(57)【要約】【課題】  ディスプレーデバイス用半導体装置の製造方法において、ガラス基板に熱的に損傷を与えないで、炭酸ガスレーザーによりSiを熱処理する。【解決手段】  上下のSiO2膜２、３に挟まれた多結晶Si又は非晶質Si層１からなるサンドイッチ構造３０とガラス基板６の間に反射金属膜４を配置する。炭酸ガスレーザーを上側SiO2膜からガラス基板６に向かって照射することにより多結晶もしくは非晶質Si層を熱処理し、その後、RGB配置領域２０からサンドイッチ構造３０及び反射金属膜４を除去する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレーデバイス用半導体装置の製造方法において、ガラス基板に配置された上下のSiO2膜に挟まれた多結晶Si又は非晶質Si層からなるサンドイッチ構造と前記ガラス基板の間に反射金属膜を配置し、炭酸ガスレーザーを上側SiO2膜からガラス基板に向かって照射することにより前記多結晶Si層を再結晶化し、あるいは前記非晶質Si層を結晶化し、その後、RGB配置領域から前記サンドイッチ構造及び前記反射金属膜を除去することを特徴とするディスプレーデバイス用半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記反射金属膜と前記ガラス基板の間にガラス基板保護用SiO2層を介装したことを特徴とするディスプレーデバイス用半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記反射金属膜が、Al,Ni,Au,W,Mo,Ti,Ta,Co,Ag及びFeからなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２記載のディスプレーデバイス用半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレーデバイス用半導体装置の製造方法に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、液晶、有機ELなどのディスプレーデバイスのカラー表示素子を駆動する薄膜トランジスター(TFT)のシリコン(Si)を炭酸ガスレーザーで熱処理する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１：特開２００６−１００８０４号公報は、画素と同一のガラス基板に配置された薄膜トランジスタの非晶質半導体薄膜をレーザーによりアニールする技術に関しており、レーザーアニールの意義として、ガラス基板の熱変形を避けることができる点を挙げている。この発明は、レーザーアニールにかかる時間を短縮させることを目的として、線状のレーザービームと重なり合うように、高温の気体を局所的に吹き付けることを提案している。用いられるレーザーとしては、Ar, Kr, CO2, YAGレーザーなどの各種レーザーが挙げられている。
【０００３】
炭酸ガスレーザーは大出力であり、工業的に主として金属加工などの分野に広く使用されている。炭酸ガスレーザーは波長が10600nmであり、ガラスなどに対する吸収率は高いが、金属、半導体などに対する吸収率は低い。炭酸ガスを半導体デバイスの処理に使用した例としては、非特許文献１：”cw laser activated flow applied to the planarization of metal-oxide-semiconductor field effect transistor structure” M. Delfino, Appl. Phys. Lett. 42(8), 15 April, 1983がある。この論文では炭酸ガスレーザーをリン珪酸ガラスの平坦化に使用しており、これは、炭酸ガスレーザーがガラスに対する吸収率が高いことを利用していると考えられる。
【特許文献１】特開２００６−１００８０４号公報
【非特許文献１】cw laser activated flow applied to the planarization of metal-oxide-semiconductor field effect transistor structure” M. Delfino, Appl. Phys. Lett. 42(8), 15 April, 1983
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、ディスプレーデバイスの半導体Ｓｉの熱処理に一般的に使用されているエキシマレーザーは波長が約190〜350nmの範囲である。ところで、炭酸ガスレーザーで非晶質又は多結晶Ｓｉを熱処理する場合、Ｓｉは吸収率が低いために、レーザーのエネルギー密度を大幅に高める必要があるが、レーザーのエネルギー密度と、ガラス基板の損傷を招くおそれがある。
