JP2003060210A - 薄膜半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
薄膜半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
ることを効果的に防止すること 【解決手段】絶縁性基板1上にゲート電極2を形成した
後、プラズマCVD法でSiN膜、a−Si膜を形成す
る。その後、N2プラズマもしくはHe/N2プラズマ
処理等によりa−Si膜上部を窒化させ、n型シリコン膜
を堆積する。次に、エキシマレーザ等を照射し、a−S
i膜をpoly−Si膜に変換した後、ソース・ドレイン電
極を形成し、パッシベーション膜を形成する。この様に
して形成したTFTは特性のばらつきが小さく、再現性
にすぐれた薄膜トランジスタが製造できる。
Description
ート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、高濃度不純物層及
びソース・ドレイン電極を備えた薄膜半導体装置及びそ
の製造方法に関する。
下、TFT)は、ゲート絶縁膜、半導体層、高濃度不純
物層をプラズマCVD法により3層連続に形成できるた
め特性のばらつきが小さく、製造が容易である。そのた
め、従来から、逆スタガ構造のTFTは、液晶ディスプ
レイ(以下、LCD)用のアクティブマトリクス基板に
広く用いられている。
下a−Si)を用いるa−Si TFTは、a−Si膜が例
えば300℃の低温で成膜できるため、低融点の安価な
ガラス基板上に形成することが容易であるという利点を
有する。しかしながら、広い範囲に亘って均質なa−S
i膜を半導体層に用いた場合は、電界効果移動度が0.
5cm2/V・s程度と小さいため、LCDの高精細
化、大画面化、高速動作させることは困難である。
射するレーザアニールによりa−Si膜を結晶化して多
結晶Si(以下p−Si)に改質し、電界効果移動度を
向上させる方法が考えられている。特に、エキシマレー
ザはa−Si膜に対して吸収係数が大きく、ガラス基板
の温度上昇を防止することができる。そのため、安価な
低融点ガラスを使用して高移動度のTFTを形成でき、
LCDの高精細化、大画面化、高速動作が実現できる。
ロセスの例を図3を用いて説明する。まず、ガラス基板
1上にクロムやアルミニウム等によるゲート電極2を形
成する。そして、プラズマCVD法によって、ゲート絶
縁膜3及びa−Si膜4を順次形成する。
i膜4を結晶化させる。エキジマレーザを照射する様子
を図4に示す。図4に示されるように、エキシマレーザ
が上方からスキャニングされることによりレーザアニー
ルが実行される。次にオーミックコンタクト層としてn
型シリコン膜(以下、n+−Si膜と称す)を堆積す
る。さらに、TFTを構成する部分を島状加工する。そ
して、ソース電極7及びドレイン電極8を形成後、両電
極をマスクにチャネル部に対応する部分上のn+−Si
膜をドライエッチング法等で選択除去する。最後に、全
面にパッシベーション膜9を被着形成する。
ソース電極7及びドレイン電極8の形成及びn+−Si
膜の選択除去が完了した後に、エキシマレーザを照射す
ることも行なわれる。
された後に、エキシマレーザを照射することも提案され
ている。
ザ照射する従来の技術においては、a−Si膜上よりレ
ーザアニールしているため、特性は優れたものが得られ
る。しかし、a−Si膜とn+−Si膜は、不連続に形
成することになるため、工程数が増加すると共に、自然
酸化膜や不純物の影響により界面のコンタクトのばらつ
きや特性不良が生じ、TFTを形成した際の電気特性も
再現性・信頼性が問題となる。
後にレーザ照射する従来技術や、パッシベーション膜が
被着形成された後にレーザ照射する従来技術は、いずれ
もソース・ドレイン電極形成後にレーザアニールするプ
ロセスである。そのため、両電極の下部はアニールされ
ず非晶質の状態であり、抵抗の高い領域が電流の系路に
残る。さらには、ソース・ドレイン電極によりシャード
ーイング効果が起こり、レーザアニールされる領域も非
常にばらつく。また、パッシベーション膜形成後、レー
ザアニールする場合、干渉等の影響も加わりTFTの電
気特性もばらつき、再現性に問題がある。
術のように低移動度のTFTをスイッチング素子として
使用すると動作能力に限度があり、ディスプレイの大画
面化には適さない。また、a−Si膜を使用したTFT
では、高速動作が必要な回路を組むことは困難であり、
外付けされている駆動用LSIを画素部と同一基板上に
内蔵することも難しい。さらには、画素部のTFTがa
−Si膜で形成されている場合、駆動回路にかかる負荷
も大きく、回路内蔵を一層困難にしている。このよう
に、上述の従来技術では、大画面化や周辺駆動回路内蔵
による低コスト化、さらには、表示部以外の部分の小型
化等に対応することはできない。
は、上述の問題に加えて、n+−Si膜等の高濃度不純
物層から不純物がa−Si膜等の半導体層に拡散すると
いう問題がある。
導体層に拡散するという問題点を解決するためになされ
たものである。
体装置は、絶縁性基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、
半導体層、高濃度不純物層及びソース・ドレイン電極を
備えた薄膜半導体装置であって、前記半導体層におい
て、前記高濃度不純物層と接する部分に窒化層が形成さ
れ、前記半導体層は、結晶化されているものである。こ
のような薄膜半導体装置においては、高濃度不純物層か
ら半導体層へ不純物が拡散するという現象を抑制するこ
とができる。
は、プラズマ照射によって形成される。
窒化層は、He/N2プラズマ又はN2プラズマの照射
によって形成される。
よって結晶化される。これによって、安価な低融点ガラ
スを使用して高移動度の薄膜半導体装置を製造できる。
造方法は、絶縁基板上にゲート電極を形成するステップ
と、ゲート電極の形成後にゲート絶縁膜を形成するステ
ップと、ゲート絶縁膜形成後に非晶質の半導体層を形成
するステップと、前記半導体層形成後にプラズマ照射に
