JPH0352265A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は非結晶半導体膜を備えた薄膜トランジスタの構
造に関する。

（口）従来の技術 従来から結晶半導体に代えて、非晶質、多結晶これらの
混晶半導体などの非結晶半導体を用いた薄膜トランジス
タ（以下ＴＰＴと略記する）が開発されてきた。

非結晶半導体のなかでも、非晶質半導体材料、特にアモ
ルファス・シリコン（以下ａ−Ｓｉと略記する）は、ト
ランジスタとしての半導体特性が安定しており、大面積
戒膜が可能なプラズマＣＶＤ法の採用が可能であるなど
の利点から、大面積基板へのＴＰＴの大量形戊に適して
いる。

従って、近年では、アクティブマトリクス型液晶表示装
置のスイッチングトランジスタアレイ基板の各トランジ
スタに上述のようなａ−ＳｉＴＦＴが採用され、実用化
に至っている。

このようなＴＰＴは、上述の如く、プラズマ反応の大面
積半導体膜形戒の容易さといった長所をいかしたもので
あるが、同時に同反応法によってＴＰＴを構戊するゲー
ト絶縁膜やバッシベーション膜となる窒化シリコン（Ｓ
ｉＮｘ）膜や酸化シリコン（　Ｓ　ｉｏ　．）膜をも反
応ガスを変えるだけで連続形戊できるという長所も利用
している。

しかしながら、ａ−ＳｉＴＦＴでは、ａ−Ｓｉ膜質から
くるｉＩＪｗｉによって、電子の移動度はたかだか０．
５　ｃｍ”／Ｖ−ｓ程度であり、液晶駆動のための十分
な電流量を得ることができなかあった。

そこで、最近では、電子移動度が大きい多結晶シリコン
（　ｐ　−Ｓ　ｉ）のＴＦＴによって、十分な駆動電流
が得られるアクティブマトリクス型液晶表示装置を実現
しようとする試みがなされている。

このようなｐ−ＳｉＴＦＴでは、ｐ−Ｓｉ膜をＬＰＣＶ
Ｄ法によって形戒するか、あるいは、ａ−Ｓｉ膜を後工
程での再結晶化するなどの方法がある。

特にこの再結晶化法では、熱によるアニール法だけでな
く、最近では、高エネルギー線であるレーザ照射によっ
て局所的な多結晶膜を得るレーザアニール法が研究され
ている。

ｐ−ＳｉＴＦＴのｐ−Ｓｉ膜をａ−Ｓｉ膜の局所レーザ
アニール処理にて得る場合、レーザ照射するだけの処理
ですむので、この処理は簡単であるが、局所的なアニー
ルになるためにＴＰＴの他の構戊薄膜との間にストレス
が内在することになる。この結果、プロセス中でのウエ
ットエッチング時などで、異常エッチングを引き起こし
、ＴＰＴの設計パターンを破壊する慣れがあった。

上述の如き従来のレーザアニール処理では、第４図に示
すようなＴＰＴの部位に大きな応力が発生する。これは
、多結晶膜６と該多結晶膜６下に全面に被着形威された
ゲート用絶縁膜とのパターン的な輪郭境界９、９・・・
において大きな応力が発生し、このためにその部分にお
いてウェットエッチャントの染み込みが生じ、異常なま
でのオーバーエッチングが発生する欠点があった。これ
は、薄膜の間には常に存在する応力がパターンの輪郭境
界９、９・・・に集中して発生することが原因と考えら
れている。

（ハ）発明が解決すべき課題 本発明は、上述の従来の欠点に鑑みてなされたものであ
り、レーザアニールによる非晶質半導体膜の多結晶化処
理に対しても応力歪みの集中を回避して、ウエットエッ
チング時のエッタチャントの染み込みによるオーバーエ
ッチングを防止できる構造のＴＰＴを提供するものであ
る。

（二）課題を解決するための手段 本発明のＴＰＴは、絶縁基板上に、ゲー｝１極膜、絶縁
膜、非結晶半導体膜、及びドレイン電極膜並びにソース
電極膜を積層構或するものであって、上記非結晶半導体
膜は、ドレイン・ンース間チャンネル位置の半導体動作
領域を非晶質半導体膜に高エネルギー線照射する事によ
って多結晶化をなした多結晶半導体膜と、該多結晶半導
体膜周囲に残存した非晶質半導体膜とからなるものであ
る。

（ホ）作用 ＴＰＴにおける非晶質半導体膜のレーザアニルによる再
結晶化膜は、その下地膜との間に大きな応力が内在する
ので、この多結晶化膜によって前述のエッチング異常が
発生するが、本発明のＴＰＴによれば、多結晶化膜の周
囲にレーザアニル前の非晶質半導体膜を残存させた構造
とすることによって、半導体膜のエッジに多結晶膜が露
出するのを回避でき、このエッジ部に応力集中するのが
防止される。よって、この半導体膜のエッジでの以上エ
ッチングは抑ｆｌｌｒｌされる。

（へ）実施例 第１図、第２図は本発明のＴＰＴの一実施例を示してお
り、第１図（ａ）は構造断面図、第１図（ｂ）は平面図
、第２図（イ）〜（二）は製造工程順の断面図である。

