JP3326013B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

半導体装置の作製方法

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JP3326013B2
JP3326013B2 JP18626494A JP18626494A JP3326013B2 JP 3326013 B2 JP3326013 B2 JP 3326013B2 JP 18626494 A JP18626494 A JP 18626494A JP 18626494 A JP18626494 A JP 18626494A JP 3326013 B2 JP3326013 B2 JP 3326013B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は低濃度ドレイン領域(L
DD)を有する半導体装置の作製方法に関する。特に、
酸化物被膜に覆われたゲイト電極を有する薄膜トランジ
スタ(TFT)の作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、アクティブマトリクス型の液
晶表示装置やイメージセンサー等の駆動の目的で、薄膜
トランジスタ(TFT)を形成することが知られてい
る。特に最近は、高速動作の必要から、非晶質珪素を活
性層に用いた非晶質珪素TFTにかわって、より移動度
の高い結晶珪素TFTが開発されている。
【0003】アクティブマトリクス型の液晶表示装置の
各画素領域に薄膜トランジスタを駆動素子として利用す
るには、薄膜トランジスタのOFF電流の値が小さいこ
とが必要とされる。OFF電流とは、薄膜トランジスタ
がOFFの状態において、ソース/ドレイン間に流れて
しまう電流のことである。このOFF電流の値が大きい
と、画素のに保持されている電荷が減少していってしま
い、所定の時間画面表示を保持できなくなってしまう。
OFF電流が生じてしまう原因は、活性層を構成する薄
膜半導体が多結晶構造や微結晶構造を有していることに
起因する。
【0004】例えばNチャネル型の薄膜トランジスタが
OFFの状態において、ゲイト電極には負の電圧が加え
られる。この場合、チャネル形成領域のゲイト絶縁膜と
接する領域はP型となる。従って、ソース/ドレイン間
においては、PN接合が形成され、電流はほとんど流れ
ないはずとなる。しかし、活性層が多結晶構造や微結晶
構造を有する珪素薄膜で構成される場合、結晶粒界を介
してのキャリア(電荷)の移動が生じてしまう。これは
OFF電流が生じてしまう原因である。
【0005】このようなOFF電流を小さくするための
構成として、LDD(ライトドープドレイン)構造やオ
フセットゲイト構造が知られている。これは、主にチャ
ネル形成領域とドレイン領域との界面およびその近傍に
おける電界強度を小さくし、その領域における結晶粒界
を介したキャリアの移動を抑制することを目的とするも
のである。
【0006】しかし、公知の半導体集積回路技術とは異
なって、TFTには解決すべき問題が多く存在し、必要
とするLDD構造やオフセットゲイト構造を得ることは
困難であるという問題がある。特に、TFTをガラス基
板等の絶縁基板上に形成せんとする場合、基板が静電的
に帯電してしまうので、反応性イオン異方性エッチング
が十分機能せず、エッチングが不安定になってしまうと
いう問題がある。例えば、微細なパターンを制御性よく
形成することが困難であるという問題がある。
【0007】図7には、現在まで用いられているLDD
を作製する代表的なプロセスの断面図を示す。まず、基
板701上に下地膜702を形成し、活性層を結晶珪素
703によって形成する。そして、この活性層上に酸化
珪素等の材料によって絶縁被膜704を形成する。(図
7(A))
【0008】次に、ゲイト電極705が多結晶珪素(燐
等の不純物がドーピングされている)やタンタル、チタ
ン、アルミニウム等で形成される。さらに、このゲイト
電極をマスクとして、イオンドーピング等の手段によっ
て不純物元素(リンやホウ素)を導入し、自己整合的に
ドーズ量の少ない低濃度ドレイン領域(LDD)70
6、707が活性層703に形成される。不純物が導入
されなかったゲイト電極の下の活性層領域はチャネル形
成領域となる。そして、レーザーもしくはフラッシュラ
ンプ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活性
化がおこなわれる。(図7(B))
【0009】次に、プラズマCVD、LPCVD等の手
段によって酸化珪素等の絶縁膜708を形成(図7
(C))し、これを異方性エッチングすることによっ
て、ゲイト電極の側面に隣接して側壁709を形成す
る。(図7(D)) そして、再び、イオンドーピング等の手段によって不純
物元素を導入し、ゲイト電極705および側壁709を
マスクとして自己整合的に十分な高濃度の不純物領域
(ソース/ドレイン領域)710、711が活性層70
3に形成される。そして、レーザーもしくはフラッシュ
ランプ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活
性化がおこなわれる。(図7(E)) 最後に、層間絶縁物712を形成し、さらに、層間絶縁
物を通して、ソース/ドレイン領域にコンタクトホール
を形成し、アルミニウム等の金属材料によって、ソース
/ドレインに接続する配線・電極713、714を形成
する。(図7(F))
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上の方法は従来の半
導体集積回路におけるLDD作製プロセスをそのまま踏
襲したものであって、ガラス基板上のTFT作製プロセ
スにはそのまま適用することの困難な工程や、あるいは
生産性の面で好ましくない工程がある。
【0011】それは側壁の形成の困難さである。絶縁膜
708の厚さは0.5〜2μmもある。通常、基板上に
設けられる下地膜702の厚さは1000〜3000Å
であるので、このエッチング工程において誤って、下地
膜をエッチングしてしまって、基板が露出することがよ
くあり、歩留りが低下した。TFTの作製に用いられる
基板は珪素半導体にとって有害な元素が多く含まれてい
るので、このような不良は極力避けることが必要とされ
る。また、側壁の幅を均一に仕上げることも難しいこと
であった。これは反応性イオンエッチング(RIE)等
のプラズマドライエッチングの際に、半導体集積回路で
用いられる珪素基板とは異なって、基板表面が絶縁性で
