JP3075498B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法Info
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Description
造方法に関する。
ス基板等からなる絶縁基板の上面にソース・ドレイン活
性化領域を有するアモルファスシリコン薄膜を形成し、
このアモルファスシリコン薄膜をCWレーザまたはエキ
シマレーザの照射により多結晶化してポリシリコン薄膜
とし、以下、ゲート絶縁膜、ゲート、ソース、ドレイン
電極を形成して薄膜トランジスタを製造する方法があ
る。
の場合には、低エネルギ照射であるので、ポリシリコン
薄膜の移動度が10cm2/V・sec程度と比較的小
さくなってしまう。一方、エキシマレーザ照射による多
結晶化の場合には、高エネルギ照射であるので、アモル
ファスシリコン薄膜中に水素が含まれないようにする配
慮が必要とはなるが、ポリシリコン薄膜の移動度を30
cm2/V・sec程度と比較的大きくすることができ
る。
なるポリシリコン薄膜を活性層とする薄膜トランジスタ
の場合には、VG(ゲート電圧)−ID(ドレイン電流)
特性が例えば図11に示すようになり、リーク電流が比
較的小さい。一方、エキシマレーザ照射により多結晶化
してなるポリシリコン薄膜を活性層とする薄膜トランジ
スタの場合には、VG−ID特性が例えば図12に示すよ
うになり、リーク電流が大きくなってしまう。
ザ照射により多結晶化してなるポリシリコン薄膜を活性
層とする薄膜トランジスタの場合には、リーク電流を比
較的小さくすることができるが、移動度も比較的小さく
なってしまうという問題があった。一方、エキシマレー
ザ照射により多結晶化してなるポリシリコン薄膜を活性
層とする薄膜トランジスタの場合には、移動度を大きく
することができるが、リーク電流も大きくなってしまう
という問題があった。この発明の目的は、移動度を大き
くすることができ、且つリーク電流を小さくすることの
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。
水素化アモルファスシリコン薄膜に熱処理を施すことに
より脱水素処理してアモルファスシリコン薄膜となし、
レーザ光を照射して前記アモルファスシリコン薄膜を多
結晶化させポリシリコン薄膜を形成し、前記ポリシリコ
ン薄膜のソース・ドレイン形成領域に不純物を注入後に
前記ソース・ドレイン形成領域にレーザ光を照射して前
記ソース・ドレイン形成領域を活性化し、前記ポリシリ
コン薄膜に350〜450℃の温度で熱処理を施し、こ
の後、前記ポリシリコン薄膜を水素化処理するようにし
たものである。請求項2記載の発明は、水素化アモルフ
ァスシリコン薄膜に熱処理を施すことにより脱水素処理
してアモルファスシリコン薄膜となし、該アモルファス
シリコン薄膜のソース・ドレイン形成領域に不純物を注
入し、レーザ光を照射して前記アモルファスシリコン薄
膜を多結晶化してポリシリコン薄膜を形成すると共に前
記ソース・ドレイン形成領域に注入された不純物を活性
化し、前記ポリシリコン薄膜に350〜450℃の温度
で熱処理を施し、この後、前記ポリシリコン薄膜を水素
化処理するようにしたものである。上記請求項1または
請求項2記載の発明において、請求項3記載の如く、前
記水素化アモルファスシリコン薄膜の脱水素処理は、4
50℃程度の温度で行うことが望ましい。
ルギレーザの照射により不純物の活性化を行ったうえ、
350〜450℃の温度で熱処理を行い、この後、多結
晶化されたシリコン薄膜を水素化処理を行うことによ
り、薄膜トランジスタの移動度を大きく且つリーク電流
を小さくすることができる。
おける薄膜トランジスタの各製造工程を示したものであ
る。そこで、これらの図を順に参照しながら、薄膜トラ
ンジスタの製造方法について説明する。
らなる絶縁基板1の上面にSiH4とH2との混合ガスを
用いたプラズマCVDにより水素化アモルファスシリコ
ン薄膜2を堆積する。この場合、絶縁基板1の温度を2
00〜350℃程度望ましくは250℃程度とし、10
〜20SCCM程度のSiH4とその10倍程度のH2と
の混合ガスを用いて、水素化アモルファスシリコン薄膜
2の膜厚が400〜1000Å程度望ましくは500Å
程度となるようにする。すると、水素化アモルファスシ
リコン薄膜2の水素含有量は10〜20atomic%
程度となる。次に、後の工程でエキシマレーザ照射によ
り高エネルギを与えたとき水素が突沸して欠陥が生じる
のを回避するために、脱水素処理を行う。この場合、N
2雰囲気中において450℃程度の温度で1時間程度の
熱処理を行い、水素含有量が3atomic%以下望ま
しくは1atomic%以下となるようにする。この脱
水素処理は、数十枚〜数百枚の絶縁基板1に対して一度
に行うことができる。
のXeClエキシマレーザをエネルギ密度250〜35
0mJ/cm2程度、パルス幅50nsec程度で照射
すると、脱水素処理後のアモルファスシリコン薄膜が多
結晶化してポリシリコン薄膜3となる。この場合、エキ
シマレーザ照射による多結晶化は液相成長であるので、
ポリシリコン薄膜3の結晶構造を良くすることができ、
ひいては移動度を大きくすることができる。なお、波長
308nmのXeClエキシマレーザのほかに、波長2
48nmのKrF、波長193nmのArF、波長17
5nmのArCl、波長353nmのXeF等のエキシ
