JPH07131021A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮光層を有する薄膜トランジスタを得る。 【構成】 マスク１６を利用して窒素または酸素のイオ
ン注入を行ない、活性層領域以外を１８で示されるよう
に窒化または酸化させる。材料として珪素やアルミを用
いれば、上記の窒化または酸化によって透光性となるの
で、その領域は光を透過する。また、マスク１６によっ
てマスクされた領域は活性層として利用する。こうする
ことで、活性層は遮光され、他の領域は透光性を有する
構成とすることができる。この構成は、アクティブマト
リックス型液晶表示装置の画素電極に設けられるＴＦＴ
に利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遮光が必要とされる半
導体装置およびその作製方法に関する。例えばＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）およびその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴ
という）をアクティブマトリックス型液晶表示装置やイ
メージセンサに用いる構成が知られている。特にアクテ
ィブマトリックス型の液晶表示装置の各画素領域にＴＦ
Ｔを形成し、画素をスイッチングさせる素子として利用
する構成は、高速動作を行うことのできる液晶表示装置
として注目されている。

【０００３】周知のように液晶表示装置の画素部分は、
光が透過しなければならない。しかしながら、ＴＦＴの
活性層は非晶質珪素膜または結晶性珪素膜で構成されて
おり、光が照射されることによって、伝導度が高くなっ
てしまう。活性層の伝導度が高くなると、画素に設けら
れるＴＦＴとして重要な特性であるオフ電流が大きくな
ってしまい、画素電極における電化保持率が低下してし
まう。そこで、ＴＦＴの活性層、特にチャネル形成領域
に光が照射されないような構成とする必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＴＦＴの活
性層に光が照射されないような構成を実現することを課
題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施態
様例である図２（Ｃ）を示し、本発明を説明する。図２
（Ｃ）に示されるＴＦＴにおいては、光が基板側から入
射するものとする。このＴＦＴにおいて、ソース／ドレ
イン領域２２、２４とチャネル形成領域２３とが形成さ
れる活性層の下部にリンがドープされた珪素膜１２が存
在しており、このリンがドープされた珪素膜１２によっ
て遮光が実現されている。また珪素膜１２の斜線部で示
す活性層に対応する以外の領域は、窒化または酸化され
ており、透光性が有せしめられている。また、活性層の
周囲も２８で示されるように窒化または酸化されてお
り、特にこの下部が遮光層となっているので、活性層に
光が回り込むことを防ぐ構成となっている。ここでは、
珪素にドープする元素としてリンの場合の例を示した
が、リンの代わりにIIIb族元素であるＢ（ボロン）、Al
（アルミ）、Vb族元素であるAs（ヒソ）を用いることも
できる。

【０００６】図３（Ｄ）に本発明の他の好ましい実施態
様例を示す。このＴＦＴにおいても光は基板側（図面下
側）から入射するものとする。図３（Ｄ）において、ソ
ース／ドレイン領域４０、４２とチャネル形成領域４１
とが形成されている活性層の下部には、アルミニウム膜
３２が存在しており、このアルミニウム膜によって活性
層への遮光が実現されている。またそれ以外の領域、即
ち活性層に対応する以外の領域においては、窒素または
酸素が注入され、窒化アルミまたは酸化アルミとなって
いるので、透光性が有せしめられている。また、４８で
示されるマージンでもって、活性層周辺部にもアルミ膜
３２が残存しているので、活性層にガラス基板３１側か
ら光が回り込むのを防ぐことができる。

【０００７】本明細書で開示する発明において、リンが
ドープされた珪素は遮光層として機能する。またこの珪
素膜に酸素または窒素をドープすることによって、透光
性を有する膜とすることができる。即ち、リンがドープ
された珪素膜に対して選択的に酸素または窒素をドープ
することによって、選択的に遮光層を形成することがで
きる。またこのリンがドープされた珪素膜に対して、酸
素と窒素の両方をドープすることで、ＳｉＯ_x Ｎ_y で示
される透光性を有する膜とすることもできる。このリン
がドープされたＳｉＯ_x Ｎ_y は静電気に対する絶縁破壊
が非常に起こりにくく、薄膜トランジスタの静電気に対
する耐性を大きく高めることができる。

【０００８】またアルミ膜はそのままでは遮光層として
機能するが、窒素または酸素の注入によって、AlN 、Al
₂O₃ となり、透光性となる。従って、この場合も選択的
に遮光層を形成することができる。

