JPH02224341A - 薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents

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１ 本発明は非単結晶半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタ
（以下にＴＦＴともいう）及びその製造方法に関するも
のであり、特に液晶デイスプレー。

イメージセンサ−等に適用可能な良好な特性を持つ薄膜
トランジスタに関する。

「従来の技術」 最近、化学的気相法等によって、作製された非単結晶半
導体薄膜を利用した薄膜トランジスタが注目されている
。

この薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に前述の如く化
学的気相法等を用いて形成されるので、その作製雰囲気
温度が最高で４５０°Ｃ程度と低温で形成でき、安価な
ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス等を基板として用いる
ことができる。

この薄膜トランジスタは電界効果型であり、いわゆるＭ
ＯＳＦＥＴと同様の機能を有しているが、前述の如く安
価な絶縁性基板上に低温で形成でき、さらにその作製す
る最大面積は薄膜半導体を形成する装置の寸法にのみ限
定されるもので、容易に大面積基板上にトランジスタを
作製できるという利点を持っていた。このため多量の画
素を持つマトリクス構造の液晶デイスプレーのスイッチ
ング素子や一次元又は二次元のイメージセンサ等のスイ
ッチング素子として極めて有望である。

また、この薄膜トランジスタを作製するにはすでに確立
された技術であるフォトリソグラフィーが応用可能で、
いわゆる微細加工が可能であり、ＩＣ等と同様に集積化
を図ることも可能であった。

この従来より知られたＴＰＴの代表的な構造を第２図に
概略的に示す。

（２１）はガラスよりなる絶縁性基板であり、（２２）
は非単結晶半導体よりなる薄膜半導体、（２３）、　（
２４）はソースドレイン領域で、（２５）、　　（２６
）はソースドレイン電極、（２７）はゲート絶縁膜で（
２８）はゲート電極であります。　このように構成され
た薄膜トランジスタはゲート電極（２８）に電圧を加え
ることにより、ソースドレイン（２３）、　（２４）間
に流れる電流を調整するものであります。

このような、ＴＰＴにおいては、使用する（２２）の非
単結晶半導体薄膜の持つ特性によってこのＴＦＴのスレ
ッシュホールド電圧（ｖｔｈ）が変わってしまう、特に
多量の画素を持つ液晶デイスプレーまたは高精度の解像
度を持つイメージセンサ−のスイッチング素子として、
このようなＴＰＴを使用する場合、一般にスレッシュホ
ールド電圧（■い）を高くする必要がある。

・この対策として、従来よりＮチャネルのトランジスタ
の場合ならＰ型の不純物元素をＰチャネルのトランジス
タならＮ型の不純物元素をトランジスタのチャネル領域
にライトドープすることが行われているが、薄膜トラン
ジスタの場合使用されている半導体層が非単結晶半導体
であり、かつ膜厚が薄いためにチャネル領域のみにライ
トドープすることが非常に困難であった。

ｒ発明の目的」 本発明は前述の如き問題を解決するものであり、従来の
ＴＦＴ比べて良好な特性を示すＴＰＴをより低温で作製
可能としたものであります。

ｒ発明の構成１ 本発明は減圧状態において、少なくとも■族又はＶ族元
素を含む気体に対して、電気エネルギーを供給しプラズ
マ化してこれら気体を活性化し、こ分霊囲気下にて、高
抵抗の非単結晶半導体層のチャネル形成領域にレーザ光
を照射し、このレーザ光が照射された部分に■族又はＶ
族元素をドープして、スレッシュホールド電圧（■い）
を制御するものであります。

この場合、混合ガス中には被膜形成を行なう気体、例え
ばＳｉＨ，等は含まれておらず、水素又はヘリウム等の
不活性気体と■族又はＶ族元素を含む気体で構成されて
おります。

