JP2002043577A - 薄膜半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

薄膜半導体装置及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜半導体装置及びその製造方法に関し、チ
ャネル領域に影響を与えることなく、ゲート電極直下の
LDD領域に注入された不純物を活性化する。 【解決手段】 ゲート電極7を、ゲート絶縁膜4側から
順に不純物を活性化する際に照射する光エネルギー8に
対する吸収率及び反射率の小さな透明導電膜5と、透明
導電膜5より幅が狭く且つ前記光エネルギー8に対する
吸収率及び反射率の大きな不透明導電膜6とによって構
成するとともに、透明導電膜5の不透明導電膜6と投影
的に重ならない領域直下の多結晶半導体膜3に低不純物
濃度領域10を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜半導体装置及び
その製造方法に関するものであり、特に、GOLD(G
ate Overlaped Lightly dop
ed Drain)型TFTにおけるゲート電極の積層
膜構造に特徴のある薄膜半導体装置及びその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、液晶表示装置は小型・軽量・
低消費電力であるため、OA端末やプロジェクター等に
使用されたり、或いは、携帯可能性を利用して小型液晶
テレビ等に使用されており、特に、高品質液晶表示装置
用には、画素毎にスイッチング用のアクティブ素子を設
けたアクティブマトリクス型液晶表示装置が用いられて
いる。
【0003】この様なアクティブマトリクス型液晶表示
装置においては、表示部における個々の画素をTFT等
のアクティブ素子で動作させることによって、単純マト
リクス型液晶表示装置の様な非選択時のクロストークを
完全に排除することができ、優れた表示特性を示すこと
が可能になる。
【0004】なかでも、TFTを用いたアクティブマト
リクス型液晶表示装置は、制御素子として駆動能力が高
いので、データドライバやゲートバスライン等を内蔵し
たドライバ内蔵液晶表示装置や、高解像度・高精細液晶
表示装置に適用されているが、特に多結晶シリコンはア
モルファスシリコンに比べて移動度が高いので、高速動
作に適しており、また、周辺回路を同時に形成すること
が可能であるので、高級機種のアクティブマトリクス型
液晶表示装置用としては多結晶シリコンを用いたTFT
が用いられている。
【0005】ここで、図5及び図6を参照して従来のT
FTの製造工程を説明する。 図5(a)参照 まず、ガラス基板31上に下地絶縁膜となるSiO2
32を介して、PCVD法(プラズマCVD法)を用い
て、厚さが、例えば、50nmのアモルファスシリコン
膜33を堆積させる。
【0006】図5(b)参照 次いで、エキシマレーザを用いてアモルファスシリコン
膜33にレーザ光34を照射してレーザアニールを行う
ことによってチャネル層を形成するのに十分な結晶性を
有する多結晶シリコン膜35に変換する。
【0007】図5(c)参照 次いで、所定形状のレジストパターン(図示せず)をマ
スクとして、ドライ・エッチングを施すことによって多
結晶シリコン膜35を所定形状の多結晶シリコンパター
ン36にしたのち、再び、PCVD法によってSiO2
膜を堆積させてゲート酸化膜37とし、次いで、スパッ
タリング法によってゲート電極となるMo膜38及びA
l膜39を順次堆積させる。
【0008】図6(d)参照 次いで、レジストパターン40をマスクとしてリン酸,
硝酸、酢酸からなるH 3 PO4 系エッチャントを用たウ
ェット・エッチングを施すことによってAl膜39をエ
ッチングしたのち、CF4 +O2 からなるF系ガスを用
いたドライエッチングを施すことによってMo膜38を
エッチングする。なお、ウェット・エッチング工程にお
いて、Al膜39をレジストパターン40の端部から
0.6〜1.0μm程度後退するように過剰エッチング
する。
【0009】図6(e)参照 次いで、Mo膜38をマスクとして、ドライ・エッチン
グを施すことによってゲート酸化膜37の露出部をエッ
チング除去したのち、Pイオン41をイオン注入してn
+ 型ソース・ドレイン領域43を形成する。この場合、
Mo膜38は薄いので、Mo膜38を透過してPイオン
41が注入された領域がn- 型LDD(Lightly
Doped Drain)領域42となる。
【0010】図6(f)参照 次いで、エキシマレーザを用いて不純物の注入された多