あるためにプラズマの微妙な制御が困難であるからであ
る。
【0012】しかも、LDDは高抵抗のため、その幅を
可能な限り狭くする必要があるが、上記のばらつきのた
めに量産化が困難であり、この自己整合的(すなわち、
フォトリソグラフィー法を用いることなく位置を決め
る)プロセスをいかに制御しやすくおこなうかが課題で
あった。
【0013】そこで 本発明は、上記のような問題を解
決し、よりプロセスを簡略化して、LDDを形成する方
法に関する。具体的には、下記に示す課題の少なくとも
1つを解決することを特徴とする。 (1)制御性よく、LDD構造を有する薄膜トランジス
タを作製する。 (2)OFF電流の小さい薄膜トランジスタを生産性に
優れた作製方法で提供する。 (3)OFF電流の小さい薄膜トランジスタを提供す
る。 (4)従来のLDD構造やオフセットゲイト構造では得
られなかった特性を有する薄膜トランジスタを提供す
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本明細書で開示する主要
な構成の一つは、酸化物被膜に覆われたゲイト電極を有
するTFTにおいて、ゲイト電極をマスクとし、基板に
対して斜方向から自己整合的に低ドーズ量の不純物を導
入して、低濃度不純物領域を形成する工程と、基板に対
して垂直方向から自己整合的に高ドーズ量の不純物を導
入して、高濃度不純物領域を形成する工程とを有し、前
記酸化物被膜の下部に、低濃度ドレイン領域(LDD)
を形成することを特徴とする。
【0015】上記構成の具体的な例を図3に示す。図3
に示す薄膜トランジスタの作製工程においては、以下に
示す構成が示されている。即ち、(B)の工程で酸化膜
307で覆われたゲイト電極306を形成する。そし
て、このゲイト電極306とその周囲の酸化膜307と
をマスクとして(C)の工程において不純物イオン(こ
こでは燐イオン)を低ドーズ量で斜め方向から注入し、
低濃度不純物領域308を形成する。ここでいう低ドー
ズ量としては、1×1013〜5×1014cm-2のドーズ
量とすることが望ましい。
【0016】そして(D)の工程において、垂直方向か
ら高ドーズ量の不純物を導入して、高濃度領域309を
形成する。ここでいう高ドーズ量としては、1014〜5
×1015cm-2とすることが望ましい。
【0017】上記(D)の工程を施す結果、ゲイト電極
周囲の酸化膜307の下部における活性層中に低濃度不
純物領域を形成することができる。この低濃度不純物領
域のドレイン側に存在するものがLDD(ライトドープ
ドレイン領域)となる。
【0018】本明細書で開示する他の発明の構成は、活
性層と、該活性層上に形成されたゲイト絶縁膜と、該ゲ
イト絶縁膜上に形成されたゲイト電極と、を有し、前記
ゲイト電極の側面には当該ゲイト電極を構成する材料を
酸化させた絶縁層が形成されており前記絶縁層の下部に
対応する前記活性層領域には、低濃度不純物領域が形成
されていることを特徴とする。
【0019】上記構成の具体的な例として図3に示す構
成を挙げることができる。図3において、304で示さ
れるのが薄膜トランジスタを構成する主要な要素である
活性層である。そして305がゲイト絶縁膜である。そ
して306がゲイト電極であり、307がゲイト電極3
07を陽極酸化工程において酸化させることによって得
られる絶縁層である。また310が低濃度不純物領域で
あり、ドレイン領域側のものがLDD(ライトドレイ
ン)領域として機能する。
【0020】他の発明の構成は、該活性層上に形成され
たゲイト絶縁膜と、該ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイ
ト電極と、を有し、前記ゲイト電極の側面には当該ゲイ
ト電極を構成する材料を酸化させた酸化物被膜が形成さ
れており前記酸化物被膜の下部に対応する前記活性層領
域には、低濃度不純物領域が形成されており、前記活性
層領域のソースおよびドレイン領域を構成する領域の表
面には、金属層が形成されていることを特徴とする。
【0021】他の発明の構成は、酸化物被膜に覆われた
ゲイト電極を有するTFTの作製工程において、ゲイト
電極をマスクとし、基板に対して斜方向から不純物を導
入する工程と、いて、ソースおよびドレイン領域に対応
する活性層表面に金属層を形成する工程と、を有し、前
記不純物を導入する工程において、前記酸化物被膜下の
活性層中に不純物領域が形成されることを特徴とする。
【0022】本明細書で開示する発明において、低濃度
不純物領域(低濃度ドレイン領域(LDD)となる)を
形成するには、斜方向から低ドーズ量の不純物を導入す
ることによって行う。この斜方向から不純物を導入する
方法として、回転斜めイオン注入を用いることが出来
る。
【0023】この回転斜めイオン注入は、図1に示す装
置を用いる。図1に示す装置は、チャンバー101とそ
の内部に配置されたサンプルホルダー(基板ホルダー)
102、アノード電極103、アノード電極103に高
電圧を供給するための電源104、グリッド電極105
を有している。サンプルホルダー102は斜方向からの
イオン注入が可能となるように、角度θが自在に変化で
きる。また、サンプルホルダーには回転機構が備わって
おり、イオン注入の際に回転できるようになっている。
【0024】また、アノード電極103には最大で10
0kVの電圧が印加される。この高電圧によって、グリ
ッド電極105の近傍においてRF放電等によってイオ
ン化された不純物イオン106は、サンプルホルダー1
02上に配置された基板107(サンプル)の方向に加
速される。その結果、基板には加速された不純物イオン
が打ち込まれることになる。
【0025】この回転斜めイオン注入の概念図を図2に
示す。サンプルホルダーに取りつけられた基板上のTF
Tは図2(A)のようにドーピングされるイオンに対し
てθの傾きを持っている。この傾きθによって不純物が
導入される奥行きが決定される。本発明においては、こ
の傾きθは30度以上が好ましい。この角度θを持って
いるために、201に示される領域は、ゲイト電極の下
部までドーピングされる。
【0026】しかし、202の領域においてはゲイト電
極の影になって、ゲイト電極に達しない所までしかドー
ピングされない。そこで、図2(B)のようにサンプル
ホルダーを180度回転させ、201の領域もゲイト電
極の下部までドーピングをおこなう。このようにして、
低ドーズ量のイオンドーピングをおこなう。ここで、サ
ンプルホルダーを180度回転してドーピングをおこな
