JP3219501B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体工業における半
導体薄膜素子の製造方法に関し、特にアクティブマトリ
ックス方式の液晶ディスプレイ等に用いられる薄膜トラ
ンジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、薄膜トランジスタの製造において
は、図3aに示すように、水素希釈のホスフィン(PH
3 )のような価電子制御用の不純物を含む気体を放電分
解し、生成したイオン19、20を質量分離せずに大口
径のイオンビームとして半導体薄膜16に一括して打ち
込み、ドーピング層21(図3b)を形成するという方
法が採られている。尚、この場合、ドーピング層21の
形成は、有機材料からなるレジスト18及び保護膜17
をマスクとして選択的に行われる[A. Yoshida,et al.
: Jpn J. Appl. Phys. 56(1991)L118]。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法を採用した場合、大面積処理は容易である
が、以下のような課題がある。すなわち、図4に示すよ
うに、薄膜トランジスタを形成するために、イオン源開
口部25から基板台23上の試料24に対してイオンを
連続的に打ち込むと、水素及びP、As、B等の価電子
制御用の不純物を含むイオン19、20の照射によって
(図3a)、半導体薄膜16及びレジスト18の表面付
近の温度が急激に上昇し、レジスト18が変質・硬化し
てしまう(図3b)。この変質・硬化層22の形成は、
例えば、ドーピングガス;H2 希釈5%PH3 、イオン
のエネルギー;15kV、イオン照射量;5×1015
ons/(cm2 ・分)で確認されている。従って、イ
オン注入処理後は、有機溶媒洗浄、発煙硝酸洗浄、酸素
ラジカルによるアッシング(灰化)ではレジスト18を
容易に除去することができず、酸素イオンを用いたスパ
ッタエッチングによらなければならないため、レジスト
18の除去作業が非常に面倒であるという課題があっ
た。
【0004】また、イオン照射中の温度上昇により、半
導体薄膜16の特性が劣化し、薄膜トランジスタの信頼
性を低下させるという課題があった。本発明は、前記従
来技術の課題を解決するため、イオン注入処理後におけ
るレジストの除去を容易とし、かつ、半導体薄膜の特性
を劣化させることのない薄膜トランジスタの製造方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る薄膜トランジスタの第1の製造方法
は、基体上に形成された絶縁体薄膜及び半導体薄膜を少
なくとも備えた薄膜トランジスタの製造方法において、
水素及び価電子制御用の不純物を含むイオンの注入を、
所定の注入量まで複数枚の基体に対して交互に行うこと
を特徴とする。
【0006】また、本発明に係る薄膜トランジスタの第
2の製造方法は、基体上に形成された絶縁体薄膜及び半
導体薄膜を少なくとも備えた薄膜トランジスタの製造方
法において、水素及び価電子制御用の不純物を含むガス
の放電を連続的に行うと共に、イオンの引き出しを電気
的に制御することにより、水素及び価電子制御用の不純
物を含むイオンの注入を、所定の注入量まで不連続的
行うことを特徴とする。
【0007】前記第1又は第2の製造方法においては、
イオンの注入後に、加熱処理を行なうことが好ましい。
また、前記第1又は第2の製造方法においては、半導体
薄膜が非晶質シリコン薄膜であることが好ましい。
【0008】また、前記第1又は第2の製造方法におい
ては、半導体薄膜が微結晶シリコン薄膜であることが好
ましい。また、前記第1又は第2の製造方法において
は、半導体薄膜が多結晶シリコン薄膜であることが好ま
しい。
【0009】
【作用】本発明の第1の製造方法によれば、半導体薄膜
及びマスクの表面付近の急激な温度上昇を防ぎ、マスク
の変質・硬化、さらには半導体薄膜の特性劣化を抑制す
ることができるので、レジストをマスクとしてドーピン
グ層を選択的に形成した場合でも、有機溶媒洗浄、発煙
硝酸洗浄、あるいは酸素ラジカルによるアッシング(灰
化)によってレジストを容易に除去することができ、か
つ、良好な特性を示す薄膜トランジスタを作製すること
ができる。さらに、イオン注入工程が中断することがな
いので、処理個数を確保して生産の低減を抑えることが
できる。
【0010】本発明の第2の製造方法によれば、イオン
を発生させる放電を連続的に行うことにより、処理の再
現性や生産性を低下させることがなく、さらにイオンの
引き出しを電気的に不連続的に行うことにより、イオン
照射による被処理基板の温度上昇を抑制し、特性の劣化
やレジストの変質を抑えることができる。本発明方法に
おいて、イオンの注入後に、加熱処理を行なうという好
ましい構成によれば、ドーピング層の損傷を回復し、イ
オン注入物を活性化させることができるので、より良好
な特性を示す薄膜トランジスタを作製することができ
る。
