JPH07245412A - 薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの作製方法Info
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Classifications
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
全部が被覆されたアルミニウムをゲート電極とする薄膜
トランジスタ(TFT)において、特性と信頼性の改善
を図る。 【構成】 酸素、オゾン、亜酸化窒素等の酸化性の雰囲
気において、TFTに紫外光を照射する。もしくは、酸
化性雰囲気において、プラズマを発生させる。その際に
TFTを室温〜500℃、好ましくは50〜350℃、
より好ましくは200〜300℃に加熱しておいてもよ
い。このような処理の結果、陽極酸化物中に残存した金
属性のアルミニウムを酸化せしめることができ、陽極酸
化物による負電荷の誘起を低減せしめ、よって、TFT
の初期特性および長期の使用による特性の劣化を防止す
ることができる。
Description
電界効果トランジスタ(いわゆる薄膜トランジスタ、T
FT)の作製方法に関するものである。本発明のTFT
は液晶ディスプレーの画素のスイッチング素子として、
また、その他の半導体集積回路において用いられる。
ランジスタ(TFT)等の薄膜デバイスにおいては、ゲ
イト電極とソース、ドレイン領域とを重ならないように
して、オフセット状態とするとソース−ドレイン間のリ
ーク電流を減らすことができることが知られている。
ドレインとゲイト電極が重ならない領域)の幅は、サブ
ミクロン程度の微妙な精度が要求された。例えば、オフ
セットの幅が0.5μm以上も変動すると、TFTの特
性が全く変わってしまった。したがって、オフセットの
大きさは0.1μm以下、好ましくは、500Å以下の
精度で制御することが要求された。このような微妙な制
御はもはや、フォトリソグラフィー工程においては制御
できないものであった。
酸化可能な材料によって形成し、これを陽極酸化するこ
とによって、少なくともその側面に厚さ5μm以下の陽
極酸化物を100Å以下の精度で形成し、これをマスク
として不純物を、イオンドーピング、イオン注入等の方
法で導入することによって自己整合(セルフアライン)
的にオフセット状態を得ることが提案されている。(特
開平5−267667)
ニウムを主成分とする金属材料によって構成すると、陽
極酸化が容易なだけでなく、低抵抗であることから回路
特性の向上にも役立った。しかしながら、アルミニウム
を陽極酸化した場合には、得られた陽極酸化物は化学量
論的な酸化物(Al2 O3 )ではなく、一般に酸素の比
率が小さいものであった。
ルミニウムが孤立して存在することを意味していた。一
般にこのようなアルミニウムはそれが原子のようなもの
であれ、複数の原子の集合したクラスターのようなもの
であれ、あるいはより大きな塊であれ、容易に電子を放
出して、正イオン化する傾向があった。そして、このた
めにマクロ的には電子が陽極酸化物に引き寄せられると
いう傾向があった。すなわち、ゲイト絶縁膜上に陽極酸
化物が存在すると、ゲイト絶縁膜の下のオフセット領域
の半導体活性層に負の電荷が誘起され、N型となった。
すなわち、本来、I型であるべきオフセット領域が実現
できなかった。
は、ソース/ドレイン間のリーク電流が大きく、また、
Pチャネル型のTFTにおいては、しきい値電圧の絶対
値が高くなるという欠点を有していた。さらに、陽極酸
化物中の金属性アルミニウムの電離度はTFTの使用時
間とともに変化するので、特性が安定しないという、信
頼性の欠点も有していた。
点に鑑みてなされたものである。本発明の第1は、陽極
酸化工程後のいずれかの工程もしくは工程間において、
ゲイト電極に酸素、オゾン、亜酸化窒素等の酸化性雰囲
気において、波長400nm以下、好ましくは、300
nm以下の紫外光を照射する工程を設けることを特徴と
する。紫外光の光源としては水銀ランプ等の非コヒーレ
ント光、エキシマーレーザーのようなコヒーレント光い
ずれも利用できる。
かの工程もしくは工程間において、酸化雰囲気のプラズ
マ中にTFTを放置する工程を設けることを特徴とす
る。プラズマはDC放電、RF放電、マイクロ波放電い
ずれでも可能である。あるいは、上記第1および第2の
発明を組み合わせて、酸化雰囲気のプラズマ中でゲイト
電極に紫外光を照射してもよい。そして、これらの工程
においては、TFTを室温(50℃)〜500℃、好ま
しくは200〜300℃に保つとより効果的である。
