JPH1187734A - 薄膜トランジスタ及びその作製方法及び薄膜トランジスタを備えた半導体装置 - Google Patents
薄膜トランジスタ及びその作製方法及び薄膜トランジスタを備えた半導体装置Info
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Abstract
ランジスタを提供する。 【解決手段】 ゲイト電極104をマスクとして、熱酸
化法により酸化珪素膜でなるゲイト絶縁膜103を酸化
させる。この際、ゲイト絶縁膜103の膜厚が厚くな
り、106、107で示される状態となる。チャネルの
端部112では、活性層の厚さが薄くなり、その分ゲイ
ト電極からの距離が長くなる。そして、この部分でソー
ス/ドレイン間の電界強度が緩和される構造となる。こ
うして耐圧特性やリーク電流特性が改善された薄膜トラ
ンジスタが得られる。
Description
耐圧特性やリーク電流特性を改善した薄膜トランジスタ
の構成に関する。また、その作製方法に関する。
導体膜を成膜し、その膜を活性層としてトランジスタを
作製する技術が知られている。このトランジスタは、薄
膜トランジスタと総称されている。以下において、薄膜
トランジスタをTFTと称することとする。
膜としては、非晶質珪素膜や結晶性珪素膜(多結晶膜や
微結晶膜)が利用されている。これは、現状の技術にお
いては、ガラス基板や石英基板上に単結晶珪素膜を形成
することができないからである。
的な特性も低いので特に問題とはならないが、結晶性珪
素膜を用いたTFTでは、耐圧の低さやOFF電流値の
大きさが問題となる。
単結晶珪素に比較して非常に大きいからである。
3−38755号公報、特開平4−360580号公
報、特開平5−166837号公報等に記載された構成
が公知である。
及びオフセット技術と呼ばれるものである。この技術
は、チャネル領域とドレイン領域との間にチャネルとし
てもまたドレインとして機能しない高抵抗領域を配置
し、チャネル領域とドレイン領域との間に加わる高電界
を緩和させるものである。
領域とドレイン領域との境界付近に存在する欠陥を経由
してのキャリアの移動を抑制するというものである。
領域とする構成(オフセット構造と総称される)と、ラ
イトドープの領域とする構成(LDD構造と総称され
る)とに大別される。
び特開平5−166837号公報には、高抵抗領域を形
成する方法として、ゲート電極の表面に陽極酸化膜を形
成し、この陽極酸化膜の膜厚の分で高抵抗領域を自己整
合的に形成する技術が示されている。
域を形成することができるという特徴がある。
は、高耐圧を有し、またOFF電流値の小さな新規な構
造を有するTFTを提供することを課題とする。
の一つは、図1にその具体的な例を示すように、109
と110と111とで示される領域で構成される活性層
と、前記活性層上に形成された酸化珪素膜でなるゲート
絶縁膜100と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲー
ト電極105と、を有し、前記活性層には、前記ゲート
電極105をマスクとした酸化が施されており、ゲート
絶縁膜100の一部は、108や112で示されるよう
な形状を有していることを特徴とする。
電極をマスクとして熱酸化を施すことにより形成され
る。この部分においては、活性層における熱酸化時の酸
化がゲート電極104の下部領域にまで進行したものと
なっている。
領域の上端部が選択的に酸化されているものといえる。
このような構成とすることで、チャネルの上端部におけ
るゲート絶縁膜の厚さをチャネルからソース、あるいは
チャネルからドレインといった方向に向かって漸次その
厚さを厚くした構成とすることができる。
製工程を示すように、活性層102上に酸化珪素膜10
3を形成する工程と、前記酸化珪素膜103上にゲート
電極104を形成する工程と、前記ゲート電極104を
マスクとして熱酸化を施し、一部を除いて前記酸化珪素
膜の膜厚を106や107で示されるように厚くする工
程と、を有し、前記熱酸化された領域の端部は108や
112で示されるようにゲート電極104の下部にまで
及んでいることを特徴とする。
の上端部が選択的に酸化されたものとなる。即ち、熱酸
化がチャネル領域の上端部にまで及んだものとなる。
