JPH0555570A - 薄膜半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
薄膜半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
一性・再現性が優れた薄膜半導体装置及びその製造方法
を提供する。 【構成】 周辺駆動回路用薄膜トランジスタのチャンネ
ル領域は、多結晶及び非晶質シリコンの積層構造を用
い、画素駆動用薄膜トランジスタのチャンネル領域は単
層非晶質シリコン構造を用い、それぞれ逆スタガ構造と
する。周辺駆動回路用薄膜トランジスタの多結晶シリコ
ン層は非晶質シリコンの局所レーザアニールで形成す
る。
Description
特に液晶ディスプレイに用いられるアクティブマトリッ
クス基板に好適な薄膜半導体装置及びその製造方法に関
する。
クス基板としては、画素駆動用の薄膜トランジスタと、
それらを駆動させる走査回路や信号回路の周辺駆動回路
用の薄膜トランジスタを同一基板上に形成させたものが
知られている。
ランジスタをいずれも単結晶又多結晶シリコンの同一種
類で形成したもの、画素駆動用薄膜トランジスタを非晶
質シリコンの単層若しくは積層で、周辺回路用薄膜トラ
ンジスタを多結晶シリコンで形成したもの等がある。
1号公報があり、後者の例としては、特開昭64−20
88号公報、アイ・イー・イー・イー・トランザクショ
ンオン エレクトロン デバイス 第36巻第2868
頁〜第2872頁(IEEETransactions on Electron Dev
ices, Vol .36,pp2868〜2872(1989))等がある。
素駆動用薄膜トランジスタのチャンネル領域を非晶質シ
リコン、ソース、ドレン領域を多結晶シリコンで形成
し、周辺回路用薄膜トランジスタのチャンネル領域及び
ソース、ドレン領域を多結晶シリコンで形成した例が開
示されている。
たアクティブマトリックス基板の薄膜トランジスタとし
ては、次の特性が要求される。画素駆動用薄膜トランジ
スタは、オフ電流が小さく、製法上は大面積基板内に形
成するためプロセスの均一性が得られやすいことが望ま
れる。一方、周辺駆動回路用薄膜トランジスタは、オン
電流を大きくするため電界効果移動度が大きいことが望
まれる。また両者の薄膜トランジスタを同一基板上に形
成するためには、両者の製造プロセスのマッチングが重
要課題である。
程が繁雑で、このため歩留りの低下、コスト高、大面積
基板内及び製造ロット間の不均一性の問題が有る。
は製造工程の処理温度が高いため、使用可能な耐熱ガラ
ス基板が高価となる。
法は、特性的には優れた周辺駆動回路が得られるが、製
造工程で繁雑で高価となる。
結晶層とした正スタガ構造の薄膜トランジスタは、製法
が比較的簡単で、かつ特性的にも優れているが、液晶デ
ィスプレイ用アクティブマトリックスとしては遮光が必
要となり、この点でトータルプロセス工程数が増加す
る。
質シリコンで積層する構成は、非晶質層と非晶質層の接
合において、プラズマCVD時の形成条件、例えば高周
波出力、基板温度等のわずかな差異により、新たなトラ
ップ準位が形成され、特性のばらつきを生じやすい。
路に適し、製品の均一性・再現性が優れた薄膜半導体装
置及びその製造方法を提供することにある。
基板上にゲート電極、ゲート絶縁層、単層の非晶質半導
体層チャンネル領域、ソース電極及びドレイン電極を順
次形成した第1の逆スタガ構造の電界効果型薄膜トラン
ジスタと、ゲート電極、ゲート絶縁層、結晶質と非晶質
の積層の半導体層のチャンネル領域、ソース電極及びド
レイン電極を順次形成した第2の逆スタガ構造の電界効
果型薄膜トランジスタとを有することにより達成され
る。
極、ゲート絶縁層、を順次形成し、該ゲート絶縁層上の
選択された領域に多結晶半導体層を形成し、該多結晶半
導体層上に非晶質半導体層、ソース電極及びドレイン電
極を形成することにより達成される。
極、ゲート絶縁層、第1の非晶質半導体層を順次形成
し、該第1の非晶質半導体層上の選択された領域にレー
ザアニールし、該第1の非晶質半導体層の不要領域をエ
ッチング除去して多結晶半導体層を形成し、該多結晶半
導体層上に第2の非晶質半導体層、ソース電極及びドレ
イン電極を形成することにより達成される。