【０００９】ここでは、主に珪素とアルミを用いた場合
を説明したが、他にＭｏ、Ｔａ、Ｗｏ等の金属を用いる
こともできる。またこれら金属と珪素との積層を用いる
こともできる。また珪素中にＭｏ、Ｔａ、Ｗｏ等の金属
から選ばれた一種または複数種類の金属を0.1 〜30原子
％添加したものを用いるのでもよい。特に珪素中に金属
を添加したものは、遮光層にヒートシンクとしての機能
を有せしめることができ有用である。

【００１０】

【作用】遮光膜としてリンがドープされた珪素膜を利用
することで、遮光膜としての作用の他に、 ・リンがドープされることで膜が導電性となり、チャネ
ル形成領域をグランドレベルに固定できる。 ・リンの作用により基板側からの不純物をブロッキング
できる。 ・リンの作用によりＮｉ等の金属元素のゲッタリングを
行うことができる。

【００１１】また、窒化または酸化されたアルミ膜を利
用することで、 ・選択的に遮光層を設けることができ、基板側からＴＦ
Ｔに対する遮光を実現できる。（即ち、必要とする領域
のみの遮光を実現できる） ・ヒートシンクとしての機能をも得ることができ、熱的
にＴＦＴの動作を安定させることができる。

【００１２】

【実施例】〔実施例１〕以下において、図１と図２に本
実施例の作製工程を示す。本実施例では、一つのＮチャ
ネル型ＴＦＴを作製する例を示すが、ソース／ドレイン
領域をＰ型とすることで、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製す
ることもできる。また、Ｐチャネル型ＴＦＴとＮチャネ
ル型ＴＦＴとを相補型に構成したＣＭＯＳ構成の回路を
形成することもできる。本実施例において説明するＴＦ
Ｔは、アクティブマトリックス型の液晶表示装置やイメ
ージセンサー、さらには光を透過させる必要がある基板
上に集積化される回路に利用することができる。

【００１３】まず、ガラス基板１１上に５００Å（２０
０Å〜５００Å）のリンがドープされた珪素膜１２を形
成する。リンがドープされた珪素膜は、導電性を有して
いるため、後に形成されるＴＦＴのチャネル形成領域の
電位をグランドレベルに保持する機能を有する。またこ
の珪素膜１２は遮光層としても機能する。なおリンのド
ーピング量は、１×１０¹⁹〜５×１０²¹ｃｍ^-3、好まし
くは１×１０²⁰〜５×１０²⁰ｃｍ^-3とする。

【００１４】つぎに、酸化珪素膜１３を５００Å（３０
０Å〜６００Å）の厚さにスパッタリング法で形成し、
さらに非晶質珪素膜１４を１０００Å（５００Å〜１５
００Å）の厚さにプラズマＣＶＤ法で形成する。この非
晶質珪素膜１４は、後にＴＦＴの活性層を構成すること
なる。また必要に応じて非晶質珪素膜を結晶化させて結
晶性珪素膜とする。結晶珪素膜を得るには、非晶質珪素
膜を加熱アニールする方法、非晶質珪素膜にレーザー光
を照射する方法、予め結晶性を有する珪素膜を形成する
方法がある。また、加熱による結晶化の後に、赤外線の
照射によるアニールを併用することは有用である。

【００１５】さらに酸化珪素膜１５を５００Å（２００
Å〜１０００Å）の厚さにスパッタリング法で形成す
る。さらに２０００Å（２０００Å〜３０００Å）の厚
さにアルミニウム膜１６を蒸着法で形成する。さらにレ
ジスト１７でマスクを形成し、図１（Ａ）の状態を得
る。

【００１６】さらに、レジスト１７をマスクとして、ア
ルミ膜１６、酸化珪素膜１５、珪素膜１４をエッチング
し、島状の積層を形成する。そして図１（Ｂ）に示すよ
うに、等方性のドライエッチングによって、アルミ膜１
６をサイドエッチングする。このサイドエッチングは、
図２（Ｄ）に示すＴＦＴの完成時において、活性層周囲
に２８で示されるマージンでもって遮光層を残すための
ものである。

