JPH02189935A - 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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JPH02189935A
JPH02189935A JP1028089A JP1028089A JPH02189935A JP H02189935 A JPH02189935 A JP H02189935A JP 1028089 A JP1028089 A JP 1028089A JP 1028089 A JP1028089 A JP 1028089A JP H02189935 A JPH02189935 A JP H02189935A
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JP
Japan
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semiconductor layer
drain
region
impurity
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JP1028089A
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English (en)
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Kazuhiro Kobayashi
和弘 小林
Hiroyuki Murai
博之 村井
Masahiro Hayama
羽山 昌宏
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は薄膜トランジスタの製造方法に関し、特にコ
プレーナ型の薄膜トランジスタのソース。
ドレイン領域の形成方法に関するものであり、本薄膜ト
ランジスタは液晶平面デイスプレィ、密着イメージセン
サ−及び薄膜サーマルヘッド等に適用できるものである
〔従来の技術〕
第2図(a) 〜(d)は例えば特開昭61−1009
67号公報に示された従来の多結晶Stを用いた薄膜ト
ランジスタの製造方法による各製造工程を示す断面図で
ある。図において、■は能動領域半導体層、2はソース
/ドレイン領域半導体層、3はゲート絶縁膜、4はゲー
ト電極、5はソース/ドレイ、ン電極、6はコンタクト
ホール、7は絶縁基板、8はトランジスタ島である。
次に薄膜トランジスタの作製方法について説明する。第
2図(a)に示すように、まず絶縁基板7」−に例えば
多結晶Si膜を減圧化学気相成長法で成膜し、次いで写
真製版法でバターニングを行ないトランジスタ領域なる
Si島8を作る。そして、ゲーI・絶縁膜3を例えば熱
酸化法で作製し、その後、デー1〜電極として用いる例
えば多結晶Si膜を減圧化学気相成長法で成膜し、写真
製版法でデー1−電極4を形成する(第2図(b))。
次いで、ドーピングするボロン(B)、リン(P)等の
不純物をイオン打ち込みし、ソース/ドレイン領域2を
形成する。ゲート電極4の下にあり、イオン打ち込みさ
れていない多結晶Si膜領領域能動領域半導体層1とな
る(第2図(C))。この後、ドーピングされた不純物
を活性化するために熱アニール処理をする。そして、ケ
ート絶縁膜3中に写真製版法でコンタク1−ホール6を
開け、最後にアルミニウム等よりなるソース/ドレイン
電極5を形成し、薄膜トランジスタを完成する(第2図
(d))。
また、第3図(a)〜(e)は、たとえば文献Y、平井
他“グロー放電多結晶シリコン薄膜トランジスタ”(Y
、 Hirai et at、 ”Glow disc
harge polycrystalline  5i
licon  thin−film  transis
tors”、  Appl。
Pbys、 Lett、 42.(1983)p701
−703)に示された他の従来の多結晶Siを用いた薄
膜トランジスタの製造方法による各工程の断面図である
。図中、第2図と同一符号は同一部分または相当部分を
示し、9はソース/ドレイン領域金属層である。
次に第3図に示した薄膜トランジスタの作製方法につい
て説明する。まず、絶縁基板7上に能動領域となる多結
晶Si膜1及び、ソース/ドレイン領域となる不純物を
ドーピングした多結晶Si膜2を例えばプラズマCVD
法で連続的に形成し、ついでソース/ドレイン領域の抵
抗値を下げるためにソース/ドレイン領域金属層9を成
膜し、ソース/ドレイン領域を不純物をドープした多結
晶Si膜と金属層の2層構造とする(第3図(a))。
その後、写真製版法でパターン形成を行いSi島8を形
成する(第3図(b))。次いで、写真製版法を用いて
パターン形成し、能動領域半導体層1」ニの不純物ドー
プしたSi膜及び、その上の金属層をエツチングにより
取り除く (第3図(C))。そしてゲート絶縁膜3を
成膜し、ソース/ドレイン領域上にコンタクトホール6
を写真製版法で形成する(第3図(d))。最後に、ア
ルミニウム等のメタル層を成膜後、写真製版法でゲート
電極4、ソース/ドレイン電極5を同時にパターン形成
し薄膜トランジスタを完成する(第3図(e))。
次に、この薄膜l・ランジスタの動作について説明する
。ソース/ドレイン電極間に電圧を印加したのち、ゲー
I・電極4に印加する電圧を変化させると、ゲート電極
4に印加した電圧に応じてゲート絶縁膜3を通じて能動
領域半導体層1のチャンネル領域に誘起される電荷が変
化し、ソース/ドレイン間の抵抗が変化する。このため
、ゲートに印加する電圧に応じて、ソース/ドレイン間
に流れる電流は変化するので、この薄膜トランジスタを
