JPH11317529A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 薄膜トランジスタの半導体層をポリＳｉ化し
て高速動作を可能にし、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧を確保
できる方法を提供する。 【解決手段】 絶縁性基板１上にｉ型非晶質Ｓｉからな
る半導体層２を堆積し、その上にオーミック接続層３と
なるｎ型ａ・Ｓｉを堆積させる。オーミック接続層をソ
ース・ドレイン領域の形状にパターニングした後、酸化
物の下層ゲート絶縁膜４を約１５００Åの厚さに堆積さ
せる。この絶縁膜上にレーザ照射して半導体層２を１４
００℃以上に加熱後、徐冷してａＳｉ半導体層を再結晶
化させポリＳｉ層に変えることができ、その結果ＴＦＴ
の高速動作が可能になる。次に下層ゲート絶縁膜４上に
耐圧保持用絶縁膜６を前と同程度厚さに堆積させ、耐圧
保持用絶縁膜６上にゲート電極１０を形成して積層膜と
することにより、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧は従来の値を
確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタの
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄膜トランジスタは、ガラス等からなる
絶縁性基板の上に形成されており、例えばコプラナー型
の薄膜トランジスタは、前記基坂上にシリコンからなる
半導体層を形成し、この半導体層の両側部の上にソー
ス，ドレイン電極を形成するとともに、前記半導体層の
上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成した構成と
なっている。

【０００３】ところで、前記薄膜トランジスタにおいて
は、半導体層の電子の移動度および半導体層とゲート絶
縁膜との界面の良否がトランジスタの特性に影響する。
このため、前記薄膜トランジスタでは、前記半導体層を
多結晶シリコン（ポリシリコン）により形成することに
よって電子の移動度を大きくしてトランジスタ特性を向
上させることができる。

【０００４】このように半導体層をポリシリコンにより
形成した薄膜トランジスタは、従来、半導体層をアモル
ファス・シリコンにより形成した後、この半導体層を加
熱処理してポリシリコン化することにより製造されてい
る。この半導体層を熱処理する方法としては、半導体層
を形成した基板全体を加熱する方法と、半導体層にレー
ザを照射して半導体層の表面を加熱するレーザアニール
方法とがあるが、基板全体を加熱する方法では基板とし
て石英ガラス等の高価な高耐熱性基板を使用しなければ
ならないから、最近では主にレーザアニールによる熱処
理法が採用されている。このレーザアニールによれば、
加熱時間は極めて短くてすむため、基仮に熱的な影響を
及ぼすことはなく、したがって基板として、高い耐熱性
を要求されない安価な基板を使用することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の製造方法では、基板上に形成した半導体層をレーザ
照射により熱処理したときに半導体表面が荒れてしまう
ため、半導体層上にゲート絶縁膜を形成した後、このゲ
ート絶縁膜上からレーザ照射して半導体層を加熱処理す
る方法が知られている。この場合、ゲート絶縁膜はゲー
ト電圧に対する絶縁耐圧を有する必要があるため、少な
くとも３０００Å程度の膜厚が必要である。

【０００６】このゲート絶縁膜を通してレーザ照射した
場合、ゲート絶縁膜によるレーザのエネルギーの吸収が
大きいために、アモルファス・シリコンによる半導体層
を十分に加熱してポリシリコン化することが行えない、
という問題があった。

【０００７】本発明はこのような実情にかんがみてなさ
れたものであって、その目的とするところは、ゲート絶
縁膜の絶縁耐圧は従来通りに有したうえで、アモルファ
ス・シリコンによって形成した半導体層を十分にポリシ
リコン化することによって薄膜トランジスタの特性を向
上させることができる薄膜トランジスタの製造方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タの製造方法は、絶縁性基板の上にアモルファス・シリ
コンからなる半導体層を形成し、この半導体層の上に酸
化絶縁物からなる下層のゲート絶縁膜を形成した後、こ
のゲート絶縁膜の上方からレーザを照射して、前記アモ
ルファス・シリコンからなる半導体層をポリシリコンに
変え、この後、前記下層ゲート絶縁膜の上に耐圧保持用
絶縁膜を形成し、該耐圧保持用絶縁膜の上にゲート電極
を形成することを特徴とするものである。

