JP3430743B2 - 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】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LCD(Liquid C
rystal Display)の駆動素子などとして用いられる薄膜
トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、ポリシリコンTFTには、ゲート
電極を上部に設けたトップゲート構造と、電極を下部に
設けたボトムゲート構造とがあり、SRAM、LCD等
で用いられている。
【0003】LCDでは、ゲートにメタル配線ができた
り、光シールドになるなどの利点より、ガラス上のボト
ムゲートが検討されている。従来のボトムゲート構造の
薄膜トランジスタの一例について図3で説明すると、こ
の薄膜トランジスタはアモルファスシリコン(a−S
i)形であり、ガラスなどの基板10の表面にゲート電
極31が形成され、そのゲート電極31は絶縁膜21で
被覆されている。ゲート絶縁膜31の上には、絶縁膜2
1を介してゲート電極31と対向するa−Si膜が形成
されている。そのa−Si膜とソース電極Sとは不純物
をドーピングしたa−Si−DS層を介して接続され、
また、ドレイン電極Dは、不純物をドーピングしたa−
Si−DD層を介してa−Si層と接続された構造であ
る。ソース電極Sとドレイン電極D、a−Si−DS層
とa−Si−DD層とは、それぞれパッシベーション膜
Pで分離絶縁されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボトム
ゲート構造では、ソース・ドレインがセルフアライン的
に作り難く、図3でも明らかなようにオーバーラップ容
量が大きくなり、寄生容量が大きくなって高速化の点で
不利であり、また、リークを下げるためのLDD(Ligh
tly Doped Drain )もマスクを要し、特性上、トップゲ
ート構造よりも不利な点が多かった。更に、ソース・ド
レインを形成する場合、従来、イオンドーププロセス
後、アニールする必要があり、工程数が多いという問題
もある。
【0005】本発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、簡単な工程でセルフアライン的に
ソース・ドレイン領域となる高濃度不純物拡散領域を形
成することができ、かつ、LDDとなる低濃度不純物拡
散領域の形成も新たなマスクなどを用いずに簡単に制御
性良く形成す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。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板にゲ
ート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に絶縁層
を形成する工程と、前記絶縁層上に前記ゲート電極と交
差する半導体層を形成する工程と、不純物が存在する雰
囲気下において、前記基板側から前記ゲート電極をマス
クとして、基板面に対し斜めにレーザー光線を前記半導
体層に照射することにより、照射された前記半導体層を
溶融させて、前記雰囲気中の不純物を半導体層中に導入
して、LDDとなる低濃度不純物拡散領域を形成する工
程と、不純物が存在する雰囲気下において、前記基板側
から前記ゲート電極をマスクとして、基板面と略垂直の
角度でレーザー光線を前記半導体層に照射することによ
り、照射された前記半導体層を溶融させて、前記雰囲気
中の不純物を前記半導体層中に導入して、ソース・ドレ
イン領域となる高濃度不純物拡散領域を形成する工程と
を有する。さらに、上記の目的を達成するため、本発明
の薄膜トランジスタの製造方法は、基板にゲート電極を
形成する工程と、前記ゲート電極上に絶縁層を形成する
工程と、前記絶縁層上に前記ゲート電極と交差する半導
体層を形成する工程と、不純物が存在する雰囲気下にお
いて、前記基板側から前記ゲート電極をマスクとして、
基板面と略垂直の角度でレーザー光線を前記半導体層に
照射することにより、照射された前記半導体層を溶融さ
せて、前記雰囲気中の不純物を前記半導体層中に導入し
て、ソース・ドレイン領域となる高濃度不純物拡散領域
を形成する工程と、不純物が存在する雰囲気下におい
て、前記基板側から前記ゲート電極をマスクとして、基
板面に対し斜めにレーザー光線を前記半導体層に照射す
ることにより、照射された前記半導体層を溶融させて、
前記雰囲気中の不純物を半導体層中に導入して、LDD
となる低濃度不純物拡散領域を形成する工程とを有す
る。
【0007】本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、
ボトムゲート構造のボトムゲートをマスクとして、基板
の裏側からレーザー光線を照射し、ゲートと交差して設
けられている半導体層のゲート電極の陰にならない部分
を照射することにより、照射部分を溶融させ、気相中の
不純物を溶融した半導体層中のみに取り込ませ、これに
よって不純物ドーピングを行い、不純物拡散領域を形成
するものである。
【0008】この時、レーザー照射を2回行い、一つの
照射は、斜めにレーザーを照射し、もう一つの照射は、
基板面に略垂直に照射する。これにより、垂直照射のと
きにソース・ドレインを形成できると共に、斜め照射の
ときに照射された箇所で、垂直照射のときに照射されな
