JP3282582B2 - トップゲート型薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
トップゲート型薄膜トランジスタ及びその製造方法Info
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Description
トランジスタ及びその製造方法に関し、特に液晶ディス
プレイ及び密着型イメージセンサ等の絶縁性基板上に形
成されるトップゲート型薄膜トランジスタ及びその製造
方法に関する。
モルファスシリコン薄膜トランジスタ(TFT)−LC
Dが主流となっている。しかし、アモルファスシリコン
TFTでは、LCDを大画面で高精細に実現することが
困難であるため、より高移動度のポリシリコン薄膜を活
性層とするTFTが注目されている。
り、薄型化・小型化に対する要求も強く、その要求に答
えるため、アクティブマトリクス基板上に駆動回路も同
様にTFTで形成してしまおうとする試みがなされてい
る。しかし、この駆動回路用のTFTをアモルファスシ
リコン薄膜を用いて形成することは、動作速度及び駆動
能力の点で好ましくなく、ポリシリコン薄膜で形成する
ことが求められる。ポリシリコン薄膜の作製方法として
は、プロセス温度低温化、スループット向上及び低コス
ト化の観点から、安価な低温ガラス基板上にポリシリコ
ン薄膜を形成可能なレーザアニール法が主流となりつつ
ある。
ではゲート配線の信頼性が低く、かつ低抵抗化が困難
で、LCDの高精細化が困難であるという問題点があ
る。この問題を回避するために、例えば特開平5−23
5353号公報に開示されているように、ゲート配線を
ポリシリコン薄膜と金属薄膜の2層化配線とすることが
考えられる。
リコンTFTの構造を示す断面図である。低温ガラス基
板1上に下地酸化膜2が形成されており、この下地酸化
膜2上にポリシリコン薄膜3が選択的に形成されてお
り、その両側にソース・ドレイン領域7が形成されてい
る。これらのポリシリコン薄膜3及びソース・ドレイン
領域7を被覆するようにゲート絶縁膜4が形成されてお
り、このゲート絶縁膜4及びその上層の層間絶縁膜9に
形成されたコンタクト孔を介してソース・ドレイン領域
7に接触するように金属配線10が形成されている。更
に、ゲート絶縁膜4上には、ポリシリコン薄膜3に整合
する位置に下層のポリシリコン薄膜11及び上層の金属
薄膜6からなる2層ゲート電極が形成されている。そし
て、これらの層は層間絶縁膜9に被覆されている。
を用いてゲート配線を2層化した従来の薄膜トランジス
タでは、ゲート形成のプロセス温度は、成膜工程で60
0℃、リン拡散工程で850℃のように極めて高温に達
するために、基板加熱及び冷却の時間が大きく、スルー
プットが低下するという問題点がある。また、600℃
以上の温度は、安価な低温ガラス基板の軟化点以上の温
度である。このため、TFT基板には高価な石英基板を
用いる必要があるために、製造コストが上昇する。
の一つとして、リーク電流が大きいことが挙げられる。
この問題を回避するため、例えば、特開昭58−204
570号公報、特開平1−125866号公報、特開平
5−152326号公報、特開平7−106582号公
報等に開示されているように、TFTのドレイン端に低
濃度不純物領域を有する所謂LDD(Lightly Doped Dra
in)構造、又は、例えば、特開平6−37314号公
報、特開平7−202210号公報等に開示されている
ように、オーバーラップLDD構造を採用することが考
えられる。
す。ポリシリコン薄膜3とソース・ドレイン領域7との
間に低濃度のLDD領域8が形成されており、LDD領
域8及びポリシリコン薄膜3の上にゲート絶縁膜4が形
成されていて、このゲート絶縁膜4上の選択領域に金属
ゲート電極6が形成されている。
す。このLDD−TFTにおいては、ソース・ドレイン
領域7,LDD領域8及びポリシリコン薄膜3を覆うよ
うにゲート絶縁膜4が形成されており、ゲート絶縁膜4
