(57)【要約】安価なプラスチック基板を、標準のガラス、石英、およびシリコンウェハベースの基板の代わりに使用するために、反射コーティングを使用した低温プラスチック基板上のシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の構成。このＴＦＴは、例えば、フラットパネルディスプレイや、ビデオカメラ、個人携帯情報機器および携帯電話のような携帯電子機器、のような低コスト電子機器の広い分野で使用できる。
2004536441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アニール化するパルス放射線とともに形成された薄層と、
前記アニール化するパルス放射線とともに形成された薄層と有効に接続し、前記パルス放射線によってダメージを受ける薄層と、
前記パルス放射線を反射するための、前記パルス放射線によってダメージを受ける前記薄層と有効に接続する反射層と、
からなる半導体装置。
【請求項２】
前記薄層前記パルス放射線によってダメージを受ける前記薄層が、低温プラスチックである、請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記反射層が、狭帯域またはブロードバンド反射のための単一層または多層である、請求項１の半導体装置。
【請求項４】
前記反射層が、狭帯域反射コーティングである、請求項３の半導体装置。
【請求項５】
前記アニール化するパルス放射線とともに形成された薄層が、容易に吸収される短波長を伴う高強度放射線源を用いて形成される、請求項１の半導体装置。
【請求項６】
前記高強度放射線源が、パルスＵＶエキシマレーザ、ダブル周波数ＮｄＹＡＧレーザ、ＵＶフラッシュランプ、またはＸ線源である、請求項５の半導体装置。
【請求項７】
前記アニール化するパルス放射線とともに形成された薄層が、前記アニール化するパルス放射線によって結晶化されたシリコンフィルムである、請求項１の半導体装置。
【請求項８】
前記アニール化するパルス放射線とともに形成された薄層が、前記アニール化するパルス放射線によってドープされたシリコンフィルムである、請求項１の半導体装置。
【請求項９】
前記パルス放射線を反射するための、前記パルス放射線によってダメージを受ける前記薄層と有効に接続する、絶縁層を含む、請求項１の半導体装置。
【請求項１０】
前記パルス放射線によってダメージを受ける前記薄層が、低温プラスチックであって、前記反射層が、狭帯域またはブロードバンド反射のための単一層または多層であって、前記アニール化するパルス放射線とともに形成された薄層が、高強度放射線源を用いて形成される、請求項１の半導体装置。
【請求項１１】
前記前記高強度放射線源が、パルスＵＶエキシマレーザ、ダブル周波数ＮｄＹＡＧレーザ、ＵＶフラッシュランプ、またはＸ線源である、請求項８の半導体装置。
【請求項１２】
前記反射層が、狭帯域反射コーティングである、請求項９の半導体装置。
【請求項１３】
前記パルス放射線を反射するための、前記パルス放射線によってダメージを受ける前記薄層と有効に接続する、絶縁層を含む、請求項１０の半導体装置。
【請求項１４】
前記パルス放射線によってダメージを受ける薄層を準備することと、
前記パルス放射線によってダメージを受ける前記薄層と有効に接続する半導体層を準備することと、
前記パルス放射線によってダメージを受ける薄層と、前記半導体層と有効に接続する放射線防護のための反射材料の薄層を準備することと、
アニール化するパルス放射線を使用して前記半導体を処理すること、
からなるアニール化するパルス放射線を使用する半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記パルス放射線によってダメージを受ける前記薄層が低温プラスチックである、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記放射線防護のための反射材料の薄層が、狭帯域またはブロードバンド反射のための単一層または多層である、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記放射線防護のための反射材料の薄層が、狭帯域反射コーティングである、請求項１４の方法。
【請求項１８】
前記パルス放射線が、容易に吸収される短波長を伴う高強度放射線である、請求項１４の方法。
【請求項１９】
前記パルス放射線が、パルスＵＶエキシマレーザ、ダブル周波数ＮｄＹＡＧレーザ、ＵＶフラッシュランプ、またはＸ線源、のような高強度放射線源によって製造される、請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記パルス放射線によってダメージを受ける前記薄層が、低温プラスチックであり、前記放射線防護のための反射材料の薄層が、狭帯域またはブロードバンド反射のための単一層または多層であり、前記パルス放射線が、容易に吸収される短波長を伴う高強度放射線である、請求項１４の方法。