例えばスイッチング素子として使用できる。また、この
不純物をドープした多結晶Si膜よりなるソース/ドレ
イン領域2は、能動領域半導体層1とソース/ドレイン
電極5間のオーミックコンタクトを取るためとして、あ
るいはソース/ドレイン電極5から能動領域半導体層1
まで電気を輸送するための配線として用いられ、後者の
目的からソース/ドレイン領域は、低抵抗であることが
要求される。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の薄膜トランジスタの製造方法は以上のように構成
されており、第2図の例では、イオン打ち込みした半導
体層2を形成するために不純物のイオン打ち込みとそれ
に続くソース/ドレイン領域の低抵抗化のための不純物
の活性化アニール処理が必要である。イオン打ち込みを
行なうイオンインプランテーション装置は高価であると
ともに、使用可能な基板面積が限られ、かつ活性化のた
めに800℃程度以上の高温アニールが一般的には必要
となり、高価な石英基板を使用しなければならないとい
った問題があった。
また第3図の例では、たとえば微結晶Siからなる不純
物を添加したソース/ドレイン領域半導体層2を、たと
えば多結晶Siからなる能動領域半導体層1上から取り
除く際に下地の能動領域半導体層1が多結晶であるため
に、その結果、粒界が選択的にエツチングされ表面に凹
凸ができてしまうという問題があった。また、ソース/
ドレイン領域金属層9をチャンネル領域よりエツチング
後、不純物を添加したたとえば微結晶シリコンよりなる
ソース/ドレイン半導体層2をエツチングする際にソー
ス/ドレイン領域金属層9の下にアンダーエツチングが
生じ、ゲート電圧の印加時にソース/ドレイン金属層9
で電界がシールドされるため、アンダーエツチング領域
で電荷の誘起が生ぜず、この部分が電荷に対する抵抗と
なり、実効的なキャリアの移動度を低下させるという問
題があった。また、ドープした多結晶あるいは微結晶S
iのような不純物を添加したソース/ドレイン領域半導
体層2を形成する際に、導電率が高い膜を形成すること
が難しく、第3図に示したように金属層との二重構成に
する必要があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たものであり、大面積のソース/ドレイン領域を低コス
トで形成できるとともに、ソース/ドレイン領域の抵抗
を低くでき、かつ、チャネル部の界面状態を良好にでき
るコプレーナ型の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。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、能動領
域として用いる半導体層、及び、その上に形成されるソ
ース/ドレイン領域として用いる不純物ドーピングされ
た半導体層を非晶質状態で形成し、ついで、能動領域か
らソース/ドレイン領域として用いる不純物ドーピング
された半導体層をエツチングにより除去した後に能動領
域およびソース/ドレイン領域の非晶質半導体層を同時
に結晶化し、多結晶あるいは単結晶のソース/ドレイン
領域を形成するようにしたものである。
〔作用〕
本発明によれば、上述の製造方法により薄膜トランジス
タを作製することにより、低抵抗の不純物ドープしたソ
ース/ドレイン領域を形成できるとともに、能動領域半
導体層上の不純物ドープしたソース/ドレイン領域をエ
ツチングする際に下地となる能動領域半導体層に局部的
に発生する、たとえば結晶粒界の選択エツチングのよう
な損傷を低減することができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図(al〜(e)はこの発明の一実施例による薄膜
トランジスタの製造方法を示す各工程の断面図であり、
図中、1〜8は上記従来装置と同一または相当部分を示
す。
以下、第1図に示した薄膜トランジスタの作製法につい
て説明する。まず、絶縁基板7上に化学気相蒸着法ある
いは物理蒸着法で、能動半導体層1として例えばアモル
ファスシリコン膜を成膜し、次いで、ソース/ドレイン
領域半導体層2として用いる、B、PあるいはAsを不
純物として添加したアモルファスシリコンを、化学気相
蒸着法あるいは物理蒸着法で成膜する(第1図(a))
。次いで、写真製版法で能動領域半導体層1及びソース
/ドレイン領域半導体層2をエツチングし、トランジス
タ島8を形成する(第1図(b))。そして、B、Pあ
るいはAsを不純物として添加したアモルファスシリコ
ン2を能動領域lより例えばHF−HNO3−CH5C
OOHの混合液を用いてエツチングした後、500℃〜
1300℃、好ましくは500℃〜800℃の温度でた
とえば熱アニールすることによって能動領域半導体層1
として用いるアモルファスSt及び、ソース/ドレイン
領域半導体層2として用いる不純物をドーピングしたア
モルファスStを同時に多結晶化する(第1図(C))
。次いで、ゲート絶縁層3を積層した後、ソース/ドレ
イン領域半導体層2とソース/ドレイン電極5を接続す
るコンタクトホール6をゲート絶縁膜3に開口しく第1
図(d))、その後、ソース/ドレイン電極5、及びゲ
ート電極4を形成する(第1図(e))。
上記のように構成された薄膜トランジスタにおいては、
能動領域半導体層1及び不純物をドープしたソース/ト
レイン領域半導体層2として、アモルファスシリコンを
成膜後それを熱結晶化することで作製した多結晶シリコ
ンを用いているので、Si膜中の結晶粒径は比較的大き
い。また、不純物を添加したアモルファスシリコンを熱
結晶化することで作製した多結晶シリコンを不純物をド
ープしたソース/ドレイン領域半導体層2として用いて