上のLDD領域8及びポリシリコン薄膜3の直上の領域
に下層のポリシリコン薄膜11からなるゲート電極が形
成されており、その上に、下層より幅が狭い上層のポリ
シリコン薄膜11からなるゲート電極が形成されてい
る。
オーバーラップLDD構造を含むLDD−TFTでは工
程数が増加して、スループットが低下するという問題が
ある。例えば、特開昭58−204570号公報及び特
開平7−106582号公報では、不純物導入工程が2
回必要であり、例えば、特開平6−37314号公報で
は、成膜からフォトレジスト工程を経てエッチングまで
のゲート電極形成工程が2回必要であり、例えば、特開
平7−202219号公報では上部ゲート電極の陽極酸
化工程及び陽極酸化部の除去工程が必要である。
したゲート配線の信頼性向上と低抵抗化が困難である。
例えば、特開昭58−204570号公報、特開平1−
125866号公報及び特開平6−37314号公報で
は、ゲート電極に、高抵抗であると共に高温プロセスで
形成されるポリシリコン薄膜のみを用いており、例え
ば、特開平5−152326号公報及び特開平7−20
2210号公報では、ゲート電極に信頼性が低い金属薄
膜のみを使用している(図7)。
化工程を行う必要があるが、この活性化工程のプロセス
温度もまたポリシリコンTFTの問題点の一つである。
例えば、特開平1−125866号公報及び特開平5−
235353号公報では、活性化プロセス温度は100
0℃であり、これでは安価な低温ガラス基板を使用する
ことができない。低温活性化法として、例えば特開平5
−152326号公報ではレーザアニール法を使用して
いるが、レーザアニール法は熱処理法と比較してコスト
が高い。また、レーザアニール法は過度の熱衝撃が発生
するため、膜が剥がれたり、割れたりして、ゲート電極
の信頼性が低下するという問題点がある。
のであって、ゲート電極の信頼性を向上させることがで
きると共に低抵抗化することができ、更にリーク電流を
低減でき、薄膜トランジスタ製造工程の高スループット
化及び低コスト化を、同時に満足することができるトッ
プゲート型薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
ト型薄膜トランジスタは、絶縁性基板と、この絶縁性基
板上に形成されチャネル領域及びソース・ドレイン領域
を構成するポリシリコン薄膜と、このポリシリコン薄膜
上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に
形成され上層金属薄膜及び下層マイクロクリスタルシリ
コン薄膜の2層構造からなるゲート電極とを有し、前記
下層マイクロクリスタルシリコン薄膜の下部から上部に
なるに従って結晶成分の成長が進んでおり、膜の抵抗率
が1Ωcm以下であることを特徴とする。
いて、前記ソース・ドレイン領域が低濃度領域及び高濃
度領域からなるLDD構造を有するように構成すること
ができる。また、この場合に、前記マイクロクリスタル
シリコン薄膜が前記低濃度領域にオーバーラップして形
成されるようにすることができる。更に、前記マイクロ
クリスタルシリコン薄膜の膜厚は70nm以上であるこ
とが好ましい。
スタの製造方法は、絶縁性基板上にポリシリコン薄膜を
形成する工程と、このポリシリコン薄膜上にゲート絶縁
膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上に下層ゲート
電極として下部から上部になるに従って膜中の結晶成分
の成長が進むマイクロクリスタルシリコン薄膜をプラズ
マCVD法により350℃以下の温度で形成する工程
と、前記マイクロクリスタルシリコン薄膜上に上層ゲー
ト電極となる金属薄膜をスパッタ法により形成する工程
と、前記金属薄膜上にフォトレジストを選択的に形成す
る工程と、ドライエッチングにより前記フォトレジスト
をマスクとして前記上層金属薄膜及び前記下層マイクロ
クリスタルシリコン薄膜を同一のマスクのもと連続的に
エッチングして2層構造のゲート電極を形成する工程