【００１７】つぎに、レジスト１７を取り除き、窒素イ
オンのイオン注入を行う。この際、アルミ膜１６がマス
クとなり、斜線１８で示される部分がに窒素が注入され
る。この工程の後に、アニールを行い窒素が注入された
領域を窒化し透光性とする。このアニール工程は、強光
（赤外光）の照射によって行うことが好ましい。赤外光
は珪素に選択的に吸収されるが、ガラスにはあまり吸収
されないので、選択的に珪素を１０００度以上の高温に
することができ、１０００℃以上の熱アニールによるも
のと同様の効果を得ることができる。

【００１８】この工程によって、窒素が注入されなかっ
た部分のリンドープ珪素膜１２以外の領域を透光性とす
ることができる。即ち、図１（Ｃ）の斜線で示す部分を
窒化させ、透光性とすることができる。つぎに、アルミ
膜１６を取り除いて、図１（Ｄ）の状態を得る。この状
態において、遮光され、またその周囲が窒化された活性
層が確定し、その他の領域を透光性とすることができ
る。

【００１９】つぎに図２（Ａ）に示すように、酸化珪素
膜１９を１０００Åの厚さにスパッタリング法で形成す
る。この酸化珪素膜は、ゲイト絶縁膜として機能する。
そして、アルミ膜（１〜２％の珪素を含有する）を６０
００Åの厚さに形成し、パターニングを行うことによっ
て、ゲイト電極２０を形成する。さらに、このアルミニ
ウムよりなるゲイト電極の周囲に２０００Å厚の陽極酸
化物層２１を形成する。この工程は、酒石液が１〜５％
含まれたエチレングルコール溶液中でゲイト電極２０を
陽極として陽極酸化を行うことで実行される。この陽極
酸化物層２１は、後のＰ（燐）のイオン注入工程におい
て、オフセットゲイト領域を形成するマスクとして機能
する。こうして、図２（Ａ）に示す形状を得る。なお、
ゲイト電極としては公知の珪素を主成分としたものを用
いてもよく、また珪素と金属の積層やシリサイドを利用
したものであってもよい。

【００２０】つぎに、図２（Ｂ）に示すように、Ｐ（リ
ン）のイオン注入を行い、Ｎ型化されたソース／ドレイ
ン領域２２、２４の形成と、チャネル形成領域２３とを
自己整合的に形成する。この後、注入されたＰの活性化
とアニールをレーザー光の照射または強光の照射によっ
て行う。強光を用いる場合には、０．５μｍ〜５μｍ程
度の赤外光を用い、数分以内の短時間における加熱アニ
ールを行うのが有効である。

【００２１】そして層間絶縁物２５として酸化珪素また
はポリイミドを形成し、さらに電極２６、２７を形成
し、ＴＦＴを完成する。（図２（Ｃ））

【００２２】この図２（Ｃ）に示すＴＦＴは、ソース／
ドレイン領域２２、２４とチャネル形成領域が形成され
る活性層（２２、２３、２４で示される）の周辺部２８
に窒素が注入され窒化されているので、この領域での絶
縁性が高められ、ゲイト電極と活性層端部との間におい
てショートやリークの問題を低減させることができる。
この様子を図２（Ｄ）に示す。図２（Ｄ）は、図２
（Ｃ）に示すＴＦＴを上から見た図である。ゲイト電極
２０の下には、チャネル形成領域２３が形成されている
が、２００で示される活性層の端部が段差になっている
ので、この部分の酸化珪素膜の膜厚が薄くなり、ゲイト
電極２０とチャネル形成領域２３との間でショートやリ
ークが生じる問題がある。しかし本実施例の構成を採用
した場合、活性層の端部周囲に窒化物２８が形成されて
いるので、電界集中を緩和するとともにその領域におけ
るリークを防ぐことができる。

【００２３】また活性層の下側には、リンドープ珪素膜
１２が形成されており、遮光を実現するとともに不純物
のゲッタリング効果を得ることができる。そして、活性
層以外の領域は、リンドープ珪素膜が窒化されて透光性
となっているので、ＴＦＴには光が照射されず、その他
の領域は光が透過する構成とすることができる。

