JP2501451B2 - 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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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関
し、特にアクティブマトリックス型平面ディスプレイ表
示パネル等に用いられる多結晶シリコン薄膜トランジス
タ及びその製造方法に係わる。
[従来の技術] 近年、大面積、高性能なアクティブマトリックス型平
面ディスプレイ表示パネルの実現を目的として、半導体
薄膜に多結晶シリコン膜を用い、高速なスイッチング特
性を有する薄膜トランジスタの開発が進められている。
このアクティブマトリックス型平面ディスプレイ表示パ
ネルの低価格化を実現するためには、薄膜トランジスタ
を形成する基板として安価なガラスを用いる必要があ
る。このため、薄膜トランジスタの製造工程を600℃以
下にする必要がある。
ところで、薄膜トランジスタは従来より第4図(A)
〜(D)に示す工程により製造されていた。まず、第4
図(A)に示すように絶縁基板1に減圧CVD法等の方法
により多結晶シリコン膜2を形成する。つづいて、多結
晶シリコン膜2を含む絶縁基板1上にプラズマCVD法、
減圧CVD法等によりゲート絶縁膜3を形成した後、該ゲ
ート絶縁膜3上にモリブデンなどの金属や多結晶シリコ
ンからなるゲート電極4を選択的に形成する(同図
(B)図示)。ひきつづき、ゲート電極4をマスクとし
てリン、砒素などのn型不純物、又はボロンなどのp型
不純物を多結晶シリコン膜2にイオン注入法により打ち
込む。その後、900℃以上の温度で熱処理して打ち込ま
れた不純物を活性化して多結晶シリコン膜2中にソース
領域5、ドレイン領域6を夫々形成する(同図(C)図
示)。次いで、層間絶縁膜7を全面に堆積した後、前記
ソース領域5、ドレイン領域6上のゲート絶縁膜3及び
層間絶縁膜7にコンタクトホールを夫々開孔し、更に該
層間絶縁膜7上に該コンタクトホールを通して前記ソー
ス領域5、ドレイン領域6と接続する配線8、9を形成
して薄膜トランジスタを完成する(同図(D)図示)。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の方法にあってはイオン注入
によりソース領域5及びドレイン領域6を形成する工程
において、600℃以上の温度下での活性化処理が必要で
あるため、該温度下で溶融等の熱劣化を生じる安価なガ
ラス基板に薄膜トランジスタを形成できないという問題
があった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、安価なガラスを基板として使用可能な薄膜ト
ランジスタ、及びかかるトランジスタを簡単な工程に製
造し得る方法を提供しようとするものである。
[問題点を解決するための手段] 本願第1の発明は、半導体薄膜として多結晶シリコン
膜を用いた薄膜トランジスタにおいて、シース・ドレイ
ン領域が前記多結晶シリコン膜上に積層され、かつn型
又はp型不純物を含むことにより低抵抗化された微結晶
シリコン膜よりなることを特徴とする薄膜トランジスタ
である。
本願第2の発明は、半導体薄膜として多結晶シリコン
膜を用いた薄膜トランジスタの製造において、シランガ
スの分解により前記多結晶シリコン膜の少なくともソー
ス・ドレイン形成予定部上にn型又はp型不純物を含む
ことにより低抵抗化された微結晶シリコン膜を、前記多
結晶シリコン膜以外にアモルファスシリコン膜を同時に
堆積する工程と、このアモルファスシリコン膜を選択的
に除去することにより前記多結晶シリコン膜上に微結晶
シリコン膜を残存させてソース・ドレイン領域を形成す
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
の製造方法である。
[作用] 本発明の薄膜トランジスタによれば、ソース・ドレイ
ン領域として多結晶シリコン膜上に積層され、かつn型
又はp型不純物を含むことにより低抵抗化された微結晶
シリコン膜より形成することによって、従来のようにソ
ース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入、600
℃以上の温度下での活性化下処理が不要なり、低温工程
でソース・ドレイン領域の可能となる。その結果、安価
なガラス基板を用いて良好な電気的特性を有する薄膜ト
ランジスタを実現できる。また、本発明方法によれば既
述した安価なガラス基板を備え、良好な電気的特性を有
する薄膜トランジスタを簡単な工程により製造すること
ができる。
[発明の実施例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
実施例1 まず、第1図(A)に示すように絶縁基板11に減圧CV
D法等の方法により多結晶シリコン膜12を形成する。つ
づいて、同図(B)に示すように例えばプラズマCVD法
によりシランガス(SiH4)とフォスフィンガス(PH3
を原料ガスとして300℃の温度下にて、多結晶シリコン
膜12を含む絶縁基板11上に微結晶シリコン膜13を堆積す
る。この微結晶シリコン膜13は、リンのような不純物の
添加により容易に低抵抗化される。
次いで、前記微結晶シリコン膜13をパターニングして
大部分が前記多結晶シリコン膜12上に積層されたソース
領域14及びドレイン領域15を形成する。つづいて、プラ
ズマCVD法やスパッタリング法等により全面にゲート絶
縁膜16を形成した後、該ゲート絶縁膜16上に例えばアル
ミニウムからなるゲート電極17を選択的に形成する(同
図(C)図示)。ひきつづき、全面に層間絶縁膜18を堆
積した後、前記ソース領域14、ドレイン領域15上のゲー
ト絶縁膜16及び層間絶縁膜18にコンタクトホールを夫々
