JPH09326495A

JPH09326495A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09326495A
Application number: JP31840396A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Shibuya; 司渋谷; Katsumasa Ikubo; 克昌井窪
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】コストの増加を招くことなく、ＬＤＤ構造を
有する薄膜トランジスタと同様の効果を有する薄膜トラ
ンジスタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁性基板１に遮光層２を形成し、チャ
ネル領域３と高抵抗にする領域４とを遮光できるように
パターンを形成する。次に、絶縁膜５を形成した後、非
晶質シリコン薄膜を形成して結晶化し、多結晶シリコン
薄膜６を得る。さらに、ゲート絶縁膜７及びゲート電極
８を形成した後、多結晶シリコン薄膜６に不純物イオン
を注入し、ゲート電極８をマスクとして絶縁性基板１の
裏面からレーザー光を照射し、不純物イオンを活性化す
る。そして、低抵抗領域１０及び高抵抗領域１１を形成
し、層間絶縁膜１２、ソース電極１３及びドレイン電極
１４を形成して、ＬＤＤ構造と同様の性能を有する薄膜
トランジスタを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁性
基板上に設けられる薄膜トランジスタ及びその製造方法
に関するもので、特にアクティブマトリクス型の液晶表
示装置及びイメージセンサー等に利用できる非晶質シリ
コン薄膜を多結晶化したシリコン薄膜を活性領域に用い
る薄膜トランジスタ及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ガラス等の絶縁性基板上に薄膜トランジ
スタを有する半導体装置としては、薄膜トランジスタを
各画素用のスイッチング素子及びそのスイッチング素子
のための周辺駆動回路に用いるアクティブマトリクス型
液晶表示装置並びにイメージセンサー等が知られてい
る。

【０００３】これらの装置に用いられる薄膜トランジス
タには、シリコン薄膜を用いることが一般的である。シ
リコン薄膜としては、非晶質シリコン薄膜からなるもの
と結晶性を有するシリコン薄膜からなるものとの二つに
大別される。

【０００４】非晶質シリコン薄膜は、成膜温度が低く、
化学的気相成長法で比較的容易に作製することが可能で
あることから、量産性に富み、最も一般的に用いられて
いる。しかし、導電性等の物性が結晶性を有する多結晶
シリコン薄膜に比べて劣っている。

【０００５】したがって、より優れた高速特性等を有す
る高性能な薄膜トランジスタを得るため、多結晶シリコ
ン薄膜を用いた薄膜トランジスタの製造方法の確立が強
く求められている。

【０００６】現在一般的に知られている多結晶シリコン
薄膜を用いた薄膜トランジスタの製造方法は、図４
（ａ）に示すように、絶縁性基板２１に絶縁膜２５を形
成した後、非晶質シリコン薄膜を成膜し、６００℃以上
の温度で数十時間の熱アニールを行って多結晶シリコン
薄膜２６を形成し、または非晶質シリコン薄膜を成膜
し、レーザー光を照射することによって多結晶シリコン
薄膜２６を形成して、ゲート絶縁膜２７及びゲート電極
２８を形成する。

【０００７】次に、図４（ｂ）に示すように、イオンド
ーピング法によってソース領域及びドレイン領域の多結
晶シリコン薄膜２６に不純物イオンを注入し、不純物イ
オンを含む多結晶シリコン薄膜２９とする。

【０００８】そして、図４（ｃ）に示すように、絶縁性
基板２１の表面からレーザー光を照射して不純物イオン
を活性化し、不純物イオンを活性化した多結晶シリコン
薄膜３６とした後、図４（ｄ）に示すように、層間絶縁
膜３２、ソース電極３３及びドレイン電極３４を形成す
るといった方法が一般的である。

【０００９】多結晶シリコン薄膜を用いた薄膜トランジ
スタは、多結晶シリコン薄膜への光の入射により、オフ
電流の増加及び閾値電圧の変化等の信頼性を低下させる
特性変動を生じるという問題点があるため、多結晶シリ
コン薄膜への光の入射を遮るように、チャネル領域２３
の下層に遮光層２２を設ける方法が用いられることがあ
る。

【００１０】一方、特開平５−８２５５３号公報に開示
されているように、シリコン薄膜の結晶化と不純物の活
性化とを同時に行うため、絶縁性基板の裏面からレーザ
ー光を照射する方法が提案されている。

