JP2004349677A - Thin film transistor having self-alignment ldd structure and its fabrication process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタに関し、特に多結晶シリコントランジスタのLDD(lightly doped drain)構造とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thin film transistor, and more particularly, to a lightly doped drain (LDD) structure of a polycrystalline silicon transistor and a method of manufacturing the same.
液晶ディスプレイ(Liquid crystal display、LCD)の薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)は画素のスイッチング素子として使用されるが、多結晶シリコンTFTと、アモルファスシリコンTFTの2形式がある。 A thin film transistor (TFT) of a liquid crystal display (LCD) is used as a pixel switching element. There are two types, a polycrystalline silicon TFT and an amorphous silicon TFT.
多結晶シリコンTFTは、キャリア移動率が比較的高く、駆動電気回路の集積度にも優れ、電流の漏れも少ない。故に多結晶シリコンTFTは通常操作速度の速い電気回路、例えばSRAM(static random access memory)に用いられる。しかし、多結晶シリコンTFTは開閉状態において漏電流(leakage current)が発生しやすく、LCDの電荷の損失もしくはSRAMの予備電力の消耗などの問題を引き起こしてしまう。これらの問題を解決するため、LDD(lightly doped drain)構造を採用し、ドレイン・ジャンクション(drain junction)の電場を下げると、漏電流問題の改善が可能である。 Polycrystalline silicon TFTs have a relatively high carrier transfer rate, excellent integration of driving electric circuits, and low current leakage. Therefore, the polycrystalline silicon TFT is usually used for an electric circuit having a high operation speed, for example, an SRAM (static random access memory). However, a polycrystalline silicon TFT is liable to generate leakage current in the open / closed state, causing problems such as loss of LCD charge or consumption of standby power of the SRAM. In order to solve these problems, a lightly doped drain (LDD) structure is adopted to reduce the electric field at the drain junction, so that the leakage current problem can be improved.
図1及び図2は、従来の多結晶シリコンTFTのLDD構造の製造方法の断面図を示している。 1 and 2 are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing an LDD structure of a polycrystalline silicon TFT.
図1が示すように、透明絶縁基板10の特定エリア上には多結晶シリコン層12が形成されており、またゲート絶縁層14が前記の多結晶シリコン層12を覆っている。PMOSからなる多結晶シリコンTFTを例とし、始めにゲート絶縁層14上にフォトレジスト層16を形成し、フォトレジスト層16をマスクとして重イオン注入工程17を実行し、それによりフォトレジスト層16の周囲に位置する多結晶シリコン層12内にN+ドープエリア18を形成する。
As shown in FIG. 1, a
図2が示すように、フォトレジスト層16を除去した後、金属材料を堆積させ、マイクロリソグラフィー及びエッチングを行い、ゲート絶縁層14上に定義的にゲート層20を形成する。その後もゲート層20をマスクとしてLDD構造のパターンを定義し、それによりゲート層20に覆われている多結晶シリコン層12のドープされていないエリアのみをマスクすることになる。次に、ゲート層20をマスクとして低イオン注入工程21を実行し、ゲート層20の周囲に位置する多結晶シリコン層12の未ドープエリアにN−ドープエリア22を形成する。このようにして、N−ドープエリア22をLDD構造、N+ドープエリア18をソース/ドレインエリアとし、またゲート層20に覆われた多結晶シリコン層12の未ドープエリアはチャネルエリアとする。
As shown in FIG. 2, after removing the
しかしながら、前記の方法はフォトレジスト層16のパターンソース/ドレインエリアをパターン化する必要があり、且つ、ゲート層20のパターンによりLDD構造をパターン化する必要があるため、非常に正確なゲート層20のパターン以外はLDD構造の位置を確保できない。また、露光技術によるミスアライメント(photo misalignment)という制限を受けるため、ゲート層20の偏移量がコントロールしにくく、2回のイオン注入工程によりLDD構造位置の偏移による問題はますます大きくなる。その上、前記の方法のステップは複雑で、産品の生産率も低く、またLDD構造の横幅のサイズをコントロールしにくく、多結晶シリコンTFTの収縮率や電気持性の機能や信頼性にも影響を及ぼす。
However, since the above method requires patterning the patterned source / drain area of the
図3から図5は、従来の多結晶シリコンTFTのLDD構造の製造方法の断面図を示している。 3 to 5 are cross-sectional views showing a conventional method for manufacturing an LDD structure of a polycrystalline silicon TFT.