かった箇所にLDDが形成される。
【0009】従って、ソース・ドレインとLDDがセル
フアライン的に形成されるので、オーバーラップ容量が
少なくなり、寄生容量が低下して、高速化が達成できる
薄膜トランジスタを得ることができる。また、不純物の
ドーピングがレーザー照射で行えるので、不純物のドー
ピングとアニールを一つの工程で行うことができ、かつ
LDD形成もマスクを必要とせず、工程を簡略できる。
【0010】本発明の薄膜トランジスタは、例えばこの
ような方法で、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタに
ソース・ドレインとLDD構造がセルフアライン的に導
入されたものである。従って、寄生容量がなく、高速化
を達成できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的に説明する。図1は、本発明の薄膜トランジス
タの一形態を示す概略断面図である。この薄膜トランジ
スタ1は、レーザー光線(UV)を透過するガラス基
板、石英ガラス等の基板10上にゲート電極31が形成
されている。このゲート電極31は、例えばAl、C
r、Mo、Si等で構成することができる。ゲート電極
31は、例えばSiO2 等の絶縁層21で被覆され、更
に、ゲート電極31と交差する半導体層32が絶縁層2
1の上に形成されている。
【0012】この半導体層32は、例えば、ポリシリコ
ン(p−Si)、アモルファスシリコン(a−Si)な
どで構成され、基板面に対して垂直方向のゲート電極3
1に対応する部分(基板10裏側から基板10面に垂直
方向に光を照射したときにゲート電極31の陰になる部
分)以外の部分に高濃度不純物拡散領域32aが形成さ
れており、ソースS、ドレインDとなっている。また、
上記垂直光照射の陰の部分には、ドレインと接続する部
分に低濃度不純物拡散層32bが形成されており、LD
Dとなっている。その他の陰の部分は不純物がドーピン
グされていないか、ごく少ない不純物がドーピングされ
た状態となっており、チャネル領域Cとなっている。
【0013】次に、このような薄膜トランジスタ1を製
造する方法について、図2で説明する。まず、図2
(1)に示すような構造の薄膜トランジスタの中間体と
いうべき構造を形成する。これには、例えば基板10の
上に金属などの導電層を形成した後、通常のフォトリソ
グラフィを用いてパターニングし、ゲート電極31を形
成する。その後、二酸化珪素などをCVD等で堆積して
絶縁層21を形成する。更にポリシリコン又はアモルフ
ァスシリコン等を堆積した後、フォトリソグラフィを用
いてゲート電極31と交差するようにパターニングして
半導体層32を形成し、図2(1)に示した構造を得る
ことができる。この場合、半導体層31の厚さは、80
0Å以下、好ましくは600Å以下程度とすることが望
ましい。
【0014】そして、図2(2)に示すように、基板の
裏面側からレーザー光線を斜め照射する。レーザー光線
と基板の垂直方向との角度θは、10〜80°、特に5
0〜65°程度とすることが好ましい。これにより、L
DD領域の長さを0.05〜1.2μm程度形成するこ
とができる。レーザー光線は、例えばXeClエキシマ
レーザー、308nm等のUVを用いることができる。
X線予備電離方式励起の大出力レーザー及び光学的ホモ
ジナイザーを用い、チップ(画素部+走査回路(水平、
垂直))を包括する空間的に均一に制御された例えば約
300mJ/cm2 の状態で一括照射することが望まし
い。照射時間は、例えば20nsec程度のパルスとす
ることが好ましいが、10nsec〜200nsecの
範囲で行うことができ、このような照射を数回繰り返す
こともできる。このような照射により、導電層は200
0℃程度に加熱され、溶融する。
【0015】また、この時の雰囲気条件は、N形MOS
であればアルシン(AsH3 )、フォスフィン(P
3 )、P形MOSであればジボラン(B2 6 )もし
くはPCl3 、BF3 等を雰囲気中に導入しておく。こ
れにより、レーザーの照射で溶解したシリコンなどの半
導体層中に不純物をドーピングし、溶融される部分のみ
低抵抗層を作ることができる。この場合、LDDを形成
するので、その雰囲気中における不純物ガスの濃度はソ
ース・ドレイン形成のときよりも薄くする。具体的に
は、雰囲気ガスの圧力は10〜760Torrで、不純
物ガスの圧力は1〜76Torr(約10vol%)程
度とすることができる。
【0016】かかる斜め照射によって、図2(3)に示
すように、ゲート電極31をマスクとして半導体層32
の斜め方向のゲート電極31の陰になる部分を除いて半
導体層32が融解し、雰囲気中の不純物を取り込むこと
でドーピングし、LDD用の低濃度不純物拡散領域32
bを形成することができる。低濃度不純物拡散領域32
b中における不純物濃度は、1011〜1013cm-2程度
とすることができる。
【0017】そして、図2(4)に示すように、不純物
ガスが存在する雰囲気下で、今度は基板10面の垂直方
向からレーザー照射し、ゲート電極31をマスクとし
て、同図に示すようなゲート電極31の陰になる部分以
外の部分を融解させ、この照射部分に雰囲気ガスから不
純物を取り込ませて、不純物をドーピングし、ソース・
ドレイン領域である高濃度不純物拡散領域32aを形成
する。これにより、斜め照射で照射された部分で、垂直
照射で照射されない部分が生じ、この垂直未照射斜め照