ってもよいが、サンプルホルダーを回転させながらドー
ピングをおこなえば、より簡単に同様の効果が得られ
る。また、本明細書において、回転斜めイオン注入は図
2(C)のように示す。
【0027】このように、回転斜めイオン注入をおこな
うことによって、容易でしかも画一的に一定の奥行きま
でドーピンングされた低濃度不純物領域を形成すること
が出来る。以上のようにして低ドーズ量のイオンドーピ
ングをおこなった後、高ドーズ量のイオンドーピングを
おこなう。この際には、TFTに対して垂直方向から不
純物の注入をおこなう。このようにして、先の工程にお
いて低ドーズ量のイオンドーピングがおこなわれたゲイ
ト電極の下部には、高ドーズ量のイオンドーピングがお
こなわれずに、低濃度不純物領域が形成される。
【0028】なお、酸化物被膜に覆われたゲイト電極を
有する薄膜トランジスタにおいて、低濃度不純物領域を
形成する場合、不純物を注入する入射角を制御すること
によって、陽極酸化物の下部にのみ低濃度不純物領域を
形成することも可能であるし、チャネル形成領域に重な
って低濃度不純物領域を形成することも可能である。
【0029】従って、LDDを形成することも可能であ
るし、また、Overlap LDDを形成することも
可能である。ここで、Overlap LDDとは図4
に示されるLDDのように、ゲイト電極の下部にまでL
DD領域(415で示される)が形成されているものを
いう。即ち、Overlap LDDの場合、従来であ
ればチャネル形成領域となる領域に一部にLDD領域が
形成される構成となる。
【0030】
【作用】本発明では、斜方向より低濃度不純物領域を形
成することに特徴がある。従来、LDD領域の幅を制御
する際、ゲイト電極側面の側壁の制御によっておこなわ
れていたが、側壁の幅の制御は困難であった。しかし、
本発明において、不純物を導入する際の入射角を変化さ
せることによって、極めて能率的にLDD領域の幅を制
御することが可能である。このように、LDD領域の幅
が制御できるため、酸化物被膜に覆われたゲイト電極を
有するTFTにおいて、本発明をおこなうことによっ
て、酸化物の下部にのみLDDを形成することも可能で
あるし、ゲイト電極の下部からOverlap LDD
を形成することも可能となる。
【0031】特に、低濃度不純物領域となる領域を制御
性良く形成することができるので、必要とする特性(特
にOFF電流特性)を有した薄膜トランジスタを得るこ
とができる。
【0032】
【実施例】
〔実施例1〕本実施例を図3に示す。本実施例は、本発
明により低濃度ドレイン領域(LDD)を有するNチャ
ネル型薄膜トランジスタ(TFT)を形成した例であ
る。まず、基板301(コーニング7059、100m
m×100mm)上に下地酸化膜302として、酸化珪
素膜をプラズマCVD法によって1000〜5000
Å、例えば、4000Åに成膜した。この酸化珪素膜
は、ガラス基板からの不純物の拡散を防ぐものである。
【0033】そして、活性層を形成するための非晶質珪
素膜303をプラズマCVD法やLPCVD法により3
00〜1500Åに形成した。ここでは、プラズマCV
D法によって500Åに形成した。この後、熱アニール
やレーザーアニールを施して結晶化せしめてもよい。こ
のとき、非晶質珪素膜の結晶化を促進させるためにニッ
ケル等の触媒元素を添加しても構わない。(図3
(A)) 次に、この非晶質珪素膜をパターニングして、島状珪素
膜304を形成した。この島状珪素膜304はTFTの
活性層を構成する。そして、ゲイト絶縁膜305とし
て、厚さ200〜1500Å、ここでは1000Åの酸
化珪素膜をプラズマCVD法によって形成した。
【0034】その後、厚さ1000Å〜3μm、例え
ば、5000Åのアルミニウム(1wt%のSi、もし
くは0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ
リング法によって形成して、これをパターニングしてゲ
イト電極306を形成した。次に基板をpH≒7、1〜
3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸し、白金を
陰極、このアルミニウム電極を陽極として、陽極酸化を
おこなった。陽極酸化は、最初一定電流で220Vまで
電圧を上げ、その状態で1時間保持して終了させた。こ
のようにして、厚さ2500Åの陽極酸化物307を形
成した。(図3(B))
【0035】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜304にゲイト電極部をマスクとして自己整合
的に不純物として燐を導入した。ドーピングガスとして
はフォスフィン(PH )を用いた。まず、図2に示
した回転斜めイオン注入によって低ドーズ量のドーピン
グをおこなった。この場合のドーズ量は1×1013〜5
×1014原子/cm2 、加速電圧は10〜90kV、例
えば、ドーズ量を5×1013原子/cm2 、加速電圧を
80kVとした。この結果、低濃度不純物領域308が
形成された。(図3(C))
【0036】次に、高ドーズ量のイオンドーピングを垂
直方向からおこなった。このとき、先におこなったドー
ズ量より1〜3桁多いことが望ましい。本実施例におい
ては、先のドーズ量の40倍の2×1015原子/cm
2 、加速電圧を80kVとした。この結果、高濃度不純
物領域309が形成された。以上の工程により、ゲイト
電極下部に低濃度不純物領域が残り、低濃度ドレイン領
域(LDD)310が形成さた。(図3(D))
【0037】さらに、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm、パルス幅20nsec)を照射して、ドーピ
ングされた不純物領域309、310の活性化をおこな
った。この際、レーザー照射は垂直方向から照射するの
ではなく、LDDを形成する際のドーピングと同様に斜
方向からおこなった。レーザーのエネルギー密度は20
0〜400mJ/cm2 、好ましくは250〜300m
J/cm2 が適当であった。この工程は熱アニールによ
っておこなってもよい。
【0038】次に、層間絶縁膜311として,プラズマ
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Åに成膜し
た。そして、層間絶縁膜311、ゲイト絶縁膜305の
エッチングをおこなって、TFTのソース/ドレインに
コンタクトホール形成した。そして、アルミニウム膜を
スパッタリング法によって成膜し、パターニングをおこ