まず、図3が示すように、透明の絶縁基板30上に多結晶シリコン層32、ゲート絶縁層34及びゲート層36という順で構成されている。次に、第1フォトレジスト層38をマスクとして提供し、エッチング方式によりゲート層36とゲート絶縁層34のパターンを形成し、多結晶シリコン層32部分を露出させる。
First, as shown in FIG. 3, a
次にPMOSからなる多結晶シリコンTFTを例として、図4が示すように、第1フォトレジスト層38を除去した後、ゲート層36を利用してマスクとし、低イオン注入工程39を実行する。これにより、ゲート層36の周囲に位置する多結晶シリコン層32内にN−ドープエリア40が形成される。
Next, as shown in FIG. 4, taking a polysilicon TFT made of a PMOS as an example, after removing the first
続いて、図5が示すように、フォトレジスト材料を堆積し、リソグラフィとエッチングを行い第2フォトレジスト層42を形成し、第2フォトレジスト層42はゲート層36及びゲート絶縁層34の表面と側壁、及びゲート層36の周囲のN−ドープエリア40の1部分を覆わせるようにする。最後に、第2フォトレジスト層42をマスクとして、重イオン注入工程43を実行し、第2フォトレジスト層42の周囲に位置するN−ドープエリア40をN+ドープエリア44に変化させる。このようにして、第2フォトレジスト層42に覆われたN−ドープエリア40をLDD構造、N+ドープエリア44をソース/ドレインエリアとして、またゲート層36に覆われた多結晶シリコン層32の未ドープエリアをチャネルエリアとする。
Subsequently, as shown in FIG. 5, a photoresist material is deposited, lithography and etching are performed to form a second
前記の方法は初めにゲート層36のパターンを利用してLDD構造のパターンを定義し、さらに第2フォトレジスト層42のパターンによりソース/ドレイン電極を定義するので、ゲート層36における偏移量のLDD構造に及ぼす影響は無くなる。しかし、露光技術のミスアライメント(photo misalignment)及び2回のイオン注入工程により、やはりLDD構造の位置偏移が発生し、また複雑な製造プロセスの改善が不可能で、生産率の低さなどの問題もある。
In the above method, the pattern of the LDD structure is first defined by using the pattern of the
よって、本発明の主要な目的はセルフアライメントLDD構造を備えた多結晶シリコン薄膜トランジスタの提供であり、LDD構造に位置するゲート絶縁層とソース/ドレインエリアの厚さの差異を利用し、1回のイオン注入工程と組み合わせることで、LDD構造及びソース/ドレインエリアを同時に製作することが可能であり、従来の技術の問題を解決することにある。 Accordingly, a main object of the present invention is to provide a polycrystalline silicon thin film transistor having a self-aligned LDD structure, which utilizes a difference in thickness between a gate insulating layer and a source / drain area located in the LDD structure to perform one-time operation. An LDD structure and a source / drain area can be manufactured at the same time by combining with an ion implantation step, and an object of the present invention is to solve the problems of the conventional technology.
