JPH07263704A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタおよびその製造方法Info
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Abstract
の低減が図れると共に製造プロセスの簡略化が図れる薄
膜トランジスタを提供する。 【構成】 絶縁性基板1の上に多結晶状態の第1の半導
体層2が形成され、その上に、間に第1の絶縁膜3を介
してゲート電極5が形成されている。ゲート電極5の上
には第2の絶縁膜6が形成され、その上で分断されて第
1の半導体層2に少なくとも一部が接する状態で、不純
物が高濃度にドープされた第2の半導体層7a、7bが
堆積されている。分断された第2の半導体層7a、7b
の各々に接してソース電極およびドレイン電極を構成す
る金属層が形成されている。第2の半導体層が堆積する
ことにより形成されているので、不純物のイオンドーピ
ングを高濃度で行う必要が無い。
Description
絵素選択用のスイッチング素子や液晶駆動用のドライバ
ー素子として用いられる薄膜トランジスタ(以下TFT
と称する)およびその製造方法に関する。
力であることから様々な分野で広く用いられている。こ
のような液晶表示装置の内、スイッチング素子や駆動素
子としてTFTを用いたものは、コントラストが高く、
応答速度を速くできる等、高性能を有しているので、主
にパーソナルコンピューターの表示部や携帯用テレビ等
に利用され、近年市場規模が大きく伸びている。
の半導体層に多結晶シリコン(ポリシリコン:以下p−
Siと称する)を用いた液晶表示装置は、従来の非晶質
シリコン(アモルファスシリコン:以下a−Siと称す
る)を用いたものに比べて、さらに低消費電力および高
速応答が可能であるという利点を有するので、将来のマ
ルチメディア対応の液晶表示装置として有望視されてい
る。
Tの一例を示す。このTFT32は、ガラス基板21上
に、チャネル部22および不純物が高濃度にドープされ
たSi層26を含むp−Si半導体層35が形成されて
いる。このp−Si半導体層35の上を覆うように第1
の絶縁膜23が形成され、その上でチャネル部22と対
向するように、ゲート配線24から分岐されたゲート電
極25が形成されている。さらに、ゲート電極25を覆
うように基板のほぼ全面に、第2の絶縁膜27が形成さ
れている。
とは、p−Si層26に達するように一部が除去されて
いる。第2の絶縁膜27の上には、ソース配線30から
分岐されたソース電極28および画素電極31に接続さ
れたドレイン電極29が形成されており、第1の絶縁膜
23と第2の絶縁膜27の除去部においてp−Si半導
体層35に接続されている。上記不純物が高濃度にドー
プされたSi層26が形成されていることにより、p−
Si半導体層35と、金属層からなるソース電極28お
よびドレイン電極29とのオーミックコンタクトが良好
に形成される。このTFT32は、以下のようにして製
造される。
にCVD(化学気相成長)法によりSi膜を被着形成
し、これをパターニングして半導体層35を形成する。
ザーアニールによって固相成長させて多結晶Si膜と
し、その上にスパッタリングにより第1の絶縁膜23と
してSiO2を被着形成する。
リン等の不純物を高濃度に含んだn+Si膜を被着し、
これをパターニングしてゲート配線24およびゲート電
極25を形成する。
表面にリン等の不純物イオンを高濃度にドーピングし
て、半導体層35に不純物イオンが高濃度にドープされ
たn+Siまたはp+Si層26を形成する。この場合、
ボロン等のIII族元素を不純物として用いるとp+S
i層26が得られ、リン等のV族元素を不純物として用
いるとn+Si層26が得られる。
り、SiO2からなる第2の絶縁膜27を形成し、第1
の絶縁膜23および第2の絶縁膜27の一部をエッチン
グすることによりn+Siまたはp+Si層26の一部を
露出させてコンタクトホールを形成する。
を被着形成し、これをパターニングして、ソース配線3
0、ソース電極28およびドレイン電極29を形成す
る。ソース電極28およびドレイン電極29はそれぞ
れ、第1の絶縁膜23および第2の絶縁膜27の除去部