極、ゲート絶縁層、第1の非晶質半導体層を順次形成
し、該第1の非晶質半導体層上の選択された領域にレー
ザアニールし、該第1の非晶質半導体層の不要領域をエ
ッチング除去して多結晶半導体層を形成し、該多結晶半
導体層及び前記ゲート絶縁層を水素主体のプラズマ雰囲
気中で処理し続いてプラズマCVD法で第2の非晶質半
導体層を形成し、次にソース電極及びドレイン電極を形
成することにより達成される。
第2の逆スタガ構造の電界効果型薄膜トランジスタが形
成され、第2の逆スタガ構造の電界効果型薄膜トランジ
スタのオン電流はソース電極から多結晶質半導体層チャ
ンネル領域を通ってドレイン電極へと流れる。非晶質層
に比べて結晶性が優れた多結晶層ではトラップ密度が著
しく低いため、高い電界効果移動度が得られる。また、
半導体層における非晶質層と多結晶層の接合は、新規な
トラップ準位や界面準位の形成は無く、清浄にのみ注意
すれば良好な接合が再現性良く得られる。一方、第1の
逆スタガ構造の電界効果型薄膜トランジスタは、単層の
非晶質半導体層チャンネル領域とゲート絶縁層との界面
の清浄に注意すれば、通常のプラズマCVD法による形
成で大面積均一性が得られる。
効果型薄膜トランジスタの形成は、同一の絶縁基板上に
ゲート電極、ゲート絶縁層、を順次双方同時に形成し、
第2の逆スタガ構造の電界効果型薄膜トランジスタのゲ
ート絶縁層上の選択された領域に多結晶半導体層を形成
し、その多結晶半導体層以外の領域の非晶質膜を除去す
るプロセスだけが異なり、プロセスをほぼ同時進行させ
ることが可能であるからプロセスのマッチングがとれ第
1、第2の逆スタガ構造の電界効果型薄膜トランジスタ
を同一絶縁基板上に形成することが出来る。また、製造
プロセスが簡単であり、均一性・再現性に優れ、歩留ま
りが高くなる。
図である。左側に示す素子は周辺回路用薄膜トランジス
タ、右側に示す素子は画素駆動用薄膜トランジスタであ
る。本実施例では、表示部が対角305mm(12イン
チ相当)の大きさの液晶ディスプレイ用アクティブマト
リックス基板を製造する場合としており、画素部は通常
の逆スタガ構造の非晶質Si薄膜トランジスタを画素数
分480×640(×3)個を基板上に配列し、さら
に、周辺回路部においてはチャンネル領域が多結晶と非
晶質Siの二層構造とした同逆スタガ構造の薄膜トラン
ジスタ基板製作の場合である。このチャンネル領域に必
要なのは薄膜の多結晶であるが、薄膜にするとそれ以後
の他の膜を形成するプロセスで損傷を受けてチャンネル
領域として満足に作動しなくなるから、薄膜の多結晶を
保護する目的でその上に非晶質Siの層を形成し二層構
造としている。逆スタガ構造は遮光マスクが不要のため
使用される例が多い。
相当)、厚み1.1mmのガラス製の絶縁基板1を用意
する。
スパッタリング法にて厚さ300nm堆積し、その後通
常のホトリソグラフの技術を用いてパターニングしゲー
ト電極2を形成する。
るSiN層3を350nm及び半導体薄膜の非晶質Si
層4を60nmプラズマCVD法により堆積する。層堆
積条件は、SiN層3は原料ガスとしてSiH4とNH3
を用い、基板温度は300℃とし、非晶質Si層4は原
料ガスとしてSiH4とH2を用い、基板温度360℃で
堆積する。ここで重要なことは、非晶質Si層4中の含
有水素濃度(Si−H結合、Si−H2結合、(Si−
H2)n結合等の水素濃度)が10%以下とすることで
ある。このためには基板温度を高くし、反応圧力を低く
することが望ましい。基板温度360℃で堆積する非晶
質Si層4中の水素含有量は約9%となる。尚、水素含
有量が10%を越えると、次のレーザアニール時にSi
層の剥離が生じやすい。これは、層中の水素やSiHx
が急激に蒸発飛散するためと考えられる。同図左側の周
辺回路となる部分のゲート電極2の上層のゲート絶縁層
上の非晶質Si層4のみに、エネルギー280mJ/c
m2のXeClエキシマレーザ(波長308nm)を照
射する。この工程において、レーザ照射された非晶質S
i層4は多結晶Si層5に改質される。
た非晶質Si層4を極低濃度のHF(1容)−HNO3
(2容)−H2O(5容)の混液で10秒間エッチング
して非晶質Si層4のみをエッチングし、周辺回路とな
る部分の多結晶Si層5を選択的にSiN層3上にパタ
