JP2001102594A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体素子及びその製造方法

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JP2001102594A
JP2001102594A JP27868999A JP27868999A JP2001102594A JP 2001102594 A JP2001102594 A JP 2001102594A JP 27868999 A JP27868999 A JP 27868999A JP 27868999 A JP27868999 A JP 27868999A JP 2001102594 A JP2001102594 A JP 2001102594A
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Japan
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semiconductor layer
forming
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semiconductor device
layer
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JP27868999A
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English (en)
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Masumi Ido
眞澄 井土
Masaharu Terauchi
正治 寺内
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いたア
クティブマトリクス型液晶表示装置において、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタのリーク電流は大きい。リーク
電流が増大すると電圧保持特性が劣化し、画質の低下を
伴うため、問題となる。 【解決手段】 絶縁性基板上に形成されたチャネル領
域、ソース・ドレイン領域を構成する半導体層と、絶縁
層とゲート電極と前記半導体層に電気的に接触するソー
ス・ドレイン電極とを少なくとも有する半導体素子であ
って、前記半導体層のチャネル領域は多結晶半導体層で
形成されており、ソース・ドレイン領域は非晶質半導体
層で形成する。

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及びその製造方法に関するもので
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(AM−LCD)
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】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AM−LCDの研究開発が盛んに行われて
おり、特に中小型のAV用、車載用液晶表示装置として
応用展開されている。
【0004】以下、半導体素子の一例としてかかるpo
ly−Si TFTの一般的な構成について、図3を用
いて説明する。図3にpoly−Si TFTの構成断
面図を示す。図3において、1は絶縁性基板、2はアン
ダーコート層、3は3cのチャネル領域、3s、3dの
ソース・ドレイン領域を構成する半導体層であり、半導
体層3の全領域は、poly−Siで形成されている。
4はゲート絶縁層、5はゲート電極、6は層間絶縁層、
7s、7dはそれぞれソース、ドレイン電極である。
【0005】次に、図3に示したpoly−Si TF
Tの製造方法を説明する。絶縁性基板1上にアンダーコ
ート層2を形成し、前記アンダーコート層2上に半導体
層3としてa−Siを形成する。次に前記a−Siを結
晶化によってpoly−Siの改質層とした後、所定の
形状に島化する。この後、ゲート絶縁層4を形成し、前
記ゲート絶縁層4上にゲート電極5を選択形成する。前
記ゲート電極5をマスクとして用いて、前記半導体層3
にイオン注入方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。続いて層間絶縁層6を形
成した後、コンタクトホールを開口し、ソース電極7
s、ドレイン電極7dを選択形成してTFTを完成す
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図4にTFTの電流−
電圧特性を示す。図4からわかるように、上記したよう
なpoly−Si TFTはa−Si TFTに比べ
て、移動度は非常に高いが、リーク電流が大きいことが
課題である。特に画像表示部のpoly−Si TFT
に対しては、リーク電流が増大すると電圧保持特性が劣
化し、画質の低下を伴うため、極めて問題となる。
【0007】一方、a−Si TFTはpoly−Si
TFTに比べて、移動度は低いがリーク電流は小さ
い。これは、a−Siはpoly−Siに比べて、Si
のダングリングボンドが水素イオンにターミネートされ
やすく、半導体層中の欠陥が低減されるためである。
【0008】poly−Si TFTにおいても、LD
