JPH07326762A - Thin film transistor and manufacture thereof - Google Patents
Thin film transistor and manufacture thereofInfo
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- JPH07326762A JPH07326762A JP11915294A JP11915294A JPH07326762A JP H07326762 A JPH07326762 A JP H07326762A JP 11915294 A JP11915294 A JP 11915294A JP 11915294 A JP11915294 A JP 11915294A JP H07326762 A JPH07326762 A JP H07326762A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、薄膜トランジスタ及
びその製造方法に関し、特に絶縁基板または導電性基板
に絶縁層を作製した基板上に形成した多結晶薄膜半導体
を用いた薄膜トランジスタのオフ電流を抑制するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same, and more particularly, it suppresses off current of a thin film transistor using a polycrystalline thin film semiconductor formed on a substrate having an insulating layer formed on an insulating substrate or a conductive substrate. It is a thing.
【0002】[0002]
【従来の技術】情報のパーソナル化、コンピュータの小
型化・高性能化に伴い現代は情報化の時代と言われてい
る。ここ数年来の情報機器のダウンサイジングは、マン
・マシーンインターフェイスとしてのディスプレイ、特
に薄膜半導体を用いたトランジスタ(薄膜トランジス
タ)をスイッチング素子として用いた液晶ディスプレイ
(LCD)の研究が盛んである。2. Description of the Related Art With the personalization of information and the miniaturization and higher performance of computers, the present age is said to be the age of information. For downsizing of information devices for the past several years, researches on displays as man-machine interfaces, particularly liquid crystal displays (LCDs) using transistors (thin film transistors) using thin film semiconductors as switching elements have been actively conducted.
【0003】薄膜トランジスタの半導体膜としては、従
来より非晶質薄膜半導体が用いられてきた。しかし、例
えば、非晶質シリコンでは移動度が数cm2 /Vs以下
と低いため応答速度が遅く画素部にのみ用いられ、駆動
部はICチップ等を別に作製し後、ワイヤーボンディン
グなどで接続せねばならないなど種々の問題があった。As a semiconductor film of a thin film transistor, an amorphous thin film semiconductor has been conventionally used. However, for example, since amorphous silicon has a low mobility of several cm 2 / Vs or less, it has a slow response speed and is used only in the pixel portion. The drive portion is formed separately from an IC chip and then connected by wire bonding or the like. There were various problems such as having to do it.
【0004】このような問題から非晶質薄膜半導体に替
わる材料として多結晶薄膜半導体が精力的に研究されて
いる。多結晶薄膜シリコンを例にとれば、その移動度は
非晶質薄膜シリコンの2桁以上あり、高速応答かつ画素
・駆動部一体型ディスプレイを実現でき、軽量・コンパ
クトなディスプレイを作るには良質の材料と考えられて
いる。Due to such problems, polycrystalline thin film semiconductors have been vigorously studied as a material to replace amorphous thin film semiconductors. Taking polycrystalline thin-film silicon as an example, its mobility is more than two orders of magnitude that of amorphous thin-film silicon, and it is possible to realize a high-speed response and pixel / drive unit integrated display, which is of good quality for making a lightweight and compact display. It is considered a material.
【0005】このような利点を持つ多結晶薄膜トランジ
スタの問題点として、オフ電流の値が非晶質薄膜トラン
ジスタと比べて数桁程度大きいことが挙げられる。この
原因は、トランジスタ動作時、ドレイン側の半導体層と
活性層界面に高い電界強度がかかるためと考えられてお
り、この対応策として従来LDD(Lightly Doped Drai
n)構造が提案されている。A problem with a polycrystalline thin film transistor having such advantages is that the off-current value is several orders of magnitude higher than that of an amorphous thin film transistor. It is considered that this is because a high electric field strength is applied to the interface between the semiconductor layer on the drain side and the active layer during transistor operation. As a countermeasure against this, the conventional LDD (Lightly Doped Drai) is used.
n) A structure is proposed.
【0006】代表的なLDD構造をもった多結晶薄膜ト
ランジスタの製造方法を図15ないし図20に示す。A method of manufacturing a polycrystalline thin film transistor having a typical LDD structure is shown in FIGS.
【0007】絶縁性基板30上に形成された多結晶半導
体層31上に、ゲート絶縁層32、ゲート電極33を形
成した後、それぞれパターニングする(図15参照)。A gate insulating layer 32 and a gate electrode 33 are formed on the polycrystalline semiconductor layer 31 formed on the insulating substrate 30, and then patterned (see FIG. 15).
【0008】その後、ゲート電極33をマスクとして、
拡散係数の大きいP(燐)をイオン注入34し、n- 領
域35a、35bを形成する(図16参照)。Then, using the gate electrode 33 as a mask,
Ion implantation 34 of P (phosphorus) having a large diffusion coefficient is performed to form n − regions 35a and 35b (see FIG. 16).