理によって、陽極酸化物中に残存していた金属性のアル
ミニウムが酸化され、よって、陽極酸化物によるオフセ
ット領域における電荷の誘起が減少し、特性が向上する
とともに長時間の使用における劣化も低減せしめること
ができる。特に、オフセット領域がN型化するために、
Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTで、特性の対
称性が良くなかったが、本発明によって対称性の良い理
想的なTFTとすることができる。
1に本実施例の工程断面図を示す。まず、基板(コーニ
ング7059)101上にスパッタリング法によって厚
さ2000Åの酸化珪素の下地膜102を形成した。さ
らに、プラズマCVD法によって、厚さ200〜150
0Å、例えば500Åの真性(I型)のアモルファスシ
リコン膜を堆積した。さらに、スパッタリング法によっ
て厚さ200Åの酸化珪素膜を、保護膜としてアモルフ
ァスシリコン膜上に堆積した。
素雰囲気中、550〜650℃で4〜48時間アニール
して結晶化させた。アニール後、シリコン膜をエッチン
グして、島状シリコン領域103を形成し、保護膜の酸
化珪素膜は除去した。さらに、プラズマCVD法によっ
て厚さ800〜2000Å、例えば1000Åの酸化珪
素膜104をゲイト絶縁膜として堆積した。
厚さ3000〜8000Å、例えば4000Åのアルミ
ニウム膜(0.1〜0.3重量%のスカンジウム(S
c)を含む)を堆積した。なお、この酸化珪素とアルミ
ニウム膜の成膜工程は連続的におこなうことが望まし
い。そして、公知のフォトリソグラフィー法によって、
ゲイト電極105をパターニング・エッチングした。
(図1(A))
はシュウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の水溶液、例え
ば、10%シュウ酸水溶液に浸漬し、10〜50V、例
えば10Vの定電圧で10〜50分、例えば30分陽極
酸化をおこなうことによって、厚さ約3000Åの多孔
質の陽極酸化物106を±200Å以下の精度でゲイト
電極の側面および上面に形成することができた。このよ
うにして得られた陽極酸化物は多孔質のものであり、陽
極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって主に制御され
る。。
のエチレングリコール溶液等の有機溶媒を用いても陽極
酸化をおこなえる。例えば、3%酒石酸のエチレングリ
コール溶液(アンモニアで中性にpH調整したもの)中
に基板を浸漬し、これに電流を流して、1〜5V/分、
例えば4V/分で電圧を120〜200Vまで上昇させ
て、陽極酸化をおこなってもよい。この際には、バリヤ
型と称される緻密な陽極酸化物が形成された。この陽極
酸化物の厚さは最高酸化電圧によって決定される。多孔
質陽極酸化物は容易に厚いものが得られたが、耐圧の点
では劣っていた。一方、バリヤ型陽極酸化物は耐圧は最
高酸化電圧の半分以上で、通常、50〜100V以上で
あったが、厚さ3000Å以上のものを得るには最高酸
化電圧を250V以上とせねばならず、このような高い
電圧を印加するとTFTのゲイト電極と活性層の間が絶
縁破壊されてしまうため、現実には、2500Å以下の
ものしか得られなかった。
耐圧と陽極酸化物の厚さ(=オフセット領域の幅)によ
って決定される。もちろん、いずれか一方の単層の陽極
酸化物だけではなく、適当な厚さの多孔質陽極酸化物と
バリヤ型陽極酸化物を組み合わせて、必要とする耐圧と
厚さを実現させてもよい。(図1(B)) このようにして陽極酸化物を形成したのち、純水によっ
て洗浄して、電解液を十分に除去して乾燥させ、次に、
基板を酸素、オゾン、亜酸化窒素(N2 O)等の酸化雰
囲気に置き、これに紫外光を照射した。
真空排気した後、酸素ガス(O2 )を0.1〜10リッ
トル/分、例えば、1リットル/分流しながら、0.0
1〜1気圧、好ましくは0.05〜0.1気圧、また、
基板温度を室温〜500℃、好ましくは50〜350
℃、より好ましくは200〜300℃に保ち、水銀ラン
プによる紫外光を照射した。紫外光の強度は100〜2
00mW/cm2 とした。処理時間は10分〜3時間、
例えば、30分とした。純粋な酸素ガスの代わりにオゾ
ナイザーで処理し、オゾン(O3 )を含有せしめた酸素
ガスを用いると時間短縮の上でより効果的である。ま
た、紫外光を照射する代わりに、上記の酸化雰囲気にお
いて、RFプラズマを発生させても同様な効果が認めら
れた。(図1(C))
リコン領域103にゲイト電極105および陽極酸化物
106をマスクとして自己整合的にドーピング不純物
