JPH1098199A - シリサイドを用いたポリシリコン薄膜トランジスタ及び製造方法 - Google Patents
シリサイドを用いたポリシリコン薄膜トランジスタ及び製造方法Info
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Abstract
にその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板10と、前記基板上のポリシリコン
層11と、前記ポリシリコン層上のゲート絶縁膜13
と、前記絶縁膜上のゲート電極14と、そして前記ゲー
ト電極の両側の半導体層16上に形成されるソース及び
ドレイン電極15と、ドーピングされたニッケルシリサ
イド12とを備えることを特徴とするポリシリコン薄膜
トランジスタ。
Description
(TFT: Thin Film Transistor)及びその製造方法に関
し、特にシリサイド(silicide)を用いたポリシリコン薄
膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
いろの種類のメタルのうち、Mn、Ta、Ti、W、C
r等の高融点金属と、Co、Ni、Pd等の準貴金属等
が広く用いられている。高品質のシリサイドは、蝕刻と
形成が単純であり、強い化学的結合を有する。シリサイ
ドを形成する金属中の準貴金属は低温度(〜200℃)で
シリコンよりも金属が多いM2Si形態(ここで、Mは
金属を示す)にシリサイドを形成する。特に、ニッケル
シリサイドは、表面全体にわたって厚さの変化が小さ
く、細く、且つ長く形成される薄いシリサイド層を形成
し、どの地点でも一定の抵抗値を提供するため、ニッケ
ルはTFTの電極を形成するための物質として適当であ
る。特に、ニッケルはポリシリコンとの反応時の低い抵
抗のシリサイドを形成する。
ピクセル電極を駆動素子或いはSRAMでスイッチング
素子として広く用いられてきた。上記のようなTFTの
構造は、半導体層パターンの活性層の配置に応じて分類
される。その中のスタッガ型(staggered type)TFT
は、半導体層間にゲート電極とソース/ドレイン電極と
が位置する構造であり、コプラナー型(coplanar type)
TFTは、半導体層の一側にゲート電極とソース/ドレ
イン電極とが位置する構造である。
図である。
一定間隙置きに形成されるソース/ドレイン電極15
と、前記ソース/ドレイン電極15上にそれぞれ形成さ
れる高濃度にドーピングされる半導体層16と、前記高
濃度にドーピングされた半導体層16間の絶縁基板と高
濃度にドーピングされた半導体層との上に形成され、チ
ャネル領域として使われる半導体層11とを含む。ゲー
ト絶縁膜13は前記半導体層11上に形成され、ゲート
電極14は前記半導体層11のチャネル部分に相当する
ゲート絶縁膜13の一部分上に導電体物質で形成され
る。しかし、前記スタッガ型TFTにおいて、前記高濃
度にドーピングされた半導体層15が空気中に露出され
るため、従来のスタッガ型TFTは低収率を有する。
提案された逆スタッガ型TFTの断面図である。
形成されるゲート電極14と、前記構造の全面に形成さ
れるゲート絶縁膜13と、そしてゲート電極14上のゲ
ート絶縁膜13上に形成される半導体層11とを含む。
ソース/ドレイン電極15は半導体層11の両側と接触
して形成される。高濃度にドーピングされた半導体層1
6は、前記半導体層11とソース/レイン電極15との
間の界面に形成される。このようなTFT構造は、非晶
質シリコンTFTに適用可能である。
面図である。従来のコプラナー型TFTは、絶縁基板1
0上にポリシリコンで形成されチャネルとして使われる
半導体層11と、前記半導体層11の中央部上にシリコ
ン窒化膜又は酸化膜で形成されるイオンストッパ(ion s
topper)17と、前記イオンストッパ17の両側の半導
体層11上に形成される高濃度にドーピングされる半導
体層16とを含む。シリコン酸化物又は窒化物のゲート
絶縁膜13は全面に形成され、高濃度にドーピングされ
た半導体層16の一部分が露出されるように除去され
る。ゲート電極14はイオンストッパ17上のゲート絶
縁膜13上に形成され、ソース/ドレイン電極15はゲ
ート電極14の両側に、露出された高濃度にドーピング
