ガラス基板１を介してアモルファスシリコン膜３にレーザ光を照射することにより行なわれる。
【００５６】
これにより、ガラス基板１に近い部分に存在するアモルファスシリコン膜３のみを溶融してポリシリコン膜４ａとし、表面に近い部分に存在するアモルファスシリコン膜３を溶融することなく残すことができる。そして、アモルファスシリコン膜３の方がポリシリコン膜４ａよりもエッチング速度が速くなるような条件でドライエッチングすることにより、アモルファスシリコン膜３を除去しポリシリコン膜４ａを除去し始めた時にエッチング速度が大きく低下する。したがって、結晶性の良いポリシリコン膜４ａをほとんど除去することなくアモルファスシリコン膜３のみを容易に除去可能である。その結果、ドライエッチング後のポリシリコン膜４ａの厚さを均一にできる。
【００５７】
なお、本実施の形態の薄膜トランジスタの製造方法においては、ドライエッチングの際のエッチング条件の一例が示されたが、本発明はこのようなエッチング条件に限定されるものではなく、アモルファスシリコン膜３の厚さなどから適当なエッチング条件が選択されればよい。
【００５８】
（実施の形態４）
本実施の形態においては、ポリシリコン膜４ａ、４ｂよりなるポリシリコン膜４が形成された後で（図２（ａ）、（ｂ）の後で）、以下の処理を行なうことにより、ポリシリコン膜の結晶性が改善される。
【００５９】
図１３は、本発明の実施の形態４における薄膜トランジスタの製造方法を示す拡大断面図である。
【００６０】
図１３を参照して、ポリシリコン膜４の表面にオゾンガスを溶解した純水（オゾン水）がかけられる。ポリシリコン膜４の表面に雰囲気中の有機物が付着している場合には、このオゾンガスにより有機物が分解されて除去される。そして、このオゾンガスによりポリシリコン膜４の表面のポリシリコン膜４ｂが酸化されて酸化シリコン膜４ｃとなる。
【００６１】
図４を参照して、酸化シリコン膜４ｃがフッ酸を含むエッチング液を用いてウエットエッチングされる。フッ酸を含むエッチング液としては、たとえばバッファードフッ酸（ＨＦとＮＨ3Ｆとの混合液）や希フッ酸などが用いられる。これにより、酸化シリコン膜４ｃが除去され、粒径が０．３μｍ以上の結晶粒２１よりなるポリシリコン膜４ａのみが残る。その結果、粒径の大きな結晶粒２１からなるポリシリコン膜４が得られ、ポリシリコン膜４の結晶粒界が減少する。なお、ポリシリコン膜４ｂを完全に除去するために、酸化シリコン膜４ｃをウエットエッチングした後で、もう一度ポリシリコン膜４の表面にオゾン水がかけられ、酸化シリコン膜４ｃがウエットエッチングされてもよい。
【００６２】
なお、これ以外の薄膜トランジスタの製造方法は、図１、図２（ａ）、（ｂ）および図４〜図７に示す実施の形態１の場合とほぼ同様である。さらに、図８および図９に示す実施の形態１の製造方法とほぼ同様の方法によって液晶表示装置が製造される。よってその説明を省略する。
【００６３】
本実施の形態においては、ポリシリコン膜４ｂに紫外線が照射される代わりに、ポリシリコン膜４ｂにオゾン水がかけられる場合について示した。オゾン水は有機物を溶解し、ポリシリコン膜を酸化する作用を有する。したがって、紫外線を照射する代わりにオゾン水を用いることによっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（実施の形態５）
本実施の形態の薄膜トランジスタの製造方法においては、ポリシリコン膜４ａ、４ｂよりなるポリシリコン膜４が形成された後で（図２（ａ）、（ｂ）の後で）、以下の処理を行なうことにより、ポリシリコン膜４の結晶性が改善される。
【００６５】
図１３を参照して、ポリシリコン膜４の表面にたとえば硫酸、好ましくは硫酸と過酸化水素水との混合液がかけられる。ポリシリコン膜４の表面に雰囲気中の有機物が付着している場合には、この溶液により表面に付着した有機物が分解されて除去される。そして、有機物が除去された後、たとえば４５０℃の温度で、２０気圧の酸素雰囲気下にポリシリコン膜４が８時間保持される。これにより、ポリシリコン膜４ｂが酸化されて酸化シリコン膜４ｃとなる。
【００６６】
図４を参照して、酸化シリコン膜４ｃがフッ酸を含むエッチング液を用いてウエットエッチングされる。フッ酸を含むエッチング液としては、たとえばバッファードフッ酸（ＨＦとＮＨ3Ｆとの混合液）や希フッ酸などが用いられる。これにより、酸化シリコン膜４ｃが除去され、粒径が０．３μｍ以上の結晶粒２１よりなるポリシリコン膜４ａのみが残る。その結果、粒径の大きな結晶粒２１からなるポリシリコン膜４が得られ、ポリシリコン膜４の結晶粒界が減少する。なお、ポリシリコン膜４ｂを完全に除去するために、酸化シリコン膜４ｃをウエットエッチングした後で、もう一度ポリシリコン膜４オゾン水がかけられ、酸化シリコン膜４ｃがウエットエッチングされてもよい。
