JPH04352355A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

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】本発明は薄膜トランジスタの製造
方法に関し、特にレーザ光を照射して同一基板上にｐチ
ャネルとｎチャネルの薄膜トランジスタを形成する薄膜
トランジスタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、非晶質半導体層にレーザ光を
照射して非晶質半導体層を溶融・固化させて単結晶化す
るレーザビーム結晶化法がある。このレーザビーム結晶
化法を応用して三次元ＩＣなどを製造する方法も種々提
案されているが、三次元ＩＣを製造する場合、基板は必
ずバルク状のシリコン基板に限られてしまい、大面積化
は到底望めないとともに、半導体層に不純物を拡散する
場合、イオン注入法や熱拡散法で行うことから、不純物
イオンを広い領域にわたって均一に拡散させることがで
きなかったり、高温加熱に耐えられる基板を用いなけれ
ばならないなど技術上不可避の問題がある。

【０００３】そこで、このような問題を解決する方法と
して、例えば特開昭６２−２１４６６８号公報では、図
３に示すように、基板１１として大面積化が可能で安価
なガラス基板を用い、このガラス基板上にＳｉＯ２　膜
１２などを形成し、このＳｉＯ２　膜１２の所定部分に
トランジスタのチャネル領域を形成するための不純物と
なるホウ素１２ａとリン１２ｂをイオン注入法などで部
分的に注入し、このＳｉＯ２　膜１２上にシリコン薄膜
１３、１９を堆積させてシリコン薄膜１３にレーザ光を
照射して加熱することによりＳｉＯ２　膜１２中の不純
物をシリコン薄膜１３、１９に拡散させてそれぞれ異な
る不純物を含有するチャネル領域１５、１９を形成して
、ガラス基板１１上に逆チャネル型の薄膜トランジスタ
１８、２３などを形成することも提案されている。なお
、図３において、１４、２０はソース・ドレイン領域、
１６、２１はゲート絶縁膜、１７、２２はゲート電極で
ある。

【０００４】ところが、この従来の薄膜トランジスタの
製造方法では、ＳｉＯ２　膜１２に予めトランジスタの
チャネル領域を形成する不純物をイオン注入法などで注
入しておかなければならず、製造工程が煩雑で装置も大
掛かりなものを用意しなければならないという問題が依
然としてある。

【０００５】また、ｎ型半導体用不純物とｐ型半導体用
不純物とは同時にイオン注入できないことから、ｎ型チ
ャネル領域とｐ型チャネル領域を形成する場合、それぞ
れ個別のマスクパターンを用いなければならないととも
に、異なる不純物を含有するチャネル上にそれぞれ異な
る不純物を含有するソース領域とドレイン領域を形成す
る際にも２種類のマスクパターンを使用しなければなら
ず、マスク工程が煩雑であるという問題があった。

【０００６】本発明は、このような従来方法の問題点に
鑑みて案出されたものであり、イオン注入法などの煩雑
な工程や大掛かりな装置を用いずに、しかもマスク工程
を少なくして同一基板上にｐチャネルとｎチャネルの薄
膜トランジスタを形成する薄膜トランジスタの製造方法
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に一導電型不純物を含有する第１の半導体層を形成する
工程と、前記第１の半導体層に部分的にレーザ光を照射
して第１の半導体層内に部分的に結晶化した第１の結晶
化領域を形成する工程と、前記第１の半導体層上に上記
一導電型不純物よりも多量の逆導電型不純物を含有する
第２の半導体層を形成する工程と、前記第１および第２
の半導体層に部分的にレーザ光を照射して第１および第
２の半導体層を同時に加熱・溶融して固化させることに
より逆導電型不純物に富んだ第２の結晶化領域を形成す
る工程と、前記第１の結晶化領域と第２の結晶化領域と
を除いた第１および第２の半導体層を除去することによ
って第１の結晶化領域と第２の結晶化領域とで構成され
る島状部を形成する工程と、前記島状部を覆うように逆
導電型不純物を含有する第３の半導体層を形成し、第１
の結晶化領域と第３の半導体層とで半導体接合を形成す
る工程と、前記第３の半導体層上に前記第３の半導体層
内の逆導電型不純物よりも多量の一導電型不純物を含有
する第４の半導体層を形成し、第３の半導体層と第４の
半導体層とがオーミック接触となるように形成する工程
と、前記第２の結晶化領域上の第３および第４の半導体
層にレーザ光を照射して加熱することにより一導電型不
純物に富んだ第３の結晶化領域を形成し、第２の結晶化
領域と第３の結晶化領域とで半導体接合を形成する工程
とを含んで成る薄膜トランジスタの製造方法が提供され
、そのことにより上記目的が達成される。

