JPH05136168A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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JPH05136168A
JPH05136168A JP29591391A JP29591391A JPH05136168A JP H05136168 A JPH05136168 A JP H05136168A JP 29591391 A JP29591391 A JP 29591391A JP 29591391 A JP29591391 A JP 29591391A JP H05136168 A JPH05136168 A JP H05136168A
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silicon
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多結晶シリコンの移動度を低下させることな
く、熱酸化膜の均一化を計った薄膜トランジスタの製造
方法を提供する。 【構成】 絶縁基板11上に非単結晶シリコン薄膜として
非晶質シリコン12を成膜する。非晶質シリコン12を所定
の島形状にパターニングした後、熱酸化を行い熱酸化膜
13を形成する。熱処理し、チャンネル部のシリコンを、
大粒径の多結晶シリコン15として再結晶化する。ゲート
電極16として、多結晶シリコンを成膜しパターニング
し、ソース、ドレイン領域を自己整合で形成する。層間
絶縁膜17として、シリコン酸化膜を成膜すると共に、こ
の層間絶縁膜17にコンタクトホール18をパターニングす
る。アルミニウム電極19を成膜し、パターニングするこ
とにより、nチャンネルMOS薄膜トランジスタの製造
工程を終了する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多結晶シリコンによる
薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置等に用いられる、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタは、絶縁基板上に形成されるチ
ャンネル部の多結晶シリコンの移動度を上げ、特性を向
上させるためにいろいろな方法が用いられている。ここ
で、多結晶シリコンの移動度を上げ特性を向上させるた
めには、結晶粒径を大きくする必要があり、そのため
に、例えばシリコン等のイオン注入で非晶質とした後
の、熱処理による固相成長やレーザによる結晶化等で、
より大きな結晶粒へ成長させる方法が採られている。
【0003】また、一般的に、多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタの構造はコプラナ型であり、ゲート絶縁膜とし
て熱酸化膜が使用される。この熱酸化膜は多結晶シリコ
ンを熱酸化することにより形成するが、熱酸化膜の膜厚
の制御が困難である。すなわち、多結晶シリコンは、結
晶粒の配向によって酸化レートが異なるため、結晶粒ご
との酸化膜厚が異なる。
【0004】薄膜トランジスタは小形化の方向にあり、
多結晶シリコンの粒径程度の小さい薄膜トランジスタが
形成されている。このような多結晶シリコンの粒径程度
の薄膜トランジスタを形成した場合、個々のトランジス
タを形成する結晶粒の配向によって特性が異なってしま
うという問題が生じる。図11は同一基板内における多
結晶シリコン薄膜トランジスタの閾値電圧のばらつきを
示しており、4.0〜6.5Vの範囲でばらついてい
る。
【0005】このような問題点は、結晶粒径の大きい多
結晶シリコンを使用することにより生じる。図7ないし
図10は、絶縁基板上に成膜した多結晶シリコンを示し
ており、図7は結晶粒径の小さいもの、図8は結晶粒径
の大きいものである。図9および図10は、それぞれ図
7および図8の多結晶シリコンを熱酸化した状態を示し
ている。そして、図9は粒径の小さいものを熱酸化した
ので、小さな凹凸はできるが全体としては平坦化された
膜となる。これに対し、図10は熱酸化した結晶粒が大
きく、酸化膜成膜後の凹凸も結晶粒と同じ大きなものと
なる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上の結果から、粒径
を小さくすると閾値電圧のばらつきの問題点は生じなく
なることがわかる。しかし、多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタの移動度はその結晶粒径に比例しており、粒径を
小さくすることはトランジスタ特性の劣化を引き起こす
ことになってしまう。
【0007】本発明の目的は、多結晶シリコンの移動度
を低下させることなく、熱酸化膜の均一化を図った薄膜
トランジスタの製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、活性層に多結