【0009】次に、化学気相成長(CVD)法により絶
縁膜36を堆積し(図17参照)、その絶縁膜36を異
方性エッチングによりゲート電極33の両側にサイドウ
ォール37a,37bを形成する(図18参照)。Next, an insulating film 36 is deposited by the chemical vapor deposition (CVD) method (see FIG. 17), and the insulating film 36 is anisotropically etched to form sidewalls 37a and 37b on both sides of the gate electrode 33. (See FIG. 18).
【0010】続いて、ゲート電極33及びサイドウォー
ル37a,37bをマスクとして、As(砒素)をイオ
ン注入38し、n+ 領域39a、39bを形成する(図
19参照)。Subsequently, As (arsenic) is ion-implanted 38 using the gate electrode 33 and the sidewalls 37a and 37b as a mask to form n + regions 39a and 39b (see FIG. 19).
【0011】この後、約1000℃の高温でアニールを
行い(図20参照)、n- 領域35a,35b,n+ 領
域39a,39bおよびゲート電極33を活性化してい
る。ここで、n- 領域35a,35bがLDD領域と呼
ばれ、トランジスタ動作時にチャネル部とドレイン領域
との間の抵抗の傾斜部となり、電界を緩和する構造を作
っている。Thereafter, annealing is performed at a high temperature of about 1000 ° C. (see FIG. 20) to activate the n − regions 35a, 35b, n + regions 39a, 39b and the gate electrode 33. Here, the n − regions 35a and 35b are referred to as LDD regions, which serve as a sloped portion of resistance between the channel portion and the drain region during transistor operation, thereby forming a structure for relaxing an electric field.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】このようなLDD構造
トランジスタの形成方法では、イオン注入が2回必要で
あり、かつ、ゲート電極の両側に壁を作るなど工程が複
雑化になるなどの問題があった。In the method of forming the LDD structure transistor as described above, there are problems that the ion implantation is required twice and the process is complicated such as forming walls on both sides of the gate electrode. there were.
【0013】また、高温での活性化を行うために使用可
能な基板の種類が限定されコストが高くなるという問題
もあった。Another problem is that the types of substrates that can be used for activation at high temperatures are limited and the cost is high.
【0014】更に、この構造自体の特徴としLDDの最
適条件範囲が狭く、n- 領域特有の劣化モードを示すこ
とが知られている。Further, it is known that the characteristic of this structure itself is that the LDD optimum condition range is narrow and that a deterioration mode peculiar to the n − region is exhibited.
【0015】ところで、多結晶薄膜半導体をトランジス
タ素子に用いた場合、多結晶のサイズ(結晶粒径)と素
子特性には相関があることが明らかとなっている。例え
ば特願平5−154128号に示すように、非晶質シリ
コン(Si)に不純物イオンを注入した後、レーザで再
結晶させ多結晶Siを作製した場合、結晶粒径の拡大と
共にシート抵抗が低くなる傾向を示している。このこと
は、単位長さ当たりの粒界での電子散乱が少なくなった
ためと考えることができ、粒界を用いて電界を制御する
ことが可能であることを示している。By the way, when a polycrystalline thin film semiconductor is used in a transistor element, it has been clarified that there is a correlation between the polycrystalline size (crystal grain size) and element characteristics. For example, as shown in Japanese Patent Application No. 5-154128, when polycrystalline Si is manufactured by implanting impurity ions into amorphous silicon (Si) and then recrystallizing the amorphous silicon (Si) with a laser, the sheet resistance increases as the crystal grain size increases. It shows a tendency to decrease. It can be considered that this is because electron scattering at the grain boundary per unit length is reduced, and it is possible to control the electric field by using the grain boundary.
【0016】この発明は、上述した問題点を解消するた
めになされたものにして、チャネル部とソース、ドレイ
ン領域の結晶粒径を制御することでLDD構造と同様の
オフ電流を低減する構造を作製し、工程の短縮および低
コスト化を実現することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a structure for reducing the off current similar to the LDD structure by controlling the crystal grain sizes of the channel portion, the source and drain regions. The purpose is to manufacture and realize the reduction of the process and the cost reduction.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に形
成された多結晶半導体膜にチャネル部及びソース、ドレ
イン領域が形成され、上記チャネル部上に絶縁膜を介し
て、ゲート電極が設けられた薄膜トランジスタであっ
て、上記ソース、ドレイン領域の多結晶半導体膜は上記
チャネル部の結晶粒径より小さな結晶粒径の多結晶半導
体膜からなることを特徴とする。According to the present invention, a channel portion and a source / drain region are formed in a polycrystalline semiconductor film formed on a substrate, and a gate electrode is provided on the channel portion via an insulating film. The polycrystalline semiconductor film in the source and drain regions is made of a polycrystalline semiconductor film having a crystal grain size smaller than that of the channel portion.