上述した目的を達成するために、本発明はセルフアライメント低ドープドレイン(LDD)構造を備える薄膜トランジスタを提供する。本発明の薄膜トランジスタは、基板上にチャネルエリアと、チャネルエリアの外囲に位置する第1ドープエリア及び第1ドープエリアの外囲に位置する第2ドープエリアを含む有効層を形成し、チャネルエリアを覆うセンターエリアと、センターエリアの外囲に位置し、第1ドープエリアを覆う遮蔽エリア及び遮蔽エリアの外囲に位置し、第2ドープエリアを覆う延伸エリア、これら3つのエリアを少なくとも含み、前記の有効層上に形成されるゲート絶縁層と、センターエリアを覆い、遮蔽エリアと延伸エリアを露出させ、ゲート絶縁層上に形成されるゲート層とを含んでいる。また、ゲート絶縁層の遮蔽エリアの厚さはゲート絶縁層延伸エリアのそれよりも厚い。 To achieve the above object, the present invention provides a thin film transistor having a self-aligned lightly doped drain (LDD) structure. The thin film transistor according to the present invention forms, on a substrate, an effective layer including a channel area, a first doped area located around the channel area, and a second doped area located around the first doped area. A center area that covers the first dope area, a shielding area that covers the first dope area, and an extension area that covers the second dope area, and at least these three areas, A gate insulating layer formed on the effective layer and a gate layer formed on the gate insulating layer, covering the center area, exposing the shielding area and the extended area, are included. The thickness of the shielding area of the gate insulating layer is larger than that of the gate insulating layer extending area.
前記の目的を達成するため、本発明はセルフアライメントLDD構造を備える薄膜トランジスタの製造方法を提供する。製造方法には次のようなステップが含まれる。
1.基板を提供する。
2.基板上に有効層を形成する。
3.有効層上にゲート絶縁層を形成する。ゲート絶縁層上にはセンターエリア、センターエリアの外囲に位置する遮蔽エリア、遮蔽エリアの外囲に位置する延伸エリアが定義される。
4.ゲート絶縁層上にゲート層を形成する。
5.エッチングを行い、ゲート絶縁層内のセンターエリアをゲート層で覆い、遮蔽エリアと延伸エリアを露出させ、ゲート絶縁層遮蔽エリアの厚さを延伸エリアのそれよりも厚くする。
6.次にイオン注入工程を行い、遮蔽エリアに覆われた有効層内に第1ドープエリアを形成し、延伸エリアに覆われた有効層内に第2ドープエリアを形成する。
To achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a thin film transistor having a self-aligned LDD structure. The manufacturing method includes the following steps.
1. Provide a substrate.
2. An effective layer is formed on a substrate.
3. A gate insulating layer is formed on the effective layer. On the gate insulating layer, a center area, a shield area located outside the center area, and an extension area located outside the shield area are defined.
4. A gate layer is formed over the gate insulating layer.
5. Etching is performed to cover the center area in the gate insulating layer with the gate layer, exposing the shielding area and the extended area, and making the gate insulating layer shielding area thicker than that of the extended area.
6. Next, an ion implantation step is performed to form a first doped area in the effective layer covered by the shielding area, and to form a second doped area in the effective layer covered by the extension area.
エッチング条件の調整により延伸エリアの1部分の厚さD1と遮蔽エリアの1部分の厚さD2の差異をコントロールでき、さらに比較的厚い遮蔽エリアをLDD構造のイオン注入工程のマスクとして使用でき、よって本発明のLDD構造の位置はより正確になり、薄膜トランジスタの電気持性における要求に答えることができる。 By adjusting the etching conditions can control the difference in thickness D 2 of the first portion of the thickness D 1 and the shielding area of a portion of the drawing area, can use more relatively thick cover area as a mask for ion implantation process LDD structure Therefore, the position of the LDD structure of the present invention becomes more accurate, and it can respond to the requirement in the electrical durability of the thin film transistor.
一定量を超過したマスクによりLDD構造のパターンを定義付ける必要がないので、露光技術のミスアライメントにおけるLDD構造が生み出す位置偏移の問題を防止でき、故にLDD構造の位置を正確にコントロールでき、薄膜トランジスタの電気持性表現も確保できる。 Since it is not necessary to define the pattern of the LDD structure with a mask exceeding a certain amount, it is possible to prevent the position shift problem caused by the LDD structure due to misalignment of the exposure technology, and thus to accurately control the position of the LDD structure, Electricity expression can also be secured.
マスク使用を1回減少させ、またイオン注入工程も1回で済むので、製造ステップの簡易化、コストの減少などの他に、生産率、生産速度の向上も可能なので大量生産の要求に答えることが可能である。
本発明の方法は同時にNMOSエリアとPMOSエリアに対し異なる程度のドープにより部品の特性を調整することができるので、製造過程の簡易化、生産率と速度の向上に貢献できる。
Since the use of the mask is reduced once and the ion implantation process is performed only once, it is possible to improve the production rate and production speed in addition to simplifying the manufacturing steps and reducing costs, so that it can respond to the demand for mass production. Is possible.