いるので、多結晶Si膜の結晶粒径が比較的大きいとと
もに、添加した不純物の活性化効率が高く、低抵抗のソ
ース/ドレイン領域が得られる。
この結果、ソース/ドレイン領域2の抵抗による電圧降
下を減少させることができ、能動領域半導体層1に形成
されるチャンネル領域に効率よく電圧が印加されるため
、薄膜トランジスタのオン電流は増加する。また熱結晶
化し不純物の活性化効率の高い多結晶半導体をソース/
ドレイン領域として用いる本発明の薄膜トランジスタで
は、不純物によって決まる電導型とは反対の電荷に対し
て障壁が高く、薄膜トランジスタのオフ電流が減少する
。従ってオン電流が増加し、オフ電流が減少するので、
l・ランジスタ応答特性に必要なオン/オフ比を増加で
きることになる。
また、ソース/ドレイン領域半導体層2となる不純物ド
ープした膜を能動領域半導体層1よりエツチングして除
去する際に、両者がアモルファス状態の段階で行って、
その後に結晶化しているため、能動領域半導体層1がエ
ツチング時に、例えば多結晶であった場合と比べ、結晶
粒界の選択エツチングのような不均一なエツチングが起
こりにくくなり、エツチング後の能動領域半導体層1表
面の凹凸を少なくできる。このため、キャリアのゲート
絶縁膜3.能動領域半導体層1界面での散乱が少なくな
り、移動度が極めて向」二する。
なお上記実施例では、熱アニール法で結晶化する場合に
ついて述べたが、アモルファスを結晶化するだめの手段
としてレーザーアニール、或いは電子ビームアニールの
ような荷電粒子アニール法を用いても上記実施例と同様
の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明の薄膜トランジスタの製造方法によ
れば、能動領域として用いる半導体層、及びその上に形
成されたソース/ドレイン領域として用いる不純物ドー
ピングされた半導体層を非晶質状態で形成し、次いで能
動領域からソース/ドレイン領域として用いる不純物ド
ーピングされた半導体層をエツチングにより除去した後
に能動領域及びソース/ドレイン領域の非晶質半導体層
を同時に結晶化し、多結晶或いは単結晶の能動領域及び
ソース/ドレイン領域を形成するようにしたので、ソー
ス/ドレイン領域の抵抗を低くでき、かつ、チャンネル
部の界面状態が良好な、オン/オフ比の高い薄膜l・ラ
ンジスタが得られ、第3図に示した薄膜トランジスタの
ようにソース/ドレイン領域の抵抗を下げるためのソー
ス/ドレイン金属層を必要とせず、加えて第2図に示し
た薄膜トランジスタのようにイオン打ち込みを行なう必
要がないため、基板面積の大型化が行えるとともに、低
温プロセスで、かつ低コストで薄膜トランジスタの製造
を行なうことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)はこの発明の一実施例による薄膜
トランジスタの製造方法による各主要工程の断面図、第
2図は(a)〜(d)はイオン打ち込み法を用いた従来
の薄膜トランジスタの製造方法による各主要工程の断面
図、第3図(a)〜(elはソース/ドレイン金属層を
用いた従来の薄膜1〜ランジスタの製造方法による各主
要工程の断面図である。 図において、1は能動領域半導体層、2はソース/ドレ
イン領域半導体層、3はゲート絶縁層、4はゲート電極
、5はソース/ドレイン電極、6ばコンタク1〜ホール
、7は絶縁基板、8はトランジスタ島である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁基板上に形成された能動領域として用いる半
    導体層と、 その上に形成されたソース/ドレイン領域として用いる
    不純物ドーピングされたソース/ドレイン半導体層と、 その上に形成されたゲート絶縁層と、 その上に形成されたゲート電極と、 上記ソース/ドレイン半導体層に電気的に接続されてい
    るソース/ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタの
    製造方法において、 上記半導体層、及び上記ソース/ドレイン半導体層をと
    もに非晶質状態で形成する第1の工程と、上記ソース/
    ドレイン半導体層の能動領域の部分をエッチングにより
    除去した後に、上記能動領域及びソース/ドレイン領域
    の非晶質半導体層を同時に結晶化して、多結晶あるいは
    単結晶の能動領域及びソース/ドレイン領域を形成する
    第2の工程とを含むことを特徴とする薄膜トランジスタ
    の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04120738A (ja) * 1990-09-11 1992-04-21 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜トランジスタ作製方法
US6448577B1 (en) 1990-10-15 2002-09-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device with grain boundaries
JP2007013084A (ja) * 2005-06-29 2007-01-18 Lg Phillips Lcd Co Ltd 液晶表示装置及びその製造方法
US8304773B2 (en) 2007-12-04 2012-11-06 Canon Kabushiki Kaisha Oxide semiconductor thin-film transistor

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