【請求項２１】
前記パルス放射線が、パルスＵＶエキシマレーザ、ダブル周波数ＮｄＹＡＧレーザ、ＵＶフラッシュランプ、またはＸ線源、のような高強度放射線源によって製造される、請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記放射線防護のための反射材料の薄層が狭帯域反射コーティングである、請求項２０の方法。
【請求項２３】
前記アニール化するパルス放射線によってダメージを受ける前記薄層と有効な接続をする熱的な絶縁層を含む、請求項２１の方法。
【請求項２４】
前記半導体層が、シリコンである、請求項２１の方法。
【請求項２５】
前記シリコンが、結晶化されている、および／または前記アニール化するパルス放射線によってドープされている、請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記半導体装置が、薄膜トランジスタである、請求項１４の方法。
【請求項２７】
前記半導体装置が、薄膜トランジスタであり、前記シリコンが、結晶化されている、および／または前記アニール化するパルス放射線によってドープされている、請求項２１の方法。
【請求項２８】
プラスチック基材上のシリコン層をアニール化するパルス放射線の使用と、パルス放射線によるダメージから基材を保護するための基材上の反射層の使用と、からなる薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２９】
前記反射層が、狭帯域反射層である、請求項３０の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
米国政府は、米国エネルギー省と、ローレンス・リバーモアー国立研究所の運営のためのカリフォルニア大学との間の、Ｗ−７４０５−ＥＮＧ４４８番の契約に準じて、この発明の権利を有する。
【０００２】
（背景）
発明の属する技術分野
この開示は、薄膜トランジスタに関し、さらに詳しくは、安価な低温プラスチック基板上のシリコンベースの薄膜トランジスタの構造に関する。すなわち、この開示は、放射線防護のための反射コーティングを有するプラスチック基板上の薄膜トランジスタに関する。さらに、この開示は、例えば安価で可撓性のプラスチック基板のような感熱基板であって、通常のガラス、石英、およびシリコンウェハベースの基板の代わりに使うことができる薄膜トランジスタの製造方法に関する。プラスチック基板の放射線防護のための反射コーティングは、処理中に利用される。前記反射コーティング層は、レーザや他の高強度放射線源による処理中の高強度放射線照射から、プラスチック基板を保護するために、プラスチック基板の上に積層される。
【０００３】
従来技術、及び解決しようとする課題
高性能な多結晶シリコン（ポリシリコン）薄膜トランジスタを製造する際に使われる従来の技術は、少なくとも６００℃の温度処理が必要である。この最小限の温度必要条件は、シリコン結晶化とドーパント活性化アニールによって妨害される。最近、低コストでアモルファスシリコンを結晶化およびドーピングするための処理や、熱伝播なしで選ばれた環境において短いパルスの高エネルギー源を使用するいわゆる低温プラスチック基板や、約１２０℃以上に保たれた処理温度に耐えることができないプラスチック基板の使用を可能にするための前記基板の積層の処理が開発されている。このような処理は、１９９４年９月１３日に発行されたＪ．Ｌ．Ｋａｓｃｈｍｉｔｔｅｒらの米国特許第５，３４６，８５０号公報や、１９９８年１０月６日に発行されたＰ．Ｇ．Ｃａｒｅｙらの米国特許第５，８１７，５５０号公報に開示、クレームされている。両出願とも出願後すぐに譲受人に譲渡されている。
【０００４】
上記で参照された米国特許第５，３４６，８５０号公報によって例証されるように、高性能な多結晶シリコン装置が低温（＜２５０℃）で製造されている。これは、例えば、３０８ｎｍの波長を有するＡｒＦエキシマレーザのような、短いパルスの紫外線レーザを用いて、アモルファスシリコン層を結晶化（および、ドーパント活性化）することによって達成される。極めて短いパルス幅（２０〜５０ｎｓ）は、装置内の他の層や基板にダメージを与えることなく、シリコン薄層を溶解、再結晶させることができる。この方法で製造される多結晶の層は、高い単体移動度を提供し、ドーパント濃度を増加し、その結果、より良い性能となる。
【０００５】
