JP3216269B2 - Method for manufacturing thin film transistor array - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス型液晶ディスプレイ等に使用される薄膜トランジスタ
に係り、特に、ガラス基板上に積層された多結晶Si層
にイオンドーピング法により不純物をドーピングして基
板上に複数の薄膜トランジスタを形成する際に、薄膜ト
ランジスタの特性劣化の防止及び信頼性の向上を図るこ
とができる薄膜トランジスタアレイの製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor used for an active matrix type liquid crystal display or the like, and more particularly, to a polycrystalline Si layer laminated on a glass substrate which is doped with an impurity by an ion doping method. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor array which can prevent deterioration of characteristics of the thin film transistor and improve reliability when forming a plurality of thin film transistors.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、図4に示すようなC-MOS薄膜
トランジスタの形成は、例えば、次の各工程を含む製造
方法により行なわれていた。 大面積のガラス基板51上にアモルファスシリコン
(a−Si)膜を堆積し、このa−Si膜を結晶化して
poly-Si膜を形成する。 poly-Si膜をパターニングして一対のpoly-Si膜アイラ
ンド52を形成する。 poly-Si膜アイランド52を覆うようにゲート絶縁膜
53を堆積する。 金属膜又は半導体膜を堆積し、この金属膜又は半導体
膜をパターニングして各poly-Si膜アイランド52上に
ゲート電極54を形成する。 NMOS部となるpoly-Si膜アイランドを覆うように
フォトレジストから成るインプラ・マスクを形成し、上
方よりリン・イオンを注入する。 PMOS部となるpoly-Si膜アイランドを覆うように
フォトレジストから成るインプラ・マスクを形成し、上
方よりボロン・イオンを注入する。 アニール処理によりドーパントを活性化させる。 絶縁膜55を堆積し、ソース,ドレイン電極位置にコ
ンタクト孔56を形成する。 アルミニウム膜を堆積し、これをパターニングしてA
l電極57を形成し、更に保護膜58を堆積し、パッド
孔59を形成する。2. Description of the Related Art Conventionally, the formation of a C-MOS thin film transistor as shown in FIG. 4 has been performed by, for example, a manufacturing method including the following steps. An amorphous silicon (a-Si) film is deposited on a large-area glass substrate 51, and the a-Si film is crystallized.
A poly-Si film is formed. The poly-Si film is patterned to form a pair of poly-Si film islands 52. A gate insulating film 53 is deposited so as to cover the poly-Si film island 52. A metal film or a semiconductor film is deposited, and the metal film or the semiconductor film is patterned to form a gate electrode 54 on each poly-Si film island 52. An implantation mask made of a photoresist is formed so as to cover the poly-Si film island serving as the NMOS portion, and phosphorus ions are implanted from above. An implantation mask made of a photoresist is formed so as to cover the poly-Si film island serving as the PMOS portion, and boron ions are implanted from above. The dopant is activated by annealing. An insulating film 55 is deposited, and contact holes 56 are formed at source and drain electrode positions. After depositing an aluminum film and patterning it,
An l-electrode 57 is formed, a protective film 58 is further deposited, and a pad hole 59 is formed.
【0003】上記製造方法によるソース・ドレイン電極
形成工程(及び)では、LSI工程で使用されてい
るイオン注入装置、すなわちイオンビームを基板に対し
て走査することによりイオン注入が行なわれていたが
(イオン打ち込み法)、大面積のガラス基板、例えば一
辺が30cm以上の角型ガラス基板に対しては、走査面
積が狭いために適用が困難であった。そこで、ドーパン
トのイオン化後、質量分離を行なわずに打ち込みを行な
うシャワー・ドーピング装置が開発されてきた。シャワ
ー・ドーピング法は、基板全面を照射可能なイオン・ソ
ースからイオンを引き出し加速すればよいので、大面積
のガラス基板にも適用することができる。しかしシャワ
ー・ドーピング法によれば、所望の不純物イオンを含む
ドーピング用のガスをプラズマ放電させ、その放電によ
り発生したイオン種全てを高電圧で加速し基板に打ち込
むため、所望のイオン以外のイオンも基板に入射するの
で、前記したイオン打ち込み法に比較して基板への入射
エネルギーが大きくなってしまう。このシャワー・ドー
ピング法においてガラス基板を用いた場合、ガラスの熱
伝導率が低いため基板を十分に冷却することができず、
打ち込み時の基板温度が高温になる。従って、ドーピン
グの際にマスク材としてフォトレジストを使用すると、
熱により変質して剥離できなくなる場合が生じる。In the source / drain electrode forming step (and) according to the above-described manufacturing method, ion implantation is performed by scanning the substrate with an ion beam used in the LSI process, that is, an ion beam. It has been difficult to apply the method to an ion implantation method) for a glass substrate having a large area, for example, a square glass substrate having a side of 30 cm or more because the scanning area is small. Therefore, shower doping apparatuses have been developed in which ion implantation of dopants is performed without mass separation. The shower doping method can be applied to a glass substrate having a large area because it is sufficient to extract and accelerate ions from an ion source capable of irradiating the entire surface of the substrate. However, according to the shower doping method, a doping gas containing desired impurity ions is subjected to plasma discharge, and all the ion species generated by the discharge are accelerated at a high voltage and implanted into a substrate. Since the light is incident on the substrate, the incident energy on the substrate is increased as compared with the above-described ion implantation method. When a glass substrate is used in the shower doping method, the substrate cannot be sufficiently cooled due to the low thermal conductivity of the glass,
The substrate temperature at the time of implantation becomes high. Therefore, if photoresist is used as a mask material during doping,
In some cases, the film is deteriorated due to heat and cannot be peeled off.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする問題点】フォトレジストを使
用しないでドーピングを行なうには、図5に示すよう
に、ゲート絶縁膜53を通さずに直接poly-Si膜アイラ
ンド52表面にイオンを打ち込むことにより、基板温度
が上昇しないような低加速エネルギーでドーピングを行
なうことが考えられる。この場合、ソース部52a及び
ドレイン部52b上に位置するゲート絶縁膜をエッチン
グで除去した後にドーピングする必要があるため、ソー
ス部52a及びドレイン部52bの端部にゲート絶縁膜
53の側壁部53aが存在してしまう。エッチングによ
り生じた側壁部53aは荒れているのでリーク電流が流
れやすく、ゲート電極54とソース部52a及びドレイ
ン部52b間での耐圧の低下を引き起こすという問題点
があった。In order to perform doping without using a photoresist, as shown in FIG. 5, ions are directly implanted into the surface of the poly-Si film island 52 without passing through the gate insulating film 53. Accordingly, it is conceivable to perform doping with low acceleration energy such that the substrate temperature does not rise. In this case, since it is necessary to dope after removing the gate insulating film located on the source portion 52a and the drain portion 52b by etching, the side wall portion 53a of the gate insulating film 53 is formed at the end of the source portion 52a and the drain portion 52b. Will exist. Since the side wall portion 53a generated by the etching is rough, a leak current easily flows, which causes a problem that the breakdown voltage between the gate electrode 54 and the source portion 52a and the drain portion 52b is reduced.
