JP2000091583A - 半導体素子 - Google Patents

半導体素子

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JP2000091583A
JP2000091583A JP10253543A JP25354398A JP2000091583A JP 2000091583 A JP2000091583 A JP 2000091583A JP 10253543 A JP10253543 A JP 10253543A JP 25354398 A JP25354398 A JP 25354398A JP 2000091583 A JP2000091583 A JP 2000091583A
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JP
Japan
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layer
group
shielding layer
semiconductor
oxide film
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Pending
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JP10253543A
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English (en)
Inventor
Masumi Ido
眞澄 井土
Masaharu Terauchi
正治 寺内
Mikihiko Nishitani
幹彦 西谷
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、絶縁性基板からの不純物の拡散を
抑えて、信頼性の優れた半導体素子を提供することを目
的とする。 【解決手段】 絶縁性基板1上に順次遮蔽層2、チャネ
ル領域、ソース・ドレイン領域を構成する半導体層3、
ゲート絶縁層である第1の絶縁層4、ゲート電極5を有
する半導体素子において、遮蔽層2がV族元素が添加さ
れたシリコン酸化膜を有する。V族元素により、絶縁層
基板1に含有されるナトリウムやアルミ等の不純物イオ
ンの拡散を防止する。また、好ましくは、V族元素が添
加されたシリコン酸化膜とよりも半導体層3側にキャッ
プ層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型液晶表示装置、SRAM、ラインセンサー等に用
いられる薄膜トランジスタに代表される半導体素子に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、非晶質シリコン薄膜トランジスタ
(a−Si TFT)をスイッチング素子として用いた
アクティブマトリクス型液晶表示装置(TFT−LC
D)は、ラップトップパソコンやノートパソコン、更に
はエンジニアリングワークステーション用の大型・大容
量フルカラーディスプレイとして広く利用されている。
【0003】特に近年では、駆動回路を内蔵でき、高性
能、高精細化を図ることができる多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタ(poly−Si TFT)をスイッチング
素子として用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置
の研究開発が盛んに行われている。
【0004】このようなTFTの構造は、電極や半導体
層の積層の順番によって、ゲート電極を先に形成し、絶
縁層を介して半導体層をその上面に形成するボトムゲー
ト型と、その逆に、半導体層を先に形成し、絶縁層を介
してその上面にゲート電極を形成するトップゲート型と
に分類される。両者を比較した場合、デバイス特性の観
点から、セルフアライン構造による微細化や寄生容量の
低減を容易に図り得ることができ、また製造プロセスへ
の制約も少ないトップゲート型が有利である。
【0005】しかしながら、トップゲート型TFTで
は、その構造上、半導体層のチャンネル領域がガラス基
板に近い位置に形成されているため、ガラス基板中に含
まれるナトリウムやアルミ等の不純物イオンが、製造プ
ロセス中に前記チャンネル領域に拡散することがある。
この不純物の拡散がTFTの閾値電圧Vthのシフトや
OFF電流の増大等の誘因となり、TFT特性を劣化さ
せるという課題があった。また更に、TFTに電圧を印
加したり、温度を上げてストレスを加えて加速試験を行
うと、TFT特性は大きく劣化する。
【0006】そこで、上記の課題を解決するために、ガ
ラス基板と半導体層との間にCVD酸化膜や窒化膜等の
絶縁層を設けて、不純物の拡散を防止する方法が採用さ
れてきた(特開平5−203982号公報)。
【0007】以下に、このような従来のpoly−Si
TFTの一般的な構造について、図4を用いて説明す
る。図4はトップゲート型poly−Si TFTの概
略平面図であり、図4において、1は絶縁性基板、2は
不純物拡散防止層、3は半導体層、4は第1の絶縁層、
5はゲート電極、6は第2の絶縁層、7s及び7dはそ
れぞれソース及びドレイン電極を示している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように不純物拡散防止層としてCVD酸化膜を用いた場
合、不純物の半導体層への拡散を完全に防止するために
は、膜厚を厚くしなければならないためにプロセスのタ
クトが低下するといった欠点を有し、窒化膜を用いた場
合は、不純物の拡散は抑えることができるが、窒化膜中
の固定電荷の影響により、TFTの初期Vth特性が大
きく負側にシフトするといった課題を有していた。
【0009】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、信頼性に優れた半導体素子を提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の半導体素子は、絶縁性基板上に形成された
遮蔽層と、前記遮蔽層上に形成されチャネル領域、ソー
ス・ドレイン領域を構成する半導体層と、前記半導体層
上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に
形成されたゲート電極とを有し、前記遮蔽層がV族元素
が添加されたシリコン酸化膜を有することを特徴とする
構成となっている。
【0011】この構成によれば、遮蔽層に添加されたV
族元素により、絶縁性基板中に含まれ、かつ、半導体層
への悪影響を及ぼす元素の半導体層への拡散を抑制する
ことができるとともに、シリコン窒化膜を遮蔽層として
用いていないため、しきい値の変動などの発生をも防止
することができる。
【0012】上記の構成において、遮蔽層がV族元素が
添加されたシリコン酸化膜と前記シリコン酸化膜よりも
半導体層側に形成されたキャップ層とを有することによ
り、V族元素が半導体層へ拡散することを確実に防止す
ることができる。
【0013】なお、上記の構成においては、V族元素が
イオン注入またはプラズマドーピング法により添加され
ていることが好ましく、また、V族元素が窒素、燐、砒
素のうちのいずれかであることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る半導体素子について、図面を参照しながら説明する。
【0015】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1における半導体素子の構成を示す薄膜トランジスタ
の断面図である。図1において、1は絶縁性基板、2は
遮蔽層であり、本実施の形態ではシリコン酸化膜にV族
元素である燐を添加した膜を用いた。3は半導体層、4
は第1の絶縁層(ゲート絶縁層)、5は第1の電極であ
るゲート電極、6は第2の絶縁層、7s、7dは半導体
層3に電気的に接触する一対の第2の電極であるソース
・ドレイン電極を示している。
【0016】本実施の形態の特徴は、遮蔽層2の部分で
あり、図1における遮蔽層2を構成する第1の遮蔽層2
aは、V族元素が添加されたシリコン酸化膜となってい
る。この構成によれば、V族元素が、ガラス基板中に含
有されるナトリウムやアルミ等の不純物イオンの製造プ
ロセス中のチャンネル領域への拡散を防止することがで
きるだけでなく、この遮蔽層2は基本的にはシリコン酸
化膜であるため、シリコン窒化膜を用いた時のように固
定電荷による悪影響を受けることもない理想的な遮蔽層
を得ることができる。
【0017】なお、本実施の形態では、シリコン酸化膜
に添加するV族元素として燐を用いたが、他の材料とし
て窒素または砒素を用いてもよく、また、遮蔽層2を絶
縁性基板1上の全面に形成する構成としたが、半導体層
3の下部のみに形成してもよい。
【0018】次に以下では本実施の形態の半導体素子の
製造方法について、その製造工程断面図を示す図2を参
照しながら説明する。
【0019】まず図2(a)に示すように、ガラスなど
の絶縁性基板1上に遮蔽層2の一部を構成する第1の遮
蔽層2aとなるシリコン酸化膜をCVD法により堆積
し、この第1の遮蔽層2aにイオン注入法あるいはプラ
ズマドーピング法により燐を注入する。
【0020】次に図2(b)に示すように、第1の遮蔽
層2a上にCVD法によりシリコン酸化膜からなる第2
の遮蔽層2bを堆積して遮蔽層2を形成する。続いて、
遮蔽層2上に非晶質半導体層3を堆積した後、非晶質半
導体層3にエキシマレーザー光を照射して結晶化させて
poly−Siの改質層とし、フォトリソグラフィー及
びエッチング技術により、半導体層3を所定の形状にパ
ターニングする。
【0021】次に図2(c)に示すように、半導体層3
及び遮蔽層2上にCVD法により第1の絶縁層4を堆積
し、第1の絶縁層4上にスパッタリング法にて第1の電
極であるゲート電極層を形成し、フォトリソグラフィー
及びエッチング技術により、ゲート電極5を所定の形状
にパターニングする。
【0022】その後図2(d)に示すように、ゲート電
極5をマスクとして用いて、半導体層3にイオン注入法
または質量分離を行わないイオンドーピング法によりド
ナーもしくはアクセプタとなる不純物を添加することに
よって、ソース領域3s及びドレイン領域3dを形成す
る。
【0023】最後に図2(e)に示すように、CVD法
にて第2の絶縁層6を堆積した後、コンタクトホールを
開口し、スパッタリング法にて第2の電極であるソース
・ドレイン電極を形成し、フォトリソグラフィー及びエ
ッチング技術により、ソース電極7s、ドレイン電極7
dを所定の形状にパターニングして薄膜トランジスタを
完成する。
【0024】以上本発明の実施の形態1における半導体
素子について説明を行ったが、図1及び図2に示した構
造においては、遮蔽層2は、第1の遮蔽層2aと第2の
遮蔽層2bの積層構造となっており、この構造により、
より特性の良好な素子を得ることが可能となる。すなわ
ち、図1に示した構造によれば、第1の遮蔽層2aによ
り、絶縁性基板1からのナトリウムやアルミ等の不純物
イオンの拡散を防止できるだけでなく、第1の遮蔽層2
a中に含有されているV族元素の存在に基づくチャネル
領域への悪影響(例えばしきい値変動)をV族元素が添
加されていない第2の遮蔽層2b(キャップ層)の存在
により抑制することができる。
【0025】(実施の形態2)以下本発明実施の形態2
における半導体素子について、その製造工程断面図を示
す図3を参照しながら説明する。
【0026】本実施の形態が上記の実施の形態1と異な
る点は、実施の形態1では、第1の遮蔽層をV族元素を
含有するシリコン酸化膜として堆積形成したのに対し
て、本実施の形態では、ガラスからなる絶縁性基板にV
族元素を注入することにより第1の遮蔽層を形成してい
る点であり、それ以外の構成については、基本的には上
記の実施の形態1と同様である。
【0027】なお、本実施の形態においても上記の実施
の形態1と同様に、シリコン酸化膜に添加するV族元素
として燐、窒素、砒素を用いてもよく、また、遮蔽層2
を絶縁性基板1上の全面に形成する構成としたが、半導
体層3の下部のみに形成してもよい。
【0028】そして本実施の形態における半導体素子は
下記のようにして形成する。まず図3(a)に示すよう
に、絶縁性基板に対して例えばイオン注入により燐を注
入して、絶縁性基板の表面部分を第1の遮蔽層2aと
し、さらにその上にシリコン酸化膜を堆積して、第1の
遮蔽層2a中に含有されるV族元素のチャネル領域への
悪影響を防止するためのキャップ層の機能を果たす第2
の遮蔽層2bを形成する。
【0029】この後、半導体層3を堆積して、ゲート電
極5、ソース・ドレイン領域3s、3dを形成する(図
3(b)〜(e)の工程)わけであるが、この部分につ
いては、上記の実施の形態1と同様であるため、説明を
省略する。
【0030】本実施の形態においても、V族元素が添加
された第1の遮蔽層2aが存在するため、ガラスなどの
絶縁性基板1からのナトリウムやアルミ等の不純物イオ
ンの拡散を防止できるだけでなく、第1の遮蔽層2a中
に含有されているV族元素の存在に基づくチャネル領域
への悪影響(例えばしきい値変動)をV族元素が添加さ
れていない第2の遮蔽層2b(キャップ層)の存在によ
り抑制することができる。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、絶縁性基
板上に絶縁性基板から拡散する不純物を遮蔽するための
遮蔽層を設けた構造とすることにより、信頼性の優れた
半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における半導体素子(薄
膜トランジスタ)の断面図
【図2】本発明の実施の形態1における半導体素子(薄
膜トランジスタ)の製造工程断面図
【図3】本発明の実施の形態2における半導体素子(薄
膜トランジスタ)の製造工程断面図
【図4】従来の半導体素子(薄膜トランジスタ)の断面
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 遮蔽層 2a 第1の遮蔽層 2b 第2の遮蔽層(キャップ層) 3 半導体層 4 第1の絶縁層 5 第1の電極(ゲート電極) 6 第2の絶縁層 7s,7d 一対の第2の電極(ソース・ドレイン電
極)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西谷 幹彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H092 JA25 KA10 KA12 MA08 MA27 MA41 NA27