なってソース/ドレイン電極312を形成した。(図3
(E)) 以上のような工程により、Nチャネル型のLDDを有す
るTFTを作製した。なお、TFT形成後、不純物領域
の活性化のために、さらに200〜400℃で水素化処
理をおこなってもよい。なおLDDの作成において、低
濃度不純物領域308を形成する際に、不純物を注入す
る入射角を制御することによって、本実施例のように、
陽極酸化物307の下部にのみLDDを形成することも
可能であるし、また、ゲイト電極の下部にまで低濃度不
純物領域が形成されたOverlap LDDを形成す
ることも可能である。
【0039】〔実施例2〕本実施例を図4に示す。本実
施例は同一基板上に、本発明を用いてOverlap
LDDを有するNチャネル型TFTと、同じくLDDを
持たないNチャネル型TFTを形成した例である。ま
ず、基板401(コーニング7059)上に実施例1と
同様に下地酸化膜402として、酸化珪素膜をプラズマ
CVD法によって3000Åに成膜した。そして、活性
層を形成するための非晶質珪素膜をプラズマCVD法に
よって500Åに形成した。この後、これを550〜6
00℃の還元雰囲気に8〜24時間放置して、結晶化せ
しめた。この際には、ニッケル等の結晶化を助長する触
媒元素を微量添加しても構わない。(図4(A))
【0040】次に、この結晶性珪素膜403をパターニ
ングして、島状珪素膜404、405を形成した。この
島状珪素膜404、405はTFTの活性層を構成す
る。そして、ゲイト絶縁膜406として、厚さ800Å
の酸化珪素膜をプラズマCVD法によって形成した。そ
の後、厚さ6000Åのアルミニウム(1wt%のS
i、もしくは0.1〜0.3wt%のScを含む)膜を
スパッタリング法によって形成して、これをパターニン
グしてゲイト電極407、408を形成した。次に基板
をpH≒7、1〜3%の酒石酸を含むエチレングリコー
ル溶液に浸し、白金を陰極、このアルミニウム電極を陽
極として、陽極酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一
定電流で220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保
持して終了させた。このようにして、厚さ2500Åの
陽極酸化物409、410を形成した。(図4(B))
【0041】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜にゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物として燐を導入した。まず、LDDを持たないNチ
ャネル型TFTを構成する領域をフォトレジストのマス
ク411で覆って、Overlap LDDを有するN
チャネル型TFTを構成する領域に燐を導入した。この
時、図2に示した回転斜めイオン注入によって低ドーズ
量ののドーピングをおこなった。このときイオン注入の
入射角は、低濃度不純物領域がゲイト電極下部にまで、
形成されるように大きくした。この場合のドーズ量は1
×1013〜5×1014原子/cm2 、加速電圧は10〜
90kV、例えば、ドーズ量を4×1013原子/cm
2 、加速電圧を80kVとした。この結果、低濃度不純
物領域412が形成された。(図4(C))
【0042】次に、LDDを持たないNチャネル型TF
Tを構成する領域を覆っていたフォトレジストのマスク
411を取り除いて、高ドーズ量のイオンドーピングを
垂直方向からおこなった。このとき、先におこなったド
ーズ量より1〜3桁多いことが望ましい。本実施例にお
いては、先のドーズ量の50倍の2×1015原子/cm
2 、加速電圧を80kVとした。この結果、高濃度不純
物領域413、414が形成された。以上の工程によ
り、Overlap LDD415を有するN型不純物
領域(ソース/ドレイン領域)、および、LDDを持た
ないN型不純物領域が形成された。(図4(D))
【0043】さらに、本実施例においては、基板の裏面
からレーザー照射を施して、ドーピングされた不純物領
域413、414、415の活性化をおこなった。この
際、KrFエキシマレーザー(波長248nm、パルス
幅20nsec)を用いると、基板にレーザー光が吸収
されてしまって不純物領域までレーザー光が達しないの
で、波長の異なるXeClエキシマレーザー(波長30
8nm、パルス幅30nsec)や、XeFエキシマレ
ーザー(波長353nm、パルス幅40nsec)を使
用すればよい。本実施例においては、XeClエキシマ
レーザーを使用した。ここでは、レーザーのエネルギー
密度は200〜400mJ/cm2 、好ましくは250
〜350mJ/cm2 が適当であった。この工程は熱ア
ニールによっておこなってもよい。
【0044】次に、層間絶縁膜416として,プラズマ
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Åに成膜し
た。そして、層間絶縁膜416、ゲイト絶縁膜406の
エッチングをおこなってTFTのソース/ドレインにコ
ンタクトホール形成した。そして、アルミニウム膜をス
パッタリング法によって成膜し、パターニングをおこな
ってソース/ドレイン電極417を形成した。(図4
(E)) 以上のような工程により、同一基板上に、Overla
p LDDを有するNチャネル型TFTと、同じくLD
Dを持たないNチャネル型TFTを作製した。なお、T
FT形成後、不純物領域の活性化のために、さらに20
0〜400℃で水素化処理をおこなってもよい。
【0045】〔実施例3〕本実施例を図5に示す。本実
施例は、本発明を用いて低濃度ドレイン領域(LDD)
を有するNチャネル型TFTとLDDを持たないPチャ
ネル型TFTから構成された相補型回路を形成した例で
ある。まず、基板501(コーニング7059)上に実
施例1と同様に下地酸化膜502として、酸化珪素膜を
プラズマCVD法によって3000Åに成膜した。そし
て、活性層を形成するための非晶質珪素膜をプラズマC
VD法によって500Åに形成した。この後、これを5
50〜600℃の還元雰囲気に8〜24時間放置して、
結晶化せしめた。この際には、ニッケル等の結晶化を助
長する触媒元素を微量添加しても構わない。(図5
(A))
【0046】次に、この結晶性珪素膜503をパターニ
ングして、島状珪素膜504、505を形成した。この
島状珪素膜504、505はTFTの活性層を構成す
る。そして、ゲイト絶縁膜506として、厚さ800Å
の酸化珪素膜をプラズマCVD法によって形成した。そ
