(57)【要約】【課題】  ポリシリコン膜の形成方法、その方法で形成されたポリシリコン膜を備える薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  基板上に積層された第１熱伝導膜１４と、前記第１熱伝導膜上に積層された前記第１熱伝導膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜１６と、前記第２熱伝導膜と前記第２熱伝導膜の両側の前記第１熱伝導膜上に積層されたポリシリコン膜１８と、前記第２熱伝導膜を覆う前記ポリシリコン膜上に積層されたゲート積層物２０、２２と、を備えることを特徴とする薄膜トランジスタおよびその製造方法である。前記第２熱伝導膜は、前記第１熱伝導膜上に形成される代わりに、前記第１熱伝導膜の一部に代替されるものとすることもできる。前記ポリシリコン膜は、前記第１熱伝導膜および第２熱伝導膜上に形成された非晶質シリコン膜にエキシマレーザ光を一回照射して形成する。また、前記ゲート積層物を、前記ポリシリコン膜のチャンネル領域部分の下側に備えるものとすることもできる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に積層された第１熱伝導膜と、
前記第１熱伝導膜上の一部に積層された、前記第１熱伝導膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜と、
前記第２熱伝導膜と前記第２熱伝導膜の両側の前記第１熱伝導膜上に積層されたポリシリコン膜と、
前記第２熱伝導膜を覆う前記ポリシリコン膜上に積層されたゲート積層物と、を備えることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記第２熱伝導膜上に積層された前記ポリシリコン膜に０.５μｍより大きい結晶粒が形成されてい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。
【請求項３】
前記第１熱伝導膜は、絶縁膜、半導体膜および金属膜のうち何れか一つであ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。
【請求項４】
前記第２熱伝導膜は、有機物質膜および無機物質膜のうち何れか一つであ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。
【請求項５】
前記絶縁膜は、Ａｌ2Ｏ3膜、ＳｒＴｉＯ3膜、ＡｌＮ膜およびＳｉＣ膜のうち何れか一つであ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。
【請求項６】
前記金属膜は、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｃｏ膜およびＮｉ膜のうち何れか一つであ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。
【請求項７】
前記有機物質膜は、亜硝酸ポリアクリロ膜、ＰＭＭＡ膜、ポリスチレン膜、酢酸ポリビニル膜、塩化ポリビニル膜、ＰＥＴ膜およびハイブリッドシリコン重合体膜のうち何れか一つであることを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記無機物質膜は、ＳｉＯ2膜、ＭｎＯ膜、空気膜およびエアロジェル膜のうち何れか一つであることを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記基板は、半導体基板、ガラス基板およびプラスチック基板のうち何れか一つであ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。
【請求項１０】
前記基板と前記第１熱伝導膜との間にバッファ膜がさらに備わったことを特徴とする請求項１または９に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
基板と、
前記基板上に互いに離隔して形成された複数の第１熱伝導膜と、
前記複数の第１熱伝導膜相互の間の前記基板上に形成された前記第１熱伝導膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜と、
前記第２熱伝導膜および前記第２熱伝導膜に隣接した前記第１熱伝導膜上に積層されたポリシリコン膜と、
前記第２熱伝導膜上に形成された前記ポリシリコン膜上に積層されたゲート積層物と、を備えることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
前記第２熱伝導膜上に積層された前記ポリシリコン膜に０.５μｍより大きい結晶粒が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１３】
前記第１熱伝導膜は、絶縁膜、半導体膜、金属膜およびＳｉＣ膜のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１４】
前記第２熱伝導膜は、有機物質膜および無機物質膜のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１５】
前記絶縁膜は、Ａｌ2Ｏ3膜、ＳｒＴｉＯ3膜、およびＡｌＮ膜のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１６】
前記金属膜は、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｃｏ膜およびＮｉ膜のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１７】
前記有機物質膜は、亜硝酸ポリアクリロ膜、ＰＭＭＡ膜、ポリスチレン膜、酢酸ポリビニル膜、塩化ポリビニル膜、ＰＥＴ膜およびハイブリッドシリコン重合体膜のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１８】
