JPH0645359A - 薄膜電界効果トランジスタの製造方法およびトランジスタの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】薄膜電界効果トランジスタにおいて、自然酸化
膜を形成することなく良好な金属シリサイドの形成と製
造工程数の大幅低減を可能にする。 【構成】イオン注入室１と一度真空排気した後に不活性
ガスを導入した無酸化雰囲気中で有機膜７をあるいは真
空中で無機物の被膜を形成する室を備えたトランジスタ
の製造装置と、真空中でプラズマにより有機あるいは無
機物の被膜を除去あるいは一度真空排気した後に不活性
ガスを導入した無酸化雰囲気中で有機物の被膜を除去す
る室とスパッタリング室とを有するトランジスタの製造
装置とを用いることによって、試料表面（非晶質シリコ
ン層表面）が大気にさらされることは無くなり、このた
めイオン注入後の試料表面の自然酸化膜の形成を抑止で
き、製造工程数を大幅に低減することがきる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜電界効果トランジス
タの製造方法およびトランジスタの製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜電界効果トラジスタとして
は、特願昭６１−３０７０３９号公報や特願昭６１−３
１１８２８号公報に提案されているような自己整合型薄
膜電界効果トランジスタである。このトランジスタは図
３（ｄ）に示すような構造をしており、ガラス基板１５
上にゲート電極１６が、そしてその上層にゲート絶縁層
１７と非晶質シリコン層（ｉ層）１８が形成され、ゲー
ト電極１６直上のｉ層１８上に保護絶縁膜１９が、また
その両側のｉ層には、不純物のイオン注入によって形成
されたｎ型またはｐ型の不純物層からなるソース・ドレ
イン層２０が形成されている構造をしている。

【０００３】前記トラジスタにおいて、イオン注入によ
るソース・ドレイン層２０の形成とそれに引き続く金属
シリサイド層２１の形成が、ゲート電極１６をマスクと
して用いた背面露光によって自己整合的に形成された保
護絶縁膜１９を用いて行えるため、ソース・ドレイン電
極２２とゲート電極１６間の寄生容量を極めて小さくす
ることができる。このため、このトランジスタをアクテ
イブマトリクス型液晶表示の画素スイッチング素子とし
て用いた場合、低寄生容量のため画素電位が安定し高階
調化が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の製造方法では、イオン注入によるソース・ドレイ
ン層２０の形成後、それに引き続く金属シリサイド層２
１の形成を行う際、試料の基板を一度真空中から大気中
に出す必要があった。その時ｎ層あるいはｐ層からなる
ソース・ドレイン層２０の表面はイオン注入により大量
の欠陥が発生し、大気中の酸素と結合しやすい状態にな
っているため、ソース・ドレイン層２０の表面には速や
かに自然酸化膜が形成される。この自然酸化膜が存在す
るとｎ型あるいはｐ型となった非晶質シリコンと金属と
の合金反応が全く進行しないため、金属シリサイド層２
１は形成されない。このためこの自然酸化膜を弗酸処理
により除去し、イオン注入により欠陥が大量に発生した
ソース・ドレイン層２０表面を水素原子で安定化した
後、速やかにこの上に金属膜を堆積して非晶質シリコン
と金属との合金反応により金属シリサイド層２１を形成
する必要があった。

【０００５】また従来の方法では、弗酸処理による自然
酸化膜除去工程中、弗酸により保護絶縁膜１９がエッチ
ングされパターンが縮小されるため、イオン注入してい
ない領域に金属シリサイド層２１が形成され、金属シリ
サイド層２１とソース・ドレイン層２０以外の非晶質シ
リコン層とが接触してしまい、寄生容量の増加やソース
・ドレイン層２０以外の領域で正孔電流が流れてしまう
等の問題があった。そのでこの問題を解決するため、従
来は耐弗酸性の高い保護絶縁膜を再度新たに形成する必
要があり、結果として製造工程数が増加するという問題
があった。

【０００６】本発明の目的は、このような従来の問題点
を除去し、低寄生容量の薄膜電界効果トランジスタの製
造工程数の簡略化を実現し、これを用いた製品の低コス
ト化および歩留まりの向上を可能にする製造方法と製造
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明の薄膜電界効
果トランジスタの製造方法は、ガラス基板上に金属膜か
らなるゲート電極を形成する工程と、このゲート電極を
含む全面にゲート絶縁膜と非晶質シリコン層とを順次形
成する工程と、この非晶質シリコン層上に絶縁膜を形成
したのちパターニングし前記ゲート電極の上部に保護絶
縁膜を形成する工程と、この保護絶縁膜をマスクとし前
記非晶質シリコン層に不純物をイオン注入しソース・ド
レイン層を形成したのち基板を大気中にさらすことなく
この不純物層上に有機膜または無機膜を形成する工程
と、前記有機膜または無機膜を真空中または不活性ガス
雰囲気中で除去したのち大気中にさらすことなく全面に
金属膜を形成する工程とを含むものである。