結晶シリコンパターン36にレーザ光44を照射してレ
ーザアニールを施すことによって、注入された不純物を
活性化する。
【0011】以降は図示しないものの、全面にSiO2
膜及びSiN膜を順次堆積させて層間絶縁膜とし、次い
で、n型ソース・ドレイン領域43、及び、ゲート電極
に対するコンタクトホールを形成したのち、全面に、T
i,Al,Tiを順次堆積させ、パターニングしてTi
/Al/Ti構造のソース・ドレイン電極及びゲート引
出電極(いずれも図示せず)を形成することによってT
FTの基本構成が得られる。
【0012】この様なn- 型LDD領域42がゲート電
極に覆われている所謂GOLD型TFTにおいては、o
ff時にはn- 型LDD領域42が抵抗領域として作用
するので、低リーク電流を実現することができるととも
に、on時にはn- 型LDD領域42はゲート電圧の影
響を受けて実効的に低抵抗のチャネル領域として作用す
るので、移動度が低下することがない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の低温多
結晶シリコン膜を用いたGOLD型TFTにおいては、
上述のように注入された不純物を活性化するためにアニ
ールを行う必要があるが、ゲート電極を構成するMo膜
38の直下のn- 型LDD領域42においては、Mo膜
38がレーザ光44を反射して、十分活性化することが
できず抵抗が高すぎて移動度が抑制されるという問題が
ある。
【0014】一方、熱アニールでは、ガラス基板を用い
ているので上限温度に制約があり、不純物を十分に活性
化することが困難である。
【0015】また、ガラス基板31の裏面からレーザ光
を照射した場合には、n- 型LDD領域42に注入され
た不純物の活性化が可能であるが、そうすると、レーザ
光がチャネル領域にも照射されることになり、上述の図
2(b)の工程において最適化した多結晶シリコンパタ
ーン36の結晶性に悪影響を与えるという問題がある。
【0016】したがって、本発明は、チャネル領域に影
響を与えることなく、ゲート電極直下のLDD領域に注
入された不純物を活性化することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】ここで、図1を参照して
本発明における課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、絶縁基板1上に少なくとも多結晶半導
体膜3、ゲート絶縁膜4、及び、ゲート電極7を順に積
層した薄膜半導体装置において、ゲート電極7を、ゲー
ト絶縁膜4側から順に不純物を活性化する際に照射する
光エネルギー8に対する吸収率及び反射率の小さな透明
導電膜5と、透明導電膜5より幅が狭く且つ前記光エネ
ルギー8に対する吸収率及び反射率の大きな不透明導電
膜6とによって構成するとともに、透明導電膜5の不透
明導電膜6と投影的に重ならない領域直下の多結晶半導
体膜3に低不純物濃度領域10を形成したことを特徴と
する。
【0018】この様なゲート電極7構成を採用すること
によって、透明導電膜5の不透明導電膜6と投影的に重
ならない領域直下の多結晶半導体膜3に注入された不純
物を十分活性化して低不純物濃度領域10、即ち、LD
D領域とすることができ、低不純物濃度領域10におけ
る移動度の低下を抑制することができる。
【0019】また、本発明は、上記(1)において、絶
縁基板1として透明絶縁基板を用いるとともに、多結晶
半導体膜3として下地絶縁膜2を介して多結晶シリコン
膜を設けることが望ましい。
【0020】この様に、多結晶半導体膜3としては、優
れた特性の多結晶膜が得られる多結晶シリコン膜が好適
であり、また、ガラス基板等の透明絶縁基板からの不純
物の拡散を防止するために下地絶縁膜2を介することが
好適である。
【0021】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、不透明導電膜6が、Al,Mo,Ti,Cr,Mo
/Al,Ti/Al,Cr/Alのいずれかであり、且
つ、透明導電膜5が、ITO,In2 3 ,SnO2
ZnO,CdOのいずれかであることを特徴とする。
【0022】この様に、ゲート電極7の上部を構成する
不透明導電膜6としては、TFTのゲート電極7として
実績のあるAl,Mo,Ti,Cr,Mo/Al,Ti
/Al,Cr/Alのいずれかが好適であり、また、ゲ
ート電極7の下部を構成する透明導電膜5としては、不
純物を活性化するために照射する光エネルギー8を透過
することができ且つ優れた導電性を有するITO,In
2 3 ,SnO2 ,ZnO,CdOのいずれかが好適で