と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ポリシリコン薄膜に
不純物を導入する工程と、を有することを特徴とする。
造方法において、前記上層金属薄膜及び前記下層マイク
ロクリスタルシリコン薄膜をエッチングして側面がサイ
ドエッチングされた2層構造のゲート電極を形成する工
程を設けても良い。
のみ側面をサイドエッチングしてもよい。そして、前記
ゲート電極を形成する工程は、前記マイクロクリスタル
シリコン薄膜をCl2とSF6とH2との混合ガス中でエ
ッチングする工程を有することができ、また、前記上層
金属薄膜のエッチング工程と、前記マイクロクリスタル
シリコン薄膜のエッチング工程と、を同一チャンバ内で
連続的に行うものであることが好ましい。更に、前記マ
イクロクリスタルシリコン薄膜の成膜工程と、前記金属
薄膜の成膜工程と、を基板を大気に曝すことなく連続的
に行うことができる。
リコン薄膜を2層化ゲート電極の下層に適用することに
より、低コストで、高信頼性を有する低抵抗ゲート配線
が形成される。マイクロクリスタルシリコン薄膜とは、
ジャーナル・オブ・ノン−クリスタライン・ソリッズ、
第59&60巻、第767頁(J. Non-Cryst. Solids, Vol. 59&6
0, p.767.)に開示されているように、プラズマCVD法
によって形成されたシリコン薄膜であり、粒径が10n
m以下の極めて微細な結晶粒とアモルファスとが混在し
たシリコン薄膜のことである。このマイクロクリスタル
シリコン薄膜の成膜温度は300℃程度であるために、
従来のポリシリコン薄膜の成膜に使用されている減圧C
VD法及び常圧CVD法の成膜温度が600℃程度であ
ることと比較して、成膜工程のスループット及び製造コ
ストは極めて優れている。また、マイクロクリスタルシ
リコン薄膜には、微細な結晶粒が存在するために、ポリ
シリコン薄膜と同程度の低抵抗化が可能である。従っ
て、TFTのゲート電極として、下層にマイクロクリス
タルシリコン薄膜を、上層に金属薄膜を用いることによ
り、低コストで、高信頼性を有する低抵抗ゲート配線を
形成することができる。
際に上層金属ゲート電極のみをサイドエッチングするこ
とにより、ゲート絶縁膜を介した1回の不純物導入工程
で、低温活性化が可能なオーバーラップLDD構造が形
成される。
ゲート電極及びゲート絶縁膜を介してポリシリコン薄膜
に不純物が導入される。一方、ゲート電極が存在しない
部位では、ゲート絶縁膜のみを介してポリシリコン薄膜
に不純物が導入される。従って、ポリシリコン薄膜の下
層ゲート電極が露出した部位の直下にあたる領域は、ゲ
ート電極が存在しない部位の直下にあたる領域よりも、
不純物導入量が少ないLDD領域となる。なお、ポリシ
リコン薄膜の上層ゲート絶縁膜が存在する部位の直下に
当たる領域では、上層ゲート電極の遮蔽効果のために、
不純物は導入されない。
に伴うポリシリコン薄膜の組織変化に依存する。不純物
が導入されるとポリシリコン薄膜は、原子構造に乱れが
生じるために、アモルファス相へと変化する。不純物導
入後の活性化とは、この不純物を含んだアモルファス相
を再び結晶化させることである。ここで、ポリシリコン
薄膜が絶縁膜界面から基板界面まで膜厚方向の全ての領
域でアモルファス化した場合、結晶化に際しては、60
0℃以上の、望ましくは1000℃程度の熱処理温度が
必要となる。アモルファス相が結晶化するには、核発生
及び粒成長の両過程を経なければならないが、核発生に
は熱処理温度に依存した潜伏時間が必要である。シリコ
ンの場合、製造プロセスに適した数時間程度の時間範囲
に核発生を起こさせるためには、1000℃の温度が必
要である。また、熱処理温度を600℃まで下げた場
合、核発生に必要な時間は20時間まで増大し、スルー
プットは著しく増大する。
膜の表面のみがアモルファス化し、基板界面近傍にポリ
シリコンが残存した場合では、500℃程度の低温で、
数時間程度の熱処理により活性化が可能となる。これは
既に結晶核が存在していることにより、粒成長過程のみ
