JPH04348533A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタおよびその製造方法

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JPH04348533A
JPH04348533A JP12052091A JP12052091A JPH04348533A JP H04348533 A JPH04348533 A JP H04348533A JP 12052091 A JP12052091 A JP 12052091A JP 12052091 A JP12052091 A JP 12052091A JP H04348533 A JPH04348533 A JP H04348533A
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JP
Japan
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film
amorphous silicon
type
silicon film
thin film
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Pending
Application number
JP12052091A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Fujisawa
広幸 藤澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
 (以下a−Siと略す)膜を活性層に用いた薄膜トラ
ンジスタおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタは基板上への成膜によ
りわずかの厚さで形成できるため、液晶表示装置のよう
な平面表示装置の制御などに用いられる。図2は薄膜M
OSFETの断面構造を示す。ガラス基板1上にパター
ニングされた第一の金属層であるゲート電極2の上にゲ
ート絶縁膜である窒化シリコン膜 (以下SiN膜と略
す)3、第一の半導体層として活性層であるi質a−S
i膜4およびパッシベーション膜であるSiN膜5をプ
ラズマCVD法 (化学気相堆積法) 等により連続成
膜し、さらにパッシベーションSiN膜5の一部分をド
ライエッチングによりパターニングし、ソース, ドレ
イン用のコンタクトホールをあける。次に第二の半導体
層としてコンタクト層であるn型a−Si膜6をモノシ
ラン (SiH4 ),フォスフィン (PH3 ) 
とH2 の混合ガスを反応ガスとして用いるプラズマC
VD法により成膜し、ドライエッチングによりn型a−
Si膜6をパターニングする。さらに、ドライエッチン
グによりパッシベーションSiN膜5, i質a−Si
膜4およびゲートSiN膜3をパターニングする。次に
第二の金属層をスパッタ法等により成膜し、ウェットエ
ッチングによりパターニングしてソースおよびドレイン
電極7を形成する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置等に用い
る薄膜トランジスタにおいてはオフ電流が小さいことが
要望される。図2に示した薄膜トランジスタにおいては
オフ電流を低減するためには、i質a−Si膜4の膜質
およびi質a−Si膜4とパッシベーションSiN膜5
との界面特性が重要となってくる。
【0004】本発明の目的は、上記の要望に対応してi
質a−Si膜4の膜質およびi質a−Si膜4とパッシ
ベーションSiN膜5との界面特性を改善し、オフ電流
を低減させた薄膜トランジスタの製造方法を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、水素化けい素を含む反応ガスの分解に
より形成したa−Si膜に絶縁膜を介してゲート電極が
対向し、a−Si膜のゲート電極に対向する領域の両側
にソースおよびドレイン電極が接触する薄膜トランジス
タの製造方法において、a−Si膜形成時の反応ガスに
アクセプタ元素の化合物を添加するものとする。そして
アクセプタ元素がほう素であることが有効であり、a−
Si膜形成時の反応ガスが水素化けい素としてモノシラ
ンを含み、そのモノシランに対する比が5×10−5以
下のジボランを添加することが有効である。また別の本
発明の薄膜トランジスタは、弱いn型ないしi質の層と
p型層とが積層されたa−Si膜を有し、そのa−Si
膜のn型ないしi質の層の表面と絶縁膜を介してゲート
電極が設けられ、そのゲート電極に対向する領域の両側
でa−Si膜のp型層を貫通して弱いn型ないしi質の
層に接触するソースおよびドレイン電極を備えたものと
する。そして、そのような薄膜トランジスタの製造の際
に、モノシランを含む反応ガスを用いてa−Si膜を形
成したのち、モノシランとそれに対する比が10−5以
上であるジボランを添加した反応ガスを用いて前記a−