The method of the present invention can simultaneously adjust the characteristics of the parts by doping the NMOS area and the PMOS area with different degrees of doping, thereby contributing to simplification of the manufacturing process and improvement of the production rate and speed.
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施例を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。 In order that the objects, features, and advantages of the present invention will be more clearly understood, embodiments will be described below in detail with reference to the drawings.
図6は、本発明実施例1の薄膜トランジスタのセルフアライメントLDD構造の断面図を示す図である。基板50上には緩衝層52、有効層54、ゲート絶縁層56及びゲート層58が順に形成されている。基板50は、例えばガラス基板のような透明絶縁基板が好ましく、緩衝層52は、例えば酸化シリコン層のような、有効層54の基板50上での形成の補助を目的とする誘電材料層が好ましい。また、有効層54は、例えば多結晶シリコン層のような半導体シリコン層が好ましい。ゲート絶縁層56には、酸化シリコン層、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層もしくはそれを組合せた堆積層が好ましい。ゲート層58には、例えば金属層、多結晶シリコン層のような導電材料層が好ましい。
FIG. 6 is a sectional view showing a self-aligned LDD structure of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention. On the
以下に本発明実施例1の薄膜トランジスタの構造の特徴を挙げる。 The features of the structure of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention will be described below.
ゲート絶縁層56はセンターエリア56a、2個の遮蔽エリア56b及び2個の延伸エリア56cを含み、センターエリア56aはゲート層58の底部に覆われており、遮蔽エリア56bはゲート層58底部の両側から露出し、センターエリア56aの外囲に位置している。また延伸エリア56cは遮蔽エリア56bの外囲に位置している。有効層54はチャネルエリア54c、2個のLDD構造54bおよび2個のソース/ドレインエリア54aを含んでおり、チャネルエリア54cはゲート層58の底部に覆われ、またセンターエリア56aと対応した場所に位置し、LDD構造54bは遮蔽エリア56bに覆われ、チャネルエリア54cの両側に位置する。また、ソース/ドレインエリア54aは延伸エリア56cに覆われLDD構造54bの両側に位置する。
The
上述の特徴に基づき、ゲート層58とゲート絶縁層56のフォトリソグラフィーおよびエッチング工程の条件パラメータを調整することによって、延伸エリア56cの厚さD1と遮蔽エリア56bの厚さD2の差をコントロールでき、その厚さD1及びD2の関係はD1<D2という式で表せる。加えて、延伸エリア56cの厚さD1は遮蔽エリア56bの厚さD2と比べはるかに薄く、その厚さD1を極小値に近づけることもできる。よって、比較的厚い遮蔽エリア56bをLDD構造54bのイオン注入工程のマスクとし、さらにイオン注入工程の注入エネルギーや分量の調整を行うことによって、1回のイオン注入工程で、LDD構造54bの完成と、ソース/ドレインエリア54aの同時の製作が可能である。この場合、遮蔽エリア56bの幅は0.1〜2.0μm、注入エネルギー1.60×10−15〜1.60×10−14J(10〜100keV)、イオン注入量が2×1018atom/cm3(この単位はLDD構造にて1cm2毎のイオン、或いは原子分布の数は単位体積あたり2×1018であることを意味する。以下同じ)、LDD構造54bのドープ濃度は1×1012〜1×1014atom/cm2(この単位はLDD構造にて1cm2毎のイオン、或いは原子分布の数は単位面積あたり2×1014であることを意味する。以下同じ)、ソース/ドレインエリア54aのドープ濃度は1×1014〜1×1016atom/cm2が好ましい。
Based on the features described above, controlled by adjusting the condition parameters of the photolithography and etching process of the
よって、本発明の実施例1における薄膜トランジスタには以下のような長所が挙げられる。 Therefore, the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention has the following advantages.
