JPH0547791A - 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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JPH0547791A
JPH0547791A JP22367991A JP22367991A JPH0547791A JP H0547791 A JPH0547791 A JP H0547791A JP 22367991 A JP22367991 A JP 22367991A JP 22367991 A JP22367991 A JP 22367991A JP H0547791 A JPH0547791 A JP H0547791A
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gate
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邦雄 増茂
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ソース・ドレイン間電圧が大きい場合でも、T
FTのリーク電流を抑制する。 【構成】ゲート電極5のパターン化後、ゲート電極5上
に形成されたフォトレジスト6を剥離することなく、ゲ
ート絶縁膜4をエッチングし、さらにゲート電極5の側
部よりエッチングを進行させることにより、ゲート電極
5の端部をゲート絶縁膜4より内側に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置等の駆動に
使用される薄膜トランジスタの製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年平面ディスプレイ等の画像表示素子
への応用を目的とした薄膜トランジスタ(TFT)の開
発が活発に行われている。ディスプレイの大型化、さら
には周辺駆動回路のTFT化に対応するためTFT動作
速度の向上が望まれている。TFTの動作速度を向上さ
せるためにゲート・ドレイン間の寄生容量を減少させる
試みが行われているが、ソース・ドレイン電極をゲート
電極と自己整合的に形成する方法はきわめて有効な方法
である。
【0003】ソース・ドレイン領域をイオン注入法によ
りゲート電極と自己整合的に形成する従来の自己整合型
TFTの製造方法を、レーザー多結晶化半導体TFTを
例にとって、従来のTFTの断面図である図4を参照し
ながら説明する。絶縁性の基板41上にパッシベーショ
ン膜42、非晶質半導体層を積層し、この非晶質半導体
層にレーザー光を照射して多結晶化を行い、フォトリソ
グラフィーにより多結晶半導体薄膜43のパターンを形
成し、その上にゲート絶縁膜44、ゲート電極材料を積
層し、再びフォトリソグラフィーによりゲート電極のパ
ターン45を形成し、ゲート絶縁膜44もゲート電極と
同じパターンにエッチングする。
【0004】ここでイオン注入法によりゲート電極をマ
スクに多結晶半導体層に不純物イオンをドーピングし、
不純物イオン活性化のための熱処理を行いソース・ドレ
イン領域47を形成する。さらに層間絶縁膜48を堆積
し、ソース・ドレイン領域上にコンタクトホールを形成
し、その上にソース電極・ドレイン電極49を形成す
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体層上のゲ
ート絶縁膜44もゲート電極と同じパターンにエッチン
グした後、ゲート電極をイオン注入のマスクとする方法
では、ゲート電極の下のチャネル領域とソース・ドレイ
ン領域とが接する構造となる。この構造ではチャネル−
ドレイン境界付近に電界が集中し、ソース・ドレイン間
電圧が大きい条件ではリーク電流が異常に大きくなると
いう欠点がある。この現象は多結晶半導体薄膜トランジ
スタにおいて特に顕著である。これは駆動電圧の大きい
ノーマリ白型液晶、ポリマー分散型液晶等の駆動にはこ
のようなTFTは使用できないことを意味する。
【0006】また、ゲート電極とソース・ドレイン領域
との間に1μm程度の長さの不純物イオンのドーピング
がなされない領域を設けることにより異常なリーク電流
の増大を防ぐことができることが知られている。しかし
ゲート電極のパターンとイオン注入のマスクとをそれぞ
れ通常のフォトリソグラフィーにより形成する方法では
1μm程度の距離を再現性良く実現することは極めて難
しく、また工程数も増えるという問題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決すべくなされたものであり、絶縁性の基板上に非単
結晶半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極をこの順に形
成し、このゲート電極をマスクとして半導体層に不純物
イオンを注入することにより、ゲート電極に対して自己
整合的にソース・ドレイン領域を形成する薄膜トランジ
スタの製造方法において、上記ゲート電極をパターン化
後、該ゲート電極上に形成されたフォトレジストを剥離