前記無機物質膜は、ＳｉＯ2膜、ＭｎＯ膜、空気膜およびエアロジェル膜のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１９】
前記基板は、半導体基板、ガラス基板およびプラスチック基板のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項２０】
前記基板と前記第１熱伝導膜との間にバッファ膜がさらに備わったことを特徴とする請求項１１または１９に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項２１】
基板上に第１熱伝導膜を形成する第１段階と、
前記第１熱伝導膜の所定領域上に前記第１熱伝導膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜を形成する第２段階と、
前記第１熱伝導膜上に前記第２熱伝導膜を覆う非晶質シリコン膜を形成する第３段階と、
前記非晶質シリコン膜をポリシリコン膜に変化させる第４段階と、
前記第２熱伝導膜上に形成された前記ポリシリコン膜上にゲート積層物を形成する第５段階と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２２】
前記基板は、半導体基板、ガラス基板およびプラスチック基板のうち何れか一つより形成することを特徴とする請求項２１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２３】
前記基板と前記第１熱伝導膜との間にバッファ膜をさらに形成することを特徴とする請求項２２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２４】
前記第３段階で、前記非晶質シリコン膜上にキャッピング膜をさらに形成することを特徴とする請求項２１ないし２３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２５】
前記ポリシリコン膜は、前記非晶質シリコン膜に所定のエネルギー密度を有するレーザ光を一回照射して形成することを特徴とする請求項２１ないし２３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２６】
前記ポリシリコン膜は、前記キャッピング膜に前記非晶質シリコン膜に到達できる程度の所定のエネルギー密度を有するレーザ光を一回照射して形成することを特徴とする請求項２４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２７】
前記第１熱伝導膜は、絶縁膜、半導体膜、金属膜およびＳｉＣ膜のうち何れか一つより形成することを特徴とする請求項２１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２８】
前記第２熱伝導膜は、有機物質膜および無機物質膜のうち何れか一つより形成することを特徴とする請求項２１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２９】
前記レーザ光の照射後に前記キャッピング膜を除去することを特徴とする請求項２６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３０】
基板上に第１熱伝導膜を形成する第１段階と、
前記第１熱伝導膜の一部を前記第１熱伝導膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜に代替する第２段階と、
前記第１熱伝導膜上に前記第２熱伝導膜を覆う非晶質シリコン膜を形成する第３段階と、
前記非晶質シリコン膜をポリシリコン膜に変化させる第４段階と、
前記第２熱伝導膜を覆う前記ポリシリコン膜上にゲート積層物を形成する第５段階と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３１】
前記基板は、半導体基板、ガラス基板およびプラスチック基板のうち何れか一つより形成することを特徴とする請求項３０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３２】
前記基板と前記第１熱伝導膜との間にバッファ膜をさらに形成することを特徴とする請求項３１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３３】
前記第３段階で、前記非晶質シリコン膜上にキャッピング膜をさらに形成することを特徴とする請求項３０ないし３２のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３４】
前記ポリシリコン膜は、前記非晶質シリコン膜に所定のエネルギー密度を有するレーザ光を一回照射して形成することを特徴とする請求項３０ないし３２のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３５】
前記ポリシリコン膜は、前記キャッピング膜に前記非晶質シリコン膜に到達できる程度の所定のエネルギー密度を有するレーザ光を一回照射して形成することを特徴とする請求項３３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３６】
前記第１熱伝導膜は、絶縁膜、半導体膜、金属膜およびＳｉＣ膜のうち何れか一つより形成することを特徴とする請求項３０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３７】
前記第２熱伝導膜は、有機物質膜および無機物質膜のうち何れか一つより形成することを特徴とする請求項３０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３８】
前記レーザ光の照射後に前記キャッピング膜を除去することを特徴とする請求項３５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３９】