ーニングする。
れにリンをドープしたn型Si層7をプラズマCVD法
によりそれぞれ220nm、40nm堆積する。堆積条
件は、次のとおりである。非晶質Si層は6原料ガスと
してSiH4とH2を用い、基板温度は300℃とし、こ
れにより堆積層中の水素濃度は12〜14%に制御され
る。n型非晶質Si層7は原料ガスとしてSiH4とド
ーパントとしてのPH3(濃度1%、ベースガスH2)を
用い、基板温度は300℃とし、堆積層の抵抗率は10
3Ω−cmである。ここで重要なことはプロセスの再現性
向上のため、多結晶Si層5を選択的にSiN層3上に
パターニングした基板表面のクリーニングを行うことで
ある。基板をプラズマCVD装置にセット後、非晶質S
i層6及びn型Si層7を堆積する前に水素又は水素と
ハロゲン化物(HF,NF3)の混合ガスのプラズマ中
で基板表面を薄くエッチングする。圧力0.8ToN
(100Pa)供給電力0.8W/cm2のプラズマ処理
を行った。その結果、多結晶Si層5は約10nmエッ
チングされるとともに、タングリングボンドが水素でタ
ーミネーションされる。上記の層形成は同一チャンバ内
で連続して実施することにより、コンタミネーションを
防止できる。この結果、周辺回路部はゲート電極2の上
部に改質した多結晶Si層5と非晶質Si層6、7の3
層積層構造が、また、画素部はゲート電極2の上部に非
晶質Si層6、7の2層構造が形成される。
び非晶質Si層6を通常のホトリソグラフィ技術によ
り、島状にパターニングし、薄膜トランジスタの能動領
域を形成する。
明電極である酸化インジウム・スズ(ITO)層を厚さ
120nm堆積した後これもホトリソグラフィ技術でパ
ターニングして画素用透明電極層8を形成する。
0をそれぞれ層厚60nm及び350nmスパタリング
法にて順次堆積する。その後ホトリソグラフィによりソ
ース及びドレイン電極をパターニングし、更に引続い
て、ソースとドレイン電極間に露出したn型非晶質Si
層7をドライエッチングする。これにより、シリコン薄
膜トランジスタのチャンネル領域は、周辺回路用薄膜ト
ランジスタは多結晶Si5層と非晶質Si層6の積層構
造となり、画素駆動用薄膜トランジスタは非晶質Si6
層の単層構造となる。次に上記基板にパッシベーション
層11としてプラズマCVD法によりSiNを層厚約1
μmに堆積する。このようなプロセスを経て周辺回路内
蔵アクティブマトリックス基板が実現できる。本実施例
では半導体の素材としてSiを用いたが他の素材例えば
GaAs、Ge、Ceでも同様に可能である。
ジスタの特性は、周辺回路部においては電界効果移動
度;50cm2/V・s、しきい電圧;2.2±0.1
V、オフ電流2〜6×10~12A(Vg=−5V)が得
られ、画素部においては、電界効果移動度;0.3〜
0.6cm2/V・s、しきい電圧;1.5±0.2V、
オフ電流;1〜3×10~12Aが得られる。
電界効果型薄膜トランジスタのオン電流は多結晶質半導
体層チャンネル領域を流れ、多結晶層ではトラップ密度
が著しく低いため、高い電界効果移動度が得られる。一
方、第1の逆スタガ構造の電界効果型薄膜トランジスタ
は、通常のプラズマCVD法で大面積均一性が得られ
る。 そして、第1、第2の逆スタガ構造の電界効果型
薄膜トランジスタの形成は、プロセスをほぼ同時進行さ
せることが可能であるからプロセスのマッチングがとれ
同一基板上に形成することが出来る。また、製造プロセ
スが簡単であり、均一性・再現性に優れ、歩留まりが高
くなる。
ある。
の縦断面図である。
の縦断面図である。
の縦断面図である。
の縦断面図である。
の縦断面図である。
の縦断面図である。
の縦断面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 同一の絶縁基板上にゲート電極、ゲート
絶縁層、単層の非晶質半導体層チャンネル領域、ソース
電極及びドレイン電極を順次形成した第1の逆スタガ構
造の電界効果型薄膜トランジスタと、ゲート電極、ゲー
ト絶縁層、結晶質と非晶質の積層の半導体層チャンネル
領域、ソース電極及びドレイン電極を順次形成した第2
の逆スタガ構造の電界効果型薄膜トランジスタとを有す
ることを特徴とする薄膜半導体装置。 - 【請求項2】 前記半導体層はシリコンを主体とするこ
