JP3398665B2 - 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Info
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Description
製造方法に関する。
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、特性変動の少な
い信頼性の高い薄膜トランジスタの製造方法の提供を目
的とする。
に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、前記導電膜をそのエッジ部が
所定大きさの第1テーパ角をもち底面が広がったテーパ
ー加工する第5工程と、前記レジストマスクおよび前記
導電膜をマスクと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、そのエッジ部が前記第1テーパ角
よりも大きい第2テーパ角をもつ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。
製造する際、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。しかも不
要な不純物がマスクを介してチャネルに注入されるのを
抑制し特性の変動が抑えられる。これらによりコストの
低下、歩留まりの向上が可能となる。
例により説明する。 (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膜すなわち
半導体層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の導電膜105を400
nm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))。
を行わず、このレジスト106及びゲート電極107a
をマスクとしてイオン注入、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
100keV、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215n
m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))。燐イオンのドーピングガスはPH3/H2
のような化合物が通常用いられ、ゲート電極は燐イオン
のドーピングに対してマスク効果をもつ。しかし水素イ
オンはゲート電極を突き抜け易く直下の半導体層のチャ
ネルに入るため、レジスト膜がこの水素のような軽い元
素のドーピングに対してマスク作用を発揮する。実施例
ではゲート電極にa−Siを用いたが、MoW材などの
金属を用いても水素の突き抜けが起こるのでレジストマ
スクが有効に作用する。
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GaAs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。しかもレジストの上から
燐、ボロンなどの不純物を導入すると、ポリシリコンの
チャネル領域への水素のような軽い不純物のドーピング
を効果的に抑制することができる。そして、トランジス
タのしきい値電圧Vthの変動を抑制することが可能と
なる。
Claims (3)
- 【請求項1】 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
そのエッジ部が所定大きさの第1テーパ角をもち底面が
広がったテーパー加工する第5工程と、前記レジストマ
スクおよび前記導電膜をマスクと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、そのエッジ部が前
記第1テーパ角よりも大きい第2テーパ角をもつゲート
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】 第1工程の前に、前記基板上にバッファ
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
記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項3】 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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