したがって、本発明はディスプレーデバイス用半導体装置の非晶質もしくは多結晶Ｓｉを炭酸ガスレーザーで熱処理する際に、Siに効率的に熱を集中しつつ、ガラス基板を損傷しない方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、ディスプレーデバイス用半導体装置の製造方法において、ガラス基板に配置された上下のSiO2膜に挟まれた多結晶Si又は非晶質Siからなるサンドイッチ構造と前記ガラス基板の間に反射金属膜を配置し、炭酸ガスレーザーを上側SiO2膜からガラス基板に向かって照射することにより多結晶Siを再結晶化し、あるいは前記非晶質Siを結晶化し、その後、RGB配置領域からサンドイッチ構造及び反射金属膜を除去することを特徴とする方法を提供する。
以下、本発明を詳しく説明する。なお、以下の説明では「Si層」とは、非晶質Si及び多結晶Si層を総称したものである。また、「熱処理」とはトランジスタの動作速度を高めるために、非晶質Siを結晶化し、また多結晶Ｓiを再結晶化する方法を総称したものである。また、本発明において、「再結晶化」とは、溶融凝固を伴いもしくは伴わずに新たな結晶が生成すること、及び結晶粒が相互に食い合い粗大化することを包含している。さらに、非晶質Ｓｉの結晶化とは、非晶質Siの少なくとも一部が結晶化することである。
【０００６】
先ず、本発明に使用されガラス基板としては、耐熱性が700℃であるコーニング2000（コーニング社の商品名）、耐熱性が400〜450℃であるソーダガラス、耐熱性が1000℃である石英などを使用することができる。なお、ガラス基板の厚さは0.4〜0.7ｍｍ程度である。本発明の熱処理においては、必要により、ガラス基板側からヒーターで300℃程度に加熱することにより、結晶化に必要な熱を補助的に与え、かつガラス基板の歪みなどを防止することができる。
【０００７】
続いて、トランジスタが形成されるＳｉ層を説明する。
非晶質Ｓｉ層は、SiH4を原料として、350℃程度にガラス基板を加熱してプラズマＣＶＤにより形成することができる。非晶質Ｓｉは熱処理により結晶化し、さらに含有される水素も除去される。多結晶Ｓｉ層は、SiH4を原料として550  〜610℃のＣＶＤあるいは、SiH６を原料として480〜530℃のＣＶＤにより形成することができる。これらTFTを作るためのSi層の厚さは500オングストローム（50nm）程度である。
【０００８】
サンドイッチ構造に使用されるSi層を挟むSiO2層はSiH4 とO2を原料として使用するＣＶＤにより形成することができる。SiＯ2膜はレーザーにより例えば1000 〜1300℃に加熱（以下「高温加熱」という）され、伝導による間接加熱により上下からＳｉ層を600〜1000℃加熱する。さらに、SiＯ2膜を600 〜1000℃に加熱（以下「低温加熱」という）し、間接加熱によりSi層を500〜1000℃加熱する。SiＯ2膜の厚さは500nm前後程度であることが好ましい。なお、上側のSiO2膜はレーザーにより高温熱処理されているので高品質のゲート絶縁膜として使用することができる。レーザーが透過したサンドイッチ構造のSiO2膜とは別のSiO2膜をゲート絶縁膜として使用することもできる。
加熱温度が700℃以上の場合は、下部のSiO2膜の厚さを200〜500nmと厚くして、ガラス基板保護層を兼ねることにより、ガラス基板へのレーザー熱の伝導を少なくすることができる。さらに、反射膜の金属とガラスは熱膨張率の差が大きいために、これをガラス基板保護層により緩和することもできる。
【０００９】
続いて、本発明が最も特徴とする反射金属膜について説明する。
本発明においては、ガラス基板とサンドイッチ構造の間に反射金属膜を介挿することにより、レーザー光の反射光によりSi層を直接又は間接的に加熱するとともに、ガラス基板の温度上昇を抑える。反射金属膜としてはAl, Ni,W,Mo,Ti,Ta,Co,Ag及びFeなどを使用することができる。厚さは特に、限定されないが、2〜10nm程度が好ましい。これら金属Niは無電解めっき、CVD、蒸着により成膜することができる。反射金属膜は、ガラス基板と接触させ、且つ／あるいはサンドイッチ構造の下側のSiO2膜と接触させる。
また、反射金属膜及びサンドイッチ構造のSiO2はレーザー照射後適切な段階でRGB形成領域から除去する必要がある。