第1に、エッチング条件の調整によって延伸エリア56cの厚さD1と遮蔽エリア56bの厚さD2の差異をコントロールする事ができ、さらに比較的厚い遮蔽エリア56bをLDD構造54bのイオン注入工程のマスクとして使用することが可能であり、よって本発明のLDD構造54bの位置がより正確になり、薄膜トランジスタの電気持性に関する要求に答えることができる。
First, by adjusting the etching conditions can be controlled for differences in the thickness D 2 of the thickness D 1 and the
第2に、マスクを余分に用いてLDD構造54bのパターンを定義する必要がないので、露光技術のミスアライメントがLDD構造54bの位置を偏移させるという問題などを避けることができ、故にLDD構造54bの位置を正確にコントロールすることができるので、薄膜トランジスタの電気持性表現も確保できる。
Second, since it is not necessary to use an extra mask to define the pattern of the
第3に、マスク及びイオン注入工程の回数の減少が可能であり、故に製造プロセスの簡易化を実現でき、またコストも低く抑えられるなどの長所に加え、歩留り、生産速度の向上などにより大量生産の要求にも答えることができる。 Third, the number of mask and ion implantation steps can be reduced, which simplifies the manufacturing process, and has the advantages of keeping costs low, as well as mass production by improving yield and production speed. Can also answer the request.
その他に、本発明の実施例1の薄膜トランジスタはP型薄膜トランジスタにも応用でき、LDD構造54bをN−ドープエリア、ソース/ドレインエリア54aをN+ドープエリアとする。本発明実施例1の薄膜トランジスタはまた、N型トランジスタにも応用可能で、その場合LDD構造54bをP−ドープエリア、ソース/ドレインエリア54aをP+ドープエリアとする。本発明のゲート層58の形状に制限はないが、正方形もしくは台形が比較的好ましい。
In addition, the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention can be applied to a P-type thin film transistor. The
図7と図8は、本発明実施例2の薄膜トランジスタのセルフアライメントLDD構造の断面図を示す図である。実施例2の薄膜トランジスタの部品と構造の特徴は実施例1と大体において同じなので記述を省略する。相違する点は、実施例2のゲート絶縁層56は第1絶縁層55及び第2絶縁層57により構成されており、その中で、第1絶縁層55としては酸化シリコン層、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層もしくはこれらの組合せが好ましく、第2絶縁層57としても酸化シリコン層、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層もしくはこれらの組合せが好ましい。
7 and 8 are sectional views showing a self-aligned LDD structure of a thin film transistor according to
ゲート絶縁層56上にはセンターエリア56a、2個の遮蔽エリア56b、及び2個の延伸エリア56cが定義されている。センターエリア56a内において、第1絶縁層55と第2絶縁層57の2層の構造がチャネルエリア54cを覆っている。遮蔽エリア56b内において、第1絶縁層55と第2絶縁層57の2層の構造がLDD構造54bを覆い、またそれはゲート層58の両側に露出している。延伸エリア56c内において、第1絶縁層55がソース/ドレインエリア54aを覆っている。比較してみると、延伸エリア56c内のゲート絶縁層56の厚さD1は比較的薄く、遮蔽エリア56b内のゲート絶縁層56の厚さD2は比較的厚い。
On the
