JPH04113677A - 薄膜トランジスタとその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタとその製造方法

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JPH04113677A
JPH04113677A JP2233049A JP23304990A JPH04113677A JP H04113677 A JPH04113677 A JP H04113677A JP 2233049 A JP2233049 A JP 2233049A JP 23304990 A JP23304990 A JP 23304990A JP H04113677 A JPH04113677 A JP H04113677A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
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film
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JP2233049A
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English (en)
Inventor
Hirobumi Watanabe
博文 渡辺
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/031Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/0312Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] characterised by the gate electrodes
    • H10D30/0314Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] characterised by the gate electrodes of lateral top-gate TFTs comprising only a single gate
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
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    • H10D30/031Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/0321Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] comprising silicon, e.g. amorphous silicon or polysilicon

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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
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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】 〔技術分野〕 本発明は、イメージセンサ駆動回路等に用いる薄膜トラ
ンジスタ(Thin Film Transistor
:以下TFTと略する)に関する。
〔従来技術〕
従来、TPTの特性改善のために、半導体層の膜厚をう
ずくする方法と半導体層の結晶性を改善する方法がとら
れている。
半導体層の膜厚をうずくする方法である特開昭61−2
52667号では多結晶シリコンの厚みを600Å以下
にすることにより0N10FF比を大きくしたTPTを
開示している。
しかし半導体層である多結晶シリコンの膜厚を薄くして
いくと、ソース・ドレイン領域の膜厚も薄くなるからソ
ース・ドレイン領域のシート抵抗R1と配線用材料との
コンタクト抵抗R2の和(R1+R,)が第1図に示す
ように増大する。
第11mは630℃でLP−CVD法で堆積した多結晶
シリコンで作成したTPTのON抵抗R3と、ソース・
ドレインのシート抵抗とコンタクト抵抗の和(R□+R
2)を多結晶シリコンの膜厚を横軸にとってプロットし
たものである。
なお、トランジスタサイズはW/L=40μm15μm
、電界効果移動度は10cm2/V−secである。
第1図に示すようにR1は膜厚にあまり影響されないが
、R工+R□は1000人で約100Ωであるが、 2
000人では約20Ωである。とくに、膜厚が500人
程度では、R3とR工+R2の差はわずか1桁となる。
R,>R1+R2の関係にある場合はトランジスタ特性
に影響を与えないが、半導体層の膜厚を薄くすると、R
3とR1+R2が接近し、場合によっては大小関係が逆
転してトランジスタ特性に悪影響をおよぼす。
また、半導体層の結晶性を改善する方法である特開昭6
0−6647号では半導体層をアニールして結晶性を改
善し0N10FF比を大きくしたTPTを開示している
たしかに、この半導体層の結晶性の改善はTPTの電界
効果移動度を増大させTPTのON抵抗R1を第2図に
示すように小さくする。
第2図は第1図の多結晶シリコンをアニール処理して結