【００２４】〔実施例２〕本実施例の作製工程図を図３
に示す。まず、ガラス基板３１上にアルミ膜３２を５０
０Å（２００〜１０００Å）の厚さにスパッタリング法
で形成する。さらに酸化珪素膜３３を５００Å（２００
〜８００Å）の厚さにスパッタリング法で形成する。さ
らに非晶質珪素膜３４をプラズマＣＶＤ法で１０００Å
の厚さに形成する。そしてこの非晶質珪素膜３４を６０
０度、２４時間の熱アニールにより結晶化させる。次に
酸化珪素膜３５を５００Åの厚さにスパッタリング法で
形成し、さらにアルミ膜３６を１０００Åの厚さにスパ
ッタリング法で形成し、レジスト３０を形成する。この
レジスト３０によって、アルミ膜３６と酸化珪素膜３５
をパターニングし、さらにアルミ膜３６をサイドエッチ
ングすることによって図３（Ａ）に示すような形状を得
る。

【００２５】次に、図３（Ｂ）で示すように、窒素また
は酸素イオン、ここでは窒素イオン（Ｎ⁺ ）を注入し、
３７の領域を窒化する。ここで、窒素イオンが注入され
た非晶質珪素膜３４は窒化珪素膜となるので、透光性と
なる。また、窒素イオンが注入された酸化珪素膜３３は
酸化窒化珪素となるので当然透光性となる。また、窒素
イオンが注入されたアルミ膜３２は窒化アルミ(AlN) と
なりこれも透光性となる。即ち、窒素イオンが注入され
た領域は全て透光性となる。なお、窒素イオンの代わり
に酸素イオンを用いた場合でも、アルミ膜が酸化アルミ
膜となるので、やはり透光性とすることができる。

【００２６】そして、レジスト３０、アルミ膜３６、酸
化珪素膜３５を取り除く。さらに、ゲイト絶縁膜となる
酸化珪素膜４６を１０００Åの厚さにスパッタリング法
によって形成する。さらに６０００Åの厚さにアルミ膜
（珪素が１％添加）を形成し、パターニングを行うこと
によって、アルミのゲイト電極３８を形成する。さらに
陽極酸化工程によって酸化物層３９を２０００Åの厚さ
に形成し、図３（Ｃ）に示す形状を得る。

【００２７】そして、イオン注入法によって、Ｐイオン
を注入することによって、ソース／ドレイン領域４０、
４２とチャネル形成領域４１とを自己整合的に形成す
る。この後、レーザ光または強光によりアニールを行
う。強光によるアニールとしては、０．５〜５μｍ好ま
しくは、１．３μｍ程度の赤外光による光アニールが効
果的である。赤外光は珪素膜に選択的に吸収されるの
で、ガラス基板をそれ程加熱することなしに、珪素膜中
の不対結合手や欠陥を効率良くアニールすることができ
る。

【００２８】そして、層間絶縁物４３を形成し、穴明け
工程の後、ソース／ドレイン電極となる電極４４、４５
を形成し、ＴＦＴを完成する。（図３（Ｄ））

【００２９】以上示したような構成を採用することで、
窒素イオンが注入されなかった領域のアルミ膜３２を遮
光層として利用することができる。この遮光層は、ヒー
トシンクとしても機能するので、熱的に薄膜トランジス
タの動作を安定させることができるという効果も有す
る。

【００３０】以上において、遮光層としてアルミ膜を用
いた例を示した。しかし、これらの膜の代わりにチタン
膜を用い、窒素または酸素イオンを注入することによ
り、酸化チタンまたは窒化チタンとしてもよい。この場
合、酸化チタンは透光性であるが、窒化チタンは不透明
であるので、画素部分の構成には利用できない。

【００３１】〔実施例３〕本実施例は、本明細書で開示
する発明を利用して透過型の液晶ディスプレイを構成し
た場合の例を示す。本実施例で示す構成は、バックライ
ト型の液晶ディスプレイ、投影型の液晶表示装置、光ス
イッチ等に利用することができる。

【００３２】本実施例における液晶ディスプレイの概略
の構成を図４に示す。図４は、アクティブマトリクス型
の液晶表示装置の一断面を示したものである。図４に示
されるのは、一対のガラス基板５１と５２、この一対の
ガラス基板間に保持された液晶５３、液晶５３に電界を
加えるための一対の電極５０と５８、遮光層として機能
するリンがドープされた珪素膜５４、酸化珪素膜５５、
ＴＦＴ５６、ＴＦＴのドレインに接続された画素電極５
８、層間絶縁膜５７、が示されている。画素電極５８は
複数マトリクス状に配置されており、一方の基板５１側
に配置された共通電極５０とで画素毎に一対の電極を構
成している。また電極５０と５８とは透光性を有するＩ
ＴＯから成っている。