マレーザを用いてもよいことはもちろんである。
膜3のソース・ドレイン形成領域3b以外の領域に対応
する部分の上面にフォトレジスト膜4をパターン形成す
る。次に、このフォトレジスト膜4をマスクとしてポリ
シリコン薄膜3のソース・ドレイン形成領域3bにリン
イオンやボロンイオン等の不純物を注入して不純物注入
領域5を形成する。この後、フォトレジスト膜4を除去
する。次に、図4に示すように、例えば波長308nm
のXeClエキシマレーザをエネルギ密度250〜35
0mJ/cm2程度、パルス幅50nsec程度で照射
し、不純物注入領域5を活性化する。次に、N2雰囲気
中において350〜450℃望ましくは400℃程度の
温度で2時間程度の熱処理を行う。
り、不要な部分のポリシリコン薄膜3を除去する。この
状態では、ポリシリコン薄膜3の中央部はチャネル領域
3aとされ、その両側は活性化不純物領域からなるソー
ス・ドレイン領域3bとされている。次に、図6に示す
ように、全表面に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とか
らなるゲート絶縁膜6を形成する。すなわち、まず全表
面にスパッタにより酸化シリコン膜を堆積し、次いでこ
の酸化シリコン膜の表面にSiH4とNH3とN2とから
なる混合ガスを用いたプラズマCVDにより窒化シリコ
ン膜を堆積する。プラズマCVDにより窒化シリコン膜
を堆積する場合、絶縁基板1の温度を250℃程度と
し、SiH4を30SCCM程度とし、NH3を60SC
CM程度とし、N2を390SCCM程度とし、出力6
00W程度、圧力0.5Torr程度で行うと、同時に
ポリシリコン薄膜3が水素化されてそのダンリングボン
ドが減少する。次に、チャネル領域3aに対応する部分
のゲート絶縁膜6の上面にCrからなるゲート電極7を
パターン形成する。
リコン等からなる層間絶縁膜8を形成する。次に、ソー
ス・ドレイン領域3bに対応する部分の層間絶縁膜8お
よびゲート絶縁膜6にコンタクトホール9を形成する。
次に、図8に示すように、コンタクトホール9を介して
ソース・ドレイン領域3bと接続されるAlからなるソ
ース・ドレイン電極10を層間絶縁膜8の上面にパター
ン形成する。かくして、薄膜トランジスタが製造され
る。
トランジスタのVG−ID特性を図9に示す。同図に示さ
れているのは、ゲート長6μm、ゲート幅60μmのN
MOSFETの場合であり、ドレイン電圧VD=1Vを
印加した状態の特性である。ゲート電圧VG=−3Vで
リーク電流は1pA、ON/OFF比は8桁以上とれて
いる。このNMOSFETの電気移動度は80cm2/
V・sec以上であり、従来より大幅に向上した上、再
現性も極めて良好であった。
より水素化アモルファスシリコン薄膜2を堆積した後脱
水素処理を行っているが、これに限定されるものではな
く、例えばLPCVDにより水素を含有しないアモルフ
ァスシリコン薄膜を堆積するようにしてもよい。この場
合、LPCVDにより水素を含有しないアモルファスシ
リコン薄膜を堆積する際の絶縁基板1の温度を500〜
600℃程度とし、多結晶化および活性化するためのエ
キシマレーザのエネルギ密度を400mJ/cm2程度
とする。したがって、この場合には脱水素処理を行う必
要はないが、絶縁基板1の温度を500〜600℃程度
と比較的高温とすることになるので、基板温度の昇温に
時間が余計にかかることになる。
たアモルファスシリコン薄膜にエキシマレーザを照射し
てポリシリコン薄膜を得、この後、不純物を注入して、
再度エキシマレーザ照射により不純物の活性化を図るよ
うにしたが、アモルファスシリコン薄膜に不純物を注入
した上でエキシマレーザを照射するようにして、一度の
エキシマレーザ照射工程で多結晶化と不純物活性化を同
時に行うようにしてもよい。
MOS構造の薄膜トランジスタに適用した場合について
説明したが、通常のMOS構造の薄膜トランジスタと比
較して、耐圧の向上等を図って高信頼化したLDD構造
の薄膜トランジスタにも適用することができる。例え
ば、図8と同一名称部分には同一の符号を付した図10
に示すLDD構造の薄膜トランジスタでは、ポリシリコ
ン薄膜3の中央部をチャネル領域3aとされ、その両側
を不純物濃度の低いソース・ドレイン領域3bとされ、
さらにその両側を不純物濃度の高いソース・ドレイン領
域3cとされた構造となっている。このLDD構造の薄
膜トランジスタを製造する場合には、例えば図3に示す
ような状態において、不純物濃度の低いソース・ドレイ
ン領域3bおよび不純物濃度の高いソース・ドレイン領
域3cを形成すべき部分に低濃度の不純物を注入し、次
いでフォトレジスト膜4を除去し、次いで不純物濃度の
高いソース・ドレイン領域3cを形成すべき部分以外の
部分の上面に別のフォトレジスト膜を形成し、この別の
フォトレジスト膜をマスクとして不純物濃度の高いソー
ス・ドレイン領域3cを形成すべき部分に高濃度の不純
物を注入するようにすればよい。
プゲート型のコプラナ構造の薄膜トランジスタに適用し
た場合について説明したが、スタガ構造やバックゲート
型のコプラナまたはスタガ構造の薄膜トランジスタにも
適用し得ることはもちろんである。バックゲート型の場
合、絶縁基板の上面にゲート電極およびゲート絶縁膜を
形成し、その上にアモルファスシリコン薄膜を堆積し、
このアモルファスシリコン薄膜を多結晶化してポリシリ
コン薄膜とする。また、ポリシリコン薄膜の水素化処理
