JPS62219574A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、テレビジョン等に応用可能なアクティブマド
リンス方式の液晶ディスプレイ用薄膜ｌ・ランジスタに
関１７、特に、駆動回路をモノリシックに集積したディ
スプレイにおける駆動回路用薄膜トランジスタに関する
ものである。

（従来の技術） 近年、薄膜ｌ・ランジスタ技術の発達により、アクティ
ブマトリクス方式の液晶ディスプレイの特性が改良さＡ
１、フルカラーテレビジョンとして商品化されている。

このような薄型ディスプレイ（」今後ともさらにテレビ
ジョンや陰極線Ｗ（ｃｒｉｒ）等への応用が進むと考え
らイする。

現在までに商品化されているアクティブマトリクス方式
の液晶アイスプレイで（」、スイッチングマトリクスア
レイの駆動回路（」う宥スプレィ−１−に集積化されて
おらず、別基板１−の駆動回路と多数の配線を介して接
続する必要かぁ−）た。これに必要な実装二［程を省略
しディスプレイをさらに小型で安価にするためには、駆
動回路をディスプレイ、！ｌ（板上にモアノリシックに
集積する必要がある。

駆動回路を集積化したディスプレイデバイス用の薄膜］
・ランシスタとして（」、金属酸化物半導体集積回路（
ＭＯＳ　Ｉ　Ｃ）工程によって作製されたＭＩｓ型多結
晶ソリ、二Ｊン薄膜電界効果トランジスタが実用レベル
にある。

多結晶シリコン薄膜トランノスタは、高速性、信頼性等
の而で水素化アモルファスシリコン等の他の薄膜ｌ・ラ
ンジスタに比べ優Ａ１ている。

（発明が解決しようとずろ問題点） 多結晶ツリー１ン薄膜トランジスタをＭＯ８ＩＣ王程に
準じて形成する場合には、プロセス最高温度が１０００
℃以−ヒに達し、高価な石英ガラス基板を用いねばなら
ない。ガラス基板を利用し、コスト低減をはかるために
は、最高プロセス温度を６００℃前後におさえた低温プ
ロセスで多結晶ツリコン薄膜トランジスタを形成する必
要がある。

ところで、多結晶シリコン薄膜トランジスタでは、単結
晶の場合と異なり、チャネル領域に結晶粒界が多数存在
し、粒界に存在する局在帖位がキャリアトラップとして
作用する。したがって、ゲート電圧の印加によって半導
体側に誘起された電荷はまず局在準位中に蓄積されるた
め、トレイン電流の立ち上がり特性は悪く、閾値電圧の
絶対値は人きくなる。

駆動回路を形成する場合には、この現象のために、電源
電圧を高くせねばならず、閾値電圧の低減が是非必要で
ある。高温プロセスにおいては結晶粒成長が起き、局在
準位が低減される。一方、低温ブ［１セスでは、水素プ
ラズマ処理による局在準位の水素によるターミネーショ
ン等が考えられろが、十分ではない。

本発明の目的（」、アクティブマトリクス液晶ディスプ
レイ等において、スイッチングマトリクスアレイの駆動
回路構成用Ｉ・ランジスタに適するような、閾値電圧が
小さく、大きなＯＮ電流の得られろ薄膜トランジスタを
提供することにある。

（問題点を解決する］こめの手段） 本発明に係る半導体装置は、多結晶シリコン薄膜を半導
体活性層とするＭＩＳ型電界効果トランジスタよりなる
半導体装置において、トランジスタのソース、トレイン
領域と同型の不純物をチャネル領域にドープしたことを
特徴とする。

（作　用） 本発明の要点は、ＭＩＳ電界効果型ｌ・ランンスタにお
いて、チャネル領域にソース、トレイン領域と同型の不
純物を予めドーピングすることにある。この処理によっ
て、結晶粒界に存在する局在準位を予めギヤリアによっ
て埋めることができ、相対的に閾値電圧を低減すること
ができる。

チャネル領域のドーピング量は局在準位と対応１７、多
結晶膜の膜質によって決定されるが、おおよそｌ　０１
Ｂｃｍ−３から１０１０ｌ９”の範囲にある。

（実施例） 本発明による多結晶シリコン薄膜トランジスタの実施例
について添付の図面を参照して説明する。

第１図（ａ）〜（ｆ）に、薄膜トランジスタ形成プロセ
スを図式的に示す。パイレックスガラス基板１を有機洗
浄し、次いで酸洗浄した後、真空蒸着法によってｐｏｌ
ｙｓｉ膜を形成する。ｐｏｌｙｓｉ膜の形成は基板温度
５００℃、真空度３Ｘ１０　　’Ｐａ。

成膜速度１人／ｓｅｃの条件で行い、膜厚は１０００人
であった。そして、フォトリソグラフィー法を利用し、
活性層となるｐｏｌｙｓｉ部２を残し、六弗化硫黄（Ｓ
Ｆ３）ガスを用いるプラズマエツチング法によって他の
部分を除去した（第１図（ａ））。

