JP3492710B2 - 薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質シリコンを用い
た薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
た薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】非晶質シリコンを用いた薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）は、アクティブマトリクス型液晶表示装置
の主要デバイスである。アクティブマトリクス型液晶表
示装置では、ＴＦＴは逆スタガー型として構成される。
すなわち絶縁性基板上にまずゲート電極が形成され、こ
の上にゲート絶縁膜を介して非晶質シリコンからなる活
性層が形成される。非晶質シリコン活性層のソース，ド
レイン領域には低抵抗のｎ+ 型非晶質シリコンからなる
オーミックコンタクト層を介してソース，ドレイン電極
が形成される。
タ（ＴＦＴ）は、アクティブマトリクス型液晶表示装置
の主要デバイスである。アクティブマトリクス型液晶表
示装置では、ＴＦＴは逆スタガー型として構成される。
すなわち絶縁性基板上にまずゲート電極が形成され、こ
の上にゲート絶縁膜を介して非晶質シリコンからなる活
性層が形成される。非晶質シリコン活性層のソース，ド
レイン領域には低抵抗のｎ+ 型非晶質シリコンからなる
オーミックコンタクト層を介してソース，ドレイン電極
が形成される。
【０００３】この様なＴＦＴを製造する際、活性層とな
るｎ- 型非晶質シリコンとオーミックコンタクト層とな
るｎ+ 型非晶質シリコンを連続的に膜堆積して、ｎ+ 型
非晶質シリコン層のみを選択エッチングしようとする
と、種々の不都合が生じる。すなわち下地の非晶質シリ
コン活性層表面が露出してエッチングガスに晒され、ダ
メージや膜厚減少等により特性劣化が生じる。また、オ
ーミックコンタクト層のエッチングが不十分であると、
ソース，ドレイン領域間に低抵抗のオーミックコンタク
ト層が残って、ソース，ドレイン間のリークが大きいも
のとなる。
るｎ- 型非晶質シリコンとオーミックコンタクト層とな
るｎ+ 型非晶質シリコンを連続的に膜堆積して、ｎ+ 型
非晶質シリコン層のみを選択エッチングしようとする
と、種々の不都合が生じる。すなわち下地の非晶質シリ
コン活性層表面が露出してエッチングガスに晒され、ダ
メージや膜厚減少等により特性劣化が生じる。また、オ
ーミックコンタクト層のエッチングが不十分であると、
ソース，ドレイン領域間に低抵抗のオーミックコンタク
ト層が残って、ソース，ドレイン間のリークが大きいも
のとなる。
【０００４】このような不都合を解決する方法として、
ｎ+ 型非晶質シリコンからなるオーミックコンタクト層
を形成する前に、予めｎ- 型非晶質シリコン活性層に重
ねてシリコン窒化膜を形成して、これをソース，ドレイ
ン領域間に保護膜として残してパターニングし、その後
ｎ+ 型非晶質シリコンによるオーミックコンタクト層を
形成することが提案されている（例えば、日経マイクロ
デバイス No.75 1991年 9月号 p50 参照）。
ｎ+ 型非晶質シリコンからなるオーミックコンタクト層
を形成する前に、予めｎ- 型非晶質シリコン活性層に重
ねてシリコン窒化膜を形成して、これをソース，ドレイ
ン領域間に保護膜として残してパターニングし、その後
ｎ+ 型非晶質シリコンによるオーミックコンタクト層を
形成することが提案されている（例えば、日経マイクロ
デバイス No.75 1991年 9月号 p50 参照）。
【０００５】しかし、活性層保護膜としてシリコン窒化
膜を用いる方法および構造でも、まだ問題がある。第１
に、オーミックコンタクト層となる非晶質シリコンをＣ
Ｆ4ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いたドライエッチン
グ法により選択エッチングする際、シリコン窒化膜との
選択比が十分大きくとれず、シリコン窒化膜がエッチン
グされてしまう。またドライエッチング法では、基板が
大型化すればするほど、均一エッチングが難しくなり、
各部のシリコン窒化膜厚のばらつきが大きくなる。した
がって例えば、一辺１０cm程度の大型基板に数１０万個
のＴＦＴを形成しようとすると、ＴＦＴの特性のばらつ
きが非常に大きいものとなる。
膜を用いる方法および構造でも、まだ問題がある。第１
に、オーミックコンタクト層となる非晶質シリコンをＣ
Ｆ4ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いたドライエッチン
グ法により選択エッチングする際、シリコン窒化膜との
選択比が十分大きくとれず、シリコン窒化膜がエッチン
グされてしまう。またドライエッチング法では、基板が
大型化すればするほど、均一エッチングが難しくなり、
各部のシリコン窒化膜厚のばらつきが大きくなる。した
がって例えば、一辺１０cm程度の大型基板に数１０万個
のＴＦＴを形成しようとすると、ＴＦＴの特性のばらつ
きが非常に大きいものとなる。
【０００６】第２に、シリコン窒化膜は遮光特性が十分
でないため、ＴＦＴの基板と反対側上部からの光がシリ
コン窒化膜を通して非晶質シリコン活性層にまで透過
し、無用な光電流を発生する。非晶質シリコンが結晶シ
