JPH04105329A - 半導体装置の製造方法 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は、金属電極とオーミック接触を成し得るオーミ
ック接触用導電性多結晶シリコン膜を具備する半導体装
置の製造方法に関する。

（ロ）　従来の技術 多結晶シリコンを材料とする半導体装置の開発が盛んで
ある。例えば、その半導体装置の代表としては、液晶デ
イスプレィ用画素スイッチング素子やラインセンサ用駆
動回路の薄膜トランジスタ、さらには薄膜太陽電池など
がある。

然し乍ら、多結晶シリコンを薄膜トランジスタなどの半
導体装置とする製造技術、例えば、ドーピングやエツチ
ングなどの技術は、殆どｌ結晶シリコンにおける技術を
代用して行われているため、その製造工程は非常に複雑
である。

多結晶シリコンによる薄膜トランジスタの製造方法ニツ
イテハ、ＩＥＥＥ、ＥＬＥＣＴＲＯＮ　ＤＥＶＩＣＥ　
ＬＥＴＴＥＲ５，ＶＯＬ、９　Ｎｏ、６　ｐ、２９０−
２９２　ＪＵＮＥ　１９８８に詳しく記載されている。

（ハ）　発明が解決しようとする課題 以下では、まず、従来の多結晶シリコン薄膜トランジス
タの製造方法について説明し、本発明が解決すべき課題
について説明する。

第３図は、前記製造方法を説明するための工程別断面図
である。

同図（ａ）に示される第１工程では、絶縁性基板（３１
）上に減圧ＣＶＤ法などによって多結晶シリコン膜（３
２）を形成する。通常、基板温度として６２０℃以上の
高温を必要とする。

次に同図（ｂ）に示される第２工程では、多結晶シリコ
ン膜（３２）上にゲート絶縁膜（３３）として、シリコ
゛ン酸化膜や窒化シリコン膜を形成し、その後ゲートを
極（３４）をパターニングする。ゲート絶縁膜（３３）
の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法
などがある。ゲート塩［（３４）は、高不純物濃度の導
電性多結晶シリコンによって構成されている。

同図（ｃ）に示されている第３工程では、後工程で形成
するドレイン、ソース電極と多結晶シリコン膜とをオー
ミック接触させるための導電性多結晶シリコン膜を形成
すべく、イオン注入法により図示の矢印の方向からリン
を注入する。イオン注入後、ｔｏｏｏ℃以上のアニール
処理を行い注入したリンを活性化させる。

これにより、ゲート電極（３４）に覆われていない部分
の多結晶シリコン（３３）はｎ型多結晶シリコン（３５
）に加工される。

次に　同図（ｄ）に示される第４工程では、ドレイン、
ソース電極部に相当する部分（３３ａ）のゲート絶縁膜
をエツチング除去する。

最後に同図（ｅ）に示される第５工程では、ソース電極
（３６）及びドレイン電極（３７）を形成することによ
り、素子を完成させる。

多結晶シリコンによる従来の薄膜トランジスタの製造工
程では、前記第３工程で説明したようにオーミ７り接触
用導電性多結晶シリコン膜を形成するため、１０００℃
以上の高温処理を必要とする。

この結果、石英などの高価な耐熱性基板を前記絶縁性基
板として用いることが、必要となる。更には、前記イオ
ン注入法では、装置面からの制限により、大面積の処理
を行うことができない。

従って、安価な所謂ガラス基板を用いるためには、少な
くとも６００℃以下の温度処理によって多結晶シリコン
膜を成膜することが必要であり、且つ、ドーピング法と
して従前のイオン注入法によらない、大面積化が容易な
方法を開発することが必要となる。

本発明の目的とするところは、かかる点に鑑み、従来よ
りも低温で、且つ簡便な方法で、オーミック接触用導電
性多結晶シリコン膜を具備する半導体装置の製造方法を
提供することにある。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明のオーミック接触用導電性多結晶シリコン膜製造
方法の特徴とするところは、導電型非晶質シリコンと真
性非晶質シリコンとを積層形成し、その後、熱処理を行
うことによって作製されることにある。

（ホ）作用 本発明の製造方法における導電性多結晶シリコンは、絶
縁性基板上に　導電性非晶質シリコンと真性非晶質シリ
コンとを接触させて成る半導体薄膜をア”ニールするこ
とによって形成される。

これは、前記導電性非晶質シリコンが多結晶化の際の核
生成に寄与するためで、アニール温度として６００℃以
下の低温で前記真性非晶質シリコンを多結晶化すること
ができる。

さらに前記多結晶シリコンは、前記アニールの進行中に
前記導電性非晶質シリコン内の導電型決定元素が前記真
性非晶質シリコンに拡散し、導電性を有するようになる
。

従って、前記製造方法を使用することにより、当該導電
性多結晶シリコンをオーミック用半導体とすることがで
きる。

（へ）　実施例 第１図は本発明薄膜トランジスタ製造方法を説明するた
めの製造工程別断面図である。

同図（ａ）で示す第１工程では、絶縁基板からなる支持
基板（１）上にノン・ドーピングの真性非晶質シリコン
層（２）とｎ型の導電性非晶質シリコン層（３）とを接
触するように積層形成する。真性非晶質シリコン層（２
）と導電性非晶質シリコン層（３）の積層状態から成る
半導体薄膜（４）は、例えばプラズマＣＶＤ法やスパッ
タ法などによって形成され得る。これらの具体的な形成
条件としては、例えば、プラズマＣＶＤ法による真性非
晶質シリコン層（２）の場合、基板温度を３００−５０
０℃の範囲内で設定し、反応ガスとしてシリコン化合物
のシランガスなどを用いる。膜厚は約１．５μｍである
。またｎ型非晶質シリコン層（３）の場合では、シラン
ガスなどの反応ガスに　導電型決定元素であるリンを含
む７オスフインガスなどの不純物ガスを添加し、基板温
度として３００〜４００℃、膜厚を約５００人とした。