の後、厚さ6000Åのアルミニウム(1wt%のS
i、もしくは0.1〜0.3wt%のScを含む)膜を
スパッタリング法によって形成して、これをパターニン
グしてゲイト電極507、508を形成した。次に基板
をpH≒7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶
液に浸し、白金を陰極、このアルミニウム電極を陽極と
して、陽極酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定電
流で220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持し
て終了させた。このようにして、厚さ2500Åの陽極
酸化物509、510を形成した。(図5(B))
【0047】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜にゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物を導入した。まず、Pチャネル型TFTを構成する
領域をフォトレジストのマスク511で覆って、LDD
を有するNチャネル型TFTを構成する領域に燐を導入
した。まず、図2に示した回転斜めイオン注入によって
低ドーズ量のドーピングをおこなった。この場合のドー
ズ量は1×1013〜5×1014原子/cm2 、加速電圧
は10〜90kV、例えば、ドーズ量を2×1013原子
/cm2 、加速電圧を80kVとした。この結果、低濃
度不純物領域512が形成された。(図5(C))
【0048】次に、高ドーズ量のイオンドーピングを垂
直方向からおこなった。このとき、先におこなったドー
ズ量より1〜3桁多いことが望ましい。本実施例におい
ては、先のドーズ量の50倍の1×1015原子/cm
2 、加速電圧を80kVとした。この結果、高濃度不純
物領域513が形成された。以上の工程により、LDD
514を有するN型不純物領域(ソース/ドレイン領
域)が形成された。(図5(D))
【0049】その後、Pチャネル型TFTの領域を覆っ
ていたマスク511を取り除き、Nチャネル型TFTを
構成する領域をフォトレジストのマスク515で覆っ
て、Pチャネル型TFTの領域に硼素を導入した。この
場合のドーズ量は1×1013〜5×1015原子/cm
2 、加速電圧は5〜80kV、例えば、ドーズ量を1×
1015原子/cm2 、加速電圧を65kVとした。この
結果、P型不純物領域516(ソース/ドレイン領域)
が形成された。(図5(E))
【0050】さらに、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm、パルス幅20nsec)を照射して、ドーピ
ングされた不純物領域513、514、516の活性化
をおこなった。この際、垂直方向より通常の活性化をお
こなった。レーザーのエネルギー密度は200〜400
mJ/cm2 、好ましくは250〜300mJ/cm2
が適当であった。この工程は熱アニールによっておこな
ってもよい。
【0051】次に、層間絶縁膜517として,プラズマ
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Åに成膜し
た。そして、層間絶縁膜517、ゲイト絶縁膜506の
エッチングをおこなってTFTのソース/ドレインにコ
ンタクトホール形成した。そして、アルミニウム膜をス
パッタリング法によって成膜し、パターニングをおこな
ってソース/ドレイン電極518を形成した。以上のよ
うな工程により、LDDを有するNチャネル型TFTと
LDDを持たないPチャネル型TFTから構成された相
補型回路を作製した。
【0052】〔実施例4〕 本実施例を図6に示す。本実施例は、モノリシック型ア
クティブマトリクス回路に関するものである。本実施例
では、駆動回路には、本発明を用いて作成した低濃度ド
レイン領域(LDD)を有するNチャネル型TFTとP
チャネル型TFTから構成された相補型回路を、アクテ
ィブマトリクス回路のスイッチング素子にはLDDを持
たないPチャネル型TFTを用いた。
【0053】まず、基板601(コーニング7059)
上に実施例1と同様に下地酸化膜602として、酸化珪
素膜をプラズマCVD法によって2000Åに成膜し
た。そして、活性層を形成するための非晶質珪素膜をプ
ラズマCVD法によって500Åに形成した。この後、
これを550〜600℃の還元雰囲気に8〜24時間放
置して、結晶化せしめた。次に、この非晶質珪素膜をパ
ターニングして、島状珪素膜を形成した。この島状珪素
膜はTFTの活性層を構成する。そして、ゲイト絶縁膜
603として、厚さ1000Åの酸化珪素膜をプラズマ
CVD法によって形成した。
【0054】その後、厚さ5000Åのアルミニウム膜
をスパッタリング法によって形成して、これをパターニ
ングしてゲイト電極604、605、606を形成し
た。次に基板をpH≒7、1〜3%の酒石酸のエチレン
グリコール溶液に浸し、白金を陰極、このアルミニウム
電極を陽極として陽極酸化をおこない、厚さ2000Å
の陽極酸化物607、608、609を形成した。
【0055】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜にゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物を導入した。まず、LDDを持たないPチャネル型
TFTを構成する領域と駆動回路のNチャネル型TFT
を構成する領域をフォトレジストのマスク610で覆っ
て、駆動回路のPチャネル型TFTを構成する領域に硼
素を導入した。まず、図2に示した回転斜めイオン注入
によって低ドーズ量のドーピングをおこなった。この場
合のドーズ量は1×1013〜5×1014原子/cm2
加速電圧は5〜80kV、例えば、ドーズ量を3×10
13原子/cm2、加速電圧を60kVとした。この結
果、駆動回路のPチャネル型TFTを構成する領域にP
型の低濃度不純物領域611が形成された。(図6
(A))
【0056】次に、LDDを持たないPチャネル型TF
Tを構成する領域を覆っていたフォトレジストのマスク
を取り除き、島状珪素に高ドーズ量の硼素イオンのドー
ピングを垂直方向からおこなった。このとき、先におこ
なったドーズ量より1〜3桁多いことが望ましい。本実
施例においては、先のドーズ量の100倍の3×1015
原子/cm2 、加速電圧を60kVとした。この結果、
