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技術 多結晶SiTFTの製造方法

出願人 富士通株式会社
発明者 三島康由竹井美智子松本紀久植松達也筧達也
出願日 1993年8月20日 (26年1ヶ月経過) 出願番号 1993-205978
公開日 1995年3月3日 (24年6ヶ月経過) 公開番号 1995-058337
状態 特許登録済
技術分野 アニール 薄膜トランジスタ
主要キーワード 欠陥密度分布 濃度関係 導電帯 イオンシャワー 価電子 型導電型 プラズマドーピング装置 素子形状
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年3月3日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

目的

液晶表示装置等に用いる多結晶SiTFTの製造方法に関し、チャネル領域となる多結晶Si膜への水素化処理が有効に働き、かつ、製造工程が複雑にならず、TFT素子が大型化しない手段を提供する。

構成

ガラス基板11等の絶縁基板の上にチャネル領域となる多結晶Si膜12を形成し、その上にゲート絶縁膜14を形成し、その上にゲート電極15を形成し、このゲート電極15をマスクにして多結晶Si膜12に不純物を導入してソース領域121 とドレイン領域122 を形成し、その上にソース電極181とドレイン電極182 を形成し、この多結晶Si膜12を水素化処理する多結晶SiTFTの製造方法において、この多結晶Si膜12の水素化処理を、多結晶Si膜12を形成する工程と、ゲート絶縁膜14を形成する工程の間で行い、かつ、水素化処理と同時に、多結晶Si膜12のチャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を導入する。

概要

背景

従来、多結晶SiTFTにおいて、特性を改善する方法として、TFTを形成した後、チャネル領域を構成する多結晶Si膜水素を添加して未結合手補償する水素処理を施すことが一般的であり、特に、ゲート電極負バイアスした状態でのリーク電流を低減するために、LDD(Lightly Doped Drain)構造や、ソースドレインの間に串型の2つのゲートを形成するデュアルゲート(Dual Gate)構造の適用が試みられていた。

概要

液晶表示装置等に用いる多結晶SiTFTの製造方法に関し、チャネル領域となる多結晶Si膜への水素化処理が有効に働き、かつ、製造工程が複雑にならず、TFT素子が大型化しない手段を提供する。

ガラス基板11等の絶縁基板の上にチャネル領域となる多結晶Si膜12を形成し、その上にゲート絶縁膜14を形成し、その上にゲート電極15を形成し、このゲート電極15をマスクにして多結晶Si膜12に不純物を導入してソース領域121 とドレイン領域122 を形成し、その上にソース電極181とドレイン電極182 を形成し、この多結晶Si膜12を水素化処理する多結晶SiTFTの製造方法において、この多結晶Si膜12の水素化処理を、多結晶Si膜12を形成する工程と、ゲート絶縁膜14を形成する工程の間で行い、かつ、水素化処理と同時に、多結晶Si膜12のチャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を導入する。

目的

本発明は、チャネル領域となる多結晶Si膜への水素化処理が有効に働き、かつ、製造工程が複雑にならず、TFT素子が大型化しない多結晶SiTFTの製造方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

絶縁基板の上に形成されたチャネル領域ソース領域、ドレイン領域となる多結晶Si膜と、その上に形成されたゲート絶縁膜と、その上に形成されたゲート電極と、該ソース領域とドレイン領域の上に形成されたソース電極ドレイン電極を有する多結晶SiTFTの製造方法において、該多結晶Si膜の水素化処理を、該多結晶Si膜を形成する工程とゲート絶縁膜を形成する工程の間で行い、かつ、該水素化処理と同時に、該チャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を該多結晶Si膜に導入することを特徴とする多結晶SiTFTの製造方法。

請求項2

多結晶Si膜に、水素化処理と同時にチャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を導入する際、B2 H6 /H2 ,B2 H6 /He,B2 H6 /He+H2ガスイオン注入することを特徴とする請求項1に記載された多結晶SiTFTの製造方法。

請求項3

多結晶Si膜に、水素化処理と同時にチャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を導入する工程としてイオンドーピング法を用いることを特徴とする請求項1に記載された多結晶SiTFTの製造方法。

請求項4

多結晶Si膜に、水素化処理と同時にチャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を導入する際、多結晶Si膜に導入する不純物を1×1014イオン/cm2 以下にすることを特徴とする請求項3に記載された多結晶SiTFTの製造方法。

