JP3173126B2 - 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

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JP3173126B2 JP14143892A JP14143892A JP3173126B2 JP 3173126 B2 JP3173126 B2 JP 3173126B2 JP 14143892 A JP14143892 A JP 14143892A JP 14143892 A JP14143892 A JP 14143892A JP 3173126 B2 JP3173126 B2 JP 3173126B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタの製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタの特性向上の方法のひ
とつに、寄生容量の低減を目的としたイオン注入法を用
いた自己整合なソース・ドレイン領域の形成がある。一
方で薄膜トランジスタの特性向上には多結晶シリコン膜
を薄膜化することが有利であることがわかっている。し
かしながら、多結晶シリコン膜の膜厚が500Å以下に
なった場合に通常のイオン注入法を用いると特定の条件
以外では、ソース・ドレイン領域の不純物の活性化には
600℃以上で数十時間の熱アニール、またはレ−ザ−
アニールが必要であった。このような熱アニールでは低
価格のガラス基板を使用することができず、生産性も劣
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】イオン注入技術を用い
て製造される薄膜トランジスタにおいて、600℃以下
の数時間の熱アニールによっても十分低抵抗であるソー
ス・ドレイン領域が形成できるイオン注入方法を考案
し、安価なガラス基板の使用を可能とする。
【0004】
【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、基板上に形成される薄膜トランジスタ
の製造方法において、ソース・ドレイン領域となるシリ
コン膜上に絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程
と、その後に、質量分析を用いないイオン注入装置を用
いて、不純物となるガスとヘリウムガスで構成される混
合ガスから生成されるすべてのイオンを前記シリコン膜
に打ち込む不純物イオン打ち込み工程とを有し、前記基
板の温度を200℃以上500℃以下に保ちながら前記
不純物イオンの打ち込みを行なうことを特徴とする。ま
た、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、上記薄膜
トランジスタの製造方法において前記シリコン膜は25
0オングストローム以上500オングストローム以下の
膜厚であることを特徴とする。また、本発明の薄膜トラ
ンジスタの製造方法は、上記薄膜トランジスタの製造方
法において、前記不純物となるガスを10%未満とした
混合ガスとすることを特徴とする。また、本発明の薄膜
トランジスタの製造方法は、前記薄膜トランジスタの製
造方法において、前記基板の温度を、300℃以上50
0℃以下とすることを特徴とする。また、本発明の薄膜
トランジスタの製造方法は、前記薄膜トランジスタの製
造方法において、前記不純物イオンの打ち込み後に、4
00℃以上600℃以下でアニールすることを特徴とす
る。
【0005】
【実施例】図1は、250Åの膜厚を有するソース・ド
レイン領域のシート抵抗と活性化熱処理温度の関係を表
わした図である。線101は従来のイオン注入法を用い
て不純物を打ち込んだ場合の、薄膜トランジスタのソー
ス・ドレイン領域のシート抵抗曲線である。線102
は、本発明の薄膜トランジスタの製造方法において、質
量分析を用いないイオン注入装置を用いて、ホスフィン
を5%含み、残部がヘリウムガスから成るガスより生成
する全てのイオンを打ち込んだ場合の、薄膜トランジス
タのソース・ドレイン領域のシート抵抗曲線の一例を示
す。図2は従来のイオン注入法を用いた場合の、不純物
打ち込み直後の250Åの膜厚を有するソース・ドレイ
ン領域を拡大した断面図である。イオン注入により、多
結晶シリコン膜は非晶質化している。図3は本発明の薄
膜トランジスタの製造方法を用いた場合の、不純物打ち
込み直後の250Åの膜厚を有するソース・ドレイン領
域を拡大した断面図である。不純物打ち込み後において
も、ソース・ドレイン領域が非晶質化されないために、
低温かつ短時間で低抵抗化することが可能となる。図4
は、本発明による薄膜トランジスタの製造方法を用いて
製造された薄膜トランジスタの一実施例の断面図であ
る。ガラス基板や石英基板などの基板401、絶縁膜4
02、ノンドープの多結晶シリコン403、ゲート絶縁