された半導体層16と接触するように形成される。しか
し、イオンストッパ17(窒化物又は酸化物)は個別イ
オン注入工程でマスクとして使用されるため、従来のコ
プラナー型TFTは低収率を有する。
電気容量が殆ど無いポリシリコンTFTを提供するにあ
る。
し、工程収率を向上させるTFTの製造方法を提供する
にある。
いたポリシリコンTFTの特徴は、絶縁基板上に形成さ
れるチャネルとして使われる半導体の一部分の上に形成
されるゲート絶縁膜上の半導体層とゲート絶縁膜の両側
の半導体層上にイオンドーピング方法を使用してn型イ
オン(例えば、pイオン)をドーピングすることにより
形成される接触層(contact layer)として使用される不
純物半導体層とに代えて提供される付加電気容量及び板
抵抗が小さいシリサイド層と、ゲート電極と、ソース/
ドレイン電極とを含むことにある。
と、前記基板上のポリシリコン層と、半導体層上のゲー
ト絶縁膜と、ゲート電極上に形成され、ゲート電極とし
て使われる第1シリサイド層と、そして第1シリサイド
層の両側の半導体層間に形成され、ソース/ドレイン電
極として使われる第2及び第3シリサイド層とを含む。
コンTFTの製造方法の特徴は、絶縁基板上のポリシリ
コン層上にゲート絶縁膜を形成する段階と、ゲート絶縁
膜上に非晶質シリコン層を形成する段階と、非晶質シリ
コン層とゲート絶縁膜とを選択的に除去してチャネル領
域上の非晶質シリコン層とゲート絶縁膜のそれぞれの一
部分にのみ残るようにする段階と、非晶質シリコン層を
シリサイド層に変換する段階と、ゲート絶縁膜の両側の
ソース/ドレインとして使われるポリシリコン層をシリ
サイド層に変換する段階と、そしてシリサイドのゲート
電極及びソース/ドレイン電極を形成する段階とを備え
るにある。
TFTの製造方法の特徴は、絶縁基板上にポリシリコン
層を形成する段階と、前記ポリシリコン層上にゲート絶
縁膜を形成する段階と、ゲート絶縁膜上に非晶質シリコ
ン層を形成する段階と、前記非晶質シリコン層とゲート
絶縁膜とを選択的に除去してチャネル領域上にのみ残る
ようにする段階と、非晶質シリコン層をシリサイド層に
変換してゲート電極を形成する段階と、そしてゲート絶
縁膜の側面にあるポリシリコン層をシリサイド層に変換
してソース及びドレイン電極を形成する段階とを備える
ことにある。
TFTの他の製造方法の特徴は、絶縁基板上に第1半導
体層を形成する段階と、前記第1半導体層上にゲート絶
縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上に第2半導
体層を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜と第2半導体
層とをパターニングして第1半導体層の第1及び第2側
面部分を露出する段階と、第1半導体層の第1及び第2
側面部分と第2半導体層をイオンドーピングする段階
と、そして第1半導体層の第1及び第2側面部とゲート
絶縁膜との上にシリサイド層を形成する段階とを備える
にある。
に従って製造されるニッケルシリサイドの表面の走査電
子顕微鏡写真を示す。
F電力と250℃の温度で基板上にほぼ300Åの厚さ
まで非晶質シリコンをPCV(Plasma Chemical vapor)
法で蒸着し、1017〜1018cm-2のpイオン量(dose)で
イオンシャワーリング(ion showering)、200℃の温
度で15秒間100Åの厚さのニッケルをRFスパッタ
リング、そして1時間の間260℃の温度で熱処理する
ことにより形成される。写真から明らかなように均一な
シリサイド結晶が成長される。
オンドーピングされた非晶質シリコン上に蒸着されるニ
ッケルからなるニッケルシリサイド層の板抵抗対アニー
リング温度を示すグラフである。上記のアニーリング時
間は、各々の場合ごとに1時間ずつである。上記のグラ
フは、アニーリング温度が約200℃であるときに板抵
抗が約50Ω/cm2であっても、アニーリング温度が約2
30℃であるときに板抵抗が5Ω/cm2以下に急激に落ち
ることを示す。前記アニーリング温度が260℃である
ときの板抵抗は約1Ω/cm2の範囲である。この曲線の補
外法(extrapolation)は、アニーリング温度がもっと高
くても板抵抗は実質的に一定であるということを示す。
よって、ニッケルシリサイドがポリシリコンTFTから