前記第２段階は、
前記第１熱伝導膜上に前記第１熱伝導膜の一部が露出されるように感光膜パターンを形成する段階と、
前記第１熱伝導膜の露出された部分を除去する段階と、
前記第１熱伝導膜の一部が除去された部分に前記第２熱伝導膜を形成する段階と、
前記感光膜パターンを除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項３０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４０】
第１熱伝導膜とこの膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜とを含む下部膜を形成する第１段階と、
前記第１熱伝導膜上に前記第２熱伝導膜を覆う非晶質シリコン膜を形成する第２段階と、
前記非晶質シリコン膜を結晶化する第３段階と、を含むことを特徴とするポリシリコン膜の形成方法。
【請求項４１】
前記下部膜は、前記第１熱伝導膜の所定領域上に前記第２熱伝導膜を積層して形成することを特徴とする請求項４０に記載のポリシリコン膜の形成方法。
【請求項４２】
前記下部膜は、前記第１熱伝導膜の一部を前記第２熱伝導膜に代替して形成することを特徴とする請求項４０に記載のポリシリコン膜の形成方法。
【請求項４３】
前記第２段階で、前記非晶質シリコン膜上にキャッピング膜をさらに形成することを特徴とする請求項４０に記載のポリシリコン膜の形成方法。
【請求項４４】
前記非晶質シリコン膜は、所定のエネルギー密度を有するレーザ光を照射して結晶化することを特徴とする請求項４０に記載のポリシリコン膜の形成方法。
【請求項４５】
前記非晶質シリコン膜は、前記キャッピング膜に前記非晶質シリコン膜に到達できる程度のエネルギー密度を有するレーザ光を照射して結晶化することを特徴とする請求項４３に記載のポリシリコン膜の形成方法。
【請求項４６】
前記レーザ光の照射後に前記キャッピング膜を除去することを特徴とする請求項４５に記載のポリシリコン膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板ディスプレイに使われるスイッチング素子およびその製造方法に係り、さらに詳細には、ポリシリコン膜の形成方法、その方法で形成されたポリシリコン膜を備える薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光ダイオード（Organic-Light Emitting Diode：ＯＬＥＤ）や液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）などの平板ディスプレイにはスイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）が使用される。ＴＦＴのチャンネル領域は、非晶質シリコンやポリシリコンにより構成することができる。
【０００３】
ＴＦＴのチャンネル領域を非晶質シリコンにより構成すると、チャンネル領域の均一度を高めることができるが、キャリアの移動度が低いので高速動作が難しい。
【０００４】
ＴＦＴのチャンネル領域をポリシリコンにより構成すると、チャンネル領域を非晶質シリコンにより構成する場合に比べてキャリアの移動度を高めることができるという利点がある。
【０００５】
後者の場合、チャンネル領域を構成するポリシリコンは、非晶質シリコンを結晶させて形成する。このための結晶化方法は、エキシマレーザを利用した結晶化方法（ＥＬＡ法：Excimer LAser method）と固相結晶化方法（ＳＰＣ法：Solid Phase Crystallization Method）とに分けられる。その中でもＥＬＡ法は、ＳＰＣ法に比べて低い熱収支と高い電界効果移動度とを有するため、現在最も注目を浴びている方法である。しかし、既存のエキシマレーザを利用した結晶化方法は、グレーンサイズ、すなわち結晶粒のサイズを大きくするのに限界があることが知られており（０.５μｍよりも大きい結晶粒を得ることが難しい）、そのため、結晶粒の均一化と位置調節とが容易ではない。
【０００６】
そこで、ＳＬＳ（Sequential Lateral Solidification）、ＯＰＳＭ（Optical Phase Shift Mask）、ＰＬＢＭ（Pre-patterned Laser Beam Mask）などを利用した新しい結晶化方法が代替技術として紹介されているが、これら方法は正確な基板調節装置を要求するものであるとともに、多重レーザビームを必要とする技術であり、現在のＴＦＴ製造工程に適用するのは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記従来の技術の問題点を改善するためのものであって、従来より結晶粒が大きく、結晶粒の位置均一度も高いポリシリコン膜の形成方法を提供することである。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記ポリシリコン膜の形成方法で形成されたポリシリコン膜でチャンネル領域を構成するＴＦＴを提供することである。
【０００９】
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、前記ＴＦＴの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を達成するために本発明は、第１熱伝導膜とこの膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜とを含む下部膜を形成する第１段階と、前記第１熱伝導膜上に前記第２熱伝導膜を覆う非晶質シリコン膜を形成する第２段階と、前記非晶質シリコン膜を結晶化する第３段階と、を含むことを特徴とするポリシリコン膜の形成方法を提供する。
【００１１】