リコンより可視光に対して光電変換特性が優れている事
は知られている（SOLAR ENERGY MATERIALS 1 (1979) p2
9 参照）。この非晶質シリコンの良好な光電変換特性が
災いして、ＴＦＴのオフ電流が大きくなる。活性層の高
抵抗特性によってオフ電流が決まり、したがってオフ電
流とオン電流の比を単結晶シリコンを用いたＭＯＳトラ
ンジスタ等に比べて大きくすることがもともと難しいＴ
ＦＴにとって、これは重大な問題である。
でないため、ＴＦＴの基板と反対側上部からの光がシリ
コン窒化膜を通して非晶質シリコン活性層にまで透過
し、無用な光電流を発生する。非晶質シリコンが結晶シ
リコンより可視光に対して光電変換特性が優れている事
は知られている（SOLAR ENERGY MATERIALS 1 (1979) p2
9 参照）。この非晶質シリコンの良好な光電変換特性が
災いして、ＴＦＴのオフ電流が大きくなる。活性層の高
抵抗特性によってオフ電流が決まり、したがってオフ電
流とオン電流の比を単結晶シリコンを用いたＭＯＳトラ
ンジスタ等に比べて大きくすることがもともと難しいＴ
ＦＴにとって、これは重大な問題である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、活性層
の保護膜としてシリコン窒化膜を重ねる従来のＴＦＴで
は、シリコン窒化膜がエッチングストッパとして十分機
能せず、シリコン窒化膜の膜厚のばらつきがＴＦＴの特
性のばらつきをもたらし、またシリコン窒化膜の遮光特
性が十分でないためＴＦＴのオン電流とオフ電流の比を
大きくすることができない、という問題があった。
の保護膜としてシリコン窒化膜を重ねる従来のＴＦＴで
は、シリコン窒化膜がエッチングストッパとして十分機
能せず、シリコン窒化膜の膜厚のばらつきがＴＦＴの特
性のばらつきをもたらし、またシリコン窒化膜の遮光特
性が十分でないためＴＦＴのオン電流とオフ電流の比を
大きくすることができない、という問題があった。
【０００８】本発明は、この様な問題を解決して、特性
のばらつきを小さくすると共に、オン電流とオフ電流の
比を十分大きくしたＴＦＴとその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
のばらつきを小さくすると共に、オン電流とオフ電流の
比を十分大きくしたＴＦＴとその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係るＴＦＴは、
基板上にゲート電極がパターン形成され、この上にゲー
ト絶縁膜を介して高抵抗の非晶質シリコンからなる活性
層が形成され、この活性層上のソース，ドレイン領域に
低抵抗の非晶質シリコンからなるオーミックコンタクト
層が形成された構造において、活性層のオーミックコン
タクト層で覆われていない領域に形成された濃度１０21
／cm3 以上のボロンドープ層が形成され、前記ボロンド
ープ層は、シリコン窒化膜表面に形成されてなることを
特徴とする。
基板上にゲート電極がパターン形成され、この上にゲー
ト絶縁膜を介して高抵抗の非晶質シリコンからなる活性
層が形成され、この活性層上のソース，ドレイン領域に
低抵抗の非晶質シリコンからなるオーミックコンタクト
層が形成された構造において、活性層のオーミックコン
タクト層で覆われていない領域に形成された濃度１０21
／cm3 以上のボロンドープ層が形成され、前記ボロンド
ープ層は、シリコン窒化膜表面に形成されてなることを
特徴とする。
【００１０】 本発明に係るＴＦＴの製造方法は、絶縁
性基板上にゲート電極をパターン形成し、このゲート電
極が形成された基板上にゲート絶縁膜，高抵抗の非晶質
シリコンからなる活性層，シリコン窒化膜，および濃度
１０21／cm3 以上のボロンドープ層を順次形成した後、
ボロンドープ層及びシリコン窒化膜を選択エッチングし
てソース，ドレイン領域の間に残し、その後低抵抗の非
晶質シリコンを堆積し、選択エッチングしてソース、ド
レイン領域間の部分を除去して、オーミックコンタクト
層を形成し、前記ボロンドープ層を選択エッチングする
に際して、水素プラズマを用いてエッチングすることを
特徴とする。
性基板上にゲート電極をパターン形成し、このゲート電
極が形成された基板上にゲート絶縁膜，高抵抗の非晶質
シリコンからなる活性層，シリコン窒化膜，および濃度
１０21／cm3 以上のボロンドープ層を順次形成した後、
ボロンドープ層及びシリコン窒化膜を選択エッチングし
てソース，ドレイン領域の間に残し、その後低抵抗の非
晶質シリコンを堆積し、選択エッチングしてソース、ド
レイン領域間の部分を除去して、オーミックコンタクト
層を形成し、前記ボロンドープ層を選択エッチングする
に際して、水素プラズマを用いてエッチングすることを
特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明者らの研究によれば、１０21／cm3 以上
の高濃度ボロンドープ層は、ＣＦ4 ガスとＯ2 ガスの混
合ガスを用いたドライエッチングによりエッチングされ
ないという性質を持つことが明らかになった。したがっ
て本発明によれば、非晶質シリコン活性層のソース，ド
レイン領域間にシリコン窒化膜の保護膜を介してこの様
な高濃度のボロンドープ層を設けることにより、非晶質