【0018】上記多結晶半導体膜として、ソース、ドレ
イン領域に位置する箇所に凹凸が形成された基板上に積
層した非晶質半導体を再結晶化させたものを用いること
ができる。As the above-mentioned polycrystalline semiconductor film, it is possible to use a film obtained by recrystallizing an amorphous semiconductor laminated on a substrate in which irregularities are formed at the positions located in the source and drain regions.
【0019】上記ドレイン領域に結晶性を悪くするイオ
ンが選択的に導入するとよい。Ions that deteriorate the crystallinity may be selectively introduced into the drain region.
【0020】上記ゲート電極がソース、ドレイン領域の
一部まで延在させるとよい。It is preferable that the gate electrode extends to part of the source and drain regions.
【0021】また、この発明の薄膜トランジスタの製造
方法は、ソース、ドレイン領域に位置する箇所の基板表
面に凹凸を形成する工程と、形成した基板上に非晶質半
導体膜とする工程と、この非晶質半導体に熱処理を施
し、再結晶化させ多結晶半導体膜を形成する工程と、チ
ャネル部上に絶縁膜を介してゲート電極を設け、このゲ
ート電極をマスクとして上記多結晶半導体膜にソース、
ドレイン領域を形成する工程と、からなる。Further, the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention comprises the steps of forming irregularities on the substrate surface at the portions located in the source and drain regions, forming an amorphous semiconductor film on the formed substrate, and A step of heat-treating the crystalline semiconductor to form a polycrystalline semiconductor film by recrystallization, a gate electrode is provided over the channel portion with an insulating film interposed therebetween, and the gate electrode is used as a mask to form a source into the polycrystalline semiconductor film.
And a step of forming a drain region.
【0022】上記凹凸部の高さを、形成する多結晶半導
体膜の厚さと同じかまたは2/3以上の高さに制御すれ
ばよい。The height of the concavo-convex portion may be controlled to be equal to or more than 2/3 of the thickness of the polycrystalline semiconductor film to be formed.
【0023】[0023]
【作用】この発明は、ソース、ドレイン領域の結晶粒径
をチャネル部の結晶粒径より小さくなるように制御する
ことで、ソース、ドレイン領域とチャネル部の間に高抵
抗な領域を設けることができ、チャネルとドレイン間の
電解緩和が図れる。According to the present invention, a high resistance region is provided between the source / drain region and the channel portion by controlling the crystal grain size of the source / drain region to be smaller than that of the channel portion. As a result, electrolytic relaxation between the channel and the drain can be achieved.
【0024】更に、ドレイン領域にソース領域よりも高
抵抗となるイオンを導入することで、ドレイン領域とチ
ャネル部間の電解が緩和され、トランジスタのオフ電流
がより緩和される。Further, by introducing ions having a higher resistance than the source region into the drain region, the electrolysis between the drain region and the channel portion is relaxed, and the off current of the transistor is further relaxed.
【0025】ゲート電極をソース、ドレイン領域の一部
まで延在にさせることで、LDD構造のn-領域と同様
の構造を採ることができる。By extending the gate electrode to a part of the source and drain regions, a structure similar to the n − region of the LDD structure can be adopted.
【0026】また、この発明の製造方法では、ソース、
ドレイン領域となる基板表面上にあらかじめ選択的に凹
凸部を形成し、レーザまたは低温加熱により非晶質半導
体の再結晶化を行う。この時、凹凸部では結晶粒径がそ
の他の部分よりも小さくなり、その一部は従来のLDD
構造でのn- 領域の役割を異なる構造で果たすこととな
る。このため、LDD構造特有の劣化は解決し、n- 領
域作成用のイオン注入工程、ゲート電極の側壁を作る工
程が不要となる。さらにn+ 領域およびゲート電極の活
性化をレーザまたは低温加熱で行うことにより、工程全
体の低温化・高スループット化が可能となり、コスト低
減に寄与する。Further, according to the manufacturing method of the present invention, the source,
A concavo-convex portion is selectively formed in advance on the surface of the substrate to be the drain region, and the amorphous semiconductor is recrystallized by laser or low temperature heating. At this time, the grain size in the uneven portion is smaller than that in other portions, and a part of the grain size is different from that of the conventional LDD
The role of the n - region in the structure will be fulfilled by the different structure. Therefore, the deterioration peculiar to the LDD structure is solved, and the ion implantation step for forming the n − region and the step for forming the side wall of the gate electrode are unnecessary. Further, by activating the n + region and the gate electrode by laser or low temperature heating, it is possible to lower the temperature and increase the throughput of the entire process, which contributes to cost reduction.
