JPH06314784A

JPH06314784A - 薄膜トランジスタおよびその作製方法

Info

Publication number: JPH06314784A
Application number: JP5146997A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Takemura; 保彦竹村; Kouyuu Chiyou; 宏勇張; Hideto Onuma; 英人大沼
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】薄膜トランジタにおいて、ゲイト絶縁膜とゲ
イト電極、およびゲイト配線の信頼性を向上させ、薄膜
トランジスタの信頼性や特性を向上させる。【構成】薄膜トランジスタの活性層（島状半導体部
分）１２の端部１４、特にゲイト電極は横断する部分に
不純物を導入し、絶縁化することにより、１６に示され
る部分の不良を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）の構造および作製方法に関するものである。本発
明によって作製される薄膜トランジスタは、ガラス等の
絶縁基板上、単結晶シリコン等の半導体基板上、いずれ
にも形成される。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜トランジスタは、薄膜半導体
領域（活性層）を島状にパターニングして、形成した
後、ゲイト絶縁膜として、ＣＶＤ法やスパッタ法によっ
て絶縁被膜を形成し、その上にゲイト電極を形成した。

【０００３】

【発明が解決しようする課題】ＣＶＤ法やスパッタ法で
形成される絶縁被膜はステップカバレージ（段差被覆
性）が悪く、信頼性や歩留り、特性に悪影響を及ぼして
いた。図５には従来の典型的なＴＦＴを上から見た図、
およびその図面のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’に沿った断面図を
示す。ＴＦＴは基板５１上に形成され、薄膜半導体領域
は不純物領域（ソース、ドレイン領域、ここではＮ型の
導電型を示す）５３とゲイト電極５７の下に位置し、実
質的に真性のチャネル形成領域５２に分けられ、この半
導体領域を覆って、ゲイト絶縁膜５５が設けられる。不
純物領域５３には、層間絶縁物５９を通してコンタクト
ホールが開けられ、電極・配線５８が設けられる。

【０００４】図から分かるように、ゲイト絶縁膜５５の
半導体領域の端部における被覆性は著しく悪く、典型的
には平坦部の厚さの半分しか厚みが存在しない。一般に
島状半導体領域が厚い場合には甚だしい。特にゲイト電
極に沿ったＡ−Ａ’断面からこのような被覆性の悪化が
ＴＦＴの特性、信頼性、歩留りに及ぼす悪影響が分か
る。すなわち、図５のＡ−Ａ’断面図において点線円で
示した領域５６に注目してみれば、ゲイト電極５７の電
界が薄膜半導体領域の端部に集中的に印加される。すな
わち、この部分ではゲイト絶縁膜の厚さが平坦部の半分
であるので、その電界強度は２倍になるためである。

【０００５】この結果、この領域５６のゲイト絶縁膜は
長時間のあるいは高い電圧印加によって容易に破壊され
る。ゲイト電極に印加される信号が正であれば、この領
域５６の半導体もＮ型であるので、ゲイト電極５７と不
純物領域５８（特に、ドレイン領域）が導通してしま
い、信頼性の劣化の原因となる。

【０００６】また、ゲイト絶縁膜が破壊された際には、
何らかの電荷がトラップされることが起こり、例えば、
負の電荷がトラップされれば、ゲイト電極に印加される
電圧にほとんど関わりなく、領域５６の半導体はＮ型を
呈し、２つの不純物領域５８が導通することとなり、特
性を劣化させる。また、以上のような劣化を引き起こさ
ずにＴＦＴを使用するには、理想的な場合の半分の電圧
しか印加できず、性能を十分に利用することができな
い。

【０００７】また、ＴＦＴの一部にこのような弱い部分
が存在するということは製造工程における帯電等によっ
て容易にＴＦＴが破壊されることであり、歩留り低下の
大きな要因となる。本発明はこのような問題を解決する
ことを課題とする。

【０００８】

【発明を解決するための手段】本発明では、このように
電気的に弱い領域の半導体中に、炭素、酸素、窒素のい
ずれか１つの元素もしくは複数の元素を島状の半導体領
域の平均的な濃度よりも高めることによって、その部分
の抵抗を高めることによって補うことを特徴とする。本
発明の典型的な構造を図１に示す。図１も図５と同様に
ＴＦＴを上から見た図面と、そのＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’断
面の断面図を示している。ＴＦＴは基板１１上に形成さ
れ、薄膜半導体領域は不純物領域（ソース、ドレイン領
域、ここではＮ型の導電型を示すことにするが、Ｐ型で
あっても構わない）１３とゲイト電極１７の下に位置
し、実質的に真性のチャネル形成領域１２に分けられ、
この半導体領域を覆って、ゲイト絶縁膜１５が設けられ
る。不純物領域１３には、層間絶縁物１９を通してコン
タクトホールが開けられ、電極・配線１８が設けられ
る。