【0005】一方、高エネルギーで絶縁膜を通してドー
ピングを行なうためには、フォトレジストに代えて耐熱
性を有する材料をマスク材とする例として、図6に示す
ように、クロム(Cr)等の金属膜55をマスク材とす
ることが提案されている。しかしながら、金属膜55を
マスク材した場合、ドーピングイオンに対するマスキン
グ効果はあるものの、金属マスク材料自身がドーピング
イオンとの衝突により下地材料であるゲート絶縁膜53
中に打ち込まれてしまい、これが不純物となり長時間の
バイアスストレス等に対してトランジスタ特性を劣化さ
せ信頼性の低下をまねくという問題点があった。On the other hand, in order to perform doping through an insulating film with high energy, as an example of using a material having heat resistance as a mask material instead of a photoresist, as shown in FIG. 6, a metal such as chromium (Cr) is used. It has been proposed that the film 55 be used as a mask material. However, when the metal film 55 is used as a mask material, the metal mask material itself has a masking effect on doping ions, but the metal mask material itself collides with the doping ions to form the gate insulating film 53 serving as a base material.
There is a problem that the impurities are implanted into the inside and become impurities, which deteriorates the transistor characteristics due to a long-time bias stress or the like and leads to a decrease in reliability.
【0006】そこで、下地材料であるゲート絶縁膜の不
純物とならず且つ耐熱性を有するマスク材として、図7
に示すように、Si3N4やSiO2等のSi系無機膜5
6をマスク材として用いることが考えられる。しかしな
がら、Si系無機膜56をマスク材とした場合、該膜を
ドーピング後にエッチング除去する際に、下地材料であ
るゲート絶縁膜(SiO2)53やゲート電極54の材
料であるpoly-Si,高融点金属(W,Mo,Ti,Ta
及びこれらの合金),poly-Siとこれらの金属によるシ
リサイドとの選択エッチングを行なうことが困難であっ
た。Therefore, as a mask material which does not become an impurity of the gate insulating film as a base material and has heat resistance, FIG.
As shown in FIG. 5, a Si-based inorganic film 5 such as Si 3 N 4 or SiO 2
It is possible to use 6 as a mask material. However, when the Si-based inorganic film 56 is used as a mask material, when the film is removed by etching after doping, the gate insulating film (SiO 2 ) 53 as a base material and the poly-Si Melting point metal (W, Mo, Ti, Ta
And their alloys), it was difficult to selectively etch poly-Si and silicide with these metals.
【0007】例えば、マスク材としてSi3N4膜56を
用いた場合には、この膜をSF6やCF4等のF系ガスで
ドライエッチングする際に、同時にゲート電極54のpo
ly-Si膜やシリサイドあるいは高融点金属もエッチング
されてしまう。HF系でウエットエッチングする場合に
は、ゲート絶縁膜53であるSiO2が同時にエッチン
グ除去されてしまう。マスク材としてSiO2膜を用い
た場合も同様である。For example, when a Si 3 N 4 film 56 is used as a mask material, when this film is dry-etched with an F-based gas such as SF 6 or CF 4 , the po
The ly-Si film, silicide or refractory metal is also etched. When wet etching is performed using an HF system, SiO 2 that is the gate insulating film 53 is simultaneously removed by etching. The same applies to the case where an SiO 2 film is used as a mask material.
