JP2682797B2 - 多結晶質薄膜トランジスターの製造方法 - Google Patents

多結晶質薄膜トランジスターの製造方法

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JP2682797B2
JP2682797B2 JP6042274A JP4227494A JP2682797B2 JP 2682797 B2 JP2682797 B2 JP 2682797B2 JP 6042274 A JP6042274 A JP 6042274A JP 4227494 A JP4227494 A JP 4227494A JP 2682797 B2 JP2682797 B2 JP 2682797B2
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俊彦 張
鴻志 林
孝義 林
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶質シリコン、ゲル
マニウム又はSi−Ge薄膜トランジスターおよびその
製造方法に関し、特に低温下で良好な品質の多結晶質シ
リコン、ゲルマニウム又はSi−Ge膜を直接成長さ
せ、イオンプラントの方法を利用しなくても低抵抗値で
特性のよいドレインおよびソースを得る工業生産に有用
な方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現今注目されている薄膜トランジスター
(TFTと略称)はもとはガラス上で製造され、現在で
はアモルファスシリコン(a−Siと略称)を利用して
製造されてなる。これにより製造されたTFTは既に液
晶表示スクリーン(LCDと略称)のスイッチ切替素子
として使用されているが、a−Siのキャリアモビリテ
ィが過度に低い(<1cm2/V.S)ため、周辺の駆動回路
の製作に使用できなかった。一方、多結晶質シリコンに
より製造されたTFTは比較的高いキャリアモビリティ
を有している(>10cm2/V.S)ため、a−SiのTFT
のこの方面における不足を補償できることから、もしこ
のa−SiのTFTを同時にガラス上に製造させること
ができれば、産品の機能およびコストに大いに寄与でき
ると知られていた。しかしながら製造プロセス中の温度
因子によりa−SiのTFTの発展のネックとなってい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】伝統のa−Siフィル
ムを成長する技術、例えば低圧化学気相溶着法(LPC
VD)において、品質の良好な多結晶質シリコンを得る
には温度が時には700℃を越えるため、低コストのガラ
ス上で成長することが考えられない。したがって600℃
以下の低温度化多結晶質シリコンの製造プロセスに発展
させることが今後のこの分野の努力の方向となってい
る。目前の技術として、一般に先ず約550℃でa−Si
を成長させてから炉管アニーリング処理(約550〜600
℃)を長時間(通常1〜3日)にわたって行い、結晶化
の多結晶質シリコンに生成させてなるが、この種の方法
は時間を要するために極めて不経済である外、イオンを
プラントした後のアニーリング処理に時間をも要するの
で、工業生産に適用されない。したがって比較的理想な
製造プロセスは低温下で直接良好な品質の多結晶質シリ
コンフィルムを成長させ、アニーリングする必要がな
く、かつイオンをプラントしなくても低抵抗値のドレイ
ンおよびソースを得ることであるとされている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の主たる目的は簡
単で効率の良い製造プロセスにより低温下で良好な品質
の多結晶質シリコン、ゲルマニウム又はSi−Geフィ
ルムを直接成長させ、かつ、イオンプラントの方法を利
用しなくとも低抵抗値で特性のよいドレインおよびソー
スを得、工業生産に寄与できることにある。本発明は低
温で多結晶質シリコン、ゲルマニウム又はSi−Ge薄
膜トランジスターおよびそれを製造する方法に関し、そ
の主たる着眼点はアンドープの多結晶質シリコン層をチ
ャネル層とすることにあり、超真空化学気相溶着法を利
用して行うので、低温下で直接良好な品質の多結晶質シ
リコン(Si−Ge)薄膜を成長でき、かつなんらのア
ニーリング処理をしなくとも低抵抗な特性の極めて良好
なドレインおよびソースを得ることができる外、スイッ
チ電流が106よりも大きく、電界効果のホール移動率が2
8cm2/V.Secに達する。そしてその形成手段として、アン
ドープの多結晶質シリコン層をチャネル層とし、多結晶
質シリコン上に選択的にエッチングすることにより多結
晶質Si−Geを限定し、さらに超真空化学気相溶着法
(UHV/CVD)で高品質の多結晶質−Siおよび多
結晶質Si−Geフィルムに低温成長させ、極めて低い
成長圧力(約1m torr)下にて成長を行い、HF/HN
3/CH3COOH溶液を利用して多結晶質Si−Ge
を選択的にエッチングすることで達成される。
【0005】本発明は、下記の工程を含むことを特徴と
する多結晶質薄膜トランジスターの製造方法である。 a)ガラスを基板とし、 b)低抵抗値の物質の薄膜を該基板上に成長させてゲー
トを形成し、 c)該基板上に低温で絶縁層を成長させてゲート誘電体
層を形成し、 d)低温でアンドープの多結晶質シリコンの薄膜を該基
板上に成長させ、 e)さらに低温でドープの多結晶質シリコン・ゲルマニ