【０００８】

【作用】上記のように、第１の半導体層に部分的にレー
ザ光を照射して結晶化することにより一導電型不純物を
含有するチャネル部を形成するとともに、第１の半導体
層と第２の半導体層に同時にレーザ光を照射して結晶化
することにより逆導電型不純物に富んだチャネル部をマ
スクを使用せずに形成する。また、一導電型不純物を含
有するチャネル部と逆導電型不純物に富んだチャネル部
上に、逆導電型不純物を含有する半導体層と一導電型不
純物を含有する半導体層とを順次積層して、上記逆導電
型不純物に富んだチャネル部上の第３および第４の半導
体層にレーザ光を照射して一導電型不純物に富んだ領域
を形成することによって半導体接合部を形成する。なお
、一導電型不純物を含有するチャネル部上には、他の導
電型不純物を含有する第３の半導体層が形成され、また
第３と第４の半導体層間はオーミック接触を有している
ためレーザ光を照射して第３の半導体層と第４の半導体
とを混合しなくてもそのままで半導体接合部が形成され
る。すなわち、プラズマＣＶＤ法で形成した非晶質シリ
コンもしくは微結晶シリコンは、半導体用不純物を１０
１５個ｃｍ−３以上含んでいれば、そのｐｎ接合は整流
性を示さず、良好なオーミック特性を示す。したがって
、イオン注入法や熱拡散法などによらずに半導体接合部
を形成できるとともに、マスク工程も少なくなる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明
する。図１は、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方
法を説明するための工程図であり、１はガラスなどから
成る基板である。

【００１０】前記基板１上に、第１の半導体層２を形成
する。この第１の半導体層２は、例えば非晶質シリコン
や多結晶シリコンなどで構成され、例えばプラズマＣＶ
Ｄ法などで厚み５００〜１００００Å程度に形成される
。この第１の半導体層２は、１０１５〜１０２０個／ｃ
ｍ３　程度の一導電型半導体用不純物元素を含有してい
る（同図（ａ）参照）。なお、基板１上には、必要に応
じて酸化シリコン膜（不図示）などを形成して、この酸
化シリコン膜上に第１の半導体層２を形成するようにし
てもよい。このように基板１上に酸化シリコン膜を形成
しておくことにより、後述するレーザ光を照射した際に
、基板１内の不純物によって第１の半導体層２が汚染さ
れるのを防止することができる。

【００１１】前記第１の半導体層２に部分的にレーザ光
Ｌ１　を照射して結晶化するとにより第１の結晶化領域
２ａを形成する。このレーザ光Ｌ１としては、５×１０
６　Ｗ／ｃｍ３　程度の出力で、ビーム径が４０μｍ程
度の連続発振アルゴンレーザなどが好適に用いられる（
同図（ｂ）参照）。

【００１２】次に、前記第１の半導体層２上に、逆導電
型不純物を含有する第２の半導体層３を形成する。この
第２の半導体層３は、例えば非晶質シリコンや多結晶シ
リコンなどで構成され、例えばプラズマＣＶＤ法などで
厚み５００〜１００００Å程度に形成される。この第２
の半導体層３には、第１の半導体層２の不純物含有量よ
りも多い１０１６〜１０２１個／ｃｍ３　程度含有させ
ておく（同図（ｃ）参照）。

【００１３】次に、第１の半導体層２と第２の半導体層
３に部分的にレーザ光Ｌ２　を照射して加熱・溶融させ
て固化させて結晶化させることにより第２の結晶化領域
３ａを形成する（同図（ｄ）参照）。レーザ光Ｌ２　が
照射された部分は、逆導電型を呈するようになる。すな
わち、半導体層が加熱された際に、第１および第２の半
導体層内の不純物が渾然一体化し、不純物の含有量の多
い逆導電型を呈するようになるのである。

【００１４】このように、第１の半導体層２を部分的に
単結晶化して一導電型不純物を含有する第１の結晶化領
域２ａを形成するとともに、第１および第２の半導体層
を部分的に結晶化して逆導電型不純物に富んだ第２の結
晶化領域３ａを形成することにより、同一基板１上に一
導電型を呈する半導体結晶化部２ａと逆導電型を呈する
半導体結晶化部３ａが多数形成されることになる。

【００１５】上記半導体層２、３のうちの結晶化させた
領域２ａ、３ａ以外の部分をフッ硝酸溶液などでエッチ
ング除去し、結晶化させた領域２ａ、３ａで構成される
島状部を多数形成する。すなわち、非晶質半導体膜と結
晶化させた領域２ａ、３ａとは、エッチングの選択比が
一桁以上あって、結晶化させた領域２ａ、３ａはエッチ
ングされにくいため結晶化させた領域２ａ、３ａだけが
残ることになる。この残った領域２ａ、３ａが薄膜トラ
ンジスタのチャネル部となる。

【００１６】次に、図２に示すように、上記半導体層の
島状部分２ａ、３ａ上に、第３の半導体膜４を形成する
。この第３の半導体膜４は、例えば非晶質シリコンや微
結晶シリコンなどで構成され、例えばプラズマＣＶＤ法
などで厚み５００〜１００００Å程度に形成される。 この第３の半導体膜４中には、１０１６〜１０２０個／
ｃｍ３　程度の逆導電型不純物を含有している。

