JPH0225038A - シリコン薄膜トランジスタおよびシリコン薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

シリコン薄膜トランジスタおよびシリコン薄膜トランジスタの製造方法

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JPH0225038A
JPH0225038A JP63174439A JP17443988A JPH0225038A JP H0225038 A JPH0225038 A JP H0225038A JP 63174439 A JP63174439 A JP 63174439A JP 17443988 A JP17443988 A JP 17443988A JP H0225038 A JPH0225038 A JP H0225038A
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栄 田中
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渡辺 善昭
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荻原 芳久
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明はアクティブマトリクス型液晶表示器等に利用さ
れるシリコン薄膜トランジスタおよびその製造方法に関
するものである。
[従来の技術] 第16図は従来のシリコン薄膜トランジスタの一例を示
したものである。
同図において、21は絶縁性基板、22はゲート電極、
23はゲート絶縁層、24はドナーあるいはアクセプタ
となる不純物を適量含んだ不純物シリコン層、25は活
性層となる真性シリコン層、26は保護絶縁層、27は
ソース電極、28はドレイン電極である。
同図に示されるように、真性シリコン屑25および保護
絶縁層26が連続的に形成されたシリコン薄膜トランジ
スタは、トランジスタの信頼性、特性の再現性等に優れ
、広く研究開発が行われている。
[解決しようとする課題] 上記従来のシリコン薄膜トランジスタでは、窒化シリコ
ンあるいは酸化シリコン等により形成された保護絶縁層
26を除去して真性シリコン層25を露出させ、この露
出した真性シリコン層25上に不純物シリコン層24を
形成している。
ところが、真性シリコン層25の保護絶縁層側には保護
絶縁層26中に含まれる窒素あるいは酸素等が拡散した
層があり、保護絶縁層26を除去するときに、上記窒素
あるいは酸素等が拡散した層を完全に除去することがで
きず、真性シリコン層26と不純物シリコン層24の接
合が不十分となり、トランジスタ特性の悪化を招いてい
た。
本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、
真性シリコン層と不純物シリコン層の接合状態を改善し
、良好なトランジスタ特性を示すシリコン薄膜トランジ
スタおよびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
[課題を解決するための手段] 本発明は、絶縁性基板上にゲート電極が形成され、上記
ゲート電極を含む上記絶縁性基板上にゲト絶縁層が形成
され、上記ゲート絶縁層上に上記ゲート電極の端部を横
切るように一対の不純物シリコン層が形成され、上記一
対の不純物シリコン層およびこの一対の不純物シリコン
層間の上記ゲート絶縁層上に、上記一対の不純物シリコ
ン層を連結するように真性シリコン層が形成され、上記
真性シリコン層上にこの真性シリコン層と同形に保護絶
縁層が形成され、上記一対の不純物シリコン層のコンタ
クト部にソース電極およびドレイン電極が接続されてい
ることを特徴とするシリコン薄膜トランジスタにより、
上記目的を達成するものである。
上記シリコン薄膜トランジスタは、絶縁性基板上にゲー
ト電極を形成する工程と、上記ゲート電極を含む上記絶
縁性基板上にゲート絶縁層を形成する工程と、上記ゲー
ト絶縁層上に上記ゲート電極の端部を横切るように一対
の不純物シシリコン層を形成する工程と、上記一対の不