で結晶化が進行するためである。本発明では、絶縁膜を
介して不純物を導入することにより、ポリシリコン膜の
膜厚方向における不純物濃度プロファイルを制御し、不
純物導入後にポリシリコンが残存するように容易に制御
することができる。従って、安価な低温ガラス基板を用
いることができる程度の低温活性化が可能であり、スル
ープットも高くなる。
ト電極形成の際に上層金属ゲート電極のみをサイドエッ
チすることにより、ゲート絶縁膜を介した1回の不純物
導入工程で、低温活性化が可能な、低抵抗、高信頼性ゲ
ート電極を有するオーバーラップLDD-TFTが形成
される。
付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の
第1実施例に係るトップゲート型薄膜トランジスタを示
す断面図である。このトランジスタは以下のようにして
製造することができる。先ず、絶縁基板1上に下地絶縁
膜2を堆積する。次に、全面にシリコン薄膜を堆積し、
CWレーザ光又はパルスレーザ光を使用したレーザアニ
ール法によりポリシリコン薄膜3を形成し、アイランド
状にパターンニングした後、その上にゲート絶縁膜4を
堆積する。次に、下層ゲート電極としてプラズマCVD
法により350℃以下の温度でマイクロクリスタルシリ
コン薄膜5を膜厚が70nm以上となるよう堆積した
後、上層ゲート電極として金属薄膜6を続けて堆積し、
これらをパターニングして2層ゲート電極を形成する。
4を介して、ポリシリコン薄膜3に選択的に不純物を導
入してソース・ドレイン領域7を形成し、例えば500
℃で熱処理することにより、不純物を活性化させる。続
いて、層間絶縁膜9を堆積し、ソース・ドレイン領域7
上を露出させるコンタクトホールを開口する。最後に、
アルミニウム等の金属薄膜を形成し、これをパターニン
グしてソース・ドレイン領域7と接触する金属配線10
を形成し、薄膜トランジスタの形成工程を完了する。
なるチャネル領域と、その両側のソース・ドレイン領域
7と、これらの領域との間にゲート絶縁膜4を介して積
層された2層構造のゲート電極とを有するトップゲート
型薄膜トランジスタが得られる。この2層構造のゲート
電極は、下層のマイクロクリスタルシリコン薄膜5と上
層の金属薄膜6とからなるものである。マイクロクリス
タルシリコン薄膜5は成膜温度が低いので、従来のポリ
シリコン薄膜と比較して成膜工程のスループットが良
く、製造コストが低減される。また、マイクロクリスタ
ルシリコン薄膜5は微細な結晶粒を有するため、ポリシ
リコン薄膜と同程度の低抵抗化が可能である。このた
め、低コストで、高信頼性の低抵抗ゲート配線を形成す
ることができる。
例について説明する。本実施例においては、その製造工
程が、マイクロクリスタルシリコン薄膜5と、金属薄膜
6の堆積工程までは第1実施例と同様である。本実施例
においては、パターニングにより2層ゲート電極を形成
する際、2層ともオーバーエッチングを行うことによ
り、ゲート電極をサイドエッチングする。そして、ゲー
ト電極上にレジストを保持したまま、イオンドーピング
法等によりゲート絶縁膜4を通過させてポリシリコン薄
膜3に選択的に不純物を導入してソース・ドレイン領域
7を形成する。
度の不純物を導入し、LDD領域(低濃度領域)8を形
成する。その後、不純物活性化以降の工程は、第1実施
例と同様であり、これらの工程により、薄膜トランジス
タが完成する。
効果を奏するのに加え、ソース・ドレイン領域がLDD
領域(低濃度領域)8を有し、これにより、LDD構造
の薄膜トランジスタが得られる。
ート型薄膜トランジスタを示す断面図である。マイクロ
クリスタルシリコン薄膜5と、金属薄膜6の堆積までの
工程は第1実施例と同様である。そして、本実施例にお
いては、パターニングにより2層ゲート電極を形成する
際、金属薄膜6のみをオーバーエッチングすることによ
り、上層金属薄膜6と下層マイクロクリスタルシリコン
薄膜5とで幅が異なる2層ゲート電極が形成される。
た後に、イオンドーピング法等によりゲート絶縁膜4を