高濃度不純物領域612、613が形成された。以上の
工程によって、LDD614を有するP型不純物領域
(ソース/ドレイン領域)およびLDDを持たないP型
不純物領域(ソース/ドレイン領域)が形成された。
(図6(B))
【0057】つぎに、駆動回路のNチャネル型TFTを
構成する領域を覆っていたフォトレジストのマスク61
0を取り除き、先に不純物を導入したPチャネル型TF
T領域をフォトレジストのマスク615で覆った。その
後、駆動回路のNチャネル型TFTを構成する領域に燐
を導入した。まず図2に示した回転斜めイオン注入によ
って低ドーズ量のドーピングをおこなった。この場合の
ドーズ量は1×1013〜5×1014原子/cm2 、加速
電圧は10〜90kV、例えば、ドーズ量を3×1013
原子/cm2 、加速電圧を70kVとした。この結果、
駆動回路のNチャネル型TFTを構成する領域にN型の
低濃度不純物領域616が形成された。(図6(C))
【0058】次に、高ドーズ量の燐イオンのドーピング
を垂直方向からおこなった。このとき、先におこなった
ドーズ量より1〜3桁多いことが望ましい。本実施例に
おいては、先のドーズ量の100倍の3×1015原子/
cm2 、加速電圧を70kVとした。この結果、高濃度
不純物領域617が形成された。以上の工程により、L
DD618を有するN型不純物領域(ソース/ドレイン
領域)が形成された。(図6(D)) さらに、KrFエキシマレーザー(波長248nm、パ
ルス幅20nsec)を照射して、ドーピングされた不
純物領域の活性化をおこなった。レーザーのエネルギー
密度は200〜400mJ/cm2 、好ましくは250
〜300mJ/cm2 が適当であった。
【0059】次に、層間絶縁膜619として,プラズマ
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Åに成膜し
た。そして、層間絶縁膜619、ゲイト絶縁膜603の
エッチングをおこなってTFTのソース/ドレインにコ
ンタクトホール形成した。そして、アルミニウム膜をス
パッタリング法によって成膜し、パターニングをおこな
ってソース/ドレイン電極620を形成した。(図6
(E))
【0060】その後、パッシベーション膜621とし
て、プラズマCVD法によって窒化珪素膜を厚さ300
0Å形成し、これと層間絶縁膜619、ゲイト絶縁膜6
03をエッチングして、コンタクトホールを形成し、ア
クティブマトリクス回路のTFTに透明導電膜によって
画素電極622を形成した。(図6(F))以上のよう
な工程により、駆動回路には、本発明を用いて作成した
LDDを有するNチャネル型TFTとPチャネル型TF
Tから構成された相補型回路を、アクティブマトリクス
回路のスイッチング素子にはLDDを持たないPチャネ
ル型TFTを用いた、モノリシック型アクティブマトリ
クス回路を作製した。なお、TFT形成後、不純物領域
の活性化のために、さらに200〜400℃で水素化処
理をおこなってもよい。
【0061】〔実施例5〕本実施例を図8に示す。本実
施例に示す薄膜トランジスタは、ソース/ドレイン領域
として、低不純物領域(比較的低濃度に不純物のドーピ
ングを行った領域)上に窒化チタン膜を形成したものを
用いたことを特徴とする。
【0062】まず、基板301上に下地酸化膜302と
して、酸化珪素膜をプラズマCVD法によって1000
〜5000Å、例えば、4000Åに成膜した。この酸
化珪素膜は、ガラス基板からの不純物の拡散を防ぐもの
である。
【0063】そして、活性層を形成するための非晶質珪
素膜をプラズマCVD法やLPCVD法により300〜
1500Åに形成した。ここでは、プラズマCVD法に
よって700Åの厚さに形成した。この後、熱アニール
やレーザーアニールを施して結晶化せしめてもよい。こ
のとき、非晶質珪素膜の結晶化を促進させるためにニッ
ケル等の触媒元素を添加しても構わない。
【0064】次に、この非晶質珪素膜をパターニングし
て、島状珪素膜304を形成した。この島状珪素膜30
4はTFTの活性層を構成する。そして、ゲイト絶縁膜
305として、厚さ200〜1500Å、ここでは10
00Åの酸化珪素膜をプラズマCVD法によって形成し
た。
【0065】その後、厚さ1000Å〜3μm、例え
ば、5000Åのアルミニウム(1wt%のSi、もし
くは0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ
リング法によって形成して、これをパターニングしてゲ
イト電極306を形成した。次に基板をpH≒7、1〜
3%の酒石酸を含んだエチレングリコール溶液に浸し、
白金を陰極、このアルミニウム電極を陽極として、陽極
酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定電流で220
Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持して終了させ
た。このようにして、厚さ2500Åの陽極酸化物30
7を形成した。(図8(A))
【0066】その後、イオンドーピング法またはプラズ
マドーピング法によって、活性層である島状珪素膜30
4にゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不純物と
して燐を導入した。ドーピングガスとしてはフォスフィ
ン(PH )を用いた。まず、図2に示した回転斜め
イオン注入によって低ドーズ量のドーピングをおこなっ
た。この場合のドーズ量は1×1014〜5×1014原子
/cm2 、加速電圧は10〜90kVとすればよい。こ
こではドーズ量を2×1014原子/cm2 、加速電圧を
80kVとした。この結果、低濃度不純物領域308が
形成された。またこの工程でチャネル形成領域804が
自己整合的に形成される。(図8(B))
【0067】次に、露呈したゲイト絶縁膜305を取り
除いた。こうして図8(C)に示す状態を得る。さらに
金属膜800をスパッタ法によって50〜500Åの厚
さに成膜した。ここでは金属膜800としてチタン膜を
200Åの厚さにスパッタ法で形成した。また、チタン
膜の代わりに、ニッケル、モリブデン、タングステン、
白金、パラジウム等の金属材料を用いることができる。
【0068】そして、レーザー光(例えばKrFエキシ
マレーザー)を照射して、ドーピングされた不純物の活
性化と低不純物領域の再結晶化とを行うとともに、金属
膜800と活性層との界面およびその近傍に金属珪化物
層803(この場合は珪化チタン層)を形成した。レー
