JP2939819B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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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の製造方法に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
薄膜トランジスタは、ガラス等からなる絶縁性基板の
上に形成されており、例えばコプラナー型の薄膜トラン
ジスタは、前記基板上にシリコンからなる半導体層を形
成し、この半導体層の両側部の上にソース,ドレイン電
極を形成するとともに、前記半導体層の上にゲート絶縁
膜を介してゲート電極形成した構成となっている。
ところで、前記薄膜トランジスタにおいては、半導体
層とゲート絶縁膜との界面の良否が電子の移動度つまり
トランジスタの特性に影響する。このため、前記薄膜ト
ランジスタでは、前記半導体層の表面(ゲート絶縁膜と
の界面)を酸化させてシリコン酸化膜を形成している。
このようにすれば、半導体層の表面のシリコン酸化膜が
半導体層と一体の膜であり、またこのシリコン酸化膜は
ゲート絶縁膜の一部となるから、半導体層とゲート絶縁
膜との界面を改善してトランジスタ特性を安定化させる
ことができる。
このように半導体層の表面にシリコン酸化膜を形成し
た薄膜トランジスタは、従来、基板上にシリコンからな
る半導体層を形成した後、この半導体層の表面を空気中
で熱酸化させて半導体層の表面にシリコン酸化膜を生成
させ、この後、前記半導体層の上にゲート絶縁膜を形成
して、このゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する製
造方法で製造されている。なお、前記半導体層の表面を
熱酸化させる方法としては、半導体層を形成した基板全
体を加熱する方法と、半導体層にレーザを照射して半導
体層の表面を加熱するレーザアニール方法とがあるが、
半導体層の表面にシリコン酸化膜を生成させるには1000
℃以上の高温の加熱を必要とするため、基板全体を加熱
する方法では基板として石英ガラス等の高価な高耐熱性
基板を使用しなければならないから、最近では主にレー
ザアニールによる熱酸化法が採用されている。このレー
ザアニールによれば、加熱温度が1000℃以上でも、加熱
時間は30msec〜100msecと極めて短くてすむため、基板
に熱的な影響を及ぼすことはなく、したがって基板とし
て、高い耐熱性を要求されない安価な基板を使用するこ
とができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前記従来の製造方法では、基板上に形
成した半導体層の表面を空気中で熱酸化させてシリコン
酸化膜を生成させ、この後に半導体層の上にゲート絶縁
膜を形成しているため、半導体層の表面に形成したシリ
コン酸化膜は半導体層と一体の膜であるが、このシリコ
ン酸化膜とゲート絶縁膜とは必ずしも良好な界面で結合
せず、したがって、半導体層とゲート絶縁膜との界面を
十分に改善することはできなかった。
本発明はこのような実情にかんがみてなされたもので
あって、その目的とするところは、半導体層とゲート絶
縁膜との界面を良好にして安定した特性の薄膜トランジ
スタを得ることができる薄膜トランジスタの製造方法を
提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁性基板
の上にシリコンからなる半導体層を形成し、この半導体
層の上に酸化絶縁物からなる第一層のゲート絶縁膜を形
成した後、このゲート絶縁膜の上方からレーザを照射し
て、前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面に、前記
半導体層のシリコンと前記ゲート絶縁膜中の酸素との反
応により生成するシリコン酸化膜を形成し、この後、前
記第一層のゲート絶縁膜の上に第二層のゲート絶縁膜を
形成し、この第二層のゲート絶縁膜の上にゲート電極を
形成することを特徴とするものである。
〔作用〕
すなわち、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、
半導体層の上にゲート絶縁膜を形成した後に、レーザ照
射により半導体層とゲート絶縁膜との界面にシリコン酸
化膜を生成させるものであり、このシリコン酸化膜は、
半導体層のシリコンとゲート絶縁膜中の酸素との反応に
より生成するものであるため、このシリコン酸化膜は半
導体層ともゲート絶縁膜とも一体に結合しているから、
この製造方法によれば、半導体層とゲート絶縁膜との界
面を良好にして、安定した特性の薄膜トランジスタを得
ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を、コプラナー型薄膜トラン
ジスタの製造を例にとって第1図〜第7図の製造工程図
を参照し説明する。
まず、第1図に示すように、ガラス等からなる絶縁性
基板1の上に、i型合アモルファス・シリコン(i−a
−Si)からなる半導体層2を1000Åの厚さに堆積させ、
その上に燐(P)等のn型不純物をドープしたn型アモ
ルファス・シリコン(n+−a−Si)からなるオーミック
コンタクト層3を500Åの厚さに堆積させる。なお、こ
の半導体層2とオーミックコンタクト層3は、プラズマ
CVD法により連続して堆積させる。
次に、第2図に示すように、前記オーミックコンタク
ト層3をフォトリソグラフィ法によりソース領域および
ドレイン領域の形状にパターニングし、この後洗浄処理
を行なって半導体層2およびオーミックコンタクト層3
の上の不純物等を除去する。なお、ここまでの工程は従
来の製造工程と同じである。
次に、第3図に示すように、前記半導体層2およびオ
ーミックコンタクト層3の上に、酸化絶縁膜例えば酸化
タンタル(TaOx)からなるゲート絶縁膜4をスパッタリ