【0011】また、本発明方法において、半導体薄膜が
非晶質シリコン薄膜であるという好ましい構成によれ
ば、プラズマ励起CVD法等により容易にガラス基板が
使用可能な温度で大面積基板上に均一に薄膜を形成する
ことができるので、低コストで大面積の薄膜トランジス
タを作製することができる。
【0012】また、本発明方法において、半導体薄膜が
微結晶シリコン薄膜であるという好ましい構成によれ
ば、薄膜トランジスタの特性をより安定なものとするこ
とができる。
【0013】また、本発明方法において、半導体薄膜が
多結晶シリコン薄膜であるという好ましい構成によれ
ば、薄膜トランジスタの電界移動度をより高いものとす
ることができ、かつ、p型の薄膜トランジスタとするこ
とができる。
【0014】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。図1は本発明に係る薄膜トランジスタの製
造方法の一実施例を示す工程断面図である。
【0015】ガラス等の基板1上に、ゲート電極2を形
成した後、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜3、非晶
質シリコンからなる半導体薄膜4、窒化シリコンからな
る保護膜5を、プラズマ励起CVD法により形成する。
そして、フォトリソ工程を経てパターニングしたレジス
ト6をマスクとして、保護膜5を図1aのように部分的
に蝕刻する。この後、レジスト6及び保護膜5をマスク
とし、例えば、PH3とH2 の混合ガスの放電分解によ
って発生するPを含んだイオン7及び水素イオン8を、
質量分離せずに打ち込んでドーピングすることにより、
半導体薄膜4のうちレジスト6及び保護膜5の直下以外
の領域にn型のドーピング層9を形成する(図1b)。
尚、p型のドーピング層を形成する場合には、例えば、
2 6とH2 の混合ガスの放電分解によって発生する
Bを含んだイオン及び水素イオンを、質量分離せずに打
ち込んでドーピングすればよい。また、水素及び価電子
制御用の不純物を含むイオンとして、PH x + イオンの
み、又はB y z + イオンのみを用いてもよい。
【0016】Pを含んだイオン7及び水素イオン8の注
入は、イオンビームの引出しを電気的に制御することに
より、半導体薄膜4に対し15秒行い、15秒休止する
という不連続的な照射によって行う。ここで、イオンの
注入は、ドーピングガス;H 2 希釈5%PH3 、イオン
のエネルギー;15kV、イオンの照射量;2×10 15
ions/(cm2 ・分)という条件で行う。
【0017】この注入工程は非質量分離のイオンビ−ム
によるものであるため、装置の構成が簡易で大面積処理
が可能であり、かつ処理時間も短い。また、このように
イオン注入を不連続的に行えば、半導体薄膜4及びマス
クとしてのレジスト6、保護膜5の表面付近の急激な温
度上昇を防ぐことができるので、レジスト6における変
質・硬化層の形成がなくなり、その結果、イオン注入処
理後に、有機溶媒洗浄、発煙硝酸洗浄、あるいは酸素ラ
ジカルによるアッシング(灰化)によってレジスト6を
容易に除去することができる。さらに、この方法を採用
すれば、急激な温度上昇による半導体薄膜4の特性劣化
も抑制することができるので、良好な特性を示す薄膜ト
ランジスタを作製することができる。
【0018】また、レジスト6を除去した後に、加熱処
理を行えば、ドーピング層9の損傷を回復し、イオン注
入物を活性化させることができるので、より良好な特性
を示す薄膜トランジスタを作製することができる。
【0019】尚、上記実施例においては、イオン注入処
理を、1個の半導体薄膜4に対し15秒行い、15秒休
止するという不連続的な照射によって行っているが、必
ずしもこの方法に限定されるものではなく、以下のよう
な方法によっても同様の効果を得ることができる。すな
わち、図2に示すように、基板台11上に4枚の試料1
0をセットし、イオン源開口部12から引き出されるイ
オンに対し、基板台11を90゜ずつのステップで回転
させることにより、各試料10に対し15秒ごとに照射
する。そして、この方法を採用すれば、イオン注入工程
が中断することはないので、処理個数を確保して生産の
低減を抑えることができる。
【0020】また、半導体薄膜4の材料としては、プラ
ズマ励起CVD法等により容易にガラス基板が使用可能
な温度で大面積基板上に均一に形成することができ、低
コストで大面積の薄膜素子を作製することができる点
で、上記実施例に記載した非晶質シリコンが好ましい
が、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、
微結晶シリコン、多結晶シリコンであってもよい。そし
て、半導体薄膜4の材料として微結晶シリコンを用いれ
ば、薄膜トランジスタの特性をより安定なものとするこ
とができる。また、多結晶シリコンを用いれば、薄膜ト
ランジスタの電界移動度をより高いものとすることがで
き、かつ、p型の薄膜トランジスタとすることができる