本発明は、低コストによる障害を充分に低減して、いわゆる低温プラスチック基板にまで、前述の、アモルファスな多結晶チャンネルシリコン薄膜トランジスタを製造するための方法と処理を拡張する。本発明は、処理中に、プラスチック基板の放射線防護のために反射コーティングを利用する。反射コーティング層は、レーザや他の高強度放射線源による処理中の高強度放射線照射から、プラスチック基板を保護するために、プラスチック基板の上に積層される。低温プラスチック基板上のシリコン薄膜トランジスタ製造のための処理や、薄膜トランジスタや、本発明薄膜トランジスタの製造に使用するための薄膜トランジスタ基板のセットは、既存の薄膜トランジスタと異なる性質を有している。それらは、多種多様の使用ができる。例えば、可撓性を有するプラスチックディスプレイやマイクロエレクトロニクスの回路のような、本発明によって構成された耐久性のあるプラスチック基板は、需要者の電子機器（ビデオカメラ、個人携帯情報機器、携帯電話、その他）などの広い分野のフラットパネルディスプレイに使われることができる。大画面プラスチックディスプレイは、大画面フライトシミュレータの高解像度を必要としている。可撓性の検出器アレイは、放射線（Ｘ線、γ線）検出を使用している。Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）フィルムは、放射線硬化されたＩＣ回路において使われることができる。他の多くの使用法が存在し、本発明の開発はさらなる使用法を生ぜしめるだろう。
【０００６】
（要約）
課題を解決するための手段
本発明は、シリコンベースの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の構成に関し、さらに詳しくは、通常のガラス、石英、およびシリコンウエハベース基板に代わって使用される、安価で可撓性を有するプラスチック基板を含むＴＦＴの製造方法に関する。本発明は、処理中の、前記プラスチック基板の放射線防護のための反射コーティングをプラスチック基板の利用しているプラスチック基板を有するシリコンベースのＴＦＴの構成にも関する。反射コーティング層は、レーザや他の高強度放射線源による処理中の高強度放射線照射から、プラスチック基板を保護するために、プラスチック基板の上に積層される。
【０００７】
本発明は、安価なプラスチック基板上のＴＦＴの形成のための方法を提供する。
本発明の方法は、十分により低い処理温度を利用するので、安価な可撓性のプラスチック基板を使用することができる。いわゆる低温プラスチック基板には、例えば、ガラスや石英やシリコンなどの従来から使われている基板よりも優れた利点がいくつかある。処理中に、短い高温時間があるにもかかわらず、本発明の方法の処理温度は、１２０℃以下の温度に保持されているようなものである。これは、ダメージしきい値（すなわち、約１２０℃以下）以下で、基板温度を維持すると共に、短い時間に必要な温度を生産するパルスレーザ処理を使用しすることにより達成される。前記プラスチック基板の放射線防護のための反射コーティングは、処理において利用される。反射コーティング層は、レーザや他の高強度放射線源による処理中の高強度放射線照射から、プラスチック基板を保護するために、プラスチック基板の上に積層される。したがって、本発明の製造技術の使用によって、保持された基板温度は、安価で可撓性を有する低温プラスチック基板によるダメージを低減することができる。本発明は、半導体、誘電体および金属を低温で積層し、パルスエネルギー源を用いるＴＦＴの半導体層を結晶化し、ドーピングする技術に関する方法を提供する。
【０００８】
本発明は、薄膜トランジスタの製造に利用することができるプラスチック基板のタイプを非常に増やす。それに加えて、プラスチック基板は、例えば、ガラスやシリコンなどの従来から使われている基板よりも、より高価ではなく、より軽く、より丈夫で、より耐久性があり、そして可撓性を有するいう点で、いくつかの利点を有している。低温プラスチック基板上のシリコン薄膜トランジスタ製造のための処理や、薄膜トランジスタや、本発明薄膜トランジスタの製造に使用するための薄膜トランジスタ基板のセットは、既存の薄膜トランジスタと異なる性質を有している。それらは、多種多様の使用ができる。例えば、可撓性を有するプラスチックディスプレイやマイクロエレクトロニクスの回路のような、本発明によって構成された耐久性のあるプラスチック基板は、例えばフィールド配置ポータブル電子機器や、戦場動作設備や、船、タンク、航空機の内部機器において、様々に使用することができる。大画面プラスチックディスプレイは、大画面フライトシミュレータの高解像度を必要としている。可撓性の検出器アレイは、放射線（Ｘ線、γ線）検出を使用している。Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）フィルムは、放射線硬化されたＩＣ回路において使われることができる。他の多くの使用法が存在し、本発明の開発はさらなる使用法を生ぜしめるだろう。
【０００９】
プラスチック基板上のシリコンベースの薄膜トランジスタの製造を可能にすることが、本発明の目的である。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、低コストで、低温度基板が利用されることができる薄膜トランジスタを製作するための方法を提供することある。
【００１１】