挿通して、ポリシリコン薄膜3に選択的に不純物を導入
すると、下層ゲート電極のマイクロクリスタルシリコン
薄膜5を通過したものは低濃度化し、低濃度のLDD領
域8を形成し、下層マイクロクリスタルシリコン薄膜5
から外れる領域を通過したものは高濃度のソース・ドレ
イン領域7を形成する。このようにして、本実施例で
は、ソース・ドレイン領域7とLDD領域8を同時に形
成できる。不純物活性化以降の工程は第1実施例と同様
にして、薄膜トランジスタの形成工程を完了する。本実
施例においては、第1及び第2実施例と同様の効果を奏
するのに加え、ゲート絶縁膜4及び下層マイクロクリス
タルシリコン薄膜5を介して1回の不純物導入工程で低
温活性化が可能なオーバーラップLDD構造を形成する
ことができる。
ート型薄膜トランジスタを製造し、その特性を評価した
結果について説明する。先ず、第1実施例の構造の薄膜
トランジスタを製造した結果について説明する。低温ガ
ラス基板としては日本電気硝子社製OA-2基板を用いた。
プラズマCVD法によりSiH4及びN2Oを原料ガスと
して、下地絶縁膜としての二酸化シリコン薄膜を100
nmの厚さに堆積した。
ガスとして、アモルファスシリコン薄膜を75nm堆積
した。堆積条件としては、Si2H6の流速150scc
m、圧力8Pa、基板温度450℃の条件で70分間堆
積を行った。このアモルファスシリコン薄膜に、波長3
08nmのXeClエキシマレーザ光を照射するレーザ
アニール法を用いることにより、ポリシリコン薄膜を形
成した。レーザ照射条件としては、エネルギー密度42
0mJ/cm2、ビーム重ね率90%の条件で、ビーム
をスキャン照射した。ポリシリコン薄膜は通常のフォト
レジスト工程によるパターニング後に、ドライエッチン
グ法によりアイランド化した。
膜上に、減圧CVD法によりSiH4及びO2を原料ガス
として、ゲート絶縁膜となる二酸化シリコン薄膜を40
nm堆積した。堆積条件としてはSiH4の流速が35
sccm、O2流速140sccm、圧力30Pa、基
板温度400℃の条件で20分間堆積を行った。
PH3(H2希釈0.5%)とH2を原料ガスとして、下
層ゲート電極となるマイクロクリスタルシリコン薄膜を
70nm堆積した。堆積条件としては、SiH4流量2
0sccm、PH3流量40sccm、H2流量1000scc
m、圧力50Pa、放電電力密度0.13W/cm2、
基板温度350℃の条件で19分間堆積した。
は図4に示すように、膜厚に大きく依存する。これは、
膜厚が厚くなるほど、マイクロクリスタルシリコン中の
結晶成分の成長が進むためである。下層ゲート電極への
適用を考慮した場合、膜の抵抗率は1Ωcm以下が望ま
れる。従って、マイクロクリスタルシリコン薄膜の膜厚
としては70nm以上が必要である。また、基板温度が
高い方が結晶成分の成長が促進されるため、基板温度は
高いことが望まれるが、過度の温度はスループット低下
と、装置コスト及びプロセスコストの増大をもたらす。
従って基板温度としては、通常のプラズマCVD装置で
実現可能な350℃程度までが適当である。
ト電極となるタングステンシリサイド薄膜を100nm
堆積した。スパッタリングガスにはArを使用してお
り、堆積条件としては、Ar流速100sccm、圧力
0.3Pa、2W/cm2、基板温度150℃の条件で
0.3分間堆積した。このとき膜の抵抗率としては、5
×10-5Ωcmの値であった。
ステンシリサイド薄膜は、スループットの点とマイクロ
クリスタルシリコン薄膜表面の自然酸化膜発生を抑制す
るため、同一の真空装置で異なるチャンバを用いて連続
的に堆積した。各薄膜を異なる真空装置で成膜すると
き、マイクロクリスタルシリコン薄膜表面に自然酸化膜
が発生し、2層ゲート電極全体としての抵抗率は増大
し、結果としてTFT特性は約4%低下した。
電極のパターニングを行った。次にドライエッチング法
でCF4とO2より、タングステンシリサイド薄膜をドラ
イエッチした。エッチング条件としては、CF4流速4
0sccm、O2流速10sccm、圧力6Pa、放電電力密
