JPH05243270A - 薄膜トランジスターの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスターの製造方法

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JPH05243270A
JPH05243270A JP4256192A JP4256192A JPH05243270A JP H05243270 A JPH05243270 A JP H05243270A JP 4256192 A JP4256192 A JP 4256192A JP 4256192 A JP4256192 A JP 4256192A JP H05243270 A JPH05243270 A JP H05243270A
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JP
Japan
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thin film
film transistor
manufacturing
channel
ohmic contact
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Pending
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JP4256192A
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English (en)
Inventor
Tetsuhisa Yoshida
哲久 吉田
Masatoshi Kitagawa
雅俊 北川
Takashi Hirao
孝 平尾
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66742Thin film unipolar transistors
    • H01L29/6675Amorphous silicon or polysilicon transistors
    • H01L29/66765Lateral single gate single channel transistors with inverted structure, i.e. the channel layer is formed after the gate

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄膜トランジスターのオーム性接触層をイオ
ン注入によって形成する場合に、生じる注入欠陥の酸化
を抑制し、不純物元素の活性化率を向上させるととも
に、オーム性接触層の特性と信頼性を上げ、特性の優れ
た薄膜トランジスターを作製する。 【構成】 薄膜トランジスターの、半導体薄膜4上に第
2の絶縁膜5を形成し、第2の絶縁膜上にマスク6を形
成して1000Å以下の厚さに部分的に蝕刻した後に、
半導体薄膜のチャンネル以外に対して水素及び価電子制
御用の不純物を含むイオン7,8の注入を行って、ソー
ス・ドレイン電極11,12とチャンネルとのオーム性
接触層10を形成する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体工業における半
導体素子製造方法に関するものであり、特に薄膜トラン
ジスターの製造方法において、ソース・ドレイン電極と
チャンネルとのオーム性接触層の形成に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の薄膜トランジスターの製造、特に
非晶質シリコン及びその化合物を用いた逆スタガー型薄
膜トランジスターの製造においては、ソース・ドレイン
電極とチャンネルとのオーム性接触層を形成する方法と
しては、1)n型にドーピングされた低抵抗非晶質シリ
コン薄膜を堆積させる方法があった。
【0003】また、2)イオンの質量分離を行った細い
イオンビームを用いて、ほう素(B)・リン(P)・砒
素(As)などの不純物元素のみからなるイオンを非晶
質シリコン薄膜に打ち込み、チャンネルと直結したオー
ム性接触層を形成する方法(S.カルビッツァー(Ka
lbitzer),G.ミューラー(Muller),
W.E.スピア(Spear),P.G.Le コンバ
ー(Comber):米国特許第4169740号明細
書)があった。
【0004】さらに、3)例えば水素希釈のホスフィン
(PH3)のような価電子制御用の不純物を含む気体を
放電分解し、生成したイオンを質量分離せずに大口径の
イオンビームとして、非晶質シリコン薄膜に打ち込み、
チャンネルと直結したオーム性接触層を形成する方法
(A.ヨシダ(Yoshida),et.al:アイ・
イー・イー・イー エレクトロン デバイス レターズ
(IEEE Electron Device Let
ters))があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で、ソース