【0008】上記したように、ガラス基板上に積層され
た多結晶Si層にイオンドーピング法により不純物をド
ーピングする場合、耐熱性をもつマスク材料を用いて信
頼性や特性劣化について問題がなく、且つ十分な加工性
を有する方法が存在していなかった。本発明は上記実情
に鑑みてなされたもので、イオンドーピング法により不
純物をドーピングして基板上に複数の薄膜トランジスタ
を形成する際に、薄膜トランジスタの特性劣化の防止及
び信頼性の向上を図ることができる薄膜トランジスタア
レイの製造方法を提供することを目的とする。As described above, when an impurity is doped into a polycrystalline Si layer laminated on a glass substrate by an ion doping method, there is no problem in reliability and characteristic deterioration by using a mask material having heat resistance, and There was no method with sufficient workability. The present invention has been made in view of the above circumstances, and can prevent deterioration of characteristics of a thin film transistor and improve reliability when a plurality of thin film transistors are formed on a substrate by doping impurities by an ion doping method. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film transistor array.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明方法は、島状の多結晶Si層にp型ドーパントと
しての不純物をイオンドーピング法でドーピングしてソ
ース部及びドレイン部としたpチャネル型薄膜トランジ
スタと、前記多結晶Si層とは別の島状の多結晶Si層
にn型ドーパントとしての不純物をイオンドーピング法
でドーピングしてソース部及びドレイン部としたnチャ
ネル型薄膜トランジスタとを有する薄膜トランジスタア
レイの製造方法において、次の各工程を具備することを
特徴としている。第1の工程として、基板上に各薄膜ト
ランジスタに対応する多結晶Si層,ゲート絶縁膜,ゲ
ート電極を積層形成した後に基板全面を覆うエッチング
ストッパー層を形成する。第2の工程として、pチャネ
ル型薄膜トランジスタとなる部分の前記エッチングスト
ッパー層上に該エッチングストッパー層とエッチングレ
ートが異なりイオンのドーピングを阻止する第1のマス
ク層を形成する。第3の工程として、該第1のマスク層
で覆われていない多結晶Si層にnチャネル型を与える
不純物をイオンドープする。第4の工程として、前記第
1のマスク層を除去する。第5の工程として、nチャネ
ル型薄膜トランジスタとなる部分の前記エッチングスト
ッパー層上に該エッチングストッパー層とエッチングレ
ートが異なりイオンのドーピングを阻止する第2のマス
ク層を形成する。第6の工程として、該第2のマスク層
で覆われていない多結晶Si層にpチャネル型を与える
不純物をイオンドープする。第7の工程として、前記第
2のマスク層を除去する。また、pチャネル型薄膜トラ
ンジスタとnチャネル型薄膜トランジスタとの作製順を
逆にしてもよい。すなわち、本発明方法は、島状の多結
晶Si層にp型ドーパントとしての不純物をイオンドー
ピング法でドーピングしてソース部及びドレイン部とし
たpチャネル型薄膜トランジスタと、前記多結晶Si層
とは別の島状の多結晶Si層にn型ドーパントとしての
不純物をイオンドーピング法でドー ピングしてソース部
及びドレイン部としたnチャネル型薄膜トランジスタと
を有する薄膜トランジスタアレイの製造方法において、
基板上に各薄膜トランジスタに対応する多結晶Si層,
ゲート絶縁膜,ゲート電極を積層形成した後に基板全面
を覆うエッチングストッパー層を形成する工程と、nチ
ャネル型薄膜トランジスタとなる部分の前記エッチング
ストッパー層上に該エッチングストッパー層とエッチン
グレートが異なりイオンのドーピングを阻止する第1の
マスク層を形成する工程と、該第1のマスク層で覆われ
ていない多結晶Si層にpチャネル型を与える不純物を
ドーピングする第1のイオンドーピング工程と、前記第
1のマスク層を除去する第1の除去工程と、pチャネル
型薄膜トランジスタとなる部分の前記エッチングストッ
パー層上に該エッチングストッパー層とエッチングレー
トが異なりイオンのドーピングを阻止する第2のマスク
層を形成する工程と、該第2のマスク層で覆われていな
い多結晶Si層にnチャネル型を与える不純物をイオン
ドープする第2のイオンドーピング工程と、前記第2の
マスク層を除去する第2の除去工程と、を具備すること
を特徴としている。 [MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS] To achieve the above object
The method of the present invention comprises the step of adding a p-type dopant to an island-shaped polycrystalline Si layer.
Impurity by ion doping method
P-channel type thin film transistor as source and drain
And an island-shaped polycrystalline Si layer different from the polycrystalline Si layer
Doping with impurities as n-type dopants
N-channel which is doped with
A method of manufacturing a thin film transistor array having a tunnel type thin film transistor includes the following steps. As a first step, each thin film transistor is placed on a substrate .
After stacking a polycrystalline Si layer corresponding to the transistor , a gate insulating film, and a gate electrode, an etching stopper layer covering the entire surface of the substrate is formed. As the second step, p channel
The etching stopper layer and the etching rate differs form the first mask layer to prevent doping of ions in the etching stopper layer on the portion to be the Le-type thin film transistor. As a third step, the polycrystalline Si layer that is not covered with the first mask layer is ion-doped with an impurity that gives an n-channel type. As a fourth step, the first mask layer is removed. As the fifth step, n channels
The etching stopper layer and the etching rate varies to form a second mask layer to prevent doping of ions in the etching stopper layer on the portion to be the Le-type thin film transistor. In a sixth step, a p-channel type is given to the polycrystalline Si layer not covered with the second mask layer.
The impurities are ion-doped . In a seventh step, the second mask layer is removed. In addition, a p-channel thin film transistor
The order of manufacturing transistors and n-channel thin film transistors
It may be reversed. That is, the method of the present invention
Doping impurities as p-type dopants into the crystalline Si layer
Doping by ping method to form source and drain
P-channel thin film transistor and the polycrystalline Si layer
In addition to the island-shaped polycrystalline Si layer,
Source portion by doping impurities in the ion doping method
And an n-channel thin film transistor as a drain portion
In the method for manufacturing a thin film transistor array having
A polycrystalline Si layer corresponding to each thin film transistor on a substrate,
After laminating gate insulating film and gate electrode, the entire substrate
Forming an etching stopper layer covering the substrate;
Etching of a portion to be a channel type thin film transistor
Etching stopper layer and etchant on stopper layer
The first of the different grades to prevent ion doping
Forming a mask layer; and covering the first mask layer with the mask layer.
Impurity that gives a p-channel type to a polycrystalline Si layer
A first ion doping step of doping;
A first removing step of removing the one mask layer, and a p-channel
Type etching thin film
The etching stopper layer and the etching layer
A second mask for preventing doping of ions which is different from the first mask
Forming a layer and not covering with the second mask layer.
Ions that give the n-channel type to the polycrystalline Si layer
A second ion doping step of doping;
And a second removing step of removing the mask layer.