(燐)を注入した。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とした。ドーズ量は1×1014〜8×1015
cm-2、例えば、1×1015cm-2とした。この結果、
N型の不純物領域107、108が形成された。この際
には、不純物領域107、108とゲイト電極105と
は、陽極酸化物の厚さx程度だけ離れて、オフセット状
態となっている。(図1(D))
ーザーアニールをおこない、ドーピングされた不純物を
活性化した。レーザーとしては、KrFエキシマーレー
ザー(波長248nm、パルス幅30nsec)を用い
たが、他に、XeClエキシマーレーザー(波長308
nm)、ArFエキシマーレーザー(波長193n
m)、XeFエキシマーレーザー(波長353nm)等
を用いてもよい。レーザーのエネルギー密度は200〜
400mJ/cm2 、例えば、250mJ/cm2 と
し、2〜10ショット、例えば2ショット照射した。レ
ーザー照射時には基板を200〜300℃、例えば25
0℃に加熱しておいた。こうして不純物領域107、1
08を活性化した。(図1(E))
ば、6000Åの酸化珪素膜109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TFTのソース領域、ドレイ
ン領域の電極・配線110、111を形成した。最後
に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニール
をおこなった。以上の工程によって薄膜トランジスタが
完成した。(図1(F))
の断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)2
01上にスパッタリング法によって厚さ2000Åの酸
化珪素の下地膜202を形成した。さらに、プラズマC
VD法によって、厚さ200〜1000Å、例えば50
0Åの真性(I型)のアモルファスシリコン膜を堆積
し、これをパターニング、エッチングして、島状シリコ
ン領域203を形成し、レーザー光(KrFエキシマー
レーザー)を照射して、結晶化させた。さらに、スパッ
タリング法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜204
をゲイト絶縁膜として堆積した。
厚さ3000〜8000Å、例えば4000Åのアルミ
ニウム膜(0.1〜0.3重量%のスカンジウムを含
む)を堆積した。そして、基板を3%の酒石酸エチレン
グルコール溶液(アンモニアによって中和し、pH≒7
とした)中に浸し、10〜30Vの電圧を印加すること
によって、アルミニウム膜の表面に厚さ100〜400
Åの薄い陽極酸化物を形成した。そして、このように処
理したアルミニウム膜上に、スピンコート法によって厚
さ1μm程度のフォトレジスト(例えば、東京応化製、
OFPR800/30cp)を形成した。フォトレジス
トの代わりに、例えば、東レ製UR3800のような感
光性ポリイミド(フォトニース)を用いてもよい。そし
て、公知のフォトリソグラフィー法によって、ゲイト電
極205を形成した。ゲイト電極上には、フォトレジス
トのマスク206が残存する。(図2(A))
し、5〜50V、例えば8Vの定電圧で10〜500
分、例えば200分陽極酸化をおこなうことによって、
厚さ約5000Åの多孔質の陽極酸化物207を±20
0Å以下の精度でゲイト電極の側面に形成することがで
きた。ゲイト電極の上面にはマスク材206が存在して
いたので、陽極酸化はほとんど進行しなかった。(図2
(B))
面を露出させ、3%酒石酸のエチレングリコール溶液
(アンモニアで中性にpH調整したもの)中に基板を浸
漬し、これに電流を流して、1〜5V/分、例えば4V
/分で電圧を100Vまで上昇させて、陽極酸化をおこ
なった。この際には、ゲイト電極上面のみならず、ゲイ
ト電極側面も陽極酸化されて、緻密なバリヤ型陽極酸化
物208がゲイト電極の上面およびゲイト電極の側面と
多孔質陽極酸化物207の境界に厚さ1000Å形成さ
れた。この陽極酸化物の耐圧は50V以上であった。
(図2(C))
珪素膜204をエッチングした。このエッチングにおい
ては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるい
は異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードで
もよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大き
くすることによって、活性層203を深くエッチングし