【００３３】薄膜トランジスタ５６の下部には、リンが
ドープされた珪素膜５４が設けられている。この珪素膜
５４の５９で示される斜線部分以外の領域には、酸素イ
オンまたは窒素イオンが注入されており、透光性を有し
ている。即ち、リンがドープされた珪素膜５４におい
て、５９で示される斜線部分のみが遮光層として機能
し、他の領域は光（珪素に対して光伝導効果を与える波
長の光という意味）が透過する。光はディスプレイの一
方から５０１で示されるように照射され、５０２で示さ
れるようにディスプレイを透過していく。液晶ディスプ
レイに入射する光５０１は、遮光層の５９の領域で遮蔽
され、薄膜トランジスタ５６には照射されない。

【００３４】本実施例においては、遮光層５４としてリ
ンがドープされた珪素膜を用いたが、リンの他にボロン
やアルミまたはヒソをドープした珪素膜を用いるのでも
よい。またアルミを主成分とした膜とするのでもよい。

【００３５】

【効果】リンがドープされた珪素膜、またアルミ膜を遮
光層とし、また光を透過させる部分には、窒素または酸
素を注入することによって、透光性とすることで、高信
頼性を有するＴＦＴを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の作製工程を示す。

【図２】 実施例の作製工程を示す。

【図３】 実施例の作製工程を示す。

【図４】 透過型のヂィスプレイの概略の構成を示す。

【符号の説明】

１１・・・・ガラス基板 １２・・・・ＰＳＧ膜 １３・・・・酸化珪素膜 １４・・・・珪素膜 １５・・・・酸化珪素膜 １６・・・・アルミ膜 １７・・・・レジスト １８・・・・窒化された部分 １９・・・・酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜） ２０・・・・ゲイト電極 ２１・・・・陽極酸化物層 ２２・・・・ソース／ドレイン領域 ２３・・・・チャネル形成領域 ２４・・・・ドレイン／ソース領域 ２５・・・・層間絶縁物 ２６・・・・電極 ２７・・・・電極 ２８・・・・窒化された部分 ３１・・・・ガラス基板 ３２・・・・アルミ膜 ３３・・・・酸化珪素膜 ３４・・・・珪素膜 ３５・・・・酸化珪素膜 ３６・・・・アルミ膜 ３０・・・・レジスト ３７・・・・窒化された部分 ４６・・・・酸化珪素膜（ゲイト絶縁膜） ３８・・・・ゲイト電極 ３９・・・・陽極酸化層 ４０・・・・ソース／ドレイン領域 ４１・・・・チャネル形成領域 ４２・・・・ドレイン／ソース領域 ４３・・・・層間絶縁物 ４４・・・・電極 ４５・・・・電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁膜を介して、リン、ヒソ、ボロン、
   アルミから選ばれた少なくとも一種類の元素が添加され
   た珪素膜上に形成された薄膜トランジスタであって、 薄膜トランジスタが形成されている領域以外は、前記珪
   素膜が窒化珪素または酸化珪素となっており、透光性を
   有することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 絶縁膜を介して、アルミ膜上に形成され
   た薄膜トランジスタであって、 薄膜トランジスタが形成されている領域以外は、前記ア
   ルミ膜が窒化アルミまたは酸化アルミとなっており、透
   光性を有することを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、薄膜
   トランジスタの活性層端部周辺が窒化または酸化されて
   いることを特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】 基板上にリン、ヒソ、ボロン、アルミか
   ら選ばれた少なくとも一種類の元素が添加された第１の
   珪素膜を形成する工程と、 前記珪素膜上に絶縁膜を介して活性層を構成する第２の
   珪素膜を形成する工程と、 前記活性層を構成する第２の珪素膜が形成されている以
   外の領域の第１の珪素膜に窒素イオンまたは酸素イオン
   を選択的に注入する工程と、 前記活性層を構成する第２の珪素膜を用いて薄膜トラン
   ジスタを形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】 基板上にアルミ膜を形成する工程と、 前記珪素膜上に絶縁膜を介して活性層を構成する珪素膜
   を形成する工程と、 前記活性層を構成する珪素膜が形成されている以外の領
   域の前記アルミ膜に窒素イオンまたは酸素イオンを選択
   的に注入する工程と、 前記活性層を構成する珪素膜を用いて薄膜トランジスタ
   を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。