JPH0824184B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は薄膜トランジスタの製造方法に関するもので
あって、多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造に適用
して最適なものである。
従来の技術 従来、低温プロセスにより多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタ(TFT)の製造は例えば次のような方法により行
われている。すなわち、まず第2A図に示すように、例え
ば融点が680℃程度のガラス基板1上にLPCVD法により60
0℃以下の温度で多結晶シリコン膜2を被着形成した
後、この多結晶シリコン膜2にSi+等の電気的に不活性
な元素のイオンをイオン注入することにより、第2B図に
示すように非晶質シリコン膜3とする。次に500〜600℃
の温度でアニールを行うことにより上記非晶質シリコン
膜3を固相成長させて結晶化を行う。その結果、第2C図
に示すように、多結晶シリコン膜2よりもその結晶粒の
大きさが大きい多結晶シリコン膜4が形成される。次に
第2D図に示すように、この多結晶シリコン膜4の所定部
分をエッチング除去して所定形状とした後、CVD法によ
り400℃程度で全面にSiO2膜5を被着形成し、次いでス
パッタ法により例えばMo膜6を被着形成する。次にこれ
らのMo膜6及びSiO2膜5の所定部分を順次エッチング除
去して、第2E図に示すように、所定形状のMo膜から成る
ゲート電極7及び所定形状のSiO2膜から成るゲート絶縁
膜8を形成する。次にこれらのゲート電極7及びゲート
絶縁膜8をマスクとして多結晶シリコン膜4にリン
(P)等のn型不純物を高濃度にイオン注入した後(多
結晶シリコン膜4中のPをoで表す)、600℃程度の温
度でアニールを行うことによりこの不純物を電気的に活
性化させて、第2F図に示すように、n+型のソース領域9
及びドレイン領域10を形成する。次に第2G図に示すよう
に、CVD法により400℃程度の温度で全面にパッシベーシ
ョン膜としてのSiO2膜11を被着形成し、次いでこのSiO2
膜11の所定部分をエッチング除去して開口11a,11bを形
成した後、これらの開口11a,11bを通じてAlから成る電
極12,13を被着形成して、nチャネル多結晶シリコンTFT
を完成させる。
上述の従来の低温プロセスによる多結晶シリコンTFT
の製造方法は次のような欠点を有している。すなわち、
非晶質シリコン膜3を固相成長させるためのアニール
と、ソース領域9及びドレイン領域10形成用の不純物を
電気的に活性化させるためのアニールとを別々に行わな
ければならないので、製造工程が簡便でない。また多結
晶シリコン膜4にイオン注入された上記不純物の一部
は、この多結晶シリコン膜4中の結晶粒界に存在する
が、この結晶粒界に存在する不純物はアニールによって
も電気的に活性化されにくいため、全体として不純物の
活性化率が低い。さらに多結晶シリコン膜4への不純物
のイオン注入の際には、注入不純物のチャネリングがあ
る程度生じてしまうのは避けられないので、その後のア
ニールにより形成されるソース領域9及びドレイン領域
10中の不純物の活性化率の均一性が悪い。
なおTFTに関する先行文献としては、日本応用物理学
会第45回学術講演会予稿集、14p−A−4〜14p−A−6
(1984)が挙げられる。
発明が解決しようとする問題点 本発明は、上述の問題にかんがみ、従来の薄膜トラン
ジスタの製造方法が有する上述のような欠点を是正した
薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とす
る。
問題点を解決するための手段 本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、所定の
イオン(例えばSi+)のイオン注入によって厚さ方向の
全体が非晶質化されると共に不純物(例えばリン)を電
気的に活性化させる熱処理によって上記全体が多結晶化
される膜厚に、多結晶の半導体薄膜(例えば多結晶シリ
コン膜2)を所定の基板(例えばガラス基板1)上に形
成する工程と、この多結晶の半導体薄膜に上記所定のイ