【０００９】すなわち、本発明の薄膜トランジスタの製
造方法は、アモルファス・シリコンからなる半導体層の
上に下層の薄いゲート絶縁膜を形成した後に、レーザ照
射による加熱により、アモルファス・シリコンからなる
半導体層をポリシリコンに変えた後、前記下層ゲート絶
縁膜の上に耐圧保持用絶縁膜を形成することによってゲ
ート絶縁膜を構成するようにしたものであり、この製造
方法によれば、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧は従来通りに有
し、且つ、レーザー照射によって半導体層を十分にポリ
シリコン化できることによって高速動作の可能な薄膜ト
ランジスタを得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、コプ
ラナー型薄膜トランジスタの製造を例にとって図１〜図
７の製造工程図を参照し説明する。

【００１１】まず、図１に示すように、ガラス等からな
る絶縁性基板１の上に、ｉ型アモルファス・シリコン
（ｉ−ａ−Ｓｉ）からなる半導体層２を１０００Åの厚
さに堆積させ、その上に燐（Ｐ）等のｎ型不純物をドー
プしたｎ型アモルファス・シリコン（ｎ＋−ａ一Ｓｉ）
からなるオーミックコンタクト層３を５００Åの厚さに
堆積させる。なお、この半導体層２とオーミックコンタ
クト層３は、プラズマＣＶＤ法により連続して堆積させ
る。

【００１２】次に、図２に示すように、前記オーミック
コンタクト層３をフォトリソグラフィ法によりソース領
域およびドレイン領域の形状にパターニングし、この後
洗浄処理を行なって半導体層２およびオーミックコンタ
クト層３の上の不純物等を除去する。なお、ここまでの
工程は従来の製造工程と同じである。

【００１３】次に、図３に示すように、前記半導体層２
およぴオーミックコンタクト層３の上に、酸化絶縁物例
えば酸化タンタル（Ｔａ０ｘ）からなる下層のゲート絶
縁膜４をスパッタリング法により薄く、１５００Åの厚
さに堆積させる。

【００１４】次に、図４に示すように、前記下層ゲート
絶縁膜４の上方からＸｅＣＩエキシマレーザＡを照射す
る。このように下層ゲート絶縁膜４の上方からレーザＡ
を照射すると、下層ゲート絶縁膜４は薄いためレーザの
エネルギーが下層ゲート絶縁膜４に吸収されて減衰する
ことは少なく、そのため、半導体層２がレーザ光を吸収
して１４００℃以上の高温に温度に加熱される。このと
き、オーミックコンタクト層３もレーザ光を吸収して加
熱される。このレーザ照射後に徐冷すると、アモルファ
ス・シリコンで形成されている半導体層２とオーミック
コンタクト層３とがいずれもポリシリコン（ｐｏｌｙ−
Ｓｉ）になる。また、このとき、この半導体層２と下層
ゲート絶縁膜４との界面に、半導体層２のシリコンとゲ
ート絶縁膜中の酸素との反応によってシリコン酸化膜５
が生成されることがある。したがって最終的に製造され
る薄膜トランジスタは、半導体層がポリシリコンによっ
て構成されることにより、アモルファス・シリコンで半
導体層を構成している薄膜トランジスタに比べてはるか
に動作速度の高いトランジスタとなる。

【００１５】次に、図５に示すように、前記下層ゲート
絶縁膜４の上に窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）からなる耐
圧保持用絶縁膜６をプラズマＣＶＤ法により１５００Å
の厚さに堆積させる。この下層ゲート絶縁膜４上に耐圧
保持用絶縁膜６を形成した積層絶縁膜を薄膜トランジス
タのゲート絶縁膜として用いることにより必要なゲート
絶縁耐圧を得る。

【００１６】次に、図６に示すように、前記耐圧保持用
絶縁膜６およびその下の下層ゲート絶縁膜４に、フォト
リソグラフィ法によって、ソース領域およびドレイン領
域の形状にパターニングされているオーミックコンタク
ト層３に達するコンタクト孔７を形成する。なお、この
コンタクト孔７は、前記オーミックコンタクト層３の表
面のシリコン酸化膜５にも形成して、このオーミックコ
ンタクト層３の非酸化層を露出させる。

【００１７】次に、図７に示すように、前記耐圧保持用
絶縁膜６の上、および前記コンタクト孔７内にアルミニ
ウム（Ａｌ）等の金属膜をスパッタリング法により３０
００Åの厚さに堆積させ、コンタクト孔７内に堆積した
金属膜によりソース電極８およびドレイン電極９を形成
するとともに、耐圧保持用絶縁膜６の上の金属膜をフオ
トリソグラフィ法によりパターニングして、ソース，ド
レイン電極８，９のライン部８ａ，９ａと、ゲート電極
１０およびそのライン部（図示せず）を形成して、薄膜
トランジスタを完成する。