【００１１】しかし、前述した方法によって多結晶シリ
コン薄膜を用いた薄膜トランジスタを作製した場合、多
結晶シリコン薄膜中の結晶粒界に存在するトラップ準位
を介してキャリアが移動し、リーク電流が発生してしま
う。

【００１２】リーク電流の低減方法としては、特開昭５
８−１０５５７４号公報に開示されているように、チャ
ネル領域に隣接する領域に不純物の低濃度領域を設ける
ことにより、チャネル領域とソース領域との接合部分及
びチャネル領域とドレイン領域との接合部分での電界の
集中を緩和させる方法（以下、ＬＤＤ構造と略記する）
が有効であることが知られている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図５に示すようなＬＤ
Ｄ構造を有する薄膜トランジスタを形成するためには、
不純物イオンの低濃度領域３７と不純物イオンの高濃度
領域３８とを形成するための工程として、ゲート電極２
８の周辺に側壁（サイドウォール）を形成する、または
ゲート電極２８の周辺にマスクパターンを形成するとい
った工程が別途必要となる。さらに、二度の不純物イオ
ンの注入工程が必要であるため、工程の増加は必須であ
り、コストの増加を招いてしまうという問題点を有して
いる。

【００１４】また、前述したように、チャネル領域２３
とソース領域との接合部分及びチャネル領域２３とドレ
イン領域との接合部分は電界が集中する領域であり、こ
の領域に光が照射された場合、キャリアが発生し、電界
によってキャリアが移動してリーク電流が発生してしま
うという問題点を有している。

【００１５】本発明は、コストの増加を招くことなく、
ＬＤＤ構造を有する薄膜トランジスタと同様の効果を有
する薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供すること
を目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明の請求項１記載の薄膜トランジスタは、
絶縁性基板上にシリコン薄膜からなる活性層が形成さ
れ、前記活性層はチャネル領域に隣接して高抵抗領域を
有する薄膜トランジスタにおいて、前記高抵抗領域は、
前記活性層に注入される不純物イオンが活性化されてい
ない領域であることを特徴としている。

【００１７】請求項２記載の薄膜トランジスタは、請求
項１記載の薄膜トランジスタにおいて、前記チャネル領
域及び前記高抵抗領域の下層に遮光層が形成されている
ことを特徴としている。

【００１８】請求項３記載の薄膜トランジスタの製造方
法は、絶縁性基板上に形成されたシリコン薄膜からなる
活性層のチャネル領域以外に不純物イオンを注入し、レ
ーザー光を照射することによって前記不純物イオンを活
性化させる薄膜トランジスタの製造方法において、前記
チャネル領域に隣接する領域の前記不純物イオンを活性
化しないことを特徴としている。

【００１９】請求項４記載の薄膜トランジスタの製造方
法は、請求項３記載の薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、前記チャネル領域に隣接する領域の下層に遮光層
を形成し、前記遮光層をマスクとして、前記絶縁性基板
の裏面から前記レーザー光を照射することを特徴として
いる。

【００２０】請求項５記載の薄膜トランジスタの製造方
法は、請求項３記載の薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、前記チャネル領域に隣接する領域の下層に遮光層
を形成し、前記遮光層をマスクとして、前記絶縁性基板
の裏面から露光することで前記活性層上にマスクパター
ンを形成し、前記マスクパターンをマスクとして、前記
絶縁性基板の表面から前記レーザー光を照射することを
特徴としている。

【００２１】本発明の薄膜トランジスタによれば、チャ
ネル領域に隣接して高抵抗領域を有し、高抵抗領域は活
性層に注入される不純物イオンが活性化されていない領
域であることにより、一度の不純物イオンの注入工程
で、二度の不純物イオンの注入工程を必要とするＬＤＤ
構造を有する薄膜トランジスタと同様の効果を有する薄
膜トランジスタを構成することができる。

【００２２】また、チャネル領域及び高抵抗領域の下層
に遮光層が形成されていることにより、チャネル領域と
ソース領域との接合部分及びチャネル領域とドレイン領
域との接合部分に光が照射されることを防ぎ、キャリア
の発生を抑制することで、電界によってキャリアが移動
して、リーク電流が発生することを低減することができ
る。