ある。
【0023】(3)また、本発明は、絶縁基板1上に少
なくとも多結晶半導体膜3、ゲート絶縁膜4、及び、ゲ
ート電極7を順に積層した薄膜半導体装置の製造方法に
おいて、ゲート電極7を、ゲート絶縁膜4側から順にソ
ース・ドレイン領域9に注入された不純物を活性化する
際に照射する光エネルギー8に対する吸収率及び反射率
の小さな透明導電膜5と、透明導電膜5より幅が狭く且
つ前記光エネルギー8に対する吸収率及び反射率の大き
な不透明導電膜6とによって構成するとともに、透明導
電膜5を介して光エネルギー8を照射して不透明導電膜
6と投影的に重ならない領域直下の多結晶半導体膜3に
注入された不純物を活性化して低不純物濃度領域10と
したことを特徴とする。
【0024】この様に、透明導電膜5を介して光エネル
ギー8を照射して不透明導電膜6と投影的に重ならない
領域直下の多結晶半導体膜3に注入された不純物を活性
化することによって、予め最適化してあるチャネル領域
に悪影響を与えることがない。
【0025】また、本発明は、上記(3)において、多
結晶半導体膜3として、非晶質半導体膜に光エネルギー
8を照射することによって結晶化させた膜を用いた場合
に適用することが望ましい。
【0026】上述のように、不純物の活性化工程がチャ
ネル領域に悪影響を与えることがないので、多結晶半導
体膜3の結晶性を、チャネル領域に好適な程度に予め光
照射によって最適化することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】ここで、図2乃至図4を参照して
本発明の実施の形態のTFTの製造工程を説明する。 図2(a)参照 まず、TFT基板となる厚さが、例えば、1.1mmの
透明のガラス基板11上に、PCVD法を用いて下地絶
縁膜となる厚さが、例えば、100nmのSiO2 膜1
2、及び、厚さが、例えば、50nmのアモルファスシ
リコン膜13を順次堆積させる。
【0028】図2(b)参照 次いで、XeClエキシマレーザを用いてレーザ光14
をオーバラップさせながらスキャンニングしてレーザア
ニールすることによってアモルファスシリコン膜13を
結晶化し、チャネル領域にとって好適な結晶性を有する
多結晶シリコン膜15に変換する。
【0029】図2(c)参照 次いで、多結晶化シリコン膜15にドライ・エッチング
を施すことによって島状の多結晶シリコンパターン16
としたのち、再びPCVD法を用いて、全面に厚さが、
例えば、120nmのSiO2 膜を堆積させてゲート酸
化膜17とし、次いで、スパッタリング法によってゲー
ト電極となる厚さが、例えば、30nmのITO膜1
8、30nmのMo膜19、及び、300nmのAl膜
20を順次堆積させる。この場合、ITO膜18上にA
l膜20を直接設けた場合には、電気陰性度の関係で電
池効果が生ずるので、Mo膜19を介在させている。
【0030】図3(d)参照 次いで、レジストパターン21をマスクとして、リン
酸、硝酸、酢酸からなるH3 PO4 系エッチャントを用
いたウェット・エッチングを施すことによって、Al膜
20及びMo膜19を順次エッチングする。なお、この
場合、Al膜20及びMo膜19を、レジストパターン
21の端部から0.6μm程度後退するように過剰エッ
チングする。
【0031】図3(e)参照 次いで、レジストパターン21をマスクとして、TCP
(Transformer Coupled Plas
ma)法、即ち、上部コイルの形状に特徴のあるICP
(Inductive Coupled Plasm
a)装置を用いたプラズマエッチング法を用いて、HB
rを300sccm流して7mTorrの圧力下で、基
板温度を40℃とした状態で、4MHzで600Wのバ
イアス電圧を印加するとともに、13.56MHzで3
kWのトップ電力を印加することによってITO膜18
をエッチングする。なお、トップ電力とは、上部からプ
ラズマを発生させるために印加する電力である。
【0032】図3(f)参照 次いで、ITO膜18をマスクとして、CHF3 をエッ
チングガスとするドライ・エッチングを施すことによっ
てゲート酸化膜17の露出部を除去したのち、Al膜2
0/Mo膜19をマスクとして多結晶シリコンパターン
16にPイオン22をイオン注入することによって、n
+ 型ソース・ドレイン領域24を形成するとともに、A
l膜20/Mo膜19と投影的に重ならないITO膜1
8の直下にn- 型LDD領域23を形成する。
【0033】図4(g)参照 次いで、再び、XeClエキシマレーザを用いてレーザ
光25をオーバラップさせながらスキャンニングしてレ