要求される低抵抗電極を有するため、ニッケルシリサイ
ドは自己整列型ポリシリコンTFTに適用することがで
きる。
イドを用いたポリシリコンTFTの断面図である。
は、石英或いはグラスからなる絶縁基板10上に或いは
絶縁基板に蒸着された酸化膜上に形成される半導体層1
1と、全面に酸化膜又は窒化膜からなるゲート絶縁膜1
3とを含む。ここで、ゲート絶縁膜12の一部分を除去
してシリコン層11を露出させる。高濃度にドーピング
された半導体層16は、ゲート絶縁膜13と露出された
半導体層11との上に形成され、ドーピングされたニッ
ケルシリサイド12は、高濃度にドーピングされた半導
体層16上に形成される。高濃度にドーピングされた半
導体層16とドーピングされたニッケルシリサイド層1
2は、それぞれ半導体層11上のソース/ドレイン電極
15とゲート絶縁膜13上のゲート電極14を構成す
る。
オーバーライング(overlying)半導体層16とは、半導
体層11のチャネル領域へのイオン注入を阻止又は防止
する。従って、ゲート絶縁膜13とゲート絶縁膜13の
両側上の半導体層11とへイオンを注入して、高濃度に
ドーピングされた半導体層16を形成することが可能で
ある(この工程は、ニッケルシリサイド層12を形成す
る前に実行する)。この工程により、イオンストッパ(i
on stopper)は必要としなくなる。ゆえに、付加半導体
層がゲート絶縁膜上に形成され、シリサイド層に変換さ
れるため、本発明のポリシリコンTFTはイオンストッ
パを形成する段階を必要としなくなる。又、前記ゲート
絶縁膜上のニッケルシリサイド層のゲート電極がソース
/ドレイン領域を有する自己整列構造を形成するため、
前記TFTの製造工程は簡単になり、製造収率は上昇す
る。
シリサイドを用いたポリシリコンTFTの製造工程を示
す。
絶縁膜13は順次に絶縁基板10上に形成される。又、
別の半導体層はゲート絶縁膜13上に形成される。ゲー
ト絶縁膜13とゲート絶縁膜上の半導体層とをパターニ
ングし、イオンシャワーリングを行って、ゲート絶縁膜
上の半導体層とゲート絶縁膜13の両側の露出された半
導体層11とに高濃度にドーピングされた半導体層16
を形成する。
ルを高濃度にドーピングされた半導体層16上でRFス
パッタリングして、ニッケルシリサイド層12をゲート
絶縁膜13の上部とゲート絶縁膜13の両側の半導体層
11上に形成する。上記のスパッタリングにおいて、6
N純度(purity)のニッケルターゲットは、3×10-6To
rrの初期真空下で200℃の温度で20分間加熱する。
前記スパッタリングは75WのRF電力で5秒間行われ
る。次いで、260℃の基板温度で1時間の間アルゴン
雰囲気で前記物質を熱処理してニッケルシリサイド層1
2を形成する。シリコンと反応しなかった残りのニッケ
ルをHNO3とHCLとの混合液(1:5の比率)で除去す
る。
ニッケルシリサイドを用いたレーザ熱処理したポリシリ
コンTFTの転移特性(transition characteristics)を
示す。ポリシリコンTFTは、例えば(39〜79)μm/(13
〜33)μmのチャネル幅/長さを有する。1Vのドレイン
電圧から得られるしきい電圧と電界効果移動度はそれぞ
れ0.5Vと30.6cm2/Vsである。上記図面は、漏洩
電流がほぼ10-10Aであり、on/off電流の割合
は106以上であることを示す。
ングされたニッケルシリサイドを用いたレーザ熱処理し
たポリシリコンTFTの出力特性を示すグラフである。
図7は、ドレイン電圧が低いとき、電流クラウディング
効果(current crowding effect)とキンク効果(kink eff
ect)とが現れない。
ニッケルシリサイドを用いた固相結晶化ポリシリコンT
FTの転移特性を示す。ポリシリコンTFTは、例えば
(39〜79)μm/(13〜33)μmのチャネル幅/長さを有す
る。上記図面は漏洩電流がほぼ10-10A以下であり、
on/off電流の割合は106以上であることを示
す。
ニッケルシリサイドを用いた固相結晶化ポリシリコンT
FTの出力特性を示すグラフである。図9は、ドレイン
電圧が低いときにも、電流クラウディング効果とキンク
効果とが無いことを示す。本発明の結晶化されたポリシ
リコンTFTは、9.6cm2/Vsの電界効果移動度と5.
