JPH06260643A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

薄膜トランジスタ

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JPH06260643A
JPH06260643A JP7110293A JP7110293A JPH06260643A JP H06260643 A JPH06260643 A JP H06260643A JP 7110293 A JP7110293 A JP 7110293A JP 7110293 A JP7110293 A JP 7110293A JP H06260643 A JPH06260643 A JP H06260643A
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JP
Japan
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gate electrode
width
film
semiconductor region
island
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Pending
Application number
JP7110293A
Other languages
English (en)
Inventor
Mutsuo Yamamoto
睦夫 山本
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP7110293A priority Critical patent/JPH06260643A/ja
Publication of JPH06260643A publication Critical patent/JPH06260643A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/84Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄膜トランジスタにおいて、島状半導体領域
の段差部におけるゲイト電極・配線の断線とを防止する
ことによって信頼性、歩留りを向上させ、特性の改善を
図る。 【構成】 ゲイト電極において、島状薄膜半導体領域の
段差部を横断する部分の幅を、島状半導体領域中央部よ
りも広くすることにより、段差部でのくさび状の断線の
影響を最小限に留める。

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(T
FT)の構造および作製方法に関するものである。本発
明によって作製される薄膜トランジスタは、ガラス等の
絶縁基板上、単結晶シリコン等の半導体基板上、いずれ
にも形成される。
【0002】
【従来の技術】従来、薄膜トランジスタは、薄膜半導体
領域(活性層)を島状にパターニングして、形成した
後、ゲイト絶縁膜として、CVD法やスパッタ法によっ
て絶縁被膜を形成し、その上にゲイト電極を形成した。
【0003】
【発明が解決しようする課題】図1には従来の典型的な
TFTを上から見た図を示す。TFTは基板状に形成さ
れた島状の薄膜半導体領域3とその上に形成されたゲイ
ト電極4、ソース、ドレイン電極1を有する。ゲイト電
極と半導体領域の間にはゲイト絶縁膜が存在し、また、
ソース、ドレイン電極1と半導体領域3とは、コンタク
トホール2によって電気的に接続される。
【0004】このような構造のTFTは大面積基板上に
プラズマCVD法、スパッタリング法、真空蒸着法等の
気相成長法によって形成されるため、薄膜の厚さが10
%前後もばらつくことがあった。また、一般に気相成長
法では段差部の被覆性が悪く、典型的には平坦部の厚さ
の半分しか厚みが存在しない。その様子を図2(B)に
示す。特に段差が大きいほど被覆性が悪かった。そして
ゲイト電極の被覆性や厚さの均一性がそのTFT特性に
及ぼす影響は大きかった。
【0005】一般に、そのような状態でウェットエッチ
ング法によってパターニングをおこなうと、図2(A)
に示すように、島状半導体領域の段差部でクサビ型にエ
ッチングされ、はなはだしい場合にはゲイト電極が断線
してしまうことがあった。これは、段差部での被覆性が
悪いため、空孔が生じ、エッチングが進行するにつれ
て、この空孔にエッチャントが侵入し、一気にエッチン
グが進行するためである。特にゲイト電極の材料として
アルミニウムを用いた場合にはこの現象が顕著に見ら
れ、島状領域の厚さが1000Å以上で、かつ、ゲイト
電極の幅が膜厚の数倍程度、典型的には5μm以下で