ザー光の照射密度は、KrFエキシマレーザーを用いた
場合で、250〜300mJ/cm2 とすればよい。ま
た、レーザー光の加熱中に試料を200〜500℃に加
熱することは効果的である。またレーザー光の照射の代
わりに、強光を照射するのでもよい。(図8(D))
【0069】金属化合物層803を形成した後、過酸化
水素とアンモニアと水とを5:2:2で混合したエッチ
ング液で金属膜800のエッチングを行った。そして、
層間絶縁膜として酸化珪素膜311を6000Åの厚さ
に成膜した。さらに穴開け公知を経て、TFTのソース
/ドレインにコンタクトホール形成した。そして、アル
ミニウム膜をスパッタリング法によって成膜し、パター
ニングをおこなってソース/ドレイン電極312を形成
した。(図8(E))
【0070】以上のような工程により、Nチャネル型の
LDDを有するTFTを作製した。なお、TFT形成
後、不純物領域の活性化のために、さらに200〜40
0℃で水素化処理をおこなってもよい。図8(E)に示
すTFTは、ソース/ドレイン領域が低濃度不純物領域
上に金属珪化物層を有した構成を有し、さらにソース/
ドレイン領域とチャネル形成領域との間に何れか一方が
LDD領域として機能する低濃度不純物領域が形成され
た構成を有している。
【0071】図8(E)に示す構成におけるソース/ド
レイン領域は、低濃度にドーピングが行われた不純物領
域ではあるが、その表面に金属珪化物層803が形成さ
れているので、その抵抗は低く、ソース/ドレイン領域
としての機能を十分果たす。また金属珪化物層803
形成されていない低濃度不純物領域308(310で示
される領域に合致する)は、チャネル形成領域804に
隣接した電界集中を緩和するための領域(ドレイン領域
側のこの領域はLDD(ライトドープ領域)となる)と
して機能する。
【0072】本実施例に示すTFTの作製工程は、不純
物イオンの注入が1回であり、またライトドープピング
で済むので、作製工程の簡略化と生産性の向上を得るこ
とができる。
【0073】〔実施例6〕本実施例の作製工程を図9に
示す。本実施例に示す薄膜トランジスタは、ソース/ド
レイン領域の表面にソース/ドレイン領域の低抵抗化
と、ソース/ドレイン電極とソース/ドレイン領域との
コンタクト特性の向上とを果たすための金属珪化物層を
形成したことを特徴とする。
【0074】まず、基板301上に下地酸化膜302と
して、酸化珪素膜をプラズマCVD法によって1000
〜5000Å、例えば、4000Åに成膜した。この酸
化珪素膜は、ガラス基板からの不純物の拡散を防ぐもの
である。
【0075】そして、活性層を形成するための非晶質珪
素膜をプラズマCVD法やLPCVD法により300〜
1500Åに形成した。ここでは、プラズマCVD法に
よって1000Åの厚さに形成した。この後、熱アニー
ルやレーザーアニールを施して結晶化せしめてもよい。
このとき、非晶質珪素膜の結晶化を促進させるためにニ
ッケル等の触媒元素を添加しても構わない。
【0076】次に、この非晶質珪素膜をパターニングし
て、島状珪素膜304を形成した。この島状珪素膜30
4はTFTの活性層を構成する。そして、ゲイト絶縁膜
305として、厚さ200〜1500Å、ここでは10
00Åの酸化珪素膜をプラズマCVD法によって形成し
た。
【0077】その後、厚さ1000Å〜3μm、例え
ば、5000Åのアルミニウム(1wt%のSi、もし
くは0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ
リング法によって形成して、これをパターニングしてゲ
イト電極306を形成した。次に基板をpH≒7、1〜
3%の酒石酸を含んだエチレングリコール溶液に浸し、
白金を陰極、このアルミニウム電極を陽極として、陽極
酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定電流で220
Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持して終了させ
た。このようにして、厚さ2500Åの陽極酸化物30
7を形成した。(図9(A))
【0078】その後、イオンドーピング法またはプラズ
マドーピング法によって、活性層である島状珪素膜30
4にゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不純物と
して燐を導入した。ドーピングガスとしてはフォスフィ
ン(PH )を用いた。まず、図2に示した回転斜め
イオン注入によって低ドーズ量のドーピングをおこなっ
た。この場合のドーズ量は1×1014〜5×1014原子
/cm2 、加速電圧は10〜90kVとすればよい。こ
こではドーズ量を2×1014原子/cm2 、加速電圧を
80kVとした。この結果、低濃度不純物領域308が
形成された。またこの工程でチャネル形成領域804が
自己整合的に形成された。(図9(B))
【0079】次に、2×1015cm-2のドーズ量で燐イ
オンのドーピングをプラズマドーピング法で行う。この
ドーピングは、基板に対して垂直な方向から行った。こ
の工程で、ソース/ドレイン領域として機能する一対の
高濃度不純物領域309が形成される。(図9(C))
【0080】次に露呈しているゲイト絶縁膜305を取
り除いた。こうして図9(D)に示す状態を得る。さら
に金属膜800をスパッタ法によって50〜500Åの
厚さに成膜した。ここでは金属膜800としてチタン膜
を200Åの厚さにスパッタ法で形成した。なおチタン
膜の代わりに、ニッケル、モリブデン、タングステン、
白金、パラジウム等の金属材料を用いることができる。
【0081】そして、レーザー光(例えばKrFエキシ
マレーザー)を照射して、ドーピングされた不純物の活
性化と低不純物領域の再結晶化とを行うとともに、金属
膜800と活性層との界面およびその近傍に金属珪化物
層803(この場合は珪化チタン層)を形成した。レー
ザー光の照射密度は、KrFエキシマレーザーを用いた
場合で、250〜300mJ/cm2 とすればよい。ま
た、レーザー光の加熱中に試料を200〜500℃に加
熱することは効果的である。またレーザー光の照射の代
わりに、強光を照射するのでもよい。(図9(E))
【0082】金属化合物層803を形成した後、過酸化
水素とアンモニアと水とを5:2:2で混合したエッチ
ング液で金属膜800のエッチングを行った。そして、
層間絶縁膜として酸化珪素膜311を6000Åの厚さ
に成膜した。さらに穴開け公知を経て、TFTのソース