【０００９】図５で示した従来のＴＦＴと異なる点は、
少なくともゲイト電極の下部に、窒素、酸素、炭素の少
なくとも１つの元素の濃度が、半導体領域の平均的な濃
度よりも高い領域１４を設けたことである。例えば、半
導体領域の平均的な窒素の濃度が１０¹⁸ｃｍ^-3であれ
ば、この部分の窒素の濃度を１０¹⁹ｃｍ^-3以上、好まし
くは１０²⁰ｃｍ^-3以上の濃度となるように窒素を導入す
る。この結果、領域１４の抵抗は著しく上昇する。酸
素、炭素を用いる場合も同様で、１０¹⁹ｃｍ^-3以上、好
ましくは１０²⁰ｃｍ^-3以上の濃度となるように酸素、炭
素を導入することによって、高い抵抗領域を形成するこ
とができた。

【００１０】この領域１４の効果に関して、Ａ−Ａ’断
面の領域１６に注目して説明する。従来のＴＦＴの場合
と同様に、このような半導体領域の端部におけるゲイト
絶縁膜の被覆性は良くない。したがって、この部分で
は、理想的な場合の半分ほどの電圧でゲイト絶縁膜が破
壊されて、ピンホールが生じたり、電荷がトラップされ
たりする。しかし、領域１４が存在する場合には、領域
１４の抵抗によって、ゲイト絶縁膜に印加される電圧が
減少する。その結果，ゲイト絶縁膜の破壊を防止するこ
とができる。また、半導体領域の端部のゲイト絶縁膜
で、仮にピンホールが生じたり、電荷がトラップされて
も、この部分は領域１４によって、不純物領域１３やゲ
イト電極の下のチャネル形成領域１２とは隔絶されてい
るので、ほとんど影響が及ばない。

【００１１】このため、特にゲイト電極とドレイン領域
間のリーク電流や、ソース、ドレイン間の導通を著しく
低減せしめることができる。このようにゲイト絶縁膜が
破壊されても特性や信頼性に問題が生じないのであれ
ば、使用時の電圧の制限は少なくなり、また、製造時の
静電破壊等による不良品の発生の確率も低下し、歩留り
が向上する。

【００１２】図１においては薄膜半導体領域のゲイト電
極の横断する側の端部全てに窒素、炭素、酸素等を導入
した様子を示したが、このような領域は少なくともゲイ
ト電極の下の領域に設けられれば十分であることは、以
上の説明から明らかであろう。なお、酸素をドーピング
する際に、マスクとしてフォトレジスト等の有機材料を
用いた場合には、ドーズ量が多いとマスクが酸化されて
消滅してしまうので注意が必要である。

【００１３】さらに他の発明として本発明は、ＴＦＴの
活性層（ソース／ドレイン、チャネル形成領域）を構成
する半導体領域（図５でいえば、ソース／ドレインを構
成する不純部領域５３とチャネル形成領域５２とが形成
される半導体領域）自体を島状（アイランド状）に形成
するのではなく、半導体膜自体にこの活性層を構成する
半導体領域を作り込むことを特徴とする。言い換えるな
らば、ソース／ドレイン、チャネル形成領域を構成する
半導体領域を島状にパターニングして構成するのではな
く、半導体膜中にソース／ドレイン、チャネル形成領域
として機能する領域を形成することを特徴とする。

【００１４】例えば、図７にこの発明の一実施例を示
す。図７において、ソース／ドレイン、チャネル形成領
域が形成される活性層領域は２０７の部分である。そし
て２０７の部分以外は、窒素、酸素、炭素さらには半導
体を絶縁化する元素が添加され絶縁化されている。即
ち、この発明はパターニングで活性層を形成するのでは
なく、活性層となるべき以外の部分に例えばイオン注入
方により酸素イオンを注入することにより絶縁化し、活
性層となるべき領域を選択的に形成するものである。

【００１５】この場合、少なくとも活性層領域２０７の
周囲が絶縁化されていれば最低限ＴＦＴを形成すること
ができる。しかし、活性層領域２０７以外を全て絶縁化
する方が不要なリークや寄生要領の発生を抑え、信頼性
を高めることができる。また半導体として珪素を用いた
場合には、この絶縁化される領域を酸化珪素や窒化珪素
とすることができるので、可視光線に対して透光性とす
ることができ、ガラス基板を用いた液晶光学装置に利用
することができる。

【００１６】この構成において、活性層を構成する半導
体として珪素を用いた場合、活性層以外の部分に酸素イ
オンまたは窒素イオンまたは炭素イオンを打ち込むと、
その部分を酸化珪素または窒化珪素または炭化珪素とす
ることができる。これら半導体を絶縁化する不純物の導
入量は、１０¹⁹ｃｍ^-3以上好ましくは１０²⁰ｃｍ^-3以上
の濃度になるようにする。