射部分は低濃度不純物拡散領域32bを維持しているの
で、LDD領域となり、図1に示した本発明の薄膜トラ
ンジスタを得ることができる。このLDDは、通常のM
OSと異なり、一方の側にしか形成することができな
い。
【0018】垂直照射の条件は、上記斜め照射と同様で
よい。なお、垂直照射の後に斜め照射を行っても良い。
上記薄膜トランジスタの製造方法によれば、ソース・ド
レインを自己整合的に形成することができると共に、L
DDも制御性良く確実に形成することができる。このた
め、得られるボトムゲート構造の薄膜トランジスタは、
オーバーラップ容量が少なく、寄生容量を低減でき、下
地ゲートにメタルが可能となり、高速化を達成できる。
また、不純物イオンドーピングとアニールをレーザー照
射の1回で行うことができ、しかも大面積の照射で一括
して照射しているので、スループットが良好である。
【0019】また、本発明の薄膜トランジスタの製造方
法によれば、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタに自
己整合的にソース・ドレイン領域となる高濃度不純物拡
散領域をスループット性良く形成でき、かつ、LDDと
なる低濃度不純物拡散領域を新たなマスクを用いずに制
御性良く確実に形成することができる。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜トランジスタの一例を示す概略断
面図である。
【図2】(1)〜(4)は、図1の薄膜トランジスタの
製造工程を示すフローチャートである。
【図3】従来のボトムゲート構造の薄膜トランジスタの
一例を示す概略断面図である。 10 基板 21 絶縁膜 31 ゲート電極 32 半導体層 32a 高濃度不純物拡散領域 32b 低濃度不純物拡散領域(LD
D) S ソース D ドレイン
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/336 H01L 29/78 H01L 29/786

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層上に前記ゲート電極と交差する半導体層を形
    成する工程と、 不純物が存在する雰囲気下において、前記基板側から前
    記ゲート電極をマスクとして、基板面に対し斜めにレー
    ザー光線を前記半導体層に照射することにより、照射さ
    れた前記半導体層を溶融させて、前記雰囲気中の不純物
    を半導体層中に導入して、LDDとなる低濃度不純物拡
    散領域を形成する工程と、 不純物が存在する雰囲気下において、前記基板側から前
    記ゲート電極をマスクとして、基板面と略垂直の角度で
    レーザー光線を前記半導体層に照射することにより、照
    射された前記半導体層を溶融させて、前記雰囲気中の不
    純物を前記半導体層中に導入して、ソース・ドレイン領
    域となる高濃度不純物拡散領域を形成する工程とを有す
    る薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】前記低濃度不純物拡散領域を形成する工程
    および前記高濃度不純物拡散領域を形成する工程におい
    て、大面積のレーザ光線を前記半導体層に一括照射する
    請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】前記半導体層を形成する工程において、ア
    モルファスシリコン膜又はポリシリコン膜を形成する請
    求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】基板にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層上に前記ゲート電極と交差する半導体層を形
    成する工程と、 不純物が存在する雰囲気下において、前記基板側から前
    記ゲート電極をマスクとして、基板面と略垂直の角度で
    レーザー光線を前記半導体層に照射することにより、照
    射された前記半導体層を溶融させて、前記雰囲気中の不
    純物を前記半導体層中に導入して、ソース・ドレイン領
    域となる高濃度不純物拡散領域を形成する工程と、 不純物が存在する雰囲気下において、前記基板側から前
    記ゲート電極をマスクとして、基板面に対し斜めにレー
    ザー光線を前記半導体層に照射することにより、照射さ
    れた前記半導体層を溶融させて、前記雰囲気中の不純物
    を半導体層中に導入して、LDDとなる低濃度不純物拡
    散領域を形成する工程とを有する薄膜トランジスタの製
    造方法。
  5. 【請求項5】前記高濃度不純物拡散領域および前記低濃
    度不純物拡散領域を形成する工程を形成する工程におい
    て、大面積のレーザ光線を前記半導体層に一括照射する
    請求項4記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  6. 【請求項6】前記半導体層を形成する工程において、ア
    モルファスシリコン膜又はポリシリコン膜を形成する請
    求項4記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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