純物シリコン層上およびこの一対の不純物シリコン層間
の上記ゲート絶縁層上に、上記一対の不純物シリコン層
を連結する真性シリコン層、およびこの真性シリコン層
上に形成されこの真性シリコン層と同形の保護絶縁層を
形成する工程と、上記一対の不純物シリコン層のコンタ
クト部と接するようにソース電極とドレイン電極を形成
する工程とを少なくとも有して製造されることが好まし
い。
また上記シリコン薄膜トランジスタは以下に示す特徴を
有していることが好ましい。
(I)上記一対の不純物シリコン層を連結する真性シリ
コン層が上記ゲート電極の内側に形成されている。
(n)上記コンタクト部が上記ゲート電極の外側に形成
されている。
(III)上記真性シリコン層の端部が上記ゲート電極
の外側に位置し、かつ上記不純物シリコン層の内側に位
置している。
(IV)上記真性シリコン層下の上記一対の不純物シリ
コン層の向い合った辺がくし歯型に形成されている。
(V)上記真性シリコン層および保護絶縁層が上記ゲー
ト電極に整合されている。
(VI)上記真性シリコン層および保護絶縁層が上記ゲ
ート電極と上記不純物シリコン層に整合して形成されて
いる。
なお、上記(V)および(VI)の特徴を有するシリコ
ン薄膜トランジスタは、上記製造方法における真性シリ
コン層及び保護絶縁層を形成する工程の際に、保護絶縁
層上にフォトレジストを塗布し、絶縁性基板裏面側から
紫外光を照射して、ゲート電極((V)の場合)、また
はゲート電極と不純物シリコン層((■)の場合)をマ
スクとして上記フォトレジストを露光し、このフォトレ
ジストを現像して、上記ゲート電極、またはゲート電極
と不純物シリコン層に整合したフォトレジストを形成し
、上記整合されたフォトレジストをマスクとして、上記
保護絶縁層および真性シリコン層をエツチングし、上記
ゲート電極またはゲート電極と不純物シリコン層に整合
した真性シリコン層および保護絶縁層を形成する工程を
有して製造することが好ましい。
[実施例コ 以下、本発明における実施例を図面に基いて説明する。
実施例1 第1図および第2図において、1はガラス等を用いた絶
縁性基板、2はCr(クロム)により形成されたゲート
電極、3は窒化シリコン又は酸化シリコンにより形成さ
れたゲート絶縁層、4は非晶質シリコンより形成されド
ナーまたはアクセプタとなる不純物を適量含んだ不純物
シリコン層、5は非晶質シリコンにより形成され活性層
となる真性シリコン層、6は窒化シリコンまたは酸化シ
リコンにより形成された保護絶縁層、7および8はIT
O(インジウム ティン オキサイド)により形成され
たソース電極とドレイン電極、9は上記不純物シリコン
層4と上記ソース電極7およびドレイン電極8を接続す
る不純物シリコン層のコンタクト部である。
以下、第2図(a)〜(c)に従い製造方法の説明をす
る。
(a)絶縁性基板1上にゲート電極2を形成し、このゲ
ート電極2を含む上記絶縁性基板1上にゲート絶縁層3
を形成し、このゲート絶縁層3上に不純物シリコン層4
を形成し、この不純物シリコン層4をエツチングして、
上記ゲート電極2の端部を横切るように一対の不純物シ
リコン層4のパターンを形成する。
(b)真性シリコン層5、保護□絶縁層6を連続的に形
成し、フォトレジストをマスクとして、上記保護絶縁層
6を緩衝フッ酸溶液を用いてエツチングし、さらにCF
4ガスを用いたドライエツチング法により真性シリコン
層5をエツチングして、不純物シリコン層4を露出させ
、希フッ酸水溶液で上記露出した不純物シリコン層4表
面を清浄にした後、上記フォトレジストを剥離する。こ
のようにして、ゲート絶縁層3上および一対の不純物シ
リコン層4上に、上記一対の不純物シリコン層4を連結
するように、真性シリコン層5およびこの真性シリコン
層5と同形の保護絶縁層6を形成する。
(c)上記露出した不純物シリコン層4のコンタクト部
9と接するようにソース電極7およびドレイン電極8を
形成する。
以上の工程により同図(、C)に示されるようなシリコ
ン薄膜トランジスタが得られる。
本例では、不純物シリコン層4上に真性シリコン層5を
形成し、この真性シリコン層5上に保護絶縁層6を形成
するため、上記不純物シリコン層4と真性シリコン層5