シリコンのオーミックコンタクト層をＣＦ4 ガスとＯ2
ガスの混合ガスを用いたドライエッチングにより選択エ
ッチングする際にこれが良好なエッチングストッパとな
る。これにより、保護膜の表面が確実に保護され、大型
基板を用いた場合にも、活性層のゲート絶縁膜近傍のバ
ンドの曲りが安定し、素子特性のばらつきが非常に小さ
いものとなる。
の高濃度ボロンドープ層は、ＣＦ4 ガスとＯ2 ガスの混
合ガスを用いたドライエッチングによりエッチングされ
ないという性質を持つことが明らかになった。したがっ
て本発明によれば、非晶質シリコン活性層のソース，ド
レイン領域間にシリコン窒化膜の保護膜を介してこの様
な高濃度のボロンドープ層を設けることにより、非晶質
シリコンのオーミックコンタクト層をＣＦ4 ガスとＯ2
ガスの混合ガスを用いたドライエッチングにより選択エ
ッチングする際にこれが良好なエッチングストッパとな
る。これにより、保護膜の表面が確実に保護され、大型
基板を用いた場合にも、活性層のゲート絶縁膜近傍のバ
ンドの曲りが安定し、素子特性のばらつきが非常に小さ
いものとなる。
【００１２】また上述のような高濃度ボロンドープ層
は、可視光等に対する優れた遮光特性を持っている。し
たがって活性層での光電流の発生量が減少して、オン電
流とオフ電流の比が大きい優れたＴＦＴが得られる。
は、可視光等に対する優れた遮光特性を持っている。し
たがって活性層での光電流の発生量が減少して、オン電
流とオフ電流の比が大きい優れたＴＦＴが得られる。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
説明する。
【００１４】図１は、本発明の一実施例に係るＴＦＴで
ある。絶縁性基板としてこの実施例では、コーニング７
０５９等のガラス基板１を用いている。ガラス基板１上
には、１２０nmのＭｏ−Ｔａ合金によるゲート電極２が
パターン形成され、この上に１００nmのシリコン酸化膜
からなるゲート絶縁膜３を介して５０nmのｎ- 型非晶質
シリコンによる活性層４が形成されている。活性層４上
のソース，ドレイン分離領域には、２００nmのシリコン
窒化膜５がパターン形成され、その表面には高濃度ボロ
ンドープ層６が形成されている。高濃度ボロンドープ層
６のボロン濃度は１０21／cm3 以上であり、その膜厚は
１０nmである。このシリコン窒化膜５とボロンドープ層
６に一部重なるように、ソース，ドレイン領域には、ｎ
+ 型非晶質シリコンによるオーミックコンタクト層７が
形成されている。オーミックコンタクト層７の膜厚は５
０nmである。図では省略しているが、通常の構造ではオ
ーミックコンタクト層７上に重ねて金属電極が形成され
る。
ある。絶縁性基板としてこの実施例では、コーニング７
０５９等のガラス基板１を用いている。ガラス基板１上
には、１２０nmのＭｏ−Ｔａ合金によるゲート電極２が
パターン形成され、この上に１００nmのシリコン酸化膜
からなるゲート絶縁膜３を介して５０nmのｎ- 型非晶質
シリコンによる活性層４が形成されている。活性層４上
のソース，ドレイン分離領域には、２００nmのシリコン
窒化膜５がパターン形成され、その表面には高濃度ボロ
ンドープ層６が形成されている。高濃度ボロンドープ層
６のボロン濃度は１０21／cm3 以上であり、その膜厚は
１０nmである。このシリコン窒化膜５とボロンドープ層
６に一部重なるように、ソース，ドレイン領域には、ｎ
+ 型非晶質シリコンによるオーミックコンタクト層７が
形成されている。オーミックコンタクト層７の膜厚は５
０nmである。図では省略しているが、通常の構造ではオ
ーミックコンタクト層７上に重ねて金属電極が形成され
る。
【００１５】この実施例のＴＦＴの製造工程を、図２を
参照して具体的に説明する。ガラス基板１にまず、Ｍｏ
−Ｔａ合金膜をスパッタ法により形成し、これをパター
ニングしてゲート電極２を形成する。次いでプラズマＣ
ＶＤ法により、シリコン酸化膜，ｎ- 型水素化非晶質シ
リコン４、シリコン窒化膜５を連続的に形成する。さら
にその上に高濃度ボロンドープ層６を形成する（図２
(a) ）。高濃度ボロンドープ層６の形成は例えば、平行
平板電極を持つ反応室に試料をおいてこれに水素希釈の
２５００ppm のジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を５０ＳＣＣＭ導
入し、反応室内の圧力を０．４Torrに設定した後、１
３．５６ＭＨｚ，１０Ｗの高周波電力でガスを分解させ
ることにより行う。これにより形成されたプラズマ雰囲
気に試料を約１０分晒すことにより、高濃度ボロンドー
プ層６が得られる。
参照して具体的に説明する。ガラス基板１にまず、Ｍｏ
−Ｔａ合金膜をスパッタ法により形成し、これをパター
ニングしてゲート電極２を形成する。次いでプラズマＣ
ＶＤ法により、シリコン酸化膜，ｎ- 型水素化非晶質シ
リコン４、シリコン窒化膜５を連続的に形成する。さら
にその上に高濃度ボロンドープ層６を形成する（図２
(a) ）。高濃度ボロンドープ層６の形成は例えば、平行
平板電極を持つ反応室に試料をおいてこれに水素希釈の
２５００ppm のジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を５０ＳＣＣＭ導
入し、反応室内の圧力を０．４Torrに設定した後、１