晶性を改善した結果とR1、Rよ+R2の関係を表わし
たものである。
結晶性はトランジスタ特性の電界効果移動度で代用でき
るので横軸に電界効果移動度をとってプロットした。ア
ニールをしない多結晶シリコンで作成した電界効果移動
度は約10aj/V−secであり、結晶性を改善した
ものは100a+f/V−secを超える。トランジス
タは多結晶シリコン膜厚1000人、1/L=40μm
/ 5 p mである。電界効果移動度が約100cm
2/V−sec以上で、R2とR,+R2の差はわずか
1桁となる。
R,>R1+R2の関係にある場合はトランジスタ特性
に影響を与えないが、半導体層の膜厚を薄くし同時に結
晶性の大巾な改善を行なうと、R1とR工+R2が接近
し、場合によっては大小関係が逆転してトランジスタ特
性に悪影響をおよぼす。
〔目  的〕
本発明の目的はTPTの特性向上を図るため半導体層の
膜厚を薄くし、かつ多結晶シリコンの結晶性を向上させ
てもトランジスタ特性に影響を与えない程度のシート抵
抗R工、コンタクト抵抗R2をもったTPTを提供する
にある。
〔構  成〕
本発明者は、先に特願平1−331948号として、多
結晶シリコンの厚みを800Å以下にすることによりn
chTFTをチャンネルドープなしにエンハンスメント
動作することができるTPTを提案し、その後もTPT
特性の向上の研究を重ねた結果、2000人厚の多結晶
シリコンの(Rよ+R,)と電界効果移動度との関係を
把み、チャンネル領域が1000Å以下であっても、ソ
ース・ドレイン領域が2000人以上あれば、多結晶シ
リコンの電界効果移動度が100cm2/v−secを
超えてもR2とR1+R2が約2桁の差がありトランジ
スタ動作に影響を与えないことを見い出し、本発明を完
成した。
前記2000人厚の多結晶シリコンの(R□十Rz )
と電界効果移動度との関係は第2図に破線で示した。
すなわち、本発明の第1は、絶縁基板上に形成された薄
膜トランジスタにおいて、チャンネル領域の半導体層の
膜厚が1000Å以下、好ましくは800Å以下であり
、ソース・ドレイン領域の半導体層の膜厚が2000Å
以上、好ましくは3000Å以上であることを特徴とす
る薄膜トランジスタに関する。
本発明の第2は、前記薄膜トランジスタにおいて、前記
半導体層の電界効果移動度が1oocd/V°sec以
上、好ましくは200aJ / V −sec以上であ
ることを特徴とする薄膜トランジスタに関する。
本発明の第3は。
(イ)絶縁基板上に活性層を形成する工程、(ロ)前記
活性層のチャンネル領域となる部分を除き窒化シリコン
膜で覆う工程。
(ハ)必要に応じて前記活性層の結晶成長を行う工程、 (ニ)窒化シリコン膜で覆われていない部分1二酸化膜
を形成する工程、 よりなることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法
に関する。なお、前記(ハ)の工程は活性層として単結
晶を使用した場合は不要であるが、活性層が非晶質又は
多結晶の場合には結晶性を改善する上で必要である。
以下1図面を参照しながら本発明のTPTについて説明
する。
第3図は、本発明TPT製造方法で作成された本発明T
PTの一例を示すものであって1石英基板31上に形成
した電界効果移動度が100a+t/V−seeの多結
晶シリコンを活性層としたTPTである。チャンネル領
域32は多結晶シリコンであって、その膜厚は1000
人であり、ソース・ドレイン領域33はリン又はボロン
等の不純物をゲート電極34でセルフアライメントされ
て注入されており、その膜厚は2000人である。35
はゲート絶縁膜、36は眉間絶縁膜、37はメタル電極
である。このTPT (W/L=40μm15μm)に
おいては、R,=IKΩ、R□+R,=15Ωとなり、
トランジスタ特性に影響を与えない抵抗値が得られる。
第4図に示すものも本発明のTPT製造方法で作成され
たものであって、半導体層を単結晶で形成した本発明T
PTの他の例を示すものであり、シリコンウェハ40の
表面に絶縁膜となるSin、41が形成され、その上に
電界効果移動度が400d/v・secの単結晶シリコ
ン42.43を活性層としたTPTである。単結晶シリ
コン42.43は多結晶シリコンを融解再結晶したもの
で、シードから成長させる。前記第3図のTPTに比べ
電界効果移動度が4倍となり、TPTのON抵抗R1が
約174になるので、ソース・ドレイン領域43の膜厚
は3000Aとされている。チャンネル領域42の膜厚
は800人である。このT、FT (W/L=40μ鳳
15μ腫)におし)では、R3=200Ω、R□+R2
=8Ωとなり、トランジスタ特性に影響を与えない抵抗
値が得られる。
次に、第5図を参照しながら、本発明のTPTの製造方
法について説明する、 石英基板51上ニL P −CV D法で、550℃で
多結晶シリコン52(はとんど非晶質)を2500人堆
積しフォトリソグラフィ、エツチング工程で島状にパタ
ーニングする(a)。
次にプラズv−CVD法で5i3N453を1μm堆積
した後トランジスタのチャンネル領域となる部分をフォ
トリソグラフィ、エツチング工程で除却する(b)。
この状態で多結晶シリコンの結晶粒径の増大を行い結晶
性の改善を図る。この結晶性の改善には、600℃で5
0時間以上のアニール処理を行う。アニール前がほとん
ど非晶質だったものがアニール後、最大1μmの結晶粒
径となるにように処理することが好ましい。この工程で