を通じてn+Siまたはp+Si層26の露出部と接する
ように形成される。
ITO(Indium Tin Oxide)透明導電
膜等を被着形成して画素電極31を形成する。
−Si TFTは、半導体層における電界効果移動度を
高くすることができるので、高いON電流が得られると
いう利点を有する。その反面、OFF電流が高くなっ
て、ON/OFF比が小さくなって良好なTFT特性を
得られないという問題点を有する。
チャネル部22の幅をゲート電極25の幅よりも大きく
してオフセット領域37を形成するオフセット構造が考
えられている。または、図10のようにチャネル部22
とリンを高濃度にドープしたn+Si層26との間に、
リンのドープ量を少なくして形成したn-Siからなる
LDD(Lightly Doped Drain)領
域38を形成するLDD構造等によりOFF電流の低減
が図られている。このLDD構造のTFTについては、
例えば特公平3ー38755号公報(セイコーエプソン
株式会社)等に記載されている。
においては、いずれもコンタクト領域となるn+Siま
たはp+Si層26を形成するために、不純物を高濃度
にドープさせている。このため、高加速電圧、長時間の
イオンドーピングを行う必要があり、他の膜、例えば絶
縁膜へのダメージが大きくなって膜の剥がれや電流リー
クの原因となる。なお、不純物の高濃度ドープを行う場
合における条件としては、例えば電圧は60〜100k
eV、ドーズ量は1015〜1017個/cm2としてあ
る。
の低いn-Siまたはp-SiからなるLDD領域38を
形成するためのマスクを形成工程が必要であり、オフセ
ット構造のTFTでは、オフセット領域37を形成する
ためのマスク形成工程が必要となるので、いずれも製造
が繁雑になるという問題がある。
めになされたものであり、絶縁膜等へのダメージが少な
く、OFF電流の低減が図れると共に製造プロセスの簡
略化が図れる薄膜トランジスタおよびその製造方法を提
供することを目的とする。
タは、絶縁性基板の上に多結晶状態の第1の半導体層が
形成され、該第1の半導体層の上に、間に第1の絶縁膜
を介してゲート電極が形成され、該ゲート電極を覆うよ
うに第2の絶縁膜が形成され、該第2の絶縁膜の上で分
断され、かつ、該第1の半導体層に少なくとも一部が接
する状態で、不純物が高濃度にドープされた第2の半導
体層が堆積され、分断された第2の半導体層の各々に接
してソース電極およびドレイン電極を構成する金属層が
形成されているので、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
の半導体層にドープされている不純物が、III族元素ま
たはV族元素である構成とすることができる。
の半導体層の一部が前記第2の半導体層と同一の導電型
の不純物が低濃度にドープされている構成とすることが
できる。
の半導体層と、前記ソース電極およびドレイン電極を構
成する金属層とが、同一形状にパターン形成されている
構成とすることができる。
の半導体層のうち少なくとも前記第1の半導体層と接し
ている部分が、該第1の半導体層の結晶性を利用してエ
ピタキシャル成長した多結晶状態である構成とすること
ができる。
絶縁性基板上に、多結晶状態の第1の半導体層を形成す
る工程と、該第1の半導体層を覆うように、第1の絶縁
膜を形成する工程と、該第1の半導体層の上方の第1の
絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、該ゲート電
極を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と、該第1
の半導体層を露出させるように、該第1の絶縁膜の一部
を除去する工程と、該第2の絶縁膜の上で分断され、か
つ、該第1の半導体層の露出部と接する状態で、不純物
が高濃度にドープされた第2の半導体層を堆積する工程
と、分断された第2の半導体層の各々に接してソース電
極およびドレイン電極を構成する金属層を形成する工程
とを含むので、そのことにより上記目的が達成される。
て、前記第2の半導体層のうち少なくとも前記第1の半
導体層と接している部分を、アニールにより該第1の半