請求項5

多結晶Si膜に、水素化処理と同時にチャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を導入する工程としてプラズマドーピング法を用いることを特徴とする請求項1に記載された多結晶SiTFTの製造方法。

請求項6

多結晶Si膜に、水素化処理と同時にチャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を導入する際、多結晶Si膜に導入する不純物を5×1018個/cm3 以下にすることを特徴とする請求項3に記載された多結晶SiTFTの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、チャネル領域となる多結晶Si膜水素化処理に特徴を有する多結晶SiTFTの製造方法に関する。

0002

近年、多結晶SiTFT(薄膜トランジスタ)は液晶表示装置(LCD)の液晶表示セル駆動素子として用いることが検討され、一部実用化が始まっているが、本来多結晶Si膜の比抵抗は低く、欠陥が多いため、TFT化した場合、ゲート電極負バイアスにした状態でのリーク電流の低減、立ち上がり特性の改善が課題になっている。

背景技術

0003

従来、多結晶SiTFTにおいて、特性を改善する方法として、TFTを形成した後、チャネル領域を構成する多結晶Si膜に水素を添加して未結合手補償する水素処理を施すことが一般的であり、特に、ゲート電極を負バイアスした状態でのリーク電流を低減するために、LDD(Lightly Doped Drain)構造や、ソースドレインの間に串型の2つのゲートを形成するデュアルゲート(Dual Gate)構造の適用が試みられていた。

発明が解決しようとする課題

0004

ところが、従来の水素化処理は、FETを形成した後に行われるため、チャネル領域の上は一般的に他の層で覆われているため、多結晶Si膜への水素化処理が有効に働かないことが多かった。また、リーク電流を低減する方法として用いられていた上記の方法のうち、LDD構造には工程が複雑になるという問題があり、デュアルゲート構造にはTFT素子が大型化し、液晶表示セルの開口率が低下するという問題があった。

0005

本発明は、チャネル領域となる多結晶Si膜への水素化処理が有効に働き、かつ、製造工程が複雑にならず、TFT素子が大型化しない多結晶SiTFTの製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明にかかる、絶縁基板の上に形成されたチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域となる多結晶Si膜と、その上に形成されたゲート絶縁膜と、その上に形成されたゲート電極と、該ソース領域とドレイン領域の上に形成されたソース電極ドレイン電極を有する多結晶SiTFTの製造方法においては、該多結晶Si膜の水素化処理を、該多結晶Si膜を形成する工程とゲート絶縁膜を形成する工程の間で行い、かつ、該水素化処理と同時に、該チャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を該多結晶Si膜に導入する工程を採用した。

0007

この場合、多結晶Si膜に、水素化処理と同時にチャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を導入する際、B2 H6 /H2 ,B2 H6 /He,B2 H6/He+H2ガスイオン注入することができる。また、この場合、導入技術としてイオンドーピング法イオンシャワー法)を用いることができ、水素と同時に多結晶Si膜に導入する不純物の濃度を1×1014イオン/cm2 以下にして、導電型の逆転を防ぐことができる。

0008

またこの場合、導入技術としてプラズマドーピング法を用いることができ、水素と同時に多結晶Si膜に導入する不純物の濃度を5×1018個/cm3 以下にして、導電型の逆転を防ぐことができる。

0009

図1は、本発明の多結晶SiTFTの製造方法の原理説明図であり、(A)は多結晶Si膜に水素と不純物を導入する工程、(B)は多結晶Si膜に水素と不純物を導入した後の欠陥密度分布を示している。この図において、1はガラス基板、2は多結晶Si膜、3はH系イオン、4はB系イオンである。

0010

本発明においては、図1(A)に示されているように、ガラス基板1の上に形成された多結晶Si膜2に、外部からH系イオン3と導電型を決定する不純物であるB系イオン4を、イオンドーピング法(イオンシャワー法)、または、プラズマドーピング法を用いることによって同時に導入する。

0011

この場合、B系イオン4は、後に説明する深さと不純物濃度の関係からB+ ,2B+ またはB2+の形で導入されるものと考えられる。多結晶Si膜は成長した状態(as grown)では弱いn型を示すが、p型不純物であるB系イオン4の導入によってi型に近づけ高抵抗化し、リーク電流を低減することができる。