ないようにすることが重要である。例えば、エッチング
ガスとしてCF4 を使用すれば多孔質陽極酸化物207
およびバリヤ型陽極酸化物208はエッチングされず、
酸化珪素膜のみがエッチングされた。また、陽極酸化物
およびゲイト電極の下の酸化珪素膜はエッチングされず
にゲイト絶縁膜203’として残った。
活性層203にゲイト電極205および側面の多孔質陽
極酸化物207をマスクとして自己整合的に不純物
(燐)を注入した。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5〜30kV、例えば
10kVとした。ドーズ量は1×1014〜8×1015c
m-2、例えば、1×1015cm-2とした。本実施例では
活性層を覆う酸化膜が除去されているので、ドーピング
の加速電圧は低くても良かった。この結果、N型の不純
物領域209、210が形成された。(図2(D))
いて多孔質陽極酸化物207をエッチングし、バリヤ型
陽極酸化物208を露出させた。このエッチング工程で
は多孔質陽極酸化物のみがエッチングされ、酸化珪素、
シリコン、バリヤ型陽極酸化物等の材料は全くエッチン
グされなかった。また、アルミニウムとその合金はエッ
チングされるのであるが、本実施例では、その上面と側
面がバリヤ型陽極酸化物で被覆されているため損傷を受
けなかった。もっとも、あまりにバリヤ型陽極酸化物が
薄いとエッチングされるので、バリヤ型陽極酸化物の厚
さは200Å以上であることが好ましい。
チャンバーを有する装置に入れた。ここで、図3で示さ
れる装置について簡単に説明する。図3の装置を上から
見た様子は図3(B)に示される。この装置では、3つ
のチャンバーがある。チャンバー2は基板をセットもし
くは取り出すための予備室である。チャンバー1は本発
明の紫外光照射のためのチャンバーである。また、チャ
ンバー3はレーザーアニールのためのチャンバーであ
る。
が示される。各チャンバーは独立に真空排気装置が設け
られている。また、チャンバー1には酸素ボンベ、亜酸
化窒素ボンベ、およびオゾナイザーより酸素ガス、亜酸
化窒素ガス、オゾンガスが供給される。一方、チャンバ
ー3には窒素、水素、酸素が各ボンベから供給される。
チャンバー2には基板4を出し入れするための扉7が設
けられている。チャンバー2には、最高3枚までの基板
が収納できる。基板はヒーター付の基板ホルダー5に乗
せられて各チャンバーを移動する。
8が設けられている。チャンバー1の外側には水銀ラン
プ12が設けられている。さらに、図には示されていな
いがチャンバー1にはRF電極が設けられており、チャ
ンバー1内にRF放電を発生できるようになっている。
また、チャンバー3には、エキシマーレーザー装置9よ
り放射されたレーザー光がミラー10、レンズ11等を
経て、チャンバー3内に照射されるようになっている。
後、最初、チャバー1に送られて、紫外線照射処理がお
こなわれる。次に、基板は再びチャンバー2に戻された
後、チャンバー3に送られ、レーザーアニール処理がお
こなわれる。そして、チャンバー2に戻されて、基板は
取り出される。本実施例の紫外光照射およびレーザーア
ニール工程はこのような装置を用いておこなわれた。再
び、図2に戻って、本実施例の作製工程について説明す
る。まず、図3のチャンバー1において、酸素ガス(O
2 )を0.1〜10リットル/分、例えば、1リットル
/分流しながら、0.01〜1気圧、好ましくは0.0
5〜0.1気圧、また、基板温度を室温〜500℃、好
ましくは50〜350℃、より好ましくは200〜30
0℃に保ち、さらに、10〜100W、例えば、50W
のRF電力を投入して、雰囲気を放電せしめた。そし
て、この状態で、水銀ランプによる紫外光を照射した。
紫外光の強度は100〜200mW/cm2とした。処
理時間は5〜30分、例えば、10分とした。
からレーザー光を照射して、レーザーアニールをおこな
い、ドーピングされた不純物を活性化した。本実施例で
は、レーザー照射において、ドーピングされた不純物領
域とオフセット領域の境界にもレーザー光が照射される
ので、従来、問題となっていた境界部での準位の発生を
抑制することができた。(図2(E)) 続いて、厚さ5000Åの酸化珪素膜211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TFTのソース領
域、ドレイン領域の電極・配線212、213を形成し
た。最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分の
アニールをおこなった。以上の工程によって薄膜トラン
ジスタが完成した。なお、本実施例ではオフセット領域