【0027】[0027]
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に従い説明
する。図1はこの発明の一実施例を示す断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
【0028】石英ガラス或いはSiO2 、SiNx 等の
絶縁膜を100nm〜1μm成膜した低融点ガラスまた
は導電性基板からなる基板1表面のソース、ドレイン領
域4、5が形成される箇所には、予め凹凸部2が形成さ
れている。この凹凸部2の高さ(深さ)は、再結晶化後
のソース、ドレイン領域4、5の平均結晶粒径がチャネ
ル部3の平均結晶粒粒径の1/10以下となる様に、こ
の基板1上に設けられる多結晶半導体膜の膜厚に応じて
制御される。Quartz glass, low-melting glass having an insulating film of SiO 2 , SiN x or the like deposited to a thickness of 100 nm to 1 μm, or a conductive substrate is formed on the surface of the substrate 1, where source and drain regions 4 and 5 are formed. The uneven portion 2 is formed in advance. The height (depth) of the uneven portion 2 is such that the average crystal grain size of the source and drain regions 4 and 5 after recrystallization is 1/10 or less of the average crystal grain size of the channel part 3. It is controlled according to the film thickness of the polycrystalline semiconductor film provided on the substrate 1.
【0029】図11に、凹凸の深さとその上に形成され
る多結晶半導体膜の平均結晶粒径の関係を示す。この図
は、形成される多結晶半導体膜の膜厚に対して凹凸部の
高さを規格化し、凹凸を設けていないときとを1とし、
その比を示している。この図より、凹凸部の高さ(深
さ)が2/3以上で平均粒径が凹凸のない場合の1/1
0以下となり飽和している。FIG. 11 shows the relationship between the depth of the unevenness and the average crystal grain size of the polycrystalline semiconductor film formed thereon. In this figure, the height of the uneven portion is standardized with respect to the film thickness of the polycrystalline semiconductor film to be formed, and the case where no unevenness is provided is set to 1,
The ratio is shown. From this figure, the height (depth) of the concavo-convex portion is 2/3 or more and the average particle size is 1/1 when there is no concavity and convexity.
It is below 0 and saturated.
【0030】図12に結晶の平均粒径と抵抗値の関係を
示す。一般にLDD構造を持つソース、ドレインとLD
D構造を持たないソース、ドレインとでは、その抵抗値
が1桁以上異なる。すなわち、LDD構造の方が1桁以
上大きい抵抗値を持つ。図12に示すように、平均粒径
が1/6であれば抵抗値は約5倍となっている。このこ
とからチャネル部3の1/10以下の粒径のソース、ド
レイン領域4、5を形成すればLDD構造と同様の効果
が得られる。FIG. 12 shows the relationship between the average grain size of crystals and the resistance value. In general, LDD source and drain and LD
The resistance value of the source and the drain having no D structure is different by one digit or more. That is, the LDD structure has a resistance value larger by one digit or more. As shown in FIG. 12, when the average particle size is 1/6, the resistance value is about 5 times. Therefore, by forming the source / drain regions 4 and 5 having a grain size 1/10 or less of that of the channel portion 3, the same effect as the LDD structure can be obtained.
【0031】上記のように、基板1上に所定の凹凸部2
が形成され、この上にプラズマCVD法等により形成さ
れた所定の膜厚の非晶質Si(以下a−Siと略す)を
レーザ照射等により再結晶化し、多結晶半導体膜が形成
されている。この多結晶半導体膜は、チャネル部3の平
均結晶粒径よりソース、ドレイン領域4、5の平均結晶
粒径が1/10以下である。そして、チャネル部3上に
ゲート絶縁膜6を介して、ゲート電極7が設けられ、こ
のゲート電極7をマスクとして、P(燐)等の不純物が
イオン注入等により、ソース、ドレイン領域4、5に導
入されている。このゲート電極7はソース、ドレイン領
域4、5部とそれぞれチャネル長の1/10程度重なっ
ている。As described above, the predetermined uneven portion 2 is formed on the substrate 1.
Is formed, and amorphous Si (hereinafter abbreviated as a-Si) having a predetermined thickness formed by plasma CVD or the like is recrystallized by laser irradiation or the like to form a polycrystalline semiconductor film. . In this polycrystalline semiconductor film, the average crystal grain size of the source and drain regions 4 and 5 is 1/10 or less of the average crystal grain size of the channel portion 3. Then, a gate electrode 7 is provided on the channel portion 3 via the gate insulating film 6, and with the gate electrode 7 as a mask, impurities such as P (phosphorus) are ion-implanted or the like to form the source / drain regions 4 and 5. Has been introduced to. The gate electrode 7 overlaps the source and drain regions 4 and 5 by about 1/10 of the channel length, respectively.
【0032】また、ドレイン領域5には、更に、O(酸
素),Al(アルミニウム),C(炭素)などのイオン
が選択的にドープされ、ソース領域4より高抵抗しても
良い。Further, the drain region 5 may be selectively doped with ions of O (oxygen), Al (aluminum), C (carbon), etc. to have a higher resistance than the source region 4.
【0033】ゲート電極7を含め基板上1にSiO2等
の保護絶縁膜8が設けられ、この保護絶縁膜8に設けた
コンタクトホールを介してソース、ドレイン領域4、5
とAl等の金属電極8、8とのコンタクトが採られてい
る。A protective insulating film 8 such as SiO 2 is provided on the substrate 1 including the gate electrode 7, and the source / drain regions 4, 5 are formed through the contact holes provided in the protective insulating film 8.