３．５６ＭＨｚ，１０Ｗの高周波電力でガスを分解させ
ることにより行う。これにより形成されたプラズマ雰囲
気に試料を約１０分晒すことにより、高濃度ボロンドー
プ層６が得られる。
【００１６】その後、ソース，ドレイン分離領域にフォ
トレジスト・マスクを形成し、ソース，ドレイン領域上
の高濃度ボロンドープ層６を水素プラズマにより除去す
る。具体的には、平行平板電極を持つ反応室に試料をお
いて、これに水素を５０ＳＣＣＭ導入する。反応室内の
ガス圧力を０．４Torrに設定した後、１３．５６ＭＨ
ｚ，１０Ｗの高周波電力で水素ガスを分解させ、これに
より得られたプラズマに１０分晒すことにより、ボロン
ドープ層６をエッチングする。続いて、ＣＦ4 ガスとＯ
2 ガスの混合ガスを用いたケミカルドライエッチング法
により、ソース，ドレイン領域上のシリコン窒化膜５を
エッチング除去する（図２(b) ）。
トレジスト・マスクを形成し、ソース，ドレイン領域上
の高濃度ボロンドープ層６を水素プラズマにより除去す
る。具体的には、平行平板電極を持つ反応室に試料をお
いて、これに水素を５０ＳＣＣＭ導入する。反応室内の
ガス圧力を０．４Torrに設定した後、１３．５６ＭＨ
ｚ，１０Ｗの高周波電力で水素ガスを分解させ、これに
より得られたプラズマに１０分晒すことにより、ボロン
ドープ層６をエッチングする。続いて、ＣＦ4 ガスとＯ
2 ガスの混合ガスを用いたケミカルドライエッチング法
により、ソース，ドレイン領域上のシリコン窒化膜５を
エッチング除去する（図２(b) ）。
【００１７】次に、全面にｎ+ 型非晶質シリコンをプラ
ズマＣＶＤにより堆積し、これをＣＦ4 ガスとＯ2 ガス
の混合ガスを用いたケミカルドライエッチング法により
選択エッチングして、ソース，ドレイン領域間の部分を
除去してオーミックコンタクト層７を形成する（図２
(c) ）。
ズマＣＶＤにより堆積し、これをＣＦ4 ガスとＯ2 ガス
の混合ガスを用いたケミカルドライエッチング法により
選択エッチングして、ソース，ドレイン領域間の部分を
除去してオーミックコンタクト層７を形成する（図２
(c) ）。
【００１８】なお通常の工程では金属のソース，ドレイ
ン電極が必要であるが、これを含めると次のような工程
になる。まずｎ+ 型シリコンによるオーミックコンタク
ト層をＴＦＴ領域上全体にパターン形成する。この段階
ではソース，ドレイン間は分離されていない。その後に
金属膜によるソース，ドレイン電極をパターン形成した
後、上述したＣＦ4 ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いた
ドライエッチング法でソース，ドレイン電極間のオーミ
ックコンタクト層をエッチングする。
ン電極が必要であるが、これを含めると次のような工程
になる。まずｎ+ 型シリコンによるオーミックコンタク
ト層をＴＦＴ領域上全体にパターン形成する。この段階
ではソース，ドレイン間は分離されていない。その後に
金属膜によるソース，ドレイン電極をパターン形成した
後、上述したＣＦ4 ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いた
ドライエッチング法でソース，ドレイン電極間のオーミ
ックコンタクト層をエッチングする。
【００１９】この実施例によると、ソース，ドレイン分
離領域に設けた高濃度ボロンドープ層６が、ｎ+ 型非晶
質シリコンによるオーミックコンタクト層７のドライエ
ッチング工程で良好なエッチングストッパとして機能す
る。これによりシリコン窒化膜５からなる活性層保護膜
がエッチングされる事が防止され、ばらつきの少ない素
子特性が得られる。また高濃度ボロンドープ層６が良好
な遮光膜となって、オン電流とオフ電流の比が大きい優
れたＴＦＴが得られる。以下にこれらの効果を、具体的
なデータにより明らかにする。
離領域に設けた高濃度ボロンドープ層６が、ｎ+ 型非晶
質シリコンによるオーミックコンタクト層７のドライエ
ッチング工程で良好なエッチングストッパとして機能す
る。これによりシリコン窒化膜５からなる活性層保護膜
がエッチングされる事が防止され、ばらつきの少ない素
子特性が得られる。また高濃度ボロンドープ層６が良好
な遮光膜となって、オン電流とオフ電流の比が大きい優
れたＴＦＴが得られる。以下にこれらの効果を、具体的
なデータにより明らかにする。
【００２０】図３は、ボロンドープ層（膜厚１００nm）
のボロン濃度を種々変えた試料について、ＣＦ4 ガスと
Ｏ2 ガスの混合ガスを用いたドライエッチング法を適用
した場合のエッチングの可否を調べた結果である。エッ
チングできた場合を白丸で示し、エッチングできなかっ
た場合を黒丸で示している。具体的なエッチング条件と
して、ＣＦ4 ガス１８０ＳＣＣＭとＯ2 ガス９０ＳＣＣ
Ｍの混合ガスを用い、反応室内圧力３０ｐａにおいて、
６００ｍＷのマイクロ波放電を利用した。この結果か
ら、ボロン濃度１０21／cm3 以上において、エッチング
されないことが分かる。
のボロン濃度を種々変えた試料について、ＣＦ4 ガスと
Ｏ2 ガスの混合ガスを用いたドライエッチング法を適用
した場合のエッチングの可否を調べた結果である。エッ
チングできた場合を白丸で示し、エッチングできなかっ
た場合を黒丸で示している。具体的なエッチング条件と
して、ＣＦ4 ガス１８０ＳＣＣＭとＯ2 ガス９０ＳＣＣ