本発明実施例2の特徴は第1絶縁層55と第2絶縁層57とを積み重ねることより遮蔽エリア56bと延伸エリア56cの厚さの差異を作り出せる所にあり、延伸エリア56cの第1絶縁層の厚さD1と遮蔽エリア56bのゲート絶縁層56の厚さD2をコントロールでき、D1とD2の関係はD1<D2のような式であらわすことができる。さらに、延伸エリア56cの厚さD1は遮蔽エリア56bの厚さD2よりもはるかに薄く、D1は極小値に近づけることができる。このようにして、比較的厚い遮蔽エリア56bをLDD構造54bのイオン注入工程のマスクとし、イオン注入工程の注入エネルギー及び分量を調整でき、1回のイオン注入工程でLDD構造54b及びソース/ドレインエリア54aの製作を同時に完成させることも可能である。この場合、遮蔽エリア56bの幅は0.1〜2.0μm、注入エネルギーは1.60×10−15〜1.60×10−14J(10〜100keV)、イオン注入量は2×1018atom/cm3よりも小さく、LDD構造54bのドープ濃度は1×1012〜1×1014atom/cm2、ソース/ドレインエリア54aのドープ濃度は1×1014〜1×1016atom/cm2が好ましい。よって、本発明実施例2の薄膜トランジスタは実施例1と同じ長所を持つ。
The feature of
比較として、図7が示す延伸エリア56cは第1絶縁層55上で第2絶縁層57のエッチングを停止することにより製作され、図8が示す延伸エリア56cは第1絶縁層55を過度にエッチングしたことにより製作されたものである。よって、図7の延伸エリア56cの第1絶縁層55の厚さD2は比較的厚く、また図8の延伸エリア56cの第1絶縁層55の厚さD1は比較的薄いが、D1<D2のような式であらわせ、両者は同様の長所を持つ。また、ゲート絶縁層56は3層またはそれ以上の絶縁堆積効果が採用でき、遮蔽エリア56bと延伸エリア56cの厚さの差異による効果も期待できる。
By way of comparison, FIG. 7 shows a stretched
図9〜図14は本発明実施例3の薄膜トランジスタのセルフアライメントLDD構造製造方法の断面図である。 9 to 14 are sectional views of a method for manufacturing a self-aligned LDD structure of a thin film transistor according to Embodiment 3 of the present invention.
本発明の薄膜トランジスタ製造方法はP型薄膜トランジスタもしくはN型薄膜トランジスタに応用できる。以下に実施例1の薄膜トランジスタを例として、セルフアライメントLDD構造の製造方法を詳細に説明する。 The thin film transistor manufacturing method of the present invention can be applied to a P-type thin film transistor or an N-type thin film transistor. Hereinafter, a method for manufacturing a self-aligned LDD structure will be described in detail using the thin film transistor of the first embodiment as an example.
まず、図9は、基板50上に形成された緩衝層52、緩衝層52上に形成された有効層54を示している。基板50は、例えばガラス基板のような透明絶縁体が好ましく、緩衝層52は例えば酸化シリコン層のような基板50上での有効層54の形成を補助するような電気材料層が好ましい。有効層54は例えば多結晶シリコン層のような半導体シリコン層が好ましい。本発明は有効層54の厚さ及び製造方法に限定はなく、例えば有効層54の製作において低温ポリシリコン(low tempereture polycrystalline silicon、LTPS)プロセスを採用でき、はじめにガラス基板上に非晶質シリコン層を形成し、次に熱処理もしくはエキシマレーザアニーリング(excimer laser annealing、ELA)方式によって非晶質シリコン層を多結晶シリコン材質に変化させる。
First, FIG. 9 shows a
次に、図10に示すように、有効層54上にゲート絶縁層56及びゲート層58を順に堆積させ、ゲート層58上にはパターン化されたフォトレジスト層60が形成される。ゲート絶縁層56には酸化シリコン層、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層またはこれらの組合せの集積層、堆積層などが好ましく、ゲート層58には、例えば金属層、多結晶シリコン層などの導電材料層が好ましい。パターン化されたフォトレジスト層60のサイズと位置は次に形成されるゲート層58のパターンと対応している。
Next, as shown in FIG. 10, a