【００１７】

【作用】薄膜半導体領域のゲイト電極の横断する側の端
部全てに窒素、炭素、酸素を導入することによって、ゲ
イト絶縁膜に印加される電圧が減少し、ゲイト絶縁膜の
破壊を防ぐことができ、信頼性を向上させることができ
る。

【００１８】活性層を構成する半導体膜以外の領域を選
択に絶縁化することで、活性層上方に設けられるゲイト
絶縁膜やゲイト電極を平坦に設けることができ、ステッ
プカバレージの問題、動作時おける絶縁破壊や電界集中
の問題、等を解決することができる。

【００１９】

【実施例】

〔実施例１〕図２に本実施例の作製工程の断面図を示
す。本実施例を含めて、以下の実施例の図面では、ＴＦ
Ｔの断面図のみを示し、いずれも左側にはゲイト電極に
垂直な面（図１、図５の断面Ｂ−Ｂ’に相当）を、ま
た、右側にはゲイト電極に平行な面（図１、図５の断面
Ａ−Ａ’に相当）を示す。

【００２０】まず、基板（コーニング７０５９）２０上
にスパッタリングによって厚さ２０００Åの酸化珪素の
下地膜２１を形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法によ
って、厚さ５００〜１５００Å、例えば１５００Åのア
モルファスシリコン膜を堆積した。アモルファスシリコ
ン膜中の窒素の濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であった。
連続して、スパッタリング法によって、厚さ２００Åの
酸化珪素膜を保護膜として堆積した。そして、これを還
元雰囲気下、６００℃で４８時間アニールして結晶化さ
せた。結晶化工程はレーザー等の強光を用いる方式でも
よい。そして、得られた結晶シリコン膜をパターニング
して、島状シリコン領域２２ａ、２２ｂを形成した。島
状シリコン膜の上には保護膜２３ａ、２３ｂがそれぞれ
乗っている。この保護膜は、その後のフォトリソグラフ
ィー工程において、島状シリコン領域が汚染されること
を防止する作用がある。

【００２１】次に全面にフォトレジストを塗布して、公
知のフォトリソグラフィー法によって、レジスト２４
ａ、２４ｂを残してパターニングした。そして、このレ
ジストをマスクとして窒素を導入した。窒素の導入には
プラズマドーピング法を用いた。ドーピングガスとして
は窒素ガスを用い、ｒｆパワー１０〜３０Ｗ、例えば１
０Ｗで放電させてプラズマを発生させ、これを加速電圧
２０〜６０ｋＶ、例えば２０ｋＶで加速して、シリコン
領域に導入した。ドーズ量は、１×１０¹⁵〜５×１０¹⁶
ｃｍ^-2、例えば、１×１０¹⁶ｃｍ^-2とした。この結果、
窒素のドープされた領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５
ｄを形成した。本条件では、この窒素のドープされた領
域の窒素の濃度は１×１０²¹ｃｍ^-3程度となり、他の半
導体領域に比べて著しく多量の窒素が導入された。（図
２（Ａ））

【００２２】次に、スパッタリング法によって厚さ１０
００Åの酸化珪素膜２６をゲイト絶縁膜として堆積し、
引き続いて、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ６０００〜８
０００Å、例えば６０００Åのシリコン膜（０．１〜２
％の燐を含む）を堆積した。なお、この酸化珪素とシリ
コン膜の成膜工程は連続的におこなうことが望ましい。
そして、シリコン膜をパターニングして、配線２７ａ、
２７ｂを形成した。これらの配線は、いずれもゲイト電
極として機能する。（図２（Ｂ））

【００２３】次に、プラズマドーピング法によって、シ
リコン領域に配線２７ａをマスクとして不純物（燐）を
注入した。ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ
₃ ）を用い、加速電圧を６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋ
Ｖとした。ドース量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、
例えば５×１０¹⁵ｃｍ^-2とした。その後、還元雰囲気
中、６００℃で４８時間アニールすることによって、不
純物を活性化させた。このようにして不純物領域２８
ａ、２８ｂを形成した。（図２（Ｃ））

【００２４】続いて、厚さ３０００Åの酸化珪素膜を層
間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成し、これ
にコンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒
化チタンとアルミニウムの多層膜によって配線２９ａ、
２９ｂを形成した。配線２９ａは配線２７ｂとＴＦＴの
不純物領域の一方２８ｂを接続する。以上の工程によっ
て半導体回路が完成した。（図２（Ｄ））

【００２５】〔実施例２〕図３に本実施例の作製工程の
断面図を示す。基板（コーニング７０５９）３０上にス
パッタリングによって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地
膜３１を形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法によっ
て、厚さ５００〜１５００Å、例えば１５００Åのアモ
ルファスシリコン膜を堆積した。連続して、スパッタリ
ング法によって、厚さ２００Åの酸化珪素膜を保護膜と
して堆積した。そして、これを還元雰囲気下、６００℃
で４８時間アニールして結晶化させた。結晶化工程はレ
ーザー等の強光を用いる方式でもよい。そして、得られ
た結晶シリコン膜を公知のフォトリソグラフィー法によ
ってパターニングして、島状シリコン領域３２ａ、３２
ｂを形成した。島状シリコン膜の上には保護膜が残され
ている。また、エッチングに用いたフォトレジストのマ
スク３３ａ、３３ｂも残されている。なお、このエッチ
ング工程においては等方エッチング法（例えば、フッ硝
酸によるウェットエッチング）を用い、半導体領域の端
面を図に示すようにテーパー状とした。