・ドレイン電極とチャンネルとのオーム性接触層を形成
する方法としてn型にドーピングされた低抵抗非晶質シ
リコン薄膜を堆積させる方法は、ソース・ドレイン領域
以外に堆積されたn型の低抵抗非晶質シリコン膜を除去
しなければならず、工程が増えるという課題、及び除去
のためのエッチングの終点制御が困難であり、n型の低
抵抗非晶質シリコン膜のオーバーエッチングや、エッチ
ング不足等が発生し、歩留まりを下げるという課題があ
った。また、この方法では、オーム性接触層である低抵
抗非晶質シリコン膜とチャンネル(電子の通り道)との
間に非晶質シリコン膜の膜厚分の距離があり、直列抵抗
が大きくなるという課題があった。
【0006】これに対し、質量分離を行った細いイオン
ビームを用いて、B(ほう素)・P(リン)・As(砒
素)などの不純物元素のみからなるイオンを打ち込み、
チャンネルと直結したオーム性接触層を形成するという
方法は、以下のような課題がある。すなわち、不純物元
素のみからなる細いイオンビームを打ち込んでオーム性
接触層を形成することから、大面積の試料に対してはイ
オンビームを電気的に走査し、さらに機械的に走査する
必要があるため、装置構成が複雑となり、かつ処理時間
が長いという課題があった。
【0007】さらに、例えば水素希釈のホスフィン(P
3)のような不純物を含む気体を放電分解し、生成し
たイオンを質量分離せずに大口径のイオンビームとし
て、非晶質シリコン薄膜に打ち込み、チャンネルと直結
したオーム性接触層22を形成する方法(図3)は、大
面積処理が容易であるが、以下の様な課題がある。すな
わち、半導体薄膜に直接イオンを打ち込むため、注入後
の試料を大気中に取り出して、ドーピング層の欠陥の回
復及びPの活性化率を向上のための加熱処理などのプロ
セスを行なう場合に、イオンの注入による損傷層が直接
大気に晒されることによりドーピング層22に酸化層2
3が形成される。この酸化層23の形成によって、ドー
ピング層すなわちオーム性接触層22の抵抗が大きくな
り、最終的なトランジスタの特性及び信頼性が低下する
という課題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】薄膜トランジスターの、
半導体薄膜上に第2の絶縁膜を設け、前記第2の絶縁膜
上にマスクを形成して1000Å以下の厚さに部分的に
蝕刻した後に、半導体薄膜のチャンネル以外に対して水
素及び価電子制御用の不純物を含むイオンの注入を行っ
て、ソース・ドレイン電極とチャンネルとのオーム性接
触層を形成する。
【0009】
【作用】半導体薄膜上に残された第2の絶縁膜をを通し
て、水素及び価電子制御用の不純物を含むイオンの注入
を行うことから、注入後の試料を大気中に取り出して他
のプロセスを行なう場合に、イオンの注入によって形成
したドーピング層が直接大気に晒されていないため、ド
ーピング層すなわちオーム性接触層が酸化せず、特性が
悪化することがない。
【0010】
【実施例】以下図面を用いて本発明についてさらに詳し
く説明する。
【0011】図1は、本発明に係る薄膜トランジスター
の製造方法の第1実施例の概略構成図である。ガラス等
の基体1上にゲート電極となるCrなどの金属薄膜2を
堆積・蝕刻して形成した後に、ゲート絶縁膜となるシリ
コン窒化膜3、チャンネルとなる非晶質シリコン薄膜
4、第2の絶縁膜となるシリコン窒化膜5を、プラズマ
CVD法により連続形成し、レジスト6をマスクとして
シリコン窒化膜5を図1(a)のように蝕刻する。ここ
で蝕刻前のシリコン窒化膜5の膜厚は2500Å、蝕刻
後のシリコン窒化膜5の膜厚は200Å、レジスト6の
膜厚は1μmとしている。なお、チャンネルとなる半導
体薄膜4の材料としては、非晶質シリコン以外に、微結
晶シリコンあるいは多結晶シリコンでもよい。この後に
レジスト6及びシリコン窒化膜5をマスクとし、例えば
PH3とH2の混合ガスの放電分解により発生するPを含
んだイオン7及び水素イオン8を、質量分離せずに打ち
込んでドーピングし(b)、半導体薄膜のチャンネル部
9以外の領域をn型のドーピング層10にする。注入す
るイオンの加速電圧は30kVとしている。この注入工
程は非質量分離のイオンビ−ムによる注入であるため、
装置構成が簡易で大面積処理が可能であり、かつ処理時
間が短い。なお、蝕刻前のシリコン窒化膜5の膜厚を厚
くすることによって、先にレジスト6を除去してからイ
オンの注入を行なってもよい。この後レジスト6を除去
し、ドーピング層の欠陥の回復及びPの活性化率を向上
のための加熱処理を行なった後、半導体薄膜及びドーピ
ング層を島分離する。この後にドーピング層、すなわち
ソース・ドレイン電極とのオーム性接触層10,1
0’、及びゲート電極2のそれぞれに、Al等の金属薄
膜による配線11,12,13を接続して、薄膜トラン
ジスターを完成させる(c)。薄膜トランジスタは、チ
ャンネル部9とソース・ドレイン電極とのオーム性接触
層10,10’が直結しているため、直列抵抗がきわめ