It is characterized by.
【0010】[0010]
【作用】本発明方法によれば、多結晶Si層に不純物を
イオンドーピング法でドーピングする際には、エッチン
グストッパー層で覆われた部分とエッチングストッパー
層及びマスク層で覆われた部分が存在することになる。
従って、エッチングストッパー層及びマスク層で覆われ
た部分の下層に位置する多結晶Si層へは、前記マスク
層によりイオンの打ち込みが阻止される。また、エッチ
ングストッパー層でのみ覆われた部分の下層に位置する
多結晶Si層へは、エッチングストッパー層を透過して
イオンが打ち込まれる。そして、マスク層は、エッチン
グストッパー層とエッチングレートが異なるようにした
ので、マスク層を除去する際にエッチングストッパー層
の下層に位置するゲート電極やゲート絶縁膜を保護する
ことができる。According to the method of the present invention, when the polycrystalline Si layer is doped with an impurity by the ion doping method, there are a portion covered with the etching stopper layer and a portion covered with the etching stopper layer and the mask layer. Will be.
Therefore, ion implantation into the polycrystalline Si layer located below the portion covered by the etching stopper layer and the mask layer is prevented by the mask layer. Further, ions are implanted into the polycrystalline Si layer located below the portion covered only by the etching stopper layer through the etching stopper layer. Since the etching rate of the mask layer is different from that of the etching stopper layer, the gate electrode and the gate insulating film located below the etching stopper layer can be protected when the mask layer is removed.
【0011】[0011]
【実施例】本発明に係るC-MOS薄膜トランジスタの
製造方法の一実施例について、図1ないし第3図を参照
しながら説明する。TFTの構造としては、最も一般的
なプレーナ構造を用いるガラスまたは石英等で構成され
た絶縁性基板1上にpoly-Siを着膜した後にパターニン
グを行ない、各TFTに対応する島状ポリシリコン層2
を形成する(図1(a))。poly-Si膜の形成は、例え
ば、LPCVD法により非晶質Si(以下、a−Si)
を着膜後、エキシマレーザーによるアニールを行なって
結晶化して形成する。着膜及びアニール条件は、SiH
4ガス流量:100sccm、ガス圧力:0.5Tor
r、基板温度:500℃、膜厚:1000オングストロ
ーム、レーザーパワー:450mJ/cm2とした。ア
ニールの方法としては炉アニールを用いてもよく、ま
た、poly-Siを直接着膜してもよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a method of manufacturing a C-MOS thin film transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. As a structure of the TFT, an insular polysilicon layer corresponding to each TFT is patterned by depositing poly-Si on an insulating substrate 1 made of glass or quartz or the like using the most common planar structure. 2
Is formed (FIG. 1A). The poly-Si film is formed by, for example, amorphous Si (hereinafter a-Si) by LPCVD.
Is deposited and then annealed with an excimer laser to crystallize. The deposition and annealing conditions are SiH
4 Gas flow rate: 100 sccm, gas pressure: 0.5 Torr
r, substrate temperature: 500 ° C., film thickness: 1000 Å, laser power: 450 mJ / cm 2 . As an annealing method, furnace annealing may be used, or poly-Si may be directly deposited.
【0012】次に、ECRCVD法によりSiO2を着
膜してゲート絶縁膜3を形成する。着膜条件は、SiH
4/N2Oガス流量:10sccm/200sccm、ガ
ス圧力:5×10-3Torr、放電パワー:100W、
膜厚:1000オングストロームとした。着膜方法とし
ては、ECRCVD法の他にLPCVD、プラズマCV
D、スパッタ法等で行なってもよい。Next, a gate insulating film 3 is formed by depositing SiO 2 by ECRCVD. The deposition condition is SiH
4 / N 2 O gas flow rate: 10 sccm / 200 sccm, gas pressure: 5 × 10 −3 Torr, discharge power: 100 W,
Film thickness: 1000 angstroms. LPCVD, plasma CV, besides ECRCVD
D, may be performed by a sputtering method or the like.
【0013】続いて、LPCVD法によりpoly-Siを着
膜した後にパターニングして各島状ポリシリコン層2上
に対応する位置にゲート電極4を形成する(図1
(b))。着膜条件は、SiH4ガス流量:200sc
cm、ガス圧力:O.5Torr、基板温度:500
℃、膜厚:3000オングストロームとした。ゲート電
極材料としては、poly-Siの他に高融点金属であるW,
Mo,Ti,Ta及びこれらの合金や、これらの金属と
poly-Siによるシリサイド等でもよい。Subsequently, poly-Si is deposited by the LPCVD method and then patterned to form a gate electrode 4 at a position corresponding to each island-shaped polysilicon layer 2 (FIG. 1).
(B)). The deposition conditions are as follows: SiH 4 gas flow rate: 200 sc
cm, gas pressure: O.C. 5 Torr, substrate temperature: 500
° C, film thickness: 3000 angstroms. As the gate electrode material, in addition to poly-Si, W, which is a refractory metal,
Mo, Ti, Ta and their alloys, and these metals
Poly-Si silicide or the like may be used.