本発明の別の目的は、標準のガラス、石英およびシリコンウェハベースの基板の代わりに使用することができる、安価なプラスチック基板からなる薄膜トランジスタを製造する方法を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、安価なプラスチック基板を使用するために、従来からの標準の製造方法を十分に低い処理温度を利用した手順に置き換えた薄膜トランジスタの製造方法提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、例えば、フラットパネルディスプレイやポータブル電子機器において、大画面低コスト電子機器のための使用を可能にする、プラスチック基板を使用した薄膜トランジスタの製造を可能にすることである。
【００１４】
本発明の別の目的は、狭帯域反射層の使用を通じて、処理中の、放射線の露出に起因するダメージから透明なプラスチック基板を損保護することである。
【００１５】
本発明の他の目的および利点は、以下の説明、図面、実施例から明らかになる。
【００１６】
（発明の詳細な説明）
発明の実施の形態
本発明は、（１）低温プラスチック基板上のシリコン薄膜トランジスタの製造のための処理または方法、（２）薄膜トランジスタ（３）薄膜トランジスタ製造に用いられる薄膜トランジスタ基板のセット、および（４）処理放射線から、基板やデバイスを保護するための反射コーティングの準備、を含んでいる。本発明は、低温において、半導体、絶縁体、反射コーティング、および金属を積層し、結晶化し、さらに、例えばエキシマレーザのような、パルスされたエネルギー源を用いて、薄膜トランジスタの半導体層をドーピングする技術を利用する。本発明は、アモルファスで多結晶なチャネルシリコン薄膜トランジスタの製造を充分な低温で行うので、プラスチック基板をダメージから防ぐことを可能にする。低温基板とは、４００℃またはそれ以上に保持された処理温度に耐えることができるシリコン、ガラス、石英、その他のようないわゆる高温材料と比較して、約１５０〜２５０℃より高く保持された処理温度に耐えることができない材料と定義される。前記低温基板は、短い耐久時間、約１５０〜２５０℃を超えて加熱されることは可能であるが、もし、その耐久時間がようなその時間持続が、約１０−４秒（１００μｓ）より長い場合、ダメージを受けるであろう。
【００１７】
高強度放射線が、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造の材料を処理するために用いられる。多くの場合、ＴＦＴの中の特定の材料や特定の領域だけを放射線にさらすことが望ましい。基板を含み、存在してる他の材料が放射線によるダメージに弱くてもよいので、前記は良くあるケースである。本発明のＴＦＴは、放射線を遠くに反射し、このようなダメージを防ぐために、これらの傷つきやすい材料上に反射コーティングの層を積層することによって構成されている。高強度放射線源は、一方で、この種の放射線の直接の露出によってダメージを受けるＴＦＴにおいて、使用されることができる。それは、高強度放射線によってダメージに弱い材料を使用する処理を設計する際のより大きい自由度を可能にする。
【００１８】
この手順を適用することができる処理は、アニール化のための高強度放射線、溶解、結晶化、ドーピング、除去、フォトリソグラフィ、ライティングやパターニングの直接のレーザ、その他を使用することを含む。高強度放射線源は、基板材料によって容易に吸収される短波長を伴う放射線源（例えば、パルスＵＶエキシマレーザ、ダブル周波数ＮｄＹＡＧレーザ、ＵＶフラッシュランプ、Ｘ線源、など）を含む。反射コーティングは、狭帯域またはブロードバンド反射のための単層および多層を含む。
【００１９】
低温において、半導体、絶縁体、および金属を積層し、結晶化し、さらに、例えばエキシマレーザ処理のような、パルスされたエネルギー源を用いて、薄膜トランジスタの半導体層をドーピングする技術を含み、低温プラスチック基板上にシリコンＴＦＴを構成するための処理や方法は、１９９８年１０月６日に発行され、出願後すぐに譲受人に譲渡されてたＰ．Ｇ．Ｃａｒｅｙらの米国特許第５，８１７，５５０号公報に開示、クレームされている。米国特許第５，８１７，５５０号公報の説明、明細書、および図面は、ここに引用して取り込まれる。
【００２０】
本発明のよりよい理解は、以下に記す特有の記載、（１）低温プラスチック基板上のシリコン薄膜トランジスタを構成するのための方法や処理、（２）薄膜トランジスタ、そして（３）薄膜トランジスタを製造するのに使用される薄膜トランジスタ基板セット、から得ることができる。この説明は、本発明の好適な実施態様を提供する。
【００２１】