オンをイオン注入することにより、非晶質の半導体薄膜
(例えば非晶質シリコン膜3)を形成する工程と、この
非晶質の半導体薄膜上にゲート絶縁膜(例えばSiO2膜か
ら成るゲート絶縁膜8)及びゲート電極(例えばMo膜か
ら成るゲート電極7)を形成する工程と、これらのゲー
ト電極及びゲート絶縁膜をマスクとして、ソース領域及
びドレイン領域形成用の上記不純物を上記非晶質の半導
体薄膜に導入する工程と、この非晶質の半導体薄膜を固
相成長させると共に上記不純物を電気的に活性化させる
上記熱処理を行うことにより、上記非晶質の半導体薄膜
を多結晶化させると共に上記ソース領域及び上記ドレイ
ン領域を形成する工程とを具備している。
実施例 以下本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を多結
晶シリコンTFTの製造方法に適用した一実施例を図面に
基づいて説明する。なお以下の第1A図〜第1C図において
は、第2A図〜第2G図と同一部分には同一の符号を付し、
必要に応じてその説明を省略する。
まず第2A図と同様に、LPCVD法により580〜600℃程度
の温度でガラス基板1上に例えば膜厚800Åの多結晶シ
リコン膜2を被着形成する。
次にこの多結晶シリコン膜2にSi+を例えばエネルギ
ー40KeV、ドーズ量1〜5×1015cm-2程度の条件でイオ
ン注入することにより、第2B図と同様に非晶質シリコン
膜3を形成する。
次に第1A図に示すように、上記非晶質シリコン膜3の
所定部分をエッチングすることにより所定形状とした
後、第2D図と同様に、LPCVD法により例えば膜厚1000Å
のSiO2膜5を被着形成し、次いでスパッタ法により例え
ば膜厚3000ÅのMo膜6を全面に被着形成する。
次に第1B図に示すように、これらのMo膜6及びSiO2
5の所定部分を順次エッチング除去して、第2E図と同様
にゲート電極7及びゲート絶縁膜8を形成する。この
後、これらのゲート電極7及びゲート絶縁膜8をマスク
として非晶質シリコン膜3に例えばP+をイオン注入する
(非晶質シリコン膜3中のPをoで表す)。
次に第1C図に示すように、例えば600℃程度の温度で
アニールを行うことにより、非晶質シリコン膜3を固相
成長させて多結晶シリコン膜4を形成すると共に、注入
された上記Pを電気的に活性化させて、n+型のソース領
域9及びドレイン領域10を形成する。この後、第2G図と
同様に、パッシベーション膜としてのSiO2膜11、電極1
2,13を形成して、目的とするnチャネル多結晶シリコン
TFTを完成させる。
上述の実施例によれば、非晶質シリコン膜3の固相成
長と、ソース領域9及びドレイン領域10形成用の不純物
の活性化とを一度のアニールで同時に行っているので、
第2A図〜第2G図に示す従来の製造方法に比べてアニール
工程を一回省略することができ、このため製造工程を簡
略化することができる。また上述のアニール時において
は、非晶質シリコン膜3の固相成長と同時に注入不純物
の活性化が行われるので、アニールにより形成されるソ
ース領域9及びドレイン領域10中の不純物の活性化率は
従来に比べて均一である。
さらに上述のアニールによる非晶質シリコン膜3の固
相成長の際には、まずこの非晶質シリコン膜3中のPの
イオン注入部から核形成が起きやすく、この核が微小な
結晶に成長し、さらにより大きな結晶粒に成長するの
で、ソース領域9及びドレイン領域10中の結晶粒の大き
さを従来に比べて大きくすることができる。従って、結
晶粒界の面積が従来に比べて小さくなるので、この分だ
け不純物の活性化率を高くすることが可能である。のみ
ならず、上述の微小な結晶を種結晶として、非晶質シリ
コン膜3の表面と平行な方向に結晶成長が進行するた
め、上述の固相成長により得られる多結晶シリコン膜4
中の結晶粒の大きさは、TFTの動作時にチャネルが形成
されるチャネル領域4a(第1C図参照)において従来に比
べて特に大きくなる。従って、キャリアの移動度が従来
に比べて大きいTFTを得ることができる。
また上述の実施例においては、Si+等のイオン注入に
より多結晶シリコン膜2を一旦非晶質シリコン膜3とし
た後、この非晶質シリコン膜3にソース領域9及びドレ
イン領域10形成用の不純物をイオン注入しているで、注
入不純物のチャネリングがほとんど起こらない。従っ
