JPH0697193A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JPH0697193A
JPH0697193A JP24300792A JP24300792A JPH0697193A JP H0697193 A JPH0697193 A JP H0697193A JP 24300792 A JP24300792 A JP 24300792A JP 24300792 A JP24300792 A JP 24300792A JP H0697193 A JPH0697193 A JP H0697193A
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JP
Japan
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electrode
substrate
semiconductor device
contact layer
layer
Prior art date
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JP24300792A
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English (en)
Inventor
Toshiteru Kaneko
寿輝 金子
Kenichi Kizawa
賢一 鬼沢
Tetsuo Minemura
哲郎 峯村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】トップゲート型半導体装置において、電極の上
部かつ側面に結晶層を含んだコンタクト層3を有する半
導体装置で基板1または基板1上に形成された一部の領
域を選択的に他の領域よりもより高い温度に加熱し、膜
形成とエッチングとを同時または交互に実行する。 【効果】マスク枚数の低減による工程数の低減とTFT
のオン,オフ比の向上を両立できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜トランジスタを用い
る半導体装置とそれを用いた液晶ディスプレイや密着型
イメージセンサ及び液晶シャッタアレイ等に応用できる
半導体装置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜技術の進歩につれて、従来LSIを
基板上に実装することによって持たせていた機能を薄膜
トランジスタ(TFT)やダイオードで基板上に形成す
ることで実現することが可能になりつつある。例えば、
液晶ディスプレイでは、従来単純マトリックスで駆動さ
せていたが、各画素を、そのそれぞれに形成したアモル
ファスシリコン薄膜トランジスタ(a−SiTFT)で
スイッチングすることによって、よりコントラストを向
上させCRT並みの画質に向上させることが可能になっ
ている。また、ファクシミリやスキャナに用いられてい
る密着型イメージセンサでは、各画素のスイッチや走査
回路を基板上にTFTで作り込むことによって、必要な
LSI数を低減できることから、コストを大幅に低減で
き、しかも集積度を上げられるため、400dpiの高
精細読み取りにも容易に対応できる。
【0003】(東燃:特開平2−202018 号公報、IB
M:(IEEE. Electron Device Letters,Vol.13, No.2, 1
992 “Enhanced mobility top−gate amorphous silico
n thin−film transist or with selective deposited
source/drain contacts”)、星電:(Japan Display,
1989, p506 “An ohmic contact formation method fo
r fabrication a−Si TFT's on large size substrat
e”))。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】パーソンズ(Parsons)
等によると、モリブデン上にコンタクト層を選択的に形
成することで、ホトエッチング工程を省くことができ、
TFTを容易に形成することができる。しかし、ディス
プレイの画素部で必要な代表的な透明電極であるITO
(インジウム錫オキサイド)上には形成できず、TFT
部と画素部では異なる電極構造にする必要があった。
【0005】また、ITO上にホスフィンをドーピング
した後に活性層を形成してその活性層の一部をコンタク
ト層とすることができるが、ITO中でホスフィンの濃
度勾配ができるため充分な注入特性が実現できない欠点
があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】作製方法では、基板また
は基板上に形成された一部の領域を選択的に他の領域よ
りもより高い温度に加熱し、かつ、膜形成とエッチング
とを同時または交互に実行することによって、透明電極
の周囲にコンタクト層を選択的に形成するのが有効であ
る。
【0007】選択的に高い温度に加熱する方法として、
誘導加熱方式を用いることが適している。または、基板
材料と電極材料のバンドギャップの間の波長を有する光
を照射することによっても同様の効果がある。
【0008】
【作用】膜形成とエッチングを組み合わせた膜堆積法で
はそれぞれの速度を変化させることによって、膜形成速
度さらには膜形成するか否かを制御することができる。
特に、エッチング速度は基板の温度を敏感に反映する。
Si膜を水素またはフッ素のラジカルでエッチングした
場合、低温度ほどエッチング速度が大きく、両者を同時
または交互に繰り返した場合、膜形成しない条件がある
ことがわかった。この条件では基板の一部だけを加熱し
た結果、加熱した部分だけに膜の形成ができた。
【0009】導電性材料である電極上にだけ膜形成する