【００２６】次に、このレジストをマスクとして窒素を
導入した。窒素の導入にはプラズマドーピング法を用い
た。ドーピングガスとしてはアンモニア（ＮＨ₃ ）もし
くはヒドラジン（Ｎ₂ Ｈ₄ ）を用い、加速電圧２０〜６
０ｋＶ、例えば２０ｋＶで加速して、シリコン領域に導
入した。ドーズ量は、１×１０¹⁵〜５×１０¹⁶ｃｍ^-2、
例えば、１×１０¹⁶ｃｍ^-2とした。この結果、窒素のド
ープされた領域３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを形成
した。（図３（Ａ））

【００２７】また、下地膜３１にも窒素がドーピングさ
れるので、下地膜３１を窒化酸化珪素膜とすることがで
き、後のエッチング工程によって、下地膜がえぐり取ら
れることが無くなるという効果を有する。

【００２８】次に、スパッタリング法によって厚さ１０
００Åの酸化珪素膜をゲイト絶縁膜として堆積し、引き
続いて、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ６０００〜８００
０Å、例えば６０００Åのアルミニウム膜（２％のシリ
コンを含む）を堆積した。なお、この酸化珪素とアルミ
ニウム膜の成膜工程は連続的におこなうことが望まし
い。そして、アルミニウム膜をパターニングして、配線
３５ａ、３５ｂを形成した。これらの配線は、いずれも
ゲイト電極として機能する。さらに、このアルミニウム
配線の表面を陽極酸化して、表面に酸化物層３６ａ、３
６ｂを形成した。陽極酸化の前に感光性ポリイミド（フ
ォトニース）によって後でコンタクトを形成する部分に
マスク３７を選択的に形成した。陽極酸化の際には、こ
のマスクのために、この部分には陽極酸化物が形成され
なかった。

【００２９】陽極酸化は、酒石酸の１〜５％エチレング
リコール溶液中でおこなった。得られた酸化物層の厚さ
は２０００Åであった。次に、プラズマドーピング法に
よって、シリコン領域に配線３５ａおよび酸化物３６ａ
をマスクとして不純物（燐）を注入した。ドーピングガ
スとして、フォスフィン（ＰＨ₃ ）を用い、加速電圧を
６０〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶとした。ドース量は１
×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば、５×１０¹⁵ｃｍ
^-2とした。このようにしてＮ型の不純物領域３７ａ、３
７ｂを形成した。（図３（Ｂ））

【００３０】その後、レーザーアニール法によって不純
物の活性化をおこなった。レーザーとしてはＫｒＦエキ
シマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅ
ｃ）を用いたが、その他のレーザー、例えば、ＸｅＦエ
キシマーレーザー（波長３５３ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシ
マーレーザー（波長３０８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマーレ
ーザー（波長１９３ｎｍ）等を用いてもよい。レーザー
のエネルギー密度は、２００〜３５０ｍＪ／ｃｍ² 、例
えば２５０ｍＪ／ｃｍ² とし、１か所につき２〜１０シ
ョット、例えば２ショット照射した。レーザー照射時
に、基板を２００〜４５０℃程度に加熱してもよい。基
板を加熱した場合には最適なレーザーエネルギー密度が
変わることに注意しなければならない。なお、レーザー
照射時にはポリイミドのマスク３７を残しておいた。こ
れは露出したアルミニウムがレーザー照射によってダメ
ージを受けるからである。レーザー照射後、このポリイ
ミドのマスクは酸素プラズマ中にさらすことによって簡
単に除去できる。

【００３１】なお、本実施例では、実施例１の場合と異
なり、ゲイト電極の下の窒素の注入された領域３４ｃ、
３４ｄはレーザー光が入射しないので、結晶化率が低い
が、イオンの注入の際に結晶性が破壊されているので極
めて大きな抵抗として機能し、リーク電流を低下させる
目的では効果的であった。（図３（Ｃ））

【００３２】続いて、厚さ３０００Åの酸化珪素膜３８
を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成し、
これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例え
ば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によって配線３
９ａ、３９ｂを形成した。配線３９ａは配線３５ｂとＴ
ＦＴの不純物領域の一方３７ｂを接続する。以上の工程
によって半導体回路が完成した。（図３（Ｄ））