度0.3W/cm2の条件で1.5分間エッチングした。タン
グステンシリサイド薄膜のエッチング終了後に、エッチ
ングチャンバを一旦10-4Paまで真空引きし、続いてC
l2とSF6とH2を導入して、マイクロクリスタルシリ
コン薄膜のドライエッチングを行った。エッチング条件
としてはCl2流速40sccm、SF6流速10sccm、H2
流量10sccm、圧力10Pa、放電電力密度0.35W/cm
2の条件で6分間エッチングした。
ガスには、高エッチングレートが得られるCF4とO2
を使用した。マイクロクリスタルシリコン薄膜のドライ
エッチングガスにはマイクロクリスタルシリコン薄膜と
二酸化シリコン薄膜との間で高い選択比を有することが
条件となるが、Cl2とSF6とH2を使用することに
より、残渣タングステンシリコンの除去能力に優れ、か
つマイクロクリスタルシリコン薄膜と二酸化シリコン薄
膜との間で20以上の高選択比が得られた。また、タング
ステンシリサイド薄膜とマイクロクリスタルシリコン薄
膜を同一真空装置内でドライエッチすることはスループ
ット上有利である。
イオンドーピング法でPH3(H2希釈5%)により、ゲート
電極をマスクとした自己整合型の不純物導入を行った。
ドーピング条件としては加速電圧50keV、ドーズ量3
×1015cm-2、圧力0.02Paの条件であった。
中のP濃度プロファイルを示す。シリコン薄膜のアモル
ファス化を引き起こすP濃度は3×1019cm-3以上であ
ることが実験の結果明らかとなった。従って、40nmの
絶縁膜を介して75nmのポリシリコン薄膜にドーピング
を行った場合、膜厚の半分程度はポリシリコンが残存
し、不純物活性化温度は低温で済む。実際、熱処理温度
500℃、熱処理時間2時間の条件で活性化が果たせた。
このときの不純物導入部の抵抗率は2×10-3Ωcmであ
った。また、活性化工程後の基板には2ppmの歪みが認め
られたが、後のTFT製造工程には支障がなかった。
た場合、ポリシリコン薄膜は膜厚のほぼ全域にわたりア
モルファス化する。このとき熱処理温度500℃では、50
時間の熱処理時間でも活性化は果たされず、熱処理温度
600℃、熱処理時間20時間で初めて活性化が果たされ
た。また、活性化工程後の基板には40ppmもの歪みが発
生し、その後のTFT製造工程において、特にフォトレ
ジスト工程のレチクル目合わせ、及び成膜工程の基板搬
送において、支障があった。その結果、スループット及
び歩留まりは低下した。
とN2より、窒化シリコン膜を300nm堆積した。ドライ
エッチング法によりコンタクトホールを開けた後、スパ
ッタ法でアルミニウム膜を400nm堆積し、パターニン
グして金属配線とした。最後に水素アニールを行い、T
FTが完成した。
FTよりプロセス温度が低く、高スループット及び低コ
ストで作製され、ゲート電極の信頼性が高い。
スタを製造した結果について説明する。低温ガラス基板
としてはコーニング社製1737基板を用いた。次に、プラ
ズマCVD法でSiH4とN2Oにより、下地絶縁膜とし
ての二酸化シリコン薄膜を100nm堆積した。
よりアモルファスシリコン薄膜を75nm堆積した。堆積
条件としては、SiH4流速150sccm、H2流速400scc
m、圧力100Pa、放電電力0.1W/cm2、基板温度320
℃の条件で8分間堆積を行った。このアモルファスシリ
コン薄膜に、熱処理温度400℃で熱処理時間2時間の脱水
素アニールを施した後に、波長248nmのKrFエキシ
マレーザ光を照射するレーザアニール法により、ポリシ
リコン薄膜を形成した。レーザ照射条件としては、エネ
ルギー密度380mJ/cm2、ビーム重ね率90%の
条件で、ビームをスキャン照射した。ポリシリコン薄膜
は通常のフォトレジスト工程によるパターニング後に、
ドライエッチング法によりアイランド化された。
上に、ECR-プラズマCVD法でSiH4とO2より、
ゲート絶縁膜となる二酸化シリコン薄膜を40nm堆積し
た。堆積条件としては、SiH4流速10sccm、O2流速