することなく、上記ゲート絶縁膜をエッチングし、さら
に該ゲート電極の側部よりエッチングを進行させること
により、該ゲート電極の端部を該ゲート絶縁膜より内側
に形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方
法を提供するものである。
【0008】以下にレーザー多結晶化半導体TFTを例
にとり、図1〜図3に従って本発明を詳細に説明する。
まず、ガラス、セラミック、プラスチック等の絶縁性の
基板1上にプラズマCVD、スパッタリング、減圧CV
D,常圧CVD等によりSiOx 、SiNx 、SiOx
Ny 、TaOx 等の単層または多層膜からなるパッシベ
ーション膜2(膜厚可能範囲50〜1000nm)、シ
リコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)等の非単結晶半
導体たる非晶質半導体層3( 膜厚可能範囲10〜200
0nm)を形成する。
【0009】必要に応じて薄膜トランジスタのしきい値
電圧を制御するため、非晶質半導体層3中にホウ素
(B)あるいはリン(P)などの不純物を数十から数百
ppm程度膜厚方向に均一あるいは不均一にドープす
る。
【0010】レーザー光を照射し、非晶質半導体層3の
多結晶化を行い、フォトリソグラフィーにより該多結晶
半導体層をパターン化し、その上にプラズマCVD、ス
パッタリング、減圧CVD、常圧CVD等によりSiO
x 、SiNx 、SiOx Ny、TaOx 等の単層または
多層膜からなるゲート絶縁膜4( 膜厚可能範囲50〜2
000nm)、更に真空蒸着法、スパッタリング法等に
よりクロム(Cr)、タンタル(Ta)、アルミニウム
(Al)等の単層または多層膜からなるゲート材料を形
成し、再びフォトリソグラフィーによりゲートのパター
ンにゲート電極5を形成する。即ち、ゲートのパターン
化を行う。
【0011】ここでフォトレジスト6を剥離することな
く、C2 F6 をエッチングガスとして使用してゲート絶
縁膜4をエッチングした後、さらにゲート電極5の側部
よりエッチングを進行させることにより、ゲート電極5
の端部をゲート絶縁膜4より距離d(0.5乃至2.0
μm程度)だけ内側に形成する(図1)。
【0012】なお、図1に示す製造工程の前において、
エッチングガスとして酸素ガスを含んだドライエッチン
グにより上記ゲート絶縁膜4のエッチングを行う場合は
ゲート絶縁膜4のエッチングと同時にゲート電極5上の
フォトレジストが減少し、ゲート電極5のパターン端の
ゲート電極5表面が露出するため(図2)、ゲート電極
5の側部よりの追加のエッチングについてはゲート電極
5の端部付近および側部よりエッチングが進行すること
になる。
【0013】イオン注入法によりゲート電極5をマスク
に多結晶半導体層のソース・ドレイン領域になる部分7
に、P、B、ヒ素(As)等の不純物イオンを加速電圧
1〜40kVで5×1014〜1×1016個/cm2 ドー
ピングする。このとき水素(H)、弗素(F)等のイオ
ンが同時に注入されてもよいし、PHx 、Bx Hy 、B
Fx などの分子イオンが同時に注入されてもよい。
【0014】ゲート電極5をマスクとしているが、ゲー
ト電極5の端部より0.5乃至2.0μm程度ゲート絶
縁膜4がはみだしており、この下の部分の多結晶半導体
層には、P、B等がドープされないために、ソース・ド
レイン領域とゲート電極5との間には0.5乃至2.0
μm程度の間隔が設けられ、この位置関係は位置合わせ
不要であり、必然的に(自己整合的に)決定される。
【0015】ゲート電極5の側部よりの追加のエッチン
グおよびゲート電極パターンのフォトレジストの除去は
イオン注入の前に行ってもよいし、後に行ってもよい。
必要に応じ不純物イオン活性化のための熱処理を行った
後、層間絶縁膜8を堆積し、ソース・ドレイン領域上に
コンタクトホールを形成し、その上にソース・ドレイン
9を形成する(図3)。
【0016】なお、ゲート絶縁膜4のエッチングは、エ
ッチングガスとして酸素ガスを含んだドライエッチング
がより望ましい。フォトレジスト6をもわずかに減少し
て、ゲート電極5のエッチングを促進し易くなるからで
ある。以上レーザー多結晶化半導体の場合を例にとって
説明したが、半導体層は非晶質半導体であっても、多結
晶半導体であっても本発明は適用可能である。また、非
単結晶半導体とは非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶
半導体を含む概念である。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。ガラス基
板(旭硝子(株)製AN)上にプラズマCVD法により
200nm厚のSiOx によるパッシベーション膜およ
び100nm厚のa−Siによる非晶質半導体層をガラ
ス基板の温度450℃で形成した。
【0018】13Wのアルゴンイオンレーザー光を約5
0μm径に集光、照射し、a−Siの多結晶化を行っ
た。フォトリソグラフィーにより多結晶Siを島状にパ