すなわち、■族又はＶ族の元素を含む混合気体に電気エ
ネルギーを与えて、混合気体をプラズマ化すると、これ
ら気体は各々の持つエネルギーに見合った種々の状態を
とり、はげしく運動を行っている。このようなプラズマ
雰囲気下に高抵抗の非単結晶半導体層を持つ基板を配置
すると、これが常に高抵抗の非単結晶半導体層を物理的
にたたいた状態となっている。この時にチャネル形成領
域にレーザ光を照射すると、その領域近傍の■族又はＶ
族の元素がこのレーザ光によって、より高エネルギー状
態に活性化される。この■族又はＶ族元素は前述の如く
常に高抵抗の非単結晶半導体層を物理的にたたいている
ので、活性化された状態でも同様のふるまいを行い、高
抵抗の非単結晶半導体層中にドーピングされてゆくので
ある。

またこの■族又はＶ族元素は長時間にわたって高エネル
ギー状態をとり続けることができない（他の気体分子、
ラジカルとの衝突等によりエネルギーを失うため）ので
レーザ光が照射された領域のみ選択的なドーピングが行
なえるのである。

上記のような工程の結果、高抵抗の非単結晶半導体層中
のチャネル形成領域に選択的にドーピングすることがで
き、スレッシュホールド電圧（ｖｔｈ）を制御できる特
性のよいＴＰＴを安価な価格にて提供することが可能と
なるものであります。

また、この時基板及び高抵抗の非単結晶半導体層は高抵
抗の非単結晶半導体層作製時の基板温度より低い温度に
保持されているものであり、このことにより、ＴＰＴ作
製工程において、前工程に基板及び被膜を加えた温度よ
り後工程で加える温度を低くすることができ、半導体装
置の信頼性を向上させることが可能なものであります。

以下実施例を示し本発明を説明する。

ｒ実施例１ 第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例を一つの製造工
程を示している。

まず（ａ）の工程において、絶縁性表面を有する基板（
１）例えばソーダガラス基板（１）をプラズマ発生が可
能な装置の反応室内に入れこの基板上に公知のプラズマ
ＣＶＤ法によって、Ｉ型の高抵抗性の非単結晶半導体層
（２）を約３００００程度形成する。この時の作製条件
を以下に示す。

基板温度　　　　２５０　”Ｃ 反応応力　　　　０．　０５　ＴｏｒｒＲｆＰｏｗｅｒ
　　　　　９０　Ｗ ガス　　　　　　Ｓ　ｉ　Ｈａ この後、この高抵抗の非単結晶半導体（２）に通常の手
段によりＰ型の導電型を持つソースドレイン領域（３）
　（４）を形成した。

次に（ｂ）の工程において、再びこの基板を反応室内に
入れ、反応室内の気体を排気した後、水素ガスとホスフ
ィンガス（ｐＨｗ　）の混合ガスを導入し圧力０．ＩＴ
ｏｒｒで高周波電力を６０Ｗ印加してプラズマ状態とし
た。この時のホスフィンは約２％となるように混合した
。基板上の高抵抗の非単結晶半導体層（２）はこの混合
ガスの雰囲気下におかれている。この時基板加熱は行わ
なかった。

そして、高抵抗の非単結晶半導体層（２）のチャネル形
成領域に対しエキシマレーザ光（９）　（２４８，７ｎ
ａ＋）を照射した。

この時エキシマレーザ光の照射ビームの形状は光学系に
より集光し、かつその外形をチャネル形成の領域の外形
にほぼ一致するようにして照射した。その時のレーザ光
の条件は、０．０７Ｊ／ｃｆｆｌのエネルギー密度で、
パルス巾１０μｓｅｃで１０００ハルス照射した。

これによってリンは、このレーザ光が照射された領域０
０）にのみドーピングされる。

また、その深さはレーザ光の照射回数及びエネルギーに
よって調整可能であるが、エネルギー量が多いと半導体
層に損傷を与えてしまうことがあるので、低エネルギー
に保ち照射回数によってドーピングされる深さを制御す
る方が工程上のマージンが増す。

