JP2001111055A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ及びその製造方法

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JP2001111055A
JP2001111055A JP28436299A JP28436299A JP2001111055A JP 2001111055 A JP2001111055 A JP 2001111055A JP 28436299 A JP28436299 A JP 28436299A JP 28436299 A JP28436299 A JP 28436299A JP 2001111055 A JP2001111055 A JP 2001111055A
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Japan
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forming
insulating film
polycrystalline
side wall
film
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JP28436299A
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English (en)
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Masaharu Terauchi
正治 寺内
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶Si薄膜トランジスタのLDD領域は、不純
物の注入により形成されるため損傷を受ける。また、従
来のLDD作成工程は、多くの不純物注入工程を含んでい
るため工程が複雑になる。多結晶Siの水素化工程もコス
ト高の要因となる。 【解決手段】 ゲート電極側面に絶縁膜で形成されるサ
イドウォール中に、チャネル部の導電型と反対符号の固
定電荷を導入することで、サイドウォール下部の多結晶
Si領域にキャリアが誘起され、抵抗を下げることで、多
結晶Si膜への不純物注入無しに、実効的にLDD領域を
形成する。また、サイドウォール形成用の絶縁膜を水素
あるいは窒素、その両方を含む雰囲気中で形成すること
で、水素化工程を兼ねるという効果を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
(TFT)に関する。特に本発明はアクティブマトリク
ス回路のスイッチング素子及び駆動回路に用いる薄膜ト
ランジスタ(TFT)に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶表示装置は、市場の拡大に伴
い、大型化、高精細化、高輝度化へと開発が進められて
いる。その中でも、特に画素スイッチ素子、駆動回路を
基板に組み込んだ、一体型のアクティブマトリックス液
晶表示装置は、将来の液晶表示装置の主流と目され研究
開発が進められている。基板に形成される画素スイッチ
素子、駆動回路は、多結晶シリコン薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタ(p−SiTFT)で構成されている。
【0003】しかし、多結晶Si薄膜トランジスタは、オ
フ電流(リーク電流)が大きく、液晶表示装置の画素ス
イッチ素子として使用する場合には問題があった。ま
た、多結晶Si薄膜トランジスタは長時間の駆動におい
て、単結晶SiMOS型トランジスタと同様に、ホットキャ
リアによりオン電流が低下するという、信頼性上の問題
があった。
【0004】従来、上記の課題を解決するために、単結
晶SiMOS型トランジスタで行われているように、ソース
・ドレイン領域に並地して、ソース・ドレイン領域と同
じ導電型でかつ不純物濃度が低い領域を設ける。いわゆ
る、Lightly doped Drain(LDD)構造が採用されている。
【0005】以下に従来のLDD構造の工程例を図3に示
す。絶縁性基板1上に、下地絶縁膜2を形成し、多結晶
Si膜3を所定領域にパターン形成する。そして、この多
結晶Si膜3上に、SiO2等のゲート絶縁層4を形成す
る。次に、ゲート電極5を所定領域にパターン形成す
る。さらに、このゲート電極をマスクとして、イオンド
ーピング等の手段によって不純物元素(リンやホウ素)
を導入し、自己整合的に不純物濃度が低い領域(LDD領
域)6、が多結晶Si膜3に形成される。その後、図3に
示すように次に、プラズマCVD、APCVD等の手段
によって、絶縁膜7を形成する。その後、絶縁膜7を異
方性エッチングすることによって、ゲート電極の側面に
隣接してサイドウォール(側壁)8を形成する。次に、
サイドウォール8とゲート電極5をマスクとして図3に
示すように、LDD領域6を形成した時と同じ導電型の不
純物のイオン注入を行い、多結晶Si膜3に自己整合的に
十分な高濃度の不純物領域(ソース/ドレイン領域)9
を形成する。その後注入した不純物の活性化処理を行
う。次に図4に示すように層間絶縁膜8を全表面に形成
する。このとき、そしてこの層間絶縁膜10とゲート絶
縁層4に、多結晶Si膜3のソース・ドレイン領域6に到
達するようにコンタクトホール11を開け、さらにその
コンタクトホール11を通してソース・ドレイン領域9
に接続されるソース・ドレイン電極12を形成する。こ
のようにして、Lightly doped Drain(LDD)構造の多結晶
Si薄膜トランジスタが形成される。通常、多結晶Si薄膜
トランジスタではこの後、特性を向上させるために多結
