JPH09218427A

JPH09218427A - 薄膜トランジスタの製法

Info

Publication number: JPH09218427A
Application number: JP2631296A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kodama; 諭児玉
Original assignee: Advanced Display Inc
Current assignee: Advanced Display Inc
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】大型ガラス基板上に、低抵抗コンタクト層を
もった液晶駆動用の薄膜トランジスタを形成する方法を
提供する。【解決手段】本発明の薄膜トランジスタの製法は絶縁
基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜２、シリコン半導体
層３、絶縁保護膜４、ソース電極７ａ、およびドレイン
電極７ｂが設けられてなる薄膜トランジスタの製法にお
いて、不純物イオン８および金属イオン９を同時に注入
する工程を含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブマトリク
ス型液晶表示素子駆動用の薄膜トランジスタの製法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶を用いた表示装置においては、大画
面、高精細を指向したアクティブマトリクス型液晶表示
装置の開発が盛んである。なかでも、各画素の駆動に薄
膜トランジスタを使用することによりクロストークのな
い高コントラスト表示が可能となることから薄膜トラン
ジスタの研究開発が盛んである。

【０００３】図９（ａ）〜（ｃ）は従来の薄膜トランジ
スタの製造工程を順に示す断面説明図である。図９にお
いて、１はゲート電極、２はゲート絶縁膜、３はシリコ
ン半導体層、４は絶縁保護膜、６は注入層、７ａはソー
ス電極、７ｂはドレイン電極、８は不純物イオンを示
す。図９（ａ）に示すように、フォトレジスト塗布、露
光および現象などの工程からなる写真製版技術（以下、
単に写真製版技術という）を用いて金属薄膜をパターニ
ング形成したゲート電極１上に、たとえば窒化シリコン
膜、酸化シリコン膜または酸化アルミニウム膜などの絶
縁膜からなるゲート絶縁膜２をＣＶＤ法または陽極酸化
法などにより堆積する。引き続きシリコン半導体層３、
絶縁保護膜４をたとえばＣＶＤ法により堆積したのちに
パターニングする。そののち、図９（ｂ）に示すよう
に、イオンを電気的に加速して注入するイオン注入法
（イオンドーピング法）により、絶縁保護膜４に覆われ
ていない部分のシリコン半導体層３に、不純物イオン８
を注入して、注入層６を形成する。さらにソース電極７
ａおよびドレイン電極７ｂを形成することにより、図９
（ｃ）に示すような薄膜トランジスタがえられる。

【０００４】しかし、液晶表示素子の高精細化に伴い、
液晶表示素子を駆動する薄膜トランジスタの微細化が求
められており、このためにはソース電極およびドレイン
電極の領域（以下、単にソースドレイン領域という）が
抵抗の低い領域となる低抵抗ソースドレイン領域の均一
な形成が必要である。図１０（ａ）〜（ｃ）はたとえば
特開昭６１−２６５８６８号公報に示された半導体装置
の製法を示す断面説明図である。図１０において、図９
に示したものと同じ部分には図９と同じ符号１、２、
３、４、６、７ａ、７ｂ、８を用いて示している。な
お、１０は低抵抗半導体層を示す。まず、図９（ｂ）を
参照して説明した前記イオン注入法により不純物イオン
８を注入して、絶縁保護膜４に覆われていない部分のシ
リコン半導体層３に注入層６を形成する（図１０
（ａ））。そののち、金属イオン９としてたとえばモリ
ブデンを前記注入層６に注入して低抵抗半導体層１０を
形成してから、熱処理を施してシリサイド化する（図１
０（ｂ））。さらに、ソース電極７ａおよびドレイン電
極７ｂを形成して薄膜トランジスタをうる（図１０
（ｃ））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のイオン
注入法によりイオン注入する製法によれば、イオン注入
のビーム径が小さいため、イオン注入領域が広い大型ガ
ラス基板を用いる液晶表示装置駆動用の薄膜トランジス
タの製造においては、ビームの掃引に時間がかかるため
前述の製法を適用できないという問題があった。また、
その広い注入領域を不純物イオン注入時と金属イオン注
入時の２回もビームを掃引しなければならないとすれ
ば、その２倍の掃引時間がかかることとなりコスト的に
も前述の製法を適用できないという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、不純物イオンおよび金属
イオンを注入して形成する薄膜トランジスタを液晶表示
装置用の大型ガラス基板上に形成できる製法を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タの製法は絶縁基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、シ
リコン半導体膜、絶縁保護膜、ソース電極およびドレイ
ン電極が設けられてなる薄膜トランジスタの製法であっ
て、不純物イオンおよび金属イオンを同時に注入する工
程を含むことを特徴とする。