との接合状態が改善され、良好なトランジスタ特性を得
ることができる。
また、上記従来例および本例ともに、不純物シリコン層
と真性シリコン層は不連続に形成されるが、上記不純物
シリコン層および真性シリコン層に非晶質シリコン層を
用いる場合、真性シリコン層上に不純物シリコン層を形
成するよりも、不純物シリコン層上に真性シリコン層を
形成する方が良好な接合が得られることが実験的に確め
られている。従って、この点に関しても従来例よりも本
例の方が優れている。
実施例2 第3図および第4図は本発明における第2の実施例を示
したものである。
本例は、真性シリコン層5をゲート電極2の内側に形成
したものである。
シリコン薄膜トランジスタ、特に真性シリコン層5に非
晶質シリコンを用いたものでは、真性シリコン層5へ光
が照射されるとオフ電流が増加する。
本例では、真性シリコン層5をゲート電極2の内側に形
成したため、絶縁性基板1側からの光をゲート電極2が
完全に遮断し、真性シリコン層5へ上記光が達すること
がない。従って光照射による電流の増加を大幅に低減す
ることができる。
なお、本例は上記第1の実施例に対し、マスクパターン
の変更のみで実現可能である。
実施例3 第5図および第6図は本発明における第3の実施例を示
したものである。
本例は、コンタクト9をゲート電極2の外側に形成した
ものである。
上記第1の実施例では、第2図(c)に示すように、コ
ンタクト9がゲート電極2の端部をまたいで形成されて
いるため、設計ルールをLとすると、ゲート電極2と不
純物シリコン層4のオーバーラツプ幅は2Lとなる。一
方本例では、第6図に示すように、上記オーバーラツプ
幅はLとなる。
周知のように、上記オーバーラツプに基くオーバーラツ
プ容量の増大はトランジスタの応答速度を遅くする。
従って本例によれば、上記第1の実施例に対しオーバー
ラツプ幅を半分にすることができるため、トランジスタ
の応答速度の向上を図ることができる。
なお、本例は上記第1の実施例に対し、マスクパターン
の変更のみで実現可能である。
実施例4 第7図および第8図は本発明における第4の実施例を示
したものである。
本例は、真性シリコン層の端部が上記ゲート電極の外側
に位置し、かつ上記不純物シリコン層の内側に位置して
いるものである。
本例では、ゲート電極2の外側に形成されている真性シ
リコン層5へ達する絶縁性基板1側がらの光を、不純物
シリコン層4により、上記ゲート電極2の外側に形成さ
れている真性シリコン層5の全域にわたり大幅に低減す
ることができるため、光照射時のトランジスタのオフ電
流を大幅に減少させることができる。
なお、本例は上記第1の実施例に対し、マスクパターン
の変更のみで実現可能である。
実施例5 第9図及び第10図は本発明におる第5の実施例を示し
たものである。
本例は、真性シリコン層5下の一対の不純物シリコン層
4の向い合った辺をくし歯形に形成したものである。
不純物シリコン層4と真性シリコン層5は不連続に形成
されるため、上記従来例よりも接合状態が改善されると
はいえ、十分良好な接合が得られないことがある。接合
が不十分であると、接合部分に寄生抵抗が生じ、トラン
ジスタのオン電流を低下させることになる。
本例では、真性シリコン層5下の一対の不純物シリコン
層4の向かい合った辺を凹凸状に形成したことにより、
上記接合部分の寄生抵抗を減少させることができ、トラ
ンジスタのオン電流の低下を防止することができる。
第9図は、凹部と凹部、凸部と凸部を向かい合せたもの
であり、第10図は、凹部と凸部を向かい合せたもので
ある。
なお、本例は上記実施例に対し、マスクパターンの変更
のみで実現可能である。
実施例6 第11図は本発明における第6の実施例を示したもので
ある。
以下、同図(a)〜(c)に従い製造方法の説明を行う
(a)透光性を有する絶縁性基板1上に、遮光性を有す
るゲート電極2を形成し、このゲート電極2を含む上記
絶縁性基板1上にゲート絶縁層3を形成し、このゲート
絶縁層3上に不純物シリコン層4を形成し、この不純物
シリコン層4をエツチングして、上記ゲート電極2の端
部を横切るように一対の不純物シリコン層4のパターン
を形成する。
引続き、上記ゲート絶縁層3および不純物シリコン層4