次に、図11が示すように、パターン化されたフォトレジスト層60をマスクとして利用しエッチング工程を行い、パターン化されたフォトレジスト層60のエリア外のゲート層58とゲート絶縁層56の1部分を除去し、ゲート層58のパターンを定義する。この際、プラズマエッチング(plasma etching)もしくは反応性イオンエッチング方法を採用し、また、このステップはゲート絶縁層56のエッチングの程度を適度に調整することができ、ゲート層58パターン以外のゲート絶縁層56の部分を保留することも可能である。よって有効層54のソース/ドレインとなるエリア上には延伸エリア56cが形成され、また延伸エリア56cの厚さD1及びゲート層58下方のゲート絶縁層56の厚さD2はD1<D2のような式であらわされる必要がある。
Next, as shown in FIG. 11, an etching process is performed using the patterned
次に、図12のように、ゲート層58の形状を台形型にし、ゲート層58の底部はゲート絶縁層56のセンターエリア56aのみを覆い、ゲート層58底部の両側に位置するゲート絶縁層56の遮蔽エリア56bを露出させ、ゲート絶縁層56の延伸エリア56cで有効層54のソース/ドレインエリアを覆う。また、このステップはゲート絶縁層56のエッチング程度を調整でき、延伸エリア56cの厚さD1及びゲート層58下方のゲート絶縁層56の厚さD2はD1<D2のような式であらわすことができる。
Next, as shown in FIG. 12, the shape of the
例えば、エッチング工程の反応気体には酸素および塩素を含んだ混合気体を使用し、必要によって各気体の流量を調整する。ゲート層58のエッチング工程において、酸素を含んだガスの流量を次第に調整して最大値とし、または酸素のみを含むガスをエッチング反応ガスとして用いて、ゲート層58の形状を台形型に形成することができる。ゲート絶縁層56においてのエッチング工程で、酸素を含む気体の流量は最小値に調整でき、また酸素を含むガスのみを使用しそれをエッチング反応ガスとする事ができる。他にも、このステップは更に図11に示されるエッチングステップの代わりに実行することが可能で、製造時間及びコストの減少が実現できる。
For example, a mixed gas containing oxygen and chlorine is used as a reaction gas in the etching process, and the flow rate of each gas is adjusted as necessary. In the step of etching the
それから、図13に示されるように、パターン化されたフォトレジスト層60を除去した後、ゲート層58及び遮蔽エリア56bをマスクとしてイオン注入工程62を行う。このようにして、遮蔽エリア56bに覆われた有効層54は低ドープエリアとなり、それをLDD構造54bとする。ゲート層58及び遮蔽エリア56bに覆われていない有効層54は高ドープエリアとなり、それをソース/ドレインエリア54aとする。また、ゲート層58及びセンターエリア56aに覆われている有効層54は未ドープエリアとなり、それをチャネルエリア54cとする。
Then, as shown in FIG. 13, after removing the patterned
イオン注入工程62の操作条件として、注入エネルギーは1.60×10−15〜1.60×10−14J(10〜100keV)、イオン注入量は2×1018atom/cm3よりも小さく、LDD構造54bのドープ濃度は1×1012〜1×1014atom/cm2、ソース/ドレインエリア54aのドープ濃度は1×1014〜1×1016atom/cm2が好ましいとされる。更に好ましいのは、イオン注入量が1×1013atom/cm3以下である。本発明の方法はP型薄膜トランジスタに応用でき、その場合LDD構造54bをN−ドープエリア、ソース/ドレインエリア54aをN+ドープエリアとする。またN型薄膜トランジスタにも応用でき、その場合はLDD構造54bをP−ドープエリア、ソース/ドレインエリア54aをP+ドープエリアとする。
As operation conditions of the
最後に、図14では、インターコネクトプロセスを行い、それにはインライン誘電層64、複数のコンタクトホール65及び複数のインライン66の製作が含まれているが、このステップの実施方式は実質的に本発明の特徴及び効果に影響しないので、ここには詳細に記載しない。
Finally, in FIG. 14, an interconnect process is performed, which involves the fabrication of an in-
よって、本発明実施例3の薄膜トランジスタ製造方法には以下のような長所が挙げられる。 Therefore, the method for manufacturing a thin film transistor according to the third embodiment of the present invention has the following advantages.