Si膜の上にp型a−Si膜を形成することが有効であ
る。あるいは、モノシランを含み、そのモノシランに対
する比が5×10−5以下のジボランを添加した反応ガ
スを用いてa−Si膜を形成したのち、モノシランとそ
れに対する比が10−5以上であって前記a−Si膜形
成時より大きいジボランを添加した反応ガスを用いて前
記a−Si膜の上にp型a−Si膜を形成することも有
効である。
【0006】
【作用】通常i質a−Siはなにもドーピングを行わな
い状態でも弱いn型になっている。このため、i質a−
Si膜を通じてのもれ電流が存在し、薄膜トランジスタ
のオフ電流増加の一因となっている。例えば図3に示す
ようにプラズマCVD法の流量20ccm のSiH4
 を含む反応ガスはジボラン (B2 H6 ) を添
加すると、添加量が微量の間は導電率が減少し、さらに
添加量をふやすと今度はp型a−Si膜となり、再び導
電率が増加する。そこで、i質a−Si膜成膜時に反応
ガスにアクセプタ元素の化合物を微量添加すれば、導電
率の小さい膜が得られ、オフ電流が低減する。あるいは
、a−Si膜を2層構造とし、ゲート電極の設けられる
例と反対側に弱いp型の層を形成すると、この側の表面
層の電子濃度が低下してもれ電流を低減し、他の特性が
変化することなくオフ電流が減少する。
【0007】
【実施例】図1(a) ないし(f) は、本発明の一
実施例の薄膜トランジスタの製造工程を示し、図2と共
通の部分には同一の符号が付されている。同図(a) 
ではガラス基板1上にCr膜をスパッタ法等で成膜した
のちウェットエッチングでパターニングしてゲート電極
2を形成した。 同図(b) ではその上にモノシランとNH3 とN2
 とH2 の混合ガスを用いてゲート絶縁SiN膜3、
SiH4とH2 およびB2 H6 の混合ガスを用い
てa−Si膜4、再びSiH4 とNH3 とN2とH
2 の混合ガスを用いてパッシベーションSiN膜5を
プラズマCVD法等により連続成膜した。このうち、a
−Si膜4の成膜条件は、SiH4 ガスの流量を20
ccm,H2 ガスの流量を180ccm、H2 で稀
釈して100ppmの濃度のB2 H6 ガスの流量を
2ccm 、すなわちB2H6 /SiH4 =10−
5として100nm の厚さに成膜した。図3からわか
るようにこのときの導電率は約5×10−12 である
。次いで同図(c) ではパッシベーションSiN膜5
の一部分をドライエッチングによりパターニングし、ソ
ース, ドレイン用のコンタクトホール51をあけた。 次に、同図(d) ではSiH4 とH2 とフォスフ
ィン(PH3 ) の混合ガスを用いてn型a−Si膜
6をプラズマCVD法により成膜し、ドライエッチング
によりパターニングした。さらに同図(e) ではドラ
イエッチングによりパッシベーションSiN膜5, i
質a−Si膜4, ゲートSiN膜3をパターニングし
た。同図(f) ではMo膜をスパッタ法等により成膜
し、ウェットエッチングによりパターニングしてソース
, ドレイン電極7を形成した。得られた構造は図2と
同じである。
【0008】図4(a) ないし(f) は本発明の別
の実施例の薄膜トランジスタの製造工程を示し、図1と
共通の部分には同一の符号が付されている。この場合は
、図(b) においてSiH4 の流量を20ccm 
、H4 ガスの流量を180ccm、H2 で稀釈して
濃度100ppmのB2 H6 ガスの流量を2ccm
,すなわちB2 H6 /SiH4 =10−5の図1
(b) におけるのと同じ条件でi質a−Si膜4を厚
さ90nmに成膜したのち、SiH4 ガスの流量を2
0ccm,H2 ガスの流量を180ccm, H2 
で稀釈して濃度100ppmのB2 H6ガスの流量を
10ccm 、すなわちB2 H6 /SiH4 =5
×10−5の条件で成膜して2層構造とした点が異なっ
ている。図3からわかるように、生じた弱いp型a−S
i膜8の導電率は5×10−11 である。また、コン
タクト層であるn型a−Si膜6がp型a−Si膜8と
接触するとpn接合が生ずるので、図(c) において
パッシベーションSiN膜5の一部分をドライエッチン
グによりパターニングし、ソース, ドレイン用のコン
タクトホールをあける際にドライエッチング時間を長く
して弱いp型層8まで除去し、図(d) に示すように
i質a−Si膜4とn型a−Si膜6がオーム接触する
ようにした。
【0009】図5はこのようにして製造した薄膜トラン
ジスタおよび従来の方法で製造した薄膜トランジスタの
電流・電圧特性を示し、オフ電流は実線41の従来の薄
膜トランジスタにくらべ、点線42の図1の実施例で製
造した場合は2分の1に、鎖線43の図4の実施例で製
造した場合は4分の1に低減した。
【0010】図4に示した実施例では、i質a−Si膜
4にもほう素をドーピングしているが、この膜はSiH
4 ガスとH2 ガスのみの混合ガスを用いて成膜して
も従来にくらべてオフ電流は低減する。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、薄膜トランジスタの製