また、本発明ではスレッシュホールド電圧（■ｔｈ）の
制御の為にチャネル部分に不純物をドープするので、そ
の不純物は少量添加できればよい。

その為に、混合ガス中の不純物気体の割合を調整して、
ライトドープとなるようにした。

次に（Ｃ）の工程として、反応室内の気体を排気し、ガ
スをシランとアンモニアの混合ガスに変えて反応室内に
導入し、ゲート絶縁膜（５）として窒化珪素膜を２００
人形成した。

その作製条件を以下に示す。

基板温度　　　　２３０”Ｃ 反応圧力　　　　０．　０５　ＴｏｒｒＲｆＰｏｗｅｒ
　　　　　　５０　Ｗ ガス　　　　　　　Ｎ　Ｈ３／　Ｓ　ｉ　Ｈａこの後こ
の基板（１）を反応室から取り出し、所定のパターンに
エツチングして、ゲート絶縁膜（５）とした、さらにＴ
ＰＴの外形のパターンにエツチングを施した後、この上
面全面に公知のスパッタリング法にて、アルミニウムを
形成した後、所定のパターンにエツチングして、ゲート
電極（６）、ソース電極（７）及びドレイン電極（８）
を形成し、図のようなＴＰＴを完成させた。

本実施例において、リンをドープする際には、加熱を行
わずに行っても十分にドーピングできるが、少し温度加
熱を行ってドーピングを行うと、速く終了する利点があ
る。この時の加熱温度はＴＰＴの作製工程で基板及び半
導体薄膜に加えられた温度以下にする。

このように本発明は、ＴＰＴの作製工程で基板及び半導
体薄膜に加えられた温度が最も高い温度とすることがで
き、後工程で高い温度を加える必要がなく、より信頼性
の高いＴＰＴを提供できる。

本実施例においてレーザ光はエキシマレーザ光を用いた
が、その他のレーザ光でも実現可能である。

さらに、本実施例で示したコプレナー型のＴＰＴのみに
限定されることなく、他の形式のＴＰＴにも適用可能で
ある。

本発明のプラズマの効果を利用した不純物ドーピング技
術は上記のリンのみではなく、その他の■族又はＶ族の
不純物元素にしても適用可能である。

「効果１ 以上説明した様に本発明によれば、ＴＰＴのチャネル形
成領域に対して、プラズマ状態にされた■族又はＶ族元
素雰囲下にてレーザ光を照射してこれら不純物元素をド
ーピングして形成してゆくので、より低温でこれら領域
を形成できる。

これによりＴＰＴのスレッシュホールド電圧（Ｖい）を
この低温ドーピングにより制御でき多量の画素を持つ液
晶デイスプレー、イメージセンサ−等のスイッチング素
子として、より高性能なＴＰＴを使用することができた
。

また、本発明は、ＴＰＴの作製工程で基板及び半導体薄
膜に加えられた温度が最も高い温度とすることができ、
後工程で高い温度を加える必要がなく、より信顛性の高
いＴＰＴを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の作製方法の概略を示す
。 第２図は従来のＴＰＴの構造を示す。 基板 高抵抗の非単結晶半導体層 ソース ドレイン ゲート絶縁膜 ゲート電極 ソース電極 ドレイン電極 レーザ光 ドープされたチャネル形成領域

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、薄膜トランジスタを作製する方法であって、高抵抗
   の非単結晶半導体層を基板上に形成する工程と、前記高
   抵抗の非単結晶半導体層をIII族又は、Ｖ族元素を含む
   混合ガスプラズマ雰囲下に配置し、前記高抵抗の非単結
   晶半導体層に対し、レーザ光を照射して、III族又はＶ
   族元素を薄膜トランジスタのチャネル領域にドーピング
   する工程を含むことを特徴とした薄膜トランジスタの作
   製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、レーザ光の照射し
   てIII族又はＶ族の不純物をドーピングする際は、前記
   高抵抗の非単結晶半導体層形成温度以下に基板温度を保
   って行うことを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法
   。