前記第１段階において、前記下部膜は、前記第１熱伝導膜の所定領域上に前記第２熱伝導膜を形成することによって、形成することができる。また、前記下部膜は、前記第１熱伝導膜の一部を前記第２熱伝導膜に代替して形成することにより、形成することができる。
【００１２】
前記第２段階で、前記非晶質シリコン膜上にキャッピング膜をさらに形成してもよい。
【００１３】
前記第３段階で、前記非晶質シリコン膜は、所定のエネルギー密度を有するレーザ光を照射して結晶化させることができる。
【００１４】
前記第２段階で前記非晶質シリコン膜上に前記キャッピング膜が形成された場合、前記第３段階は、前記キャッピング膜に前記非晶質シリコン膜に到達しうる程度のエネルギー密度を有するレーザ光を照射する段階とすることができる。
【００１５】
前記他の課題を達成するために本発明は、基板上に積層された第１熱伝導膜と、前記第１熱伝導膜上に積層された前記第１熱伝導膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜と、前記第２熱伝導膜と前記第２熱伝導膜の両側の前記第１熱伝導膜上に積層されたポリシリコン膜と、前記第２熱伝導膜上に形成された前記ポリシリコン膜上に積層されたゲート積層物と、を備えることを特徴とするＴＦＴを提供する。
【００１６】
本発明はまた、前記他の課題を達成するために、基板上に互いに離隔して形成された複数の第１熱伝導膜と、前記複数の第１熱伝導膜相互の間の前記基板上に形成された前記第１熱伝導膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜と、前記第２熱伝導膜およびその両側の前記第１熱伝導膜上に積層されたポリシリコン膜と、前記第２熱伝導膜上に形成された前記ポリシリコン膜上に積層されたゲート積層物と、を備えることを特徴とするＴＦＴを提供する。
【００１７】
前記第２熱伝導膜上に積層された前記ポリシリコン膜は０.５μｍより大きい結晶粒が形成されたものとすることができる。
【００１８】
前記さらに他の課題を達成するために本発明は、基板上に第１熱伝導膜を形成する第１段階と、前記第１熱伝導膜の所定領域上に前記第１熱伝導膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜を形成する第２段階と、前記第１熱伝導膜上に前記第２熱伝導膜を覆う非晶質シリコン膜を形成する第３段階と、前記非晶質シリコン膜をポリシリコン膜に変化させる第４段階と、前記第２熱伝導膜を覆う前記ポリシリコン膜上にゲート積層物を形成する第５段階と、を含むことを特徴とするＴＦＴの製造方法を提供する。
【００１９】
本発明はまた、前記さらに他の課題を達成するために、基板上に第１熱伝導膜を形成する第１段階と、前記第１熱伝導膜の一部を前記第１熱伝導膜より熱伝導度の低い第２熱伝導膜に代替する第２段階と、前記第１熱伝導膜上に前記第２熱伝導膜を覆う非晶質シリコン膜を形成する第３段階と、前記非晶質シリコン膜をポリシリコン膜に変化させる第４段階と、前記第２熱伝導膜を覆う前記ポリシリコン膜上にゲート積層物を形成する第５段階と、を含むことを特徴とするＴＦＴの製造方法を提供する。
【００２０】
前記製造方法において、前記基板と前記第１熱伝導膜との間にバッファ膜をさらに形成する段階を含むことができる。そして、前記第３段階で前記非晶質シリコン膜上にキャッピング膜をさらに形成するものとすることができる。
【００２１】
前記ポリシリコン膜は、前記非晶質シリコン膜に所定のエネルギー密度を有するレーザ光を一回照射して形成することができる。
【００２２】
前記非晶質シリコン膜上に前記キャッピング膜が形成された場合、前記ポリシリコン膜は、前記キャッピング膜に前記非晶質シリコン膜に到達できる程度所定のエネルギー密度を有するレーザ光を一回照射して形成することができる。この場合、前記レーザ光の照射後に前記キャッピング膜を除去する。
【００２３】
前記第二の製造方法において、前記第２段階は、前記第１熱伝導膜上に前記第１熱伝導膜の一部が露出されるように感光膜パターンを形成する段階と、前記第１熱伝導膜の露出された部分を除去する段階と、前記第１熱伝導膜の一部が除去された部分に前記第２熱伝導膜を形成する段階と、前記感光膜パターンを除去する段階と、をさらに含むものとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のＴＦＴは、チャンネル領域として使われたポリシリコン膜の結晶粒のサイズが従来の結晶粒よりはるかに大きいため、高い電界効果の移動度を得ることができる。
【００２５】
また、非晶質シリコン膜の結晶化工程は、常温でレーザを利用してなされるため、ポリシリコン膜のチャンネル領域に形成される結晶粒のサイズを調節でき、結晶粒の位置均一度も高めることができる。
【００２６】
また、レーザを使用した低温工程であるので、ＴＦＴを多様な基板に形成することができる。
【００２７】
また、現在使われているエキシマレーザ発生装置や固状のＮｄ−ＹａＧレーザ発生装置を利用できるので、既存のＴＦＴ工程（設備）を利用することができる。
【００２８】
また、従来のように多重レーザ光を照射するのではなく、一回のレーザ光を照射して所望のサイズの結晶粒を得ることができるため、従来の基板調節装置が不要であり、工程も減らし、製造コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施例によるポリシリコン膜の形成方法、その方法で形成されたポリシリコン膜を備えるＴＦＴおよびその製造方法を、添付図面を参照して詳細に説明する。前記ポリシリコン膜の形成方法は、別途に説明せずにＴＦＴの製造方法と共に説明する。この過程で、図面に示された層の厚みや領域の大きさは、説明の便宜（明確性の担保）のために誇張して示した。図面で、同じ参照番号や符号は同じ部材を表す。
【００３０】
まず、本発明のＴＦＴについて、２つの実施例をそれぞれ図１、図２を参照して説明する。参照する図面において、図１は、本発明の第１実施例によるＴＦＴを示す断面図であり、図２は、本発明の第２実施例によるＴＦＴを示す断面図である。