より窒化層を形成するステップと、プラズマ照射後に高
濃度不純物層を形成するステップと、レーザアニールを
実行するステップと備えたものである。このような薄膜
半導体装置の製造方法によって、高濃度不純物層から半
導体層へ不純物が拡散するという現象を抑制することが
できる。
は、He/N2プラズマ又はN2プラズマの照射によっ
て形成される。
方法は、絶縁基板上にゲート電極を形成するステップ
と、ゲート電極の形成後にゲート絶縁膜を形成するステ
ップと、ゲート絶縁膜形成後に非晶質の半導体層を形成
するステップと、前記半導体層形成後にプラズマ照射す
るステップと、プラズマ照射後に高濃度不純物層を形成
するステップと、前記非晶質の半導体層を結晶化するス
テップと備えたものである。このような薄膜半導体装置
の製造方法によって、高濃度不純物層から半導体層へ不
純物が拡散するという現象を抑制することができる。
体装置の製造フローを示す図である。各々の製造プロセ
スについて、薄膜半導体装置の構造断面図が示されてい
る。
やアルミニウム(Al)膜によりゲート電極2を形成す
る。このゲート電極2を形成するにあたっては、例え
ば、Arガスを用いたスパッタリング法が用いられる。
縁膜3、a−Si膜4を400nm、150nmの膜厚
で各々堆積する。このゲート絶縁膜3は、例えばSiN
x膜である。
することによって薄い窒化層5を形成する。
厚で堆積する。このn+−Si膜6は、オーミックコン
タクト層として機能する。その後、XeClエキシマレ
ーザを150〜200mJ/cm2でn+−Si膜6上
に照射することによって、a−Si膜4は、poly−
Si膜に改質される。即ち、a−Si膜4は結晶化され
る。このレーザ照射によるレーザアニールの様子を図2
に示す。図2に示されるように、XeClエキシマレー
ザは、上方からスキャニングされることによってレーザ
アニールが実行される。
る部分のSi膜をホト・エッチング工程によって島状加
工した後、Cr、Al等でソース・ドレイン電極を形成
する。次にチャネル上層部のn+−Si膜をドライエッ
チング法によって除去し、最後に、図示しないパッシべ
−ション膜を形成する。なお、以上の手順により形成し
た、これらのソース・ドレイン電極やパッシベーション
膜の構造は、図3に示す構造と同じである。
解移動度20cm2/V・sのTFTを形成できる。
−Si膜をプラズマCVD法で連続形成した後レーザア
ニールすることで、工程も容易でかつ特性の優れたTF
Tが形成できる。
の間でHe/N2プラズマ処理することで、a−Si膜
上に薄い窒化層が形成されることにより、n+−Si膜
中からの不純物がa−Si膜中に拡散することを防止で
きる。
に、He/N2プラズマを照射することとしたが、He
/N2プラズマの代わりにN2プラズマを照射すること
によっても同様に薄い窒化層5を形成することができ、
同様の効果を達成することができる。
絶縁膜、a−Si膜、He/N2プラズマ処理による窒
化層、n+−Si膜の形成の後、レーザビームを照射
し、島状加工をすることとしたが、これに限られない。
即ち、島状加工後にレーザビームを照射し、レーザアニ
ールするようにしてもよい。
物が半導体層に拡散することを効果的に防止することが
できる。
のフローを示す図である。
中のレーザアニール時の構造断面図である。
ーを示す図である。
膜半導体装置の構造断面図である。
導体膜 5 薄い窒化層 6 n+−Si膜
Claims (7)
- 【請求項1】絶縁性基板上にゲート電極、ゲート絶縁
膜、半導体層、高濃度不純物層及びソース・ドレイン電
極を備えた薄膜半導体装置であって、 前記半導体層において、前記高濃度不純物層と接する部
分に窒化層が形成され、 前記半導体層は、結晶化されている薄膜半導体装置。 - 【請求項2】前記窒化層は、プラズマ照射によって形成
されることを特徴とする請求項1記載の薄膜半導体装
置。 - 【請求項3】前記窒化層は、He/N2プラズマ又はN
2プラズマの照射によって形成されることを特徴とする
請求項2記載の薄膜半導体装置。 - 【請求項4】前記半導体層は、レーザアニールによって
結晶化されたことを特徴とする請求項1、2又は3記載
の薄膜半導体装置。 - 【請求項5】絶縁基板上にゲート電極を形成するステッ
プと、 ゲート電極の形成後にゲート絶縁膜を形成するステップ
と、 ゲート絶縁膜形成後に非晶質の半導体層を形成するステ
ップと、 前記半導体層形成後にプラズマ照射により窒化層を形成
するステップと、 プラズマ照射後に高濃度不純物層を形成するステップ
と、 レーザアニールを実行するステップと備えた薄膜半導体
装置の製造方法。 - 【請求項6】前記窒化層は、He/N2プラズマ又はN
2プラズマの照射によって形成されることを特徴とする
請求項5記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】絶縁基板上にゲート電極を形成するステッ
プと、 ゲート電極の形成後にゲート絶縁膜を形成するステップ
と、 ゲート絶縁膜形成後に非晶質の半導体層を形成するステ
ップと、 前記半導体層形成後にプラズマ照射するステップと、 プラズマ照射後に高濃度不純物層を形成するステップ
と、 前記非晶質の半導体層を結晶化するステップと備えた薄
膜半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001241738A JP2003060210A (ja) | 2001-08-09 | 2001-08-09 | 薄膜半導体装置及びその製造方法 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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-
2001
- 2001-08-09 JP JP2001241738A patent/JP2003060210A/ja active Pending
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