JPH07162003A - 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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JPH07162003A
JPH07162003A JP30804393A JP30804393A JPH07162003A JP H07162003 A JPH07162003 A JP H07162003A JP 30804393 A JP30804393 A JP 30804393A JP 30804393 A JP30804393 A JP 30804393A JP H07162003 A JPH07162003 A JP H07162003A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動度が大きく、off抵抗の大きいTFT
の供給。 【構成】 シリコン半導体層を、SiH4 とSiF4
流量比を変化させて形成するTFT製造方法。 【効果】 移動度が大きく、off抵抗の大きいTFT
を供給できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、アクティブ方式液晶表示装置等
に適用さ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】従来から、高精細な画像を得るための液
晶表示装置として非単結晶シリコン薄膜トランジスタ
(以後TFTと記す。)をスイッチング素子として用い
た、いわゆるアクティブ方式液晶表示装置が提案され、
既に実用化されている。
【0003】液晶表示装置として、実用化されている非
単結晶TFTには、アモルファスシリコン(以後、a−
siと記す。)を半導体層に用いるa−siTFTと、
結晶性シリコン(以後poly−siと記す。)を半導
体層に用いるpoly−siTFTの2種類がある。
【0004】TFTの構成としては、コプラナ型とスタ
ガー型とが一般に良く知られているが、a−siTFT
の場合、スタガー型(逆スタガー型)が製造プロセス上
容易であるためほとんどは、(逆)スタガー型の構成で
ある。
【0005】一方、poly−siTFTは、セルフア
ライン技術が使えることからコプラナ型の構成をとるこ
とが多い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、a−s
iTFTは低温プロセスで製造できるため安価なガラス
基板が使えるという利点があるものの、TFTのキャリ
アー移動度が小さく、周辺の駆動回路は別体で作って、
たとえば単結晶SiのICを用いなければならないとい
う不都合があった。
【0007】一方、poly−siTFTは、キャリア
ー移動度が大きく、周辺の駆動回路も一体で形成できる
という利点があるものの、半導体層の成膜温度はガラス
基板の歪点(例えば一般によく使われているコーニング
社製7059ガラスは593℃)を越える温度が必要な
ことから、安価なガラス基板が使えず、高価な石英基板
を使わなければならずコストがかかるという不都合があ
った。図8に熱処理温度に対するガラスの収縮率のグラ
フを示す。71はコーニング社製7059ガラス、72
はBLCガラスについてのものである。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の薄膜ト
ランジスタの製造方法は、薄膜シリコンを半導体層とし
て用いる薄膜トランジスタの製造方法において、基板上
にシリコン半導体層を形成するに際し、前記半導体層の
うちゲート電極側の第1半導体層としてSiF4 とSi
4 とを含むガス雰囲気の下でプラズマCVD法を用い
て結晶性シリコンを形成し、前記半導体層のゲート電極
とは反対側の第2半導体層として、前記第1半導体層を
形成する際のガス雰囲気に比べてSiH4 に対するSi
4 の割合を小さくしたガス雰囲気下でプラズマCVD
法により非晶質シリコンを形成することを特徴とするも
のである。
【0009】本発明の薄膜トランジスタの製造方法によ
れば、キャリアーの移動度が大きく、off抵抗の大き
い即ち、on/off比との大きいTFTを低温で提供
することができる。
【0010】更に、ガラス基板上に、周辺駆動回路をも
形成することができるという利点がある。
【0011】poly−siは前述したように、抵抗率
が低くTFTのoff電源が大きいことから、このof
f時のリーク電流を低減するために本発明では、ゲート
電極とは反対側の、チャネルを形成しない半導体層の領
域をa−siで構成し、チャネルを形成するゲート側の
半導体層をpoly−siで構成する。
【0012】このような半導体層は、ゲート電極側の半
導体層をSiF4 とSiH4 を含むガス雰囲気のプラズ
マCVDによりpoly−siを形成し、ゲート電極と
は反対側の層はSiF4 の量を減らしプラズマCVDに
よりa−siを形成することで実現できる。