And the metal electrodes 8 made of Al or the like.
【0034】次に、この発明による薄膜トランジスタの
製造方法を2図ないし図10に従い説明する。Next, a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
【0035】図2に示すように、石英ガラス或いはSi
O2 、SiNx 等の絶縁膜を100nm〜1μm成膜し
た低融点ガラスまたは導電性基板1上の絶縁層上にレジ
スト11を塗布し、ソース、ドレイン領域となる箇所に
フォトリソグラフフィにより窓11aを形成する。As shown in FIG. 2, quartz glass or Si
A resist 11 is applied on the insulating layer on the low melting point glass or the conductive substrate 1 on which an insulating film of O 2 , SiN x or the like is formed to a thickness of 100 nm to 1 μm, and the window 11a is formed by photolithography on the portions to be the source and drain regions. To form.
【0036】次に、図3に示すように、希釈HF,バッ
ファードHF等の水溶液を用いたウエットエッチング、
またはCH4 ,SF6 ,CCl2 F6 等のガスを用いた
ドライエッチングにより凹凸部2,2を形成する。この
時、上述したように、再結晶化後のソース、ドレイン領
域4、5の平均粒径がチャネル部3の平均粒径の1/1
0以下となる様にそれぞれの膜厚で条件出しをしてお
く。Next, as shown in FIG. 3, wet etching using an aqueous solution of diluted HF, buffered HF, etc.,
Alternatively, the irregularities 2 are formed by dry etching using a gas such as CH 4 , SF 6 , CCl 2 F 6, or the like. At this time, as described above, the average grain size of the source and drain regions 4 and 5 after recrystallization is 1/1 of the average grain size of the channel portion 3.
Conditions are set for each film thickness so as to be 0 or less.
【0037】続いて、図4に示すように、レジスト11
を除去した後、プラズマCVD、低圧CVD、スパッタ
法等を用いてa−Si膜を20〜100nm堆積させ、
パターニングによりa−Siからなるアイランド12を
形成する。また、a−Si膜中に水素が多く含まれると
再結晶化時に突沸し、膜荒れを起すため、成膜後600
℃以下の低温アニール等の方法で脱水素処理を行う。Then, as shown in FIG.
Is removed, and then an a-Si film is deposited in a thickness of 20 to 100 nm by using plasma CVD, low pressure CVD, a sputtering method, or the like,
An island 12 made of a-Si is formed by patterning. Further, if the a-Si film contains a large amount of hydrogen, bumping occurs during recrystallization and film roughness occurs.
Dehydrogenation is performed by a method such as low-temperature annealing at ℃ or less.
【0038】その後、図5に示すように、レーザ照射1
3によりa−Si膜の再結晶を行い、ソース、ドレイン
領域とチャネル部との結晶粒径が異なる多結晶半導体膜
14を形成する。この時レーザとして、高エネルギー密
度の短パルスレーザ(F2 ,ArF,KrF,XeC
l,エキシマレーザ)を用いることで処理時間の短縮を
行うことができる。また、この時のレーザエネルギーは
100mJ/cm2 〜500mJ/cm2 、一カ所に照
射する回数は1〜100回である。Then, as shown in FIG. 5, laser irradiation 1
3, the a-Si film is recrystallized to form a polycrystalline semiconductor film 14 having different crystal grain sizes in the source / drain regions and the channel portion. At this time, as a laser, a high energy density short pulse laser (F 2 , ArF, KrF, XeC) is used.
1, excimer laser) can be used to shorten the processing time. In addition, the laser energy at this time is 100 mJ / cm 2 to 500 mJ / cm 2 , and the number of times of irradiation to one place is 1 to 100 times.
【0039】次に、常圧CVD法、スパッタ法等により
膜厚20〜200nmのゲート絶縁膜6を成膜し、その
上にゲート電極用のa−Si膜7aを図4に示す方法と
同様の方法で50〜150nm成膜する。Next, the gate insulating film 6 having a film thickness of 20 to 200 nm is formed by the atmospheric pressure CVD method, the sputtering method or the like, and the a-Si film 7a for the gate electrode is formed thereon as in the method shown in FIG. The film is formed to a thickness of 50 to 150 nm by the above method.
【0040】そして、図7に示すように、ゲート部上に
レジスト15が残るようにパターニングを行いa−Si
膜7a、絶縁膜6をエッチングする。この時、ゲート電
極、ソース、ドレイン領域との重なりがそれぞれチャネ
ル長の1/10程度となるようにマスク設計を行ってお
く。Then, as shown in FIG. 7, patterning is performed so that the resist 15 remains on the gate portion.
The film 7a and the insulating film 6 are etched. At this time, the mask is designed so that the overlap with the gate electrode, the source, and the drain region is about 1/10 of the channel length.
