JPH04214673A - 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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JPH04214673A
JPH04214673A JP2401864A JP40186490A JPH04214673A JP H04214673 A JPH04214673 A JP H04214673A JP 2401864 A JP2401864 A JP 2401864A JP 40186490 A JP40186490 A JP 40186490A JP H04214673 A JPH04214673 A JP H04214673A
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JP
Japan
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gate electrode
layer
substrate
drain
source
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Withdrawn
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JP2401864A
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English (en)
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Toru Ueda
徹 上田
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜トランジスタ及びそ
の製造方法に関し、特に、液晶表示装置の絵素駆動用ト
ランジスタ及びドライバ回路用トランジスタ、並びにス
タティックラム(SRAM)に於けるメモリセルの負荷
素子等に適した薄膜トランジスタ及びその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】図2(a)〜(d)を参照して、従来の
薄膜トランジスタ及びその製造方法を説明する。
【0003】まず、図2(a)に示されるように、絶縁
基板21上にゲート電極材料が形成された後、ゲート電
極材料はパターニングされ、ゲート電極22が形成され
る。ゲート電極材料としては、多結晶シリコン、アルミ
ニウム、高融点金属、又は高融点金属シリサイドが用い
られる。ゲート電極材料の堆積方法としては、CVD法
又はスパッタ法等の薄膜堆積法が用いられる。
【0004】ゲート絶縁膜23が、ゲート電極22を覆
うようにして基板21上に堆積された後、ゲート絶縁膜
23上に、チャネル層24が形成される(図2(b))
【0005】チャネル層24の材料としては、通常シリ
コンが用いられる。また、その堆積方法としては、CV
D法が用いられる。
【0006】不純物を含んだシリコン層の堆積により、
チャネル層の所定領域上ににソース25及びドレイン2
6が形成されたあと、不純物活性化のためのアニールが
行われる(図2(c))。
【0007】このあと、配線27がソース25及びドレ
イン26とコンタクトするようにして形成され、図2(
d)に示される構造を有する薄膜トランジスタが形成さ
れる。
【0008】従来技術によれば、ソース25とドレイン
26と間の距離(ソース−ドレイン間距離)を縮小する
ことにより、上記薄膜トランジスタの小型化が図られて
いる。
【0009】現在、SRAMのTFTでは、ソース−ド
レイン間距離は、1.5μm程度にまで、縮小されてい
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
薄膜トランジスタに於いて、これ以上、ソース−ドレイ
ン間距離を縮小することは困難である。これは、ソース
−ドレイン間距離を縮小すると、短チャネル効果による
反転閾値電圧の変化、ソース−ドレイン間リーク電流の
増加、及びソース−ドレイン間の耐圧劣化といった問題
が生じるためである。
【0011】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、ソース−ド
レイン間距離を縮小しても、短チャネル効果による反転
閾値電圧の変化、ソースドレイン間リーク電流の増加、
及びソースドレイン間の耐圧劣化といった問題が生じな
い、小型化に適した薄膜トランジスタ及びその製造方法
を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タは、基板と、該基板上に形成されたゲート電極と、該
ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶
縁膜上に形成されたチャネル層とを備えた薄膜トランジ
スタであって、該ゲート電極の表面に凹凸を有すること
により、そのことにより上記目的が達成される。
【0013】本発明の製造方法は、表面に凹凸を有する
導電層を基板上に形成する工程と、該導電層をパターニ
ングすることにより、表面に凹凸を有するゲート電極を
該基板上に形成する工程と、該ゲート電極上にゲート絶
縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にチャネル層
を形成する工程とを包含しており、そのことにより上記
目的が達成される。
【0014】また、前記表面に凹凸を有する導電層を前
