JP3466638B2 - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜トランジスタ(Thin
Film Transistor、以下「TFT」という)及びそ
の製造方法に関する。詳しくは、本発明は、液晶表示装
置あるいは光センサー等に用いるTFT及びそれを製造
するのに適した方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図7に従来の方法で製造された、液晶表
示装置あるいは光センサー等の透明基体上に形成された
TFTを示す。図7において、21は透明基体、22は
半導体層、23はゲート絶縁膜、24はゲート電極、2
5はソースドレイン領域、26は金属配線、27は層
間絶縁膜、28は保護膜、29は金属遮光層、30は絶
縁膜である。このようなTFTにおいて、光の半導体へ
入射があると、off電流の増加、あるいは閾値電圧
の変化等が生じるため、遮光手段を設けるのが一般的で
あった。従来、このような目的で遮光を行うためには、
図7に示すように、金属遮光層29を形成したのち、半
導体層との絶縁を図るために絶縁膜30を堆積するのが
一般的であった
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では金属遮光層および絶縁層をそれぞれ形成するため
に2回の膜堆積工程が必要であり、これがスループット
の低下につながるという欠点があった。
【0004】そこで、本発明は、前記欠点が解消された
薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを課
題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】従って本発明は、薄膜ト
ランジスタにおいて、絶縁基体上に、金属遮光層、該遮
光層の表面を酸化又は窒化させて形成した第1絶縁層、
該第1絶縁層上に形成したSi3N4膜、該Si3N4
膜上に形成したSiO2膜、該SiO2膜の中心部を除
去し露出した前記Si3N4膜の露出部と該SiO2膜
上に形成した単結晶Siの半導体層を有することとして
いる。
【0006】さらに、本発明は、薄膜トランジスタの製
造方法において、絶縁基体上に形成された金属遮光層に
絶縁層を介して単結晶Siの半導体層が形成されている
薄膜トランジスタを製造する方法であって、前記絶縁基
体上に金属膜を堆積して前記遮光層を形成する工程と、
前記遮光層の表面を酸化又は窒化する工程と、この酸化
又は窒化された表面上にSi層を堆積する工程、
前記Si3N4層の上にSiO2層を形成する工程、前
記SiO2層の中心部を除去し、前記Si3N4層の一
部を露出させる工程、前記Si3N4層の露出部と前記
SiO2層の上に前記単結晶Siの半導体層を堆積する
工程とを具備することとしている。
【0007】参考例となる薄膜電界効果トランジスタ
(以下、単に薄膜トランジスタという。)を示す図1に
おいて、1は透明基体、2は半導体層、3はゲート絶縁
膜、4はゲート電極、5はソース/ドレイン領域、6は
金属配線、7は層間絶縁膜、8は保護膜、9は金属遮光
層、10は絶縁膜である。本参考例においては、透明基
体1の上に、Ta、Ti、W、Mo、Hfなどの高融点
金属から構成される金属遮光層9を堆積した後に、この
遮光層9の少なくとも一部、即ち、その表面を酸化また
は窒化することにより絶縁膜10を形成する。
【0008】さらに、前記遮光層を構成する金属は、T
a、Ti、W、Mo及びHfからなる群から選ばれた高
融点金属である。
【0009】また、前記遮光層は、Ta、Ti、W、M
o及びHfからなる群から選ばれた高融点金属のSi化
合物から構成される。
【0010】
【実施例】(実施例1) (1)図2に示す様に、石英基体11を素子形成領域の
み4000Åの深さでエッチングした後、高融点金属
えばタンタル(Ta)膜をスパッタ法5000Å堆積
して金属遮光層19を設け、ついで素子形成領域にだけ
残るようにその遮光層19をパターニングした。その
後、その基体を熱酸化炉に入れて酸素雰囲気で酸化する
ことにより絶縁層20としてのTa25 を2000Å
の厚さで形成した。次に前記基体上に減圧CVD法によ
り核形成面となるべきSi34層101を500Åの厚
さで堆積した。次に非核形成面となるべきSiO2 層1
02を500Åの厚さで常圧CVD法により堆積した