上に真性シリコン届および保護絶縁層6を順次形成し、
上記保護絶縁層6上にフォトレジスト11を塗布し、上
記絶縁層基板1裏面側から紫外光12を照射し、上記ゲ
ート電極2をマスクとして上記フォトレジスト11を露
光する。
(b)上記フォトレジスト11を現像して上記ゲート電
極2に整合したフォトレジスト11を形成し、このフォ
トレジスト11をマスクとして上記保護絶縁層6および
真性シリコン層5をエツチングし、上記一対の不純物シ
リコン層4を連結し上記ゲート電極2に整合した真性シ
リコン層5および保護絶縁層6を形成する。
(C)上記フォトレジスト11を剥離し、上記一対の不
純物シリコン層4のコンタクト部9と接するようにソー
ス電極7およびドレイン電極8を形成する。
以上の工程により製造されたシリコン薄膜トランジスタ
では、真性シリコン層5および保護絶縁層6のパターン
がゲート電極2のパターンを利用して形成されるため、
上記第一の実施例に対しフォトマスクの数を一枚減らす
ことができる。
なお、不純物シリコン層4は紫外光12を吸収するため
、本例では不純物シリコン層の膜厚をできるだけ薄くす
ることが好ましい。
実施例7 第12図は本発明における第7の実施例を示したもので
ある。
以下、同図(a)〜(c)に従い製造方法の説明を行う
(a)透光性を有する絶縁性基板1上に遮光性を有する
ゲート電極2を形成し、このゲート電極2を含む上記絶
縁性基板1上にゲート絶縁層3を形成し、このゲート絶
縁層3上に不純物シリコン層4を形成し、この不純物シ
リコン層4をエツチングして上記ゲート電極2の端部を
横切るように一対の不純物シリコン層4のパターンを形
成する。
引続き、上記ゲート絶縁層3および不純物シリコン層4
上に真性シリコン層5および保護絶縁層6を順次形成し
、上記保護絶縁層6上にフォトレジスト11を塗布し、
上記絶縁性基板1裏面側から紫外光12を照射し、上記
ゲート電極および不純物シリコン層4をマスクとして、
上記フォトレジスト11を露光する。
(b)上記フォトレジスト11を現像して上記ゲート電
極2および不純物シリコン層4に整合したフォトレジス
ト11を形成し、このフォトレジスト11をマスクとし
て上記保護絶縁層6および真性シリコン層5をエツチン
グし、上記一対の不純物シリコン層4を連結し上記ゲー
ト電極2と不純物シリコン層4に整合した真性シリコン
層5および保護絶縁層6を形成する。
(C)上記フォトレジスト11を剥離し、上記一対の不
純物シリコン層4端部のコンタクト9と接するように、
ソース電極7およびドレイン電極8を形成する。
以上の工程により製造されたシリコン薄膜トランジスタ
では、真性シリコン層5および保護絶縁JEi6のパタ
ーンが、ゲート電極2および不純物シリコン層4のパタ
ーンを利用して形成されるため、上記第1の実施例に対
しフォトマスクの数を一枚減らすことができる。
なお、不純物シリコン層4により紫外光12を十分に吸
収させる必要があるために、本例では不純物シリコン層
の膜厚をできるだけ厚くすることが好ましい。
実施例8 第13図は本発明における第8の実施例を示したもので
ある。
本例は、不純物シリコン層4と接し、かつソース電極7
およびドレイン電極8の不純物シリコン屓4端部におけ
る段差部分を覆うように補助電極10を形成したもので
ある。
本例によれば、上記段差部分でソース電極7あるいはド
レイン電極8が断線しても、上記補助電極10により電
気的接続を確保することができる。
なお、上記補助電極10にはTi(チタン)等を用いれ
ばよい。
実施例9 第14図および第15図は、本発明におけるシリコン薄
膜トランジスタをアクティブマトリクス型液晶表示器に
応用したものである。
本例では、ゲート電極2の形成と同時にゲート配線13
を形成し、ソース電極7およびドレイン電極8の形成と
同時にソース配線14および画素電極15を形成したも
のである。従って基本的にマスク枚数を増やすことなく
形成可能である。
なお、ゲート電極2およびゲート配線13にはCr等を
用いることができ、ソース電極7、ドレイン電極8、ソ
ース配線14、および画素電極15にはITO等を用い
ることができる。
以上の実施例1〜9において、ゲート絶縁層2には、窒
化シリコン、酸化シリコン、あるいは窒化シリコンと酸