場合、外部から磁場を印加することによって、電極膜内
に誘導電流が流し、種々のパターンに加工された電極の
みを加熱できる。この状態で膜形成とエッチングを組み
合わせた膜堆積法を実施することによって、電極上のみ
にコンタクト層を形成できる。電極材料としては導電性
のものであれば何でも良く、Al,Cr,Ta,Mo,
ITO等及びこれらの積層膜に適用できる。
【0010】基板材料と電極材料のバンドギャップの間
の波長を有する光を照射することによっても同様の効果
がある。通常ガラス基板の光の吸収端は光学バンドギャ
ップが広いだけ電極材料の吸収端よりも短波長側にあ
る。そこで、ガラス基板と用いた電極材料の間の波長を
有するレーザ等の光を照射すると、電極材料のみで吸収
が起こり、電極のみを選択的に加熱することができる。
【0011】この方法によって、金属電極だけでなく、
透明電極であるITO上にも選択的にコンタクト層を形
成できる。
【0012】この場合、電極を形成した後にコンタクト
層を選択的に形成するため、透明電極である電極の上部
だけでなく側面にもコンタクト層を形成できるため、n
型はホールに対して、p型では電子に対して電極を完全
にブロッキングできるため、オフ電流を大幅に低減でき
る。膜形成と水素アニールによるエッチングを組み合わ
せた膜堆積法では、水素ラジカルにSi膜がさらされる
際にアモルファスが一部結晶化するために、微結晶Si
膜が形成される。微結晶Si膜は導電率が高くドーピン
グ効率が良好であるため、本発明を用いこれを電極の周
囲に形成することで、短い作製プロセスでオン,オフ電
流ともに改善することができる。
【0013】本発明では、形成されるコンタクト層中の
ドーパントの濃度が膜厚方向でほぼ一定かまたは電極側
よりも活性層側で増加させることができるので、よりオ
ン電流を増加させ、オフ電流を低減することができる。
【0014】
【実施例】以下に図を用いて実施例を説明する。
【0015】〈実施例1〉図1に本発明を用いて作製し
た正スタガ型薄膜トランジスタ(TFT)の断面図を示
す。ガラス基板上にCr,Al,Ta,Mo,ITO膜を
膜厚100〜200nm作製し、所定形状のソースドレ
イン電極にパターニングする。この電極上にn−MOS
の場合ホスフィンをドーピングしたn+ −Si膜を、p
−MOSの場合ボロンをドーピングしたp+ −Si膜を
コンタクト層として形成する。膜形成には、膜堆積とエ
ッチングとが合わせて起こるような膜形成方法を選択す
る。ここでは膜堆積とエッチングとを時間変調し、それ
ぞれの最適条件を別々に設定できる間欠型プラズマCV
D法を用いた。このプロセスフローを図2に示す。この
水素ラジカルを供給することによって水素によるエッチ
ングが起こり、その結果、微結晶を含む層を形成した。
この方法を用いることによって、暗導電率が高く、しか
もドーピング効率の高いn+ −Si膜を作製できる。R
Fパワーを60W程度でSi膜を作製すると未ドーピン
グでも暗導電率は1×10-2S/cmであり、これに0.
5% ホスフィンを添加することによって約2〜3ケタ
暗導電率を向上できる。
【0016】膜堆積とエッチングとの温度依存性は図3
に示すように大きく異なっており、膜形成速度はほとん
ど温度によらず一定であるのに対し、水素アニールによ
る膜のエッチング速度は低温程高くなることがわかっ
た。
【0017】そこで、基板の一部を選択的に加熱するこ
とによって、同一膜形成時に基板上に異なる温度T1,
T2(T1<T2)を設定した結果、温度T1部では膜
は形成されず、T2部だけで膜形成できた。これはT1
部ではエッチング速度が膜形成速度を上回るためであ
る。この高効率コンタクト層は、電極のみを選択的に加
熱することによって、電極の周囲に形成できる。電極上
面だけでなく側面にもコンタクト層を形成することによ
って、マイノリティキャリアを完全にブロッキングで
き、オフ電流を十分低減できる。さらに、電極との界面
だけでなく、コンタクト層全体にホスフィンをドーピン
グできるために、キャリアの電極へ十分注入され、オン
電流を増加できる。したがって、本発明のコンタクト層
を用いることにより電流のオン,オフ比を向上させるこ
とが出来る。
【0018】また、電極と活性層との表面化学反応によ
って電極周囲に薄いコンタクト層を形成できるが、ドー
パントは界面近傍にだけ存在するため、コンタクト層内
で濃度勾配が発生し、電荷注入特性が良好でない。本発
明ではドーパント濃度の均一かまたは成膜時のガスの流
量比によって電極側程ドーパントの濃度勾配を高くする
こともできる。
【0019】パターニングされた電極だけを選択的に加
熱する方法としてまず基板を指示したチャンバに磁界を
印加することによって発生する誘導加熱方式を用いた。
基板に200〜800ガウスの磁界を印加した時の基板
表面での温度分布を示す。電磁誘導に起因した誘導電流
が流れ、その結果として電極部のみの温度がガラス基板
部よりも上昇するために、電極上のみでn+ −Si膜が
堆積した。
【0020】本発明の特徴は導電性があれば電極材料の
種類によらずどの電極上にもコンタクト層が選択成長さ
せることができることである。
【0021】また、選択加熱の方法として、電極材料と
ガラス基板とでの光吸収波長の違いを利用し、その両者
の中間波長のレーザを照射することで電極のみを局所加
熱できる。例えば、ITOの吸収端波長は約300nm
程度であるのに対して、基板であるホウケイ酸ガラスの
吸収端波長は140nm、ITOの吸収端波長は約30
0nmである。そこで、この間の波長に分光された光、
またはレーザを照射しても良い。
【0022】図5はこのような両吸収端波長の中間波長
の光を照射した場合の基板表面の温度分布である。この
上に図2で示したシーケンスの膜作製法で、電極上のみ
にn+ −Si膜が堆積できた。
【0023】〈実施例2〉図6に本発明を適用した逆ス
タガ型TFTの断面構造を示す。ゲート電極をCrまた
はAlでパターニングした後、350℃でSiN膜でゲ
