JPH05190570A - 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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JPH05190570A
JPH05190570A JP672992A JP672992A JPH05190570A JP H05190570 A JPH05190570 A JP H05190570A JP 672992 A JP672992 A JP 672992A JP 672992 A JP672992 A JP 672992A JP H05190570 A JPH05190570 A JP H05190570A
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JP
Japan
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thin film
source
semiconductor layer
film transistor
electrode
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JP672992A
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English (en)
Inventor
Hisaki Tarui
久樹 樽井
Shigeru Noguchi
繁 能口
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】a−Siに電流を流すことにより、a−Si中
の水素の移動と結晶化を行い、a−Siの構造を変化さ
せ、a−SiTFTの易動度の向上とスレッシュホール
ド電圧特性の安定化を図る。 【構成】 多量の水素を含むa−Si:H薄膜(2)上
に形成されたソース電極(7)及びドレイン電極(6)
間に電界を印加することにより、a−Si:H薄膜
(2)からなるチャネル層に1×105A/cm2以上の
電流を通過させて、水素の移動並びにボンドの切断再配
列を生じさせ、電流が通過した部位の構造を変化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置等に用い
られる薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法に関し、
特に、安定したスレッシュホールド電圧ならびに高い易
動度を持つa−SiTFTの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この分野では、ガラス基板上に大
面積の半導体活性層が必要なため、大面積形成の容易な
a−Siを用いたTFTが主に用いられている。
【0003】しかしながら、グロー放電法などによって
低温で形成されたa−Si膜は多量の水素を含み、この
膜中に含まれた多量の水素がa−SiTFTの特性の不
安定性の原因となっており、このa−Siを用いたTF
Tは、使用するに従って素子の特性、特に易動度が低い
ことやスレッシュホールド電圧が変化するという問題が
あった(「エレクトロニクス素子」培風館 一乃瀬、平
野、桑野共著 P.239〜245参照)。従って、TFTの動
作を安定化させ性能の向上を得るためには、この水素の
量を何らかの方法によって少なくする必要がある。
【0004】従来、このような問題に対しては、主に基
板の温度を摂氏500度以上に上昇させa−Siを結晶
化させたり、レーザーによって瞬時に高温に上げ溶融結
晶化をする方法が用いられている。これらの方法は基本
的には温度を上昇させることによって水素を離脱させる
と共に結晶化を図るものである。
【0005】また、易動度の高さなどの理由により、a
−Siに替わって多結晶Siが用いられることが多い
が、多結晶Siはガラス基板上に大面積に形成させるた
めには、レーザーアニールや固相成長のように、複雑で
高価な技術または高温プロセスが必要である(応用物理
学会 応用電子物性分科会研究報告 No.432、「絶縁物
上のシリコン薄膜結晶化技術と応用」 P.13〜24参
照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を鑑みてなされたもので、a−Siに構造変化を生
じさせることによりTFT特性の安定化と易動度の向上
を図ろうとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によるTFTは、
アモルファス構造の半導体層と、該半導体層に絶縁膜を
介して積層されたゲート電極と、上記半導体層に直接接
続されたソース電極並びにドレイン電極とを備え、上記
半導体層のチャンネル領域は、上記ソース・ドレイン電
極間に1×105A/cm2以上の大電流を流す事によっ
て得られる結晶化半導体からなる。
【0008】また、本発明によるTFTの製造方法は、
アモルファス構造の半導体層と、該半導体層にゲート絶
縁膜を介して積層されたゲート電極と、上記半導体層に
直接接続されたソース電極並びにドレイン電極とを備え
た薄膜トランジスタの製造方法であって、上記半導体
層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極並びにドレ
イン電極の形成工程の完了後に、上記ソース・ドレイン
電極間に1×105A/cm2以上の電流を流す事によっ
て、この電流が通過する半導体層のチャネル領域を結晶
化し、アモルファス構造と多結晶構造とが混在したチャ