化シリコンの多層膜を用いることが好ましい。不純物シ
リコン層4および真性シリコン層5には非晶質シリコン
層を用いることが好ましいが、多結晶シリコン等を用い
ることもできる。保護絶縁層6には窒化シリコンあるい
は酸化シリコン等を用いることができる。
[発明の効果] 本発明によれば、不純物シリコン層と真性シリコン層と
の接合状態を改善でき、良好なトランジスタ特性を得る
ことができる。
また、上記効果に加え以下に示す効果を得ることができ
る。
真性シリコン層をゲート電極の内側に形成したものでは
、光照射時のオフ電流を大幅に低減することができる。
コンタクト部をゲート電極の外側に形成したものでは、
オーバーラツプ容量を低減できるため、トランジスタの
応答性を高めることができる。
真性シリコン層の端部が上記ゲート電極の外側に位置し
、かつ上記不純物シリコン層の内側に位置しているもの
では、光照射時のオフ電流を大幅に低減することができ
る。
真性シリコン層下の一対の不純物シリコン層の向い合っ
た辺をくし歯型に形成したものでは、寄生抵抗を減少さ
せトランジスタのオン電流の低下を防止することができ
る。
絶縁性基板裏面から保護絶縁層上のフォトレジストを露
光し、このフォトレジストを現像して得られたフォトレ
ジストのパターンにより、真性シリコン層および保護絶
縁層のパターンを形成する製造方法では、マスク枚数を
低減することができ、コスト低減、歩留り向上を計るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における第1の実施例を示した平面図、
第2図は第1図の■−■線における製造工程の断面図、
第3図は本発明における第2の実施例を示した平面図、
第4図は第3図のTV−TV線における断面図、第5図
は本発明における第3の実施例を示した平面図、第6図
は第5図のVI−VI線における断面図、第7図は本発
明における第4の実施例を示した平面図、第8図は第7
図の■−■線における断面図、第9図及び第10図は本
発明における第5の実施例を示した平面図、第11図は
本発明における第6の実施例を示した製造工程の断面図
、第12図は本発明における第7の実施例を示した製造
工程の断面図、第13図は本発明における第8の実施例
を示した断面図、第14図は本発明における第9の実施
例を示した平面図、第15図は第14図のxv−xv線
における断面図、第16図は従来例の断面図である。 1・・・絶縁性基板 2・・・ゲート電極 3・・・ゲート絶縁層 4・・・不純物シリコン層 5・・・真性シリコン層 6・・・保護絶縁層 7・・・ソース電極 8・・・ドレイン電極 9・・・コンタクト部 11・・・フォトレジスト 12・・・紫外光

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁性基板上にゲート電極が形成され、上記ゲー
    ト電極を含む上記絶縁性基板上にゲート絶縁層が形成さ
    れ、 上記ゲート絶縁層上に上記ゲート電極の端部を横切るよ
    うに一対の不純物シリコン層が形成され上記一対の不純
    物シリコン層およびこの一対の不純物シリコン層間の上
    記ゲート絶縁層上に、上記一対の不純物シリコン層を連
    結するように真性シリコン層が形成され、 上記真性シリコン層上にこの真性シリコン層と同形に保
    護絶縁層が形成され、 上記一対の不純物シリコン層のコンタクト部にソース電
    極およびドレイン電極が接続されていることを特徴とす
    るシリコン薄膜トランジスタ。
  2. (2)上記一対の不純物シリコン層を連結する真性シリ
    コン層が上記ゲート電極の内側に形成されていることを
    特徴とする請求項1記載のシリコン薄膜トランジスタ。
  3. (3)上記コンタクト部が上記ゲート電極の外側に形成
    されていることを特徴とする請求項1記載のシリコン薄
    膜トランジスタ。
  4. (4)上記真性シリコン層の端部が上記ゲート電極の外
    側に位置し、かつ上記不純物シリコン層の内側に位置し
    ていることを特徴とする請求項1記載のシリコン薄膜ト
    ランジスタ。
  5. (5)上記真性シリコン層下の上記一対の不純物シリコ