記基板上に形成する前記工程は、非晶質領域と結晶領域
とが混在する層を該基板上に堆積する工程を包含してい
ることが好ましい。
【0015】
【実施例】図1(e)は、本実施例の薄膜トランジスタ
の断面を示している。図1(e)に示されるように、本
実施例の薄膜トランジスタは、絶縁基板(以下、基板と
称する)1と、基板1上に形成されたゲート電極2と、
ゲート電極2を覆うように基板1上に形成されたゲート
絶縁膜3と、ゲート絶縁膜3上に形成されたチャネル層
4とを備えている。
【0016】本実施例の基板1は、石英基板である。し
かし、基板1は、絶縁性を有する石英以外の材料からな
る基板であってもよい。また、基板1は、絶縁性を有し
ない基板、例えば、半導体基板であってもよい。ただし
、この場合、基板1とゲート電極2との間に絶縁層を介
在させることが好ましい。
【0017】本実施例のゲート電極2の材料は、不純物
のドープされたシリコンである。しかし、ゲート電極2
の材料は、シリコン以外の導電性材料であってもよい。
【0018】本実施例のゲート絶縁膜3の材料は、酸化
シリコンである。しかし、ゲート絶縁膜3の材料は、酸
化シリコン以外の絶縁性材料であってもよい。本実施例
のチャネル層4の材料は、シリコンである。しかし、チ
ャネル層4の材料は、シリコン以外の半導体材料であっ
てもよい。また、チャネル層4の結晶性は、非晶質、多
結晶及び単結晶の何れであってもよい。一般に、絶縁性
基板または絶縁層上に、単結晶半導体層を形成するのは
必ずしも容易ではないが、そのような単結晶半導体層を
チャネル層4として用いれば、ソース−ドレイン間リー
クの少ないトランジスタ特性が実現される。
【0019】上記薄膜トランジスタは、更に、チャネル
層4上に形成されたソース5及びドレイン6と、これら
に接続されたAl配線7とを有している。
【0020】本実施例の薄膜トランジスタのゲート電極
2の表面には、ゲート電極2の厚さ程度の高低断差を有
する凹凸が形成されている。本実施例に於いては、ゲー
ト電極2の厚さが500nmの場合、凹凸の高低断差は
約500nmに達している。ゲート電極2の表面の凹凸
のため、ゲート電極2上に形成されたゲート絶縁膜3と
、ゲート絶縁膜3上に形成されたチャネル層4とは、ゲ
ート電極2の表面の凹凸に応じた凹凸を有している。
【0021】このように、本実施例の薄膜トランジスタ
に於いては、ゲート電極2の厚さ程度の高低断差を有す
る凹凸が、チャネル層4に形成されている。このため、
チャネル層4が基板1上で占める面積に比較して、チャ
ネル層4の表面(チャネル層4とゲート絶縁膜3との界
面)の面積が拡大している。
【0022】この結果、ソース5とドレイン6間のチャ
ネルの実効的な距離(実効的なチャネル長)を従来の薄
膜トランジスタのそれと等しい長さに維持しながら、ソ
ース5とドレイン6との間の距離を、約3割程度縮小す
ることができた。このようにソース−ドレイン間距離を
縮小できるのは、本実施例の薄膜トランジスタの実効的
なチャネル長が、同じサイズの従来の薄膜トランジスタ
のチャネル長に比較して、約1.5程度の長さに増加す
るためである。
【0023】ゲート電極2の表面の凹凸は、その高低断
差が大きいほど、上述の実効的なチャネル長が増加する
ので、薄膜トランジスタの小型化には好ましい。実用的
には、上記凹凸の高低断差が200nm以上であること
が好ましい。
【0024】なお、ここにいう高低断差とは、表面の凹
凸の山と谷との高低断差(図1(b)に於けるΔ)で定
義される量である。
【0025】上述のように本実施例によれば、ソース−
ドレイン間距離を縮小することにより薄膜トランジスタ
を小型化しても、実効的なチャネル長は縮小しないか又
は縮小の程度が軽減するため、短チャネル効果による反
転閾値電圧の変化、ソースドレイン間リーク電流の増加
、及びソースドレイン間の耐圧劣化といった問題は生じ
ない。従って、本実施例の薄膜トランジスタの構成は、
小型化に適したものであるといえる。
【0026】以下に、図1(a)〜(e)を参照しなが
ら、図1(e)に示される薄膜トランジスタの製造方法
を説明する。
【0027】まず、ゲート電極材料を基板1上に堆積す
ることにより、ゲート電極材料からなる層(導電層)を
基板1上に形成した後、その層をゲート電極2の形状に
パターニングした(図1(a))。なお、本明細書に於
いて、「導電層」は半導体層を含むものとする。本実施
例では、シリコンをゲート電極材料として、CVD法に
より堆積した。基板温度は570℃とし、堆積ガスとし
てSiH4(流量、100sccm)とN2(流量、4
00sccm)との混合ガスを用い、その圧力を0.3
Torrとする条件で、シリコンの堆積を行った。堆積
したシリコン層の厚さは、500nmであった。堆積レ
ートは、10nm/minであった。
【0028】本実施例では、シリコン層の堆積温度を5
70℃としたため、堆積されたシリコン層は、結晶領域
(結晶粒)と非晶質領域とが混在する層となった。この
ため、シリコン層の表面には、100nm程度の高低断
差を有する凹凸が形成された(図1(a))。
【0029】この凹凸の大きさは、シリコン層を堆積す
る条件を変更することにより調整される。例えば、堆積
温度を550℃〜600℃程度の範囲内とすれば、凹凸
の高低断差は、層厚の約20%から約30%程度になる
。ただし、堆積温度が550℃程度以下では、シリコン
層は非晶質層となるため、表面の凹凸の大きさは、55
0℃〜600℃の範囲内の温度で堆積した場合に比べて
縮小してしまう。一方、堆積温度が600℃程度以上で
は、シリコン層は完全な多結晶層となるため、表面の凹
