JPH11111991A - 薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法

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JPH11111991A
JPH11111991A JP9266707A JP26670797A JPH11111991A JP H11111991 A JPH11111991 A JP H11111991A JP 9266707 A JP9266707 A JP 9266707A JP 26670797 A JP26670797 A JP 26670797A JP H11111991 A JPH11111991 A JP H11111991A
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film
gate electrode
silicon
silicon oxide
substrate
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JP9266707A
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Shiro Nakanishi
史朗 中西
Kiyoshi Yoneda
清 米田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の耐圧を向
上する。 【解決手段】 透明基板21上に断面が透明基板21側
で広がる台形状を成すゲート電極22が配置される。ゲ
ート電極22を被って膜厚T1が400Åの窒化シリコ
ン膜23が積層され、この窒化シリコン膜23上に、膜
厚T2が1200Åの酸化シリコン膜24が積層され
る。窒化シリコン膜23及び酸化シリコン膜24からな
るゲート絶縁膜上に活性領域となる多結晶シリコン膜2
5が積層される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス方式の表示パネルの画素表示用スイッチング素子に
適したボトムゲート型の薄膜トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、ボトムゲート型の薄膜トランジ
スタの構造を示す断面図である。絶縁性の透明基板1の
表面に、タングステンやクロム等の高融点金属からなる
ゲート電極2が配置される。このゲート電極2は、両端
部が透明基板1側で広くなるテーパー形状を成す。ゲー
ト電極2が配置された透明基板1上には、窒化シリコン
膜3を介して酸化シリコン膜4が積層される。窒化シリ
コン膜3は、透明基板1に含まれる不純物が後述する活
性領域に浸入するのを阻止し、酸化シリコン膜4は、ゲ
ート絶縁膜として働く。酸化シリコン膜4上には、ゲー
ト電極2を横断して多結晶シリコン膜5が積層される。
この多結晶シリコン膜5が、薄膜トランジスタの活性領
域となる。
【0003】多結晶シリコン膜5上には、酸化シリコン
等の絶縁材料からなるストッパ6が配置される。このス
トッパ6に被われた多結晶シリコン膜5がチャネル領域
5cとなり、その他の多結晶シリコン膜5がソース領域
5s及びドレイン領域5dとなる。ストッパ6が形成さ
れた多結晶シリコン膜5上には、酸化シリコン膜7及び
窒化シリコン膜8が積層される。この酸化シリコン膜7
及び窒化シリコン膜8は、ソース領域5s及びドレイン
領域5dを含む多結晶シリコン膜5を保護する層間絶縁
膜となる。
【0004】ソース領域5s及びドレイン領域5d上の
酸化シリコン膜7及び窒化シリコン膜8の所定箇所に
は、コンタクトホール9が形成される。このコンタクト
ホール9部分に、ソース領域5s及びドレイン領域5d
に接続されるソース電極10s及びドレイン電極10d
が配置される。ソース電極10s及びドレイン電極10
dが配置された窒化シリコン膜8上には、可視光に対し
て透明なアクリル樹脂層11が積層される。このアクリ
ル樹脂層11は、ゲート電極2やストッパ6により生じ
る凹凸を埋めて表面を平坦化する。
【0005】ソース電極10s上のアクリル樹脂層11
には、コンタクトホール12が形成される。そして、こ