【0014】この後、各島状ポリシリコン層2にソース
部及びドレイン部を形成するため、イオンドーピングを
行なうわけであるが、C-MOSの場合には、n型とp
型の両方のイオンをドーピングする必要がある。本実施
例では、n型ドーパントとしてP(リン)イオンをドー
ピングした後、p型ドーパントとしてB(ボロン)イオ
ンをドーピングする。尚、n型とp型の両方のイオンの
ドーピング順序は逆であってもよい。ドーピングを行な
うに際して、先ずプラズマCVD法によりSiO2を着
膜して絶縁性基板1の全面を覆うエッチングストッパー
層5を形成する。着膜条件は、SiH4/N2Oガス流
量:25sccm/250sccm、ガス圧力:O.2
Torr、基板温度:350℃、放電パワー:100
W、膜厚:200オングストロームとした。このエッチ
ングストッパー層5は、エッチングストッパー層5上に
形成される層(後述するマスク層6またはマスク層7)
をエッチングする際のエッチングストッパーとして十分
機能するだけの膜厚及び膜質を確保する必要がある。ま
た、後の工程においてPイオンやBイオンのドーピング
を行なう際に、エッチングストッパー層5を透過して下
層の島状ポリシリコン層2にイオンが打ち込まれるた
め、この点からは薄い方が好ましい。これら両方を満足
するため、エッチングストッパー層5の膜厚は100〜
200オングストローム程度が適当であると考えられ
る。Thereafter, ion doping is performed in order to form a source portion and a drain portion in each island-shaped polysilicon layer 2. In the case of a C-MOS, n-type and p-type are used.
Both types of ions need to be doped. In this embodiment, after doping P (phosphorus) ions as an n-type dopant, B (boron) ions are doped as a p-type dopant. The doping order of both the n-type and p-type ions may be reversed. When performing doping, first, SiO 2 is deposited by a plasma CVD method to form an etching stopper layer 5 covering the entire surface of the insulating substrate 1. The deposition conditions were as follows: SiH 4 / N 2 O gas flow rate: 25 sccm / 250 sccm, gas pressure: O.D. 2
Torr, substrate temperature: 350 ° C., discharge power: 100
W, film thickness: 200 angstroms. This etching stopper layer 5 is a layer formed on the etching stopper layer 5 (a mask layer 6 or a mask layer 7 described later).
It is necessary to secure a film thickness and a film quality enough to function as an etching stopper when etching the film. In addition, when doping P ions or B ions in a later step, ions are implanted into the underlying island-shaped polysilicon layer 2 through the etching stopper layer 5, so that from this point, the thinner is preferable. To satisfy both of these conditions, the thickness of the etching stopper layer 5 is set to 100 to
Around 200 Å is considered appropriate.
【0015】次に、プラズマCVD法によりSi3N4を
着膜して前記エッチングストッパー層5を覆うマスク層
6を形成する(図1(c))。着膜条件は、SiH4ガ
ス流量:50sccm/300sccm、ガス圧力:
O.3Torr、基板温度:350℃、放電パワー:1
00W、膜厚:3000オングストロームとした。この
時、マスク層6及びエッチングストッパー層5の2層の
合計の膜厚が、次工程で行なわれるPイオンの打ち込み
時のマスクとして機能するのに十分な厚さであることが
必要である。マスク層6の膜厚は、ゲート絶縁膜3の膜
厚やイオンの打ち込み深さにもよるが、Pイオンが10
0kV程度で加速された場合においても充分阻止できる
ように、2000オングストローム以上の膜厚とするこ
とが好ましい。また、マスク層6をエッチングにより除
去する際に、SiO2で形成された下層のエッチングス
トッパー層5を削ってしまわないように、前記マスク層
6の膜厚を必要以上に厚くすることは好ましくない。従
って、マスク層6の膜厚は2000〜4000オングス
トロームが適当であると考えられる。マスク層6の材料
としては、前記したSi3N4以外にエッチングストッパ
ー層(SiO2)5とエッチング選択比が大きくとれる
材料、例えばSiONを用いてもよい。また、マスク層
6の着膜方法としては、プラズマCVD法の他にスパッ
タ法やECRCVD法を使用してもよい。Next, a mask layer 6 covering the etching stopper layer 5 is formed by depositing Si 3 N 4 by a plasma CVD method (FIG. 1C). The deposition conditions were as follows: SiH 4 gas flow rate: 50 sccm / 300 sccm, gas pressure:
O. 3 Torr, substrate temperature: 350 ° C., discharge power: 1
00 W, film thickness: 3000 angstroms. At this time, the total film thickness of the two layers of the mask layer 6 and the etching stopper layer 5 needs to be sufficient to function as a mask when implanting P ions in the next step. The thickness of the mask layer 6 depends on the thickness of the gate insulating film 3 and the ion implantation depth.
It is preferable that the film thickness be 2000 Å or more so that the film can be sufficiently prevented even when accelerated at about 0 kV. When removing the mask layer 6 by etching, it is not preferable to increase the thickness of the mask layer 6 more than necessary so as not to scrape the lower etching stopper layer 5 formed of SiO 2. . Therefore, it is considered that the appropriate thickness of the mask layer 6 is 2000 to 4000 angstroms. As a material of the mask layer 6, other than the above-mentioned Si 3 N 4 , a material having a high etching selectivity with respect to the etching stopper layer (SiO 2 ) 5, for example, SiON may be used. As a method of depositing the mask layer 6, a sputtering method or an ECRCVD method may be used instead of the plasma CVD method.
【0016】次に、Pイオンをドーピングするためnチ
ャネル部分に対応するマスク層(Si3N4)6aをエッ
チングによりパターニングで除去する(図1(d))。
マスク層6bのパターン形成は、通常のフォトリソグラ
フィを用い、エッチングはF系ガスを用いたドライエッ
チング法により行なう。エッチング条件は、SF6/C2
ClF5ガス流量:50sccm/100sccm、ガ
ス圧力:50mTorr、放電パワー:400Wとし
た。上記条件でマスク層6とエッチングストッパー層5
とのエッチング選択比は100以上であり、エッチング
ストッパー層5の減少の問題は生じない。Next, the mask layer (Si 3 N 4 ) 6a corresponding to the n-channel portion for doping with P ions is removed by patterning by etching (FIG. 1D).