最初の実施態様は、狭帯域の多層反射コーティングを有する透明なプラスチック基板上の、パターニングされたシリコンフィルムのドーピングまたはパルスレーザ結晶化を提供する。第２の実施態様は、ＭＯＳＰＥＴゲート、絶縁酸化物、さらには前記レーザパルスからそれらを保護するための他の領域の上に積層される反射層による、ＣＭＯＳ接合のパルスレーザドーピングを提供する。この手順は、１）ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＩＯ）やシリコン基板を使用しているＣＭＯＳ集積回路のための浅接合構造と、２）プラスチック基板上のシリコン（またはゲルマニウム）マイクロエレクトロニクスのための浅接合構造と、３）プラスチック基板上のアクティブマトリックスフラットパネルディスプレイと、４）プラスチック基板上の高性能シリコン（またはゲルマニウム）ベース電子回路と、の構成を可能にする。
【００２２】
克服された２つの技術的な障害は、製造すること（１）と、前記プラスチック基板へのいかなる熱障害も防止しながらポリシリコンをドープすること（２）、である。ポリシリコンを生産し、またはドープするため従来の方法は、プラスチックにダメージを与える温度範囲であるところの６００℃以上の保持された温度を必要とする。本発明は、ポリシリコンを生産するためにパルスレーザニーリングを利用し、また、前記プラスチックへのダメージを防ぐために反射コーティングを使用することでこれらの障害を克服する。
【００２３】
本発明の理解において有用な情報は、図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃに関して提供される。
これらの図は、プラスチック基板（参照番号１０によって、一般に示される）上に、ポリシリコンを形成するためのパルスレーザ溶解の処理を示す。これは、プラスチック基板上に、低温で多結晶シリコン（ポリシリコン）ベースの薄膜トランジスタを製作することを示している。
【００２４】
図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃに示した技術は、シリコンフィルム１１の表面で吸収される、高強度紫外線エキシマレーザパルスを使用することを含んでいる。パルスエネルギーは、前記シリコンフィルム１１を溶かすのに十分である。しかしながら、関連する短い時間と、前記シリコンの下の熱バリアー層１２のために、前記プラスチック基板１３は、プラスチック基板１３がいかなるダメージを受けることがないだけの短時間（何十マイクロ秒）の間、小さい熱負荷を経験する。図１Ａには、プラスチック基板上の最初のアモルファスシリコンフィルムと熱バリアーが示されている。図１Ｂには、レーザパルス１５によるシリコン層の溶解が示されている。図１Ｃには、凝固後の結果として生じるｐ−Ｓｉ１６が示されている。
【００２５】
この処理の１つの制限は、前記プラスチック基板が直接にレーザパルスに曝される場合には、それが激しくダメージを受けるだろうということである。この処理の現在の実施においては、基板の全ての領域は、シリコンフィルムによってカバーされ、前記レーザに対していかなる露出をも防止されている。
【００２６】
しかしながら、時には、レーザ露出の前にシリコンフィルムを形成することが望ましく、それは、図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃにおいて示される状況に至る。高強度紫外線エキシマレーザパルス２５は、前記シリコンフィルム２１の表面で吸収される。そのパルスエネルギーは、前記シリコンフィルム２１を溶解するのに十分である。前記シリコン２４の下の前記熱バリアー層２２は、前記プラスチック基板２３を保護し、その領域においてプラスチック基板２３に対するどんなダメージでも防ぐ。
【００２７】
図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに示すように、パターンが使われるときに、前記シリコン２１／２４は、熱バリアー２２の全ての領域をカバーしない。シリコン２１／２４によってカバーされないカバーされない熱バリアー／プラスチック基板の地域は、レーザパルス２５に曝される。図２Ｂに示すように、レーザエネルギー２５は、熱バリアー層２２によって伝えられ、前記プラスチック基板２３によって吸収される。レーザエネルギー２５に曝されるプラスチック基板２３のそれらの地域は、容易にダメージを受け、そして、それらの地域をカバーしているいかなるフィルムも、ダメージを受けるか、離層されるであろう。ダメージを受ける領域２４は、図２Ｃに示される。
【００２８】
本発明においては、高い反射コーティングは、レーザパルスからプラスチックを守るために、基板上に薄層が積層される。光学上透明な基板が望ましいとする特別な適用において、レーザの波長において高く反射する一方で、透視可能に設計された狭帯域反射コーティングは、積層されている。適切に設計された高反射率層を取り入れることは、レーザ処理の手順により多くの自由度を与える。
【００２９】