ネル領域を形成するチャネル構造変質工程からなる。
【0009】
【作用】本発明によるTFTの製造方法は、ソース・ド
レイン電極間に電圧を印加することによってa−Si薄
膜からなるチャネル層に1×105A/cm2以上の大電
流を通過させる。
【0010】通常、a−Si中には10%程度の水素が
含まれているが、このように電流を流すことにより、ジ
ュール熱による過熱と、電界により加速された電子の衝
突とによる水素の移動とボンドの切断再配列を生じさ
せ、電流が通過した部位の構造を結晶化半導体へと変化
させる。
【0011】このような構造変化により、外部より熱を
印加することなく構造変化を生じさせ、a−SiTFT
の易動度の向上とスレッシュホールド電圧特性の安定化
がなされる。
【0012】
【実施例】以下、この発明を図示の実施例に基づいて説
明する。
【0013】図3(イ)〜(ニ)はガラス基板上にa−
SiTFTを形成するプロセスを工程順に示す断面図で
ある。以下に、図3を参照しつつ本発明によるa−Si
TFTの形成プロセスについて説明する。
【0014】最初に、図3(イ)に示す如く、ガラス基
板(1)上にrfグロー放電法を用いて水素を多量に含
んだa−Si層(a−Si:H層)(2)を3000オ
ングストロームの厚さに形成する。a−Si:H層
(2)の形成における詳細な形成条件を図4に示す。こ
の時、チャネル層の不純物濃度を1×1019/cm3
下とする。
【0015】次に、図3(ロ)に示す如く、例えばSi
2からなるゲート絶縁膜(3)をrfグロースパッタ
法により200オングストロームの厚さに蒸着する。ゲ
ート絶縁膜(3)の形成における詳細な形成条件を図4
に示す。そして、有機薄膜などのフォトマスクにより不
要な部分を覆い、露光させ、その上に例えばTiからな
るゲート電極金属(4)を蒸着する。
【0016】さらに、図3(ハ)に示す如く、ドライエ
ッチング法によりゲート電極(4)の形を作った後、ソ
ース及びドレイン電極部上のゲート絶縁膜(3)をドラ
イエッチング法により除去する。除去した部分の下地の
半導体層にPイオンをドーズ量5×1018個で深さ30
0オングストロームに至るまで注入し、電極オーミック
層(5)を形成する。
【0017】続いて、図3(ニ)に示す如く、半導体層
に例えばAlからなるソース電極(7)並びにドレイン
電極(6)を蒸着し、TFT構造を得る。
【0018】そして最後に、上述の如くして得られたT
FT構造に対して、チャンネル構造変質工程を加える。
即ち、ソース電極(7)及びドレイン電極(6)間に電
界を印加することにより電流を通過させ、a−Si膜
(2)の構造を変化させる。
【0019】以下に、本発明の特徴とするチャンネル構
造変質工程について詳述する。
【0020】図1は、本発明における電圧電流の印加回
路を示している。図1のTFTは図3(ニ)のそれと同
様のTFTであって、(1)はガラス基板、(2)はa
−Si膜、(3)は例えばSiO2からなるゲート絶縁
膜、(4)は例えばTiからなるゲート電極、(5)は
電極オーミック層、(6)は例えばAlからなるドレイ
ン電極であり、(7)は例えばAlからなるソース電極
を示している。
【0021】また、E1は、ソース・ドレイン間に電圧
を加え、チャネル層に電流を流すために用いる第1の電
源であり、E2は、ソース・ゲート間に電圧を加え、ソ
ース・ドレイン間に加えられる電圧並びにチャネル層に
流れる電流を制御するために用いる第2の電源である。
この時、ソース電極及びドレイン電極間の電界が1×1
4V/cm2以上、a−Si膜(2)を通過する電流が
1×105A/cm2以上となるように電圧が印加され
る。
【0022】図2は、この構造変質工程における処理条
件を3つの実施例について示している。
【0023】すなわち、第1の実施例である「連続処理
1」による方法では、第1の電源(E1)並びに第2の
電源(E2)が一定した電圧を印加し、ソース・ドレイ
ン間に連続的な電流を流す。また、第2の実施例である
「連続処理2」による方法では、ソース・ドレイン間に
連続的な電流を流すと同時にチャネル層の部分に均一に
光を照射する。さらに、第3の実施例である「パルス処
理」による方法では、第1の電源(E1)並びに第2の
電源(E2)がパルス的に電圧を印加し、ソース・ドレ
イン間に間欠的に電流を流す。
【0024】例えば、第1の実施例である「連続処理
1」の方法では、電極幅が100μmでソース・ドレイ
ン間が20μmのTFTにおいては、ソース・ドレイン
間電圧(E1)が50V、ゲート・ソース間電圧(E
2)が50Vで電流0.1Aを1分間連続して通電す
る。
【0025】図5は、このようにして得られたTFTの
ゲート電圧−ドレイン電流特性を示す。また、図6は、
スレシュホールド電圧の時間変化を、本発明を用いたT
FTの場合(61)と本発明を用いないTFTの場合
(62)とを合わせて示すものである。これらの図によ
って示されるように、本発明によれば、時間変化に依存
しない安定したスレシュホールド電圧を持ち、かつ、易
動度の高いa−SiTFTを得ることができる。
【0026】さらに、第2の実施例である「連続処理
2」の方法では、チャネル層の部分に均一に光を照射す
ることによって低電圧による処理あるいは処理時間の短
縮を実現することができる。例えば、第1の実施例と同
様の構造のTFTにおいては、200mW/cm2の光
を照射すると、第1の実施例で印加したソース・ドレイ
ン間電圧(E1)50Vよりも低い電圧30Vで、1分
間の通電で「連続処理1」の方法を用いた場合と同等の
効果が得られる。
【0027】また、第3の実施例である「パルス処理」
の方法では、パルス的に電圧を印加することによってチ