The pattern formation of the mask layer 6b is performed using ordinary photolithography, and the etching is performed by a dry etching method using an F-based gas. The etching conditions are SF 6 / C 2
ClF 5 gas flow rate: 50 sccm / 100 sccm, gas pressure: 50 mTorr, discharge power: 400 W. Under the above conditions, the mask layer 6 and the etching stopper layer 5
Is 100 or more, and the problem of a decrease in the etching stopper layer 5 does not occur.
【0017】続いて、イオンドーピング法によりnチャ
ネル部分に対応する島状ポリシリコン層2にPイオンを
打ち込んでソース部11及びドレイン部12を形成する
(図2(a))。Pイオンの打ち込みは、ゲート絶縁膜
3及びエッチングストッパー層5を通してのドーピング
となるため、ドーピング時の加速電圧を高めに設定する
必要がある。ドーピング条件は、PH3/H2ガス流量:
5sccm/100sccm、ガス圧力:5mTor
r、放電パワー:100W、加速電圧:100kV、ド
ーズ量:5×1015 ions/cm2とした。この条件でドー
ピングを行なった場合、PイオンやHイオンのエネルギ
ーで基板温度が約300度まで上昇するが、マスク層6
bの材料としては無機マスキング材料でないSi3N4を
使用しているので、マスク層6bが高温で劣化すること
を防止する。また、マスク層6bで覆われた部分の下層
に位置する島状ポリシリコン層2へは、マスク層6bに
よりイオンの打ち込みが阻止される。ドーピング終了
後、マスク層6bはエッチングにより除去する。エッチ
ング方法は前述の条件と同じである。Subsequently, P ions are implanted into the island-shaped polysilicon layer 2 corresponding to the n-channel portion by an ion doping method to form a source portion 11 and a drain portion 12 (FIG. 2A). Since the implantation of P ions results in doping through the gate insulating film 3 and the etching stopper layer 5, it is necessary to set a higher acceleration voltage during doping. The doping conditions are PH 3 / H 2 gas flow rate:
5 sccm / 100 sccm, gas pressure: 5 mTorr
r, discharge power: 100 W, acceleration voltage: 100 kV, and dose: 5 × 10 15 ions / cm 2 . When doping is performed under these conditions, the substrate temperature rises to about 300 degrees due to the energy of P ions and H ions, but the mask layer 6
Since Si 3 N 4 , which is not an inorganic masking material, is used as the material b, the mask layer 6 b is prevented from being deteriorated at high temperatures. Further, ion implantation into the island-shaped polysilicon layer 2 located below the portion covered with the mask layer 6b is prevented by the mask layer 6b. After the doping, the mask layer 6b is removed by etching. The etching method is the same as the condition described above.
【0018】次に、Bイオンドーピング時のマスキング
材として、プラズマCVD法によりSi3N4を着膜して
再び前記エッチングストッパー層5を覆うマスク層7を
形成する(図2(b))。着膜条件はマスク層6の形成
と同様である。ただし、BイオンはPイオンに比較して
軽いイオンであるためドーピング時の加速電圧を低くで
きるので、マスク層7の膜厚を薄くすることが可能とな
り、本実施例では膜厚1000オングストロームとし
た。次に、pチャネル部分に対応するマスク層(Si3
N4)7aをエッチングによりパターニングで除去する
(図2(c))。マスク層7bのパターン形成は、通常
のフォトリソグラフィを用い、エッチングは前記同様の
エッチング条件でF系ガスを用いたドライエッチング法
により行なう。Next, as a masking material at the time of B ion doping, Si 3 N 4 is deposited by a plasma CVD method, and a mask layer 7 covering the etching stopper layer 5 is formed again (FIG. 2B). The deposition conditions are the same as those for forming the mask layer 6. However, since the B ions are lighter ions than the P ions, the acceleration voltage at the time of doping can be reduced, so that the thickness of the mask layer 7 can be reduced. In this embodiment, the thickness is set to 1000 Å. . Next, a mask layer (Si 3
N 4 ) 7a is removed by patterning by etching (FIG. 2C). The pattern formation of the mask layer 7b is performed by ordinary photolithography, and the etching is performed by a dry etching method using an F-based gas under the same etching conditions as described above.
【0019】続いて、イオンドーピング法によりpチャ
ネル部分に対応する島状ポリシリコン層2にBイオンを
打ち込んでソース部11及びドレイン部12を形成する
(図3(a))。ドーピング条件は、B2H6/H2ガス
流量:5sccm/100sccm、ガス圧力:5mT
orr、放電パワー:100W、加速電圧:70kV、
ドーズ量:5×1015 ions/cm2とした。このドーピン
グにおいては、前記ドーピング同様にマスク層7bが劣
化することがない。また、マスク層7bで覆われた部分
の下層に位置する島状ポリシリコン層2へは、マスク層
7bによりイオンの打ち込みが阻止される。ドーピング
終了後、マスク層7bはエッチングにより除去する(図
3(b))。エッチング方法は前述の条件と同じであ
る。以上の工程により、同一絶縁性基板1上にnチャネ
ル及びpチャネルTFTを形成する際のソース部及びド
レイン部のドーピングを行なうことができる。続いて、
ドーピングされたイオンの活性化を炉アニール若しくは
レーザーアニールにより行なう。例えば、500度、3
時間の炉アニールによりイオンの活性化を図る。Subsequently, B ions are implanted into the island-shaped polysilicon layer 2 corresponding to the p-channel portion by the ion doping method to form the source portion 11 and the drain portion 12 (FIG. 3A). The doping conditions are as follows: B 2 H 6 / H 2 gas flow rate: 5 sccm / 100 sccm, gas pressure: 5 mT
orr, discharge power: 100 W, acceleration voltage: 70 kV,
Dose amount: 5 × 10 15 ions / cm 2 . In this doping, the mask layer 7b does not deteriorate as in the above-described doping. Further, ion implantation is prevented by the mask layer 7b into the island-shaped polysilicon layer 2 located below the portion covered by the mask layer 7b. After the doping, the mask layer 7b is removed by etching (FIG. 3B). The etching method is the same as the condition described above. Through the above steps, doping of the source portion and the drain portion when forming n-channel and p-channel TFTs on the same insulating substrate 1 can be performed. continue,
Activation of the doped ions is performed by furnace annealing or laser annealing. For example, 500 degrees, 3
Activation of ions is performed by furnace annealing for a long time.