【００６７】
なお、これ以外の薄膜トランジスタの製造方法は、図１、図２（ａ）、（ｂ）および図４〜図７に示す実施の形態１の場合とほぼ同様である。さらに、図８および図９に示す実施の形態１の製造方法とほぼ同様の方法によって液晶表示装置が製造される。よってその説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態においては、ポリシリコン膜４の表面に紫外線が照射される代わりに、ポリシリコン膜４の表面に硫酸、好ましくは硫酸と過酸化水素水との混合液がかけられ、ポリシリコン膜４が酸素雰囲気下で保持される場合について示した。硫酸、好ましくは硫酸と過酸化水素水との混合液は、有機物を溶解する作用を有する。また、酸素雰囲気下で保持されることによってポリシリコン膜４ｂは酸化される。したがって、紫外線を照射する代わりに本実施の形態の方法によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
なお、実施の形態１、４、５の薄膜トランジスタの製造方法においては、それぞれ、ポリシリコン膜４の表面に紫外線を照射する方法、オゾン水を用いる方法、硫酸または硫酸と過酸化水素水との混合液を用いる方法によって、ポリシリコン膜４ｂを酸化する場合について示した。しかしながら、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、その他、たとえば酸素プラズマ処理、酸化性溶液（硫酸、過酸化水素、硝酸など）を用いた処理、または大気圧または加圧中における酸素雰囲気または水蒸気雰囲気下に保持する方法などにより、ポリシリコン膜４ｂが酸化されてもよい。
【００７０】
また、実施の形態１〜５においては、それぞれ、ポリシリコン膜４の表面に紫外線を照射する方法、ポリシリコン膜４ｂをドライエッチングする方法、オゾン水をポリシリコン膜４の表面にかける方法、硫酸または硫酸と過酸化水素水との混合液をポリシリコン膜４の表面にかける方法により、ポリシリコン膜４の表面に付着した有機物が除去される方法について示された。しかしながら本発明はこのような場合の他、たとえば硝酸、アミン系レジスト剥離剤などを用いた処理により、ポリシリコン膜４の表面の有機物が除去されてもよい。
【００７１】
また、本実施の形態１、４、５の薄膜トランジスタの製造方法においては、ポリシリコン膜４ｂを酸化して酸化シリコン膜４ｃとした後で、酸化シリコン膜４ｃが除去される場合について示した。しかしながら、本発明はこのような場合の他、酸化シリコン膜４ｃが除去されなくてもよい。これにより、酸化シリコン膜４ｃを除去する工程が省略されるので、製造工程が簡略化される。酸化シリコン膜４ｃが除去されない場合には、本発明の薄膜トランジスタはたとえば以下のような構成となる。
【００７２】
図１４は、本発明の薄膜トランジスタの他の構成を示す断面図である。
【００７３】
図１４を参照して、ガラス基板１の上に下地膜２が形成されていて、その上に島状のポリシリコン膜４ｄ〜４ｆが形成されている。ポリシリコン膜４ｅの両端にはｎ型拡散領域９ａ、９ｂが形成されている。ポリシリコン膜４ｆの両端にはｐ型拡散領域１２ａ、１２ｂが形成されている。ポリシリコン膜４ｄ〜４ｆの各々の上には酸化シリコン膜４ｇ〜４ｈが形成されている。酸化シリコン膜４ｇ〜４ｈは、酸化シリコン膜４ｃ（図３）がポリシリコン膜４ｄ〜４ｆとともにパターニングされたものである。酸化シリコン膜４ｇ〜４ｈを覆うように下地膜２の上には絶縁膜５が形成されていて、絶縁膜５の上には島状の導電膜６ａ〜６ｃが形成されている。導電膜６ａ〜６ｃを覆うように絶縁膜５の上には保護膜１３が形成されている。導電膜６ａと酸化シリコン膜４ｇと絶縁膜５とポリシリコン膜４ｄとにより容量素子８が構成されている。ｎ型拡散領域９ａ、９ｂと酸化シリコン膜４ｈと絶縁膜５と導電膜６ｂとによりｎ型薄膜トランジスタ９が構成されている。ｐ型拡散領域１２ａ、１２ｂと酸化シリコン膜４ｉと絶縁膜５と導電膜６ｃとによりｐ型薄膜トランジスタ１２が構成されている。
【００７４】
また、実施の形態１においては、酸化シリコン膜４ｃをウエットエッチングした直後にランプ加熱が行なわれる場合について示された。しかしながら、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、ポリシリコン膜４が形成された後にランプ加熱が行なわれればよい。したがって、たとえばポリシリコン膜４を形成した直後にランプ加熱が行なわれてもよい。また、ランプ加熱が行なわれなくてもよい。