D構造を採用し、ドレイン端での電界を緩和することに
より、リーク電流が低減される。
【0009】これらのことから、リーク電流に対して、
半導体層のチャネル領域とドレイン領域の境界付近の欠
陥が大きく起因しているといえる。
【0010】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、半導体層のチャネル領域とドレイン領域の境界付近
の欠陥を低減し、リーク電流を抑えることにより、高性
能な半導体素子及びその製造方法を提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体素子及びその製造方法が、具体的に講
じた手段は以下の通りである。
【0012】本発明の請求項1記載の半導体素子は、半
導体層のチャネル領域は多結晶半導体層で形成されてお
り、ソース・ドレイン領域は非晶質半導体層で形成され
ていることを特徴としたものである。本発明によれば、
非晶質半導体層は多結晶半導体層に比べて、活性化及び
水素化処理時に水素イオンにより半導体層中のダングリ
ングボンドがターミネートされやすく、チャネル領域と
ドレイン領域との境界付近の欠陥を低減することによ
り、高移動度を維持したまま、リーク電流を低減できる
といった効果を有する。
【0013】本発明の請求項2記載の半導体素子は、半
導体層として最も一般的であるSiもしくはSiとGe
の化合物を用いることによって、信頼性に富み、低コス
トの半導体素子が得られる。
【0014】本発明の請求項3記載の半導体素子の製造
方法は、半導体層を形成する工程は、チャネル領域を多
結晶半導体層で形成する工程と、ソース・ドレイン領域
を非晶質半導体層を形成する工程とを含むことを特徴と
したものである。本発明によれば、非晶質半導体層は多
結晶半導体層に比べて、活性化及び水素化処理時に水素
イオンにより半導体層中のダングリングボンドがターミ
ネートされやすく、チャネル領域とドレイン領域との境
界付近の欠陥を低減することにより、高移動度を維持し
たまま、リーク電流を低減できるといった効果を有す
る。また、ソース・ドレイン領域を直接非晶質半導体層
で形成することから、イオン注入によるダメージも削減
できる。
【0015】本発明の請求項4記載の半導体素子の製造
方法は、半導体層として最も一般的であるSiもしくは
SiとGeの化合物を用いることにより、信頼性に富
み、低コストの半導体素子が得られる。
【0016】本発明の請求項5記載の半導体素子の製造
方法は、多結晶半導体層を形成する工程は、非晶質半導
体層にエネルギービームを照射して結晶化させるもしく
は熱処理して結晶化させることを特徴としたものであ
る。本発明によれば、非晶質半導体層を結晶粒が大き
く、結晶粒界の少ない良質な多結晶半導体層に改質する
ことができる。
【0017】本発明の請求項6記載の半導体素子の製造
方法は、エネルギービームとしてエシマレーザー光を含
むことにより、波長が短くレーザー光の吸収率が良いた
め、より効率的な結晶化が可能である。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る半導体素子及びその製造方法について、図面を参照に
しながら説明する。
【0019】(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断面図である。図1にお
いて、1は絶縁性基板、2はアンダーコート層、3は3
cのチャネル領域、3s、3dのソース・ドレイン領域
を構成する半導体層である。4はゲート絶縁層、5はゲ
ート電極、6は層間絶縁層、7s、7dはそれぞれソー
ス、ドレイン電極を示している。
【0020】本実施の形態の特徴は、半導体層3の部分
であり、図1における半導体層3のチャネル領域3cは
多結晶シリコン薄膜で形成されており、ソース・ドレイ
ン領域3s、3dは低抵抗な非晶質シリコン薄膜で形成
されている。
【0021】この構成によれば、図4のTFTの電流−
電圧特性に示すように、ソース・ドレイン領域3s、3
dを非晶質シリコン薄膜で形成することによって、活性
化及び水素化処理時に多くの水素イオンにシリコンのダ
ングリングボンドがターミネートされることによって、
欠陥を減少することができ、多結晶シリコン薄膜を用い
た時の課題であるリーク電流の増加を低減することがで
きる。一方、チャネル領域3cは多結晶シリコン薄膜で
形成されていることから、高移動度な特性は維持でき
る。
【0022】なお、本発明実施の形態1では、半導体層
としてSiを用いたが、他の材料としてSiとGeの化
合物であっても構わない。
【0023】(実施の形態2)図2は本発明の実施の形
態2における半導体素子の製造工程断面図である。
【0024】まず、図2(a)に示すように、絶縁性基
板1上にCVD法にてアンダーコート層2としてSiO
2を形成し、前記アンダーコート層2上にCVD法にて
非晶質シリコン薄膜としてa−Siを形成する。
【0025】次に、図2(b)に示すように、前記a−
Siにエキシマレーザーを照射してpoly−Siに改
質した後、フォトリソグラフィー及びエッチング技術に
より、チャネル領域の形状にパターニングする。
【0026】次に、図2(c)に示すように、CVD法
にて非晶質シリコン薄膜として低抵抗なn+a−Siを
形成した後、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・ドレイン領域の形状にパターニングし、