【0041】続いて、図8に示すように、レジストを除
去後、ゲート電極7をマスクとして、五族元素(P,A
s,Sb等)、三族元素(B等)またはこれらを含む化
合物を不純物イオン16として注入し、nまたはp型の
不純物イオン層4a、5bを形成する。さらに、ドレイ
ン領域5には、更に、O,Al,Cなどのイオンが選択
的にドープされ、ソース領域4より高抵抗しても良い。Then, as shown in FIG. 8, after removing the resist, the Group 5 elements (P, A) are used with the gate electrode 7 as a mask.
s, Sb, etc.), a group III element (B, etc.) or a compound containing these is implanted as impurity ions 16 to form n- or p-type impurity ion layers 4a, 5b. Furthermore, the drain region 5 may be further selectively doped with ions of O, Al, C or the like to have a higher resistance than the source region 4.
【0042】その後、図9に示すように、これら素子を
レーザ17で活性化し、ソース領域4、ドレイン領域5
及びゲート電極7を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 9, these elements are activated by a laser 17, and a source region 4 and a drain region 5 are activated.
And the gate electrode 7 is formed.
【0043】次に、図10に示すように、膜厚300〜
500nmのSiO2からなる保護絶縁膜8を被着さ
せ、多結晶Si粒界でのリーク電流を抑えるため水素原
子または分子によるパッシベーション18を行う。そし
て、保護絶縁膜8にコンタクトホールを形成した後、A
lからなる金属電極を設けることにより、図1に示すこ
の発明の薄膜トランジスタが得られる。Next, as shown in FIG.
A protective insulating film 8 made of SiO 2 having a thickness of 500 nm is deposited, and passivation 18 is performed with hydrogen atoms or molecules in order to suppress the leak current at the polycrystalline Si grain boundaries. Then, after forming a contact hole in the protective insulating film 8, A
By providing the metal electrode made of l, the thin film transistor of the invention shown in FIG. 1 can be obtained.
【0044】上述した工程は、すべて600℃以下の低
温プロセスで行える。従って、基板として、ガラス基板
等を用いることができるためコストダウンを行うことが
できる。All of the above steps can be performed in a low temperature process of 600 ° C. or lower. Therefore, since a glass substrate or the like can be used as the substrate, the cost can be reduced.
【0045】次に、この発明の第2の実施例につき図1
3ないし図14を参照にして説明する。この第2の実施
例は、チャネル部23となる部分の領域は膜厚が薄く、
ソース、ドレイン領域24、25となる部分の膜厚は厚
くした多結晶半導体膜20を用いる。この第2の実施例
は、特願平5−154128号に示されているように、
膜厚の薄い多結晶または非晶質シリコン膜をレーザを用
いて再結晶化させると、膜厚の厚い多結晶または非晶質
シリコン膜をレーザを用いて再結晶化させたものより、
結晶粒径が大きくなることを利用したものである。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
It will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the film thickness of the region to be the channel portion 23 is small,
The polycrystalline semiconductor film 20 is used in which the film thickness of the portions to be the source and drain regions 24 and 25 is increased. This second embodiment, as shown in Japanese Patent Application No. 5-154128,
When a thin polycrystalline or amorphous silicon film is recrystallized using a laser, a thick polycrystalline or amorphous silicon film is recrystallized using a laser.
It utilizes the fact that the crystal grain size becomes large.
【0046】以下、図13及び図14に従いこの第2の
実施例を説明する。図13に示すように、ガラスからな
る絶縁性透明基板21上に,a−Si膜20をチャネル
部となる領域を50nmの膜厚に、その両側のソースド
レイン領域となる領域を100nmの膜厚になるように
形成する。そして、真空雰囲気中において、基板表面側
からレーザ26を照射する。レーザとしては,ArFエ
キシマレーザを用い、この時の基板温度を400℃とし
た。このレーザ照射により、膜厚が50nmの領域、す
なわちチャネル部23となる領域は結晶粒径の大きな多
結晶半導体膜となり、膜厚が100nmのソース24領
域、ドレイン領域25となる領域は結晶粒径の小さな多
結晶半導体膜となる。The second embodiment will be described below with reference to FIGS. 13 and 14. As shown in FIG. 13, on the insulating transparent substrate 21 made of glass, a region of the a-Si film 20 serving as a channel portion has a film thickness of 50 nm, and regions on both sides thereof serving as source / drain regions have a film thickness of 100 nm. To be formed. Then, in the vacuum atmosphere, the laser 26 is irradiated from the substrate surface side. An ArF excimer laser was used as the laser, and the substrate temperature at this time was 400 ° C. By this laser irradiation, a region having a film thickness of 50 nm, that is, a region to be the channel portion 23 becomes a polycrystalline semiconductor film having a large crystal grain size, and a region having a film thickness of 100 nm to be the source 24 region and the drain region 25 has a crystal grain size. Becomes a small polycrystalline semiconductor film.