ャネル領域の上端部におけるゲート絶縁膜の膜厚が漸次
変化したものとなる。即ち、108や112の領域にお
いて、ゲート絶縁膜の膜厚がチャネル領域上端部からソ
ース/ドレイン領域の方に向かって漸次厚くなる構成を
得ることができる。
03は、完全な組成を有する酸化珪素膜でなくてもよ
い。この膜は、図1(B)の工程における熱酸化が進行
する膜質を有していれば、酸素と珪素以外の元素を含ん
でいてもよい。
ように、酸化珪素膜でなるゲート絶縁膜103を成膜後
にゲート電極104を形成し、さらにその後に熱酸化を
行う。
うにゲート電極104が設けられた領域を除いて熱酸化
が進行し、その部分の膜厚が厚くなる。そして、108
で示されるように、ゲート電極104の下部にまで熱酸
化が進行する。
の膜厚が漸次変化した状態は得られる。即ち、チャネル
領域上端部からソース/ドレイン領域の方に向かって、
ゲート絶縁膜の膜厚が漸次厚くなるような状態が得られ
る。
上端部からソース/ドレイン領域に向かって、ゲート電
極から活性層へと加わる電界がゲート絶縁膜の膜厚の変
化に対応して漸次弱くなる構造が実現される。
反転層をチャネル中央部に比較して弱いものとすること
ができ、低濃度不純物領域やオフセット領域を形成した
場合と同様の効果を得ることができる。
に加わる電界強度を弱くすることができる構成を実現で
きる。
英基板101上に図示しない非晶質珪素膜を減圧熱CV
D法で50nmの厚さに成膜する。珪素膜の膜厚は、2
0nm〜100nmの範囲から選択することが適当であ
る。次に加熱処理によりこの非晶質珪素膜を結晶化さ
せ、結晶性珪素膜を得る。
グし、図1(A)の活性層パターン102を得る。
03を30nmの厚さにプラズマCVD法により成膜す
る。ここでは、原料ガスとして、SiH4 とN2 OとO
2 とを用いて成膜を行う。
nmの厚さに成膜する。そしてこのタンタル膜をパター
ニングすることにより、104で示されるパターンを形
成する。さらに陽極酸化法により、タンタルパターン1
04の周囲表面に陽極酸化膜105を形成する。(図1
(A))
mとする。こうして、その周囲表面に陽極酸化膜105
が形成されたゲート電極104を得る。(図1(A))
0分の加熱処理を行う。この工程において、酸化珪素膜
103の露呈した部分において主に熱酸化が進行し、1
06や107で示されるように酸化膜の膜厚が厚くなっ
たゲート絶縁膜100が得られる。
は、108で示されるように熱酸化が回り込むように進
行する。即ち、ゲート電極の側端下部における活性層部
分にも熱酸化は進行する。(図1(B))
膜厚が108で示すゲート電極側端下部からソース領域
上部とドレイン領域上部へ漸次厚くなることである。
極104をマスクとして燐のドーピングを行う。ここで
は、プラズマドーピング法により燐のドーピングを行
う。ここではNチャネル型のTFTを作製するので燐の
ドーピングを行う。なお、Pチャネル型のTFTを作製
するのであれば、ボロンのドーピングを行う。(図1
(C))
ャネル領域110、ドレイン領域111が自己整合的に
形成される。
ネル領域110との界面、及びドレイン領域111とチ
ャネル領域110との界面の位置が、ゲート電極104
側面に形成された陽極酸化膜105の表面の位置と概略
一致しているかの如く示されているが、これはイオンの
回り込みや、後の活性化工程の条件によって若干位置が
異なるものとなる。
の照射を行うことにより、ドーピング時に生じた結晶構
造の損傷のアニールとドーパントの活性化とを行う。
示す部分、即ちソース領域109とチャネル領域110
との界面を含むその近傍、及びドレイン領域111とチ
ャネル領域110との界面を含むその近傍において、ゲ
ート絶縁膜100の膜厚がソース/ドレイン領域に向か
って、漸次厚くなる構成となっている。
からの電界がソース/ドレイン領域とチャネル領域との
界面を含むその近傍において、ソース/ドレイン領域に
向かって漸次弱くなるものとできる。
て、チャネル領域のソース/ドレイン領域に隣接する領
域(チャネル端部の領域)の抵抗がチャネルの中央に比
較して高くなる。そしてこの領域は、オフセット領域や
LDD領域と同様な高抵抗領域として機能する。
域に隣接する領域の抵抗がチャネルの中央に比較して高
くなるようにすることにより、OFF動作時にチャネル