とを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の第1の逆スタガ構造の
電界効果型薄膜トランジスタで形成した画素駆動用スイ
ッチング素子と、第2の逆スタガ構造の電界効果型薄膜
トランジスタで形成した前記画素駆動用スイッチング素
子の周辺回路とを有することを特徴とする液晶ディスプ
レイ用アクティブマトリックス基板。 - 【請求項4】 同一の絶縁基板上にゲート電極、ゲート
絶縁層を順次形成し、該ゲート絶縁層上の選択された領
域に多結晶半導体層を形成し、該多結晶半導体層上に非
晶質半導体層、ソース電極及びドレイン電極を形成する
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 同一の絶縁基板上にゲート電極、ゲート
絶縁層、第1の非晶質半導体層を順次形成し、該第1の
非晶質半導体層上の選択された領域にレーザアニール
し、該第1の非晶質半導体層の不要領域をエッチング除
去して多結晶半導体層を形成し、該多結晶半導体層上に
第2の非晶質半導体層、ソース電極及びドレイン電極を
形成することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 同一の絶縁基板上にゲート電極、ゲート
絶縁層、第1の非晶質半導体層を順次形成し、該第1の
非晶質半導体層上の選択された領域にレーザアニール
し、該第1の非晶質半導体層の不要領域をエッチング除
去して多結晶半導体層を形成し、該多結晶半導体層及び
前記ゲート絶縁層を水素主体のプラズマ雰囲気中で処理
し続いてプラズマCVD法で第2の非晶質半導体層を形
成し、次にソース電極及びドレイン電極を形成すること
を特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記第1の非晶質半導体層をSiH4と
H2を用いプラズマCVD法により形成し、前記第1の
非晶質半導体層中のH2含有量を10%以下とすること
を特徴とする請求項5または請求項6に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項8】 請求項4から請求項7のうち何れかの請
求項に記載の半導体装置の製造方法により製造された半
導体装置。 - 【請求項9】 請求項4から請求項7のうち何れかの請
求項に記載の半導体装置の製造方法により製造された液
晶ディスプレイ用アクティブマトリックス基板。
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JP21869091A JP2814319B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 液晶表示装置及びその製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP21869091A JP2814319B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 液晶表示装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0555570A true JPH0555570A (ja) | 1993-03-05 |
JP2814319B2 JP2814319B2 (ja) | 1998-10-22 |
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ID=16723889
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP21869091A Expired - Lifetime JP2814319B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 液晶表示装置及びその製造方法 |
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JP (1) | JP2814319B2 (ja) |
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