200sccm、圧力100Pa、放電電力密度0.23W/c
m2、基板温度270℃の条件で4分間堆積を行った。
とPH3(H2希釈0.5%)とH2を原料ガスとして、下層ゲ
ート電極となるマイクロクリスタルシリコン薄膜を70n
m堆積した。堆積条件としては、SiH4流量10scc
m、PH3流量40sccm、H2流量1000sccm、圧力100
Pa、放電電力密度0.5W/cm2、基板温度300℃の条
件で23分間堆積した。続いて第1の実施例と同様にスパ
ッタ法で上層ゲート電極となるタングステンシリサイド
薄膜を100nm堆積した。
ニングとドライエッチングにより形成するが、このとき
エッチング時間を通常の条件から長くして、1μmのサ
イドエッチ領域を作製する。エッチング時間は上層及び
下層で、夫々2分及び9分とした。
まま、第1実施例と同様にイオンドーピング法で不純物
を導入した。次に、ゲート電極上のレジストを除去し、
イオンドーピング法により、PH3(H2希釈0.1%)とH2
を原料ガスとして、サイドエッチ領域に低濃度の不純物
を導入し、LDD領域を形成した。ドーピング条件とし
ては加速電圧40keV、ドーズ量7×1012cm-2、圧力
0.02Paの条件であった。LDD領域を有することによ
り、結果として得られたTFTのリーク電流は約1/50に
低減された。
程で、LDD-TFTが完成した。このように完成した
LDD-TFTは従来のLDD-TFTよりプロセス温度
が低く、高スループット及び低コストで作製され、ゲー
ト電極の信頼性が高い。
トランジスタを製造した結果について説明する。第1実
施例と同様にして、ガラス基板上にポリシリコン薄膜を
形成してアイランド化し、ゲート絶縁膜、マイクロクリ
スタルシリコン薄膜及びタングステンシリサイド薄膜を
堆積した。
ターニング及びドライエッチング法によって形成する
が、このときのエッチング時間を、上層で2分間、下層
で6分間とした。この結果、上層は下層よりも左右で1μ
mづつ幅が狭くなった。
ング法により不純物を導入した。ゲート電極が存在しな
い部位では、ゲート絶縁膜のみを介してポリシリコン薄
膜に不純物が導入され、そのドーズ量は第1の実施例と
同様に3×1015cm-2であった。一方、上層ゲート電極
がサイドエッチされて下層ゲート電極が露出した部位
の、直下に当たるポリシリコン領域では、ドーズ量は2
×1012cm-2であった。
ト電極の影響により、P濃度は約3桁の低下を示した。
LDD領域を有することにより、結果として得られたT
FTのリーク電流は約1/20に低減された。
り、これによりLDD-TFTが完成した。このように
完成したLDD-TFTは従来のLDD-TFTよりプロ
セス温度が低く、不純物導入回数が少なく、高スループ
ット及び低コストで作製され、ゲート電極の信頼性が高
いものであった。
ことは勿論である。例えば、上記実施例では、レーザア
ニールを施す初期材料としてアモルファスシリコンを使
用しているが、初期材料として他にポリシリコン又はマ
イクロクリスタルシリコン等の他のシリコン膜を使用し
ても同様の効果が得られた。また、ゲート絶縁膜として
酸化シリコン膜に代えて、窒化シリコン膜及び酸窒化シ
リコン膜等の他の絶縁膜を使用しても同様の効果が得ら
れた。また、上層ゲート電極としてタングステンシリサ
イドに代え、アルミニウム、クロム、モリブデン、モリ
ブデンシリサイド又はタングステンモリブデン合金等の
他の金属を使用しても同様の効果が得られた。
プゲート型薄膜トランジスタではゲート電極にマイクロ
クリスタルシリコン薄膜と金属薄膜とからなる2層ゲー
ト電極を使用することにより、低抵抗で、高信頼性のゲ
ート電極を有するTFTを、高スループット及び低コス
トで製造することができる。また、上層ゲート電極のみ
をサイドエッチすることにより、低抵抗及び高信頼性の
ゲート電極を有するLDD−TFTを低コストで製造す
ることができる。
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
率の関係を示すグラフ図である。