造工程において、活性層のi質a−Si膜の全域あるい
は一部にほう素などのアクセプタをドープすることによ
りa−Si膜の導電率が低下し、a−Si膜を通じての
もれ電流が減少し、薄膜トランジスタのオフ電流が低減
した。 このようにして得られた薄膜トランジスタは、オンオフ
比が大きく、液晶表示素子に用いた場合コントラスト比
の高い良好な表示品質が得られる他、駆動回路等に用い
た場合も有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の薄膜トランジスタ製造工程
を(a) 〜(f) の順に示す断面図
【図2】薄膜ト
ランジスタの断面構造図
【図3】濃度100ppmのB
2 H6 ガス流量比に対するa−Si膜の導電型, 
導電率の変化を示す線図
【図4】本発明の別の実施例の
薄膜トランジスタ製造工程を(a) 〜(f) の順に
示す断面図
【図5】本発明の実施例および従来例により
薄膜トランジスタの伝達特性線図
【符号の説明】
1    ガラス基板 2    ゲート電極 3    ゲート絶縁SiN膜 4    a−Si膜 5    パッシベーションSiN膜 6    n型a−Si膜 7    ソース, ドレイン電極 8    p型a−Si膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素化けい素を含む反応ガスの分解により
    形成したアモルファスシリコン膜に絶縁膜を介してゲー
    ト電極が対向し、アモルファスシリコン膜のゲート電極
    に対向する領域の両側にソースおよびドレイン電極が接
    触する薄膜トランジスタの製造方法において、アモルフ
    ァスシリコン膜形成時の反応ガスにアクセプタ元素の化
    合物を添加することを特徴とする薄膜トランジスタの製
    造方法。
  2. 【請求項2】アクセプタ元素がほう素である請求項1記
    載の薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】アモルファスシリコン膜形成時の反応ガス
    が水素化けい素としてモノシランを含み、そのモノシラ
    ンに対する比が5×10−5以下のジボランを添加する
    請求項2記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】弱いn型ないしi質の層とp型層とが積層
    されたアモルファスシリコン膜を有し、そのアモルファ
    スシリコン膜のn型ないしi質の層の表面と絶縁膜を介
    してゲート電極が設けられ、そのゲート電極に対向する
    領域の両側でアモルファスシリコン膜のp型層を貫通し
    て弱いn型ないしi質の層に接触するソースおよびドレ
    イン電極を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
  5. 【請求項5】請求項4記載の薄膜トランジスタを製造す
    るに際し、モノシランを含む反応ガスを用いてアモルフ
    ァスシリコン膜を形成したのち、モノシランをそれに対
    する比が10−5以上であるジボランを添加した反応ガ
    スを用いて前記アモルファスシリコン膜の上にp型アモ
    ルファスシリコン膜を形成することを特徴とする薄膜ト
    ランジスタの製造方法。
  6. 【請求項6】請求項4記載の薄膜トランジスタを製造す
    るに際し、モノシランを含み、そのモノシランに対する
    比が5×10−5以下のジボランを添加した反応ガスを
    用いてアモルファスシリコン膜を形成したのち、モノシ
    ランとそれに対する比が10−5以上であって前記アモ
    ルファスシリコン膜形成時より大きいジボランを添加し
    た反応ガスを用いて前記アモルファスシリコン膜の上に
    p型アモルファスシリコン膜を形成することを特徴とす
    る薄膜トランジスタの製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010129859A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Hitachi Displays Ltd 表示装置
JP2014131052A (ja) * 2008-11-07 2014-07-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置

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US8980665B2 (en) 2008-11-07 2015-03-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
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