JP3398453B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Description
方法に関する。
示デバイスは、表示部の薄型化が可能であり、事務機器
やコンピュータ等の表示装置あるいは特殊な表示装置へ
の用途として要求が高まっている。
・シリコン(a−Si)または結晶を持ったシリコン
(ポリシリコン:poly−Si)を用いた薄膜トラン
ジスタ(TFT)をスイッチング素子としてマトリック
ス上に配した液晶表示装置(TFT−LCD)は、表示
品位が高く、低消費電力であるため、その開発が盛んに
行われている。
−SiTFTよりも移動度が10から100倍程度高
く、その利点を利用して画素スイッチング素子して用い
るだけでなく、周辺駆動回路にpoly−SiTFTを
用いて、画素TFTと駆動回路TFTを同一基板上に同
時に形成する駆動回路一体型TFT−LCDの研究開発
が盛んに行われている。
に比べ移動度は高いが、他方リーク電流(TFTがOF
Fのとき流れてしまうリーク電流)がa−SiTFTに
比べ高いという難点がある。駆動回路を構成する場合に
は、特に問題にならないが画素スイッチングに用いた場
合は、画質劣化の原因となる。
FTには、さまざまに構造上に工夫をこらしたものがあ
る。その一例として、オフセット構造を持ったTFTを
製造する場合、ソースドレイン領域、オフセット領域を
形成するために、フォトリソグラフィー工程が2回必要
である。従って露光のために少くとも2つのマスクが必
要であり、それに共うPEP工程等の露光工程も夫々必
要となり、工程が煩雑化するという問題があった。
の製造方法は、リーク電流の低減化に有利なオフセット
構造を有するものの、少くとも2つのマスクを必要とす
る2回の露光工程が必要で工程が煩雑化する問題があっ
た。
で、1回の露光工程でオフセット構造、あるいはLDD構
造を形成でき、製造工程数を簡略化した薄膜トランジス
タの製造方法の提供を目的とする。
に、絶縁基板上に半導体層を島状に形成する第1工程
と、この半導体層上に絶縁膜を形成する第2工程と、前
記絶縁膜上に導電膜を形成する第3工程と、前記導電膜
上に所定パターンのレジストマスクを形成する第4工程
と、前記レジストマスクを用いて、前記導電膜を底面が
広がったテーパー加工する第5工程と、前記導電膜をマ
スクにして前記半導体層に不純物を導入する第6工程
と、前記レジストマスクを用いて前記導電膜の側面をエ
ッチングしてゲート電極を形成する第7工程とを具備
し、前記第6工程により前記半導体層中に不純物濃度の
高い高濃度領域および前記高濃度領域よりも不純物濃度
の低い低濃度領域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を提供するものである。ここで、半
導体は4族半導体や3−4族等の加工物半導体であって
も良いが、液晶表示装置に使用した際の画質向上面から
シリコンが好ましい。
する際、ゲート電極のエッチング工程、不純物注入工
程、再エッチング工程を、同一のマスクで行うことによ
り、サブミクロンあるいはミクロンオーダのオフセット
領域の製造工程を簡略化することができる。それにより
コストの低下、歩留まりの向上が可能となる。
明する。(実施例1)実施例1を図1に従い説明する。
図1にはnチャネルコプラナ型TFTの製造工程を示し
ている。
光性絶縁基板101上にCVD法によりバッファ層とな
るSiOx膜102を100nm程度被着する。さらに
CVD法によりa−Si:H膜を50nm被着し、45
0度で1時間炉アニールを行った後、例えばXeClエ
キシマレーザアニールによりa−Si:H膜を溶融再結
晶化させpoly−Si膜103を形成する。その後、
フォトリソグラフィ等によりpoly−Si膜103を
パターニング、エッチングし、島状に加工する(図1
(a))。
SiOx膜104を100nm被着した後、ゲート電極
として例えば燐ドープa−Si膜105を400nm被
着する(図1(b))。
性ポリイミド106等をパターニングした後に、ゲート
電極107aを例えばCDE法等によりθ1=25°の
角度がつくようにエッチングを行う(図1(c))。
ず、イオン注入、イオンドーピング法により燐を注入す
る。イオン注入法の場合、例えば加速電圧は100ke
V、ドーズ量は5×1015cm−2とする。燐イオン
は上部にゲート電極が存在しないソース・ドレイン領域
108には燐イオンがヘビードープされる。この領域に
電気的に隣接してゲートテーパ端部を通過して燐イオン
が注入される領域、つまりライトリィドープされた領域
109、さらに隣接して膜厚が215nm以上あるテー
パ部直下の活性層領域、すなわちイントリンシックSi
のままである領域110が得られる(図1(d))。
ず、CDE法によるエッチング時に用いたままの状態で
さらに、RIE法の異方性エッチング時のマスクとして
使用する。RIE法によりθ2=87度のテーパ角でゲ
ート電極を再エッチングすると約600nmのオフセッ
ト領域110と、約460nmのLDD領域109が形
成できる。このときの活性層及びゲート電極の状態につ
いて記載する。ゲート電極の再エッチングによりゲート
電極107b長は短くなり、それにともないチャネル領
域はやや短くなる。チャネルに隣接して前記ライトリィ
ドープ(LDD)領域109、イントリンシックSi領
域(オフセット領域)110がソース・ドレイン領域の
一部として加わる(図1(e))。
CVD法により層間絶縁膜111を400nm程度被着
する(図1(f))。次に、例えばXeClエキシマレ
ーザアニールによりソース・ドレイン領域、ゲート電極
107bの活性化を行う。この時のレーザエネルギーは
約200mJ/cm2とすれば、十分に活性化ができ
る。レーザ活性化法を用いた場合不純物の拡散長は、た