【０００８】第２の発明のトランジスタの製造装置は、
イオン注入室と、このイオン注入室に隣接しゲートバル
ブにより接続された排気可能な有機膜形成室または無機
膜形成室とを含むものである。

【０００９】第３の発明のトランジスタの製造装置は、
スパッタリング室と、このスパッタリング室に隣接しゲ
ートバルブにより接続された排気可能な有機膜除去室ま
たはプラズマエッチング室とを含むものである。

【００１０】

【作用】非晶質シリコン層にイオン注入後、一度真空排
気した後に不活性ガスを導入した無酸化雰囲気中で試料
の表面に有機膜を、あるいは真空中で無機膜を形成する
とこによって、試料を大気中に出してもイオン注入後の
非晶質シリコン層の試料表面が大気にさらされることを
防ぐことができる。また真空中で前記有機膜あるいは無
機膜をプラズマにより除去、あるいは一度真空排気した
後に不活性ガスを導入した無酸化雰囲気中で前記有機膜
を有機溶剤により除去し、その後スパッタリングにより
金属膜を堆積することによって、イオン注入により大量
の欠陥が発生したｎ層あるいはｐ層の表面に欠陥を終端
する形で形成される自然酸化膜の形成を抑止できる。こ
のため自然酸化膜の全く無い状態の金属膜とｎ層あるい
はｐ層の界面が実現でき、良好な金属シリサイド層が形
成される。またこれによって保護絶縁膜を一度除去し、
再度新たな保護絶縁膜を形成する一連の作業が省略で
き、製造工程数を減らすことができる。

【００１１】さらに試料表面が有機膜あるいは無機膜に
より被覆されていることによって、試料表面が大気にさ
らされるのを防ぐことができるため、これによって試料
の長期保管、遠距離への移動によっても自然酸化膜が形
成されないというプロセスの自由度が大きくなる。

【００１２】

【実施例】次に本発明について図面を用いて説明する。
図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例のトランジ
スタ製造装置の断面図である。

【００１３】図１（ａ），（ｂ）においてトランジスタ
の製造装置は、真空中でイオン化した不純物（リンやボ
ロン）のイオン２を電場により加速して試料３に打ち込
み、ｎ層やｐ層と言った不純物層を試料３上に形成する
機構を有するイオン注入室１と、このイオン注入室１に
隣接しゲートバルブ４Ａを介して接続された有機膜形成
室５またはブラズマＣＶＤ室１０とから構成されてい
る。

【００１４】有機膜形成室５は、真空排気した後に不活
性ガスを導入した無酸化雰囲気中でイオン注入後の試料
３の表面に試料台の高速回転よる遠心力を利用して有機
膜７を形成するスピンコータ６Ａが取り付けられた構造
となっている。そして各室間はゲートバルブ４Ａによる
ロードロック機構により仕切られており、試料３は各室
間を真空を破らずに相互移動できるようになっている。
このためイオン注入室１内でイオン注入された試料３
は、大気にさらされることなく有機膜形成室５内に導入
することができる。

【００１５】また図１（ｂ）に示したプラズマＣＶＤ室
１０は、電極８Ａ，８Ｂが取付けられており、真空中で
イオン注入後の試料３の表面に、無機原料ガスのプラズ
マ分解による無機薄膜の気相成長を利用して無機膜９を
形成する構造となっている。そしてイオン注入室１Ａと
プラズマＣＶＤ室１０との間はゲートバルブ４Ｂによる
ロードロック機構により仕切られており、試料３は各室
間を真空を破らずに相互移動できるようになっている。
このためイオン注入室１Ａ内でイオン注入された試料３
は大気にさらされることなくプラズマＣＶＤ室１０内に
導入することができる。

【００１６】図２（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施
例のトランジスタの製造装置の断面図である。

【００１７】第２の実施例のトランジスタの製造装置
は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、プラズマエッチ
ング室１１とスパッタリング室１２、あるいは有機膜除
去室１４とスパッタリング室１２Ａとから構成されてい
る。

【００１８】図２（ａ）に示すプラズマエッチング室１
１は、電極８Ｃ，８Ｄ間に置かれた試料３の表面の有機
膜あるいは無機膜をプラズマエッチングにより除去でき
る構造となっている。そしてこのプラズマエッチング室
１１に隣接して接続されたスパッタリング室１２は、真
空中でスパッタリングにより金属膜１３を試料３の表面
に堆積する構造となっている。そして各室間はゲートバ
ルブ４Ｃによるロードロック機構によい仕切られてお
り、試料３は各室間を真空を破らずに相互移動できるよ
うになっている。このため被膜除去された試料３は、大
気にさらされることなくスパッタリング室１２内へと導
入できるようになっている。