ング法により1500Åの厚さに堆積させる。
次に、第4図に示すように、前記ゲート絶縁膜4の上
方からXeClエキシマレーザAを照射する。このようにゲ
ート絶縁膜4の上方からレーザAを照射すると、半導体
層2がレーザ光を吸収して1400℃以上の温度に加熱さ
れ、この半導体層2とゲート絶縁膜4との界面に、半導
体層2のシリコン(Si)とゲート絶縁膜4中の酸素
(O)との反応によってシリコン酸化膜(SiO2膜)5を
生成する。なおこの場合、オーミックコンタクト層3も
レーザ光を吸収して加熱されるため、前記シリコン酸化
膜5はオーミックコンタクト層3とゲート絶縁膜4との
界面にも生成する。また、このとき、レーザ照射後に徐
冷すると、アモルファス・シリコンで形成されている半
導体層2とオーミックコンタクト層3とがいずれもポリ
・シリコン(poly−Si)になり、したがって最終的に製
造される薄膜トランジスタは、アモルファス・シリコン
で半導体層を形成している薄膜トランジスタに比べては
るかに動作速度の高いトランジスタとなる。
次に、第5図に示すように、前記ゲート絶縁膜4の上
に窒化シリコン(Si3N4)からなる耐圧保持用絶縁膜6
をプラズマCVD法により1500Åの厚さに堆積させる。
次に、第6図に示すように、前記耐圧保持用絶縁膜6
およびその下のゲート絶縁膜4に、フォトリソグラフィ
法によって、ソース領域およびドレイン領域の形状にパ
ターニングされているオーミックコンタクト層3に達す
るコンタクト孔7を形成する。なお、このコンタクト孔
7は、前記オーミックコンタクト層3の表面のシリコン
酸化膜5にも形成して、このオーミックコンタクト層3
の非酸化層を露出させる。
次に、第7図に示すように、前記耐圧保持用絶縁膜6
の上および前記コンタクト孔7内にアルミニウム(Al)
等の金属膜をスパッタリング法により3000Åの厚さに堆
積させ、コンタクト孔7内に堆積した金属膜によりソー
ス電極8およびドレイン電極9を形成するとともに、耐
圧保持用絶縁膜6の上の金属膜をフォトリソグラフィ法
によりパターニングして、ソース,ドレイン電極8,9の
ライン部8a,9aと、ゲート電極10およびそのライン部
(図示せず)を形成して、薄膜トランジスタを完成す
る。
すなわち、この実施例の薄膜トランジスタの製造方法
は、基板1上に形成した半導体層2の上に酸化タンタル
からなるゲート絶縁膜4を形成し、この後レーザ照射に
より半導体層2とゲート絶縁膜4との界面にシリコン酸
化膜5を生成させるものであり、このシリコン酸化膜5
は、半導体層2のシリコンとゲート絶縁膜4中の酸素と
の反応により生成するものであるため、このシリコン酸
化膜5は半導体層2ともゲート絶縁膜4とも一体に結合
している。したがって、この製造方法によれば、半導体
層2とゲート絶縁膜4との界面を良好にして、安定した
特性の薄膜トランジスタを得ることができる。
なお、前記実施例では、ゲート絶縁膜4およびその上
の耐圧保持用絶縁膜6とオーミックコンタクト層3の表
面のシリコン酸化膜5にコンタクト孔7を設けてこの内
にコンタクト孔7内にソース、ドレイン電極8,9を形成
しているが、このソース、ドレイン電極8,9は、ゲート
絶縁膜4の堆積前にオーミックコンタクト層3の上に形
成しておいてもよい。
また、前記実施例では、ゲート絶縁膜4を酸化タンタ
ルで形成しているが、このゲート絶縁膜4は、酸素を含
む酸化絶縁物であれば、酸化タンタル以外の酸化金属ま
たは酸化シリコン(SiO2)等で形成してもよい。
なお、本発明は、コプラナー型薄膜トランジスタに限
らず、半導体層の下にオーミックコンタクト層を介して
ソース,ドレイン電極を形成し、前記半導体層の上にゲ
ート絶縁膜を介してゲート電極を形成したスタガー型薄
膜トランジスタの製造にも適用できるものである。
〔発明の効果〕
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁性基板
の上にシリコンからなる半導体層を形成し、この半導体
層の上に酸化絶縁物からなる第一層のゲート絶縁膜を形
成した後、このゲート絶縁膜の上方からレーザを照射し
て、前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面に、前記
半導体層のシリコンと前記ゲート絶縁膜中の酸素との反
応により生成するシリコン酸化膜を形成し、この後、前
記第一層のゲート絶縁層の上に第二層のゲート絶縁膜を
形成し、この第二層のゲート絶縁膜の上にゲート電極を
形成するものであるから、半導体層とゲート絶縁膜との
界面を良好にして、安定した特性の薄膜トランジスタを
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第7図は本発明の一実施例を示す薄膜トランジ
スタの製造工程図である。 1……基板、2……半導体層、3……オーミックコンタ
クト層、4……ゲート絶縁膜、5……シリコン酸化膜、
6……耐圧保持用絶縁膜、7……コンタクト孔、8……
ソース電極、9……ドレイン電極、10……ゲート電極。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板の上にシリコンからなる半導体
    層を形成し、この半導体層の上に酸化絶縁物からなる第
    一層のゲート絶縁膜を形成した後、このゲート絶縁膜の
    上方からレーザを照射して、前記半導体層と前記ゲート
    絶縁膜との界面に、前記半導体層のシリコンと前記ゲー
    ト絶縁膜中の酸素との反応により生成するシリコン酸化
    膜を形成し、この後、前記第一層のゲート絶縁膜の上に
    第二層のゲート絶縁膜を形成し、該第二層のゲート絶縁
    膜の上にゲート電極を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。
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