JPH05326954A

JPH05326954A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH05326954A
Application number: JP12213792A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Akanuma; 英幸赤沼
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【構成】基板上に形成した第１のシリコン層２０２の
上にさらに第２のシリコン層を成膜した後、熱酸化法に
よりゲート絶縁膜２０３を形成したことを特徴とする薄
膜トランジスタ。【効果】第２のシリコン層の熱酸化により生じた酸化
膜の厚さだけゲート電極の乗り越えるべき段差が小さ
く、ゲート電極の断線が起こりにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクス基
板等に用いられる薄膜トランジスタおよびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の薄膜トランジスタのなかで、特に
ゲート絶縁膜をシリコン層の熱酸化法により形成したも
のの構造を図１に示す。図１（ａ）は従来の薄膜トラン
ジスタの構造を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に
おけるＡ−Ａ間の縦断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ間の縦
断面図である。絶縁体基板１０１上にはソースおよびド
レイン領域とチャネル領域からなるシリコン層１０２
と、シリコン層１０２の表面の熱酸化により形成したゲ
ート絶縁膜１０３がある。ゲート絶縁膜１０３の上には
ゲート電極１０４が形成してあり、さらに層間絶縁膜１
０５を介して形成されたソースおよびドレイン電極１０
６がコンタクト孔１０７によりシリコン層１０２のソー
スおよびドレイン領域に接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ゲート絶縁膜をシリコ
ンの熱酸化で形成する、図１に示した従来の薄膜トラン
ジスタでは、ゲート電極１０４は必ずシリコン層１０２
とゲート絶縁膜１０３からなる段差部分を乗り越えて形
成しなければならない。しかしながら、ゲート電極１０
４に用いる材料あるいは形成方法によっては、前記の段
差部分でゲート電極１０４に断線を生じるという問題が
あった。特にスパッタ法で製膜した金属をゲート電極１
０４に用いる場合に断線を生じることが多かった。

【０００４】図１に示した、ゲート絶縁膜を熱酸化法に
より形成した薄膜トランジスタの他に、ゲート絶縁膜
（ＳｉＯ₂）を化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成
した薄膜トランジスタもある。しかしながらゲート絶縁
膜をＣＶＤ法で形成した場合、ゲート絶縁膜の形成温度
が熱酸化法より低く、また、薄膜トランジスタの特性を
大きく左右するゲート絶縁膜とチャネルのシリコン層と
の界面が空気中に曝される場合もある。このため、チャ
ネルであるシリコン層の膜質が悪く電界効果易動度が小
さい、あるいはゲート絶縁膜とシリコン層の界面におけ
る準位密度が高く、また安定性に欠けるといった問題が
あり、薄膜トランジスタとしての電気特性や信頼性の面
で、ゲート絶縁膜をシリコンの熱酸化で形成したものに
劣る。従って、例えば薄膜トランジスタを駆動回路一体
型のアクティブマトリクス基板に用いる場合、ゲート絶
縁膜を熱酸化法で形成した薄膜トランジスタの方が、ゲ
ート電極をＣＶＤ法で形成した薄膜トランジスタに比べ
駆動回路の動作速度を大きくできる、あるいはスイッチ
ング特性に優れるといった特徴があり、ゲート絶縁膜を
熱酸化法で形成した薄膜トランジスタは実用上重要な薄
膜素子である。従って、ゲート絶縁膜を熱酸化法で形成
した薄膜トランジスタにおけるゲート電極の断線を防止
することが重要である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タは絶縁体基板上の成形された第１のシリコン層の上に
第２のシリコン層を製膜した後、熱酸化法でゲート絶縁
膜を形成する事で、シリコン層とゲート絶縁膜からなる
段差を小さくしたことを特徴とする。

【０００６】

【実施例】本発明の薄膜トランジスタの実施例を図２を
用いて説明する。図２の（ａ）は本発明の薄膜トランジ
スタの平面図、ｂはＡ−Ａ間の断面図、ｃはＢ−Ｂ間の
断面図である。本実施例では基板２０１には石英を用い
ている。基板２０１上にはソースおよびドレイン領域と
チャネル領域からなる第１のシリコン（Ｓｉ）層２０２
と、第１のシリコン層２０２上にさらに堆積した第２の
シリコン層を熱酸化する事で形成したゲート絶縁膜２０
３、ゲート電極２０４がある。さらに層間絶縁膜２０５
に開口したコンタクト孔２０６を介してソースおよびド
レイン電極２０７をシリコン層２０２のソース領域およ
びドレイン領域にそれぞれ接続してある。