後、素子形成領域の中心部に2μm角でSiO2 層のみ
をエッチングした。
【0011】(2)この基体をCVD装置に設置し、1
50Torr、1050℃、SiH2Cl2/HCl/H
2 0.53/1.6/100(l/min)の条件で
結晶形成処理し、図2に示すように、約高さ20μm、
直径40μmの山形のSi単結晶が各形成面を起点とし
て形成された。
【0012】(3)その後、コロイダルシリカ(平均粒
径0.01μm)を含んだ加工液を用いて通常行われて
いるシリコンウエハの表面研磨装置にて、圧力220g
/cm2 、温度30〜40℃の範囲で研磨した。この結
果、図3に示すように、シリコン単結晶の研磨は、シリ
コン単結晶が素子形成領域の外のSiO2 膜と同じ高さ
になったところで研磨が停止され、膜厚4000ű2
00Åの平坦なSi単結晶層12´が得られた(図3)。
【0013】()次に図4に示すように、この基体を
石英管内でO2 雰囲気、1000℃、25分加熱して
熱酸化を行うことにより、450ÅのゲートSiO2
13を形成した(図4)。
【0014】()その後、通常のMOS製造プロセス
と同様にして、減圧CVD法によりpoly−Si
堆積させた後、 31 + (リン)を加速電圧70keVで8
×1015cm-2注入し、さらにパターニングすることに
よりゲート電極14を形成した(図4)。
【0015】()ゲート電極14をマスクとして、31
+ (リン)を加速電圧95keVで2×1015cm-2
入した後、950℃、30分間の熱処理を行ない、ソー
ス/ドレイン領域15を形成した(図5)。
【0016】()次に図6に示すように、層間絶縁膜
17として、常圧CVD法によりPSG膜6000Åを
堆積した後、コンタクトホールを形成し、スパッタ法に
よりAl−Si(1%)を1μm堆積させた後、パタ
ーニングすることにより配線16を形成した。最後に保
護膜18として、常圧CVD法によりPSG膜6000
Åを堆積させた。
【0017】(参考例1) (1)石英基体11上に金属遮光層となるチタン(
)膜をスパッタ法で5000Åの厚さで堆積した後、
素子形成領域にのみ残るようにパターニングした。その
後、その基体を熱酸化炉に入れ酸素雰囲気で酸化するこ
とにより、絶縁層であるTiO2 を2000Åの厚さ
で形成した。
【0018】(2)その基体上に、減圧CVD法により
800Åの厚さのpoly−Siを堆積させた後、S
iをイオン打ち込みすることにより非晶質化させた。
【0019】(3)次に非晶質シリコン層を4μmピッ
チで1μm×1μmの大きさにパターニングした後、N
2 雰囲気で600℃、100時間のアニールを行うこと
により固相成長させた。
【0020】(4)次に選択エピタキシャル成長を用い
て、SiH4 とHClガスを原料ガスとしSiを2μm
の厚さで堆積させた。
【0021】(5)その後、前記の単結晶をミラーポリ
ッシュ法により3000Åまで研磨した。これにより石
英基体11上に4μmピッチで厚さ3000Åのメッシ
ュ状の単結晶層が形成された。
【0022】(6)その後、実施例1と同様に、石英管
内でO2 雰囲気、1000℃、25分の熱酸化を行う
ことにより非晶質シリコン層を酸化し、450ÅのSi
2膜を形成した。
【0023】(7)その後、実施例1と同様に、通常の
MOS製造プロセスを用いてゲート電極を形成した後、
31+ (リン)をイオン注入することによりソース/ドレ
イン領域を形成した。
【0024】次に層間絶縁膜としてPSG膜を6000
Åの厚さで堆積させてコンタクトホールを形成した。そ
の後、Al−Si(1%)により配線を形成し、最後に
保護膜としてプラズマCVD法によりSiN膜を800
0Åの厚さで堆積させた。
【0025】(参考例2)以下に poly−SiTFTを製造するを説明する。
【0026】(1)石英基体11上に金属遮光層とな
るタングステン(W)をスパッタ法5000Åの厚
さで堆積した後、素子形成領域にのみ残るようにパター
ニングした。その後、基体を熱酸化炉に入れ酸素雰囲気
で酸化することにより、WO3 を2000Åの厚さで
形成した。
【0027】(2)石英基体上に減圧CVD法を用いて
poly−Siを3000Åの厚さで堆積させた。
【0028】(3)次に前記基体を石英管内でO2 雰囲
気、1000℃、35分の熱酸化を行うことにより、
厚さ1000ÅのSiO2 膜を形成した。
【0029】(4)その後、実施例1と同様に、通常の