は、ポリシリコン薄膜上にパッシベーション膜(絶縁
膜)をプラズマCVDにより堆積する際に同時に行うこ
とができる。
ば、エキシマレーザ等の高エネルギレーザの照射により
不純物の活性化を行ったうえ、350〜450℃の温度
で熱処理を行い、この後、多結晶化されたシリコン薄膜
を水素化処理を行うことにより、薄膜トランジスタの移
動度を大きく且つリーク電流を小さくすることができ
る。
の製造に際し、絶縁基板の上面に水素化アモルファスシ
リコン薄膜を堆積した状態の断面図。
後のアモルファスシリコン薄膜をエキシマレーザの照射
により多結晶化してポリシリコン薄膜とした状態の断面
図。
ン薄膜のソース・ドレイン形成領域に不純物を注入した
状態の断面図。
領域をエキシマレーザの照射により活性化した状態の断
面図。
より、不要な部分のポリシリコン薄膜を除去した状態の
断面図。
膜およびゲート電極を形成した状態の断面図。
をおよびコンタクトホールを形成した状態の断面図。
レイン電極を形成した状態の断面図。
示す図。
適用した場合の図8同様の断面図。
るポリシリコン薄膜を活性層とする薄膜トランジスタの
VG−ID特性を示す図。
てなるポリシリコン薄膜を活性層とする薄膜トランジス
タのVG−ID特性を示す図。
Claims (3)
- 【請求項1】 水素化アモルファスシリコン薄膜に熱処
理を施すことにより脱水素処理してアモルファスシリコ
ン薄膜となし、レーザ光を照射して前記アモルファスシ
リコン薄膜を多結晶化させポリシリコン薄膜を形成し、
前記ポリシリコン薄膜のソース・ドレイン形成領域に不
純物を注入後に前記ソース・ドレイン形成領域にレーザ
光を照射して前記ソース・ドレイン形成領域を活性化
し、前記ポリシリコン薄膜に350〜450℃の温度で
熱処理を施し、この後、前記ポリシリコン薄膜を水素化
処理することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
法。 - 【請求項2】 水素化アモルファスシリコン薄膜に熱処
理を施すことにより脱水素処理してアモルファスシリコ
ン薄膜となし、該アモルファスシリコン薄膜のソース・
ドレイン形成領域に不純物を注入し、レーザ光を照射し
て前記アモルファスシリコン薄膜を多結晶化してポリシ
リコン薄膜を形成すると共に前記ソース・ドレイン形成
領域に注入された不純物を活性化し、前記ポリシリコン
薄膜に350〜450℃の温度で熱処理を施し、この
後、前記ポリシリコン薄膜を水素化処理することを特徴
とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項3】 前記水素化アモルファスシリコン薄膜の
脱水素処理は、450℃程度の温度で行うことを特徴と
する請求項1または請求項2記載の薄膜トランジスタの
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04353949A JP3075498B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04353949A JP3075498B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06188268A JPH06188268A (ja) | 1994-07-08 |
JP3075498B2 true JP3075498B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=18434302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04353949A Expired - Lifetime JP3075498B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3075498B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5515276B2 (ja) * | 2008-10-31 | 2014-06-11 | 大日本印刷株式会社 | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07118444B2 (ja) * | 1984-12-20 | 1995-12-18 | ソニー株式会社 | 半導体薄膜の熱処理方法 |
JPS639978A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-16 | Nec Corp | 薄膜トランジスタの製造方法 |
JP2867264B2 (ja) * | 1989-02-28 | 1999-03-08 | 株式会社日立製作所 | 液晶表示装置およびその製造方法 |
JPH0324717A (ja) * | 1989-06-22 | 1991-02-01 | Kyocera Corp | 単結晶薄膜の製造方法 |
-
1992
- 1992-12-16 JP JP04353949A patent/JP3075498B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPH06188268A (ja) | 1994-07-08 |
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