【００３３】〔実施例３〕図４に本実施例の作製工程の
断面図を示す。基板（コーニング７０５９）４０上にス
パッタリングによって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地
膜４１を形成した。さらに、プラズマＣＶＤ法によっ
て、厚さ５００〜１５００Å、例えば１５００Åのアモ
ルファスシリコン膜を堆積した。そして、得られたアモ
ルファスシリコン膜をパターニングして、島状シリコン
領域４２ａ、４２ｂを形成した。

【００３４】次に全面にフォトレジストを塗布して、公
知のフォトリソグラフィー法によって、レジスト４３
ａ、４３ｂを残してパターニングした。そして、このレ
ジストをマスクとして窒素を導入した。窒素の導入には
プラズマドーピング法を用いた。この結果、窒素のドー
プされた領域４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄを形成し
た。（図４（Ａ））

【００３５】次にフォトレジストを残したまま、スパッ
タ法によって厚さ１０００Åの酸化珪素膜４５ａを堆積
した。（図４（Ｂ））そして、フォトレジストを剥離することによって、その
上に形成されていた酸化珪素膜まで除去した。フォトレ
ジストの存在していなかった部分にはそのまま酸化珪素
膜が残る。これを還元雰囲気下、６００℃で４８時間ア
ニールして結晶化させた。結晶化工程はレーザー等の強
光を用いる方式でもよい。

【００３６】次に、スパッタリング法によって厚さ１０
００Åの酸化珪素膜４５ｂをゲイト絶縁膜として堆積
し、引き続いて、減圧ＣＶＤ法によって、厚さ６０００
〜８０００Å、例えば６０００Åのシリコン膜（０．１
〜２％の燐を含む）を堆積した。なお、この酸化珪素と
シリコン膜の成膜工程は連続的におこなうことが望まし
い。そして、シリコン膜をパターニングして、配線４６
ａ、４６ｂを形成した。これらの配線は、いずれもゲイ
ト電極として機能する。また、島上シリコン領域の周辺
部（先にホウ素が注入された領域）に注目すると、ここ
では絶縁膜の厚さが酸化珪素４５ａおよび４５ｂによっ
て、約２倍になっている。そのため、ゲイト絶縁膜の破
壊を防ぐうえで効果的である。（図４（Ｃ））

【００３７】次に、プラズマドーピング法によって、シ
リコン領域に配線４６ａをマスクとして不純物（燐）を
注入した。ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ
₃ ）を用いた。その後、還元雰囲気中、６００℃で４８
時間アニールすることによって、不純物を活性化させ
た。このようにして不純物領域４７ａ、４７ｂを形成し
た。続いて、厚さ３０００Åの酸化珪素膜４８を層間絶
縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成し、これにコ
ンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チ
タンとアルミニウムの多層膜によって配線４９ａ、４９
ｂを形成した。配線４９ａは配線４６ｂとＴＦＴの不純
物領域の一方４７ｂを接続する。以上の工程によって半
導体回路が完成した。（図４（Ｄ））本実施例によって、歩留りが従来の２倍以上に改善され
た。また、ＴＦＴの特性の悪化は特に認められなかっ
た。逆に使用に耐えうる最大電圧が従来の１．５〜２倍
に上昇したために、最高動作速度が２〜４倍上昇した。

【００３８】〔実施例４〕本実施例は、ガラス基板上に
設けられたＴＦＴにおいて、活性層（ソース／ドレイン
領域、チャネル形成領域で構成される半導体層）を結晶
性珪素膜中に作り込むことによって、活性層上方に形成
されるゲイト絶縁膜やゲイト電極を平坦に設けた例であ
る。図６に本実施例の作製工程を構成を示す。図６に示
されているのは、Ｐチャネル型ＴＦＴとＮチャネル型Ｔ
ＦＴとを相補型に設けた例である。なお、活性層以外の
作製方法については、公知のＴＦＴの作製方法を利用す
ることができる。

【００３９】まず図６（Ａ）において、ガラス基板１０
１上に下地膜（酸化珪素膜）９９を２０００Åの厚さに
スパッタリング法によって成膜した。つぎに、公知のプ
ラズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコン膜１００
を１０００Åの厚さに成膜した。従来においては、ゲイ
ト絶縁膜のステップカバレッジの問題から、このアモル
ファスシリコン膜（活性層を構成する）の厚さを厚くで
きなかったが、本実施例においては、ゲイト絶縁膜のス
テップカバレッジの問題を考慮しなくてもよいので、必
要に応じた厚さでアモルファスシリコン膜１００を成膜
することができる。またこの工程の後にこのアモルファ
スシリコン１００を加熱アニールやレーザー光の照射に
よって結晶化させてもよい。また、アモルファスシリコ
ン膜でなく、直接結晶性を有するシリコン膜を形成する
のでもよい。