MOS製造プロセスを用いてゲート電極を形成した後、
31+ (リン)をイオン注入することによりソース/ドレ
イン領域を形成した。次に層間絶縁膜としてPSG膜を
6000Åの厚さで堆積させコンタクトホールを形成し
た。その後、Al−Si(1%)により配線を形成し、
最後に保護膜としてプラズマCVD法によりSiN膜を
8000Åの厚さで堆積させた。
【0030】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、従来の堆積法により金属遮光層と半導体層の絶縁層
とを別個の工程で形成する場合と比較して、熱酸化法
は熱窒化法により一度に大量の基体を一括処理できるよ
うになったため、スループットが上がり、製造コストの
低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例としての薄膜トランジスタの断面図。
【図2】本発明の薄膜トランジスタを製造する工程を示
す断面図。
【図3】図2の次の工程を示す断面図。
【図4】図3の次の工程を示す断面図。
【図5】図4の次の工程を示す断面図。
【図6】図5の次の工程を示す断面図。
【図7】従来の方法で製造された薄膜トランジスタを示
す断面図。
【符号の説明】
1,21 透明基体 11 石英基体 2,12,12´,22 半導体層 3,13,23 ゲート絶縁膜 4,14,24 ゲート電極 5,15,25 ソースドレイン領域 6,16,26 金属配線 7,17,27 層間絶縁膜 8,18,28 保護膜 9,19,29 金属遮光層 10,20,30 絶縁膜101 Si 3 4 102 SiO 2
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−12353(JP,A) 特開 平2−15676(JP,A) 特開 昭63−21336(JP,A) 特開 平3−68137(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 27/12 H01L 27/14 G02F 1/136 500

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基体上に、金属遮光層、該遮光層の
    表面を酸化又は窒化させて形成した第1絶縁層、該第1
    絶縁層上に形成したSi3N4膜、該Si3N4膜上に
    形成したSiO2膜、該SiO2膜の中心部を除去し露
    出した前記Si3N4膜の露出部と該SiO2膜上に
    成した単結晶Siの半導体層を有することを特徴とする
    薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記遮光層を構成する金属が、Ta、T
    i、W、Mo及びHfからなる群から選ばれた高融点金
    属である請求項1記載の薄膜トランジスタ。
  3. 【請求項3】 前記遮光層が、Ta、Ti、W、Mo及
    びHfからなる群から選ばれた高融点金属のSi化合物
    から構成される請求項1記載の薄膜トランジスタ。
  4. 【請求項4】 絶縁基体上に形成された金属遮光層に
    縁層を介して単結晶Siの半導体層が形成されている薄
    膜トランジスタを製造する方法であって、前記絶縁基体
    上に金属膜を堆積して前記遮光層を形成する工程と、前
    記遮光層の表面を酸化又は窒化する工程と、この酸化又
    は窒化された表面上にSi層を堆積する工程、前
    Si3N4層の上にSiO2層を形成する工程、前記
    SiO2層の中心部を除去し、前記Si3N4層の一部
    を露出させる工程、前記Si3N4層の露出部と前記S
    iO2層の上に前記単結晶Siの半導体層を堆積する工
    程と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。
  5. 【請求項5】 前記遮光層を構成する金属が、Ta、T
    i、W、Mo及びHfからなる群から選ばれた高融点金
    属である請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記遮光層が、Ta、Ti、W、Mo及
    びHfからなる群から選ばれた高融点金属のSi化合物
    から構成される請求項4記載の方法。
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