Ｍの混合ガスを用い、反応室内圧力３０ｐａにおいて、
６００ｍＷのマイクロ波放電を利用した。この結果か
ら、ボロン濃度１０21／cm3 以上において、エッチング
されないことが分かる。
【００２１】図４および図５は、ｎ- 型非晶質シリコン
／ボロンドープ層／ｎ- 型非晶質シリコンの積層試料に
つき、ＣＦ4 ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いてドライ
エッチングを行った場合の、エッチング前後のボロンと
シリコンの濃度分布をオージェ電子分光法により測定し
た結果である。ボロンドープ層のボロン濃度は２．５×
１０22／cm3 であり、その上のｎ- 型非晶質シリコンは
３０nmである。図４がエッチング前であって、表面から
３０nmの位置にボロン濃度のピークがある。図５は、３
分のエッチングを行った後であり、ボロン濃度２×１０
22／cm3 の層が表面に露出している。その後５分の追加
エッチングを行っても、図５の濃度分布に変化がないこ
とが確認されている。この様に高濃度ボロンドープ層
が、ＣＦ4ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いたドライエ
ッチングにおいて良好なストッパとなる。
／ボロンドープ層／ｎ- 型非晶質シリコンの積層試料に
つき、ＣＦ4 ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いてドライ
エッチングを行った場合の、エッチング前後のボロンと
シリコンの濃度分布をオージェ電子分光法により測定し
た結果である。ボロンドープ層のボロン濃度は２．５×
１０22／cm3 であり、その上のｎ- 型非晶質シリコンは
３０nmである。図４がエッチング前であって、表面から
３０nmの位置にボロン濃度のピークがある。図５は、３
分のエッチングを行った後であり、ボロン濃度２×１０
22／cm3 の層が表面に露出している。その後５分の追加
エッチングを行っても、図５の濃度分布に変化がないこ
とが確認されている。この様に高濃度ボロンドープ層
が、ＣＦ4ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いたドライエ
ッチングにおいて良好なストッパとなる。
【００２２】図６は、この実施例による２００個のＴＦ
Ｔのしきい値電圧のばらつきを測定した結果を示し、図
７は同じく移動度のばらつきを測定した結果を示す。な
お２００個のＴＦＴは、３０cmの基板に多数作られたも
ののなから、ランダムに抽出した。比較のため、高濃度
ボロンドープ層がない他、実施例と同様の条件で作った
従来のＴＦＴについて、同様にしきい値電圧と移動度の
ばらつきを測定した結果を、図８および図９に示す。こ
れらを比較して明らかなように、この実施例によってば
らつきの小さい特性が得られる。
Ｔのしきい値電圧のばらつきを測定した結果を示し、図
７は同じく移動度のばらつきを測定した結果を示す。な
お２００個のＴＦＴは、３０cmの基板に多数作られたも
ののなから、ランダムに抽出した。比較のため、高濃度
ボロンドープ層がない他、実施例と同様の条件で作った
従来のＴＦＴについて、同様にしきい値電圧と移動度の
ばらつきを測定した結果を、図８および図９に示す。こ
れらを比較して明らかなように、この実施例によってば
らつきの小さい特性が得られる。
【００２３】図１０は、高濃度ボロンドープ層の光学吸
収係数を測定した結果を示す。ボロンドープ層として、
ボロン濃度１×１０21／cm3 ，５×１０21／cm3 ，１×
１０22／cm3 の３種の試料を用いている。比較のため図
には、ｎ- 型非晶質シリコンの光学吸収特性を示してい
る。このデータから、光学エネルギー２．０ｅＶから
３．０ｅＶの光に対して、ボロン濃度１×１０21／cm3
以上のボロンドープ層は、ｎ- 型非晶質シリコンに比べ
て光学吸収係数が４桁ないし７桁大きい。従って高濃度
ボロンドープ層は良好な遮光膜となる。
収係数を測定した結果を示す。ボロンドープ層として、
ボロン濃度１×１０21／cm3 ，５×１０21／cm3 ，１×
１０22／cm3 の３種の試料を用いている。比較のため図
には、ｎ- 型非晶質シリコンの光学吸収特性を示してい
る。このデータから、光学エネルギー２．０ｅＶから
３．０ｅＶの光に対して、ボロン濃度１×１０21／cm3
以上のボロンドープ層は、ｎ- 型非晶質シリコンに比べ
て光学吸収係数が４桁ないし７桁大きい。従って高濃度
ボロンドープ層は良好な遮光膜となる。
【００２４】図１１は、ボロン濃度２×１０22／cm3 の
ボロンドープ層の水素プラズマによるエッチング特性を
測定した結果である。具体的には、基板温度を１００℃
〜４００℃まで変え、平行平板電極を持つ反応室に水素
ガスを５０ＳＣＣＭ導入し、反応室内圧力を０．４Torr
に設定して、１３．５６ＭＨｚ，１０Ｗの高周波電力で
ガスを分解した。このデータから、膜厚５nm，濃度２×
１０22／cm3 のボロンドープ層は、約１０分でエッチン
グできることが分かる。
ボロンドープ層の水素プラズマによるエッチング特性を
測定した結果である。具体的には、基板温度を１００℃
〜４００℃まで変え、平行平板電極を持つ反応室に水素
ガスを５０ＳＣＣＭ導入し、反応室内圧力を０．４Torr
に設定して、１３．５６ＭＨｚ，１０Ｗの高周波電力で