【０００７】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を図
３を用いて詳しく説明する。基板３０１上にまず第１の
シリコン（Ｓｉ）層３０２を形成した。第１のシリコン
層３０２は減圧化学気相成長法より多結晶シリコンある
いは非晶質シリコンを成膜した後、フォトリソグラフィ
技術を用いて成形した。第１のシリコン層３０２の成膜
にはプラズマ化学気相成長法を用いる事もできる。続い
て、一面に第２のシリコン層３０３を形成した。第２の
シリコン層３０３の成膜では第１のシリコン層３０２と
同じ方法をとったが、異なる成膜方法でも差し支えな
い。また、第２のシリコン層３０３はフォトリソグラフ
ィ技術を用いて成形する必要はない（図３（ａ））。

【０００８】次に、第２のシリコン層３０３を熱酸化法
により酸化する事でゲート絶縁膜３０４を形成した。熱
酸化は酸素を含む雰囲気中で１１００℃から１２００℃
に加熱する事で行ったが、他にも、例えば水蒸気を含む
雰囲気中での熱酸化でも良い。また、熱酸化は少なくと
も第２のシリコン層３０３がすべて酸化されるまで行っ
た（図３（ｂ））。

【０００９】さらに第１のシリコン層３０２上に、ゲー
ト絶縁膜３０４を介してゲート電極３０５を形成し、ゲ
ート電極３０５をマスクにして第１のシリコン層３０２
に不純物イオンの打ち込み３０６を行い、炉アニールあ
るいはレーザー光照射による不純物の活性化を行う事で
自己整合的にソース領域、ドレイン領域を形成した。こ
こではゲート電極３０５にはスパッタ法で成膜したタン
タル（Ｔａ）を用いた。ゲート電極３０５にはタンタル
の他にも、例えばアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃ
ｒ）など様々な材料を必要に応じて用いる事ができる
（図３（ｃ））。

【００１０】次に層間絶縁膜３０７を形成し、ソース領
域およびドレイン領域上のゲート絶縁膜３０４、層間絶
縁膜３０７にコンタクト孔３０８を開口し、ソースおよ
びドレイン電極３０９を形成して薄膜トランジスタを完
成した（図３（ｄ））。

【００１１】本発明の薄膜トランジスタにおいて重要な
のは第１のシリコン層と第２のシリコン層の膜厚の決定
である。少なくとも第２のシリコン層は熱酸化によるゲ
ート絶縁膜の形成で完全に酸化されねばならない。多結
晶シリコン薄膜や非晶質シリコン薄膜の熱酸化では、熱
酸化により減少したシリコン薄膜の厚さのほぼ２倍の厚
さの酸化物（ＳｉＯ₂）を生じる。したがって第２のシ
リコン層の厚さは、必要とされるゲート絶縁膜の厚さの
半分以上にすることは出来ない。また、実際問題とし
て、第２のシリコン層の形成時の膜厚や、熱酸化による
第２のシリコン層の減少量は完全に均一にはしがたい。
従って第２のシリコン層の膜厚は、必要とされるゲート
酸化膜の厚さの２分の１より、膜厚の不均一さ、熱酸化
の不均一さを考慮した分だけ小さくしなければならな
い。また、第１のシリコン層の膜厚は、第２のシリコン
層の膜厚をゲート絶縁膜の膜厚の２分の１より薄くする
分厚くしなくてはならない。

【００１２】図２に示した本発明の薄膜トランジスタで
は、図１に示した従来の薄膜トランジスタに比べ、ゲー
ト電極が越えなくてはならない段差が小さい。このこと
を、図４を用いて詳しく説明する。