【００７５】
さらに、実施の形態１〜５の液晶表示装置の製造方法においては、画素電極２０としてＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）よりなる透明性導電体膜が形成される、透過型の液晶表示装置の製造方法について示された。しかしながら、本発明はこのような場合の他、Ａｌなどの反射電極が形成される反射型液晶表示装置や、透明性導電体膜と反射電極との両方が形成される半透過型の液晶表示装置の製造にも適用可能である。また、画素電極として有機化合物が形成される有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ装置などにも適用可能である。
【００７６】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタの製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタの製造方法の第２工程を示す断面図である。（ｂ）（ａ）の要部拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタの製造方法の第３工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタの製造方法の第４工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタの製造方法の第５工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタの製造方法の第６工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタの製造方法の第７工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の製造方法の第２工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における薄膜トランジスタの製造方法を示す拡大断面図である。
【図１１】（ａ）本発明の実施の形態３における薄膜トランジスタの製造方法の第１工程を示す拡大断面図である。（ｂ）（ａ）の要部拡大図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における薄膜トランジスタの製造方法の第２工程を示す拡大断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４および５における薄膜トランジスタの製造方法の第１工程を示す拡大断面図である。
【図１４】本発明の薄膜トランジスタの他の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  ガラス基板、２  下地膜、３  アモルファスシリコン膜、４，４ａ，４ｂ，４ｄ〜４ｆ  ポリシリコン膜、４ｃ，４ｇ〜４ｉ  酸化シリコン膜、５  絶縁膜、６ａ〜６ｃ  導電膜、８  容量素子、９  ｎ型薄膜トランジスタ、９ａ，９ｂ  ｎ型拡散領域、１２  ｐ型薄膜トランジスタ、１２ａ，１２ｂ  ｐ型拡散領域、９ｃ，１２ｃ  チャネル領域、１３  保護膜、１４ａ〜１４ｅ  コンタクトホール、１５ａ〜１５ｄ  電極、１７  絶縁膜、１８  平坦化膜、１９  コンタクトホール、２０  画素電極、２１  結晶粒、２２  欠陥。
【図１】
2005057045.tif 000003
【図２】
2005057045.tif 000004
【図３】
2005057045.tif 000005
【図４】
2005057045.tif 000006
【図５】
2005057045.tif 000007
【図６】
2005057045.tif 000008
【図７】
2005057045.tif 000009
【図８】
2005057045.tif 000010
【図９】
2005057045.tif 000011
【図１０】
2005057045.tif 000012
【図１１】
2005057045.tif 000013
【図１２】
2005057045.tif 000014
【図１３】
2005057045.tif 000015
【図１４】
2005057045.tif 000016