半導体層3部を形成する。
【0027】その後、図2(d)に示すように、CVD
法にてゲート絶縁層4としてSiO 2を形成し、前記ゲ
ート絶縁層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5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。続いてCVD法にて層間絶縁層6として
SiO2を形成した後、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7としてAl/Ti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7dを所定の形状にパターニングする。最後に水
素化処理を行いTFTを完成する。
【0028】その結果、高移動度で、リーク電流の小さ
い半導体素子を得ることができた。
【0029】なお、本発明実施の形態2では、非晶質シ
リコン薄膜を多結晶シリコン薄膜に改質する方法とし
て、エキシマレーザーを照射する方法を用いたが、熱処
理によって行う方法であっても構わない。また、エネル
ギービームとしてエキシマレーザーを用いたが、他のエ
ネルギービーム、Arレーザー、YAGレーザー等のレ
ーザー光、イオンビーム、電子ビーム等が使用できる。
【0030】半導体層としてSiを用いたが、他の材料
としてSiとGeの化合物であっても構わない。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体層
のチャネル領域は多結晶半導体層で形成し、ソース・ド
レイン領域は非晶質半導体層で形成することにより、リ
ーク電流を抑えることができ、高性能な半導体素子及び
その製造方法を得ることができる。
【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の構
成断面図
【図2】本発明の実施の形態2における半導体素子の製
造工程断面図
【図3】一般的なpoly−Si TFTの構成断面図
【図4】TFTの電流−電圧特性を示す図
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 アンダーコート層 3 半導体層 4 ゲート絶縁膜 5 第1の電極(ゲート電極) 6 層間絶縁膜 7 第2の電極(ソース・ドレイン電極)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F110 AA01 AA06 BB01 CC01 DD13 DD24 EE44 FF02 FF29 GG01 GG02 GG13 GG35 GG44 HK09 HK16 HK34 HL03 HL04 HL11 HL23 HM15 NN02 NN23 NN35 PP01 PP03 PP08 QQ21

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板上に形成されたチャネル領
    域、ソース・ドレイン領域を構成する半導体層と、絶縁
    層とゲート電極と前記半導体層に電気的に接触するソー
    ス・ドレイン電極とを少なくとも有する半導体素子であ
    って、前記半導体層のチャネル領域は多結晶半導体層で
    形成されており、ソース・ドレイン領域は非晶質半導体
    層で形成されていることを特徴とする半導体素子。
  2. 【請求項2】 前記半導体層はSiもしくはSiとGe
    の化合物であることを特徴とする請求項1記載の半導体
    素子。
  3. 【請求項3】 絶縁性基板上に半導体層を形成する工程
    と、絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に所定の形
    状の第1の電極を形成する工程と、第2の電極を形成す
    る工程とを少なくとも含む半導体素子の製造方法であっ
    て、前記半導体層を形成する工程は、チャネル領域を多
    結晶半導体層で形成する工程と、ソース・ドレイン領域
    を非晶質半導体層で形成する工程とを含むことを特徴と
    する半導体素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記半導体層はSiもしくはSiとGe
    の化合物であることを特徴とする請求項3記載の半導体
    素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 多結晶半導体層を形成する工程は、非晶
    質半導体層にエネルギービームを照射して結晶化させる
    もしくは熱処理して結晶化させることを特徴とする請求
    項3記載の半導体素子の製造方法。
  6. 【請求項6】 エネルギービームはエキシマレーザー光
    を含むことを特徴とする請求項5記載の半導体素子の製
    造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7745828B2 (en) 2007-01-11 2010-06-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic light emitting device and manufacturing method thereof

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