アニールの雰囲気を酸素で行うと、S i3N4膜がお
おっていない部分が選択的に酸化54される(C)。
513N4膜、Sin、膜をエツチングしたのが(d)
であり、チャンネル部分がうすく、ソース・ドレイン部
分が厚い活性層55が形成される。
前記酸化膜54の形成は、アニール中に選択的酸化で行
ったが、アニールを窒素雰囲気で行い、次工程で例えば
パイロ方式による酸化を行うことも可能である。酸素雰
囲気および窒素雰囲気での各条件は酸化膜54及びチャ
ンネル部の膜厚をどの位にするかで決まる。たとえば、
酸素雰囲気中で600℃50時間、かつパイロ酸化で1
000℃3時間の酸化を行うと、2000人の酸化膜を
形成でき、チャンネル部56の活性層膜厚を1500人
形成できる。
次にゲートM縁膜となる熱酸化膜57を1000℃のド
ライ酸化で1000人形成する(e)。以上の工程でチ
ャンネル領域58が1000人、ソース・ドレイン領域
59が2000人の結晶性の改善された多結晶シリコン
の活性層が得られる。以上の工程において、単結晶シリ
コンを用いている場合には、結晶性の改善の工程のみを
省略すればよい。
以下の工程は、通常のMOSプロセスと同様にゲートと
なる多結晶シリコン6oを形成した後ゲートでセルフア
ライメントしてソース・ドレインの不純物62をイオン
打込みで注入しくf)、眉間絶縁膜63はLP−CVD
法でPSGを堆積しコンタクトホールを形成後ソース・
ドしイン電極となるA Q64をスパッタで堆積、パタ
ーニングしてTPTが得られる。
〔効  果〕
本発明のTPTは、その特性向上を図るためにチャンネ
ル領域の半導体層の膜厚を薄くし、かつソース・ドレイ
ン領域の半導体層の膜厚を厚くしているので、多結晶シ
リコンの結晶性を向上させて電界効果移動度を100d
/v・sec以上にしても良好なトランジスタ特性をも
つTPTを提供できる。
また、本発明のTPT製造方法は、多結晶シリコンの結
晶性向上と活性層の膜厚制御が同−工程又は、前後の工
程で行うことでき、特性のすぐれたTPTを容易に製造
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、TPTのON抵抗R1と、ソース・ドレイン
のシート抵抗とコンタクト抵抗の和(R□+R,)を多
結晶シリコンの膜厚との関係で示し、第2図は、多結晶
シリコンの結晶性を改善した結果と、前記R3、R1+
R2の関係を示し、第3図は、本発明TPTの一例を示
す説明図、第4図は1本発明TPTの他の例を示す説明
図、第5図(a)〜(g)は、本発明のTPT製造方法
の工程図である。 31・・・石英基板   32・・・チャンネル領域3
3・・・ソース・ドレイン領域 34・・・ゲート電極  35・・ゲート絶縁膜36・
・・層間絶縁膜  37・・・メタル電極40・・・シ
リコンウェハ 41・・・絶縁膜S i 02 42・・・チャンネル領域(単結晶シリコン)43・・
・ソース・ドレイン領域(単結晶シリコン)44・・・
ゲート電極  45・・・ゲートlI!縁膜46・・・
層間絶縁膜  47・・・メタル電極51・・・石英基
板   52・・・多結晶シリコン53・・・5i3N
454・・・酸化 55・・・活性層    56・・・チャンネル部57
・・・熱酸化膜   58・・・チャンネル領域59・
・・ソース・ドレイン領域 60・・・ゲート電極  61・・・イオン注入62・
・・ソース・ドレインの不純物 63・・層間絶縁膜  64・・・メタル電極第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタにおいて
    、チャンネル領域の半導体層の膜厚が1000Å以下で
    あり、ソース・ドレイン領域の半導体層の膜厚が200
    0Å以上であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 2、前記半導体層の電界効果移動度が100cm^2/
    V・sec以上であることを特徴とする請求項1記載の
    薄膜トランジスタ。 3、(イ)絶縁基板上に活性層を形成する工程、(ロ)
    前記活性層のチャンネル領域となる部分を除き窒化シリ
    コン膜で覆う工程、 (ハ)必要に応じて前記活性層の結晶成長を行う工程、 (ニ)窒化シリコン膜で覆われていない部分に酸化膜を
    形成する工程、 よりなることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法
JP2233049A 1990-09-03 1990-09-03 薄膜トランジスタとその製造方法 Pending JPH04113677A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0635880A1 (fr) * 1993-07-22 1995-01-25 Commissariat A L'energie Atomique Procédé de fabrication d'un transistor en technologie silicium sur isolant
US5792678A (en) * 1996-05-02 1998-08-11 Motorola, Inc. Method for fabricating a semiconductor on insulator device

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