というメリットがある。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の製
造方法によれば、半導体薄膜及びマスクの表面付近の急
激な温度上昇を防ぎ、マスクの変質・硬化、さらには半
導体薄膜の特性劣化を抑制することができるので、レジ
ストをマスクとしてドーピング層を選択的に形成した場
合でも、有機溶媒洗浄、発煙硝酸洗浄、あるいは酸素ラ
ジカルによるアッシング(灰化)によってレジストを容
易に除去することができ、かつ、良好な特性を示す薄膜
トランジスタを作製することができる。さらに、イオン
注入工程が中断することがないので、処理個数を確保し
て生産の低減を抑えることができる。
【0022】また、本発明の第2の製造方法によれば、
イオンを発生させる放電を連続的に行うことにより、処
理の再現性や生産性を低下させることがなく、さらにイ
オンの引き出しを電気的に不連続的に行うことにより、
イオン照射による被処理基板の温度上昇を抑制し、特性
の劣化やレジストの変質を抑えることができる。また、
本発明方法において、イオンの注入後に、加熱処理を行
なうという好ましい構成によれば、ドーピング層の損傷
を回復し、イオン注入物を活性化させることができるの
で、より良好な特性を示す薄膜トランジスタを作製する
ことができる。
【0023】また、本発明方法において、半導体薄膜が
非晶質シリコン薄膜であるという好ましい構成によれ
ば、プラズマ励起CVD法等により容易にガラス基板が
使用可能な温度で大面積基板上に均一に半導体薄膜を形
成することができるので、低コストで大面積の薄膜トラ
ンジスタを作製することができる。
【0024】また、本発明方法において、半導体薄膜が
微結晶シリコン薄膜であるという好ましい構成によれ
ば、薄膜トランジスタの特性をより安定なものとするこ
とができる。
【0025】さらに、本発明方法において、半導体薄膜
が多結晶シリコン薄膜であるという好ましい構成によれ
ば、薄膜トランジスタの電界移動度をより高いものとす
ることができ、かつ、p型の薄膜トランジスタとするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一
実施例を示す工程断面図である。
【図2】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の他
の実施例を示す工程概略図である。
【図3】従来技術における薄膜トランジスタの製造方法
を示す工程断面図である。
【図4】従来技術における薄膜トランジスタの製造方法
を示す工程概略図である。
【符号の説明】
1 基体 2 ゲート電極 3 ゲート絶縁膜 4 非晶質シリコン薄膜 5 保護膜 6 レジスト 7 Pを含んだイオン 8 水素イオン 9 n型のドーピング層 10 試料 11 基板台 12 イオン源開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−194326(JP,A) 特開 平1−140716(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/265 H01L 21/336

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体上に形成された絶縁体薄膜及び半導
    体薄膜を少なくとも備えた薄膜トランジスタの製造方法
    において、水素及び価電子制御用の不純物を含むイオン
    の注入を、所定の注入量まで複数枚の基体に対して交互
    に行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】 基体上に形成された絶縁体薄膜及び半導
    体薄膜を少なくとも備えた薄膜トランジスタの製造方法
    において、水素及び価電子制御用の不純物を含むガスの
    放電を連続的に行うと共に、イオンの引き出しを電気的
    に制御することにより、水素及び価電子制御用の不純物
    を含むイオンの注入を、所定の注入量まで不連続的に行
    うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 イオンの注入後に、加熱処理を行なう請
    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】 半導体薄膜が非晶質シリコン薄膜である
    請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体薄膜が微結晶シリコン薄膜である
    請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  6. 【請求項6】 半導体薄膜が多結晶シリコン薄膜である
    請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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