は、断線を防止することができなかった。
【0006】一方、ゲイト電極の材料として、シリコン
(燐ドープされたものを含む)、タンタル、チタン、ア
ルミニウム等を用い、その配線の表面を陽極酸化するこ
とによって、上部配線との絶縁性を向上させようとした
場合、このような段差被覆性のよくないゲイト電極を陽
極酸化すると段差部に多くの空孔が存在するために陽極
酸化が著しく進行して、図2(C)に示すようにゲイト
電極の厚さが極端に小さくなり、TFTを使用する際に
過大な電流が流れると発熱によって断線してしまうこと
もあった。図2(C)において、5は陽極酸化物を示す
が、図に示すように段差部でのゲイト電極の厚さは著し
く減少する。本発明はこのような問題に対する回答を与
えることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、図3(A)
または同(B)に示すようにゲイト電極の幅を段差部と
その他の部分で変えることによって、クサビ型のエッチ
ングが発生しても断線に至らないようにすることを特徴
とする。すなわち、段差部でのゲイト電極の幅を広く
し、例えば、10μm以上とし、薄膜半導体領域の中央
部でのゲイト電極の幅はTFTの特性に要求される幅と
する。この場合、実質的なチャネル長は変化しない。
【0008】この結果、断線による歩留りの低下はな
く、かつ、特性の劣化もない。また、ゲイト電極を陽極
酸化した場合にも、段差部での配線の断面積は十分であ
るので、過大な電流が流れても、局所的に加熱して断線
することはなく、その結果、信頼性も向上させることが
できる。以下に実施例を示し、より詳細に本発明を説明
する。
【0009】
【実施例】図4に本実施例の作製工程の断面図を示す。
まず、基板(コーニング7059)10上にスパッタリ
ングによって厚さ2000Åの酸化珪素の下地膜11を
形成した。さらに、プラズマCVD法によって、厚さ5
00〜1500Å、例えば1500Åのアモルファスシ
リコン膜を堆積した。そして、これを還元雰囲気下、6
00℃で48時間アニールして結晶化させた。結晶化工
程はレーザー等の強光を用いる方式でもよい。そして、
得られた結晶シリコン膜をパターニングして、島状シリ
コン領域12a、12bを形成した。1つの島状シリコ
ン膜の大きさは30μm×30μmとした。
【0010】次に、スパッタリング法によって厚さ10
00Åの酸化珪素膜13をゲイト絶縁膜として堆積し、
引き続いて、スパッタリング法によって、厚さ6000
〜8000Å、例えば6000Åのアルミニウム膜(2
%のシリコンを含む)を堆積した。アルミニウムにはシ
リコンを0.5〜5%、もしくは銅を0.2〜2%添加
することが望ましい。これは後の工程で、250〜35
0℃の熱処理があるため、これらの不純物が含有されて
いないとヒロックが発生するからである。なお、この酸
化珪素とアルミニウムの成膜工程は連続的におこなうこ
とが望ましい。
【0011】そして、アルミニウム膜を燐酸によってエ
ッチングして、配線14a、14bを形成した。配線1
4bはゲイト電極として機能する。この際、ゲイト電極
の形状は、図3(B)に示すように、島状シリコン領域
の段差部の幅を広くした。すなわち、ゲイト電極の幅は
5μmとしたが、段差部では、幅を10μmに拡大し
た。また、段差部の長さは5μmとした。
【0012】さらに、フォトニース(感光性ポリイミ
ド)を塗布した後、これをパターニングして、250〜
350℃、例えば300℃でベイキングして、(陽極酸
化に対する)ポリイミドのマスク15を選択的に形成す
る。このマスクは後にコンタクトを形成する場所や配線
を分断する場所に設ければよい。(図1(A))
【0013】続いて、陽極酸化をおこなう。酒石酸をエ
チレングリコールに溶解させて、1〜5%、例えば3%
の溶液を調製し、これにアンモニア水溶液を加えてpH
を7程度にした。そして、白金の網状電極を陰極、基板
10を陽極とし、配線14a、14bに電流を流して陽
極酸化を開始した。
【0014】最初は電圧が3〜6V/分、例えば4V/
分で電圧が上昇するように電流を流し、電圧が200〜
250V、例えば220Vになった段階で電圧上昇を止
め、一定の電圧に保持して、電流が20μA/cm2
なるまでその状態を保った。この結果、厚さ1500〜
3000Å、例えば2000Åの酸化アルミニウム16
a、16bを形成した。ポリイミドのマスク15の存在
する部分はそのマスク効果のために陽極酸化されなかっ
た。陽極酸化に要する時間は、40〜70分、代表的に
は55分であった。(図1(B))
【0015】次に、プラズマドーピング法によって、シ
リコン領域に配線14bをマスクとして不純物(燐やホ