【００４０】次に保護膜として酸化珪素膜１０２を２０
０Åの厚さに成膜する。さらにマスクとなるアルミ層を
８０００Åの厚さに成膜し、活性層領域を確定するため
のパターニングを行う。即ち図６（Ｂ）において、１０
２が保護膜の酸化珪素膜であり、１０３と１０４が活性
層領域を確定するためのアルミのマスクである。この酸
化珪素膜１０２は、後の窒素イオンの打ち込みに際し
て、アモルファスシリコン膜１００の表面がダメージを
受けないように保護するものである。またアルミのマス
ク１０３、１０４の代わりにレジストを用いてもよい。

【００４１】次にイオン注入法により、窒素イオンを全
面に注入し、マスク１０３と１０４が無い領域に窒素イ
オンを打ち込む。イオン注入条件は、加速電圧が４０ｋ
Ｖ、ドーズ量が６×１０¹⁷／ｃｍ² である。加速電圧
は、２０〜８０ｋＶ程度の範囲で可能であるが、あまり
大きいと膜に与えるダメージが大きくなり、小さいとア
モルファスシリコン膜２０１が厚い場合に、膜の下層部
分を完全に絶縁化できなくなる。また窒素イオンのドー
ズ量は、４×１０¹⁷ｃｍ^-2以上であることが好ましい。
これは、上記条件によって、窒素イオンを打ち込み、し
かる後に６００℃、４８時間の熱アニール工程によって
アニールした後の膜の導電率（Ｓｃｍ^-1）を調べた図１
０に示すデータに基づく。この場合、６００℃、４８時
間の熱アニールによって、窒素イオンが注入されなかっ
た活性層領域、即ち１０６と１０８の領域の導電率は、
約１０^-5Ｓｃｍ^-1であり、これに比較して絶縁領域とし
て形成するには１０^-11 Ｓｃｍ^-1以下であることが好ま
しいからである。

【００４２】上記窒素イオンの活性層領域以外への注入
によって、２つのＴＦＴの活性層を構成する１０６と１
０８が、窒化珪素膜中に埋め込まれる形で形成される。
そして、絶縁化され窒化珪素となった領域は、図６
（Ｂ）の１０５で示される。

【００４３】次にマスク１０３と１０４を取り除き、６
００℃、４８時間の熱アニール工程によって活性層領域
１０６と１０８の結晶化を行う。この結晶化は、レーザ
ー光の照射によって行ってもよく、その方法は特に限定
されるものではない。また同時に、このアニール工程に
よって、イオン注入された窒素イオンが活性化され、１
０５の領域の絶縁化が助長される。即ち、窒素イオンの
注入後のアニールも同時に行われる。

【００４４】つぎに、保護膜である酸化珪素膜１０２を
取り除いて、ゲイト絶縁膜１０７となる酸化珪素膜を１
０００Åの厚さにスパッタリング法によって成膜する。
このゲイト絶縁膜１０７は、段差のない平坦な領域に成
膜されるので、ステップカバレージに関する問題を大き
く低減することができる。次に、６０００Åの厚さにア
ルミニウム膜（２％のシリコンを含む）を成膜し、パタ
ーニングによりゲイト電極１１０と１１１を形成する。
このゲイト電極は公知のシリコンゲイトとしてもよい。
つぎに、このゲイト電極の表面を陽極酸化して、表面に
酸化物層１１２と１１３を形成する。この酸化物層の厚
さによって、後のソース／ドレイン領域の形成工程にお
いて、オフセットゲイト領域の長さが決定される。

【００４５】つぎに、ＰＴＦＴとなる領域にはＢを、Ｎ
ＴＦＴとなる領域にはＰを、それぞれイオン注入し、Ｐ
型の領域１１４と１１６、Ｎ型の領域１１７と１１９を
形成する。このイオン注入においては、それぞれ一方の
領域をレジストで保護することにより、必要とするイオ
ンを注入した。さらにレーザー光の照射による活性化を
行う。こうして、ＰＴＦＴの活性層を構成するソース／
ドレイン領域１１４と１１６、ＰＴＦＴのチャネル形成
領域１１５、さらにはＮＴＦＴの活性層を構成するソー
ス／ドレイン領域１１７と１１９、ＮＴＦＴのチャネル
形成領域１１８が自己整合的に形成される。

【００４６】つぎに、酸化珪素よりなる層間絶縁膜１２
０を形成し、さらに電極および金属配線を１２１、１２
２、１２３で示すように形成することで、ＰＴＦＴとＮ
ＴＦＴとを相補型に構成したＴＦＴ回路を完成した。こ
の回路は、基板特にガラス基板上に設けられた集積回路
や、液晶表示装置の周辺回路、さらには液晶表示装置の
画素部分に設けられるスイッチング部分に利用すること
ができる。

【００４７】本実施例の構成においては、ゲイト絶縁膜
１０７とゲイト電極１１０、１１１および該ゲイト電極
からの配線を、平坦な基体上に形成することができるの
で、活性層端部における電界集中の問題や絶縁破壊の問
題を根本的に解決することができる。