【0013】図4に、SiH4 とSiF4 の流量比Si
4 /SiF4 で成膜した際の流量比と、Si膜の結晶
性を示すラマンスペクトルの520cm-1付近の半値幅
(F、W、H、M)と、の関係を示す。
【0014】SiH4 /SiF4 が9%以上ではアモル
ファス構造を示し、SiH4 /SiF4 が9%未満でp
oly−siになることが示されている。SiH4 /S
iF4 =3%ではpoly−siの粒径は200nmで
あった。SiH4 /SiF4=0では、Si膜は堆積し
なかった。
【0015】図5に、SiH4 /SiF4 比と抵抗率α
の関係を示す。SiH4 /SiF4が9%以上で抵抗率
が大きくなり、9%未満で抵抗率が下がるが、これはS
i膜の結晶性と対応する。
【0016】SiF4 で希釈することで何故結晶化する
のかは、不明であるが、SiF4 はエッチング性があ
り、エッチング作用と堆積作用が並行して進み、Siと
結合している水素や他の不純物元素をSiF4 のFが引
き抜いているのではないかと考えられる。
【0017】
【実施例】(実施例1)図1は本発明の方法の1例を示
すプロセス図である。
【0018】ガラス基板1(コーニング社製7059ガ
ラス)上にCr、Al、Ta等の金属を用いてゲート電
極2を形成する。
【0019】その後、図1(b)のようにゲート電極が
形成されたガラス基板1上にプラズマCVD(以後P−
CVDと記す)法により窒化シリコン膜(以後SiNx
膜と記す)からなるゲート絶縁膜3を基板温度400℃
で形成する。この時のSiNx は、ガス流量比をNH3
/SiH4 =10:1とし、P−CVDのR、F、パワ
ー密度20mw/cm2 、成膜圧力27Pa…の条件下
で400nmの厚みに形成した。
【0020】その後、poly−siからなる第1半導
体層4をガス流量比をSiH4 :SiF4 =1:30と
し、R、F、パワー20mw/cm2 、成膜圧力13P
a、基板温度400℃条件下で100nmの厚みで形成
した。
【0021】その後、真空を破ることなく、a−siか
らなる第2半導体層5を水素で希釈したSiH4 (流量
比SiH4 :H2 =1:10)を用いて、R、F、パワ
ー12mw/cm2 、圧力66Pa、基板温度300℃
の条件下で200nm膜厚で形成した。
【0022】オーミックコンタクト層であるpoly−
sin+ 層6を100nmの膜厚で形成した。poly
−sin+ 層の形成条件は、PH3 /SiH4 =200
0ppm、SiH4 /SiF4 =0.03、RFパワー
40mw/cm2 、基板温度300℃とした。
【0023】続いて、図1(c)に示すように、第1、
第2半導体層、poly−sin+層についてTFTと
して使用する部分7のみを島状に残した。
【0024】この工程の後に、必要なコンタクトホール
(不図示)を開けた。
【0025】図2(d)のように、ソート・ドレイン電
極材となる。例えばAl、Cr、Ti等の金属8をスパ
ッタ法により堆積し、更に所定の配線形状にパターニン
グした。その後、画素電極となるITO等の透明電極を
スパッタ法で堆積し、画素電極9の形状にパターニング
した。
【0026】次いで図2(e)のように、ソート・ドレ
イン電極材を所望のドレイン電極8(a)、ソース電極
8(b)の形状にパターニングし、さらにチャネル部の
不要なpoly−sin+ 層を除去した。この時n+
のチャネル部の除去のマスクには、ドレイン電極8
(a)、ソース電極8(b)をパターニングした時のマ
スクであるレジストをそのまま用いて、マスクにしても
よいし、あるいはドレイン電極、ソース電極をパターニ
ングした後に、レジストを剥離し、ドレイン電極、ソー
ス電極をマスクにしてもかまわない。
【0027】その後、図2(f)のように、基板全体に
パッシベーション膜であるSiNx膜10をP−CVD
法により堆積した。
【0028】この時、TFTの作成温度は、全てガラス
基板の歪点より低くした。
【0029】図8に示したガラス基板の収縮率から、例
えば収縮率が200ppmでは、300mmの基板長で
は、60μmの収縮になる。
【0030】従って、パターンのずれ、ゆがみを考慮す
るとガラスの歪点より150℃以上低い温度でTFTの
作成の全工程が行われることが必要となる。
【0031】その後、対向するガラス基板を貼り合わ
せ、基板間に液晶を注入して液晶表示装置を完成した。
【0032】図7に本発明の実施例でTFTを作成した
P−CVD装置の概略図を示す。
【0033】61は基板を挿入するロード室、62はゲ
ート絶縁膜をP−CVD法で作成する成膜室、63は第
1半導体層を形成する成膜室、64は第2半導体層を形
成する成膜室、65はn+ 層を形成する成膜室、66は
基板を取り出すアンロード室であり、61から66まで
は大気に触れることなく基板が搬送される。
【0034】各室には、排気系67が接続されており、
各室間にはゲートバルブ68があり、室間を区切ってい
る。
【0035】本実施例では、プロセスのスループットア