のコンタクトホール12を通してソース電極10sに接
続されるITO(酸化インジウムすず)等からなる透明
電極13が、アクリル樹脂層11上に広がるように配置
される。この透明電極13が、液晶表示パネルの表示電
極を構成する。
【0006】以上の薄膜トランジスタは、表示電極と共
に透明基板1上に複数個が行列配置され、ゲート電極2
に印加される走査制御信号に応答して、ドレイン電極1
0dに供給される映像情報を表示電極にそれぞれ印加す
る。ところで、多結晶シリコン膜5は、薄膜トランジス
タの活性領域として機能するように、結晶粒径が十分な
大きさに形成される。多結晶シリコン膜5の結晶粒径を
大きく形成する方法としては、エキシマレーザーを用い
たレーザーアニール法が知られている。このレーザーア
ニール法は、ゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜4上に
非晶質状態のシリコンを積層し、そのシリコンにエキシ
マレーザーを照射してシリコンを一旦融解させることに
より、シリコンを結晶化させるものである。このような
レーザーアニール法を用いれば、透明基板1の温度を高
くする必要がないため、透明基板1として融点の低いガ
ラス基板を採用できるようになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ゲート絶縁膜となる酸
化シリコン膜4は、ゲート電極2によって生じる段差を
跨るようにして積層される。このとき、ゲート電極2
は、側壁が透明基板1の表面と鋭角に交差するように断
面が台形状に形成されているものの、この段差部分にお
いてゲート絶縁膜の絶縁不良が生じ易くなっている。即
ち、プラズマCVD法により形成される酸化シリコン膜
4については、高温の熱酸化処理によって形成される酸
化シリコン膜に比べて膜質が粗なため、僅かな屈曲部で
も耐圧を保てなくなるおそれがある。このため、ゲート
電極2と活性領域である多結晶シリコン膜5との間で電
流リークが生じ、動作特性の劣化を招いたり、極端な場
合には動作不能になるという問題を有している。
【0008】そこで本発明は、ゲート絶縁膜で絶縁不良
が生じないようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タは、基板と、前記基板の一主面上に配置されるゲート
電極と、前記基板上に前記ゲート電極を被って積層され
るゲート絶縁膜と、前記ゲート電極を跨って前記ゲート
絶縁膜上に積層される半導体膜と、前記半導体膜上に積
層される層間絶縁膜と、を備え、前記ゲート電極は、前
記基板に接する側で幅を広くすると共に、前記ゲート絶
縁膜は、少なくとも1200Åの膜厚を有する酸化シリ
コン膜からなることを特徴としている。
【0010】そして、本発明の薄膜トランジスタの製造
方法は、基板の一主面上にゲート電極を形成する第1の
工程と、前記基板上に前記ゲート電極を被ってゲート絶
縁膜を積層する第2の工程と、前記ゲート絶縁膜上に前
記ゲート電極を跨って半導体膜を積層する第3の工程
と、前記半導体膜上に層間絶縁膜を積層する第4の工程
と、を含み、前記第1の工程は、前記ゲート電極を前記
基板側で幅を広く形成すると共に、前記第2の工程は、
酸化シリコン膜を少なくとも1200Åの膜厚に積層す
ることを特徴としている。
【0011】本発明によれば、ゲート絶縁膜を構成する
酸化シリコン膜を1200Å以上の膜厚としたことによ
り、ゲート電極による段差が完全に被覆され、ゲート絶
縁膜の絶縁不良を低減することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の薄膜トランジス
タの構造を示す断面図である。透明基板21の表面にゲ
ート電極22が配置される。このゲート電極22は、断
面が透明基板21側で広くなる台形状を成し、トランジ
スタの形成領域を横切るように延在される。ここで、ゲ
ート電極21の断面形状は、側壁と底面(透明基板21
の表面)との交差角度が20°以下であり、膜厚が10
00Å程度が好ましい。ゲート電極22が配置された透
明基板21上には、ゲート電極22を被うようにして窒
化シリコン膜23が、所定の膜厚(T1≧400Å)に