ウムの薄膜を該アンドープの多結晶質シリコンの薄膜上
に成長させ、および f)該ドープの多結晶質シリコン・ゲルマニウムの薄膜
をHF/HNO3/CH3COOH溶液で選択的にエッチン
グしてソースおよびドレインを形成する。
【0006】以下本願の製造方法並びに同製法で製造さ
れた薄膜トランジスターについて2例を挙げて説明す
る。本発明の多結晶質シリコン、ゲルマニウム又はSi
−Ge薄膜トランジスターの製造方法は形成される素子
の相違により処理の順序も違ってくる。例えば A.ゲートが下に存在する多結晶質シリコン薄膜トラン
ジスターの製造方法: 通常のガラスを基板とし、低抵抗値の物質を該ガラスに
溶着してゲートを形成させ、その上に500℃の低温絶縁
層(例えば酸化珪素又は窒化珪素層)を成長させてゲー
ト誘電体層とし、550℃の低温でアンドープの多結晶質
シリコン層を成長させ、引き続きドープの多結晶質Si
−Geを再成長させてソース及びドレインを形成する。
上記低抵抗値の物質は耐高温の金属で、例えばクロム、
タングステン、珪化金属等、又はドープの多結晶質シリ
コン(Ge,Si−Ge)が使用される。なお、上記選
択的なエッチングはHF/HNO3/CH3COOH溶液で
完成され(この溶液は多結晶質Si−Geを多結晶質シ
リコン上にエッチングするが、アンドープ多結晶質シリ
コン層に対するエッチング比は10よりも大きい)、その
中該成長とドーププロセスは極めて低い成長圧力(約1
m torr)下で成長される。ドープの元素が硼素である
場合はP型トランジスターが形成され、燐、砒素(A
s)の場合はn型トランジスターが形成される。
【0007】B.ゲートが上にある多結晶質シリコン薄
膜トランジスターの製造方法: 通常のガラスを基板とし、その上に550℃の低温でアン
ドープの多結晶質シリコン層を成長させ、引き続きドー
プの多結晶質Si−Ge層を成長させ、その上に500℃
低温酸化層を形成させてソース及びドレイン区域を限定
し、先ずバッファード オキサイド エッチング(BO
E)溶液でドープの多結晶質Si−Ge層に低温酸化層
をエッチングした後、アンドープの多結晶質シリコン層
上にドープ多結晶質Si−Ge層を選択的にエッチング
してソースおよびドレインを形成させる。その後、さら
に500℃低温絶縁層を成長させてゲート誘電体層とし、
低抵抗値のゲート材質を溶着すると共にその区域を限定
し、HF/HNO3/CH3COOH溶液で選択的にエッチ
ングして完成させる。ドープ元素は硼素としてもよく、
これによりP型トランジスターを形成する。又は燐とし
てもよく、これによりn型トランジスターを形成する。
【0008】
【実施例】以下添付図を参照しながら好ましい実施例に
ついて説明すればより理解できるであろう。勿論、本発
明はこれら実施例に限定されるものではなく、添付の特
許請求の範囲を逸脱しない限り、種々の変更と修飾が許
容される。 A.ゲートが下にある多結晶質シリコン薄膜トランジス
ターの製造方法 図1では、ガラスを基板1とし、極めて低い成長圧力
(約1m torr)下において、超真空化学気相溶着法、
低圧化学気相溶着法、MBE又はガラス源MBEによ
り、該ガラス上に耐高温低抵抗値の金属又はドープの多
結晶質シリコン(Si−Ge)を溶着してゲート2を形
成させ、その区域を限定する。そしてその上に低温絶縁
層3を成長させて厚さ30〜100nmのゲート誘電体層と
し、さらに厚さ20〜200nmのアンドープ多結晶質シリコ
ン層4を成長させ、さらにまた厚さ20〜100nmの硼素、
燐又は砒素(As)をドープした多結晶質Si−Ge層
5を成長させ、HF/HNO3/CH3COOH溶液を利用
して多結晶質シリコン層上に多結晶質Si−Ge層を選
択的にエッチングしソースおよびドレインを形成させて
なる。
【0009】B.ゲートが上にある多結晶質シリコンS
i−Ge薄膜トランジスターの製造方法 図2において、ガラスを基板1とし、その上に厚さ20〜
200nmのアンドープ多結晶質シリコン層4を成長させ、
さらに厚さ20〜100nmの硼素、燐又は砒素(As)をド
ープした多結晶質Si−Ge層5を成長させた後、その
上に厚さ200〜300nmの低温酸化層6を成長させてソース
及びドレインを限定し、先ずBOE溶液で該低温酸化層
を多結晶質Si−Ge層5上に選択的にエッチングして
ソース及びドレインを形成させる。最後に低温絶縁層3
を成長させて厚さ30〜100nmのゲート誘電体層3とし、
低抵抗値のゲート材質2〔金属又はドープ多結晶質シリ
コン(Si−Ge)〕を溶着してその区域を限定する。
【0010】
【発明の効果】このように本発明の製造方法によれば、
簡単にしてかつ効率のよい製造プロセスが開発され、低
温下で直接良好な品質の多結晶質シリコン(Ge,Si
−Ge)薄膜を成長させることができると共に、イオン
プラント法を利用しなくとも低抵抗値の特性の極めて良
好なソースおよびドレインを得ることができ、工業生産
に大いに寄与する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】ゲートが下にある多結晶質シリコン薄膜トラン
ジスターの概略縦断面図である。
【図2】ゲートが上にある多結晶質シリコン薄膜トラン