ップのため第1半導体層と第2半導体層の成膜室を分け
てある。
【0036】図3は、本発明を用いて作成した液晶表示
装置の1画素分の断面図である。
【0037】図3において、TFT7は背面に偏光板1
1を有するガラス基板1上に形成されている。
【0038】液晶表示装置は背面(外側)に偏光板18
を有し、液晶側にカラーフィルター15と、TFT及び
ドレイン、ゲートのバスライン上部のブラックマトリク
ス16を設け、更にその上にITO等の透明電極からな
る共通電極14を形成して、ガラス基板17と、TFT
を形成したガラス基板の間に液晶13を注入して形成し
た。
【0039】ここで、12(a)、12(b)は、液晶
の電位を保持するために、液晶に並列に設けられた蓄積
容量を保持するための対向電極である。
【0040】図6に逆スタガー型TFTのVg−Id特
性を示す。
【0041】51は実施例の製造方法により作成したT
FTのVg−Id特性で、52は半導体層を全てガス流
量比SiF4 :SiH4 =1:30で作成した全層po
ly−siからなるTFTのVg−Id特性である。5
3は、半導体層を全てSiH4 のみ(SiF4 なし)を
SiH4 /H2 =0.1に希釈して作成したa−siか
らなるTFTのVg−Id特性である。51は、on特
性がほとんど全層poly−siのTFTのon特性に
近く、off特性は、52と53の間であった。
【0042】本実施例の51の移動度は45cm2 /V
・Sであり全層poly−siで構成した52の移動度
50cm2 /V・Sとほぼ同じであり、全層a−siの
53の移動度0.5cm2 /V・Sに比べ大きく増加し
ている。
【0043】(実施例2)実施例1では、逆スタガー型
TFTの製造方法について説明したが、他の3つの構造
αTFT、即ち正スタガー型、下コプラナ型(電極が基
板側)、上コプラナ型(電極が基板とは反対側)につい
て製造した。これらのTFTについては、ゲート電極が
基板側にあるか、基板とは半導体層をはこんで反対側に
あるかにより、poly−siとa−siを堆積する順
序が変わるだけで、作用効果は実施例1と同様であっ
た。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜トラ
ンジスタの製造方法によれば移動度が大きく、off抵
抗の大きいTFTを低温で提供することができる。
【0045】また、ガラス基板上に周辺駆動回路をも形
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のTFTの製造工程の1例を示す模式
図。
【図2】本発明のTFTの製造工程の1例を示す模式
図。
【図3】本発明のTFTを用いた液晶表示装置を示す
図。
【図4】ガス流量SiH4 /SiF4 比と得られた膜の
結晶性を示すグラフの図。
【図5】ガス流量SiH4 /SiF4 比と得られ膜のα
の関係を示すグラフの図。
【図6】TFTのVg−Id特性を示すグラフの図。
【図7】P−CVD成膜装置の概略図。
【図8】ガラスの収縮を示すグラフの図。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 ゲート電極 3 ゲート絶縁膜 4 第1半導体層 5 第2半導体層 6 n+

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜シリコンを半導体層として用いる薄
    膜トランジスタの製造方法において、 基板上にシリコン半導体層を形成するに際し、前記半導
    体層のうちゲート電極側の第1半導体層としてSiF4
    とSiH4 とを含むガス雰囲気下でプラズマCVD法を
    用いて結晶性シリコンを形成し、 前記半導体層のゲート電極とは反対側の第2半導体層と
    して、前記第1半導体層を形成する際のガス雰囲気に比
    べてSiH4 に対するSiF4 の割合を小さくしたガス
    雰囲気下でプラズマCVD法により非晶質シリコンを形
    成する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】 前記基板はガラスからなる請求項1に記
    載の薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記薄膜トランジスタの製造方法の工程
    は、ガラス基板の歪点より150℃以上低い温度で行わ
    れる請求項2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2の半導体層は、前記第1の半導
    体層形成後に形成し、前記第2の半導体層の形成時の基
    板温度は、前期第1の半導体層の形成時の基板温度以下
    である請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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