    ン層の向い合った辺がくし歯型に形成されていることを
    特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のシリコン薄
    膜トランジスタ。
  6. (6)上記真性シリコン層および保護絶縁層が上記ゲー
    ト電極に整合して形成されていることを特徴とする請求
    項1記載のシリコン薄膜トランジスタ。
  7. (7)上記真性シリコン層および保護絶縁層が上記ゲー
    ト電極と上記不純物シリコン層に整合して形成されてい
    ることを特徴とする請求項1記載のシリコン薄膜トラン
    ジスタ。
  8. (8)絶縁性基板上にゲート電極を形成する工程と、 上記ゲート電極を含む上記絶縁性基板上にゲート絶縁層
    を形成する工程と、 上記ゲート絶縁層上に上記ゲート電極の端部を横切るよ
    うに一対の不純物シシリコン層を形成する工程と、 上記一対の不純物シリコン層上およびこの一対の不純物
    シリコン層間の上記ゲート絶縁層上に、上記一対の不純
    物シリコン層を連結する真性シリコン層、およびこの真
    性シリコン層上に形成されこの真性シリコン層と同形の
    保護絶縁層を形成する工程と、 上記一対の不純物シリコン層のコンタクト部と接するよ
    うにソース電極とドレイン電極を形成する工程 とを少なくとも有して製造される請求項1記載のシリコ
    ン薄膜トランジスタの製造方法。
  9. (9)透光性を有した絶縁性基板上にゲート電極を形成
    する工程と、 上記ゲート電極を含む上記絶縁性基板上にゲート絶縁層
    を形成する工程と、 上記ゲート絶縁層上に上記ゲート電極の端部を横切るよ
    うに一対の不純物シリコン層を形成する工程と、 上記ゲート絶縁層及び不純物シリコン層上に真性シリコ
    ン層を形成し、この真性シリコン層上に保護絶縁層を形
    成する工程と、 上記保護絶縁層上にフォトレジストを塗布し、上記絶縁
    性基板裏面側から紫外線を照射して上記ゲート電極をマ
    スクとして上記フォトレジストを露光し、このフォトレ
    ジストを現像して上記ゲート電極に整合したフォトレジ
    ストを形成する工程と、 上記整合したフォトレジストをマスクとして上記保護絶
    縁層および真性シリコン層をエッチングし、上記一対の
    不純物シリコン層を連結し上記ゲート電極に整合した真
    性シリコン層および保護絶縁層を形成する工程と、 上記一対の不純物シリコン層のコンタクト部と接するよ
    うにソース電極とドレイン電極を形成する工程 とを少なくとも有して製造される請求項6記載のシリコ
    ン薄膜トランジスタの製造方法。
  10. (10)透光性を有した絶縁性基板上にゲート電極を形
    成する工程と、 上記ゲート電極を含む上記絶縁性基板上にゲート絶縁層
    を形成する工程と 上記ゲート絶縁層上に上記ゲート電極の端部を横切るよ
    うに一対の不純物シリコンを形成する工程と、 上記ゲート絶縁層および不純物シリコン層上に真性シリ
    コン層を形成し、この真性シリコン層上に保護絶縁層を
    形成する工程と、 上記保護絶縁層上にフォトレジストを塗布し、上記絶縁
    性基板裏面側から紫外光を照射して上記ゲート電極と不
    純物シリコン層をマスクとして上記フォトレジストを露
    光し、このフォトレジストを現像して上記ゲート電極と
    不純物シリコン層に整合したフォトレジストを形成する
    工程と、上記整合したフォトレジストをマスクとして上
    記保護絶縁層および真性シリコン層をエッチングし、上
    記一対の不純物シリコン層を連結し上記ゲート電極と不
    純物シリコン層に整合した真性シリコン層および保護絶
    縁層を形成する工程と、上記一対の不純物シリコン層の
    コンタクト部と接するようにソース電極とドレイン電極
    を形成する工程 とを少なくとも有して製造される請求項7記載のシリコ
    ン薄膜トランジスタの製造方法。
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