【0020】次に、通常のトランジスタ作製工程によ
り、層間絶縁膜としてのSiO2膜の着膜、コンタクト
ホールの形成、電極材料であるAlの着膜及びパターニ
ング、パッシベーション膜としてのSi3N4膜の着膜及
びパターニングを行ない(図示せず)、更に必要に応じ
て水素化等の特性の改善のための水素プラズマ処理を行
ないC-MOS薄膜トランジスタを完成させる。Next, by a normal transistor fabrication process, a SiO 2 film is deposited as an interlayer insulating film, a contact hole is formed, an Al film is deposited and patterned as an electrode material, and a Si 3 N 4 film is formed as a passivation film. A C-MOS thin film transistor is completed by depositing and patterning (not shown) and, if necessary, hydrogen plasma treatment for improving characteristics such as hydrogenation.
【0021】本実施例によれば、絶縁性基板1上に積層
された島状ポリシリコン層2,ゲート絶縁膜3,ゲート
電極4をエッチングストッパー層5及びマスク層6
(7)で被覆し、前記マスク層6(7)はSi系無機膜
で形成したので、島状ポリシリコン層2に不純物をイオ
ンドーピング法でドーピングする際に十分な耐熱性を確
保するとともに、マスク層6(7)はエッチングストッ
パー層5とエッチングレートが異なるようにしたので、
マスク層6(7)を除去する際にエッチングストッパー
層5の下層に位置するゲート電極4やゲート絶縁膜3を
保護し、TFTの特性の劣化を防止して信頼性の向上を
図ることができる。According to the present embodiment, the island-shaped polysilicon layer 2, the gate insulating film 3, and the gate electrode 4 laminated on the insulating substrate 1 are formed by the etching stopper layer 5 and the mask layer 6.
(7), the mask layer 6 (7) is formed of a Si-based inorganic film, so that sufficient heat resistance is ensured when the island-shaped polysilicon layer 2 is doped with impurities by ion doping. Since the etching rate of the mask layer 6 (7) is different from that of the etching stopper layer 5,
When the mask layer 6 (7) is removed, the gate electrode 4 and the gate insulating film 3 located below the etching stopper layer 5 are protected, TFT characteristics are prevented from deteriorating, and reliability can be improved. .
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明方法によれば、基板上に積層され
た島状ポリシリコン層,ゲート絶縁膜,ゲート電極を被
覆するマスク材を、エッチングストッパー層及び該エッ
チングストッパー層とエッチングレートが異なりイオン
のドーピングを阻止するマスク層で形成したので、前記
島状ポリシリコン層に不純物をイオンドーピング法でド
ーピングする際にマスク層に十分な耐熱性を確保させる
ことが可能になるとともに、マスク層を除去する際にエ
ッチングストッパー層の下層に位置するゲート電極やゲ
ート絶縁膜を保護し、TFTの特性の劣化を防止して信
頼性の向上を図ることができる。According to the method of the present invention, the mask material covering the island-shaped polysilicon layer, the gate insulating film and the gate electrode laminated on the substrate is provided with an etching stopper layer and an etching rate different from that of the etching stopper layer. Since the island-shaped polysilicon layer is doped with impurities by the ion doping method, it is possible to secure sufficient heat resistance to the mask layer because the mask layer is formed by the mask layer that prevents ion doping. At the time of removal, the gate electrode and the gate insulating film located below the etching stopper layer are protected, and deterioration of TFT characteristics can be prevented to improve reliability.
【図1】 (a)ないし(d)は、本発明方法によるC
-MOS薄膜トランジスタの製造方法を示す製造工程図
である。1 (a) to 1 (d) show C by the method of the present invention.
FIG. 4 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a MOS thin film transistor.
【図2】 (a)ないし(c)は、本発明方法によるC
-MOS薄膜トランジスタの製造方法を示す製造工程図
である。FIGS. 2 (a) to 2 (c) show C by the method of the present invention.
FIG. 4 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a MOS thin film transistor.
【図3】 (a)及び(b)は、本発明方法によるC-
MOS薄膜トランジスタの製造方法を示す製造工程図で
ある。FIG. 3 (a) and (b) show C-
It is a manufacturing process figure showing the manufacturing method of the MOS thin film transistor.
【図4】 従来のC-MOS薄膜トランジスタの構造を
示す断面説明図である。FIG. 4 is an explanatory sectional view showing a structure of a conventional C-MOS thin film transistor.
【図5】 従来のC-MOS薄膜トランジスタの製造方
法を説明するための断面説明図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional C-MOS thin film transistor.
【図6】 従来のC-MOS薄膜トランジスタの製造方
法を説明するための断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional C-MOS thin film transistor.
【図7】 従来のC-MOS薄膜トランジスタの製造方
法を説明するための断面説明図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional C-MOS thin film transistor.