導体層の結晶性を利用して多結晶状態に成長させるよう
にしてもよい。
て、前記第2の半導体層のうち少なくとも前記第1の半
導体層と接している部分を該第1の半導体層の結晶性を
利用して多結晶状態に成長させるアニール工程と、該第
2の半導体層に含まれる不純物を活性化させるアニール
工程とを同一工程として行うようにしてもよい。
およびドレイン電極と第1の半導体層とのコンタクト部
となるn+Si層またはp+Si層が、イオンドーピング
ではまく第2の半導体層を堆積することにより形成され
ている。このため、絶縁膜または金属膜等、他の膜に対
するダメージを小さくすることができる。
としては、ボロン等のIII族元素またはリン等のV族元
素のいずれも用いることができる。
と同一の導電型の不純物を低濃度にドープすることによ
りLDD構造のTFTとすることができる。
イン電極を構成する金属層とは、同時にパターン形成す
ることができる。よって、マスクの形成工程を増加させ
ることなくオフセット構造またはLDD構造のTFTと
することができ、OFF電流の低減を図ることができ
る。
第1の半導体層と接している部分をアニールすることに
より、第1の半導体層の結晶性を利用してエピタキシャ
ル成長した多結晶状態にすることもできる。このため、
第2の半導体層が高抵抗であるために生じるON電流の
低下や電界効果移動度の低下を防ぐことができる。
ニール工程と、第2の半導体層に含まれる不純物を活性
化させるアニール工程とは、同一工程として行うことが
できるので製造工程を増やす必要が無い。
ついて説明する。
平面図であり、図2は図1のA−A’線断面図である。
性基板1上に、p−Siからなるチャネル層(第1の半
導体層)2が形成され、その上に、基板全面にSiO2
等からなる第1の絶縁膜3が形成されている。第1の絶
縁膜3上のチャネル層2上方には、ゲート配線4から分
岐されたゲート電極5が形成され、ゲート電極25を覆
うように基板のほぼ全面に、Si02等からなる第2の
絶縁膜6が形成されている。
は、チャネル層2に達するように一部除去されている。
第2の絶縁膜6の上にはコンタクト層(第2の半導体
層)7a、7bが堆積され、第1の絶縁膜3と第2の絶
縁膜6の除去部においてチャネル層2と接続されてい
る。さらにその上に、ソース配線10から分岐されたソ
ース電極18、およびITO等からなる画素電極11に
接続されたドレイン電極19が形成されている。
12の製造工程を示す。
に、減圧CVD法等により厚み50〜150nmのSi
膜を全面に形成する。このSi膜に、例えば600℃、
24時間の加熱を行って固相成長を促し、またはエキシ
マレーザによりSiを融解・凝固させて、多結晶化させ
る。得られたp−Si膜に、ホトレジスト膜などを用い
てパターニングおよびエッチングを行い、図3(a)に
示すようなp−Si膜からなるチャネル層2を形成す
る。尚、この工程において、パターニングの後で多結晶
化工程を行ってもよい。
リング法やTEOS法等により、第1の絶縁膜3となる
SiO2膜を厚み100nmで基板全面に形成する。そ
の上に、リン等の不純物を高濃度に含んだn+Siを被
着形成し、パターニングおよびエッチングを行うことに
より、ゲート配線4およびゲート電極5を形成する。こ
の場合の不純物の高濃度の範囲としては、例えば1017
〜1019個/cm3である。また、このゲート配線4お
よびゲート電極5は、AlまたはTi等の金属膜により
形成してもよい。
より、第2の絶縁膜6となるSiO2膜を厚み500n
mで基板全面に形成し、第1の絶縁膜3と共にパターニ
ングおよびエッチングを行うことにより、図3(c)に
示すようにチャネル層2の一部を露出させる。この露出
部分の端からゲート電極5の端までがオフセット領域1
7になるので、このパターニング工程は高精度で行う必
要がある。
に、リン等の不純物を高濃度に含んだn+Siを厚み数
10nmで被着形成し、パターニングおよびエッチング
を行うことにより、図3(d)に示すようなコンタクト
層7a、7bを形成する。
たはTi等の金属層を厚み300nmで形成し、これを
パターニングおよびエッチングを行うことにより図3
(e)に示すようなソース電極8、ドレイン電極9およ