ーザアニールすることによって、注入したPを活性化す
る。このレーザアニール工程において、n- 型LDD領
域23にはITO膜18を介してレーザ光25が照射さ
れるので、n- 型LDD領域23に注入されたPも十分
活性化される。
【0034】図4(h)参照 次いで、全面に、エッチングストッパ層となるSiO2
膜26及び層間絶縁膜の主要部となるSiN膜26を順
次堆積させたのち、n+ 型ソース・ドレイン領域24及
びAl膜20に対するコンタクトホールを形成し、次い
で、全面にTi,Al,Tiを順次堆積させ、パターニ
ングしてTi/Al/Ti構造のソース・ドレイン電極
28、及び、ゲート引出電極(図示せず)を形成するこ
とによってnチャネル型TFTの基本構成が得られる。
【0035】この様に、本発明の実施の形態において
は、n- 型LDD領域23の形成予定領域に不純物を注
入したのち、ITO膜18を介してレーザ光25を照射
してレーザアニールしているので、注入したPを十分活
性化することができ、それによって、on時に十分低抵
抗なn- 型LDD領域23とすることができるので、移
動度が低下することがない。
【0036】また、Al膜20がマスクとなって、チャ
ネル領域にレーザ光25が照射されることがないので、
予め最適化したチャネル領域の結晶性が変化してTFT
の特性が低下することがない。
【0037】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限ら
れるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、
上記の実施の形態においては、ガラス基板上に下地絶縁
膜を介してアモルファスシリコン膜を用いているが、下
地絶縁膜は必ずしも必要はないものであり、特に、基板
として、Naイオンを含まない絶縁基板を用いた場合に
は、基板上に直接アモルファスシリコン膜を堆積させて
も良いものである。
【0038】また、上記の実施の形態においては、能動
層を多結晶シリコンによって構成しているが、多結晶シ
リコンに限られるものではなく、多結晶シリコンゲルマ
ニウムを用いても良いものであり、それによって、移動
度を高めることが可能になる。
【0039】また、上記の実施の形態においては、アク
ティブマトリクス型液晶表示装置のTFT基板を前提と
して説明しているために、基板として透明なガラス基板
を設けているが、本発明はアクティブマトリクス型液晶
表示装置用のTFTに限られるものではないので、基板
は透明である必要はなく、かつ、ガラス基板である必要
はない。
【0040】また、上記の実施の形態においては、ゲー
ト電極の下部を構成する透明電極としてITOを用いて
いるが、ITOに限られるものではなく、In2 3
SnO2 、ZnO、CdO等の他の透明導電膜を用いて
も良いものである。
【0041】また、上記の実施の形態においては、IT
O膜との間の電池効果の発生を抑制するために、ゲート
電極の上部を構成する不透明電極としてMo/Al積層
膜を用いているが、透明電極の種類によってはMo/A
l積層膜に限られるものではなく、電気陰性度を考慮し
て電池効果が発生しないのであれば、Al,Ti,C
r,Mo,Ti/Al,Cr/Alを用いても良いもの
である。
【0042】また、上記の実施の形態においては、nチ
ャネル型TFTとして説明しているが、nチャネル型T
FTに限られるものではなく、pチャネル型TFTにも
適用されることは言うまでもないことであり、さらに
は、相補型TFTにも適用されるものである。
【0043】また、上記の実施の形態においては、不純
物の活性化工程において、エキシマレーザを用いたレー
ザアニールを用いているが、レーザアニールに限られる
ものではなく、フラッシュランプ等を用いたランプアニ
ールを行っても良いものである。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、ゲート電極を幅広の透
明導電膜と幅狭の不透明導電膜の積層構造によって構成
することによって、ゲート電極の覆われたLDD領域を
透明導電膜を介して光アニールすることが可能になり、
それによって、チャネル領域の悪影響を与えることなく
LDD領域に注入した不純物を十分活性化して薄膜半導
体装置の動作特性を向上することができ、ひいては、ア
クティブマトリクス型液晶表示装置等の性能向上に寄与
するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の実施の形態の途中までの製造工程の説
明図である。
【図3】本発明の実施の形態の図2以降の途中までの製