積層される。この窒化シリコン膜23は、透明基板21
からの不純物イオンの析出を阻止するものであり、実験
によれば、400Åの膜厚で十分に機能することが確認
された。そして、窒化シリコン膜23上には、酸化シリ
コン膜24が、所定の膜厚(T2≧1200Å)に積層
される。これらの窒化シリコン膜23及び酸化シリコン
膜24によりゲート絶縁膜が構成される。
【0013】窒化シリコン膜23及び酸化シリコン膜2
4からなるゲート絶縁膜上には、ゲート電極21に重な
るようにして、活性領域となる半導体膜としての多結晶
シリコン膜25が積層される。この多結晶シリコン膜2
5は、ゲート電極22を跨ぐようにして、島状に形成さ
れる。そして、多結晶シリコン膜25上には、酸化シリ
コンからなるストッパ26が配置される。このストッパ
26に被われた多結晶シリコン膜25がチャネル領域2
5cとなり、その他の多結晶シリコン膜25がソース領
域25s及びドレイン領域25dとなる。ストッパ26
が形成された多結晶シリコン膜25上には、酸化シリコ
ン膜27及び窒化シリコン膜28の2層からなる層間絶
縁膜が積層される。酸化シリコン膜27は、多結晶シリ
コン膜25と窒化シリコン膜28との接触を防止し、窒
化シリコン膜28は、製造過程において、多結晶シリコ
ン膜25に対して水素イオンを供給する。
【0014】層間絶縁膜には、多結晶シリコン膜25に
達するコンタクトホール29が設けられる。そして、こ
のコンタクトホール29部分に、ソース領域25s及び
ドレイン領域25dに接続されるソース電極30s及び
ドレイン電極30dが配置される。また、窒化シリコン
膜28上には、ソース電極30s及びドレイン電極30
dを被って表面を平坦にするアクリル樹脂層31が積層
される。さらに、アクリル樹脂層31にソース電極30
sに達するコンタクトホール32が設けられ、ソース電
極30sに接続される透明電極33が、アクリル樹脂層
31上に広がるように配置される。このソース電極30
s、ドレイン電極30d及び透明電極33は、図4に示
す薄膜トランジスタのソース電極10s、ドレイン電極
10d及び透明電極13と同一である。
【0015】以上の薄膜トランジスタにおいては、40
0Åの膜厚の窒化シリコン膜23と1200Åの膜厚の
酸化シリコン膜24とを重ねてゲート絶縁膜を構成した
ことにより、ゲート絶縁膜の絶縁不良を大幅に低減する
ことができた。測定によれば、1000Åの膜厚の酸化
シリコン膜をゲート絶縁膜とした場合と比較して、ゲー
ト絶縁膜の絶縁不良に起因する不良率が、約25%から
約4%に低減された。
【0016】図2(a)〜(c)及び図3(d)〜
(f)は、本発明の薄膜トランジスタの製造方法を説明
する工程別の断面図である。これらの図においては、図
1と同一部分を示している。 (a)第1工程 絶縁性の透明基板21上に、クロムやモリブデン等の高
融点金属をスパッタ法により1000Åの膜厚に積層
し、高融点金属膜34を形成する。この高融点金属膜3
4を所定の形状にパターニングし、ゲート電極22を形
成する。このパターニング処理では、テーパーエッチン
グによって、ゲート電極22の断面が透明基板21側で
広がるテーパー形状に形成される。このとき、ゲート電
極22の側壁と底面(透明基板21の表面)との交差角
度は、20°以下とする。テーパーエッチングの方法と
しては、エッチングマスクとなるレジストと高融点金属
膜34との密着性を低下させる方法、高融点金属膜34
の表面にエッチングレートの速い膜を形成しておく方法
などがあげられる。 (b)第2工程 透明基板21上に、プラズマCVD法により窒化シリコ
ンを400Å以上の膜厚に積層する。これにより、透明
基板21からの不純物イオンの析出を阻止する窒化シリ
コン膜23が形成される。続いて、窒化シリコン膜23
上に、プラズマCVD法により酸化シリコンを1200
Å以上の膜厚に積層する。これにより、窒化シリコン膜
23と共にゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜24が形
成される。そして、酸化シリコン膜23上に、プラズマ
CVD法によりシリコンを400Åの膜厚に積層し、非
晶質のシリコン膜25'を形成する。以上の窒化シリコ