狭帯域反射コーティングは、ポリエステル（ＰＥＴ）基板上にスパッタリングにより積層される。これは、実際の多層の設計である。それは、ＳｉＮｘとＳｉＯ２の材料を使用して製作された。このコーティングの反射率測定の結果は、図３に示される。表示されるように、前記コーティングは、まだ目に透明で目に見える状態である一方で、３００ｎｍ〜３３５ｎｍの間の波長が７０％以上の紫外線において高い反射率を有した。その後、このコートされたプラスチックは、波長３０８ｎｍのエキシマレーザパルスに曝された。このプラスチックは、３５０ミリジュールｃｍ−２のエネルギー密度を有するレーザパルスを耐えた。コートされてないＰＥＴウェハがテストされ、たった５０ミリジュールｃｍ−２のエネルギー密度を耐えただけだった。これは、この種の反射層でコートされたプラスチック・ウェハが、基材が強烈なレーザパルスに曝される処理手順において使用することができることを明確に示している。
【００３０】
本発明の好適な実施例において使用される他のコーティングの反射率測定結果は、図７に示される。それは、ＨｆＯｘおよびＳｉＯ２たる材料を使用して製造することができる。ＨｆＯｘは、ＳｉＮｘより少ない設計波長（３０８ｎｍ）を有しており、また、作るのが非常により簡単である。この反射率コーティングは、ポリエステル（ＰＥＴ）基板にスパッタリングによって積層される。図７のグラフは、この層設計の理論的な反射と透過曲線を示している。この設計は、可視光（４００〜７００ｎｍ）の９４％以上を透過し、３０８ｎｍにおいて、９９％以上の反射を提供する。
【００３１】
本発明は、レーザまたは他の高強度放射線源による処理中の高強度放射線照射から基材や他の材料層を保護するために、基材や他の材料積上に積層される物理的生成物、およびその手順からなる。
【００３２】
図面、特に、図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、および４Ｅには、他の層の処理中に、高強度放射線３５から下にある基材や薄層３１を保護するために使用することができる構成が示されている。前記反射層３２は、処理の間に使用される放射線から離れていても、放射による望まれていないダメージに弱い基板および／またはその他の材料層３１が、使われる放射線に影響されないように、構成される。図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、および４Ｅは、いくつかの層構成が示されている。
【００３３】
図４Ａにおいて、反射層３２は、基材３１上に直接積層されており、処理される材料３３は、前記反射層３２の上に直接積層されている。図４Ｂは、前記反射層３２の上に直接位置する透明な層の可能性を除いて、図４Ａと同様である。図４Ｃは、反射層３２が、基材３１だけでなく、前記ダメージを受け、放射線を吸収することができる基材上のいかなる薄層をも保護するシナリオを示している。
【００３４】
また、反射層３２は、処理される材料３３上に位置する材料を保護するために構成されてもよい。図４Ｄには、保護されている必要がある薄層３６が、処理される層３３の上に位置しており、反射層３２は、特定の領域の照射を許すように形成されていることが開示されている。図４Ｅは、反射層３２が、基材上の薄層３６を保護するために作られると共に、放射線が基板３７の露出された地域を処理するために使われる例を示している。
【００３５】
図示するように、反射層は、一方で、基板上の他のいかなる層や基材に対する望まれていないダメージを生ぜしめる放射線を反射する。本発明は、一方で、この種の放射線の直接の露出によってダメージを受ける基板に高強度放射線源を使用する処理をすることを可能にする。さらに、図４Ｄおよび４Ｂの構成は、ＩＣ製造中のシリコン基板のレーザ処理に役立つことがありえる。
【００３６】
本発明を適用することができる処理は、アニール化のための高強度放射線、溶解、結晶化、ドーピング、除去、フォトリソグラフィ、基材か基材上のいかなる材料のどちらかのライティングやパターニングのための直接のレーザ、を使用することを含む。高強度放射線源は、基板材料によって容易に吸収される短波長を伴う放射線源（例えば、パルスＵＶエキシマレーザ、ダブル周波数ＮｄＹＡＧレーザ、ＵＶフラッシュランプ、Ｘ線源、など）を含む。反射コーティングは、狭帯域またはブロードバンド反射のための単層および多層を含む。狭帯域反射コーティングは、透明基板が好ましい状況において、可視光波長において、コーティングを透明とすることができるという利点がある。前記狭帯域反射コーティングは、ポリエステル（ＰＥＴ）基板にスパッタリングによって積層することができる。これは、ＳｉＮｘおよびＳｉＯ２たる材料を使用している多層設計とすることもできる。前記コーティングは、透過して見える状態を保つ一方で、３００〜３５５ｎｍの間の波長の７０％以上を反射する。本発明の好適な実施態様において使われる他のコーティングは、ＨｆＯｘとＳｉＯ２たる材料を使用することで生産することができる。ＨｆＯｘは、ＳｉＮｘより少ない設計波長（３０８ｎｍ）を有しており、また、作るのが非常により簡単である。この反射率コーティングは、ポリエステル（ＰＥＴ）基板にスパッタリングによって積層される。この設計は、可視光（４００〜７００ｎｍ）の９４％以上を透過し、３０８ｎｍにおいて、９９％以上の反射を提供する。