かだか60nm程度であるので約540nm(0.5μ
m)のオフセット領域110が形成される。さらに、L
DD領域109とオフセット領域110を同時に溶融さ
せるために、良好なn/i接合を形成できることも、リ
ーク電流低減に寄与している(図1(g))。
クトホールHを開孔し(図1(h))、ソース・ドレイ
ン電極として例えばAl膜をスパッタリング法により成
膜する。フォトリソグラフィ等によりソース・ドレイン
電極112にパターニングして、nチャネルコプラナ型
TFTが完成する(図1(i))。
ーパー加工について説明を加える。ゲート電極をテーパ
エッチングする際、図2に示したようにゲート電極10
7aのテーパ角をθ1度とする。次に、レジスト等の剥
離を行わずそのままゲート電極107aをマスクとして
不純物を注入する。さらに、前記ゲート電極107aエ
ッチング時に用いたレジスト等をマスクとし、ゲート電
極107aのエッヂ部が垂直あるいは垂直に近い角度
(θ2)になるように再エッチングを行ってゲート電極
107bを形成する。この時、θ2>θ1なる条件でエ
ッチングすることは、言うまでもない。ゲート電極10
7a、ゲート絶縁膜104を通過して不純物が注入され
る領域の長さ(L)と、チャネル領域に隣接したイント
リンシックポリシリコンのいわゆるオフセット領域の長
さ(L0)の制御は、ゲート電極107a、107bの
膜厚、イオン加速電圧、ゲート電極テーパ部の角度(θ
1、θ2)等によって制御する。この時の活性層103
中の平均不純物密度を図3に示す。このように、1度の
不純物注入工程で、ゲート電極端107bからの距離に
より、 高不純物濃度領域108(>L)、 低不純物濃度領域109(L>L0)、 オフセット領域110(L0>0)の3領域を形成する
ことができる。
θ1)で2回でエッチングした後、ゲート電極をマスク
として、さらに不純物を低濃度で注入するとLDD構造
をとることもできる。
i領域(オフセット領域)104の長さ(L)と、低不
純物濃度領域105の長さ(L0)の比(L/L0)が
0.1以上であることが高い信頼性を得ることから好ま
しい。
形成するために新たなマスクを必要としない。従ってそ
の分の余分のPEP工程等がなくなり、大幅に工程を簡
略化することができる。
ット構造を形成することができリーク電流を7×10
-11A程度に低減でき、ゲート電極にテーパがついてい
るにも関わらず、前記ゲート電極直下のゲート絶縁膜中
に燐イオンが注入されずTFTの信頼性が向上する。 (実施例2) 本実施例が、実施例1と異なる点は、半導体がSi以外
の半導体である化合物半導体のGaAsであり、ゲート
電極がWNxのショットキー電極になったことにある。
この場合、実施例1の様なゲート絶縁膜は必要ないの
で、Si基板上にGaAs層を形成しておき、このGa
As層上にさらに形成したテーパ形状(底面が広がった
台形)のゲート電極から不純物をイオン注入してソース
・ドレイン領域を形成し、この後、ゲート電極の側面を
実施例1と同様にエッチングする。エッチングした下部
のGaAs層がオフセット領域となる。これによって実
施例1とは材料系は異なるもののGaAsを用いたコプ
ラナ型TFTをオフセット領域を持った構造で実施例1
と同様に形成することができる。
いて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲におい
て、さまざまに変形することができる。例えばソース・
ドレイン領域、チャネル領域よりもゲート電極が上にく
るTFT、例えばスタガ型TFTについても同様に実施
することができる。また、nチャネルまたはpチャネル
タイプのTFTに適用することができるのは言うまでも
ない。ゲート電極材料については、高融点金属、その経
過物、窒化物などが使用でき、また、ゲート絶縁膜につ
いては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等が使用で
き、さらには、ソース・ドレイン領域、チャネル領域に
ついては、、多結晶、非晶質の各種半導体を使用するこ
とができる。
るためのフォトリソグラフィ工程を削除し、製造工程を
簡略化することができる。それによりコストの低下、歩
留まりの向上が可能となる。
Claims (4)
- 【請求項1】 絶縁基板上に半導体層を島状に形成する
第1工程と、この半導体層上に絶縁膜を形成する第2工
程と、前記絶縁膜上に導電膜を形成する第3工程と、前
記導電膜上に所定パターンのレジストマスクを形成する
第4工程と、前記レジストマスクを用いて、前記導電膜
を底面が広がったテーパー加工する第5工程と、前記導
電膜をマスクにして前記半導体層に不純物を導入する第
6工程と、前記レジストマスクを用いて前記導電膜の側
面をエッチングしてゲート電極を形成する第7工程とを
具備し、前記第6工程により前記半導体層中に不純物濃
度の高い高濃度領域および前記高濃度領域よりも不純物
濃度の低い低濃度領域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。 - 【請求項2】 前記第7工程の後に、前記ゲート電極を
マスクにして第6工程よりも低い濃度の不純物を導入す
る第8工程を具備することを特徴とする薄膜トランジス
タの製造方法。 - 【請求項3】 前記第1工程の前に、前記絶縁基板上に
バッファ層を形成する工程を具備することを特徴とする
請求項1または請求項2記載の薄膜トランジスタの製造
方法。 - 【請求項4】 第7工程の後に、前記ゲート電極および
ソース・ドレイン領域をレーザ活性化する工程を具備す
ることを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの
製造方法。
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