/ドレインにコンタクトホール形成した。そして、アル
ミニウム膜をスパッタリング法によって成膜し、パター
ニングをおこなってソース/ドレイン電極312を形成
した。(図9(F)
【0083】以上のような工程により、Nチャネル型の
LDDを有するTFTを作製した。なお、TFT形成
後、不純物領域の活性化のために、さらに200〜40
0℃で水素化処理をおこなってもよい。図9(E)に示
すTFTは、310がソース/ドレイン領域とチャネル
形成領域との間において電界集中を緩和する領域として
機能する構成を有している。
【0084】
【発明の効果】従来、低濃度不純物領域を形成後、ゲイ
ト電極の側面に隣接して側壁を形成することによってL
DD領域を形成していたが、この工程は側壁の形成が困
難で、手間がかかるために、歩留りが低く生産性の面で
問題があった。しかし、本発明によって、側壁の形成が
不要となり、通常のTFT作製におけるイオンドーピン
グ工程において、斜方向からの低濃度不純物の導入、お
よび垂直方向からの高濃度不純物の導入をおこなうだけ
で、容易にLDDを有するTFTを形成できるようにな
り、歩留りの向上に有益である。
【0085】また、酸化物被膜に覆われたゲイト電極を
有するTFTにおいて、低濃度不純物を形成する際に不
純物を注入する入射角を制御することによって酸化物被
膜の下部にのみLDDを有する構造や、Overlap
LDDの構造をとるTFTを作製することが出来る。
【0086】このように、本明細書で開示する発明を利
用することで、必要とする特性(特にOFF電流特性)
を有する薄膜トランジスタを生産性良く、高い歩留りで
形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ドーピングをおこなう装置を示す。
【図2】 斜めイオン注入の概念を示す。
【図3】 実施例1の薄膜トランジスタの作製工程を示
す。
【図4】 実施例2の薄膜トランジスタの作製工程を示
す。
【図5】 実施例3の薄膜トランジスタの作製工程を示
す。
【図6】 実施例4の薄膜トランジスタの作製工程を示
す。
【図7】 従来法による工程を示す。
【図8】 実施例5の薄膜トランジスタの作製工程を示
す。
【図9】 実施例6の薄膜トランジスタの作製工程を示
す。
【符号の説明】
101・・・・チャンバー 102・・・・サンプルホルダー 103・・・・アノード電極 104・・・・電源 105・・・・グリッド電極 106・・・・不純物イオン 107・・・・基板 108・・・・回転機構 301・・・・基板 302・・・・下地酸化膜 303・・・・珪素膜 304・・・・島状珪素膜 305・・・・ゲイト絶縁膜 306・・・・ゲイト電極307・・・・陽極酸化物 308 ・・・・低濃度不純物領域309 ・・・・高濃度不純物領域(ソース/ドレイン領
域)310 ・・・・低濃度ドレイン領域(LDD)311 ・・・・層間絶縁膜312 ・・・・ソース/ドレイン電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須沢 英臣 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 魚地 秀貴 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 審査官 河本 充雄 (56)参考文献 特開 平5−114724(JP,A) 特開 平4−188633(JP,A) 特開 昭58−142566(JP,A) 特開 平5−315355(JP,A) 特開 平3−203322(JP,A) 特開 平2−148865(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/265

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された、活性層、ゲイト絶
    縁膜、および酸化物被膜に覆われたゲイト電極を有する
    TFTにおいて、 前記ゲイト電極をマスクとし、前記基板に対して斜方向
    から自己整合的に低ドーズ量の不純物を導入して、前記
    活性層に低濃度不純物領域を形成し、 前記基板に対して垂直方向から自己整合的に高ドーズ量
    の不純物を導入して、前記活性層に高濃度不純物領域を
    形成し、 前記酸化物被膜の下部の前記活性層に、低濃度ドレイン
    領域(LDD)を形成することを特徴とする半導体装置
    の作製方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 形成される前記低濃度ドレイン領域(LDD)が、前記
    ゲイト電極の下部にまでおよぶ低濃度ドレイン領域(O
    verlap LDD)を形成することを特徴とする半
    導体装置の作製方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において、 前記低ドーズ量の不純物を導入する際の入射角が、30
    度以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  4. 【請求項4】 請求項1において、 前記基板を傾けて、回転させることによって前記低ドー
    ズ量の不純物を導入することを特徴とする半導体装置の
    作製方法。
  5. 【請求項5】 請求項1において、 前記ゲイト電極が金属電極で構成されており、 前記ゲイト電極を覆う酸化物が、前記ゲイト電極を陽極
    酸化することによって得られた陽極酸化物であることを
    特徴とする半導体装置の作製方法。
  6. 【請求項6】 請求項1において、 前記低ドーズ量の不純物は1×1013〜5×1014原子
    /cm2 のドーズ量で導入され、 前記高ドーズ量の不純物は1×1014〜5×1015原子
    /cm2 のドーズ量で導入されることを特徴とする半導
    体装置の作製方法。
  7. 【請求項7】 基板上に形成された、活性層、ゲイト絶
    縁膜、および酸化物被膜に覆われたゲイト電極を有する
    TFTの作製において、 前記ゲイト電極をマスクとし、前記基板に対して斜方向
    から不純物を導入して、前記酸化物被膜下の活性層中に
    低濃度不純物領域を形成し、 ソースおよびドレイン領域に対応する前記活性層の表面
    に金属珪化物層を形成することを特徴とする半導体装置
    の作製方法。
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