ガスを分解した。このデータから、膜厚５nm，濃度２×
１０22／cm3 のボロンドープ層は、約１０分でエッチン
グできることが分かる。
【００２５】図１２は、この実施例によるＴＦＴのゲー
ト電圧−ドレイン電流特性を測定した結果を従来例と比
較して示す。従来例は、高濃度ボロンドープ層がない他
は実施例と同様の条件で作ったものである。この実施例
のＴＦＴは、従来例に比べてオフ電流が２桁低く、オン
電流とオフ電流の比が１０7 と非常に大きくなってい
る。これは明らかに、ボロンドープ層の遮光効果により
光電流が抑制された結果である。
ト電圧−ドレイン電流特性を測定した結果を従来例と比
較して示す。従来例は、高濃度ボロンドープ層がない他
は実施例と同様の条件で作ったものである。この実施例
のＴＦＴは、従来例に比べてオフ電流が２桁低く、オン
電流とオフ電流の比が１０7 と非常に大きくなってい
る。これは明らかに、ボロンドープ層の遮光効果により
光電流が抑制された結果である。
【００２６】図１の実施例では、活性層保護膜としての
シリコン窒化膜５の全面に高濃度ボロンドープ層６を設
けたが、これは図１３(a) 或いは(b) に示すように、部
分的に設けられていてもよく、これでも上記実施例と同
様の効果が得られる。
シリコン窒化膜５の全面に高濃度ボロンドープ層６を設
けたが、これは図１３(a) 或いは(b) に示すように、部
分的に設けられていてもよく、これでも上記実施例と同
様の効果が得られる。
【００２７】上記実施例では、活性層保護膜としてシリ
コン窒化膜を設けた場合を示したが、高濃度ボロンドー
プ層がそのまま保護膜として機能するので、シリコン窒
化膜を省略することもできる。その様な実施例のＴＦＴ
構造を、図１４(a) 〜(c) に示す。
コン窒化膜を設けた場合を示したが、高濃度ボロンドー
プ層がそのまま保護膜として機能するので、シリコン窒
化膜を省略することもできる。その様な実施例のＴＦＴ
構造を、図１４(a) 〜(c) に示す。
【００２８】図１４(a) は、図１の実施例のシリコン窒
化膜６を省略したＴＦＴである。先の実施例と同様に絶
縁性基板としてガラス基板１を用い、その上に１２０nm
のＭｏ−Ｔａ合金によるゲート電極２がパターン形成さ
れている。ゲート電極２がパターン形成された基板上に
１００nmのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜３を介
して５０nmのｎ- 型非晶質シリコンによる活性層４が形
成されている。活性層４の表面には約１０nmの高濃度ボ
ロンドープ層６が形成されている。高濃度ボロンドープ
層６のボロン濃度は１０21／cm3 以上である。このボロ
ンドープ層６に一部重なるように、ソース，ドレイン領
域には、ｎ+ 型非晶質シリコンによるオーミックコンタ
クト層７が形成されている。オーミックコンタクト層７
の膜厚は５０nmである。この図でも省略しているが、通
常の構造ではオーミックコンタクト層７上に重ねて金属
電極が形成される。
化膜６を省略したＴＦＴである。先の実施例と同様に絶
縁性基板としてガラス基板１を用い、その上に１２０nm
のＭｏ−Ｔａ合金によるゲート電極２がパターン形成さ
れている。ゲート電極２がパターン形成された基板上に
１００nmのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜３を介
して５０nmのｎ- 型非晶質シリコンによる活性層４が形
成されている。活性層４の表面には約１０nmの高濃度ボ
ロンドープ層６が形成されている。高濃度ボロンドープ
層６のボロン濃度は１０21／cm3 以上である。このボロ
ンドープ層６に一部重なるように、ソース，ドレイン領
域には、ｎ+ 型非晶質シリコンによるオーミックコンタ
クト層７が形成されている。オーミックコンタクト層７
の膜厚は５０nmである。この図でも省略しているが、通
常の構造ではオーミックコンタクト層７上に重ねて金属
電極が形成される。
【００２９】この実施例のＴＦＴの製造工程を、具体的
に説明する。ガラス基板１にまず、Ｍｏ−Ｔａ合金膜を
スパッタ法により形成し、これをパターニングしてゲー
ト電極２を形成する。次いでプラズマＣＶＤ法により、
シリコン酸化膜とｎ- 型水素化非晶質シリコン４を連続
的に形成する。さらにその上に高濃度ボロンドープ層６
を形成する。高濃度ボロンドープ層６の形成は例えば、
平行平板電極を持つ反応室に試料をおいてこれに水素希
釈の２５００ppm のジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を５０ＳＣＣ
Ｍ導入し、反応室内の圧力を０．４Torrに設定した後、
１３．５６ＭＨｚ，１０Ｗの高周波電力でガスを分解さ
せることにより行う。これにより形成されたプラズマ雰
囲気に試料を約１０分晒すことにより、高濃度ボロンド
ープ層６が得られる。
に説明する。ガラス基板１にまず、Ｍｏ−Ｔａ合金膜を
スパッタ法により形成し、これをパターニングしてゲー
ト電極２を形成する。次いでプラズマＣＶＤ法により、
シリコン酸化膜とｎ- 型水素化非晶質シリコン４を連続
的に形成する。さらにその上に高濃度ボロンドープ層６
を形成する。高濃度ボロンドープ層６の形成は例えば、
平行平板電極を持つ反応室に試料をおいてこれに水素希