領域とドレイン領域との間に加わる高電界を緩和させる
ことができる。
することができる。
働き、この場合は耐圧を高くする効果を得ることができ
る。
(D)に示すように層間絶縁膜として窒化珪素膜113
をプラズマCVD法により150nmの厚さに成膜し、
さらにアクリル樹脂膜114を成膜する。
00nmとなるように調整する。ここでアクリル樹脂膜
を用いるのは、表面の平坦性を確保するためである。ア
クリル以外には、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミド
アミド、エポキシ等の材料を利用することができる。
極115及びドレイン電極116を形成する。こうして
Nチャネル型のTFTが完成する。
す構成において、陽極酸化膜105の膜厚を200nm
と厚くした場合の例である。この場合、その膜厚分がド
ーピング時におけるマスクとして機能する役割を無視で
きなくなる。そして、その膜厚分でオフセットゲート領
域がチャネル領域とソース/ドレイン領域との間に形成
されることになる。
領域が形成され、さらにオフセット領域に隣接してソー
ス/ドレイン領域が形成される。
セット領域が形成される部分でゲート絶縁膜の膜厚がチ
ャネル領域上端部からソース/ドレイン領域の方に向か
って漸次厚くなる構成となる。
果に重ねて実施例1に示した構成の効果を得ることがで
きる。そして、耐圧やOFF電流特性をさらに向上させ
ることができる。
す作製工程において、活性層102上に酸化珪素膜10
3を成膜し、ゲート電極104を形成した後に、酸化珪
素膜103をドライエッチングによりパターニングする
工程を導入したものである。
施例1と同様に、石英基板201上に図示しない非晶質
珪素膜を減圧熱CVD法により50nmの厚さに成膜す
る。珪素膜の膜厚は、20nm〜100nmの範囲から
選択することが適当である。次に加熱処理によりこの非
晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜を得る。
グし、図2(A)の活性層パターン202を得る。
03を30nmの厚さにプラズマCVD法により成膜す
る。ここでは、原料ガスとして、SiH4 とN2 OとO
2 とを用いた。
nmの厚さに成膜する。そしてこのタンタル膜をパター
ニングすることにより、204で示されるパターンを形
成する。さらに陽極酸化法により、タンタルパターン2
04の周囲表面に陽極酸化膜205を形成する。
05の膜厚は80nmとする。こうして、その周囲表面
に陽極酸化膜205が形成されたゲート電極204を得
る。(図2(A))
て利用し、酸化珪素膜203をCHF 3 でドライエッチ
ングしパターニングすることで、酸化珪素膜206を得
る。(図2(B))
0分の加熱処理を行う。この工程において、結晶性珪素
膜の活性層パターン202の露呈した部分において新た
にに熱酸化が進行し、207や208に示されるような
ゲート絶縁膜200が得られる。
は、209に示されるように熱酸化が回り込むように進
行する。即ち、酸化珪素膜206の側端下部に位置する
活性層部分にも熱酸化が進行することで、酸化珪素膜2
06とゲート絶縁膜200が一体化し、図2(C)に示
す状態を得る。
膜厚が209で示すゲート電極側端下部からソース領域
上部とドレイン領域上部へ漸次厚くなることである。
極204をマスクとして燐のドーピングを行う。ここで
は実施例1と同様に、プラズマドーピング法により燐の
ドーピングを行う。ここではNチャネル型のTFTを作
製するので燐のドーピングを行う。なお、Pチャネル型
のTFTを作製するのであれば、ボロンのドーピングを
行う。(図2(D))
ャネル領域211、ドレイン領域212が自己整合的に
形成される。
ネル領域211との界面、及びドレイン領域212とチ
ャネル領域211との界面の位置が、ゲート電極204
側面に形成された陽極酸化膜205の表面の位置と概略
一致しているかの如く示されているが、これはイオンの
回り込みや、後の活性化工程の条件によって若干位置が
異なるものとなる。
の照射を行うことにより、ドーピング時に生じた結晶構
造の損傷のアニールとドーパントの活性化とを行う。
示す部分、即ちソース領域210とチャネル領域211
との界面を含むその近傍、及びドレイン領域212とチ