【００４８】〔実施例５〕本実施例は、アクティブマト
リックス型の液晶表示装置の画素部分に設けられるＴＦ
Ｔに関する。本実施例の作製工程図を図７に示す。まず
ガラス基板２０１上に下地膜（酸化珪素膜）２０２を２
０００Åの厚さに成膜し、さらにアモルファスシリコン
膜２０３を１０００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法によっ
て成膜する。このアモルファスシリコン膜の成膜方法は
特に限定されるものではなく、スパッタ法、減圧熱ＣＶ
Ｄ法、光ＣＶＤ等々の公知の方法から適時選択すればよ
い。

【００４９】つぎに、保護膜となる酸化珪素膜２０４を
２００Åの厚さに、マスクとなるアルミ層を８０００Å
を成膜する。そしてアルミ層のみをパターニングしてマ
スク２０５を形成する。このマスク２０５がＴＦＴの活
性層領域を確定する。つぎに実施例４と同様な条件によ
って窒素イオンを打ち込む。そしてマスク２０５を取り
除いた後に、やはり実施例４と同様な熱アニール工程に
より、活性層領域２００７の結晶化と打ち込まれた窒素
イオンの活性化による絶縁化領域２０６のアニール（結
晶化の助長）を同時に行った。

【００５０】つぎに実施例４と同様に周囲が陽極酸化
（２０９で示される）されたゲイト電極２０８を形成す
る。このゲイト電極は、公知の珪素を用いたものとして
もよい。さらに、Ｎ型の導電型を付与する不純物である
Ｐ（燐）を６０ｋＶの加速電圧でイオン注入して、自己
整合的にソース／ドレイン領域２１０、２１２と、チャ
ネル形成領域２１１を自己整合的に形成する。さらに、
レーザー光の照射によって、ソース／ドレイン領域２１
０、２１２の活性化を行う。そして層間絶縁物２１２を
酸化珪素により形成し、画素電極となるＩＴＯ電極２１
６と金属電極２１５と２１４を形成してＮチャネル型Ｔ
ＦＴを完成させる。

【００５１】図７（Ｄ）に示す構成をＡ−Ａ’で示す断
面から見た図面を図８に示す。また、図７（Ｄ）を基板
上方から見た場合の構成の概略を図９に示す。図９にお
いて、Ｂ−Ｂ’で示される断面が、図７に対応する。ま
た図９において、Ａ−Ａ’で示される断面が図８に対応
する。符号は、図７と図８と図９でそれぞれ対応してい
る。ここで図８を見れば明らかなように、ゲイト絶縁膜
２０７と延在したゲイト電極２０８とが平坦な領域に形
成されているので、図５の５６で示されるような問題が
生じることがない。即ち、ゲイト電極２０８から局所的
な強電界が活性層のチャネル形成領域２０８にその端部
において加わるようなことが根本的に存在しない。この
ことは、活性層（図８においては、その断面のチャネル
形成領域２１１が見えている）を島状にパターニングし
て形成するのでなく、活性層として必要とする以外の領
域の半導体を絶縁化（２０６で示される）するという基
本的な発明思想に起因する。

【００５２】図１１に窒素イオンの注入により絶縁化さ
れた領域（図６でいえば１０５の領域、図７，図８，で
いえば２０６の領域）の透過率を調べたデータを示す。
窒素イオンの注入条件は、加速電圧が４０ｋＶであり、
注入後は、６００℃、４８時間の熱アニールを施したも
のである。図１１を見れば明らかなように、窒素イオン
のドーズ量が、３×１０¹⁷ｃｍ^-2以上であれば、十分に
可視光線（３８０ｎｍ〜８００ｎｍ）を透過することが
分かる。

【００５３】即ち、アクティブマトリックス型の液晶表
示装置の画素部分に図７に示すような構成を適用して
も、窒素イオンの注入によって絶縁化された領域を残存
させたままで、液晶表示装置の光学特性には何らの影響
を与えることがないということである。このような有用
性は、窒素イオンの代わりに酸素イオンの注入を行った
場合でも得られると考えられる。（周知のように酸化珪
素は透光性である）

【００５４】以上のように、本実施例においては、活性
層領域となるべき領域以外の領域に半導体を絶縁化する
材料をイオン注入法によって注入し、その領域を絶縁化
することによって、活性層領域を確定し、そしてそのこ
とによって活性層上に形成されるゲイト絶縁膜やゲイト
電極さらに配線電極等のステップカバレージ（段差被覆
性）の不良に起因する諸問題を根本的に解決することが
できる。さらに、上記絶縁化された半導体領域は、可視
光線に対して透光性を有するので、アクティブマトリッ
クス型の液晶表示装置の画素部分等の透光性を必要とさ
れる領域においても利用することができる。

【００５５】

【発明の効果】活性層の端部を絶縁化すること、さらに
は活性層をパターニングで求めるのではなく、その周囲
を絶縁化することにより活性層領域を確定することによ
り、活性層上に設けられるゲイト絶縁膜やゲイト電極の
ステップカバレージの問題を解決することができ、ＴＦ
Ｔの歩留やその信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＴＦＴの構成例を示す。