続いて、図面に示された実施態様により本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１及び２において、１はSi層、２はサンドイッチ構造３０の上側SiO2膜、３はサンドイッチ構造の下側SiO2膜、４は反射金属膜、５はSiO2からなるガラス基板保護層、６はガラス基板である。図１は、サンドイッチ構造の下側SiO2膜とは別にガラス基板保護層5を形成した実施態様であり、図２はガラス基板保護層を使用しない実施態様である。
【００１１】
図３は、トップゲート構造のトランジスタとして本発明を実施した半導体装置の図面である。図中、図１，２と共通の要素は同じ参照符号で示している。また、１０はW,Mo等を用いるゲート電極、１２はゲート絶縁膜、１３は半導体層、１４はW,Moなどを用いるドレーン電極であり、２０は反射金属膜4及びサンドイッチ構造30が除去されたRGB領域である。
【００１２】
図４〜１０を参照して、ボトムゲート構造のトランジスタの製造方法を説明する。
反射金属膜4及びガラス基板保護層５が設けられた、ガラス基板６上にW,Moなどのゲート電極１０の金属を成膜し、その後パターニングし、続いてゲート絶縁膜１２を全面に形成する（図４）。続いて、半導体が形成される多結晶Si層17を全面に形成し（図5）、その上にサンドイッチ構造の上側SiO2膜１８をやはり全面に形成した状態でCO2レーザー２２を照射する（図６）。レーザーはTFT形成領域以外にも照射されるが、反射金属膜４はガラス基板６の全面を被覆しているので、ガラス基板6は保護される。
【００１３】
その後、サンドイッチ構造の上側膜として使用されたSiO2膜１８を全面でエッチング除去し、多結晶Si層１３をエッチングすることにより、TFT素子（引き出しライン部も含むことがある）の形状にパターニングする（図７）。その後全面にアルミニウム層１９を蒸着し(図８)、パターニングによりソース電極１４及びドレーン電極１５を形成し、さらに、ポリSi層１３をエッチングをする（図９）。その後、サンドイッチ構造20及び反射金属膜４をRGB形成領域３０から除去する。
以上のボトムゲート構造の製造工程を説明よりトップゲート構造トランジスタの製造方法は容易に理解することができるであろう。  
【産業上の利用可能性】
【００１４】
炭酸ガスレーザーは、半導体の吸収率が低いために、大パワーにすると、ガラス基板の熱損傷のおそれがあったが、本発明によると、SiO2膜  のサンドイッチ構造を利用して伝導によりSi層を加熱し、かつ反射金属膜を利用してガラス基板の加熱損傷を避けることができる。この副次的効果として、従来ディスプレーデバイスの製造では、機械コストが高く、かつ頻繁にメンテナンスする必要があったエキシマレーザーをやむを得ず使用していたが、このような不便さから逃れることがで、い、しかもエキシマレーザーよりも1回の操作幅が広いために、能率向上を図ることができる。このような面で、本発明方法、今後一層大型化する液晶ディスプレーや、有機ＥＬの製造に非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のサンドイッチ構造と反射金属膜の配置例を示す図面である。
【図２】図1とは別の配置例を示す図面である。
【図３】本発明方法の一実施例により製造したトップゲート構造のトランジスタを配置したガラス基板の断面図である。
【図４】図4〜図１０はボトムゲートゲート構造のトランジスタ製造工程を示し、図４はゲート絶縁膜形成工程を示す図である。
【図５】多結晶Si層形成工程を示す図である。
【図６】SiO2膜を形成し、その上から炭酸ガスレーザーを照射する工程を示す図である。
【図７】多結晶Si層をエッチングする工程の図である。
【図８】アルミニウム蒸着工程を示す図である。
【図９】ソース・ドレーン形成工程を示す図である。
【図１０】反射金属膜除去工程を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１−非晶質又は多結晶Si層
２−ゲートSiO2膜（上側SiO2膜  ）  
３−下側SiO2膜  
４−反射金属膜
５−ガラス基板保護SiO2膜  
６−ガラス基板
２０−ＲＧＢ配置領域
３０−サンドイッチ構造
【図１】
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【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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