【００２３】本発明の薄膜トランジスタの製造方法によ
れば、チャネル領域に隣接する領域の不純物イオンを活
性化しないことにより、チャネル領域に隣接する領域
を、レーザー光を照射することによって不純物イオンを
活性化した領域よりも高抵抗領域とすることができ、Ｌ
ＤＤ構造を有する薄膜トランジスタと同様の効果を有す
る薄膜トランジスタを得ることができる。

【００２４】また、チャネル領域に隣接する領域の下層
に遮光層を形成し、遮光層をマスクとして、絶縁性基板
の裏面からレーザー光を照射することにより、不純物イ
オンを選択的に活性化させるためのマスクを用いること
なく、自己整合的にチャネル領域に隣接する領域を高抵
抗領域とすることができ、ＬＤＤ構造を有する薄膜トラ
ンジスタと同様の効果を有する薄膜トランジスタを得る
ことができる。

【００２５】また、チャネル領域に隣接する領域の下層
に遮光層を形成し、遮光層をマスクとして、絶縁性基板
の裏面から露光することで活性層上にマスクパターンを
形成し、マスクパターンをマスクとして、絶縁性基板の
表面からレーザー光を照射することにより、不純物イオ
ンを選択的に活性化させるためのマスクを用いることな
く、チャネル領域に隣接する領域を高抵抗領域とするこ
とができ、ＬＤＤ構造を有する薄膜トランジスタと同様
の効果を有する薄膜トランジスタを得ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１乃至図３を用いて、本発明の
実施の形態について説明する。

【００２７】（実施の形態１）図１及び図２を用いて、
本発明の実施の形態１について説明する。図１は本発明
に係わる薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図、図
２は本発明に係わる薄膜トランジスタを示す平面図であ
る。

【００２８】図１（ａ）に示すように、外形サイズが３
００×３００ｍｍのガラスからなる絶縁性基板１を洗浄
した後、Ｔａ等の金属からなる遮光層２をスパッタリン
グ法を用いて厚さ１００ｎｍ程度に堆積させ、チャネル
領域３と高抵抗にする領域４とを遮光できるようにパタ
ーンを形成する。

【００２９】次に、酸化シリコン膜または窒化シリコン
膜等からなる絶縁膜５を、化学的気相成長法またはスパ
ッタリング法を用いて厚さ１００〜１５０ｎｍ程度に堆
積させ、この絶縁膜５上に、化学的気相成長法を用いて
非晶質シリコン薄膜を厚さ５０〜１００ｎｍ程度に堆積
させる。そして、熱アニールまたはレーザー光を照射す
ることにより、非晶質シリコン薄膜を結晶化して多結晶
シリコン薄膜６を得る。

【００３０】さらに、酸化シリコン膜または窒化シリコ
ン膜等からなるゲート絶縁膜７を形成し、Ａｌ等からな
るゲート電極８を形成した後、図１（ｂ）に示すよう
に、イオンドーピング法により、ゲート電極８をマスク
として多結晶シリコン薄膜６に不純物イオンを注入し、
不純物イオンを含む多結晶シリコン薄膜９とする。

【００３１】そして、図１（ｃ）に示すように、遮光層
２をマスクとして絶縁性基板１の裏面からレーザー光を
照射し、不純物イオンを含む多結晶シリコン薄膜９の不
純物イオンを活性化する。レーザー光を照射することに
よって不純物イオンを活性化した領域は低抵抗領域１０
となり、遮光層２によってレーザー光を遮光し、不純物
イオンを活性化していない領域は高抵抗領域１１とな
る。

【００３２】この後、図１（ｄ）に示すように、層間絶
縁膜１２を形成してコンタクトホールを開口し、Ａｌ等
からなるソース電極１３及びドレイン電極１４を形成し
て、ＬＤＤ構造と同様の性能を有する薄膜トランジスタ
を得ることができる。

【００３３】本発明の遮光層２は、図２に示すように、
チャネル領域３と高抵抗領域１１とを遮光できるように
パターンを形成する。このとき、遮光層２における高抵
抗領域１１の幅を決める距離ｄは、多結晶シリコン薄膜
６及びゲート絶縁膜７の膜厚、膜質及び界面状態等の複
数のパラメーターに依存し、総合的な薄膜トランジスタ
の特性により決定される。本実施の形態においては、距
離ｄは０．５〜２μｍの範囲に設定する。