凸の大きさは、550℃〜600℃の範囲内の温度で堆
積した場合に比べて縮小してしまう。
【0030】以上のことから、シリコン層を堆積する温
度としては、550℃〜600℃の範囲内の温度が好ま
しい。
【0031】シリコン以外のゲート電極材料を使用する
場合も、堆積温度を調整することにより、表面に大きな
凹凸を有する層を形成することができる。ただし、その
場合の堆積温度としては、堆積された層中に、結晶領域
(結晶粒)と非晶質領域とが混在する温度が好ましい。
【0032】シリコン層の堆積後(ゲート電極2のパタ
ーニング後)、POCl3熱拡散法により、シリコン層
にリン(P)が拡散された。この拡散工程は、850℃
で行われ、シリコン層のP濃度は、1020〜1021
/cm3となった。
【0033】この拡散工程により、シリコン層中で、結
晶粒の成長が進行し、シリコン層表面の凹凸は更に大き
くなった(図1(b))。具体的には、500nm程度
の高低断差を有する凹凸がシリコン層の表面に形成され
た。この拡散工程の代わりに、Pのイオン注入工程とア
ニール工程とを行っても、シリコン層表面の凹凸は大き
くなる。
【0034】このように、非晶質と結晶質の混在する層
を堆積した後、その層に不純物を導入し、又は導入しな
がら、その層に熱処理を施せば、その層中の結晶粒を更
に成長させることができるので、実効的なチャネル長の
増加量を大きくすることができる。
【0035】本実施例では、拡散工程前にゲート電極材
料をゲート電極2の形状にパターニングしたが、拡散工
程後に上記パターニングを行ってもよい。
【0036】ゲート電極2を覆うようにして、ゲート絶
縁膜3が基板1上に堆積され、その後、ゲート絶縁膜3
上に、チャネル層4が形成された(図1(c))。チャ
ネル層4は、その下地であるゲート電極2の表面の凹凸
を反映した凹凸を有する。
【0037】不純物(ドーパント)を含んだシリコン層
の堆積及びパターニング工程により、チャネル層4の所
定領域上にソース5及びドレイン6が形成された(図1
(d))。このあと、不純物活性化のためのアニールが
行われた。
【0038】次に、Al配線7がソース5及びドレイン
6とコンタクトするようにして形成され、図1(e)に
示される薄膜トランジスタが作製された。
【0039】このように、本実施例の方法によれば、表
面に凹凸を有するゲート電極2を容易に形成することが
できた。このため、ゲート電極2上のチャネル層4の表
面積を増加させることができ、それにより、小型化して
も短チャネル効果による反転閾値電圧の変化、ソースド
レイン間リーク電流の増加、及びソースドレイン間の耐
圧劣化といった問題が生じない薄膜トランジスタを作製
することができた。
【0040】この製造方法は、液晶表示装置の絵素駆動
用トランジスタ及びドライバ回路用トランジスタ、並び
にスタティックラム(SRAM)に於けるメモリセルの
負荷素子用トランジスタ等を形成する方法として好まし
い。
【0041】
【発明の効果】このように本発明によれば、短チャネル
効果による反転閾値電圧の変化、ソースドレイン間リー
ク電流の増加、及びソースドレイン間の耐圧劣化という
問題が生じない、小型化に適した薄膜トランジスタ及び
その製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す工程断面図である。
【図2】従来技術を示す工程断面図である。
【符号の説明】
1  絶縁性基板 2  ゲート電極 3  ゲート絶縁膜 4  チャネル層 5  ソース 6  ドレイン 7  配線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板と、該基板上に形成されたゲート電極
    と、該ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲ
    ート絶縁膜上に形成されたチャネル層とを備えた薄膜ト
    ランジスタであって、該ゲート電極の表面に凹凸を有す
    る薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】表面に凹凸を有する導電層を基板上に形成
    する工程と、該導電層をパターニングすることにより、
    表面に凹凸を有するゲート電極を該基板上に形成する工
    程と、該ゲート電極上に、ゲート絶縁膜を形成する工程
    と、該ゲート絶縁膜上に、チャネル層を形成する工程と
    、を包含する薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】前記表面に凹凸を有する導電層を前記基板
    上に形成する前記工程は、非晶質領域と結晶領域とが混
    在する層を該基板上に堆積する工程を包含する請求項2
    に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
JP2401864A 1990-12-13 1990-12-13 薄膜トランジスタ及びその製造方法 Withdrawn JPH04214673A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4409366A1 (de) * 1993-08-09 1995-03-09 Gold Star Electronics Verfahren zum Herstellen eines Dünnfilmtransistors
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