晶シリコンの薄膜が用いられている薄膜トランジスタの
製造方法において、絶縁基板上に非単結晶シリコン薄膜
を形成し、前記非単結晶シリコン薄膜を熱酸化して熱酸
化膜を形成し、前記非単結晶シリコン薄膜を再結晶化さ
せるものである。
【0009】
【作用】本発明は、先ず、絶縁基板上に非単結晶シリコ
ン薄膜を形成する。次の工程として、前記非単結晶シリ
コン薄膜を熱酸化して熱酸化膜を形成する。非単結晶シ
リコン薄膜である粒径の小さい多結晶シリコン薄膜を熱
酸化すると、粒径が小さいため均一な熱酸化膜が形成さ
れる。さらに次の工程として、均一な熱酸化膜を形成し
た非単結晶シリコン薄膜を再結晶化させ、大きな粒径を
得る。そして、再結晶化した多結晶シリコンと熱酸化膜
との界面は、粒径の小さい多結晶シリコンを熱酸化した
ものと同じ平坦さを保ち、かつ、再結晶化により粒径を
大きくし、多結晶シリコンの移動度を上げて特性を向上
させることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
【0011】なお、以下の実施例はnチャンネルMOS
薄膜トランジスタ(TFT)の製造についてである。
【0012】図1において、(a)は絶縁基板11上に非
単結晶シリコン薄膜として非晶質(アモルファス)シリ
コン12を、LP−CVD装置により、成膜温度550℃
で1700オングストローム成膜した状態を示してい
る。なお、非単結晶シリコン薄膜としては、非晶質(ア
モルファス)シリコンに限らず、粒径の小さい多結晶シ
リコン(p−Si)を用いてもよい。また、図2は絶縁
基板11上に粒径の小さい多結晶シリコン薄膜を成膜した
状態を示している。この粒径の小さい多結晶シリコン薄
膜を成膜するには、LP−CVD装置により直接成膜し
たり、或いは、LP−CVD装置、プラズマCVD装
置、スパッタリング装置等で非晶質シリコン薄膜を成膜
し、これを高温短時間で熱処理することにより小さい結
晶粒に再結晶化させたりしている。
【0013】このように成膜した非晶質シリコン12を所
定の島形状にパターニングした後、ドライ酸素雰囲気中
で900℃で熱酸化を行う。
【0014】また、(b)で示すように、熱酸化膜13を
500オングストローム成膜する。この熱酸化膜13の成
膜中に、非晶質シリコン12は結晶化するが、高温かつ短
時間であるため小粒径の多結晶シリコン14となる。すな
わち、粒径の小さい多結晶シリコンを熱酸化した状態と
同一となり、熱酸化膜13は均一な膜厚に形成される。ま
た、図3には非単結晶シリコン薄膜である図2で示した
粒径の小さい多結晶シリコン薄膜を熱酸化した状態を示
しており、粒径が小さいため均一な熱酸化膜13が形成さ
れている。なお、このように粒径の小さい多結晶シリコ
ン薄膜を熱酸化するのではなく、前述のようにLP−C
VD装置、プラズマCVD装置、スパッタリング装置等
で絶縁基板上に成膜された非晶質のシリコン薄膜をその
まま熱酸化し、熱酸化時に高温短時間の固相成長を同時
に行わせることにより、図3で示す粒径の小さい多結晶
シリコン14と均一な熱酸化膜13とを得るようにしてもよ
い。
【0015】ここで、熱酸化により熱酸化膜13が形成さ
れた多結晶化されたシリコンの性質として、移動度は3
0cm2 /Vsec 以下、結晶粒径1ミクロン以下となってい
ることが好ましい。このような条件を満足していれば前
述のように熱酸化膜13厚に大きな変化は見られない。
【0016】また、多結晶シリコン14を得るための熱酸
化条件は、高温で短時間熱酸化することが好ましく、例
えば800℃以上で、成膜時間は6時間以下とするとよ
い。すなわち、熱酸化温度が800℃より小さいと、結
晶核の発生が抑制され、結晶粒子径が1ミクロンを越え
て極大化し、酸化膜厚に変化を生じることがあるためで
ある。また、熱酸化時間が6時間を越えても、やはり結
晶粒子径が1ミクロンを越えて極大化し、熱酸化膜13厚
に変化を生じることがあるためである。
【0017】この後、熱酸化膜13上からシリコンイオン
をドーズ量5×1015個/cm2 、加速電圧150ke
Vで注入し、チャンネル多結晶シリコンを完全に非晶質
化する。そして、これを600℃の窒素雰囲気中で60
時間熱処理し、(c)で示すように、チャンネル部のシ
リコンを再結晶化する。この熱処理は比較的低温で長時
間行われるため、大粒径の多結晶シリコン15として再結
晶化する。
【0018】図4は、図3で示した粒径の小さい多結晶
シリコン14に、薄膜トランジスタの特性に影響を与えな
いシリコン等のイオンを注入し、非晶質化した状態を示
している。そして、このように非晶質化したものに対し
て、600℃程度の温度で長時間の熱処理を加えること
により、図5で示すように、活性層に大きな粒径の多結
晶シリコン15として再結晶化している。
【0019】なお、図5に示すように大きな粒径の状態
に再結晶化させるには、上述のような熱処理による固相
成長に限らず、図3の状態にあるものを、熱酸化膜13を