て、従来に比べて注入不純物の分布がより均一となるの
で、これによってもソース領域9及びドレイン領域10中
の不純物の活性化率を従来に比べてより均一とすること
ができる。
以上本発明の一実施例につき説明したが、本発明は上
述の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的
思想に基づく種々の変形が可能である。例えば、多結晶
シリコン膜2を非晶質化するためのイオン注入用のイオ
ン種としては、上述の実施例で用いたSi+の他にF+等の
電気的に不活性な元素のイオンを用いてもよい。またソ
ース領域9及びドレイン領域10形成用の注入不純物のイ
オン種も上述の実施例で用いたP+に限定されるものでは
なく、必要に応じて他の種類のイオン種を用いてもよ
い。またゲート電極7の材料としては、Mo以外にW等の
他の種類の高融点金属や高融点金属ケイ化物等を用いる
ことも可能である。さらに必要に応じて多結晶シリコン
膜2の代わりに他の種類の多結晶半導体薄膜を用いるこ
とも可能である。
発明の効果 本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、
従来のように固相成長のための熱処理とソース領域及び
ドレイン領域形成用の不純物を電気的に活性化するため
の熱処理とを別々に行う必要がないので、従来に比べて
製造工程を簡略化することができる。また、ソース領域
及びドレイン領域形成用の不純物を非晶質の半導体薄膜
に導入しているので、この導入を例えばイオン注入で行
ってもチャネリングがほとんど発生せず、しかも、非晶
質の半導体薄膜の固相成長と導入不純物の活性化とを同
時に行っているので、ソース領域及びドレイン領域中の
不純物の活性化率を従来よりも均一にすることが可能で
ある。
更に、基板上に形成する多結晶の半導体薄膜が所定の
膜厚を有しており、厚さ方向の全体が一旦非晶質化され
た後に全体が再び多結晶化されるので、この多結晶化に
際して、半導体薄膜のうちで当初の多結晶のままの結晶
状態を受け継ぐことがない。このため、非晶質の半導体
薄膜から結晶粒の大きな多結晶の半導体薄膜に固相成長
させることができるので、ソース領域及びドレイン領域
中の不純物の活性化率を従来よりも高くすることが可能
であり、且つチャネル領域におけるキャリアの移動度を
従来よりも大きくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1A図〜第1C図は本発明に係る薄膜トランジスタの製造
方法をnチャネル多結晶シリコンTFTの製造に適用した
一実施例を工程順に示す断面図、第2A図〜第2G図は従来
の低温プロセスによる多結晶シリコンTFTの製造方法を
工程順に示す断面図である。 なお図面に用いた符号において、 1……ガラス基板 2,4……多結晶シリコン膜 3……非晶質シリコン膜 7……ゲート電極 8……ゲート絶縁膜 9……ソース領域 10……ドレイン領域 である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定のイオンのイオン注入によって厚さ方
    向の全体が非晶質化されると共に不純物を電気的に活性
    化させる熱処理によって上記全体が多結晶化される膜厚
    に、多結晶の半導体薄膜を所定の基板上に形成する工程
    と、 この多結晶の半導体薄膜に上記所定のイオンをイオン注
    入することにより、非晶質の半導体薄膜を形成する工程
    と、 この非晶質の半導体薄膜上にゲート絶縁膜及びゲート電
    極を形成する工程と、 これらのゲート電極及びゲート絶縁膜をマスクとして、
    ソース領域及びドレイン領域形成用の上記不純物を上記
    非晶質の半導体薄膜に導入する工程と、 この非晶質の半導体薄膜を固相成長させると共に上記不
    純物を電気的に活性化させる上記熱処理を行うことによ
    り、上記非晶質の半導体薄膜を多結晶化させると共に上
    記ソース領域及び上記ドレイン領域を形成する工程とを
    具備することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
    法。
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