【００１７】上記第３の半導体層４上に、第４の半導体
層５を形成する。この第４の半導体層５も、例えば非晶
質シリコンや微結晶シリコンなどで構成され、例えばプ
ラズマＣＶＤ法などで厚み５００〜１００００Å程度に
形成される。この第４の半導体層５は、第３の半導体層
４中に含有している不純物の含有量よりも多い１０１７
〜１０２１個／ｃｍ３　程度の一導電型不純物を含有し
ている（同図（ａ）参照）。

【００１８】次に、逆導電型を呈する島状部分３ａ上の
第３および第４の半導体層４、５にレーザ光Ｌ３　を照
射して加熱する。この場合、第３の半導体層４と第４の
半導体層５が加熱されて渾然一体化し、加熱された領域
は一導電型を呈するようになる。なぜなら、第４の半導
体層５中の不純物含有量が、第３の半導体層４中の不純
物含有量よりも多いからである（同図（ｂ）参照）。

【００１９】上記島状部分２ａ、３ａのほぼ中央部と周
辺部の第３および第４の半導体層４、５を例えばフッ硝
酸溶液などでエッチングする。エッチングして残った部
分が薄膜トランジスタのソース領域とドレイン領域とな
る。

【００２０】上記のように形成するとにより、一導電型
不純物を含有する第１の半導体層２だけを結晶化して形
成したチャネル部２ａは逆導電型不純物を含有する第３
の半導体層４とで半導体接合部を形成することができる
。なお、一導電型不純物を含有する非晶質半導体層と逆
導電型不純物を含有する非晶質半導体層とは良好なオー
ミックコンタクトが得られるため、第３の半導体層４上
に第４の半導体層５があっても差し支えない。また、第
１および第２の半導体層を渾然一体化させて形成した逆
導電型不純物に富んだチャネル部３ａは第３および第４
の半導体層４、５を渾然一体化させて形成した一導電型
不純物に富んだ半導体層５ａとで半導体接合部を形成す
ることができる。

【００２１】このようにして形成した半導体接合部を有
する領域上に、ゲート絶縁膜と層間絶縁膜となる酸化シ
リコンまたは窒化シリコンなどから成る絶縁膜を形成し
、この絶縁膜のソース領域上とドレイン領域上の一部を
除去して、アルミニウムなどを蒸着して一部をエッチン
グすることにより、ゲート電極、ソース電極、およびド
レイン電極を形成して薄膜トランジスタが完成する。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る薄膜トラン
ジスタの製造方法によれば、不純物の種類と含有量とが
それぞれ異なる二層の半導体層に部分的にレーザ光を照
射して半導体接合部を形成することから、イオン注入装
置のような大型の装置を用いずに、しかもマスク工程を
大幅に少なくして同一基板上にｐチャネルとｎチャネル
の薄膜トランジスタを形成するとができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を説
明するための工程図であり、チャネル部の製造方法を説
明するための図である。

【図２】ソース領域とドレイン領域の製造方法を説明す
るための図である。

【図３】従来の薄膜トランジスタの製造方法を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１、基板 ２、第１の半導体層 ２ａ、第１の結晶化領域 ３、第２の半導体層 ３ａ、第２の結晶化領域 ４、第３の半導体層 ５、第４の半導体層 ５ａ、第３の結晶化領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に一導電型不純物を含有する第
   １の半導体層を形成する工程と、前記第１の半導体層に
   部分的にレーザ光を照射して第１の半導体層内に部分的
   に結晶化した第１の結晶化領域を形成する工程と、前記
   第１の半導体層上に上記一導電型不純物よりも多量の逆
   導電型不純物を含有する第２の半導体層を形成する工程
   と、前記第１および第２の半導体層に部分的にレーザ光
   を照射して第１および第２の半導体層を同時に加熱・溶
   融して固化させることにより逆導電型不純物に富んだ第
   ２の結晶化領域を形成する工程と、前記第１の結晶化領
   域と第２の結晶化領域とを除いた第１および第２の半導
   体層を除去することによって第１の結晶化領域と第２の
   結晶化領域とで構成される島状部を形成する工程と、前
   記島状部を覆うように逆導電型不純物を含有する第３の
   半導体層を形成し、第１の結晶化領域と第３の半導体層
   とで半導体接合を形成する工程と、前記第３の半導体層
   上に前記第３の半導体層内の逆導電型不純物よりも多量
   の一導電型不純物を含有する第４の半導体層を形成し、
   第３の半導体層と第４の半導体層とがオーミック接触と
   なるように形成する工程と、前記第２の結晶化領域上の
   第３および第４の半導体層にレーザ光を照射して加熱す
   ることにより一導電型不純物に富んだ第３の結晶化領域
   を形成し、第２の結晶化領域と第３の結晶化領域とで半
   導体接合を形成する工程とを含んで成る薄膜トランジス
   タの製造方法。