【００３４】（実施の形態２）図２及び図３を用いて、
本発明の実施の形態２について説明する。図３は本発明
に係わる他の薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図
である。

【００３５】図３（ａ）に示すように、外形サイズが３
００×３００ｍｍのガラスからなる絶縁性基板１を洗浄
した後、Ｔａ等の金属からなる遮光層２をスパッタリン
グ法を用いて厚さ１００ｎｍ程度に堆積させ、チャネル
領域３と高抵抗にする領域４とを遮光できるようにパタ
ーンを形成する。

【００３６】次に、酸化シリコン膜または窒化シリコン
膜等からなる絶縁膜５を、化学的気相成長法またはスパ
ッタリング法を用いて厚さ１００〜１５０ｎｍ程度に堆
積させ、この絶縁膜５上に、化学的気相成長法を用いて
非晶質シリコン薄膜を厚さ５０〜１００ｎｍ程度に堆積
させる。そして、熱アニールまたはレーザー光を照射す
ることにより、非晶質シリコン薄膜を結晶化して多結晶
シリコン薄膜６を得る。

【００３７】さらに、酸化シリコン膜または窒化シリコ
ン膜等からなるゲート絶縁膜７を形成し、Ａｌ等からな
るゲート電極８を形成した後、図３（ｂ）に示すよう
に、イオンドーピング法により、ゲート電極８をマスク
として多結晶シリコン薄膜６に不純物イオンを注入し、
不純物イオンを含む多結晶シリコン薄膜９とする。

【００３８】そして、図３（ｃ）に示すように、遮光層
２をマスクとして絶縁性基板１の裏面から露光を行い、
ゲート電極８の周囲に酸化シリコン膜等によるマスクパ
ターン１５を形成する。

【００３９】そして、図３（ｄ）に示すように、マスク
パターン１５をマスクとして絶縁性基板１の表面からレ
ーザー光を照射し、不純物イオンを含む多結晶シリコン
薄膜９の不純物イオンを活性化する。レーザー光を照射
することによって不純物イオンを活性化した領域は低抵
抗領域１０となり、マスクパターン１５によってレーザ
ー光を遮光し、不純物イオンを活性化していない領域は
高抵抗領域１１となる。

【００４０】この後、図３（ｅ）に示すように、マスク
パターン１５を除去し、層間絶縁膜１２を形成してコン
タクトホールを開口し、Ａｌ等からなるソース電極１３
及びドレイン電極１４を形成して、ＬＤＤ構造と同様の
性能を有する薄膜トランジスタを得ることができる。
尚、マスクパターン１５は除去せずに残存させておいて
も差し支えない。

【００４１】本発明の遮光層２は、図２に示すように、
チャネル領域３と高抵抗領域１１とを遮光できるように
パターンを形成する。このとき、遮光層２における高抵
抗領域１１の幅を決める距離ｄは、多結晶シリコン薄膜
６及びゲート絶縁膜７の膜厚、膜質及び界面状態等の複
数のパラメーターに依存し、総合的な薄膜トランジスタ
の特性により決定される。本実施の形態においては、距
離ｄは０．５〜２μｍの範囲に設定する。

【００４２】本実施の形態では、遮光層２をマスクとし
て自己整合的にマスクパターン１５を形成するため、マ
スクパターン１５を形成するためのフォトマスクが不要
となり、レーザー光を多結晶シリコン薄膜６の表面から
照射するため、レーザー光の大半は多結晶シリコン薄膜
６に吸収され、エネルギーロスを低く抑えて効率よく不
純物イオンの活性化を行うことができる。

【００４３】実施の形態１及び実施の形態２で説明した
薄膜トランジスタの製造方法は一例であり、これらに限
定されるものではなく、遮光層２、ゲート電極８、ソー
ス電極１３及びドレイン電極１４等に用いられる材料
は、ＴａまたはＡｌ以外であっても本発明の効果を損な
うことはない。また、絶縁性基板１は３００×３００ｍ
ｍよりも大きい基板であっても差し支えない。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明の薄膜トラ
ンジスタによれば、チャネル領域に隣接して高抵抗領域
を有し、高抵抗領域は活性層に注入される不純物イオン
が活性化されていない領域であることにより、ＬＤＤ構
造を有する薄膜トランジスタと同様の効果を有する薄膜
トランジスタを、ＬＤＤ構造を有する薄膜トランジスタ
よりも低コストで得ることができる。