ン膜23、酸化シリコン膜24及び非晶質シリコン膜2
5'は、同一装置により連続して形成することができ
る。さらに、430℃程度で1時間以上熱処理してシリ
コン膜25'中の水素を膜外へ排出し、水素濃度を1%
以下にした後、エキシマレーザーをシリコン膜25'に
照射し、非晶質状態のシリコンが融解するまで加熱す
る。これにより、シリコンが結晶化し、多結晶シリコン
膜25となる。 (c)第3工程 多結晶シリコン膜25上に酸化シリコンを1000Åの
膜厚に積層し、酸化シリコン膜35を形成する。そし
て、この酸化シリコン膜35をゲート電極22の形状に
合わせてパターニングし、ゲート電極22に重なるスト
ッパ26を形成する。このストッパ26の形成において
は、酸化シリコン膜35を被ってレジスト層を形成し、
そのレジスト層を透明基板側からゲート電極22をマス
クとして露光することにより、マスクずれをなくすこと
ができる。 (d)第4工程 ストッパ26が形成された多結晶シリコン膜25に対
し、形成すべきトランジスタのタイプに対応するP型あ
るいはN型のイオンを注入する。即ち、Pチャネル型の
トランジスタを形成する場合には、ボロン等のP型イオ
ンを注入し、Nチャネル型のトランジスタを形成する場
合には、リン等のN型イオンを注入する。この注入によ
り、ストッパ26で被われた領域を除いて多結晶シリコ
ン膜25にP型あるいはN型の導電性を示す領域が形成
される。これらの領域が、ストッパ26の両側でソース
領域25s及びドレイン領域25dとなる。 (e)第5工程 ソース領域25s及びドレイン領域25dが形成された
多結晶シリコン膜25にエキシマレーザーを照射し、シ
リコンが融解しない程度に加熱する。これにより、ソー
ス領域25s及びドレイン領域25d内の不純物イオン
が活性化される。そして、ストッパ26(ゲート電極2
2)の両側に所定の幅を残して多結晶シリコン膜25を
島状にパターニングし、トランジスタを分離独立させ
る。 (f)第6工程 多結晶シリコン膜25上にプラズマCVD法により酸化
シリコンを1000Åの膜厚に積層し、連続して、窒化
シリコンを3000Åの膜厚に積層する。これにより、
酸化シリコン膜27及び窒化シリコン膜28の2層から
なる層間絶縁膜が形成される。酸化シリコン膜27及び
窒化シリコン膜28を形成した後、窒素雰囲気中で加熱
し、窒化シリコン膜28内に含まれる水素イオンを多結
晶シリコン膜25へ導入する。この加熱処理の温度は、
水素イオンの移動が十分であり、透明基板21が損傷を
受けない範囲とする必要があり、350〜450℃の範
囲が適当である。窒化シリコン膜28内に含まれる水素
イオンは、窒化シリコン膜28の膜厚に応じて薄く形成
された酸化シリコン膜27を通して多結晶シリコン膜2
5へ導入されるため、多結晶シリコン膜25で必要な量
が確実に供給される。これにより、多結晶シリコン膜2
5内の結晶欠陥が水素イオンで埋められる。
【0017】水素イオンによる多結晶シリコン膜25内
の結晶欠陥の補充が完了した後には、ソース領域25s
及びドレイン領域25dに対応して、酸化シリコン膜2
7及び窒化シリコン膜28を貫通するコンタクトホール
29を形成し、このコンタクトホール29部分に、アル
ミニウム等の金属からなるソース電極30s及びドレイ
ン電極30dを形成する。このソース電極30s及びド
レイン電極30dの形成は、例えば、コンタクトホール
29が形成された窒化シリコン膜28上にスパッタリン
グしたアルミニウムをパターニングすることで形成され
る。
【0018】続いて、ソース電極30s及びドレイン電
極30dが形成された窒化シリコン膜28上にアクリル
樹脂溶液を塗布し、焼成してアクリル樹脂層31を形成
する。このアクリル樹脂層31は、ストッパ26やソー
ス電極30s、ドレイン電極30dによる凹凸を埋めて
表面を平坦化する。さらに、ソース電極30s上にアク
リル樹脂層31を貫通するコンタクトホール32を形成
し、このコンタクトホール32部分に、ソース電極30
sに接続されるITO等からなる透明電極33を形成す
る。この透明電極33の形成は、例えば、コンタクトホ
ール32が形成されたアクリル樹脂層31上にスパッタ
リングしたITOをパターニングすることで形成され