【０００８】また、前記不純物イオンがリンイオンであ
ることが液晶駆動用の移動度の大きい薄膜トランジスタ
であるＰチャネルトランジスタを形成しうる点で好まし
い。

【０００９】また、前記金属イオンがモリブデンイオン
であることがオーミックコンタクトを形成しうる点およ
びバリアメタルとして作用する点で好ましい。

【００１０】また、本発明の薄膜トランジスタの製法は
絶縁基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、シリコン半導
体膜、絶縁保護膜、ソース電極およびドレイン電極が設
けられてなる薄膜トランジスタの製法であって、不純物
イオンおよび金属イオンをそれぞれ別のイオン源から同
時に注入する工程を含むことを特徴とする。

【００１１】また、前記不純物イオンがリンイオンであ
ることが液晶駆動用の移動度の大きい薄膜トランジスタ
であるＰチャネルトランジスタを形成しうる点で好まし
い。

【００１２】また、前記金属イオンがモリブデンイオン
であることがオーミックコンタクトを形成しうる点およ
びバリアメタルとして作用する点で好ましい。

【００１３】本発明によれば、低抵抗のソースドレイン
領域をもった薄膜トランジスタを大型ガラス基板上に容
易に形成できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は前記課題を解決するため
に、絶縁基板上に薄膜トランジスタを作製する工程にお
いてソース電極およびドレイン電極のそれぞれにおける
コンタクト領域の形成にあたって、質量分離をしないイ
オンドープ法によって不純物イオンおよび金属イオンを
同時に注入することにより、低抵抗領域を形成するもの
である。本発明において質量分離をしないイオンドープ
法とは、ガスまたは固体源より生成した種々のイオン種
を質量分離器による選別を行うこと無くすべてのイオン
種を加速電極により加速し試料に注入する方法である。
この方法によれば、質量分離器を必要としない分装置価
格が低く、広い注入領域に一括して注入できるので処理
時間が短縮できるという利点がある。

【００１５】従来、それぞれのイオンビームの同時制御
のむずかしさや相互の汚染の懸念などの点で不純物イオ
ンおよび金属イオンを同時に注入することは行われてい
ない。しかしながら、本発明においては原子量の大きい
元素からなるイオンは原子量の小さい元素からなるイオ
ンより浅い領域に注入されるという点に着目して、図１
に示すように、従来装置とは異なり、本発明にかかわる
装置を不純物イオン生成ガスと金属イオン生成ガスの２
種のガスを同時に流すことができるように構成し、また
は図２に示すように１つの装置内にイオン源を２個設け
るように構成したので前述の質量分離をしないイオンド
ープ法を適用することができる。また、かかる構成をそ
れぞれ１つの装置内に設けたので本発明の方法を一工程
のなかで容易に実施することができる。

【００１６】図１は、イオンドープ法の装置の一例の構
成を示す概略説明図である。図１において、８は不純物
イオン、９は金属イオン、１２は不純物イオン生成ガ
ス、１３は金属イオン生成ガス、１４はイオン源、１５
はイオン源の電極部、１６は試料台、１７は大型ガラス
基板を示す。前記大型ガラス基板とは寸法３００ｍｍ×
４００ｍｍ程度以上、厚さ１．０ｍｍ程度のものをい
う。不純物イオンとしてはＰＨ₃のイオンを用いること
ができる。不純物イオン生成ガス１２および金属イオン
生成ガス１３をイオン源１４に導入し、またはあらかじ
めガスミキシング装置により混合された状態で導入し、
ＲＦ法やイオンバケット法などによりイオン化させる。
ここでイオンバケット法とは、熱フィラメントによる直
流アーク放電で導入したガスをイオン化する方法をい
う。加速電極などからなる電極部１５により加速された
不純物イオンおよび金属イオンは試料台１６上にある大
型ガラス基板１７へ注入される。