【００３１】
＜第１実施例＞
図１に示すように、基板１０上に、所定厚さ（例えば、６０００Å）のバッファ膜１２と所定厚さ（例えば１０００Å）の熱伝導度の高い第１熱伝導膜１４とが順次に積層されている。基板１０は、半導体基板、ガラス基板またはプラスチック基板とすることができる。バッファ膜１２は、ＴＦＴの製造工程におけるバッファ膜１２が形成された以後の工程で、基板１０に含まれた不純物がバッファ膜１２の上側に形成される部材に移動することを遮断する役割を担うものである。第１熱伝導膜１４としては、絶縁膜、半導体膜または金属膜を用いることができる。第１熱伝導膜１４に用いることができる絶縁膜としては、たとえば、Ａｌ2Ｏ3膜またはＳｒＴｉＯ3膜などの酸化膜や、ＡｌＮ膜などの窒化膜がある。第１熱伝導膜１４に用いることができる金属膜としては、たとえば、Ａｌ膜、Ｃｕ膜、Ｃｏ膜、Ｎｉ膜などがある。第１熱伝導膜１４に用いることができる材料は、前記列挙の物質に限定されないのであり、例えばＳｉＣ膜で第１熱伝導膜１４を構成することもできる。
【００３２】
このような第１熱伝導膜１４の所定領域上には、第２熱伝導膜１６が形成されている。第２熱伝導膜１６は、第１熱伝導膜１４に比べて熱伝導度の低い物質よりなるものである。第２熱伝導膜１６は、有機物質膜または無機物質膜で形成することができる。第２熱伝導膜１６に用いることができる有機物質膜としては、例えば、亜硝酸ポリアクリロ膜、ＰＭＭＡ膜、ポリスチレン膜、酢酸ポリビニル膜、塩化ポリビニル膜、ＰＥＴ膜、ハイブリッドシリコン重合体膜などがある。そして、第２熱伝導膜１６に用いることができる無機物質膜としては、例えば、ＳｉＯ2膜、ＭｎＯ膜、空気膜、エアロジェル膜などがある。
【００３３】
第１熱伝導膜１４上には、第２熱伝導膜１６を覆うポリシリコン膜１８が形成されている。ポリシリコン膜１８は、第２熱伝導膜１６を中心に対称的である。ポリシリコン膜１８は、第２熱伝導膜１６の左側に存在するソース領域１８ｓ、右側に存在するドレイン領域１８ｄおよび第２熱伝導膜１６上に積層されたチャンネル領域１８ｃに区分される。この時、ポリシリコン膜１８のチャンネル領域１８ｃ部分の結晶粒は、図１４ないし図１６に示すように、そのサイズ（粒径）ＳＬが少なくとも０.５μｍ（従来の限界値）よりはるかに大きいことがわかる。したがって、チャンネル領域１８ｃで、従来よりもはるかに大きい、高い電界効果移動度を得ることができる。チャンネル領域１８ｃ上にゲート絶縁膜２０およびゲート電極２２が順次に積層されている。第１熱伝導膜１４、ポリシリコン膜１８、ゲート電極２２およびゲート絶縁膜２０は、層間絶縁膜２４で覆われている。層間絶縁膜２４にソース領域１８ｓが露出する第１コンタクトホールｈ１とドレイン領域１８ｄが露出する第２コンタクトホールｈ２とが形成されている。層間絶縁膜２４上に第１コンタクトホールｈ１を充填する第１電極２６と第２コンタクトホールｈ２を充填する第２電極２８とが形成されている。
【００３４】
＜第２実施例＞
第１実施例で説明した部材についての説明は省略する。
【００３５】
図２に示すように、基板１０上に、バッファ膜１２が形成されており、バッファ膜１２上に離隔された第１熱伝導膜１４が形成されている。第１熱伝導膜１４の離隔された部分に第２熱伝導膜１６が第１熱伝導膜１４と同じ厚さに充填されている。第１熱伝導膜１４と第２熱伝導膜１６上には、第２熱伝導膜１６の全面を覆うポリシリコン膜１８が積層されている。ポリシリコン膜１８の第２熱伝導膜１６と接触する領域、すなわちチャンネル領域１８ｃは、前記第１実施例同様、従来よりも大きい結晶粒を有するポリシリコン膜よりなっている。チャンネル領域１８ｃ上にゲート絶縁膜２０およびゲート電極２２が順次に積層されている。第１熱伝導膜１４上に、ゲート電極２２、ゲート絶縁膜２０およびポリシリコン膜１８を覆い、第１コンタクトホールｈ１および第２コンタクトホールｈ２が形成された層間絶縁膜２４が形成されている。第１コンタクトホールｈ１を通じてポリシリコン膜１８のソース領域１８ｓが露出し、第２コンタクトホールｈ２を通じてドレイン領域１８ｄが露出している。層間絶縁膜２４上に第１コンタクトホールｈ１を充填する第１電極２６と第２コンタクトホールｈ２を充填する第２電極２８とが積層されている。
【００３６】
一方、前記第１実施例および第２実施例によるＴＦＴ以外に他の形態のＴＦＴも設計可能であり、本発明の射程とするところである。例えば、ゲート電極２２がチャンネル領域１８ｃ下側に備わったボトム型ＴＦＴに本発明を適用することが可能である。このようなボトム型ＴＦＴの場合、ゲート電極２２を、第１熱伝導膜１４と第２熱伝導膜１６との間に備えるものとすることにより具現される。
【００３７】
次いで、本発明のＴＦＴの製造方法について前記実施例ごとに説明する。
【００３８】
＜第１実施例＞
図１に示した第１実施例に係るＴＦＴの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。図３〜図６は、それぞれ、本発明の第１実施例によるＴＦＴの製造工程を示す断面図である。
【００３９】
図３に示すように、基板１０上にバッファ膜１２および第１熱伝導膜１４を順次に形成する。この時、基板１０は、半導体基板、ガラス基板またはプラスチック基板により形成することができる。バッファ膜１２は、例えばシリコン酸化膜により形成することができる。バッファ膜１２は、６,０００Åほどの厚さに形成する。バッファ膜１２は、後続工程で基板１０の不純物がバッファ膜１２の上側に移動することを防止するために形成される。第１熱伝導膜１４は、反応スパッタリングを利用してたとえば、約１,０００Åの厚さに形成するものとする。この時、第１熱伝導膜１４は、絶縁膜、半導体膜または金属膜により形成することができるが、この中では、絶縁膜により形成することが望ましい。第１熱伝導膜１４を絶縁膜で形成する場合、第１熱伝導膜１４は、Ａｌ2Ｏ3膜またはＳｒＴｉＯ3膜などの酸化膜により形成するか、またはＡｌＮ膜などの窒化膜により形成するが、ＳｉＣ膜により形成してもよい。そして、第１熱伝導膜１４を金属膜で形成する場合、第１熱伝導膜１４は、例えばＡｌ膜、Ｃｕ膜、Ｃｏ膜またはＮｉ膜により形成することができる。