1…絶縁性基板、 2…島状ポリシリコン層、 3…絶
縁膜、 4…ゲート電極、 5…エッチングストッパー
層、 6,7…マスク層、 11…ソース部、12…ド
レイン部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating substrate, 2 ... Island-like polysilicon layer, 3 ... Insulating film, 4 ... Gate electrode, 5 ... Etching stopper layer, 6, 7 ... Mask layer, 11 ... Source part, 12 ... Drain part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/08 331 H01L 21/265 F 27/092 27/08 321E (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/265 H01L 21/266 H01L 21/336 H01L 21/8238 H01L 27/08 331 H01L 27/092 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 27/08 331 H01L 21/265 F 27/092 27/08 321E (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name ) H01L 29/786 H01L 21/265 H01L 21/266 H01L 21/336 H01L 21/8238 H01L 27/08 331 H01L 27/092
Claims (2)
ての不純物をイオンドーピング法でドーピングしてソー
ス部及びドレイン部としたpチャネル型薄膜トランジス
タと、前記多結晶Si層とは別の島状の多結晶Si層に
n型ドーパントとしての不純物をイオンドーピング法で
ドーピングしてソース部及びドレイン部としたnチャネ
ル型薄膜トランジスタとを有する薄膜トランジスタアレ
イの製造方法において、 基板上に各薄膜トランジスタに対応する多結晶Si層,
ゲート絶縁膜,ゲート電極を積層形成した後に基板全面
を覆うエッチングストッパー層を形成する工程と、pチャネル 型薄膜トランジスタとなる部分の前記エッチ
ングストッパー層上に該エッチングストッパー層とエッ
チングレートが異なりイオンのドーピングを阻止する第
1のマスク層を形成する工程と、 該第1のマスク層で覆われていない多結晶Si層にnチ
ャネル型を与える不純物をドーピングする第1のイオン
ドーピング工程と、 前記第1のマスク層を除去する第1の除去工程と、nチャネル 型薄膜トランジスタとなる部分の前記エッチ
ングストッパー層上に該エッチングストッパー層とエッ
チングレートが異なりイオンのドーピングを阻止する第
2のマスク層を形成する工程と、 該第2のマスク層で覆われていない多結晶Si層にpチ
ャネル型を与える不純物をイオンドープする第2のイオ
ンドーピング工程と、 前記第2のマスク層を除去する第2の除去工程と、 を具備することを特徴とする薄膜トランジスタアレイの
製造方法。A p-type dopant is added to an island-like polycrystalline Si layer.
All impurities by ion doping
P-channel type thin film transistor as source and drain
And an island-shaped polycrystalline Si layer separate from the polycrystalline Si layer.
Impurity as n-type dopant by ion doping method
N channel doped as source and drain
A method of manufacturing a thin film transistor array having a thin film transistor , comprising: a polycrystalline Si layer corresponding to each thin film transistor on a substrate;
A step of forming an etching stopper layer covering the entire surface of the substrate after laminating a gate insulating film and a gate electrode; and doping ions on the etching stopper layer in a portion to be a p-channel thin film transistor with a different etching rate from the etching stopper layer. forming a first mask layer to prevent, n Ji polycrystalline Si layer that is not covered by the first mask layer
A first ion doping step of doping an impurity giving a channel type; a first removing step of removing the first mask layer; and an etching stopper layer on a portion of the etching stopper layer to be an n-channel thin film transistor Forming a second mask layer having different etching rates and preventing ion doping, and forming a p-type layer on the polycrystalline Si layer not covered with the second mask layer.
A method for manufacturing a thin film transistor array, comprising: a second ion doping step of ion doping an impurity giving a channel type; and a second removing step of removing the second mask layer.
ての不純物をイオンドーピング法でドーピングしてソーAll impurities by ion doping
ス部及びドレイン部としたpチャネル型薄膜トランジスP-channel type thin film transistor as source and drain
タと、前記多結晶Si層とは別の島状の多結晶Si層にAnd an island-shaped polycrystalline Si layer separate from the polycrystalline Si layer.
n型ドーパントとしての不純物をイオンドーピング法でImpurity as n-type dopant by ion doping method
ドーピングしてソース部及びドレイン部としたnチャネN channel doped as source and drain
ル型薄膜トランジスタとを有する薄膜トランジスタアレThin film transistor array having
イの製造方法において、In the manufacturing method of b, 基板上に各薄膜トランジスタに対応する多結晶Si層,A polycrystalline Si layer corresponding to each thin film transistor on a substrate,
ゲート絶縁膜,ゲート電極を積層形成した後に基板全面After laminating gate insulating film and gate electrode, the entire substrate
を覆うエッチングストッパー層を形成する工程と、Forming an etching stopper layer covering nチャネル型薄膜トランジスタとなる部分の前記エッチThe etch of a portion to be an n-channel thin film transistor
ングストッパー層上に該エッチングストッパー層とエッThe etching stopper layer and the etching stopper layer.
チングレートが異なりイオンのドーピングを阻止する第Ching rate is different to prevent ion doping
1のマスク層を形成する工程と、Forming a first mask layer; 該第1のマスク層で覆われていない多結晶Si層にpチThe polycrystalline Si layer not covered with the first mask layer
ャネル型を与える不純物をドーピングする第1のイオンFirst ion for doping an impurity giving a channel type
ドーピング工程と、A doping process; 前記第1のマスク層を除去する第1の除去工程と、A first removing step of removing the first mask layer; pチャネル型薄膜トランジスタとなる部分の前記エッチThe etch of a portion to be a p-channel thin film transistor
ングストッパー層上に該エッチングストッパー層とエッThe etching stopper layer and the etching stopper layer.
チングレートが異なりイオンのドーピングを阻止する第Ching rate is different to prevent ion doping
2のマスク層を形成する工程と、Forming a second mask layer; 該第2のマスク層で覆われていない多結晶Si層にnチThe polycrystalline Si layer not covered with the second mask layer
ャネル型を与える不純物をイオンドープする第2のイオSecond ion for ion doping an impurity giving a channel type
ンドーピング工程と、Doping process; 前記第2のマスク層を除去する第2の除去工程と、A second removing step of removing the second mask layer; を具備することを特徴とする薄膜トランジスタアレイのOf a thin film transistor array characterized by comprising:
製造方法。Production method.
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