【0047】続いて、図14に示すように、ゲート絶縁
膜27及びゲート電極28を形成する。この時、ゲート
電極がソース、ドレイン領域に前述の実施例と同様にチ
ャネル長の1/10程度と重なるように形成されてい
る。このゲート電極28をマスクとして、五族元素
(P,As,Sb等)、三族元素(B等)またはこれら
を含む化合物を不純物イオン19として注入し、nまた
はp型の不純物イオン層を形成する。さらに、ドレイン
領域25には、更に、O,Al,Cなどのイオンが選択
的にドープされ、ソース領域24より高抵抗しても良
い。そして、これら素子をレーザで活性化し、ソース領
域24、ドレイン領域25及びゲート電極28を形成す
る。Subsequently, as shown in FIG. 14, a gate insulating film 27 and a gate electrode 28 are formed. At this time, the gate electrode is formed in the source and drain regions so as to overlap with about 1/10 of the channel length as in the above-described embodiment. Using the gate electrode 28 as a mask, a Group 5 element (P, As, Sb, etc.), a Group 3 element (B, etc.) or a compound containing these is implanted as impurity ions 19 to form an n-type or p-type impurity ion layer. To do. Further, the drain region 25 may be further selectively doped with ions of O, Al, C or the like to have a higher resistance than the source region 24. Then, these elements are activated by laser to form a source region 24, a drain region 25 and a gate electrode 28.
【0048】次に、図示はしないが、前述の実施例と同
様に、膜厚300〜500nmのSiO2からなる保護
絶縁膜を被せ、多結晶Si粒界でのリーク電流を抑える
ため水素原子または分子によるパッシベーションを行っ
た後、保護絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、A
lからなる金属電極を設けることにより、この発明の薄
膜トランジスタが得られる。Next, although not shown, as in the previous embodiment, a protective insulating film made of SiO 2 having a film thickness of 300 to 500 nm is covered, and hydrogen atoms or hydrogen atoms are used to suppress the leak current at the polycrystalline Si grain boundaries. After performing passivation by molecules, after forming a contact hole in the protective insulating film, A
The thin film transistor of the present invention can be obtained by providing the metal electrode made of l.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、基板の凹凸部で多結晶半導体の粒径を制御し、これ
を用いてゲート部とソースドレイン界面での電界緩和を
行うことから従来の方法より短時間・低コストでLDD
構造を持ったものと同様のトランジスタを作製可能であ
る。As described above, according to the present invention, the grain size of the polycrystalline semiconductor is controlled by the uneven portion of the substrate, and the electric field is relaxed at the interface between the gate portion and the source / drain by using this. LDD in a shorter time and at lower cost than conventional methods
A transistor similar to one having a structure can be manufactured.
【0050】さらに、従来、LDD構造特有の問題であ
ったn- 領域での抵抗値の経時変化が、この発明では構
造的に起らないため高い信頼性が得られる。Further, the present invention does not structurally change with time the resistance value in the n − region, which has been a problem peculiar to the LDD structure, so that high reliability can be obtained.
【0051】また、全ての工程を600℃以下の低温プ
ロセスで行えるこめ基板のコストダウンを行うことがで
きる。Further, the cost of the mortar substrate can be reduced because all the steps can be performed by a low temperature process of 600 ° C. or lower.
【図1】この発明の第1実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.
【図2】この発明の第1実施例の薄膜トランジスタの製
造例を工程別に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment of the invention.
【図3】この発明の第1実施例の薄膜トランジスタの製
造例を工程別に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing the thin film transistor of the first embodiment of the invention.
【図4】この発明の第1実施例の薄膜トランジスタの製
造例を工程別に示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing an example of manufacturing steps of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention in steps.
【図5】この発明の第1実施例の薄膜トランジスタの製
造例を工程別に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing example of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention in steps.
【図6】この発明の第1実施例の薄膜トランジスタの製
造例を工程別に示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing an example of manufacturing steps of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention in steps.
【図7】この発明の第1実施例の薄膜トランジスタの製
造例を工程別に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing example of the thin film transistor of the first embodiment of the present invention step by step.
【図8】この発明の第1実施例の薄膜トランジスタの製
造例を工程別に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing the thin film transistor of the first embodiment of the present invention.
【図9】この発明の第1実施例の薄膜トランジスタの製
造例を工程別に示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing example of the thin film transistor of the first embodiment of the present invention in steps.
【図10】この発明の第1実施例の薄膜トランジスタの
製造例を工程別に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention.
【図11】基板表面の凹凸の深さとその表面に形成され
る多結晶半導体膜の平均結晶粒径の関係を示す図であ
る。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the depth of irregularities on the substrate surface and the average crystal grain size of the polycrystalline semiconductor film formed on the surface.
【図12】結晶の平均粒径と抵抗値の関係を示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the average grain size of crystals and the resistance value.