ャネル層における不要な熱の発生を押さえることができ
る。例えば、第一の実施例と同様の構造のTFTにおい
ては、ソースドレイン間電圧が50Vで、ゲートソース
間電圧50Vを通電時間10msecで20msec毎
に繰り返し印加すると、5分間の処理で「連続処理1」
の方法を用いた場合と同等の効果が得られる。
【0028】以上のような方法によってa−Si膜の構
造を変化させた後に、窒化シリコン膜などからなる表面
パッシベーション層をプラズマCVD法によって形成す
ることにより、本発明によるTFTの製造が完了する。
【0029】尚、本発明によるTFTの構造はスタガー
型であるが、逆スタガー型においても図2に示した条件
下において同様の効果を得ることができる。
【0030】
【発明の効果】本発明は、TFTのチャネル層に電流を
流すことによって、ジュール熱による過熱、及び、電界
により加速された電子の衝突による水素の移動とボンド
の切断再配列を生じさせる。これにより、外部より熱を
印加することなくTFTのチャネル層の構造変化を生じ
させ、安定したスレシュホールド電圧を持ち、かつ、易
動度の高いa−SiTFTを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のTFTの構造変質工程に於ける電圧の
印加回路を示す図である。
【図2】本発明のTFTの構造変質工程に於ける処理条
件を示す図である。
【図3】本発明のTFTの形成プロセスを表す図であ
る。
【図4】本発明のTFTのa−Si:H層(2)ならび
にゲート絶縁膜(3)の形成条件を表す図である。
【図5】本発明のTFTのゲード電圧−ドレイン電流特
性を表す図である。
【図6】本発明のTFTと従来のTFTとのスレシュホ
ールド電圧の時間変化の比較を表す図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 a−Si膜 3 ゲート絶縁膜 4 ゲート電極 5 電極オーミック層 6 ドレイン電極 7 ソース電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/20 9171−4M

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アモルファス構造の半導体層と、該半導
    体層に絶縁膜を介して積層されたゲート電極と、上記半
    導体層に直接接続されたソース電極並びにドレイン電極
    とを備えた薄膜トランジスタにおいて、 上記半導体層のチャンネル領域は、上記ソース・ドレイ
    ン電極間に1×105A/cm2以上の大電流を流す事に
    よって得られる結晶化半導体にて構成した事を特徴とす
    る薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】 アモルファス構造の半導体層と、該半導
    体層にゲート絶縁膜を介して積層されたゲート電極と、
    上記半導体層に直接接続されたソース電極並びにドレイ
    ン電極とを備えた薄膜トランジスタの製造方法に於て、 上記半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極
    並びにドレイン電極の形成工程の完了後に、上記ソース
    ・ドレイン電極間に1×105A/cm2以上の電流を流
    す事によって、この電流が通過する半導体層のチャネル
    領域を結晶化し、アモルファス構造と多結晶構造とが混
    在したチャネル領域を形成するチャネル構造変質工程を
    付加した事を特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ソース電極及びドレイン電極間の電
    界を1×104V/cm2以上とすることを特徴とする請
    求項2記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記薄膜構造変化工程において、ソース
    ・ゲート間の電圧をパルス的に印加することを特徴とす
    る請求項2記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記薄膜構造変化工程において、前記チ
    ャネル層に光を照射しつつ、上記ソース・ドレイン電極
    間に1×105A/cm2以上の電流を流すことを特徴と
    する請求項2記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001223166A (ja) * 1999-11-30 2001-08-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体薄膜の作製方法及び半導体装置の作製方法
JP2007502025A (ja) * 2003-05-27 2007-02-01 ロ,ジェ−サン シリコン薄膜の焼鈍方法およびそれから調製される多結晶シリコン薄膜
JP2008172245A (ja) * 2007-01-10 2008-07-24 Samsung Electronics Co Ltd ポリシリコンの形成方法、当該ポリシリコンを備える薄膜トランジスタ及びその形成方法
JP2014116372A (ja) * 2012-12-06 2014-06-26 Fujifilm Corp 薄膜トランジスタ及びその製造方法、結晶性酸化物半導体薄膜及びその製造方法、表示装置、並びにx線センサ

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