特にｎ型非晶質シリコン層（３）中のリン濃度は２Ｘ１
０”ｃｍ−’になるように制御した。

又、本実施例では、導電型決定元素としてリンを用いた
が、その他の元素であってもよく、例えばｐ型とする場
合では、ボロンであってもよい。

同図（ｂ）に示す第２工程では、前記半導体薄膜（４）
を３５０〜５００℃の範囲内で数時間から１０時間程度
アニールする。本実施例では、アニール温度は５００℃
とし、アニール時間は５時間とした。

この結果、半導体薄膜（４）は、真性非晶質シリコン層
（２）とｎ型非晶質シリコン層（３）の積層状態から、
多結晶シリコン膜（５）に固相成長する。

さらに、本工程のアニールによって、ｎ型非晶質シリコ
ン層（３）の導電型決定元素が、真性非晶質シリコン層
（２）に向かって拡散する。

図中の斜線で示した部分（５ａ）は、かかる拡散によっ
て生じたｎ型多結晶シリコン膜である。

次に同図（ｃ）で示す第３工程では、当該半導体装置の
チャネルと成る部分（５ｂ）の多結晶シリコン膜（５）
の表面近傍をエツチング除去する。

これにより、後工程によってドレイン、ソース電極と接
触する部分（５ｃ）にのみ前記ｎ型多結晶シリコン膜を
残すことが可能となる。

このエツチングは、前記導電型決定元素が高濃度に含有
する前記表面近傍を除去するためであり、実施例では、
多結晶シリコン膜（５）の表面から約１μｍの深さまで
エツチングした。

同図（ｄ）に示す第４工程では、多結晶シリコン膜（５
）上にゲート用及びパッシベーション用の絶縁膜（６）
を形成し、さらにソース、ドレイン電極のコンタクト部
となる絶縁膜（６）をエツチング除去したものである。

絶縁膜（６）の材料は、シリコン酸化膜や窒化シリコン
などである。これら絶縁膜（６）は、プラズマＣＶＤ法
や常圧ＣＶＤ法などの従来の形成条件によって得られる
ものと同等である。

最後に同図（ｅ）に示す第５工程では、当該半導体装置
のゲート電極（７）、ドレイン電極（８）、ソース電極
（９）を形成した後、パターニングする。かような電極
材料は、アルミニュウムやクロムなどの金属膜を蒸着す
ることによって形成される。

本発明製造方法によれば、多結晶シリコンを形成するた
めに使用する導電性非晶質シリコンの導電型決定元素を
、前記多結晶シリコンと電極とのオーミック接触用半導
体のドーピング用元素とすることができる。さらに、そ
の製造工程における温度は、精々５００℃であるために
安価なガラス基板を使用することができる。

又、本発明製造方法によれば、前記導電性非晶質シリコ
ンと前記真性非晶質シリコンとを、前述した製造方法に
よって成膜できるため、大面積の半導体装置を得ること
が可能となる。

尚、実施例では、コプラナー型構造で説明したが本発明
製造方法は、これに限るものではなく、スタガー型、逆
スタガー型、逆スタガ−型などの薄膜トランジスタにお
いても利用可能である。

第２図は、本発明製造方法によって製作された第２の実
施例を説明するための半導体装置断面図である。本半導
体装置はＭＩＳデバイスである。

この素子についての製造工程図は示さないが、オーミッ
ク接触用導電性多結晶シリコンの形成については第１の
実施例と同様である。

つまり、該半導体装置では、絶縁基板（２１）上に形成
された金属電極（２２）に、導電性非晶質シリコンと真
性非晶質シリコンをこの順序で積層形成した後、３５０
−５００℃の範囲でアニールすることにより多結晶シリ
コン（２３）を形成している。

そして、前記多結晶シリコン（２３）上にシリコン酸化
膜、窒化シリコン等からなる絶縁膜（２４）を形成した
後、金属膜等で上部電極（２５）を作製している。

当該半導体装置によれば、金属電極（２２）上に形成さ
れた前記導電性非晶質シリコンに含有する導電型決定元
素が、第１の実施例と同様に前記多結晶シリコンに導電
性をもたせ、金属膜（２２）と良好なオーミック特性を
持たせることとなる。

（ト）　　発明の効果 本発明製造方法によれば、半導体装置の活性層となる多
結晶シリコンを形成する工程と同時に、オーミック接触
用導電性多結晶シリコン膜を形成することができ、工程
が簡単である。

さらに、本製造方法によれば、基板として耐熱性の優れ
た高価な基板を使用する必要がなく、且つ大面積化が容
易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明半導体装置製造方法を説明するための第
１の実施例の工程別断面図、第２図は本発明半導体装置
製造方法を説明するための第２の実施例を示す半導体装
置の断面図、第３図は従来の半導体装置製造方法による
半導体装置の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電型非晶質シリコン層と真性非晶質シリコン層
   とを積層形成し、その後、熱処理を行うことによって作
   製されるオーミック接触用導電性多結晶シリコン膜を具
   備する半導体装置の製造方法。