【００４０】
次いで、第１絶縁膜１４の所定領域上に第２熱伝導膜１６を形成する。第１熱伝導膜１４および第２熱伝導膜１６は、非晶質シリコン膜が形成される下部膜になる。第２熱伝導膜１６は、第１絶縁膜１４の上面に第２熱伝導膜１６として使われる物質膜を積層した後、写真およびエッチング工程を適用して形成する。この時、前記物質膜は、誘導結合プラズマを利用する化学気相蒸着（Inductively Coupled Plasma-Chemical Vapor Deposition：ＩＣＰ−ＣＶＤ）装置を利用して５００Å程度の厚さに形成することができる。後続工程で第２熱伝導膜１６上にチャンネル領域が形成されるため、第２熱伝導膜１６はチャンネル領域を画定するものということができる。このように第２熱伝導膜１６を形成した後、第１熱伝導膜１４上に第２熱伝導膜１６を覆う非晶質シリコン膜１７を所定の厚さ、例えば５００Å程度の厚さに積層する。この時、非晶質シリコン膜１７は、所定の蒸着装置、例えばスパッタリング装置やプラズマを利用した化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ：Plasma Enhanced CVD）装置を利用して形成することができる。次いで、非晶質シリコン膜１７上にキャッピング膜３０を形成する。キャッピング膜３０は、必要に応じて形成しないこともある。キャッピング膜３０は、ＩＣＰ−ＣＶＤ装置を利用してシリコン酸化膜により形成するが、所定の厚さ、例えば１,０００Å程度の厚さに形成する。次いで、所定のエネルギー密度有するレーザ光を放出するレーザ発生装置を利用してキャッピング膜３０の全面にレーザ光Ｌを一回照射する。ここで、所定のエネルギー密度とは、前記キャッピング膜３０が形成された場合に、前記キャッピング膜３０を通過して前記非晶質シリコン膜１７に到達することができる程度のエネルギー密度であり、例えば２４０ｍＪ／ｃｍ2〜２８０ｍＪ／ｃｍ2である。前記レーザ発生装置で１０ｎｓ程度の短いパルス状のエキシマレーザ光を放出するＸｅＣｌエキシマレーザ発生装置を使用することが望ましいが、他のレーザ発生装置、例えば、Ｎｄ−ＹａＧレーザ発生装置を使用することもできる。
【００４１】
キャッピング膜３０上に前記のようにレーザ光Ｌを照射させると、非晶質シリコン膜１７の全領域で熱が発生しつつ非晶質シリコン膜１７がポリシリコン膜に転換される。この時、熱伝導度の高い第１熱伝導膜１４上に積層された非晶質シリコン膜１７で発生する熱は、第１矢印Ａ１、第３矢印Ａ３および第４矢印Ａ４で表したように、速かに放出される。一方、第１熱伝導膜１４より熱伝導度の低い第２熱伝導膜１６上に積層された非晶質シリコン膜１７で発生する熱は、断熱効果によって遅く放出される。このため、第２熱伝導膜１６上に積層された非晶質シリコン膜１７の両側エッジに結晶核が形成され、前記結晶核は、第３矢印Ａ３で表したように、非晶質シリコン膜１７の両側エッジから内側に延びて一つの結晶粒となる。前記成長は、前記両側エッジから始まった結晶粒が第２熱伝導膜１６上で出合うまで続く。
【００４２】
このような過程を通じて非晶質シリコン膜１７は、図４に示すように、ポリシリコン膜１８に変化し、第２熱伝導膜１６上に積層されたポリシリコン膜１８、すなわちチャンネル領域１８ｃに、サイズが従来の結晶粒よりはるかに大きい、０.５μｍより大きい結晶粒が形成される。このようなポリシリコン膜１８の形成工程は、低い温度、例えば２５℃〜１５０℃でなされるため、基板１０として、シリコンウェーハだけでなく金属薄膜やガラス基板やプラスチック基板を使用することができる。
【００４３】
前記のように、非晶質シリコン膜１７をポリシリコン膜に転換させた後、キャッピング膜３０を除去する。
【００４４】
図４に示すように、第２熱伝導膜１６上に形成されたポリシリコン膜１８上にゲート絶縁膜２０とゲート電極２２とを順次に形成する。次いで、第１熱伝導膜１４上にゲート電極２２、ゲート絶縁膜２２およびポリシリコン膜１８を覆う層間絶縁膜２４を形成し、その表面を平坦にする。次いで、層間絶縁膜２４上に感光膜パターンＰＲ１を形成する。この時、感光膜パターンＰＲ１は、ポリシリコン膜１８のソース領域１８ｓとドレイン領域１８ｄとに対応する層間絶縁膜２４が露出するように形成される。
【００４５】
感光膜パターンＰＲ１を形成した後に、図５に示すように、感光膜パターンＰＲ１をエッチングマスクとして使用して層間絶縁膜２４の露出した部分をエッチングする。前記エッチングは、ポリシリコン膜１８のソース領域１８ｓおよびドレイン領域１８ｄが露出するまで実施する。このようなエッチングによって、層間絶縁膜２４にソース領域１８ａが露出する第１コンタクトホールｈ１が形成され、ドレイン領域１８ｄが露出する第２コンタクトホールｈ２が形成される。前記エッチング後、感光膜パターンＰＲ１を除去する。
【００４６】
次いで、図６に示すように、層間絶縁膜２４上に第１コンタクトホールｈ１および第２コンタクトホールｈ２を充填する金属膜（図示せず）を積層した後、写真およびエッチング工程を利用してソース領域１８ｓに連結される第１電極２６とドレイン領域１８ｄに連結される第２電極２８とが形成されるように前記金属膜をパターニングする。
【００４７】
＜第２実施例＞
図２に示した第２実施例に係るＴＦＴの製造方法について、図７〜図１３を参照して説明する。図７〜図１３は、それぞれ、本発明の第２実施例によるＴＦＴの製造工程を示す断面図である。以下の記述において、第１実施例で説明した部材についての詳細な説明は省略する。
【００４８】
まず、図７に示すように、基板１０上に、バッファ膜１２、第１熱伝導膜１４を順次に形成する。第１熱伝導膜１４上に第１熱伝導膜１４の所定領域が露出する感光膜パターンＰＲ２を形成する。感光膜パターンＰＲ２をエッチングマスクとして使用して第１熱伝導膜１４の前記露出した部分をエッチングする。前記エッチングは、バッファ膜１２が露出するまで実施される。