9Vのしきい電圧を有する。上記の値は、出力特性曲線
の線形区域から得られるゲート電圧に基づいてチャネル
トランスコンダクタンスgdで計算させられた値であ
る。
走査電子顕微鏡写真(electronmicroscopic photograp
h)。
質シリコン上に蒸着されるニッケルからなるニッケルシ
リサイド層の板抵抗対アニーリング温度を示すグラフ。
コンTFTの断面図。
コンTFTの製造工程図。
コンTFTの製造工程図。
アニーリングされたポリシリコンTFTの転移(transit
ion)特性を示す図。
アニーリングされたポリシリコンTFTの出力特性を示
す図。
アニーリングされたポリシリコンTFTの転移特性を示
す図。
アニーリングされたポリシリコンTFTの出力特性を示
す図。
断面図。
の断面図。
Claims (24)
- 【請求項1】 基板と、 前記基板上のポリシリコン層と、 前記ポリシリコン層上のゲート絶縁膜と、 前記絶縁膜上のゲート電極と、 前記ゲート電極の両側の半導体層上に形成されるソース
及びドレイン電極と、を備えることを特徴とするポリシ
リコン薄膜トランジスタ。 - 【請求項2】 前記ゲート電極がシリサイドで形成され
ることを特徴とする請求項1に記載のポリシリコン薄膜
トランジスタ。 - 【請求項3】 前記ゲート電極が、前記ゲート絶縁膜上
に形成される非晶質シリコン上にシリサイドで形成され
ることを特徴とする請求項1に記載のポリシリコン薄膜
トランジスタ。 - 【請求項4】 前記ゲート電極が、ゲート絶縁膜上に形
成されるドーピングされた非晶質シリコン上にシリサイ
ドで形成されることを特徴とする請求項1に記載のポリ
シリコン薄膜トランジスタ。 - 【請求項5】 基板と、 前記基板上に形成されるポリシリコン層と、 前記ポリシリコン層上に形成されるゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成され、ゲート電極として使わ
れる第1シリサイドと、 前記第1シリサイドの両側のポリシリコン層上にソース
及びドレイン電極としてそれぞれ使われる第2及び第3
シリサイド層と、を備えることを特徴とするポリシリコ
ン薄膜トランジスタ。 - 【請求項6】 前記シリサイドが、Mn、Ta、Ti、
W、Cr、Co、Pd、或いはニッケルシリサイドの少
なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項5に記
載のポリシリコン薄膜トランジスタ。 - 【請求項7】 前記ソース及びドレイン電極の間のチャ
ネルが、39〜79μmの幅と13〜33μmの長さを有
することを特徴とする請求項5に記載のポリシリコン薄
膜トランジスタ。 - 【請求項8】 前記ポリシリコン薄膜トランジスタが、
ほぼ10-10Aの漏洩電流と106以上のon/off電
流比を有することを特徴とする請求項5に記載のポリシ
リコン薄膜トランジスタ。 - 【請求項9】 絶縁基板上にポリシリコン層を形成する
段階と、 前記ポリシリコン層上にゲート絶縁膜を形成する段階
と、 前記ゲート絶縁膜上に非晶質シリコン層を形成する段階
と、 前記非晶質シリコン層とゲート絶縁膜とを選択的に除去
してチャネル領域上にのみ残るようにする段階と、 前記非晶質シリコン層をシリサイドに変換してゲート電
極を形成する段階と、 前記ゲート絶縁膜の両側のポリシリコン層をシリサイド
に変化させてソース及びドレイン電極を形成する段階
と、を備えることを特徴とする自己整列型コプラナーポ
リシリコン薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項10】 前記ポリシリコン層がレーザでアニー
リングされることを特徴とする請求項9に記載の自己整
列型コプラナーポリシリコン薄膜トランジスタの製造方
法。 - 【請求項11】 前記ポリシリコン層は固相結晶化され
ることを特徴とする請求項9に記載の自己整列型コプラ
ナーポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項12】 前記シリサイドは、Mn、Ta、T
i、W、Cr、Co、Pd、或いはニッケルシリサイド
の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項9
に記載の自己整列型コプラナーポリシリコン薄膜トラン
ジスタの製造方法。 - 【請求項13】 前記非晶質シリコン層が、前記シリサ
イドを形成する段階の以前にドーピングされることを特
徴とする請求項9に記載の自己整列型コプラナーポリシ
リコン薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項14】 前記ゲート絶縁膜の両側にある非晶質
シリコン層が、前記シリサイドを形成する段階の以前に
ドーピングされることを特徴とする請求項9に記載の自
己整列型コプラナーポリシリコン薄膜トランジスタの製
造方法。 - 【請求項15】 前記ゲート絶縁膜は窒化膜で形成され
ることを特徴とする請求項9に記載の自己整列型コプラ
ナーポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項16】 チャネルが、約59μmの幅と23μm
の長さを有するように形成されることを特徴とする請求
項9に記載の自己整列型コプラナーポリシリコン薄膜ト
ランジスタの製造方法。 - 【請求項17】 前記ポリシリコン薄膜トランジスタ
が、10-10A以下の漏洩電流と106以上のon/of
fの電流比を有するように形成されることを特徴とする
請求項9に記載の自己整列型コプラナーポリシリコン薄
膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項18】 絶縁基板上に第1半導体層を形成する
段階と、 前記第1半導体層上にゲート絶縁膜を形成する段階と、 前記ゲート絶縁膜上に第2半導体層を形成する段階と、 前記ゲート絶縁膜と第2半導体層とをパターニングして
第1半導体基板の第1及び第2側面部を露出させる段階
と、 前記第1半導体層の第1及び第2側面部と第2半導体層
とをイオンドーピングする段階と、そしてゲート絶縁膜
と第1半導体層の第1及び第2側面部との上にシリサイ
ド層を形成する段階と、を備えることを特徴とする自己
整列型コプラナーポリシリコン薄膜トランジスタの製造
方法。 - 【請求項19】 前記ポリシリコン層がレーザでアニー
リングされることを特徴とする請求項18に記載の自己
整列型コプラナーポリシリコン薄膜トランジスタの製造
方法。 - 【請求項20】 前記ポリシリコン層が固相結晶化され
ることを特徴とする請求項18に記載の自己整列型コプ
ラナーポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項21】 前記シリサイド層が、Mn、Ta、T
i、W、Cr、Co、Pd、或いはニッケルシリサイド
の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項1
8に記載の自己整列型コプラナーポリシリコン薄膜トラ
ンジスタの製造方法。 - 【請求項22】 前記ゲート絶縁膜が窒化膜で形成され
ることを特徴とする請求項18に記載の自己整列型コプ
ラナーポリシリコン薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項23】 チャネルが、39〜79μmの幅と1
3〜33μmの長さを有することを特徴とする請求項1
8に記載の自己整列型コプラナーポリシリコン薄膜トラ
ンジスタの製造方法。 - 【請求項24】 前記ポリシリコン薄膜トランジスタ
が、ほぼ10-10Aの漏洩電流を有し、106以上のon
/offの電流比を有するように形成されることを特徴
とする請求項18に記載の自己整列型コプラナーポリシ
リコン薄膜トランジスタの製造方法。
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