て少ない。なお第2の絶縁膜5の膜厚は、注入するイオ
ンのエネルギーに依存する。例えば最大100keVま
での加速能力をもつ大面積処理装置を使用する場合に
は、100keVのPイオンの、シリコン窒化膜中での
平均の注入深さが約1000Åであることから、ドーピ
ング層とする半導体薄膜上の第2の絶縁膜であるシリコ
ン窒化膜5の膜厚は1000Å以下となる。
【0012】図2は、従来技術、及び本発明に係る薄膜
トランジスターの製造方法の第1実施例によって作製し
た薄膜トランジスターのゲート電圧−ドレイン電流特性
である。本発明によって、ドーピング層の酸化が抑制さ
れているため、良好なn型のオーム性接触層が形成さ
れ、従来法による薄膜トランジスターと比較して、オフ
電流の少ない電流特性を示し、さらにオン電流も向上し
ている。
【0013】
【発明の効果】選択ドーピング、大面積処理が容易な、
非質量分離イオンの注入によって、チャンネル部と直結
したドーピング層を形成し、形成したドーピング層の欠
陥の回復及びPの活性化率を向上のための加熱処理など
のプロセスを行なう場合に、ドーピング層が直接大気に
晒されないことから、ドーピング層が酸化されない。従
って、液晶ディスプレイなどの様に大面積基板に薄膜ト
ランジスターを作成するときにおいても、ソース・ドレ
イン電極とのオーム性接触層の特性と信頼性が向上し、
特性・信頼性の優れた薄膜トランジスターを作製するこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る薄膜トランジスターの製造方法の
第1実施例の工程概略図
【図2】従来技術、及び本発明に係る薄膜トランジスタ
ーの製造方法の第2実施例によって作製した薄膜トラン
ジスターの、ゲート電圧−ドレイン電流特性図
【図3】従来技術に係る薄膜トランジスターの製造方法
の工程概略図
【符号の説明】
1 基体 2 ゲート電極 3 ゲート絶縁膜 4 半導体薄膜 5 第2の絶縁膜 6 レジスト 7 Pを含んだイオン 8 H+イオン 9 チャンネル部の半導体薄膜 10 ドーピング層(n型のオーム性接触層) 11 ソース電極配線 12 ドレイン電極配線 13 ゲート電極配線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基体上に形成された、良導性のゲート電
    極、ゲート絶縁膜、半導体薄膜からなるチャンネル、及
    び良導性のソース・ドレイン電極から構成される薄膜ト
    ランジスターにおいて、前記半導体薄膜上に第2の絶縁
    膜を設け、前記第2の絶縁膜上にマスクを形成して10
    00Å以下の厚さに部分的に蝕刻した後に、半導体薄膜
    のチャンネル以外に対して水素及び価電子制御用の不純
    物を含むイオンの注入を行い、ソース・ドレイン電極と
    チャンネルとのオーム性接触層を形成することを特徴と
    する薄膜トランジスターの製造方法。
  2. 【請求項2】第2の絶縁膜上のマスクを除去して、イオ
    ンの注入を行うことを特徴とする請求項1記載の薄膜ト
    ランジスターの製造方法。
  3. 【請求項3】イオンの注入後、加熱処理を行なって、ソ
    ース・ドレイン電極とチャンネルとのオーム性接触層を
    形成することを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジ
    スターの製造方法。
  4. 【請求項4】半導体薄膜を非晶質シリコン薄膜とするこ
    とを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスターの製
    造方法。
  5. 【請求項5】半導体薄膜を微結晶シリコン薄膜とするこ
    とを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスターの製
    造方法。
  6. 【請求項6】半導体薄膜を多結晶シリコン薄膜とするこ
    とを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスターの製
    造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5576229A (en) * 1994-08-30 1996-11-19 Sharp Kabushiki Kaisha Method of fabricating a thin-film transistor and liquid-crystal display apparatus
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CN103268891A (zh) * 2013-03-28 2013-08-28 北京京东方光电科技有限公司 一种薄膜晶体管、非晶硅平板探测基板及制备方法

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