膜404、不純物をドープした多結晶シリコン膜または
Crなどの金属をパタンニングして作られたゲート電極
405、不純物打ち込みによって形成されたソース・ド
レイン領域406、層間絶縁膜407、ソース・ドレイ
ン領域からの電極配線408を示す。
【0006】(実施例1)以下に本発明の薄膜トランジ
スタの製造方法の一実施例を、図5の工程図を用いて説
明する。先ず図5(a)に示すようにガラス基板や石英
基板などの基板501上に絶縁膜としてシリコン酸化膜
502を2000Åの厚さで堆積する。前記絶縁膜は基
板に含まれている重金属などが、熱処理時に素子部に拡
散するのを防ぐのが目的であり、基板の純度が十分高け
ればなくてもよい。次に不純物を含まない多結晶シリコ
ン503を、250Å以上500Å以下の厚さで堆積
し、パタンニングする。前記多結晶シリコンは、結晶化
率が75%以上、好ましくは90%以上の膜を用いる。
次にシリコン酸化膜を1500Åの厚さで堆積しゲート
絶縁膜504を形成する。次にリンを含む多結晶シリコ
ンを3000Åの厚さで堆積しパタンニングしてゲート
電極505を形成する。次に図5(b)に示すように、
質量分析を用いないイオン注入装置をもちいて、ホスフ
ィンを5%含み、残部がヘリウムガスから成る混合ガス
より生成するすべてのイオン506を、ゲート電極をマ
スクとして、基板温度を200℃以上、好ましくは30
0℃以上500℃以下に保持しながら、110keVの
エネルギーで、リン濃度が1×1015個/cm2から1×
1016個/cm2の範囲で任意の濃度となるように打ち込
み、ソース・ドレイン領域507を形成する。前記混合
ガス中のホスフィンの濃度は、特に限定されないが、ホ
スフィンの濃度が10%を越えると、イオン注入装置内
に、リンの堆積が起こり、装置の稼働率が低下する為
に、好ましくは、リン濃度が10%未満である混合ガス
を用いる。また、前記基板温度の調整方法は、本実施例
に示される基板裏面側より加熱する方法以外に、前記打
ち込み時に、イオンビ−ム電流を調整しながら打ち込み
を行う方法などがある。さらに、前記打ち込み工程にお
いて、打ち込みエネルギーは、不純物イオンの種類とゲ
ート絶縁膜の膜厚によって選択されるものであり、本実
施例に限定されないことは明かである。例えば、前記イ
オン注入工程において、ボロンイオンを注入する場合に
は、ジボランを含み、残部がヘリウムガスから成るガス
を用いて、打ち込みに於けるエネルギーを40keVに
すればよい。次に600℃で1時間の熱アニールにより
不純物を活性化させる。次に図5(c)に示すように、
シリコン酸化膜を5000Åの厚さで堆積し、層間絶縁
膜508を形成し、ソース・ドレイン領域にコンタクト
ホールを開口したのちにAlやITOにて電極配線50
9を行なう。
【0007】(実施例2)以下に本発明の薄膜トランジ
スタの製造方法を用いた別の実施例を図6の工程図を用
いて説明する。先ず図6(a)に示すようにガラス基板
や石英基板などの基板上に絶縁膜としてシリコン酸化膜
を2000Åの厚さで堆積する。前記絶縁膜は基板に含
まれている重金属などが、熱処理時に素子部に拡散する
のを防ぐのが目的であり、基板の純度が十分高ければな
くてもよい。次に不純物を含まない多結晶シリコン60
1を、250Å以上500Å以下の厚さで堆積し、パタ
ンニングする。前記多結晶シリコンは、結晶化率が75
%以上、好ましくは90%以上の膜を用いる。次にシリ
コン酸化膜を1500Åの厚さで堆積しゲート絶縁膜6
02を形成する。次にCrやTa、Alなどの金属膜
を、3000Å以上の厚さで堆積し、パタンニングして
ゲート電極603を形成する。次に図6(b)に示すよ
うに、質量分析を用いないイオン注入装置をもちいて、
ホスフィンを5%含み、残部がヘリウムガスから成るガ
スより生成するすべてのイオン604を、ゲート電極を
マスクとして、110keVのエネルギーで、リン濃度
が1×1015個/cm2から1×1016個/cm2の範囲で任
意の濃度となるように打ち込み、ソース・ドレイン領域
605を形成する。前記打ち込みにおいて基板温度を2
00℃以上、好ましくは300℃以上500℃以下に保
持する。基板温度の調整方法は特に限定されず、本実施
例に示される基板裏面側より加熱する方法以外に、前記
打ち込み時に、イオンビ−ム電流を調整しながら打ち込
みを行う方法などがある。次に300℃以上で1時間以
上の熱アニールを行い、ソース・ドレイン領域の不純物
を活性化させる。次に図6(c)に示すように、層間絶
縁膜を形成し、ソース・ドレイン領域にコンタクトホー
ルを開口したのちにAlやITOにて電極配線を行な
う。
【0008】
【発明の効果】本発明により、以下の効果がある。
【0009】(1).500Å以下の薄膜の低抵抗化が
600℃以下で短時間のアニ−ルで達成できることによ
り、生産性が向上する。
【0010】(2).安価なガラス基板の使用が可能と