【００１３】図４（ａ）は従来の薄膜トランジスタのシ
リコン層４０１およびゲート絶縁膜４０２による段差ｄ
１を説明する図であり、図４（ｂ）は本発明の薄膜トラ
ンジスタのシリコン層４０１およびゲート絶縁膜４０２
による段差ｄ２を説明する図である。また、図４（ｂ）
の４０３は第１のシリコン層と第２のシリコン層の熱酸
化によるゲート絶縁膜形成前の元の界面であり、４０４
は最終的なゲート絶縁膜とシリコン層の界面である。図
４（ａ）の従来の薄膜トランジスタでは、ゲート電極は
シリコン層４０１の膜厚とゲート絶縁膜４０２の膜厚の
合計分の段差ｄ１を乗り越えて形成しなくてはならな
い。これに対し、図４（ｂ）の本発明の薄膜トランジス
タではシリコン層４０１の上以外にも第２のシリコン層
の熱酸化により形成された厚さｔの酸化膜が有り、ゲー
ト電極が乗り越えるべき段差ｄ２はｄ１に比べｔだけ小
さい。従って、本発明の薄膜トランジスタではシリコン
層とゲート絶縁膜からなる段差部分で生じていたゲート
電極の断線を少なくすることが出来る。また、本発明の
薄膜トランジスタは、ゲート電極の断線を生じにくい
為、ゲート電極に用いる材料の選択の幅を広げ、かつゲ
ート電極の形成方法の制約が小さくなるという効果も有
する。

【００１４】本発明の薄膜トランジスタでは、その製造
工程において第１のシリコン層と第２のシリコン層の界
面が薬品や空気に曝され、汚染される可能性はある。し
かしながら、本発明の薄膜トランジスタでは第１のシリ
コン層の一部をも熱酸化する事により、図４（ｂ）に示
したように、第１のシリコン層と第２のシリコン層の熱
酸化前の元の界面４０３はゲート絶縁膜内部に有り、ゲ
ート絶縁膜とシリコン層の界面４０４とは離れるように
出来る。従って本発明の薄膜トランジスタでは、ゲート
絶縁膜を熱酸化法により形成した薄膜トランジスタ本来
の電気特性、信頼性を損なうことはない。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、熱酸化法による上質な
シリコン層およびゲート絶縁膜を得て、かつゲート電極
が越えるべき段差を小さくすることが出来る為、ゲート
電極に用いる材料および形成方法によらず、ゲート電極
の断線の少ない、かつ特性の良好な薄膜トランジスタが
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はゲート絶縁膜を熱酸化法により形成し
た従来の薄膜トランジスタの構造を示す平面図であり、
（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａの縦断面図、（ｃ）は
（ａ）におけるＢ−Ｂの縦断面図。

【図２】（ａ）は本発明の薄膜トランジスタの構造を示
す平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａの縦断
面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂの縦断面図。

【図３】本発明の薄膜トランジスタの製造方法の説明
図。

【図４】（ａ）は従来の薄膜トランジスタの段差を示す
説明図であり、（ｂ）は本発明の薄膜トランジスタの段
差を示す説明図。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１・・・基板１０２、４０１・・・シリコン層１０３、２０３、３０４、４０２・・・ゲート絶縁膜１０４、２０４、３０５・・・ゲート電極１０５、２０５、３０７・・・層間絶縁膜１０６、２０７、３０９・・・ソースおよびドレイン
電極１０７、２０６、３０８・・・コンタクト孔２０２、３０２・・・第１のシリコン層３０３・・・第２のシリコン層３０６・・・不純物イオン打ち込み４０３・・・第１のシリコン層と第
２のシリコン層のゲート絶縁膜形成前の界面４０４・・・シリコン層とゲート絶
縁膜の界面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゲート絶縁膜がシリコンの熱酸化膜である
薄膜トランジスタにおいて、基板上に堆積、成形した第１のシリコン層と、前記第１のシリコン層の一部を熱酸化した酸化膜と、前
記酸化膜上に第２のシリコン層の全部を熱酸化した酸化
膜とを積層したゲート絶縁膜からなる事を特徴とする薄
膜トランジスタ。
【請求項２】基板上に第１のシリコン層を堆積、成形す
る工程と、前記第１のシリコン層上および露出した前記
基板上に第２のシリコン層を堆積する工程と、少なくと
も第２のシリコン層の全てと、さらに前記第１のシリコ
ン層の一部分を熱酸化する事でゲート絶縁膜を形成する
工程を有する事を特徴とする薄膜トランジスタの製造方
法。