【００４９】
図８に示すように、前記エッチング後に感光膜パターンＰＲ２が存在する状態でバッファ膜１２の露出した領域上に第２熱伝導膜１６を形成する。この時、第２熱伝導膜１６は、第１熱伝導膜１４が除去された部分に完全に充填しうるように第１熱伝導膜１４と同じ厚さに形成することが望ましい。しかし、第１熱伝導膜１４が除去された部分に形成される第２熱伝導膜１６の厚さは、点線で表したように、感光膜パターンＰＲ２上に積層された第２熱伝導膜１６と接触しない範囲内で第１熱伝導膜１４より厚く形成することもできる。このように第１熱伝導膜１４が除去された部分に第２熱伝導膜１６を形成した後、感光膜パターンＰＲ２をアッシングし、ストリップして除去する。感光膜パターンＰＲ２を除去する過程で、感光膜パターンＰＲ２上に積層された第２熱伝導膜１６も共に除去される。図９は、感光膜パターンＰＲ２が除去されて第１伝導膜１４および第２熱伝導膜１６が同一面を形成することを示す。このような第１伝導膜１４および第２熱伝導膜１６は、非晶質物質膜が形成される下部膜となる。
【００５０】
次いで、図１０に示すように、第１伝導膜１４および第２熱伝導膜１６上に非晶質シリコン膜１７を形成する。次いで、非晶質シリコン膜１７上にキャッピング膜３０を形成した後、キャッピング膜３０上に第１実施例で説明したようなレーザ発生装置を利用してレーザ光Ｌを照射する。
【００５１】
前記レーザ光Ｌの照射によって、図１１に示すように、非晶質シリコン膜１７はポリシリコン膜１８に変化し、ポリシリコン膜１８のチャンネル領域１８ｃに従来よりも大きい、例えば少なくとも０.５μｍより大きい結晶粒が形成される。ポリシリコン膜１８にはチャンネル領域１８ｃと共にソース領域１８ｓとドレイン領域１８ｄとが形成される。
【００５２】
レーザ光Ｌの照射による非晶質シリコン膜１７のこのような変化は、前述した通りである。レーザ光Ｌを照射した後、キャッピング膜３０を除去する。
【００５３】
次いで、図１１を参照すれば、レーザ光Ｌの照射によって形成されたポリシリコン膜１８の第２熱伝導膜１６上に形成された領域上にゲート絶縁膜２０とゲート電極２２とを含むゲート積層物ＧＳを形成する。ゲート積層物ＧＳは、ポリシリコン膜１８のチャンネル領域１８ｃの下側に形成することができる。次いで、第１熱伝導膜１４上にゲート積層物ＧＳとポリシリコン膜１８とを覆う層間絶縁膜２４を形成する。層間絶縁膜２４上に感光膜パターンＰＲ３を形成する。感光膜パターンＰＲ３は、ソース領域１８ｓおよびドレイン領域１８ｄ上に形成された層間絶縁膜２４が露出するように形成する。感光膜パターンＰＲ３を形成した後、図１２に示すように、感光膜パターンＰＲ３をエッチングマスクとして使用してポリシリコン膜１８のソース領域１８ｓおよびドレイン領域１８ｄが露出するまで層間絶縁膜２４の露出した領域をエッチングする。このようなエッチング結果、層間絶縁膜２４にソース領域１８ｓが露出する第１コンタクトホールｈ１とドレイン領域１８ｄが露出する第２コンタクトホールｈ２とが形成される。次いで、図１３に示すように、層間絶縁膜２４上にソース領域１８ｓに連結される第１電極２６とドレイン領域１８ｄに連結される第２電極２８とを形成する。
【００５４】
本発明者は、本発明のＴＦＴでチャンネル領域として使われたポリシリコン膜１８の結晶粒のサイズを把握し、非晶質シリコン膜１７に照射されるレーザ光Ｌのエネルギー密度とポリシリコン膜１８のチャンネル領域１８ｃに形成される結晶粒サイズとの間の相関関係を把握するための実験を実施した。この実験で、前述した非晶質シリコン膜１７と同等に複数の非晶質シリコン膜を準備し、各非晶質シリコン膜上にはキャッピング膜を形成した。そして、前記キャッピング膜を通じて、各非晶質シリコン膜にはエネルギー密度が異なるエキシマレーザ光を一回ずつ照射した。
【００５５】
図１４ないし図１９は、前記実験で形成された複数のポリシリコン膜のチャンネル領域を撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。図１４ないし図１９で、ＮＡはチャンネル領域のエッジを表し、１００は前記チャンネル領域のエッジにランダムに形成された結晶核を表す。そして、ＳＬはチャンネル領域に形成された結晶粒の直径を表す。
【００５６】
図１４は、非晶質シリコン膜にエネルギー密度が２４０ｍＪ／ｃｍ2であるエキシマレーザ光を一回照射して形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に対するＳＥＭ写真を示す。図１４の場合、チャンネル領域に形成された結晶粒のサイズは約０.８μｍである。
【００５７】
図１５は、非晶質シリコン膜にエネルギー密度が２６０ｍＪ／ｃｍ2であるエキシマレーザ光を一回照射して形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に対するＳＥＭ写真を示す。図１５の場合、チャンネル領域に形成された結晶粒のサイズは少なくとも２.３μｍ程度である。
【００５８】
図１６は、非晶質シリコン膜にエネルギー密度が２８０ｍＪ／ｃｍ2であるエキシマレーザ光を一回照射して形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に対するＳＥＭ写真を示す。図１６の場合、チャンネル領域に形成された結晶粒のサイズは約１.３μｍである。
【００５９】
図１７は、非晶質シリコン膜にエネルギー密度が３００ｍＪ／ｃｍ2であるエキシマレーザ光を一回照射して形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に対するＳＥＭ写真を示す。図１７の場合、チャンネル領域に形成された結晶粒のサイズは約０.５μｍである。
【００６０】