次いでモノシランガス（ＳｉＨ４）と酸素による常圧Ｃ
ＶＤ法によってゲート絶縁膜となる５１０２膜３を形成
した（第１図（ｂ））。常圧ＣＶＤ装置の基板温度は４
２０℃で、ＳｉＯ２膜厚は１０００人であった。

次いで、ボロンイオン（ＩＩＢ＋）をイオン注入法によ
り５０ＫｅＶでＩ　Ｘ　Ｉ　ＯＩ３ａｍ　　’注入した
。これにより、ｐｏｌｙｓｉ部２に、ボロン（不純物）
がトープされろ。

表面洗浄の後、さらに前述の蒸着法を用いてｐ。

１ｙｓｉ膜を５０００人の厚さに堆積し、フィートリソ
グラフィー法によってゲート電極４に相当する部分にの
みｐｏｌｙｓｉ膜を残し、他の部分をエッヂング除去ｌ
、た（第１図（Ｃ））。なお、ゲート寸法は、ゲート長
４ｊｔｍ、　　ゲート幅６７ｚ＋＋＋とじた。

その後、常圧ＣＶＤ法によって、イオン注入時の汚染防
止用に５００人厚人厚ｉＯｐ膜５を形成し、イオン注入
法によりボロンイオン（”Ｂ”）を５０ＫｅＶで３ＸＩ
０１５ｃｎ＋　　”注入した。これにより、ｐｏｌｙｓ
ｉ部２のソース、ドレイン両領域Ｓ、Ｄに、−１−記の
チャネル領域０と同型の不純物をさらにドープする。

次に、５ｉ０２膜５の表面を２００人エツチングした後
、層間絶縁膜となる５０００人厚のＳｉＯ２膜を常圧Ｃ
Ｖ　Ｉ）法で形成し、ポロンの活性化のために窒素雰囲
気中で５００℃、１時間のり・アニールを行った（第１
図（ｅ））。

その後、純水素Ｉ　Ｔｏｒｒ　、　ＲＦパワー２　（１
（］　Ｗにて発生さ■た水素プラズマ雰囲気中で、基板
温度３５０℃で３０分アニールを行った。

次に、ソース、トレインＳ、Ｄ領域のそれぞれのコンタ
クトホール７．８をフ」トリソグラフィ法によって開［
コし、ＡρＳｉ膜を５０００人堆積した後、再びフォト
リソグラフィ法によってソース、トルイン配線９．１０
を形成した（第１図（ｒ））。

最後に、水素雰囲気中で４４０°０５３０分のアニール
を行なった。

このプロセスの最高温度は５００℃であり、ガラス基板
１１上に安定にトランジスタを形成しろるのが特徴であ
る。

第２図に、このトランジスタの１８−ｖＧ特性の測定結
果を示す。活性層への注入を行わず、それ以外は全く同
一のプロセスで作製した多結晶ソリコントランジスタの
動作特性（破線）と比較すると、閾値電圧の絶対値が５
Ｖ程度小さい方向に偏ｆシ１，２、また、ＯＮ電流ら増
加している。ごの閾値電圧の低減は、チャネル領域に予
めソース、トレイン両領域と同型の不純物を１・−プし
たために、結晶粒界に存在する局在準位をギヤリアによ
って埋めろことができるためである。

なお、ドーピング原子の種類は、ボ〔ノンに限ら４゛、
適当な１１１族、Ｖ族の原子を選べばよい。

また、チャネル領域のドーピング潰は、局在準位頃と対
応し、多結晶膜質によって決定されるが、おおよそ１０
１８　ｃ　ｍ　　”から］ＱＩ８ｃｍ−３の範囲にある
。

（発明の効果） 本発明により、多結晶シリコン中へソース、トレイン領
域と同型の不純物を注入することによって、薄膜トラン
ジスタの閾値電圧を低減することができろ。二の手法に
より、液晶ディスプレイの駆動回路を形成すれば、駆動
回路の電源電圧を低減でき、周辺回路コストを低減する
ことができる。

以−にの点で、本発明は多結晶ソリコントランジス−７
＝ 夕の応用」―極めて波及効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は、各々薄膜トランジスタ形成プ
ロセスを順次に示す図である。 第２図は、多結晶シリコンへの不純物注入を行った試料
と行っていない試料のｌ５−ＶＧ特性のグラフである。 Ｉ・・・ガラス基板、 ２　・活性層となる多結晶シリコン、 ３　ゲート絶縁膜、 ４・ゲーＩ・多結晶シリコン、 ５・・・イオン注入時の汚染防止用５ｉ０２膜、６・・
・層間絶縁５１０２膜、 ９・・・ソースＡ（！Ｓｉ配線、 １０・・・ドレインＡｆｆＳ　ｉ配線、Ｓ　・ソース領
域、 Ｄ・・ドレイン領域、 Ｃ・チャネル領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多結晶シリコン薄膜を半導体活性層とするＭＩＳ
   型電界効果トランジスタよりなる半導体装置において、
   トランジスタのソース、ドレイン領域と同型の不純物を
   チャネル領域にドープしたことを特徴とする半導体装置
   。