の幅は、多孔質陽極酸化物の幅5000Åに、バリヤ型
陽極酸化物の厚さ1000Åを加えた約6000Åであ
った。(図2(F))
来の方法によるTFTに比較して、信頼性、特性の両面
で優れたTFTを得ることができた。実施例2では、図
3のような複数のチャンバーを有する装置によっておこ
なった。しかし、より設備投資規模を小さくするには、
レーザーアニールに用いるチャンバー(通常、石英窓が
設けられており、紫外光を入射することが可能である)
を用いて、レーザーアニールと同じチャンバーでおこな
ってもよい。
プラズマ処理装置を用いても本発明を実施することが可
能である。また、本発明をおこなうチャンバーに、プラ
ズマCVD装置のチャンバーやスパッタ装置のチャンバ
ー、ドーピング装置のチャンバーを接続してもよい。こ
のように、本発明は設備投資の額を実施するものの都合
に合わせて加減でき、また、その効果は投資額以上に大
きい。以上、述べたように、本発明は工業上、有益であ
ると信ずるものである。
す。(実施例1)
す。(実施例2)
の例を示す。
ニウム) 106・・・陽極酸化物(酸化アルミニウム) 107、108・・・不純物領域 109・・・層間絶縁物(酸化珪素) 110、111・・・金属配線・電極(窒化チタン/ア
ルミニウム)
Claims (4)
- 【請求項1】 基板上に形成された活性領域上にアルミ
ニウムを主成分とするゲイト電極を形成する第1の工程
と、 該ゲイト電極を陽極酸化することによって、該ゲイト電
極の少なくとも側面にアルミニウム酸化物を主成分とす
る陽極酸化物を得る第2の工程と、 該ゲイト電極に酸化性雰囲気において紫外光を照射する
第3の工程と、を有することを特徴とする薄膜トランジ
スタの作製方法。 - 【請求項2】 基板上に形成された活性領域上にアルミ
ニウムを主成分とするゲイト電極を形成する第1の工程
と、 該ゲイト電極を陽極酸化することによって、該ゲイト電
極の少なくとも側面にアルミニウム酸化物を主成分とす
る陽極酸化物を得る第2の工程と、 該ゲイト電極を酸化性雰囲気のプラズマ中に放置する第
3の工程と、を有することを特徴とする薄膜トランジス
タの作製方法。 - 【請求項3】 請求項1もしくは2の第3の工程におい
て、該ゲイト電極の少なくとも側面にはバリヤ型の陽極
酸化物が残っていることを特徴とする薄膜トランジスタ
の作製方法。 - 【請求項4】 請求項1もしくは2の第3の工程におい
て、第3の工程の際の基板温度を室温〜500℃とする
ことを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02225595A JP3495806B2 (ja) | 1994-01-17 | 1995-01-17 | 薄膜トランジスタの作製方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1701594 | 1994-01-17 | ||
JP6-17015 | 1994-01-17 | ||
JP02225595A JP3495806B2 (ja) | 1994-01-17 | 1995-01-17 | 薄膜トランジスタの作製方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07245412A true JPH07245412A (ja) | 1995-09-19 |
JP3495806B2 JP3495806B2 (ja) | 2004-02-09 |
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JP (1) | JP3495806B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006501636A (ja) * | 2002-04-18 | 2006-01-12 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 走査による熱束処理 |
JP2011140692A (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-21 | Iwatani Internatl Corp | アルミニウムの表面処理方法 |
-
1995
- 1995-01-17 JP JP02225595A patent/JP3495806B2/ja not_active Expired - Fee Related
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