【００１７】図２は、２つのイオン源をもつイオンドー
プ法の装置の一例の構成を示す概略説明図である。図２
において、１４ａおよび１４ｂはそれぞれイオン源、１
５ａおよび１５ｂはそれぞれのイオン源の電極部を示し
ており、その他の符号はそれぞれ、図１において用いた
同じ符号と同一の部分を示す。図２に示す方法では、不
純物イオン生成ガス１２と金属イオン生成ガス１３を別
々のイオン源１４ａおよび１４ｂに導入し、図１と同様
に、生成したイオンを電極部１５ａおよび１５ｂにより
加速して、試料台１６上の大型ガラス基板１７へ注入を
行う。このとき、不純物イオンを生成するイオン源１４
ａは試料台１６に対して、ある角度θだけ傾けてある。
前記角度θは通常３０°〜６０°であるが、イオン源据
えつけ部に設けられたモータドライブ装置（図示せず）
によってイオン源を回転させて前記角度θを変更するこ
とができる。前記不純物イオンの注入プロファイルを図
３に示す。図３において、３はシリコン半導体層（シリ
コン半導体膜）、４は絶縁保護膜、１８は不純物イオン
注入層、１９は金属イオン注入層であり、のちに説明す
るソース電極７ａおよびドレイン電極７ｂのそれぞれと
オーミックコンタクトを形成する領域は不純物イオン注
入層１８および金属イオン注入層１９とからなってい
る。図２に示したように不純物層をイオン源１４ａから
斜め注入により注入したばあいは、図４に示すソース電
極７ａとシリコン半導体層３間およびドレイン電極７ｂ
とシリコン半導体層３間の隔離がそれぞれ長くなり、い
わゆるホールブロッキングの効果により、ソース電極７
ａとドレイン電極７ｂ間で生じるリーク電流を抑制する
ことができ、薄膜トランジスタのＯＦＦ電流を低減でき
る。また、加速電極部の電圧を電極部１５ａと１５ｂで
別々に設定できるため、任意の深さに注入層を設定でき
る。また、基板回転を行うとさらに効率的である。

【００１８】図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例に
かかわる工程断面説明図である。図４において、図９に
示したものと同じ部分には同じ符号を用いて示し、９は
金属イオン、１０は低抵抗半導体層を示した。図４
（ａ）に示すように、金属薄膜を前記写真製版技術を用
いてパターニング形成したゲート電極１上に、たとえば
窒化シリコンの絶縁膜からなるゲート絶縁膜２をたとえ
ばＣＶＤ法により堆積する。引き続きシリコン半導体層
３、絶縁保護膜４をたとえばＣＶＤ法により堆積したの
ちにパターニングする。そののち、図４（ｂ）に示すよ
うに、不純物イオン８と金属イオン９の注入を、本発明
の質量分離をしないイオンドープ法により行い、シリコ
ン半導体層３の表面を低抵抗半導体層１０に変化させ
る。つぎに、ソース電極７ａおよびドレイン電極７ｂを
形成することにより、図４（ｃ）に示すような薄膜トラ
ンジスタがえられる。

【００１９】図５は本発明の質量分離をしないイオンド
ープ法にもとづいてモリブデンイオンとリンイオンをシ
リコン中に注入したばあいの注入深さをＴＲＩＭ法（ア
イビーエム（ＩＢＭ）社、ジェイ、エフ、ツィーグラ
ー、（Ｊ．Ｆ．Ｚｉｅｇｌｅｒ）による）によってシュ
ミレーションした結果を示すグラフである。同グラフに
おいて、横軸に注入深さ、縦軸にイオン濃度が相対濃度
として示されている。図に示すように本実施例によれ
ば、質量分離をしないイオンドープ法を用いて不純物イ
オンと金属イオンを同時に注入しても、リンより原子量
の大きい金属のイオンは比較的浅い領域に注入されるた
め、ソース電極およびドレイン電極のそれぞれにおける
コンタクト領域に低抵抗半導体層が形成できる。

【００２０】本実施例では不純物イオンの元素としてリ
ンを挙げたが、必要に応じて元素周期律表にいうＶ族元
素やIII族元素のうちの他の元素を用いてもよい。それ
らの不純物イオンを生成する原料ガスとしては、各々の
水素化物やフッ化物が主に使用される。また、金属イオ
ンの元素としてモリブデンを挙げたが、かかる不純物イ
オンの元素より原子量の大きいタングステン、タンタル
でもよい。金属イオンを生成するガスとしては、各々の
水素化物やフッ化物が主に使用される。

