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

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祐介 内田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高濃度不純物層から不純物が半導体層に拡散す
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、NプラズマもしくはHe/N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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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及びそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】逆スタガ構造の薄膜トランジスタ(以
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。
【0003】特に半導体層として、非晶質シリコン(以
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.
5cm/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。
【0004】そこで、a−Si膜にレーザビーム等を照
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。
【0005】ここで、レーザアニールを適用した製造プ
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。
【0006】その後、エキシマレーザを照射し、a−S
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。
【0007】また、TFTを構成する部分の島状加工、
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。
【0008】さらに、パッシベーション膜9が被着形成
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。
【0009】ゲート絶縁膜及びa−Si膜形成後にレー
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。
【0010】また、n−Si膜の選択除去が完了した
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。
【0011】液晶ディスプレイの場合、上述した従来技
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。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
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。
【0013】本発明は、高濃度不純物層から不純物が半
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。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる薄膜半導
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。
【0015】好ましい実施の形態によれば、この窒化層
は、プラズマ照射によって形成される。
【0016】さらに典型的な実施の形態によれば、この
窒化層は、He/Nプラズマ又はNプラズマの照射
によって形成される。
【0017】また、前記半導体層は、レーザアニールに
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。
【0018】他方、本発明にかかる薄膜半導体装置の製
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。
【0019】好ましい実施の形態によれば、前記窒化層
は、He/Nプラズマ又はNプラズマの照射によっ
て形成される。
【0020】本発明にかかる他の薄膜半導体装置の製造
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。
【0021】
【発明の実施の形態】図1は、本発明にかかる薄膜半導
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。
【0022】まず、ガラス基板1上にクロム(Cr)膜
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。
【0023】そして、プラズマCVD法によりゲート絶
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。
【0024】続いて、He/Nプラズマを1分間照射
することによって薄い窒化層5を形成する。
【0025】さらに、n−Si膜6を300nmの膜
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/cm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。
【0026】a−Si膜4の結晶化後、TFTを形成す
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。
【0027】このような製造過程によって、例えば、電
解移動度20cm/V・sのTFTを形成できる。
【0028】本発明はゲート絶縁膜、a−Si膜、n
−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。
【0029】また、a−Si膜形成とn−Si膜形成
の間でHe/N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。
【0030】尚、上述の例では、a−Si膜4の堆積後
に、He/Nプラズマを照射することとしたが、He
/Nプラズマの代わりにN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。
【0031】また、上述の例では、ゲート電極、ゲート
絶縁膜、a−Si膜、He/N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。
【0032】
【発明の効果】本発明により、高濃度不純物層から不純
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる薄膜半導体装置の製造プロセス
のフローを示す図である。
【図2】本発明にかかる薄膜半導体装置の製造プロセス
中のレーザアニール時の構造断面図である。
【図3】一般的な薄膜半導体装置の製造プロセスのフロ
ーを示す図である。
【図4】a−Si膜上よりレーザアニールしたときの薄
膜半導体装置の構造断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 ゲート電極 3 ゲート絶縁膜 4 半
導体膜 5 薄い窒化層 6 n−Si膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F052 AA02 BB07 DA02 DB03 EA15 JA02 5F110 AA14 AA26 BB01 CC07 DD02 EE03 EE04 EE44 FF03 FF30 GG02 GG13 GG24 GG45 GG58 GG60 HK03 HK04 HK09 HK14 HK21 HK35 PP03 QQ09

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【請求項3】前記窒化層は、He/Nプラズマ又はN
    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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【請求項6】前記窒化層は、He/Nプラズマ又はN
    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。
  7. 【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。
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