晶Si中のダングリングを終端するための処理(水素化)
が行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のLDD領域は、前
記のようにオフ特性、及び信頼性を保持する重要な部分
であるが、不純物の注入により形成されるために、損傷
を受ける。単結晶SiMOS型トランジスタでは活性化処理
を〜1000℃の高温で行うことで、損傷を回復させる
ことができるが、耐熱性の低い絶縁性基板を用いている
場合には、LDD部分の、十分な損傷回復ができず、TFT特
性、特にオフ特性に悪影響を与えていた。
【0007】また、上記のLDDを作成する工程では2回
の不純物注入を行っているが、通常、駆動回路を構成す
るためにはnチャネルとp-チャネルの2種屡のTFTを形
成する必要からさらに少なくとも1回の不純物注入が必
要となり、TFTの作製工程が複雑になり、コスト高の要
因となる。同じく、多結晶Siの水素化の工程もコスト高
の要因となる。
【0008】上記のLDD部分の損傷を避ける手段として
は、LDD部分に不純物を注入しない、いわゆるオフセッ
ト構造が挙げられるが、オフセット部分の抵抗が高くな
るため、TFTの能力を落としてしまうという欠点があっ
た。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる薄膜トラ
ンジスタはゲート電極の側面に隣接するサイドウォール
中、あるいはこの絶縁膜とその下部の多結晶Si領域の界
面に、チャネル部の導電型と反対符号の固定電荷(nチ
ャネルTFTの場合には正の電荷、pチャネルTFTの場合に
は負の電荷)を導入することで、サイドウォール下部の
多結晶Si領域にキャリアが誘起され、抵抗を下げること
で、多結晶Si膜への不純物注入無しに、実効的にLDD
領域を形成する。このため、LDD領域の多結晶Si膜に損
傷が入らないという効果を有している。また上記の固定
電荷の形成は、サイドウォール形成用の膜堆積時に膜中
に導入する方法や、ゲート電極形成後にセシウム、塩素
などのイオン注入を行なう方法などによって実現でき
る。
【0010】イオン注入で固定電荷を形成する場合は、
固定電荷の制御がより正確に行えるという効果を有して
いる。また、サイドウォール形成用の絶縁膜を水素ある
いは窒素、その両方を含む雰囲気中で形成することで、
水素化工程を兼ねるという効果を有している。また、そ
のサイドウォール形成用の絶縁膜をプラズマCVD法で作
製することで、プラズマの効果で、前記水素化がより効
果的に行われるという効果を有している。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
【0012】(実施例1)図1は、本発明を用いたnチ
ャネルTFTの一実施例を示す断面図である。
【0013】絶縁性基板1上に、下地絶縁膜2を形成
し、多結晶Si膜3を所定領域にパターン形成する。そし
て、この多結晶Si膜3上に、SiO2等のゲート絶縁層
4を形成する。次に、ゲー電極5を所定領域にパターン
形成する。さらに、図3に示すように、プラズマCVD
法でSiH4、NH3、H2、N2を含む雰囲気中で、正の固
定電荷を有するSiNx膜13を形成する(形成条件に
より、SiNxが正の固定電荷を有することは、例えば
「半導体・集積回路技術シンポジウム Vol.34 p.97〜10
2(1988)」に示されている)。その後、SiNx膜13を
異方性エッチングすることによって、ゲート電極の側面
に隣接してサイドウォール(側壁)14を形成する。サ
イドウォール(SiNx)中の正の固定電荷により、下部の多
結晶Si領域にキャリアが誘起され、多結晶Si膜への不純
物注入無しに、実効的なLDD領域15が形成される。
次に、サイドウォール14とゲート電極5をマスクとし
て図1に示すように不純物(P)の注入を行い、多結晶Si
膜3に自己整合的に十分な高濃度の不純物領域(ソース
/ドレイン領域)9を形成する。その後注入した不純物
の活性化処理を行う。次に図1に示すように層間絶縁膜
10を全面に形成する。そしてこの層間絶縁膜10とゲ
ート絶縁層4に、多結晶Si膜3のソース・ドレイン領域
9に到達するようにコンタクトホール11を開け、さら
にそのコンタクトホール11を通してソース・ドレイン
領域9に接続されるソース・ドレイン電極12を形成す
る。
【0014】上記の実施例では、サイドウォールを形成
するSiNxを水素原子及び窒素原子を含む雰囲気で、プラ
ズマCVD法で行っているため、多結晶Si膜のダングリ
ングボンドの終端もSiNx形成と同時に行われるという効
果を有している。
【0015】図4に本発明に係る薄膜トランジスタの特
性を実線で示す。比較のために、図3に示した従来の薄
膜トランジスタの特性を点線で示す。この図から明らか
なように本発明の薄膜トランジスタはオフ特性が改善し
ていることがわかる。
【0016】(実施例2)図2は、本発明を用いたnチ
ャネルTFTの一実施例を示す断面図である。絶縁性基板
1上に、下地絶縁膜2を形成し、多結晶Si膜3を所定領
域にパターン形成する。
【0017】そして、この多結晶Si膜3上に、ゲート絶
縁層としてSiO2膜4を形成する。次に、ゲート電極
5を所定領域にパターン形成する。さらに、図2に示す
ように、プラズマCVDあるいはAPCVD法でSiO2膜1
6を形成する。その後、SiO2膜15中に正の固定電
荷を形成するために、セシウムイオン注入する(イオン
注入されたセシウムがSiO2中で正電荷となること
は、例えば、IEEE Trans.Electron Devices,ED-34(198
7)28に示されている)。
【0018】SiO2膜15を異方性エッチングするこ
とによって、ゲート電極の側面に隣接してサイドウォー
ル(側壁)17を形成する。実施例1とは違い、ゲート