【００３７】
さらに、本発明は、プラスチック基板上のシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を処理することの例示によって示される。背景は、１９９８年１０月６日に発行され、出願後すぐに譲受人に譲渡されたＰ．Ｇ．Ｃａｒｅｙらの米国特許第５，８１７，５５０号公報の再考から得ることができる。米国特許第５，８１７，５５０号の開示は、引用によって、ここに取り込まれる。
【００３８】
図５Ａは、本発明を使用して生産される完成した構造の一つの実施態様を示す。この装置は、プラスチック基板４１上に製作される。透明なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板が使われた。このＰＥＴは、半導体のレーザ処理において使われるエネルギー密度を有するエキシマレーザパルスにさらされるときに、容易にダメージを受ける。反射コーティング４２は、直接基板４１上に積層される。この処理において、この薄層は、紫外線を反射し、しかしがら可視できる透明な多層からなる狭帯域反射コーティングとすることができる。熱バリアーは、反射層４２の上または下に、任意で積層することができる。このバリアーは、現在のところ、ＳｉＯｘかＳｉＮｘであって、前記シリコン層のレーザ処理中に使用される高強度放射線から前記プラスチックを保護する。
【００３９】
前記ＴＦＴは、金属ゲート４６、ゲート絶縁体４５、および、ソース４４、ドレイン４７、チャネル４８地域を含む半導体層、からなる。我々は、金属としてアルミニウムを使用し、絶縁体としてＳｉＯ２を使用する。前記半導体は、シリコンまたはゲルマニウムとすることができ、そして、ソースおよびドレイン領域は、高い伝導率とオーム接触を達成するためにドープされる。これは、従来のトップゲートＴＦＴ構造である。
【００４０】
本発明は、ＴＦＴを生産する際に使用されるレーザドーピング工程と、レーザ溶解工程によって最もよく理解される。これら２つの工程は、図５Ｂと５Ｃに示される。レーザ溶解の間、エキシマレーザパルス（波長３０８ｎｍ）が半導体層を溶かすために用いられる。図５Ｂに示すように、半導体がない領域で、前記レーザパルスは前記反射層によって反映される。この反射がないと、レーザエネルギーはプラスチック基板によって吸収され、結果としてダメージが生じる。この反射層がないと、基板を保護するために、半導体フィルムでがバーされた全ての基板領域を残すことが必要となる。この反射層は、レーザ処理の前に半導体をパターニングことを可能にし、そして、処理ステップのアレンジの柔軟性を増やす。
【００４１】
また、プラスチック基板は、レーザドーピングの間（図５Ｃ）、反射層によって保護されている。この工程で、レーザパルスは、ゲート金属によって、チャンネル領域から離れて反射されるとともに、半導体のソース領域とドレイン領域を溶解する。半導体が融解している間、ドーパント分子は半導体内に拡散する。これらのドーパント種は、ガス相（従来のＧＩＬＤ処理）中、もしくは、レーザ溶解のちょうど前に表面に積層された薄層中に導かれる。背景情報は、米国特許第５，９１８，１４０号公報の再考から得ることができ、引用によって、ここに取り込まれる。米国特許５，９１８，１４０号公報は、１９９７年６月１６日に、Ｐ．Ｇケアリー、Ｐ．Ｍ．スミス、Ａ．エリンバー、そしてＴ．Ｗ．シモンによって、ドーパント不純物の沈殿とドライブイン・パルスエネルギーについて発行された。ガス侵入レーザドーピング（ＧＩＬＤ）技術を使用して、なし遂げられるドーパント混合を強化する半導体ドーピング方法。強化されたドーピングは、所望の深さまで半導体の一部を溶かすためのレーザもしくはイオンビームから、１つかそれ以上のパルスの露出が続く半導体表面上のドーパント原子の薄層を最初に積層することによって成し遂げられ、したがって、ドーパント原子は融解した領域に組み込まれる。融解した領域が再結晶した後、前記ドーパント原子は、電気的に活性である。前記ドーパント原子は、強化プラスマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、または他の公知の蒸着技術によって積層される。
【００４２】
再び、半導体がない領域で、反射層は、レーザパルスを反射し、プラスチック基板を保護する。図５Ａ〜Ｃの熱バリアーは、反射層の上に位置する必要はなく、反射層の下に位置してもよい。この層が紫外線を透過しない状況においては、これは有益である。それに加えて、もし、レーザパルスによるダメージに弱い他の材料を使用する場合には、それらは反射層の下に位置することができる。
【００４３】
この現在の方法は、透明なプラスチック基板が要求されるフラットパネルディスプレイの使用に合うように、透明なＰＥＴ上の使用に合うように、またＴＦＴを作ることに合うように変えられる。しかしながら、本発明は、可撓性の回路や、レーザに曝される場合にダメージを受けることができる基板が必要とされる半導体装置のような他の適用において使用されることができる。