ウ素)を注入した。燐を注入する場合には、ドーピング
ガスとして、フォスフィン(PH3 )を用い、加速電圧
を60〜90kV、例えば80kVとすればよい。ホウ
素を注入する場合には、ドーピングガスとして、ジボラ
ン(B2 6 )を用い、加速電圧を40〜70kV、例
えば65kVとすればよい。このようにして不純物領域
17a、17bを形成した。(図1(C))
【0016】さらに、レーザーアニール法によって、注
入された不純物の活性化をおこなった。用いたレーザー
はKrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス
幅20nsec)で、照射面でのエネルギー密度を20
0〜350mJ/cm2 、例えば300mJ/cm2
した。レーザー照射時には、基板を200〜400℃、
例えば300℃に加熱してもよい。また、使用するレー
ザーはXeFエキシマーレーザー(波長353nm)、
XeClエキシマーレーザー(波長308nm)でもよ
い。
【0017】このレーザーアニール工程まで、ポリイミ
ドのマスク15を残しておいた。これは、特に基板を2
00℃以上に加熱した状態でレーザー照射をおこなった
場合には、アルミニウムの露出した部分が著しくダメー
ジを受けるためである。ポリイミドのマスクを除去する
には酸素プラズマ中でアッシングをおこなえばよい。
【0018】続いて、厚さ3000Åの酸化珪素膜18
を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し、
これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例え
ば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によって配線1
9a、19bを形成した。配線19aは配線14aとT
FTの不純物領域の一方17aを接続する。以上の工程
によって半導体回路が完成した。作製されたTFTの特
性は従来のものとは何ら劣るところはなかった。例え
ば、本実施例によって作成したシフトレジスタは、ドレ
イン電圧15Vで11MHz、17Vで16MHzの動
作を確認できた。一方、歩留りは、従来が20%以下で
あったものが、80%以上にまで向上した。
【0019】
【発明の効果】本発明によって、TFTの歩留りを向上
させ、また、その信頼性を高めることが可能となった。
本発明ではNチャネル型のTFTを例にとって説明した
が、Pチャネル型TFTや同一基板上にNチャネル型と
Pチャネル型の混在した相捕型の回路の場合も同様に実
施できることは言うまでもない。本発明は効果が大きい
わりには、その実施のための設備、技術に対する負担が
少ない。このように本発明は工業上有益な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のTFTの構成例を示す。
【図2】 従来のTFTの問題点を示す。
【図3】 本発明のTFTの構成例を示す。
【図4】 実施例のTFTの作製工程断面を示す。
【符号の説明】
1 ・・・ソース、ドレイン電極 2 ・・・コンタクトホール 3 ・・・島状半導体領域 4 ・・・ゲイト電極 5 ・・・陽極酸化物 10・・・基板 11・・・下地酸化膜(酸化珪素) 12・・・島状シリコン領域 13・・・ゲイト絶縁膜(酸化珪素) 14・・・ゲイト電極(アルミニウム) 15・・・陽極酸化マスク(ポリイミド) 16・・・陽極酸化物(酸化アルミニウム) 17・・・不純物領域(ソース、ドレイン) 18・・・層間絶縁物(酸化珪素) 19・・・ソース、ドレイン電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 島状の薄膜半導体領域と、前記半導体領
    域を横断するゲイト電極とを有する薄膜トランジスタに
    おいて、前記半導体領域の段差部における前記ゲイト電
    極の幅が、前記半導体領域中央部におけるゲイト電極の
    幅よりも広いことを特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、ゲイト電極はアルミ
    ニウムを主成分とすることを特徴とする薄膜トランジス
    タ。
  3. 【請求項3】 請求項1において、ゲイト電極の表面は
    陽極酸化されていることを特徴とする薄膜トランジス
    タ。
JP7110293A 1993-03-05 1993-03-05 薄膜トランジスタ Pending JPH06260643A (ja)

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