0012

また、多結晶Si膜2に水素を導入することによって、多結晶Si膜2の未結合手を水素原子によって結合して、電気的に不活性にすることができる。このように、水素化処理を施して不活性にし、逆導電型の不純物を導入した多結晶Si膜を加工してチャネル領域とし、その上に絶縁膜等を堆積してTFTを形成するが、この工程の最高温度は、導入された水素が離脱しないように300℃以下に限定する必要がある。

0013

図1(B)は多結晶Si膜に水素と不純物を導入した(B,H処理)後の欠陥密度分布を示しているが、Bの導入によって、B,H処理前にn型であった多結晶Si膜のフェルミ準位導電帯エネルギーEcと価電子帯のエネルギーEvの中間程度にまで低下してi型化し、多結晶Si膜の導電帯のエネルギーEcと価電子帯のエネルギーEvの欠陥密度が減少していることが分かる。本発明においては、層間絶縁膜等を形成する前に多結晶Si膜に水素化処理を施すため、多結晶Si膜中の未接合手を有効に補償することができる。

0014

以下、本発明の実施例を説明する。
(第1実施例)図2は、第1実施例の多結晶SiTFTの製造工程説明図であり、(A)〜(D)は各工程を示している。この図において、11はガラス基板、12は多結晶Si膜、121 はソース領域、122 はドレイン領域、13はB2 H6 /H2ガス、14はゲート絶縁膜、15はゲート電極、16は燐(P)、17は層間絶縁膜、181 はソース電極、182 はドレイン電極、183 はゲート電極である。この製造工程説明図によって第1実施例の多結晶SiTFTの製造方法を説明する。

0015

第1工程(図2(A)参照)
ガラス基板11の上に形成された多結晶Si膜12にイオンシャワー法によってB2 H6 /H2ガス13を用い、Bを1×1013イオン/cm2注入する。これと同時に、希釈ガスのH2 とB2 H6 のH2 をイオン化して多結晶Si膜12中に導入する。このB,H処理によって、前述のように、本来弱いn型であった多結晶Si膜12が高抵抗のi型になり、多結晶Si膜12の未結合手を補償して電気的に不活性化することができる。

0016

第2工程(図2(B)参照)
この多結晶Si膜12の上にSiO2 膜とAl膜を形成し、パターニングすることによって、ゲート絶縁膜14とゲート電極15を形成する。その後、ゲート絶縁膜14とゲート電極15をマスクにして、多結晶Si膜12中に燐(P)16をイオンシャワー法によっ導入してn+ 型のソース領域121 とドレイン領域122 を形成する。

0017

第3工程(図2(C)参照)
全面にSiN膜を形成しパターニングして層間絶縁膜17を形成した後、ソース領域121 、ドレイン領域122 、ゲート電極15の上にコンタクトホールを形成する。

0018

第4工程(図2(D)参照)
コンタクトホールを含む全面にAl/Si(Siを僅か含むAl)膜をスパッタリングによって形成し、パターニングすることによってソース電極181 とドレイン電極182 と、ゲート電極183 を形成する。

0019

この実施例の多結晶SiTFTの製造方法によると、新たに複雑なプロセスの追加、またはTFTの構造を変更することなく特性を改善することができる。

0020

図3は、第1実施例のTFTのゲート電圧ドレイン電流特性図である。この図の横軸はゲート電圧を示し、縦軸ドレイン電流を示している。また、第1実施例のTFTの特性を実線で示し、従来の多結晶Si膜にB,Hを導入していないTFTの特性を比較のため破線で示している。

0021

この図に示されているように、第1実施例のTFTにおいては、ゲート電圧を負にしたときのリーク電流を従来のTFTより著しく低減されており、ドレイン電流を1桁増大するのに要するゲート電圧であるS値で表される立ち上がり特性が改善されていることが分かる。

0022

図4は、第1実施例のイオンシャワー法による多結晶Si膜の深さ対硼素と水素の濃度関係図である。硼素と水素の深さ対濃度説明図である。この図において、横軸は深さを示し、縦軸は硼素(B)と水素(H)の深さを示している。この図は、B2 H6 /H2ガスを用いたイオンシャワー法によって多結晶Si膜中にBとHを導入した場合の、深さとBとHの濃度を示している。この実施例の多結晶SiTFTの製造方法によると、この図に示された関係を利用して、イオンシャワーのエネルギーを調節して注入する深さを制御することによって、多結晶Si膜中のBとHの濃度を高精度で設定することができる。