ターン化し、その上にプラズマCVD法によりSiNx
200nmからなるゲート絶縁膜を300℃にて堆積
し、さらにゲート材料としてCr150nmを電子線加
熱蒸着法により300℃で蒸着した。
【0019】フォトリソグラフィーによりゲートのパタ
ーンにゲート電極となる導体部分を形成した。フォトレ
ジストは東京応化工業(株)製OFPR−800、Cr
のエッチング液は硝酸第2セリウムアンモニウム0.3
モル/リットル、過塩素酸2.6%の組成のものを室温
で用いた。ここでフォトレジストを剥離することなくゲ
ート絶縁膜をエッチングした。このエッチングはリアク
ティブイオンエッチングにより行い、エッチングガスは
フロン14を5SCCM、酸素を5SCCMとした。こ
の後、再び上述のCrのエッチング液に上記ガラス基板
を60秒間浸漬しゲート電極の側部よりエッチングを進
行させ、ゲート電極の端部を1.0(±0.15)μm
ゲート絶縁膜より内側に形成した。なお、この場合はフ
ォトレジストの幅は図1に示す幅よりも狭くなる。
【0020】上記ゲート絶縁膜のエッチングガスは酸素
ガスを含んでいるため、ゲート絶縁膜のエッチングと同
時にゲート電極上のフォトレジストが減少し、ゲート電
極端部表面が露出しており(図2)、ゲート電極の側部
よりの追加のエッチングについてはゲート電極の端部表
面および側部よりエッチングを進行したことになる。C
rのエッチング液への浸漬時間を10 0秒間とすると
ゲート電極の端部は1.3(±0.20)μmゲート絶
縁膜より内側に形成された。
【0021】Cr上のフォトレジストを除去した後、イ
オン注入法によりゲートのCrをマスクに多結晶Siの
島のソース・ドレイン領域になる部分7に、Pイオンを
加速電圧10kV、ドーズ量2×1015個/cm2の条
件でドーピングした。ゲート電極をマスクとしている
が、ゲート電極の端部より1.0μmゲート絶縁膜がは
みだしており、この下の部分の多結晶半導体層には、P
イオンがドープされないために、ソース・ドレイン領域
とゲート電極との間には1.0μmの間隔が設けられ
る。不純物イオン活性化のための熱処理を行った後、層
間絶縁膜8を堆積し、ソース・ドレイン領域上にコンタ
クトホールを形成し、その上にソース・ドレインを形成
した。
【0022】図5は実施例にかかるTFT(a)と従来
のソース・ドレイン領域とゲート電極の下のチャネル領
域とが接した構造の多結晶SiTFT(b)のドレイン
電流−ゲート電圧特性曲線である。ゲートを逆バイアス
したときのリーク電流が大きく減少していることがわか
る。
【0023】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、エッチング
工程を1回追加するだけでソース・ドレイン間に高い電
圧を印加してもリーク電流が少なく、好特性のTFTを
製造することができる。
【0024】ゲート絶縁膜のエッチングをエッチングガ
スとして酸素ガスを含んだドライエッチングにより行
い、ゲート絶縁膜のエッチングと同時にゲート電極上の
フォトレジストを減少させてパターン端のゲート電極表
面が露出させ、ゲート電極の側部よりの追加のエッチン
グをゲート電極の端部および側部よりエッチングを進行
させる場合は、ゲート電極側部よりのエッチング時間を
短縮し、ゲート電極端部の直線性の悪化を最小限に抑え
る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法におけるゲート電極エッチン
グ後の段階を示すTFTの断面図
【図2】本発明の製造方法におけるドライエッチングに
よるゲート絶縁膜のエッチング後の段階を示すTFTの
断面図
【図3】本発明の製造方法の最終段階を示すTFTの断
面図
【図4】従来例のTFTの断面図
【図5】本発明にかかるTFTと従来のTFTのドレイ
ン電流−ゲート電圧特性図
【符号の説明】
1 基板 3 非晶質半導体層 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 6 フォトレジスト

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性の基板上に非単結晶半導体層、ゲー
    ト絶縁膜、ゲート電極をこの順に形成し、このゲート電
    極をマスクとして半導体層に不純物イオンを注入するこ
    とにより、ゲート電極に対して自己整合的にソース・ド
    レイン領域を形成する薄膜トランジスタの製造方法にお
    いて、上記ゲート電極をパターン化後、該ゲート電極上
    に形成されたフォトレジストを剥離することなく、上記
    ゲート絶縁膜をエッチングし、さらに該ゲート電極の側
    部よりエッチングを進行させることにより、該ゲート電
    極の端部を該ゲート絶縁膜より内側に形成することを特
    徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
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