通してレーザアニールにより結晶化させたり、赤外線に
よるラピッドサーマルアニールによって再結晶化させて
もよい。
【0020】いずれの方法によっても、再結晶化した多
結晶シリコン15と熱酸化膜13との界面は、粒径の小さい
多結晶シリコン14を熱酸化したものと同じ平坦さを保
ち、かつ再結晶化により粒径を大きくし、多結晶シリコ
ン15の移動度を上げて特性を向上させることができる。
【0021】ここまでの工程により、均一な膜厚の熱酸
化膜13と、大きな粒子径の多結晶シリコン15とを得るこ
とができ、多結晶シリコン薄膜トランジスタの移動度を
低下させずに熱酸化膜13を均一にすることができる。
【0022】これ以降の工程は、通常のnチャンネルM
OSTFTの製造工程と同じである。すなわち、図1
(d)で示すように、ゲート電極16として、LP−CV
D装置により多結晶シリコンを、650℃で4000オ
ングストローム成膜しパターニングする。その後、図1
(e)で示すように、ソース、ドレイン領域を自己整合
で形成するために、イオン注入装置によりPイオンをド
ーズ量1×1016個/cm2 、加速電圧55keVで注
入する。
【0023】次に、図1(f)で示すように、層間絶縁
膜17として、LP−CVD装置によりシリコン酸化膜を
830℃で4000オングストローム成膜すると共に、
この層間絶縁膜17にコンタクトホール18をパターニング
する。その後、図1(g)で示すように、アルミニウム
(Al)電極19を形成すべく、スパッタ装置によりアル
ミニウムを7500オングストローム成膜し、パターニ
ングすることにより、nチャンネルMOSTFTの製造
工程を終了する。
【0024】図6は上記実施例により制作された多結晶
シリコン薄膜トランジスタの閾値電圧のばらつきを示し
ている。図6から明らかなように、閾値電圧は5.0〜
5.5V付近に集中しており、図11の従来装置のばら
つきと比較すると、ばらつきが小さくなっている。ま
た、トランジスタの電界効果移動度は本発明を適用しな
い場合100cm2 /Vsec であったが本発明の適用によっ
て変化は見られなかった。
【0025】なお、上記実施例では、1層目の多結晶シ
リコンに、非晶質のシリコン薄膜を用いたが、これに代
ってLP−CVD装置により650℃で成膜した多結晶
シリコンを用いても同様の効果が得られた。また、nチ
ャンネルMOSTFTについて説明したが、pチャンネ
ルMOSTFTについても有効である。
【0026】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタの移動度を低下させることなく
熱酸化膜を均一にすることができるので、同一基板上に
特性のばらつきの少ない薄膜トランジスタを形成するこ
とができる。また、ソース、ゲート間リーク電流が従来
例より減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による薄膜トランジスタの製造方法の一
実施例を示す工程図である。
【図2】同上一工程を示す説明図である。
【図3】同上他の工程を示す説明図である。
【図4】同上他の工程を示す説明図である。
【図5】同上他の工程を示す説明図である。
【図6】同上多結晶シリコン薄膜トランジスタの閾値電
圧のばらつきを示すグラフである。
【図7】多結晶シリコンの小粒径の形状を説明する説明
図である。
【図8】多結晶シリコンの大粒径の形状を説明する説明
図である。
【図9】多結晶シリコンの小粒径の熱酸化膜の形状を説
明する説明図である。
【図10】多結晶シリコンの大粒径の熱酸化膜の形状を
説明する説明図である。
【図11】従来の多結晶シリコン薄膜トランジスタの閾
値電圧のばらつきを示すグラフである。
【符号の説明】
11 絶縁基板 12 非単結晶シリコン薄膜である非晶質シリコン 13 熱酸化膜 14 多結晶シリコン 15 多結晶シリコン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層に多結晶シリコンの薄膜が用いら
    れている薄膜トランジスタの製造方法において、 絶縁基板上に非単結晶シリコン薄膜を形成し、 前記非単結晶シリコン薄膜を熱酸化して熱酸化膜を形成
    し、 前記非単結晶シリコン薄膜を再結晶化させることを特徴
    とする薄膜トランジスタの製造方法。
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KR960036150A (ja) * 1995-03-28 1996-10-28
JPH0936373A (ja) * 1995-07-18 1997-02-07 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960036150A (ja) * 1995-03-28 1996-10-28
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