以下に、第２ｒｉｌｉの工程図に従って、第１図の本発
明ＴＰＴにつき詳述する。

まず、透明基板ｌ上にゲート金属膜２を形戊バターニン
ダする［第２図（イ）］。

次に、ＳｉＮｘからなるゲート絶縁膜３とａ−Ｓｉから
なる非晶質半導体ＩＪｕ　４を順次形威した後、高エネ
ルギー線５（ｇ４えばレーザー）により非晶質半導体膜
４を局所的（ゲート電極膜２位置上のチャンネル部分）
に再結晶化を行う［第２図（ロ）コ。

この結果、レーザアニールで多結晶化された，例えば、
ｐ−Ｓｉからなる多結晶半導体膜６が得られ、その周囲
にレーザアニール前のａ−Ｓｉが残存する［第２図（ハ
）］。

これで使用される高エネルギー線であるレーザとしては
、例えばＸｅＣＩエキシマレーザーの場合は、１００〜
２５０　ｍＪ／ｃｍ’の範囲が好ましい。即ち、この範
囲のエネルギー照射によって、１００人〜１００００人
程度のａ−Ｓｉ膜を電子移動度が１０００倍程度になる
ｐ−Ｓｉ膜に多結晶化できる。

なお、図示していないが、このアニール後に水素による
アニールを行うと、この半導体膜６の特性の安定化に寄
与できる。

その後、ａ−Ｓｉに燐を導入したｎ”ａ−Ｓｉからなる
不純物導入半導体膜７と、ソース・ドレイン電極８を形
戒する［第２図（二）］。

ここで、アニールによって多結晶化されたｐ−Ｓｉの特
性値を示す。

真性ｐ−Ｓｉの暗導電率は、１０−４〜ｔｏ−＠ｉ−１
・『１であり、ａ−Ｓｉの値（１０−’−１０−”ｊ−
’・ｍ−’）より大幅に向上する。

さらに活性層において不純物をドーブする場合は、代表
的なドープ量としては、１０’　”　−　１０”　ｃｍ
−”である。

また、ｐ−Ｓｉ膜のダレインサイズは、１００人〜２０
０００人程度である。なお、ａ−Ｓｉには、実質的にダ
レインは存在しない。

斯して得られるＴＰＴは、第１図（ａ）（ｂ）に示すご
とき絶縁性基板１、ゲート電極２、ゲート絶縁膜３、膜
中央部（チャンネル部）が多結晶半導体膜６となった非
晶質半導体膜４と不純物導入半導体膜７ソース・ドレイ
ン電極８、８の積層体からなる逆スタガー構造をなす。

また、第３図に示すように、多結晶半導体膜６の周囲に
残す非晶質半導体膜４は、多結晶半導体膜６の全囲でな
く、ソース・ドレイン電極８、８が更に重畳される対向
２辺部分に残存させることで、パターン歪みがソース・
ドレイン電極８、８の戒形に悪影響を与えることがない
。また、このように、部分的に非晶質半導体膜４が多結
晶半導体膜６を囲むことによっても、ＴＰＴのチャネル
長や幅をパターン的に決定するのに十分な効果をあげる
ことができる。

以上の説明では、ゲート電極膜２が下でソースドレイン
電極膜８、８が上になる逆スタガー構造のＴＰＴについ
て例示したが、その他の構造（コプレナー型など）であ
っても、同様に本発明を利用することができる。また、
先の説明では、コンタクト用の不純物ドープ層としてｎ
”ａ−Ｓｉ膜を用いたが、その他の多結晶膜への直接の
ドーピング法による不純物層の形或を行ってもよい。

（ト）効果 本発明のＴＰＴは、非晶質半導体膜への高エネルギー照
射によるアニールで再結晶化して得た多結晶部の周囲に
非晶質半導体膜を残存せしめることによって、非結晶半
導体膜のパターンの輪郭部に異常な応力が集中発生する
ことは無い。

従って、ウエットエッチングを必要とするエッチグ工程
においても、このウエットエツチャントの非結晶半導体
膜のパターンの輪郭部への染み込みが生じない為、オー
バーエッチングの発生を抑制でき、パターン崩れのない
信頼性の高いＴＰＴを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明のＴＰＴの構造断面図
及び平面図、第２図（イ）乃至（二）は第１図の本発明
ＴＰＴの製造工程断面図、第３図は本発明ＴＰＴの他の
実施例の平面図、第４図は従来ＴＰＴの平面図である。 ｌ・・・絶縁性基板、２・・・ゲート電極、３・・・ゲ
ート絶縁膜、４・・・非晶質半導体膜、５・・・レーザ
、６・・・多結晶半導体膜、８・・・ドレイン、ソース
電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に、ゲート電極膜、絶縁膜、非結晶半
   導体膜、及びドレイン電極膜並びにソース電極膜を積層
   構成する薄膜トランジスタに於て、上記非結晶半導体膜
   は、ドレイン・ソース間チャンネル位置の半導体動作領
   域を非晶質半導体膜に高エネルギー線照射する事によっ
   て多結晶化をなした多結晶半導体膜と、該多結晶半導体
   膜周囲に残存した非晶質半導体膜とからなることを特徴
   とした薄膜トランジスタ。