図である。
ある。
面図である。
ある。
Claims (10)
- 【請求項1】 絶縁性基板と、この絶縁性基板上に形成
されチャネル領域及びソース・ドレイン領域を構成する
ポリシリコン薄膜と、このポリシリコン薄膜上に形成さ
れたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成され上
層金属薄膜及び下層マイクロクリスタルシリコン薄膜の
2層構造からなるゲート電極とを有し、前記下層マイク
ロクリスタルシリコン薄膜の下部から上部になるに従っ
て結晶成分の成長が進んでおり、膜の抵抗率が1Ωcm以
下であることを特徴とするトップゲート型薄膜トランジ
スタ。 - 【請求項2】 前記ソース・ドレイン領域は低濃度領域
と高濃度領域とからなるLDD構造を有することを特徴
とする請求項1に記載のトップゲート型薄膜トランジス
タ。 - 【請求項3】 前記マイクロクリスタルシリコン薄膜が
前記低濃度領域にオーバーラップして形成されているこ
とを特徴とする請求項2に記載のトップゲート型薄膜ト
ランジスタ。 - 【請求項4】 前記マイクロクリスタルシリコン薄膜の
膜厚が70nm以上であることを特徴とする請求項1乃
至3のいずれか1項に記載のトップゲート型薄膜トラン
ジスタ。 - 【請求項5】 絶縁性基板上にポリシリコン薄膜を形成
する工程と、このポリシリコン薄膜上にゲート絶縁膜を
形成する工程と、このゲート絶縁膜上に下層ゲート電極
として下部から上部になるに従って膜中の結晶成分の成
長が進むマイクロクリスタルシリコン薄膜をプラズマC
VD法により350℃以下の温度で形成する工程と、前
記マイクロクリスタルシリコン薄膜上に上層ゲート電極
となる金属薄膜をスパッタ法により形成する工程と、前
記金属薄膜上にフォトレジストを選択的に形成する工程
と、ドライエッチングにより前記フォトレジストをマス
クとして前記上層金属薄膜及び前記下層マイクロクリス
タルシリコン薄膜を同一のマスクのもと連続的にエッチ
ングして2層構造のゲート電極を形成する工程と、前記
ゲート絶縁膜を介して前記ポリシリコン薄膜に不純物を
導入する工程と、を有することを特徴とするトップゲー
ト型薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項6】 前記上層金属薄膜及び前記下層マイクロ
クリスタルシリコン薄膜をエッチングして側面がサイド
エッチングされた2層構造のゲート電極を形成する工程
を有することを特徴とする請求項5に記載のトップゲー
ト型薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項7】 前記ゲート電極の前記上層金属薄膜の側
面のみをサイドエッチングすることを特徴とする請求項
5に記載のトップゲート型薄膜トランジスタの製造方
法。 - 【請求項8】 前記ゲート電極を形成する工程は、前記
マイクロクリスタルシリコン薄膜をCl2とSF6とH
2との混合ガス中でエッチングする工程を有することを
特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載のトッ
プゲート型薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項9】 前記ゲート電極を形成する工程は、前記
上層金属薄膜のエッチング工程と、前記マイクロクリス
タルシリコン薄膜のエッチング工程と、を同一チャンバ
内で連続的に行うものであることを特徴とする請求項8
に記載のトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項10】 前記マイクロクリスタルシリコン薄膜
の成膜工程と、前記金属薄膜の成膜工程と、を基板を大
気に曝すことなく連続的に行うことを特徴とする請求項
5乃至7のいずれか1項に記載のトップゲート型薄膜ト
ランジスタの製造方法。
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