図１８は、非晶質シリコン膜にエネルギー密度が３２０ｍＪ／ｃｍ2であるエキシマレーザ光を一回照射して形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に対するＳＥＭ写真を示す。図１８の場合、チャンネル領域に形成された結晶粒のサイズは約０.５μｍである。
【００６１】
図１９は、非晶質シリコン膜にエネルギー密度が３４０ｍＪ／ｃｍ2であるエキシマレーザ光を一回照射して形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に対するＳＥＭ写真を示す。図１９の場合、チャンネル領域に形成された結晶粒のサイズは約０.５μｍである。
【００６２】
図１４ないし図１９に示された結果からポリシリコン膜を形成するために非晶質シリコン膜に照射するエキシマレーザ光のエネルギー密度は２４０〜２８０ｍＪ／ｃｍ2が適することが分かるが、このような結果は、前述した製造方法で説明したところと一致する。
【００６３】
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施例の例示として解釈しなければならない。例えば、当業者ならば、熱伝導度が異なる第１熱伝導膜１４および第２熱伝導膜１６上に非晶質シリコン膜を形成した後、前記非晶質シリコン膜に所定のエネルギー密度を有するレーザ光を照射して、前記非晶質シリコン膜を結晶粒のサイズが大きい部分を含むポリシリコン膜に変換する技術的思想を前述したＴＦＴの製造方法だけでなく、ポリシリコン膜が使われる他の素子の製造方法にも適用することができる。したがって、本発明の範囲は、前記実施例によって決定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明はポリシリコンをチャンネル領域として使用するＴＦＴがスイッチング素子として使われる全ての製品に使用され、例えば、ＬＣＤのようなフラットパネルディスプレイ素子、携帯電話、カムコーダ、デジタルカメラ、ＰＤＡ、ＧＰＳ、メモリ素子などに使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施例によるＴＦＴの断面図である。
【図２】本発明の第２実施例によるＴＦＴの断面図である。
【図３】図１に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図４】図１に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図５】図１に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図６】図１に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図７】図２に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図８】図２に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図９】図２に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１０】図２に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１１】図２に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１２】図２に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１３】図２に示したＴＦＴの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図１４】本発明者の実験で形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に形成された結晶粒のサイズを示すＳＥＭ写真である。
【図１５】本発明者の実験で形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に形成された結晶粒のサイズを示すＳＥＭ写真である。
【図１６】本発明者の実験で形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に形成された結晶粒のサイズを示すＳＥＭ写真である。
【図１７】本発明者の実験で形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に形成された結晶粒のサイズを示すＳＥＭ写真である。
【図１８】本発明者の実験で形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に形成された結晶粒のサイズを示すＳＥＭ写真である。
【図１９】本発明者の実験で形成したポリシリコン膜のチャンネル領域に形成された結晶粒のサイズを示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００６６】
１０    基板
１２    バッファ膜
１４    第１熱伝導膜
１６    第２熱伝導膜
１８    ポリシリコン膜
１８ｃ  チャンネル領域
１８ｄ  ドレイン領域
１８ｓ  ソース領域
２０    ゲート絶縁膜
２２    ゲート電極
２４    層間絶縁膜
２６    第１電極
２８    第２電極
ｈ１    第１コンタクトホール
ｈ２    第２コンタクトホール
【図１】
2005142567.tif 000003
【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2005142567.tif 000017
【図１６】
2005142567.tif 000018
【図１７】
2005142567.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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