【図２】実施例１のＴＦＴの作製工程断面を示す。

【図３】実施例２のＴＦＴの作製工程断面を示す。

【図４】実施例３のＴＦＴの作製工程断面を示す。

【図５】従来のＴＦＴの構成例を示す。

【図６】ＴＦＴの作製工程断面を示す。

【図７】ＴＦＴの作製工程断面を示す。

【図８】ＴＦＴの断面図を示す。

【図９】ＴＦＴの上面図を示す。

【図１０】窒素イオンのドーズ量と導電率の関係を示
す。

【図１１】窒素イオンのドーズ量と透過率の関係を示
す。

【符号の説明】

１１・・・基板１２・・・チャネル形成領域（実質的に真性）１３・・・不純物領域（ソース、ドレイン）１４・・・ドーピング領域（窒素、炭素、酸素の少なく
とも１つを含む）１５・・・ゲイト絶縁膜１６・・・島状半導体領域の端部１７・・・ゲイト電極１８・・・ソース、ドレイン電極１０１・・・ガラス基板９９・・・下地膜（酸化珪素膜）１００・・・アモルファスシリコン膜１０５・・・絶縁化された領域１０６・・・活性層領域１０８・・・活性層領域１０２・・・酸化珪素膜１０４・・・マスク１０７・・・ゲイト絶縁膜１１０・・・ゲイト電極１１１・・・ゲイト電極１１２・・・陽極酸化層１１３・・・陽極酸化層１１４・・・ソース／ドレイン領域１１５・・・チャネル形成領域１１６・・・ドレイン／ソース領域１１７・・・ソース／ドレイン領域１１８・・・チャネル形成領域１１９・・・ドレイン／ソース領域１２０・・・層間絶縁物１２１・・・電極１２２・・・電極１２３・・・電極２０１・・・ガラス基板２０２・・・下地膜（酸化珪素膜）２０３・・・アモルファスシリコン膜２０４・・・酸化珪素膜２０５・・・マスク２０６・・・絶縁化された領域２０７・・・ゲイト絶縁膜２０８・・・ゲイト電極２０９・・・陽極酸化層２１０・・・ソース／ドレイン領域２１１・・・チャネル形成領域２１２・・・ドレイン／ソース領域２１３・・・層間絶縁物２１４・・・電極２１５・・・電極２１６・・・ＩＴＯ（画素電極）２１７・・・電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】島状の薄膜半導体領域と、前記半導体領
域を横断するゲイト電極とを有する薄膜トランジスタに
おいて、前記半導体領域の周辺部に酸素、炭素、窒素の
うち少なくとも１つの元素の濃度が、前記半導体領域の
平均濃度よりも大きな領域が存在し、かつ、ゲイト電極
が該領域を横断していることを特徴とする薄膜トランジ
スタ。
【請求項２】島状の薄膜半導体領域を形成する工程
と、前記薄膜半導体領域の周辺部のうち少なくともゲイ
ト電極が横断する部分に、酸素、炭素、窒素のうち少な
くとも１つの元素を選択的に導入する工程と、前記薄膜
半導体領域を横断してゲイト電極を形成する工程と、前
記ゲイト電極をマスクとして自己整合的に前記薄膜半導
体領域に不純物を導入してソース、ドレイン領域を形成
することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項３】島状の薄膜半導体領域を実質的にアモル
ファス状態の半導体材料を用いて形成する工程と、前記
薄膜半導体領域の周辺部に、酸素、炭素、窒素のうち少
なくとも１つの元素をを導入する工程と、前記薄膜半導
体領域にレーザーもしくはそれと同等な強光を照射して
結晶化させる工程と、前記薄膜半導体領域を横断してゲ
イト電極を形成する工程とを有することを不純物を特徴
とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項４】絶縁表面を有する基板上に設けられた半
導体膜を用いた薄膜トランジスタであって、少なくとも該薄膜トランジスタの活性層領域の周囲は絶
縁化されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項５】絶縁表面を有する基板上に設けられた半
導体膜を用いた薄膜トランジスタであって、該薄膜トランジスタの活性領域以外の領域は絶縁化され
ていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項６】請求項３または請求項４において、半導
体膜として珪素半導体膜が用いられ、絶縁化された領域
が酸化珪素、または窒化珪素であり、該絶縁化された領
域は可視光線に対して透光性を有することを特徴とする
薄膜トランジスタ。
【請求項７】絶縁表面を有する基板上に半導体膜を形
成する工程と、少なくとも活性層領域の周囲の領域に前記半導体膜を絶
縁化する材料を添加し、絶縁化する工程と、を有する薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項８】請求項７において、半導体膜を絶縁化す
る材料として、酸素、炭素、窒素から選ばれた少なくと
も１つの元素を用いることを特徴とする薄膜トランジス
タの作製方法。