る。
【0019】以上の第1乃至第6工程により、図1に示
す構造を有するボトムゲート型の薄膜トランジスタが形
成される。尚、上述の各実施形態において例示した各部
の膜厚については、特定の条件における最適値であり、
必ずしもこれらの値に限られるものではない。ゲート絶
縁膜となる窒化シリコン膜23の膜厚T1及び酸化シリ
コン膜24の膜厚T2が、上述の条件(T1≧400Å、
T2≧1200Å)を満たせば、その他の部分膜厚につ
いては、任意に設定可能である。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、ゲート絶縁膜の耐圧を
向上することができ、ゲート電極と活性領域との間の電
流リークを低減することができる。従って、製造歩留ま
りの向上と共に、信頼性の向上が望める。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜トランジスタの構造を示す断面図
である。
【図2】本発明の薄膜トランジスタの製造方法の前半工
程を示す工程別の断面図である。
【図3】本発明の薄膜トランジスタの製造方法の後半工
程を示す工程別の断面図である。
【図4】従来の薄膜トランジスタの構造を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1、21 透明基板 2、22 ゲート電極 3、8、23、28 窒化シリコン膜 4、7、24、27 酸化シリコン膜 5、25 多結晶シリコン膜 5c、25c チャネル領域 5s、25s ソース領域 5d、25d ドレイン領域 6、26 ストッパ 9、12、29、32 コンタクトホール 10s、30s ソース電極 10d、30d ドレイン電極 11、31 アクリル樹脂層 12、33 透明電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/336 H01L 29/78 617K 627E

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、前記基板の一主面上に配置され
    るゲート電極と、前記基板上に前記ゲート電極を被って
    積層されるゲート絶縁膜と、前記ゲート電極を跨って前
    記ゲート絶縁膜上に積層される半導体膜と、前記半導体
    膜上に積層される層間絶縁膜と、を備え、前記ゲート電
    極は、前記基板に接する側で幅を広くすると共に、前記
    ゲート絶縁膜は、少なくとも1200Åの膜厚を有する
    酸化シリコン膜からなることを特徴とする薄膜トランジ
    スタ。
  2. 【請求項2】 少なくとも400Åの膜厚を有する窒化
    シリコン膜が、前記基板と前記酸化シリコン基板との間
    に積層されることを特徴とする請求項1に記載の薄膜ト
    ランジスタ。
  3. 【請求項3】 基板の一主面上にゲート電極を形成する
    第1の工程と、前記基板上に前記ゲート電極を被ってゲ
    ート絶縁膜を積層する第2の工程と、前記ゲート絶縁膜
    上に前記ゲート電極を跨って半導体膜を積層する第3の
    工程と、前記半導体膜上に層間絶縁膜を積層する第4の
    工程と、を含み、前記第1の工程は、前記ゲート電極を
    前記基板側で幅を広く形成すると共に、前記第2の工程
    は、酸化シリコン膜を少なくとも1200Åの膜厚に積
    層することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2の工程は、前記基板上に窒化シ
    リコン膜を少なくとも400Åの膜厚に積層した後、こ
    の窒化シリコン膜上に前記酸化シリコン膜を積層するこ
    とを特徴とする請求項3に記載の薄膜トランジスタの製
    造方法。
JP9266707A 1997-09-30 1997-09-30 薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法 Pending JPH11111991A (ja)

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