【００４５】また、チャネル領域及び高抵抗領域の下層
に遮光層が形成されていることにより、リーク電流を低
減することができ、信頼性の高い薄膜トランジスタを得
ることができる。

【００４６】本発明の薄膜トランジスタの製造方法によ
れば、チャネル領域に隣接する領域の不純物イオンを活
性化しないことにより、ＬＤＤ構造を有する薄膜トラン
ジスタと同様の効果を有する薄膜トランジスタを、ＬＤ
Ｄ構造を有する薄膜トランジスタよりも少ない製造工程
で得ることができる。

【００４７】また、チャネル領域に隣接する領域の下層
に遮光層を形成し、遮光層をマスクとして、絶縁性基板
の裏面からレーザー光を照射することにより、不純物イ
オンを選択的に活性化させるためのマスクを用いること
なく、低コストかつ簡便にＬＤＤ構造を有する薄膜トラ
ンジスタと同様の効果を有する薄膜トランジスタを得る
ことができる。

【００４８】また、チャネル領域に隣接する領域の下層
に遮光層を形成し、遮光層をマスクとして、絶縁性基板
の裏面から露光することで活性層上にマスクパターンを
形成し、マスクパターンをマスクとして、絶縁性基板の
表面からレーザー光を照射することにより、不純物イオ
ンを選択的に活性化させるためのマスクを用いることな
く、低コストかつ簡便にＬＤＤ構造を有する薄膜トラン
ジスタと同様の効果を有する薄膜トランジスタを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係わる薄膜トランジ
スタの製造方法を示す工程図である。

【図２】本発明に係わる薄膜トランジスタを示す平面図
である。

【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明に係わる他の薄膜トラ
ンジスタの製造方法を示す工程図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は従来の薄膜トランジスタの製
造方法を示す工程図である。

【図５】従来のＬＤＤ構造を有する薄膜トランジスタを
示す断面図である。

【符号の説明】

１絶縁性基板２遮光層３チャネル領域４高抵抗にする領域５絶縁膜６多結晶シリコン薄膜７ゲート絶縁膜８ゲート電極９不純物イオンを含む多結晶シリコン薄膜１０低抵抗領域１１高抵抗領域１２層間絶縁膜１３ソース電極１４ドレイン電極１５マスクパターン２１絶縁性基板２２遮光層２３チャネル領域２５絶縁膜２６多結晶シリコン薄膜２７ゲート絶縁膜２８ゲート電極２９不純物イオンを含む多結晶シリコン薄膜３２層間絶縁膜３３ソース電極３４ドレイン電極３６不純物イオンを活性化した多結晶シリコン薄膜３７不純物イオンの低濃度領域３８不純物イオンの高濃度領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１６Ｎ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上にシリコン薄膜からなる活
性層が形成され、前記活性層はチャネル領域に隣接して
高抵抗領域を有する薄膜トランジスタにおいて、前記高
抵抗領域は、前記活性層に注入される不純物イオンが活
性化されていない領域であることを特徴とする薄膜トラ
ンジスタ。
【請求項２】前記チャネル領域及び前記高抵抗領域の
下層に遮光層が形成されていることを特徴とする請求項
１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】絶縁性基板上に形成されたシリコン薄膜
からなる活性層のチャネル領域以外に不純物イオンを注
入し、レーザー光を照射することによって前記不純物イ
オンを活性化させる薄膜トランジスタの製造方法におい
て、前記チャネル領域に隣接する領域の前記不純物イオ
ンを活性化しないことを特徴とする薄膜トランジスタの
製造方法。
【請求項４】前記チャネル領域に隣接する領域の下層
に遮光層を形成し、前記遮光層をマスクとして、前記絶
縁性基板の裏面から前記レーザー光を照射することを特
徴とする請求項３記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】前記チャネル領域に隣接する領域の下層
に遮光層を形成し、前記遮光層をマスクとして、前記絶
縁性基板の裏面から露光することで前記活性層上にマス
クパターンを形成し、前記マスクパターンをマスクとし
て、前記絶縁性基板の表面から前記レーザー光を照射す
ることを特徴とする請求項３記載の薄膜トランジスタの
製造方法。