【００２１】図６は本発明の他の実施例にかかわる工程
断面説明図であり、図６においても図４に示したものと
同じ部分には同じ符号を用いて示した。図６（ａ）に示
すように、金属薄膜を前記写真製版技術を用いてパター
ニング形成したゲート電極１上に、たとえば窒化シリコ
ンの絶縁膜からなるゲート絶縁膜２をたとえばＣＶＤ法
により堆積する。引き続きシリコン半導体層３、絶縁保
護膜４をたとえばＣＶＤ法により堆積したのちにパター
ニングする。そののち、図６（ｂ）に示すように、不純
物イオン８と金属イオン９の注入を質量分離をしないイ
オンドープ法により行い、シリコン半導体層３の表面を
低抵抗半導体層１０に変化させる。つぎに、ソース電極
７ａおよびドレイン電極７ｂを、両電極に覆われない領
域の幅が絶縁保護膜４の幅より大きくなるように形成
し、低抵抗半導体層１０をソース電極およびドレイン電
極の一部として使用し、図６（ｃ）に示すような薄膜ト
ランジスタがえられる。

【００２２】本実施例によれば、金属イオンの注入によ
り形成した低抵抗半導体層１０がソースドレイン領域の
一部として使用されているので、金属膜のスパッタだけ
により形成した単なる金属ケイ化物に比べて低抵抗のソ
ースドレイン領域が形成できる。また、ゲート電極１と
ソース電極７ａおよびドレイン電極７ｂとの重なりが少
なくなるため、Ｃｇｓ（ゲート−ソース間容量）が低減
できる。そのため、以下の式（１）の関係にあるゲート
配線容量が低減され、その結果ゲート配線の微細化が可
能になり、液晶パネルの大画面化が期待できる。また、
前記絶縁保護膜４のパターニングをゲート電極１をマス
クとした裏面露光により行うと、ゲート電極１と低抵抗
半導体層１０との重なりが少なくなるため、さらにＣｇ
ｓ（ゲートソース間容量）を低減できる。

【００２３】ゲート配線容量∝Ｃｇｓ（ゲートソース間容量）‥‥‥式（１）図７は本発明のさらに他の実施例にかかわる工程断面説
明図であり、図４に示したものと同一の部分１〜３なら
びに７ａ、７ｂ、８、９および１０には同じ符号を用い
て示し、１１はソース電極と低抵抗半導体層１０のコン
タクトまたはドレイン電極と低抵抗半導体層１０とのコ
ンタクトをうるためのコンタクトホールを示している。
図７（ａ）に示すように、シリコン半導体層３、ゲート
絶縁膜２をたとえばＣＶＤ法により成膜し、前記写真製
版技術によりパターニングする。金属薄膜などの低抵抗
薄膜からなるゲート電極１を前記写真製版技術を用いて
パターニング形成する。つぎに、不純物イオン８と金属
イオン９の注入を質量分離をしないイオンドープ法によ
り行い、シリコン半導体層３の表面でゲート電極による
マスキングがない部分を低抵抗半導体層１０に変化させ
る（図７（ｂ））。つぎに、コンタクトホール１１を同
様に写真製版技術を用いて形成したのち、ソース電極７
ａおよびドレイン電極７ｂを形成することにより、図７
（ｃ）に示すような薄膜トランジスタがえられる。

【００２４】本実施例によれば、低抵抗コンタクト層を
もった液晶駆動用薄膜トランジスタを大型ガラス基板上
に形成でき、かつ、ゲート電極をマスクとして低抵抗半
導体層１０が形成できるため、裏面露光などの複雑な工
程を行うこと無くゲート電極１と低抵抗半導体層１０と
の重なりが少なくできる。その結果、Ｃｇｓ（ゲート−
ソース間容量）が低減でき、ゲート負荷容量が低減され
る。

【００２５】図８は本発明の他の実施例にかかわる工程
断面説明図であり、図４に示したものと同一の部分には
同じ符号を用いて示した。本実施例においてもゲート電
極１、ゲート絶縁膜２、シリコン半導体層３をたとえば
ＣＶＤ法により成膜し、写真製版技術によりパターニン
グしたのち不純物イオン８と金属イオン９をイオンドー
プ法により注入し、低抵抗半導体層１０を形成する（図
８（ａ））。つぎにソース電極７ａおよびドレイン電極
７ｂを形成し（図８（ｂ））、それをマスクとしてシリ
コン半導体層３の一部を除去して図８（ｃ）に示すよう
な薄膜トランジスタがえられる。

【００２６】本実施例によれば、低抵抗コンタクト層を
もった液晶駆動用薄膜トランジスタを、大型ガラス基板
上に形成でき、かつ、ソース電極７ａおよびドレイン電
極７ｂをマスクとして利用してチャネル部を形成するの
で、マスク枚数の低減が行える。