【図13】この発明の第2実施例の薄膜トランジスタの
製造例を工程別に示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing the thin film transistor of the second embodiment of the present invention.
【図14】この発明の第2実施例の薄膜トランジスタの
製造例を工程別に示す断面図である。FIG. 14 is a sectional view showing an example of manufacturing steps of a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention in steps.
【図15】従来のLDD構造の薄膜トランジスタの製造
例を工程別に示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing a conventional thin film transistor having an LDD structure in process steps.
【図16】従来のLDD構造の薄膜トランジスタの製造
例を工程別に示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing a conventional LDD-structured thin film transistor.
【図17】従来のLDD構造の薄膜トランジスタの製造
例を工程別に示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing a conventional LDD-structured thin film transistor.
【図18】従来のLDD構造の薄膜トランジスタの製造
例を工程別に示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing a conventional thin film transistor having an LDD structure.
【図19】従来のLDD構造の薄膜トランジスタの製造
例を工程別に示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing a process example of manufacturing a conventional thin film transistor having an LDD structure.
【図20】従来のLDD構造の薄膜トランジスタの製造
例を工程別に示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing an example of manufacturing a conventional thin film transistor having an LDD structure in each step.
1 基板 2 凹凸部 3 チャネル部 4 ソース領域 5 ドレイン領域 6 ゲート酸化膜 7 ゲート電極 8 保護絶縁膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Concavo-convex part 3 Channel part 4 Source region 5 Drain region 6 Gate oxide film 7 Gate electrode 8 Protective insulating film
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成6年9月7日[Submission date] September 7, 1994
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】発明の名称[Name of item to be amended] Title of invention
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【発明の名称】 薄膜トランジスタ及びその製造方法Title: Thin film transistor and method of manufacturing the same
Claims (6)
ャネル部及びソース、ドレイン領域が形成され、上記チ
ャネル部上に絶縁膜を介して、ゲート電極が設けられた
薄膜トランジスタであって、上記ソース、ドレイン領域
の多結晶半導体膜は上記チャネル領域の結晶粒径より小
さな結晶粒径の多結晶半導体膜からなることを特徴とす
る薄膜トランジスタ。1. A thin film transistor having a channel portion, a source and a drain region formed in a polycrystalline semiconductor film formed on a substrate, and a gate electrode provided on the channel portion with an insulating film interposed therebetween. A thin film transistor, wherein the polycrystalline semiconductor film in the source and drain regions is made of a polycrystalline semiconductor film having a crystal grain size smaller than that of the channel region.
ン領域に位置する箇所に凹凸が形成された基板上に積層
した非晶質半導体を再結晶化させたものであることを特
徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。2. The polycrystalline semiconductor film is obtained by recrystallizing an amorphous semiconductor laminated on a substrate having concavities and convexities formed at locations located in the source and drain regions. Item 3. The thin film transistor according to Item 1.
オンが選択的に導入されることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の薄膜トランジスタ。3. The thin film transistor according to claim 1, wherein ions that deteriorate the crystallinity are selectively introduced into the drain region.
の一部まで延在していることを特徴とする請求項1ない
し3のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。4. The thin film transistor according to claim 1, wherein the gate electrode extends to part of the source and drain regions.
基板表面に凹凸を形成する工程と、形成した基板上に非
晶質半導体膜とする工程と、この非晶質半導体に熱処理
を施し、再結晶化形成し、多結晶半導体膜を形成する工
程と、チャネル部上に絶縁膜を介してゲート電極を設
け、このゲート電極をマスクとして上記多結晶半導体膜
にソース、ドレイン領域を形成する工程と、からなる薄
膜トランジスタの製造方法。5. A step of forming irregularities on the substrate surface at the portions located in the source and drain regions, a step of forming an amorphous semiconductor film on the formed substrate, a heat treatment of the amorphous semiconductor, A step of crystallizing and forming a polycrystalline semiconductor film; a step of providing a gate electrode on the channel portion with an insulating film interposed therebetween, and forming a source / drain region in the polycrystalline semiconductor film using the gate electrode as a mask. A method of manufacturing a thin film transistor comprising:
導体膜の厚さと同じかまたは2/3以上の高さを持つこ
とを特徴とする請求項6に記載の薄膜トランジスタの製
造方法。6. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 6, wherein the height of the irregularities is equal to or greater than 2/3 of the thickness of the polycrystalline semiconductor film to be formed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11915294A JP3615239B2 (en) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | Thin film transistor and manufacturing method thereof |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11915294A JP3615239B2 (en) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | Thin film transistor and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07326762A true JPH07326762A (en) | 1995-12-12 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011151174A (en) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Sony Corp | Thin-film transistor, manufacturing method thereof, and semiconductor device |
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1994
- 1994-05-31 JP JP11915294A patent/JP3615239B2/en not_active Expired - Fee Related
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