開孔し、更に該層間絶縁膜18上に該コンタクトホールを
通して前記ソース領域14、ドレイン領域15と接続する配
線19、20を形成して薄膜トランジスタを完成する(同図
(D)図示)。
本実施例1の薄膜トランジスタの製造方法によれば、
ソース・ドレイン領域14、15に微結晶シリコン膜を用い
たため、ソース・ドレイン領域14、15の形成が300℃の
低温で行なうことができ、安価なガラス基板11を使用す
ることができる。
また、本実施例1により製造された薄膜トランジスタ
はソース・ドレイン領域14、15が300℃で形成された微
結晶シリコン膜からなるため、それらの抵抗率が0.1Ωc
mであり、ソース・ドレイン領域14、15の抵抗値が1μ
mゲート幅あたり約50KΩと低くできる。このため、1
μmゲート幅あたりのチャンネル抵抗が約500KΩである
通常の多結晶シリコン薄膜トランジスタにおいてはソー
ス・ドレイン領域の電気抵抗の影響がないことから、微
結晶シリコン膜をソース・ドレイン領域として充分に使
用でき、本発明による薄膜トランジスタの特性低下はな
い。事実、本実施例1における薄膜トランジスタは第3
図に示すように良好なドレイン電圧−ドレイン電流特性
が得られた。
実施例2 まず、第2図(A)に示すように絶縁基板21に減圧CV
D法等の方法により多結晶シリコン膜22を形成した後、
該多結晶シリコン膜22上にシリコン酸化膜23を選択的に
形成する。つづいて、例えばプラズマCVD法により500sc
cmの10%水素希釈シランガスと20sccmの1%水素希釈フ
ォスフィンガスを原料ガスとして300℃、高周波電力0.3
W/cm2、圧力1torrの条件下でシリコン膜を堆積する。こ
の時、同図(B)に示すように多結晶シリコン膜22上に
はリンがドープされた微結晶シリコン膜24が形成され、
ガラス基板21及びシリコン酸化膜23上にはアモルファス
シリコン膜25が形成される。次いで、例えばフッ酸と硝
酸と酢酸の混液、水酸化カリウム溶液、又はフッ酸と重
クロム酸カリウムの混液で処理する。この時、同図
(C)に示すようにアモルファスシリコン膜25のみが選
択的に除去され、残存した低抵抗の微結晶シリコンから
なるソース領域26、ドレイン領域27が形成される。
本実施例2によれば、実施例1のように微結晶シリコ
ンからなるソース・ドレイン領域を形成するためのレジ
スト塗布、露光、現像、レジスト除去を行なうパターニ
ング工程が不要となる。また、シリコン酸化膜23をゲー
ト絶縁膜として用いれば該ゲート絶縁膜に対してソース
・ドレイン領域26、27を自己整合で形成できる。
なお、上記実施例では微結晶シリコン膜を低抵抗化す
るために不純物源としてフォスフィンを用いたが、これ
に限定されない。例えば、リンの水素化物、ボロンの水
素化物、砒素の水素化物を用いてもよい。
上記実施例1では、微結晶シリコン膜をプラズマCVD
法により堆積したが、これに限定されない。例えば光CV
D法によっても600℃以下の温度で微結晶シリコン膜を形
成することができる。
上記実施例2では、多結晶シリコン膜上に微結晶シリ
コン膜を形成し、ガラス基板上にアモルファスシリコン
膜を形成するために上記条件下でのプラズマCVD法によ
り行なったが、ガラス基板上にアモルファスシリコンを
形成できるほとんどの条件で多結晶シリコン膜上に微結
晶シリコン膜の堆積を行なうことができる。
[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれば600℃以下の低温
工程でソース・ドレイン領域を形成でき、安価なガラス
基板を用いて良好な電気的特性を有する薄膜トランジス
タを実現でき、更に安価なガラス基板を備え、良好な電
気的特性を有する薄膜トランジスタを簡単な工程により
製造できる等顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(D)は本発明の実施例1における薄膜
トランジスタの製造工程を示す断面図、第2図(A)〜
(C)は本発明の実施例2におけるソース・ドレイン領
域の形成工程を示す断面図、第3図は実施例1により製
造された薄膜トランジスタのドレイン電圧−ドレイン電
流特性図、第4図(A)〜(D)は従来の薄膜トランジ
スタの製造工程を示す断面図である。 11、12……ガラス基板、12、22……多結晶シリコン膜、
13、24……微結晶シリコン膜、14、26……ソース領域、
15、27……ドレイン領域、16……ゲート絶縁膜、17……
ゲート電極、23……シリコン酸化膜、25……アモルファ
スシリコン膜。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体薄膜として多結晶シリコン膜を用い
    た薄膜トランジスタにおいて、ソース・ドレイン領域が
    前記多結晶シリコン膜上に積層され、かつn型又はp型
    不純物を含むことにより低抵抗化された微結晶シリコン
    膜よりなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】半導体薄膜として多結晶シリコン膜を用い
    た薄膜トランジスタの製造において、シランガスの分解
    により前記多結晶シリコン膜の少なくともソース・ドレ
    イン形成予定部上にn型又はp型不純物を含むことによ
    り低抵抗化された微結晶シリコン膜を、前記多結晶シリ
    コン膜以外にアモルファスシリコン膜を同時に堆積する
    工程と、このアモルファスシリコン膜を選択的に除去す
    ることにより前記多結晶シリコン膜上に微結晶シリコン
    膜を残存させてソース・ドレイン領域を形成する工程と
    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。
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