【００１９】また図２（ｂ）に示した有機膜除去室１４
は、一度真空排気した後に不活性ガスを導入した無酸化
雰囲気中で試料３の表面に形成された有機膜を有機溶剤
の滴下および試料台の高速回転による遠心力を利用して
除去するスピンクリーナ６Ｂが取り付けられた構造とな
っている。

【００２０】図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施
例の薄膜電界効果トランジスタの製造方法を説明するた
めの基板の断面図である。

【００２１】まず図３（ａ）に示すように、従来と同様
の操作によりガラス基板１５上にＣｒからなるゲート電
極１６を形成し、引続きプラズマＣＶＤ法により窒化シ
リコン膜からなるゲート絶縁層１７とＣＶＤ法によるｉ
層１８を成膜する。次でゲート電極１６直上のｉ層１８
上に窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜１９を形成す
る。次に、このようにして作製された試料３をまず初め
に図１（ａ）に示したイオン注入室１内に導入し、リン
のイオン注入を行ない図３（ｂ）に示すようにソース・
ドレイン層２０を形成する。次にイオン注入された試料
３をゲートバルブ４Ａを開け有機膜形成室５内に導入す
る。この時有機膜形成室５内の真空度は、イオン注入室
１内の真空度と同程度の真空度に調整されている。

【００２２】試料３を有機膜形成室５内に導入後、ゲー
トバルブ４Ａを閉め、不活性ガス（Ａｒ，Ｎ₂ 等）を導
入して室内を大気圧にし、この不活性ガスを導入した無
酸化雰囲気中でスピンコータ６Ａにより試料３の表面に
厚さ１．０〜１．５μｍ程度のノボラック樹脂やポリ酢
酸ビニル等の有機膜７を室温で均一に形成した後、試料
３を室内から大気中に取り出す。

【００２３】ここで有機膜７としてポリ酢酸ビニルを用
いた場合、この有機膜７は耐プラズマ性が低い（すなわ
ちプラズマ処理により除去され易い）ため、有機膜７を
除去する手段としてプラズマを用いることができる。こ
の場合、図２（ａ）に示したプラズマエッチング室１１
内に試料３を導入後、室内を真空に排気し、室温でＣＦ
₄ （１００％）ガスを室内に導入し、ガス流量３０ｓｃ
ｃｍ、ガス圧力５０ｍＴｏｒｒ、放電パワー１００Ｗの
放電条件によるプラズマによって有機膜７を除去する。
その後室内を真空に排気してスパッタリング室１２内と
同程度の真空度にした後、有機膜が除去された試料３を
ゲートバルブ４Ｃを開けスパッタリング室１２内に導入
する。試料３をスパッタリング室１２内に導入後、ゲー
トバルブ４Ｃを閉め、そこでメタルターゲットのスパッ
タリングによって、図３（ｃ）に示すように、Ｃｒ等の
金属膜１３を試料３上に堆積して金属と非晶質シリコン
との合金反応によって金属シリサイド層２１を金属膜と
非晶質シリコン層の界面に形成する。

【００２４】また有機膜７としてノボラック樹脂を用い
た場合、スピンクリーナによってこの有機膜を除去する
ことができる。この場合、図２（ｂ）に示した有機膜除
去室１４の内部を一度真空に排気した後、不活性ガスを
導入することにより室内を大気圧にし、この不活性ガス
を導入した無酸化雰囲気中で試料３表面に形成した有機
膜７にシクロヘキサンやテトラヒドロフラン等の有機溶
剤を滴下し、さらに試料台を高速回転させることによっ
て試料３表面上の有機膜７を完全に除去する。その後室
内を真空に排気してスパッタリング室１２Ａ内と同程度
の真空度にした後、有機膜の除去された試料３をゲート
バルブ４Ｄを開けスパッタリング室１２Ａ内に導入す
る。

【００２５】次に、図３（ｄ）に示すように、金属膜１
３をパターニングしてソース・ドレイン電極２２を形成
する。

【００２６】上述した製造工程においては、大気を遮断
する被膜材料として有機膜について説明したが、無機膜
であってもよい。すなわち、図３（ｂ）に示すように、
ｉ層１８にイオン注入する場合図１（ｂ）に示したイオ
ン注入室１Ａを用いる。そしてイオン注入された試料３
をゲートバルブ４Ｂを開けプラズマ形成室１０内に導入
する。このプラズマ形成室１０内の真空度は、イオン注
入室１Ａ内の真空度の同程度の真空度に調整されてい
る。試料３をプラズマ形成室１０内に導入後、プラズマ
エッチング時に非晶質シリコン層や窒化シリコン膜との
選択比が高くとれるような無機膜か、エッチングレート
の速い窒化シリコン膜からなる無機膜９を、室温でＳｉ
Ｈ₄ （１００％）ガス流量３０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃ （１０
０％）ガス流量２００ｓｃｃｍ、ガス圧力１５０Ｐａ、
放電パワー２００Ｗの堆積条件による数ｎｍ程度試料３
の表面に気相成長させて、その後試料３を室内から大気
中に取り出す。