【００１８】すなわち、この実施例の薄膜トランジスタ
の製造方法は、基坂１上に形成したアモルファス・シリ
コンよりなる半導体層２の上に酸化タンタルからなる薄
い下層ゲート絶縁膜４を形成し、この後レーザ照射する
ことによりアモルファス・シリコンにより形成されてい
た半導体層をポリシリコンによりなる半導体層に変える
と共に、ゲート絶縁膜を下層ゲート絶縁膜４と耐圧保持
用絶縁膜６との積層膜により構成するようにしたもので
ある。したがって、この製造方法によれば、ゲート絶縁
膜の耐圧は従来通りに有したうえで、高速動作の可能
な、良好な特性の薄膜トランジスタを得ることができ
る。

【００１９】なお、前記実施例では、ゲート絶縁膜４お
よびその上の耐圧保持用絶縁膜６とオーミックコンタク
ト層３の表面のシリコン酸化膜５にコンタクト孔７を設
けてこの内にコンタクト孔７内にソース，ドレイン電極
８，９を形成しているが、このソース，ドレイン電極
８，９は、ゲート絶縁膜４の堆積前にオーミックコンタ
クト層３の上に形成しておいてもよい。

【００２０】また、前記実施例では、ゲート絶縁膜４を
酸化タンタルで形成しているが、このゲート絶縁膜４
は、酸素を含む酸化絶縁物であれば、酸化タンタル以外
の酸化金属または酸化シリコン（Ｓｉ０２）等で形成し
てもよい。

【００２１】なお、本発明は、コプラナー型薄膜トラン
ジスタに限らず、半導体層の下にオーミックコンタクト
層を介してソース，ドレイン電極を形成し、別記半導体
層の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成したス
タガー型薄膜トランジスタの製造にも適用できるもので
ある。

【００２２】

【発明の効果】本発明の薄膜トランジスタの製造方法
は、絶縁性基板の上にアモルファス・シリコンからなる
半導体層を形成しこの半導体層の上に酸化絶縁物からな
る下層ゲート絶縁膿を形成した後、このゲート絶縁膜の
上方からレーザを照射して前記半導体層を十分加熱する
ことにより、前記半導体層をポリシリコン化すると共
に、前記下層ゲート絶縁膿上に耐圧保持用絶縁膜を形成
してゲート絶縁膜とすることにより、ゲート絶縁膜の絶
縁耐圧は従来通りに有したうえで、高速動作の可能な良
好な特性の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】本願発明における薄膜トランジスタの製造工程
において、絶縁性基板１の上に半導体層２およびオーミ
ックコンタクト層３を形成したときの断面図である。

【図２】本願発明における薄膜トランジスタの製造工程
において、オーミックコンタクト層３をソース・ドレイ
ン領域の形状にパターニングしたときの断面図である。

【図３】本願発明における薄膜トランジスタの製造工程
において、半導体層２およびオーミックコンタクト層３
の上に下層ゲート絶縁膜４を形状にパターニングしたと
きの断面図である。

【図４】本願発明における薄膜トランジスタの製造工程
において、下層ゲート絶縁膜４の上方からレーザＡを照
射したときの断面図である。

【図５】本願発明における薄膜トランジスタの製造工程
において、下層ゲート絶縁膜４の上に耐圧保持用絶縁膜
６を形成したときの断面図である。

【図６】本願発明における薄膜トランジスタの製造工程
において、耐圧保持用絶縁膜６および下層ゲート絶縁膜
４にコンタクト孔７を形成したときの断面図である。

【図７】本願発明における薄膜トランジスタの製造工程
において、耐圧保持用絶縁膜６およびコンタクト孔７に
ソース電極８，ドレイン電極９およびゲート電極１０を
形成したときの断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 半導体層 ３ オーミックコンタクト層 ４ 下層ゲート絶縁膜 ５ シリコン酸化膜 ６ 耐圧保持用絶縁膜 ７ コンタクト孔 ８ ソース電極 ９ ドレイン電極 １０ ゲート電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板の上にアモルファス・シリコ
   ンからなる半導体層を形成し、この半導体層の上に酸化
   絶縁物からなる下層のゲート絶縁膜を形成した後、この
   ゲート絶縁膜の上方からレーザを照射して、前記アモル
   ファス・シリコンからなる半導体層をポリシリコンに変
   え、この後、前記下層ゲート絶縁膜の上に耐圧保持用絶
   縁膜を形成し、該耐圧保持用絶縁膜の上にゲート電極を
   形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
   法。