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板上に形成された遮蔽層と、前
    記遮蔽層上に形成されチャネル領域、ソース・ドレイン
    領域を構成する半導体層と、前記半導体層上に形成され
    たゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成されたゲ
    ート電極とを有する半導体素子であって、前記遮蔽層が
    V族元素が添加されたシリコン酸化膜を有することを特
    徴とする半導体素子。
  2. 【請求項2】 絶縁性基板上に形成された遮蔽層と、前
    記遮蔽層上に形成されチャネル領域、ソース・ドレイン
    領域を構成する半導体層と、前記半導体層上に形成され
    たゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成されたゲ
    ート電極とを有する半導体素子であって、前記遮蔽層が
    V族元素が添加されたシリコン酸化膜と前記シリコン酸
    化膜よりも前記半導体層側に形成されたキャップ層とを
    有することを特徴とする半導体素子。
  3. 【請求項3】 V族元素がイオン注入またはプラズマド
    ーピング法により添加されていることを特徴とする請求
    項1または2に記載の半導体素子。
  4. 【請求項4】 V族元素が窒素、燐、砒素のうちのいず
    れかであることを特徴とする請求項1または2に記載の
    半導体素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007273919A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
US7494851B2 (en) 2002-12-28 2009-02-24 Lg Display Co., Ltd. Thin film transistor array substrate and method for manufacturing the same

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US8779512B2 (en) 2006-03-31 2014-07-15 Nec Corporation Method of manufacturing a semiconductor device

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