びソース配線10を形成する。最後に、透明導電膜であ
るITOを基板上に形成し、パターニングおよびエッチ
ングを行うことにより、図3(f)に示すような画素電
極11を形成する。
7a、7bを堆積により形成しているので、高加速電圧
または長時間のイオンドーピングを行う必要がない。よ
って、絶縁膜または金属膜等、他の膜に対してダメージ
を与えず、膜の剥離や電流リークが生じなかった。
ゲート電極5の端部までがオフセット領域17となるの
で、低OFF電流とすることができた。さらに、チャネ
ル層2とソース電極8およびドレイン電極9との間にコ
ンタクト層7a、7bが設けられているので、これらの
間にオーミックコンタクトが取れ、良好な特性を得るこ
とができた。
平面図であり、図5は図1のB−B’線断面図である。
縁性基板1上に、不純物が低濃度にドープされたp−S
i層(以下LD−Si層と称する)20およびp−Si
からなるチャネル層2を有する第1の半導体層15が形
成され、その上に、基板全面にSiO2等からなる第1
の絶縁膜3が形成されている。第1の絶縁膜3上のチャ
ネル層2上方には、ゲート配線4から分岐されたゲート
電極5が形成され、ゲート電極25を覆うように基板の
ほぼ全面に、Si02等からなる第2の絶縁膜6が形成
されている。
は、LD−Si層20に達するように一部除去されてい
る。第2の絶縁膜6の上にはコンタクト層(第2の半導
体層)7a、7bが堆積され、第1の絶縁膜3と第2の
絶縁膜6の除去部においてLD−Si層20と接続され
ている。さらにその上に、ソース配線10から分岐され
たソース電極18、およびITO等からなる画素電極1
1に接続されたドレイン電極19が形成されている。
の製造工程を示す。
に、減圧CVD法等により厚み50〜150nmのSi
膜を全面に形成する。このSi膜に、例えば600℃、
24時間の加熱を行って固相成長を促し、またはエキシ
マレーザによりSiを融解・凝固させて、多結晶化させ
る。得られたp−Si膜に、ホトレジスト膜などを用い
てパターニングおよびエッチングを行い、図6(a)に
示すようなp−Si膜からなる第1の半導体層25を形
成する。尚、この工程において、パターニングの後で多
結晶化工程を行ってもよい。
リング法やTEOS法等により、第1の絶縁膜3となる
SiO2膜を厚み100nmで基板全面に形成する。そ
の上に、リン等の不純物を高濃度に含んだn+Siを被
着形成し、パターニングおよびエッチングを行うことに
より、ゲート配線4およびゲート電極5を形成する。こ
のゲート配線4およびゲート電極5は、AlまたはTi
等の金属膜により形成してもよい。
極5を自己整合パターンとして、イオンドーピング法に
より、第1の半導体層25に、リン等の不純物を低濃度
にドープしてLD−Si層20を形成する。この時、ゲ
ート電極5下部の第1の半導体層25は不純物がドープ
されず、チャネル層2となる。上記LD−Si層20に
含まれる不純物の低濃度の範囲としては、例えば1014
〜1016個/cm3である。また、ドーピングされる不
純物は、LD−Si層20とコンタクト層7a、7bと
を同一の導電型とするものを用いる。なお、この実施例
では、ドーピングの際の条件としては、例えば加速電圧
は60〜100keV、ドーズ量は1012〜1014個/
cm2とした。
より、第2の絶縁膜6となるSiO2膜を厚み500n
mで基板全面に形成し、第1の絶縁膜3と共にパターニ
ングおよびエッチングを行うことにより、図6(d)に
示すようにLD−Si層20の一部を露出させる。この
露出部分の端からゲート電極5の端までがLDD領域1
8になるので、このパターニング工程は高精度で行う必
要がある。
に、リン等の不純物を高濃度に含んだn+Siを厚み数
10nmで被着形成し、パターニングおよびエッチング
を行うことにより、図6(e)に示すようなコンタクト
層7a、7bを形成する。この場合の不純物の高濃度の
範囲としては、例えば1017〜1019個/cm3であ
る。 次に、スパッタリング法等により、AlまたはT
i等の金属層を厚み300nmで形成し、これをパター
ニングおよびエッチングを行うことにより図6(f)に
示すようなソース電極8、ドレイン電極9およびソース