0023

この実施例においては、水素と同時に多結晶Si膜に導入する不純物を1×1014イオン/cm2 以下にすることによって、導電型の逆転等の不都合の発生を防ぐことができる。

0024

(第2実施例)第1実施例の多結晶SiTFTの製造方法においては、多結晶Si膜にB,Hを導入する方法としてイオンシャワー法を用いたが、このイオンシャワー法に代えて、B2 H6 /H2ガスを用いたプラズマドーピングを用いても同様の効果を得ることができる。

0025

図5は、第2実施例の多結晶SiTFTの製造方法の説明図であり、(A)はプラズマドーピング装置を示し、(B)はプラズマドーピング法による多結晶Si膜の深さとB,Hの濃度を示している。この図において、21はチャンバー、22,23はロードロック、24は原料ガス供給管、25,26は排気管、27はサセプター、28は被処理基板、29は電極、30は高周波電源である。

0026

図5(A)に概略的に示されているように、プラズマドーピング装置は、被処理基板28を出し入れし、内部の電極等を整備するためのロードロック22,23、B2 H6 /H2ガスを供給するための原料ガス供給管24、被処理基板28を支持するためのサセプター27、排気管25,26、電極29を具えるチャンバー21と、被処理基板28と電極29の間にプラズマを発生させるための高周波電源30とから構成されている。

0027

このプラズマドーピング装置の、サセプター27に、多結晶Si膜を形成した被処理基板28をセットし、排気管25,26からチャンバー21内を排気し、原料ガス供給管24からチャンバー21内にB2 H6 /H2ガスを供給し、高周波電源30によって被処理基板28と電極29の間に発生した高周波電界によってB2 H6 /H2 ガスをプラズマ化して、BとHを多結晶Si膜に導入する。

0028

この第2実施例の多結晶SiTFTの製造方法によって多結晶Si膜にBとHを同時に導入した場合の、深さと、BとHの濃度の関係は、図5(B)に示されている。この図に示された関係を利用して、多結晶Si膜中のBとHの濃度を容易に設定することができる。この実施例の多結晶SiTFTの製造方法によると、安価なプラズマ装置を用いることができるため、コストの低減を図ることができる。

0029

上記の各実施例の多結晶SiTFTの製造方法においては、水素と不純物の原料として、B2 H6 /H2 ,B2 H6 /He,B2 H6 /He+H2ガス等を用いることができる。

0030

この実施例においては、水素と同時に多結晶Si膜に導入する不純物を5×1018個/cm3 以下にすることによって、導電型の逆転等の不都合の発生を防ぐことができる。

発明の効果

0031

以上説明したように、本発明によると、層間絶縁膜等が形成される前に多結晶Si膜を水素化するため、水素化処理が有効に行われ、水素と同時にチャネル領域の導電型とは異なる導電型の不純物を導入して、堆積したばかりの多結晶Si膜の僅かなn型導電型を補償して高抵抗化するため、多結晶SiTFTの立ち上がり特性が改善され、オフ電流が低減され、製造工程上にも複雑な要因がなく、素子形状にも大型化する要因がないため、精細化、微細化される液晶表示装置の技術分野において寄与するところが大きい。

図面の簡単な説明

0032

図1本発明の多結晶SiTFTの製造方法の原理説明図であり、(A)は多結晶Si膜に水素と不純物を導入する工程、(B)は多結晶Si膜に水素と不純物を導入した後の欠陥密度分布を示している。
図2第1実施例の多結晶SiTFTの製造工程説明図であり、(A)〜(D)は各工程を示している。
図3第1実施例のTFTのゲート電圧対ドレイン電流特性図である。
図4第1実施例のイオンシャワー法による多結晶Si膜の深さ対硼素と水素の濃度関係図である。
図5第2実施例の多結晶SiTFTの製造方法の説明図であり、(A)はプラズマドーピング装置を示し、(B)はプラズマドーピング法による多結晶Si膜の深さとB,Hの濃度を示している。

--

0033

1ガラス基板
2多結晶Si膜
3 H系イオン
4 B系イオン
11 ガラス基板
12 多結晶Si膜
121ソース領域
122ドレイン領域
13 B2 H6 /H2ガス
14ゲート絶縁膜
15ゲート電極
16 燐(P)
17層間絶縁膜
181ソース電極
182ドレイン電極
183 ゲート電極
21チャンバー
22,23ロードロック
24原料ガス供給管
25,26排気管
27サセプター
28被処理基板
29電極
30 高周波電源

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