ャネル領域211との界面を含むその近傍において、ゲ
ート絶縁膜200の膜厚が漸次厚くなる構成となってい
る。
からの電界がソース/ドレイン領域とチャネル領域との
界面を含むその近傍において、ソース/ドレイン方向に
向かって漸次弱くなるものとできる。
て、チャネル領域のソース/ドレイン領域に隣接する領
域(チャネル端部の領域)の抵抗がチャネルの中央に比
較して高くなる。そしてこの領域は、オフセット領域や
LDD領域と同様な高抵抗領域として機能する。
域に隣接する領域の抵抗がチャネルの中央に比較して高
くなるようにすることにより、OFF動作時にチャネル
領域とドレイン領域との間に加わる高電界を緩和させる
ことができる。
することができる。
働き、この場合は耐圧を高くする効果を得ることができ
る。
(E)に示すように層間絶縁膜として窒化珪素膜214
をプラズマCVD法により150nmの厚さに成膜し、
さらにアクリル樹脂膜215を成膜する。
00nmとなるように調整する。ここでアクリル樹脂膜
を用いるのは、表面の平坦性を確保するためである。ア
クリル以外には、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミド
アミド、エポキシ等の材料を利用することができる。
極216及びドレイン電極217を形成する。こうして
Nチャネル型TFTが完成する。
ート絶縁膜200が薄いため、コンタクトホール形成の
深さが実施例1よりも短くて済む。
3に示す構成において、ゲート電極の材料として導電型
を付与した珪素材料を用いた場合の例である。
各種金属材料を用いることが可能である。例えば、タン
グステンシリサイドやモリブデンシリサイド等を用いる
ことができる。ただし、本明細書で開示する発明では、
ゲート電極の形成後に熱酸化膜を形成する工程が必要な
ので、ゲート電極には、熱酸化時の加熱に耐える材料を
用いることが必要である。
ンジスタは、各種薄膜集積回路、各種フラットパネルデ
ィスプレイ、フラットパネルディスプレイを備えた情報
処理端末やビデオカメラ等に利用することができる。本
明細書では、これらの装置を総称して半導体装置と称す
る。
を示す。図3に各種半導体装置の例を示す。これらの半
導体装置は、TFTを少なくとも一部に用いている。
端末である。この情報処理端末は、本体2001にアク
ティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはアクティ
ブマトリクス型のELディスプレイ2005を備え、さ
らに外部から情報を取り込むためのカメラ部2002を
備えている。
操作スイッチ2004が配置されている。
上させるために薄く、また軽くなるもと考えられてい
る。
トリクス型のディスプレイ2005が形成された基板上
周辺駆動回路や演算回路や記憶回路がTFTでもって集
積化されることが好ましい。
ィスプレイである。この装置は、アクティブマトリクス
型の液晶ディスプレイやELディスプレイ2102を本
体2101に備えている。また、本体2101は、バン
ド2103で頭に装着できるようになっている。
装置であって、フロントプロジェクション型と称される
装置である。
光源原2202からの光を反射型の液晶表示装置220
3で光学変調し、光学系2204で拡大してスクリーン
2205に画像を投影する機能を有している。
はコストの関係からなるべく小型化することが求められ
ている。そしてそれに対応して表示装置2203も小型
化することが求められている。
ディスプレイを小型化した場合、アクティブマトリクス
回路を駆動する周辺駆動回路をもアクティブマトリクス
回路と同じ基板上に集積化することが求められる。
化した場合、周辺駆動回路を構成する回路を外付けのI
Cでもって構成してもそれを装着することが困難になる
からである。
板上にアクティブマトリクス回路と周辺駆動回路とをT
FTでもって集積化する構成が採用される。
射型のものを用いる例を示した。しかし、ここに透過型
の液晶表示装置を用いてもよい。この場合、光学系を異
なるものとなる。
この装置は、本体2301にアクティブマトリクス型の
液晶表示装置2304、操作スイッチ2305、音声入
力部2303、音声出力部2302、アンテナ2306
を備えている。
理端末と(D)に示す携帯電話とを組み合わせたような