【００４４】
また、本発明は、ＣＭＯＳ装置のレーザ処理において使われることができる。図６は、ＭＯＳＦＥＴの浅接合ドーピングの特別な例を示す。半導体接合５１は、エキシマレーザパルス５６を使用するレーザ溶解によってドープされる。前記半導体が融解している間、ドーパント分子は半導体内に拡散する。これらのドーパント種は、ガス相（従来のＧＩＬＤ処理）中、もしくは、レーザ溶解のちょうど前に表面に積層された薄層中に導かれる（１９９７年６月１６日に、Ｐ．Ｇケアリー、Ｐ．Ｍ．スミス、Ａ．エリンバー、そしてＴ．Ｗ．シモンによって、ドーパント不純物の沈殿とドライブイン・パルスエネルギーについて発行された、米国特許５，９１８，１４０号公報を参照）。レーザ露出の前に、反射層５５は、デバイス構造を通じて積層されて、パターニングされる。前記反射層は、ゲート領域５２および５４、絶縁酸化物領域５３、その他の領域をカバーして、保護するために作られる、そして、レーザダメージに弱い材料を含むことができる基板全体の他のどの地域５７、を保護し、カバーするために形成される。同様に、前記反射層は、接合５１を作るためにドープされたシリコン基板５０のそれらの地域を曝すために形成される。
【００４５】
本出願は、レーザ放射線を吸収するポリシリコンやケイ素化合物ゲート５４を保護するために用いることでき、その結果、望まれていないダメージとなる。それに加えて、従来は、「フィールド領域」５３は、シリコン基板上の熱的に成長した酸化物とともに形成され、レーザ溶解によってダメージを受けていた。
【００４６】
この例は、ＭＯＳＦＥＴ構造における本発明の使用を示している。しかしながら、類似した方法は、いろいろなＩＣ装置のレーザ処理において、本発明を使用することを採用することができる。
【００４７】
低温プラスチック基板上のシリコン薄膜トランジスタの製造のための処理、薄膜トランジスタ、および本発明の薄膜トランジスタを製作するのに用いられる薄膜トランジスタ基板のセットは、多種多様な使用を有する。低温プラスチック基板上のシリコン薄膜トランジスタの製造のための処理、薄膜トランジスタ、および本発明の薄膜トランジスタを製作するのに用いられる薄膜トランジスタ基板のセットは、現存する薄膜トランジスタとは異なる性質を有する。この新しい薄膜トランジスタには多種多様の使用がある。例えば、可撓性を有するプラスチックディスプレイやマイクロエレクトロニクスの回路のような、本発明によって構成された耐久性のあるプラスチック基板は、例えばフィールド配置ポータブル電子機器や、戦場動作設備や、船、タンク、航空機の内部機器において、様々に使用することができる。大画面プラスチックディスプレイは、大画面フライトシミュレータの高解像度を必要としている。可撓性の検出器アレイは、放射線（Ｘ線、γ線）検出を使用している。Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）フィルムは、放射線硬化されたＩＣ回路において使われることができる。また、ここに記載するには多すぎるほどの、他の用途が存在する。特定の実施態様、製造するために使用できる手順、材料、パラメータ、その他は、本発明の原理を説明するための記載であり、本発明を制限する目的ではない。変更態様と変化は、当業者にとって明らかであればでき、本発明は添付の特許請求項の範囲だけによって制限される。
【００４８】
開示の一部に取り込まれてそれを形成し、本発明の実施形態を例示し、本発明の説明を助ける、添付の図面は、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、ポリシリコンを形成するための、プラスチック基板上でのシリコンのパルスレーザ溶解を図示している。
【図２】
図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、パターン化されたシリコンフィルムのパルスレーザ溶解中に、プラスチック基板に起こるダメージの図を提供している。
【図３】
図３は、コーティングの反射率測定の結果を示している。
【図４】
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄおよび４Ｅは、反射層は、他の層の処理中に高強度放射線から、下にある基板や薄層を保護するために使用することができるという形態を示している。
【図５】
図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、レーザ処理を使用して生じるＴＦＴ構造を示す。
【図６】
図６は、レーザドーピングによるＭＯＳＦＥＴの浅い接合形成を示す。
【図７】
図７は、本発明の好適な実施例において使われる他のコーティングの反射率測定の結果を示す。
【図３】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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