造工程の説明図である。
【図4】本発明の実施の形態の図3以降の製造工程の説
明図である。
【図5】従来のTFTの途中までの製造工程の説明図で
ある。
【図6】従来のTFTの図5以降の製造工程の説明図で
ある。
【符号の説明】
1 絶縁基板 2 下地絶縁膜 3 多結晶半導体膜 4 ゲート絶縁膜 5 透明導電膜 6 不透明導電膜 7 ゲート電極 8 光エネルギー 9 ソース・ドレイン領域 10 低不純物濃度領域 11 ガラス基板 12 SiO2 膜 13 アモルファスシリコン膜 14 レーザ光 15 多結晶シリコン膜 16 多結晶シリコンパターン 17 ゲート酸化膜 18 ITO膜 19 Mo膜 20 Al膜 21 レジストパターン 22 Pイオン 23 n- 型LDD領域 24 n+ 型ソース・ドレイン領域 25 レーザ光 26 SiO2 膜 27 SiN膜 28 ソース・ドレイン領域 31 ガラス基板 32 SiO2 膜 33 アモルファスシリコン膜 34 レーザ光 35 多結晶シリコン膜 36 多結晶シリコンパターン 37 ゲート酸化膜 38 Mo膜 39 Al膜 40 レジストパターン 41 Pイオン 42 n- 型LDD領域 43 n+ 型ソース・ドレイン領域 44 レーザ光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/265 602 G02F 1/136 500 21/28 301 H01L 29/78 616L 617K 617L 617M (72)発明者 三島 康由 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 2H092 HA03 HA04 HA28 JA25 JA33 JA35 JA39 JA40 JA44 KA04 KA05 KA10 KA12 KA18 MA05 MA08 MA18 MA19 MA27 MA30 MA41 NA21 4M104 AA01 AA08 AA09 BB36 CC05 DD10 DD11 FF13 GG20 5F052 AA02 BB07 DA02 DB03 EA11 JA01 5F110 AA16 BB01 CC02 DD02 DD13 EE03 EE04 EE07 EE11 EE14 EE15 EE22 EE44 FF02 FF30 GG01 GG02 GG13 GG25 GG45 HJ01 HJ13 HJ23 HL03 HL04 HL12 HM15 NN03 NN23 NN24 PP02 PP03 QQ11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基板上に少なくとも多結晶半導体
    膜、ゲート絶縁膜、及び、ゲート電極を順に積層した薄
    膜半導体装置において、前記ゲート電極を、前記ゲート
    絶縁膜側から順に不純物を活性化する際に照射する光エ
    ネルギーに対する吸収率及び反射率の小さな透明導電膜
    と、前記透明導電膜より幅が狭く且つ前記光エネルギー
    に対する吸収率及び反射率の大きな不透明導電膜とによ
    って構成するとともに、前記透明導電膜の前記不透明導
    電膜と投影的に重ならない領域直下の前記多結晶半導体
    膜に低不純物濃度領域を形成したことを特徴とする薄膜
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記不透明導電膜が、Al,Mo,T
    i,Cr,Mo/Al,Ti/Al,Cr/Alのいず
    れかであり、且つ、上記透明導電膜が、ITO,In2
    3 ,SnO2 ,ZnO,CdOのいずれかであること
    を特徴とする請求項1記載の薄膜半導体装置。
  3. 【請求項3】 絶縁基板上に少なくとも多結晶半導体
    膜、ゲート絶縁膜、及び、ゲート電極を順に積層した薄
    膜半導体装置の製造方法において、前記ゲート電極を、
    前記ゲート絶縁膜側から順に不純物を活性化する際に照
    射する光エネルギーに対する吸収率及び反射率の小さな
    透明導電膜と、前記透明導電膜より幅が狭く且つ前記光
    エネルギーに対する吸収率及び反射率の大きな不透明導
    電膜とによって構成するとともに、前記透明導電膜を介
    して光エネルギーを照射して前記不透明導電膜と投影的
    に重ならない領域直下の多結晶半導体膜に注入された不
    純物を活性化して低不純物濃度領域としたことを特徴と
    する薄膜半導体装置の製造方法。
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