絶縁膜とサイドウォール形成用絶縁膜が同じSiO2
あるために、異方性エッチングにより、多結晶Si3をエ
ッチングのストッパーとする。サイドウォール(Si
2)中の正の固定電荷により、下部の多結晶Si領域にキ
ャリアが誘起され、多結晶Si膜への不純物注入無しに、
実効的なLDD領域15が形成される。次に、サイドウ
ォール17とゲート電極5をマスクとして図2に示すよ
うに不純物(P)の注入を行い、多結晶Si膜3に自己整合
的に十分な高濃度の不純物領域(ソース/ドレイン領
域)9を形成する。その後注入した不純物の活性化処理
を行う。次に図4に示すように層間絶縁膜10を全面に
形成する。そしてこの層間絶縁膜10とゲート絶縁層4
に、多結晶Si膜3のソース・ドレイン領域9に到達する
ようにコンタクトホール11を開け、さらにそのコンタ
クトホール11を通してソース・ドレイン領域9に接続
されるソース・ドレイン電極12を形成する。
【0019】上記の実施例では、サイドウォールへセシ
ウムイオン注入することで、固定電荷を形成しているの
で、固定電荷の制御がより正確に行えるという効果を有
している。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、実効
的なLDD領域を不純物注入を行うこと無く形成でき、LDD
領域の損傷を避けることができる。さらにサイドウォー
ル形成のための絶縁膜を成膜中に固定電荷を導入するこ
とで、不純物の注入工程を少なくすることができる。
【0021】また、サイドウォール形成のための絶縁膜
の形成を水素あるいは窒素、若しくはその両方を含む雰
囲気で形成することで、多結晶Si膜の水素化工程を省く
という効果も有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜トランジスタの作製プロセスの一
例を示す図
【図2】本発明の薄膜トランジスタの作製プロセスの一
例を示す図
【図3】従来の薄膜トランジスタの作製プロセスの一例
を示す図
【図4】本発明の薄膜トランジスタの特性の一例を示す
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 下地絶縁膜 3 多結晶Si膜 4 ゲート絶縁層 5 ゲート電極 6 LDD領域 7 サイドウォール形成用絶縁膜 8 サイドウォール 9 ソース・ドレイン領域 10 層間絶縁膜 11 コンタクトホール 12 ソース・ドレイン電極 13 サイドウォール形成用SiNx 14 サイドウォール(SiNx) 15 実効的LDD領域 16 サイドウォール形成用SiO2 17 サイドウォール(SiO2)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H092 JA46 KA04 KA12 KB25 MA08 MA27 NA22 NA27 NA29 5F058 BB04 BB07 BC08 BF07 BF23 BF30 BJ01 BJ07 5F110 AA06 AA13 AA16 AA19 BB02 CC02 EE32 EE45 EE50 FF02 GG02 GG13 HJ01 HJ13 HJ23 HM15 NN03 NN23 NN35 NN40 QQ04 QQ11 QQ25

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも表面が絶縁性物質である基板
    上に形成された所定形状の半導体薄膜、その上に形成さ
    れたゲート絶縁膜、その上に形成されたゲート電極、そ
    のゲート電極の側壁部分に絶縁膜で形成されたサイドウ
    ォールを有し、前記サイドウォールの両側にソース、ド
    レイン領域が形成された薄膜トランジスタにおいて、前
    記サイドウォール中に、nチャネル薄膜トランジスタな
    らば固定正電荷、pチャネル薄膜トランジスタならば固
    定負電荷を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】 少なくとも表面が絶縁性物質である基板
    上に所定形状の半導体薄膜を形成する工程と、その上に
    ゲート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上に
    ゲート電極を形成する工程と、このゲート電極の側壁部
    に絶縁膜で形成されたサイドウォールを形成する工程
    と、前記サイドウォールに固定電荷となる元素を、サイ
    ドウォール形成用の絶縁膜を形成後、サイドウォールに
    加工する前に注入する工程とを具備したことを特徴とす
    る薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 少なくとも表面が絶縁性物質である基板
    上に所定形状の多結晶Si薄膜を形成する工程と、その上
    にゲート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上
    にゲート電極を形成する工程と、このゲート電極の側壁
    部に絶縁膜で形成されたサイドウォールを形成する工程
    を有し、前記サイドウォール形成用の絶縁膜を形成する
    時に、水素、もしくは窒素、あるいはその両方を含む雰
    囲気中で形成することを特徴とする薄膜トランジスタの
    製造方法。
  4. 【請求項4】 このサイドウォール形成用の絶縁膜を形
    成する時に、プラズマCVD法を用い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の製造方法。
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