釈の２５００ppm のジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）を５０ＳＣＣ
Ｍ導入し、反応室内の圧力を０．４Torrに設定した後、
１３．５６ＭＨｚ，１０Ｗの高周波電力でガスを分解さ
せることにより行う。これにより形成されたプラズマ雰
囲気に試料を約１０分晒すことにより、高濃度ボロンド
ープ層６が得られる。
【００３０】その後、ソース，ドレイン分離領域にフォ
トレジスト・マスクを形成し、ソース，ドレイン領域上
の高濃度ボロンドープ層６を水素プラズマにより除去す
る。具体的には、平行平板電極を持つ反応室に試料をお
いて、これに水素を５０ＳＣＣＭ導入する。反応室内の
ガス圧力を０．４Torrに設定した後、１３．５６ＭＨ
ｚ，１０Ｗの高周波電力で水素ガスを分解させ、これに
より得られたプラズマに１０分晒すことにより、ボロン
ドープ層６をエッチングする。
トレジスト・マスクを形成し、ソース，ドレイン領域上
の高濃度ボロンドープ層６を水素プラズマにより除去す
る。具体的には、平行平板電極を持つ反応室に試料をお
いて、これに水素を５０ＳＣＣＭ導入する。反応室内の
ガス圧力を０．４Torrに設定した後、１３．５６ＭＨ
ｚ，１０Ｗの高周波電力で水素ガスを分解させ、これに
より得られたプラズマに１０分晒すことにより、ボロン
ドープ層６をエッチングする。
【００３１】次に、全面にｎ+ 型非晶質シリコンをプラ
ズマＣＶＤにより堆積し、これをＣＦ4 ガスとＯ2 ガス
の混合ガスを用いたドライエッチング法により選択エッ
チングして、ソース，ドレイン領域間の部分を除去して
オーミックコンタクト層７を形成する。
ズマＣＶＤにより堆積し、これをＣＦ4 ガスとＯ2 ガス
の混合ガスを用いたドライエッチング法により選択エッ
チングして、ソース，ドレイン領域間の部分を除去して
オーミックコンタクト層７を形成する。
【００３２】先の実施例と同様に、通常の工程では金属
のソース，ドレイン電極が必要である。これを含めて考
えるとると、ｎ+ 型シリコンによるオーミックコンタク
ト層をＴＦＴ領域上全体にパターン形成した後、金属膜
によるソース，ドレイン電極をパターン形成し、その後
ＣＦ4 ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いたドライエッチ
ング法でソース，ドレイン電極間のオーミックコンタク
ト層をエッチング除去すれば良い。
のソース，ドレイン電極が必要である。これを含めて考
えるとると、ｎ+ 型シリコンによるオーミックコンタク
ト層をＴＦＴ領域上全体にパターン形成した後、金属膜
によるソース，ドレイン電極をパターン形成し、その後
ＣＦ4 ガスとＯ2 ガスの混合ガスを用いたドライエッチ
ング法でソース，ドレイン電極間のオーミックコンタク
ト層をエッチング除去すれば良い。
【００３３】この実施例によっても、ソース，ドレイン
分離領域に設けた高濃度ボロンドープ層６が、ｎ+ 型非
晶質シリコンによるオーミックコンタクト層７のドライ
エッチング工程で良好なエッチングストッパとして機能
し、ばらつきの少ない素子特性が得られる。また高濃度
ボロンドープ層６が良好な遮光膜となって、オン電流と
オフ電流の比が大きい優れたＴＦＴが得られる。
分離領域に設けた高濃度ボロンドープ層６が、ｎ+ 型非
晶質シリコンによるオーミックコンタクト層７のドライ
エッチング工程で良好なエッチングストッパとして機能
し、ばらつきの少ない素子特性が得られる。また高濃度
ボロンドープ層６が良好な遮光膜となって、オン電流と
オフ電流の比が大きい優れたＴＦＴが得られる。
【００３４】図１４(b) (c) は、それぞれ図１３(a)
(b) の構造で同じくシリコン窒化膜５を省いた実施例で
ある。これらの製造工程は、シリコン窒化膜の堆積，パ
ターニングの工程がない他、先の実施例と同様である。
これらの実施例によっても先の実施例と同様の効果が得
られる。
(b) の構造で同じくシリコン窒化膜５を省いた実施例で
ある。これらの製造工程は、シリコン窒化膜の堆積，パ
ターニングの工程がない他、先の実施例と同様である。
これらの実施例によっても先の実施例と同様の効果が得
られる。
【００３５】上記実施例では、ボロン供給源としてＢ2
Ｈ6 を用いたが、ＢＦ3 ，ＢＢｒ3，ＢＣｌ3 等を用い
ることもできる。また、これらの原料ガスの希釈ガスと
して、Ｈ2 の他に、Ｎ2 ，Ｈｅ，Ａｒ等を用いることが
できる。さらにこれらの混合ガスにＮＨ3 ，Ｏ2 ，Ｎ2
Ｏ等のガスを混合することもできる。
Ｈ6 を用いたが、ＢＦ3 ，ＢＢｒ3，ＢＣｌ3 等を用い
ることもできる。また、これらの原料ガスの希釈ガスと
して、Ｈ2 の他に、Ｎ2 ，Ｈｅ，Ａｒ等を用いることが
できる。さらにこれらの混合ガスにＮＨ3 ，Ｏ2 ，Ｎ2
Ｏ等のガスを混合することもできる。
【００３６】上記実施例では絶縁性基板としてガラス基
板を用いたが、他の材料基板を用いることもできる。そ
の場合、基板本体が絶縁性であることは必ずしも必要で
はなく、本体は金属や半導体であって表面が絶縁膜で覆
われたものであってもよい。その他本発明は、その趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。
板を用いたが、他の材料基板を用いることもできる。そ
の場合、基板本体が絶縁性であることは必ずしも必要で