配線10を形成する。 最後に、透明導電膜であるIT
Oを基板上に形成し、パターニングおよびエッチングを
行うことにより、図6g(f)に示すような画素電極1
1を形成する。 このTFT12’においては、コンタ
クト層7a、7bを堆積により形成しており、LD−S
i層20を形成する工程は低電圧または低ドーズ量のイ
オンドーピングを行うだけである。よって、絶縁膜また
は金属膜等、他の膜に対してダメージを与えず、膜の剥
離や電流リークが生じなかった。
部からゲート電極5の端部までがLDD領域18となる
ので、低OFF電流とすることができた。さらに、チャ
ネル層2とソース電極8およびドレイン電極9との間に
コンタクト層7a、7bが設けられているので、これら
の間にオーミックコンタクトが取れ、良好な特性を得る
ことができた。
が、本発明は上記実施例1、2に限定されるものではな
く、各種の変形が可能である。
る不純物としては、ボロン等のIII族元素またはリン等
のV族元素を用いることができる。III族元素を用いた
場合にはp+Si層が形成され、V族元素を用いた場合
にはn+Si層が形成される。
てもよい。例えば、コンタクト層7a、7bの形成後、
400℃以上の温度で熱アニールを行うことにより、チ
ャネル層2の結晶を結晶成長核として、チャネル層2に
接する部分から順にエピタキシャル成長させて多結晶化
させることができる。また、エキシマレーザを50〜6
00mJ/cm2、好ましくは100〜400mJ/c
m2の条件でコンタクト層7a、7bに照射することに
より、同様に多結晶化させることができる。エキシマレ
ーザの条件は、50mJ/cm2未満ではSiが充分に
融解しないので多結晶化が起こらず、600mJ/cm
2を超える場合には絶縁膜や半導体層等にダメージを与
えるので、この範囲に設定した。このようにコンタクト
層7a、7bを多結晶化させることにより、コンタクト
層7a、7bが高抵抗であるために生じるON電流の低
下や電界効果移動度の低下を防ぐことができる。また、
このアニール工程を行うことにより、コンタクト層7
a、7bに含まれる不純物を活性化することができるの
で、さらに寄生抵抗を少なくすることができる。
ス配線10のパターニングおよびエッチング工程は、コ
ンタクト層7a、7bのエッチングおよびパターニング
工程と同時に行うことができる。この場合、不純物を多
く含んだSi層の堆積後、連続して金属層を形成し、同
一パターンでエッチングを行う。この方法によれば、製
造工程を少なくすることができる。
画素のスイッチング素子として用いられるだけでなく、
液晶パネルの外周部に設置して液晶駆動用のドライバー
TFTとして用いることもできる。この場合には、画素
電極11を形成する必要はない。
によれば、不純物が高濃度にドープされたコンタクト層
を堆積することにより形成しているので、高濃度のイオ
ンドーピング工程を行う必要が無い。よって、絶縁膜に
対するダメージを与えることなく良好なTFT特性を得
ることができる。得られるTFTは、オフセット構造や
LDD構造とすることができるので、OFF電流を低減
させることができる。コンタクト層が形成されているの
で、チャネル部とソース電極およびドレイン電極との間
にオーミックコンタクトを取ることができる。また、こ
のコンタクト層は、アニール工程を経ることにより、チ
ャネル層を構成するp−Si半導体層の結晶性を反映さ
せて多結晶状態にすることができる。よって、ソース電
極およびドレイン電極間の抵抗を低くして良好なコンタ
クトを取ることができ、ON電流の低下や電界効果移動
度の低下を防ぐことができる。このアニール工程を行う
ことにより、コンタクト層に含まれる不純物を活性化す
ることができるので、さらに寄生抵抗を少なくしてTF
Tの特性を向上させることができる。コンタクト層のパ
ターニング工程は、ソース電極およびドレイン電極のパ
ターニング工程と同時に行うことができ、製造工程を少
なくすることができる。
る。
断面図である。
る。
断面図である。
す断面図である。
断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 絶縁性基板の上に多結晶状態の第1の半