【００２７】

【実施例】

実施例１本実施例１について前述の図４を参照しつつ説明する。
図４（ａ）に示すように、クロムからなる金属薄膜を前
記写真製版技術を用いて膜厚３００ｎｍでパターニング
形成したゲート電極１上に、窒化シリコンの絶縁膜から
なるゲート絶縁膜２をＣＶＤ法またはＰＣＶＤ法（プラ
ズマＣＶＤ法）により厚さ４００ｎｍ堆積する。引き続
きシリコン半導体層３、絶縁保護膜４をＣＶＤ法により
それぞれ厚さ１００ｎｍ、２００ｎｍ堆積したのちにパ
ターニングする。そののち、図４（ｂ）に示すように、
不純物イオン８としてのリンイオンと金属イオン９とし
てのモリブデンイオンの注入を、本発明の質量分離をし
ないイオンドープ法により同時に行い、シリコン半導体
層３の表面を低抵抗半導体層１０に変化させる。このと
き、注入深さは不純物イオンとしてのリンイオンは３０
０オングストローム以下、金属イオンとしてのモリブデ
ンイオンは１５０オングストローム以下の範囲であっ
た。また注入量は、リンイオンは３×１０¹⁵／ｃｍ²、
モリブデンイオンは１×１０¹⁵／ｃｍ²であった。つぎ
に、ソース電極７ａおよびドレイン電極７ｂをスパッタ
法によって形成することにより、図４（ｃ）に示すよう
なメタルドープ薄膜トランジスタがえられる。かかる薄
膜トランジスタは充電特性の点で従来のものより優れて
おり、オン電流が高いという効果をうることができた。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、質
量分離をしないイオンドーピング法を用いて、半導体シ
リコン層へ不純物イオンと金属イオンを同時に注入する
ことにより、低抵抗のコンタクト層ならびに低抵抗のソ
ース電極およびドレイン電極をもった液晶駆動用の薄膜
トランジスタを大型基板上に１回のイオン注入工程によ
り容易に形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】イオンドープ法の装置の一例の構成を示す概略
説明図である。

【図２】イオンドープ法の装置の他の例の構成を示す概
略説明図である。

【図３】イオンドープ法を適用して基板にイオンを注入
したときの基板中におけるイオンの注入プロファイルを
示す断面説明図である。

【図４】本発明の一実施例にかかわる薄膜トランジスタ
の工程断面説明図である。

【図５】不純物イオンと金属イオンの注入深さを示すグ
ラフである。

【図６】本発明の他の実施例にかかわる薄膜トランジス
タの工程断面説明図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例にかかわる薄膜トラ
ンジスタの工程断面説明図である。

【図８】本発明の他の実施例にかかわる薄膜トランジス
タの工程断面説明図である。

【図９】従来の薄膜トランジスタの工程断面説明図であ
る。

【図１０】従来の薄膜トランジスタの工程断面説明図で
ある。

【符号の説明】

１ゲート電極２ゲート絶縁膜３シリコン半導体層４絶縁保護膜６注入層７ａソース電極７ｂドレイン電極８不純物イオン９金属イオン１０低抵抗半導体層１１コンタクトホール１２不純物イオン生成ガス１３金属イオン生成ガス１４、１４ａ、１４ｂイオン源１５、１５ａ、１５ｂ電極部１６試料台１７大型ガラス基板１８不純物イオン注入層１９金属イオン注入層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上にゲート電極、ゲート絶縁
膜、シリコン半導体膜、絶縁保護膜、ソース電極および
ドレイン電極が設けられてなる薄膜トランジスタの製法
であって、不純物イオンおよび金属イオンを同時に注入
する工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製
法。
【請求項２】前記不純物イオンがリンイオンである請
求項１記載の薄膜トランジスタの製法。
【請求項３】前記金属イオンがモリブデンイオンであ
る請求項１記載の薄膜トランジスタの製法。
【請求項４】絶縁基板上にゲート電極、ゲート絶縁
膜、シリコン半導体膜、絶縁保護膜、ソース電極および
ドレイン電極が設けられてなる薄膜トランジスタの製法
であって、不純物イオンおよび金属イオンをそれぞれ別
のイオン源から同時に注入する工程を含むことを特徴と
する薄膜トランジスタの製法。
【請求項５】前記不純物イオンがリンイオンである請
求項４記載の薄膜トランジスタの製法。
【請求項６】前記金属イオンがモリブデンイオンであ
る請求項４記載の薄膜トランジスタの製法。