はなく、本体は金属や半導体であって表面が絶縁膜で覆
われたものであってもよい。その他本発明は、その趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。
【００３７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、非晶
質シリコン活性層表面のソース，ドレイン領域の間に高
濃度のボロンドープ層を設けることにより、特性のばら
つきを小さくすると共に、オン電流とオフ電流の比を大
きくしたＴＦＴを得ることができる。
質シリコン活性層表面のソース，ドレイン領域の間に高
濃度のボロンドープ層を設けることにより、特性のばら
つきを小さくすると共に、オン電流とオフ電流の比を大
きくしたＴＦＴを得ることができる。
【図１】本発明の一実施例によるＴＦＴを示す図。
【図２】同実施例のＴＦＴの製造工程を示す図。
【図３】ボロンドープ層のドライエッチング耐性を示す
図。
図。
【図４】試験試料のエッチング前のボロン濃度分布を示
す図。
す図。
【図５】同試験試料のエッチングのボロン濃度分布を示
す図。
す図。
【図６】実施例のＴＦＴのしきい値電圧分布を示す図。
【図７】実施例のＴＦＴの移動度分布を示す図。
【図８】従来例のＴＦＴのしきい値電圧分布を示す図。
【図９】従来例のＴＦＴの移動度分布を示す図。
【図１０】ボロンドープ層の光学吸収特性を示す図。
【図１１】ボロンドープ層のエッチング特性を示す図。
【図１２】実施例のＴＦＴの特性を従来例と比較して示
す図。
す図。
【図１３】他の実施例のＴＦＴ構造を示す図。
【図１４】他の実施例のＴＦＴ構造を示す図。
１…ガラス基板
２…ゲート電極、
３…ゲート絶縁膜、
４…ｎ- 型非晶質シリコン活性層、
５…シリコン窒化膜、
６…高濃度ボロンドープ層、
７…ｎ+ 型非晶質シリコンオーミックコンタクト層。
Claims (2)
- 【請求項１】基板上にパターン形成されたゲート電極
と、 このゲート電極を覆うように前記基板上にゲート絶縁膜
を介して形成された高抵抗の非晶質シリコンからなる活
性層と、 この活性層上のソース，ドレイン領域に形成された低抵
抗の非晶質シリコンからなるオーミックコンタクト層
と、 前記活性層の前記オーミックコンタクト層で覆われてい
ない領域に形成された濃度１０21／cm3 以上のボロンド
ープ層とを具備し、 前記ボロンドープ層は、シリコン窒化膜表面に形成され
てなることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項２】ゲート電極が形成された基板上にゲート絶
縁膜、高抵抗の非晶質シリコン、シリコン窒化膜、およ
び、濃度１０ ２１ ／ cm3 以上のボロンドープ層を順次形
成する工程と、 前記ボロンドープ層及びシリコン窒化膜を選択エッチン
グしてソース、ドレイン領域の間に残す工程と、 全面に低抵抗の非晶質シリコンを堆積し、選択エッチン
グしてソース、ドレイン領域間の部分を除去して、オー
ミックコンタクト層を形成する工程とを備え、 前記ボロンドープ層を選択エッチングするに際して、水
素プラズマを用いてエッチングすることを特徴とする薄
膜トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10749892A JP3492710B2 (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10749892A JP3492710B2 (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05304295A JPH05304295A (ja) | 1993-11-16 |
| JP3492710B2 true JP3492710B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=14460736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10749892A Expired - Fee Related JP3492710B2 (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3492710B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6127262A (en) * | 1996-06-28 | 2000-10-03 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for depositing an etch stop layer |
| CN101840936B (zh) * | 2009-02-13 | 2014-10-08 | 株式会社半导体能源研究所 | 包括晶体管的半导体装置及其制造方法 |
-
1992
- 1992-04-27 JP JP10749892A patent/JP3492710B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05304295A (ja) | 1993-11-16 |
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