ート絶縁層を形成する。その上に活性層を300℃で形
成する際、上記の選択加熱方式の一つを用いてゲート電
極上のみのゲート絶縁層をさらに加熱する。そこに図2
の方法を用いて微結晶Si膜を形成する。その結果、活
性層の結晶粒径がソース,ドレイン電極下で約10〜2
0nmであるのに対し、ゲート電極上では20〜30n
mと大きくなることがわかった。また、ソース,ドレイ
ン電極下では結晶体積分率は60〜70%であるのに対
して、ゲート電極上では70〜80%に増加することが
わかった。ゲート電圧印加時にチャネルが形成させるゲ
ート電極上の活性層において、低温であるにもかかわら
ずこのように結晶性が向上した結果、電界効果移動度は
向上し、高いオン電流を得ることが出来た。
【0024】
【発明の効果】ドーピング効率が良好なコンタクト層を
ソース,ドレイン電極の上部及び側面に選択的に形成で
きるため、工程数を低減できるとともにTFTのオン,
オフ比を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】正スタガ型TFTの断面図。
【図2】膜形成のタイミングチャート。
【図3】膜形成及びエッチング速度の温度による変化の
特性図。
【図4】電極を形成した基板の上面,断面図及び基板表
面温度の説明図。
【図5】電極を形成した基板の上面,断面図及び基板表
面温度の説明図。
【図6】逆スタガ型TFTの断面図。
【符号の説明】
1…絶縁性基板、2…ソース,ドレイン電極、3…コン
タクト層、4…活性層、5…ゲート絶縁層、6…ゲート
電極。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に形成したゲート電極,ゲート
    絶縁層,活性層、またはコンタクト層,ソース,ドレイ
    ン電極から構成される薄膜トランジスタから成るトップ
    ゲート型半導体装置において、電極の上部および側面に
    結晶層を含んだコンタクト層を有することを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】絶縁基板上に形成したゲート電極,ゲート
    絶縁層,活性層、またはコンタクト層,ソース,ドレイ
    ン電極から構成される薄膜トランジスタから成るトップ
    ゲート型半導体装置において、電極の上部および側面に
    結晶層を含んだコンタクト層を有し、前記コンタクト層
    内のドーパントの濃度が膜厚方向でほぼ一定かまたは電
    極側よりも活性層側で増加することを特徴とする半導体
    装置。
  3. 【請求項3】絶縁基板上に形成したゲート電極,ゲート
    絶縁層,活性層、またはコンタクト層,ソース,ドレイ
    ン電極から構成される薄膜トランジスタから成る半導体
    装置を作製する方法において、基板または基板上に形成
    された一部の領域を選択的に他の領域よりもより高い温
    度に加熱し、膜形成とエッチングとを同時または交互に
    実行することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項3において、前記基板または前記基
    板上に形成された一部の領域を選択的に他の領域よりも
    より高い温度に加熱する方法として、誘導加熱方式を用
    いる半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項3において、前記基板または前記基
    板上に形成された一部の領域を選択的に他の領域よりも
    より高い温度に加熱する方法として、基板材料と電極材
    料のバンドギャップの間の波長を有する光を照射するこ
    とによって、電極材料を加熱する半導体装置の製造方
    法。
  6. 【請求項6】絶縁基板上に形成した、ゲート電極,ゲー
    ト絶縁層,活性層、またはコンタクト層,ソース,ドレ
    イン電極から構成される薄膜トランジスタから成るボト
    ムゲート型半導体装置において、活性層の結晶粒径が、
    ソース,ドレイン電極部においてよりもゲート電極上に
    おいて大きい半導体装置。
  7. 【請求項7】請求項6において、水素または、フッ素ラ
    ジカルの供給とSiラジカルの供給とを同時または交互
    に繰り返す半導体装置の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002134426A (ja) * 2000-04-04 2002-05-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜の製造方法とその製造装置、および薄膜トランジスタとその製造方法
US6913986B2 (en) 2000-04-04 2005-07-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and apparatus for fabricating a thin film and thin film transistor and method of fabricating same
JP2011187859A (ja) * 2010-03-11 2011-09-22 Hitachi Displays Ltd 表示装置およびその製造方法
JP2012248861A (ja) * 2005-09-29 2012-12-13 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法

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US9099562B2 (en) 2005-09-29 2015-08-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
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