【００２７】次に大気中に取り出された試料３は、図２
（ａ）に示したプラズマエッチング室１１内に導入され
る。試料３を導入後、室内を真空に排気し、無機膜９が
前記堆積条件による窒化シリコン膜の場合は、室温でＣ
Ｆ₄ （１００％）ガス流量２０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ （１００
％）ガス流量１０ｓｃｃｍ、ガス圧力５０ｍＴｏｒｒ、
放電パワー１００Ｗの放電条件によるプラズマによって
無機膜９を除去する。別の無機膜の場合は、また別の放
電条件を選択する。その後室内を真空に排気してスパッ
タリング室１２内と同程度の真空度にした後、無機膜が
除去された試料３をゲートバルブ４Ｃを開けスパッタリ
ング室１２内に導入する。以下図３（ｃ），（ｄ）に示
したように、金属膜１３の形成と、ソース・ドレイン電
極２２のパターニングを行う。

【００２８】また、無機あるいは有機膜を除去する手段
としては、他に光や熱を用いた方法も考えられる。

【００２９】このように第３の実施例によれば、ソース
・ドレイン層２０の形成後、その表面の自然酸化膜の形
成を抑止できるため、良好な金属シリサイド層２１の形
成が可能となる。またイオン注入後の試料３の表面が被
膜されているため、試料３の大気中長期保管および遠距
離への移動によっても自然酸化膜が形成されないという
プロセスの自由度が大きくなる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
膜電界効果トランジスタの製造工程において、試料表面
はイオン注入から金属シリサイド層の形成までの間一度
も大気にさらされることは無くなる。このためイオン注
入後のソース・ドレイン層表面の自然酸化膜の形成が抑
止でき、弗酸処理を行わなくても良好な金属シリサイド
層の形成が可能となる。また、従来必要であった再度新
たな保護絶縁膜を形成する工程と弗酸処理による自然酸
化膜除去工程を省略することができ、薄膜電界効果トラ
ンジスタを作製する工程が大幅に削減できる。従って薄
膜電界効果トランジスタの製造コストの大幅な低減と歩
留を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のトランジスタの製造装
置の断面図。

【図２】本発明の第２の実施例のトランジスタの製造装
置の断面図。

【図３】本発明の第３の実施例の薄膜電界効果トランジ
スタの製造方法を説明するための基板の断面図。

【符号の説明】

１，１Ａ イオン注入室 ２ イオン ３ 試料 ４Ａ〜４Ｄ ゲートバルブ ５ 有機膜形成室 ６Ａ スピンコータ ６Ｂ スピンクリーナ ７ 有機膜 ８Ａ〜８Ｄ 電極 ９ 無機膜 １０ プラズマＣＶＤ室 １１ プラズマエッチング室 １２，１２Ａ スパッタリング室 １３ 金属膜 １４ 有機膜除去室 １５ ガラス板 １６ ゲート電極 １７ ゲート絶縁膜 １８ ｉ層 １９ 保護絶縁膜 ２０ ソース・ドレイン層 ２１ 金属シリサイド層 ２２ ソース・ドレイン電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス基板上に金属膜からなるゲート電
   極を形成する工程と、このゲート電極を含む全面にゲー
   ト絶縁膜と非晶質シリコン層とを順次形成する工程と、
   この非晶質シリコン層上に絶縁膜を形成したのちパター
   ニングし前記ゲート電極の上部に保護絶縁膜を形成する
   工程と、この保護絶縁膜をマスクとし前記非晶質シリコ
   ン層に不純物をイオン注入しソース・ドレイン層を形成
   したのち基板を大気中にさらすことなくこの不純物層上
   に有機膜または無機膜を形成する工程と、前記有機膜ま
   たは無機膜を真空中または不活性ガス雰囲気中で除去し
   たのち大気中にさらすことなく全面に金属膜を形成する
   工程とを含むことを特徴とする薄膜電界効果トランジス
   タの製造方法。
2. 【請求項２】 イオン注入室と、このイオン注入室に隣
   接しゲートバルブにより接続された排気可能な有機膜形
   成室または無機膜形成室とを含むことを特徴とするトラ
   ンジスタの製造装置。
3. 【請求項３】 スパッタリング室と、このスパッタリン
   グ室に隣接しゲートバルブにより接続された排気可能な
   有機膜除去室またはプラズマエッチング室とを含むこと
   を特徴とするトランジスタの製造装置。