ジスターの概略縦断面図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 ゲート 3 低温絶縁層(ゲート誘電体層) 4 アンドープ多結晶質シリコン 5 ドープ多結晶質Si−Ge 6 低温酸化層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−186063(JP,A) 特開 昭61−150278(JP,A) 特開 昭60−254660(JP,A) 特開 昭60−254661(JP,A) 特開 昭60−254662(JP,A) 特開 昭61−284965(JP,A) 特開 昭59−124163(JP,A) 特開 昭59−43575(JP,A) 特開 昭60−177676(JP,A) 特開 平3−165067(JP,A)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記の工程を含むことを特徴とする多結
    晶質薄膜トランジスターの製造方法。 a)ガラスを基板とし、 b)低抵抗値の物質の薄膜を該基板上に成長させてゲー
    トを形成し、 c)該基板上に低温で絶縁層を成長させてゲート誘電体
    層を形成し、 d)低温でアンドープの多結晶質シリコンの薄膜を該基
    板上に成長させ、 e)さらに低温でドープの多結晶質シリコン・ゲルマニ
    ウムの薄膜を該アンドープの多結晶質シリコンの薄膜上
    に成長させ、および f)該ドープの多結晶質シリコン・ゲルマニウムの薄膜
    をHF/HNO3/CH3COOH溶液で選択的にエッチン
    グしてソースおよびドレインを形成する。
  2. 【請求項2】 上記低抵抗値の物質を該基板上に溶着し
    てゲートを形成し、その上に低温絶縁層を成長させてゲ
    ート誘電体層とし、さらにその上に低温でアンドープの
    多結晶質シリコンの薄膜を成長させ、このアンドープの
    多結晶質シリコンの薄膜上に低温でドープの多結晶質シ
    リコン・ゲルマニウムの薄膜を成長させた後、該ドープ
    の多結晶質シリコン・ゲルマニウムの薄膜をアンドープ
    の多結晶質シリコンの薄膜上に選択的にエッチングして
    ソースおよびドレインを形成させ、ゲートが下にある多
    結晶質薄膜トランジスターを製造することを特徴とした
    請求項1に記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記アンドープの多結晶質シリコンの薄
    膜を低温で該基板上に成長させ、さらにこのアンドープ
    の多結晶質シリコンの薄膜上に低温でドープの多結晶質
    シリコン・ゲルマニウムの薄膜を成長させ、その上にさ
    らに低温酸化層を成長させると共に、バッファード オ
    キサイド エッチング(BOE)溶液で低温酸化層をド
    ープの多結晶質シリコン・ゲルマニウムの薄膜上にエッ
    チングしてソースおよびドレインを限定し、さらにまた
    アンドープの多結晶質シリコンの薄膜にドープの多結晶
    質シリコン・ゲルマニウムの薄膜を選択的エッチングし
    てソースおよびドレインを形成させ、しかる後ドープの
    多結晶質シリコン・ゲルマニウムの薄膜上に低温絶縁層
    を成長させてゲート誘電体層とし、その上にさらに低抵
    抗値のゲート材質を溶着してその区域を限定し、ゲート
    が上にある多結晶質シリコン薄膜トランジスターを製造
    することを特徴とした請求項1に記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記低温酸化層は200〜300nmの厚さに成
    長される請求項1に記載の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記ガラスは慣用のガラスであり、一方
    上記低抵抗値の物質はクロム、タングステン、ケイ化金
    属、又はドープの多結晶質シリコン・ゲルマニウム合金
    であり、上記のドープの多結晶質シリコン・ゲルマニウ
    ムの薄膜に3価のイオンをドープしてP型トランジスタ
    ーを製造するか、又は5価のイオンをドープしてn型ト
    ランジスターを製造し、この5価のイオンがリン又はヒ
    素(As)であることを特徴とした請求項1に記載の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 上記ゲート誘電体層は、30〜100nmの厚
    さからなり、アンドープの多結晶質シリコンの薄膜は20
    〜200nmの厚さからなり、そしてドープの多結晶質シリ
    コン・ゲルマニウムの薄膜は20〜100nmの厚さからな
    り、該ドープの多結晶質シリコン・ゲルマニウムの薄膜
    をHF/HNO3/CH3COOH溶液を用いてアンドープ
    の多結晶質シリコンの薄膜上に選択的にエッチングして
    なることを特徴とした請求項1に記載の製造方法。
  7. 【請求項7】 上記成長方法は超真空化学気相溶着法
    (UHV/CVD)、低圧化学気相溶着法(LPCV
    D)、分子ビーム配向重複成長法(MBE)又はガス源
    MBEが用いられ、その中、低温絶縁層は500℃下にお
    いて成長され、そして多結晶質シリコン・ゲルマニウム
    の薄膜の低温成長又はドープは500℃以下の温度で行わ
    れ、その成長過程がまた1mTorrの極めて低い成長圧力
    下で行われることを特徴とした請求項1に記載の製造方
    法。
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