導体層が形成され、該第1の半導体層の上に、間に第1
の絶縁膜を介してゲート電極が形成され、該ゲート電極
を覆うように第2の絶縁膜が形成され、該第2の絶縁膜
の上で分断され、かつ、該第1の半導体層に少なくとも
一部が接する状態で、不純物が高濃度にドープされた第
2の半導体層が堆積され、分断された第2の半導体層の
各々に接してソース電極およびドレイン電極を構成する
金属層が形成されている薄膜トランジスタ。 - 【請求項2】 前記第2の半導体層にドープされている
不純物が、III族元素またはV族元素である請求項1に
記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項3】 前記第1の半導体層の一部が前記第2の
半導体層と同一の導電型の不純物が低濃度にドープされ
ている請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項4】 前記第2の半導体層と、前記ソース電極
およびドレイン電極を構成する金属層とが、同一形状に
パターン形成されている請求項1に記載の薄膜トランジ
スタ。 - 【請求項5】 前記第2の半導体層のうち少なくとも前
記第1の半導体層と接している部分が、該第1の半導体
層の結晶性を利用してエピタキシャル成長した多結晶状
態である請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項6】 絶縁性基板上に、多結晶状態の第1の半
導体層を形成する工程と、 該第1の半導体層を覆うように、第1の絶縁膜を形成す
る工程と、 該第1の半導体層の上方の第1の絶縁膜の上にゲート電
極を形成する工程と、 該ゲート電極を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程
と、 該第1の半導体層を露出させるように、該第1の絶縁膜
の一部を除去する工程と、 該第2の絶縁膜の上で分断され、かつ、該第1の半導体
層の露出部と接する状態で、不純物が高濃度にドープさ
れた第2の半導体層を堆積する工程と、 分断された第2の半導体層の各々に接してソース電極お
よびドレイン電極を構成する金属層を形成する工程と、 を含む薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項7】 前記第2の半導体層のうち少なくとも前
記第1の半導体層と接している部分を、アニールにより
該第1の半導体層の結晶性を利用して多結晶状態に成長
させる請求項6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項8】 前記第2の半導体層のうち少なくとも前
記第1の半導体層と接している部分を該第1の半導体層
の結晶性を利用して多結晶状態に成長させるアニール工
程と、該第2の半導体層に含まれる不純物を活性化させ
るアニール工程とを同一工程として行う請求項6または
7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5409994A JP3603968B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5409994A JP3603968B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07263704A true JPH07263704A (ja) | 1995-10-13 |
JP3603968B2 JP3603968B2 (ja) | 2004-12-22 |
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JP (1) | JP3603968B2 (ja) |
Cited By (5)
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- 1994-03-24 JP JP5409994A patent/JP3603968B2/ja not_active Expired - Fee Related
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