なる。
【0011】(3).ゲート電極を金属で形成すること
が可能であり、ゲート線の低抵抗化が可能となる。
【0012】(4).質量分析を用いないイオン注入装
置を用いて、不純物となるガスと、残部がヘリウムガス
で構成される混合ガスから生成されるすべてのイオンを
打ち込むと、ゲート電極の膜厚を薄くしながら、薄膜ト
ランジスタのチャネル部への水素の打ち込みを避けるこ
とができる。これにより、薄膜トランジスタの特性の安
定化と、薄膜トランジスタ表面の平坦化が可能となる。
【0013】(5).低温での不純物活性化が可能とな
るために、大面積基板において問題となる、基板の反り
やうねりを回避する事が可能となり、生産性の向上がで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 薄膜トランジスタのソース・ドレイン領域の
シート抵抗と活性化熱処理温度の関係を示した図であ
る。
【図2】 従来のイオン注入法を用いた場合の不純物打
ち込み直後のソース・ドレイン領域を拡大した断面図で
ある。
【図3】 本発明の薄膜トランジスタの製造方法を用い
た場合の不純物打ち込み直後のソース・ドレイン領域を
拡大した断面図である。
【図4】 本発明の薄膜トランジスタの製造方法を用い
て作られた薄膜トランジスタの一実施例の断面図であ
る。
【図5】 (a)〜(c)は本発明の薄膜トランジスタ
の製造方法を用いた一実施例の工程図である。
【図6】 (a)〜(c)は本発明の薄膜トランジスタ
の製造方法を用いた別の実施例の工程図である。
【符号の説明】
101 従来のイオン注入法を用いた場合のソース・ド
レイン領域のシート抵抗曲線 102 本発明の薄膜トランジスタの製造方法におい
て、質量分析を用いないイオン注入装置を用いて、ホス
フィンを5%含み、残部がヘリウムガスから成るガスよ
り生成するすべてのイオンを打ち込んだ場合のソース・
ドレイン領域のシ−ト抵抗曲線 401 基板 402 絶縁膜 403 ノンドープの多結晶シリコン 404 ゲート絶縁膜 405 ゲート電極 406 ソース・ドレイン領域 407 層間絶縁膜 408 電極配線 501 基板 502 シリコン酸化膜 503 不純物を含まない多結晶シリコン 504 ゲート絶縁膜 505 ゲート電極 506 ホスフィンを5%含み、残部がヘリウムガスか
ら成るガスより生成する全てのイオンのイオンビーム 507 ソース・ドレイン領域 508 層間絶縁膜 509 電極配線 601 不純物を含まない多結晶シリコン 602 ゲート絶縁膜 603 ゲート電極 604 ホスフィンを5%含み、残部がヘリウムガスか
ら成るガスより生成するすべてのイオンのイオンビ−ム 605 ソース・ドレイン領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/265 H01L 21/265 602 H01L 21/336

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成される薄膜トランジスタの製
    造方法において、 ソース・ドレイン領域となるシリコン膜上に絶縁膜を介
    してゲート電極を形成する工程と、その後に、質量分析
    を用いないイオン注入装置を用いて、不純物となるガス
    とヘリウムガスで構成される混合ガスから生成されるす
    べてのイオンを前記シリコン膜に打ち込む不純物イオン
    打ち込み工程とを有し、前記基板の温度を200℃以上
    500℃以下に保ちながら前記不純物イオンの打ち込み
    を行なうことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記シリコン膜は250オングストローム
    以上500オングストローム以下の膜厚であることを特
    徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】前記不純物となるガスを10%未満とした
    混合ガスとすることを特徴とする請求項1又は2に記載
    の薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】前記基板の温度を、300℃以上500℃
    以下とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
    に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】前記不純物イオンの打ち込み後に、400
    ℃以上600℃以下でアニールすることを特徴とする請
    求項1乃至4のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製
    造方法。
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