構成も商品化されている。
メラである。これは、本体2401に受像部2406、
音声入力部2403、操作スイッチ2404、アクティ
ブマトリクス型の液晶ディスプレイ2402、バッテリ
ー2405を備えている。
ン型の液晶表示装置である。この構成は、本体2501
に投影用のスクリーンを備えた構造となっている。表示
は、光源2502からの光を偏光ビームスプリッタ25
04で分離し、この分離された光を反射型の液晶表示装
置2503で光学変調し、この光学変調された画像を反
射してリフレクター2505、2506で反射し、それ
をスクリーン2507に投影するものである。
射型のものを用いる例を示した。しかし、ここに透過型
の液晶表示装置を用いてもよい。この場合、光学系を変
更すればよい。
したが、アクティブマトリクス型の表示装置として、E
L表示装置を採用するのでもよい。
で、高耐圧を有し、またOFF電流値の小さなTFTを
提供することができる。
Claims (12)
- 【請求項1】活性層と、前記活性層上に形成された酸化
珪素膜でなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形
成されたゲート電極と、を有し、前記活性層には前記ゲ
ート電極をマスクとした酸化が施されていることを特徴
とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項2】請求項1において、活性層に形成されるチ
ャネル領域の上端部は選択的に酸化されていることを特
徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項3】請求項1において、ゲート電極側端下部に
おいてゲート絶縁膜の膜厚がソース/ドレイン領域の方
に向かって漸次変化していることを特徴とする薄膜トラ
ンジスタ。 - 【請求項4】請求項1において、ゲート絶縁膜は、ゲー
ト電極の下部で最も薄い部分の膜厚は、ゲート電極の下
部以外で最も厚い部分の膜厚よりも厚い構造を特徴とす
る薄膜トランジスタ。 - 【請求項5】請求項1において、活性層のチャネル領域
とドレイン領域間に形成されるオフセット領域にあるゲ
ート絶縁膜は、オフセット領域が形成される部分からソ
ース/ドレイン領域の方に向かって膜厚が漸次厚くなる
構造を特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項6】請求項1において、ゲート電極の側端下部
において、ゲート絶縁膜の膜厚が、ソース/ドレイン領
域の方向に向かって漸次厚くなることを特徴とする薄膜
トランジスタ。 - 【請求項7】請求項1において、ゲート電極は陽極酸化
可能であり、かつ熱酸化工程に耐える材料であることを
特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項8】請求項1において、ゲート電極はタンタル
またはタンタルを主成分とする材料でもって構成されて
おり、ゲート電極の表面には陽極酸化膜が形成されてい
ることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項9】請求項1に記載の薄膜トランジスタを備え
たことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項10】活性層上に酸化珪素膜を形成する工程
と、前記酸化珪素膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして熱酸化を施し、一部を除
いて前記酸化珪素膜の膜厚を厚くする工程と、を有し、
前記熱酸化された領域の端部はゲート電極の下部にまで
及んでいることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方
法。 - 【請求項11】請求項10において、チャネル領域の上
端部が選択的に酸化されていることを特徴とする薄膜ト
ランジスタ。 - 【請求項12】請求項10において、チャネル領域の上
端部におけるゲート絶縁膜の膜厚がソース/ドレイン領
域の方向に向かって漸次厚くなることを特徴とする薄膜
トランジスタ。
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