第1に、エッチング条件の調整により延伸エリア56cの厚さD1と遮蔽エリア56bの厚さD2の差異をコントロールでき、さらに比較的厚い遮蔽エリア56bをLDD構造54bのイオン注入工程のマスクとして使用でき、よって本発明のLDD構造54bの位置はより正確になり、薄膜トランジスタの電気持性における要求に答えることができる。
First, as a mask for the extension of the
第2に、マスクを余分に用意してLDD構造54bのパターンを定義する必要がないので、露光技術のミスアライメントにおけるLDD構造が生み出す位置偏移の問題を防止でき、故にLDD構造54bの位置を正確にコントロールでき、薄膜トランジスタの電気持性表現も確保できる。
Second, since there is no need to prepare an extra mask to define the pattern of the
第3に、マスク使用を1回減少させ、またイオン注入工程も1回で済むので、製造ステップの簡易化、コストの減少などの他に、生産率、生産速度の向上も可能なので大量生産の要求に答えることが可能である。 Third, since the use of the mask is reduced once and the ion implantation process is performed only once, the production rate and the production speed can be improved in addition to the simplification of the manufacturing steps and the reduction of the cost. It is possible to answer the request.
第4に、本発明の方法は同時にNMOSエリアとPMOSエリアに対し異なる程度のドープにより素子の特性を調整することができるので、製造過程の簡易化、歩留りと生産率向上に貢献できる。 Fourth, the method of the present invention can simultaneously adjust the characteristics of the device by doping to different extents in the NMOS area and the PMOS area, thereby contributing to simplification of the manufacturing process, yield, and improvement in production rate.
図15〜図18は、本発明実施例4の薄膜トランジスタのセルフアライメントLDD構造の製造方法の断面図である。 15 to 18 are sectional views of a method for manufacturing a self-aligned LDD structure of a thin film transistor according to Embodiment 4 of the present invention.
本発明の薄膜トランジスタの製造方法はP型薄膜トランジスタもしくはN型薄膜トランジスタに応用される。以下に、実施例2の薄膜トランジスタの構造を例として詳細にセルフアライメントLDD構造の製造方法を説明していく。実施例4の実施ステップは大体において実施例3と同じであるので、ここでは繰り替えし記述しない。 The method for manufacturing a thin film transistor of the present invention is applied to a P-type thin film transistor or an N-type thin film transistor. Hereinafter, a method for manufacturing the self-aligned LDD structure will be described in detail by taking the structure of the thin film transistor of the second embodiment as an example. The implementation steps of the fourth embodiment are almost the same as those of the third embodiment, and will not be described again here.
まず、図15では、基板50を提供し、基板50上に緩衝層52、有効層54、第1絶縁層55、第2絶縁層57、ゲート層58及びパターン化されたフォトレジスト層60を順に形成する。基板50にはガラス基板、緩衝層52には酸化シリコン層、有効層54には多結晶シリコン層が好ましい。また、第1絶縁層55には酸化シリコン層、窒化シリコン層または窒化酸化シリコン層、第2絶縁層57には酸化シリコン層、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層が、ゲート層58には導電材料層、金属層、多結晶シリコン層が好ましい。パターン化されたフォトレジスト層60のサイズと位置は後に形成されるゲート層58のパターンと対応している。
First, in FIG. 15, a
本発明実施例4の特徴は、第1絶縁層55及び第2絶縁層57を組み合わせてゲート絶縁層56とし、またゲート絶縁層56上にはセンターエリア56aおよび2個の遮蔽エリア56bと2個の延伸エリア56cが定義されている。
The feature of Embodiment 4 of the present invention is that a first insulating
次に、図16では、パターン化されたフォトレジスト層60をマスクとしてエッチング工程を行い、パターン化されたフォトレジスト層60のエリア以外のゲート層58及びゲート絶縁層56の1部分を除去し、それをゲート層58のパターンとして定義する。ここでエッチング工程はプラズマエッチング法もしくは反応性イオンエッチング法が比較的好ましく、またこのステップは第1絶縁層55及び第2絶縁層57のエッチング程度を調整するのに適し、延伸エリア56cの第2絶縁層57を除去し、延伸エリア56cの第1絶縁層55を留保させる。よって第1絶縁層55は有効層54上のソース/ドレインエリアとなる部分に覆うようにする。このようにして、延伸エリア56c内の第1絶縁層55の厚さは、遮蔽エリア56b内の第1絶縁層55及び第2絶縁層57の2層の厚さよりも薄くなる。
Next, in FIG. 16, an etching process is performed using the patterned
次に、図17ではゲート層58の形状を台形型にし、ゲート層58の底部はセンターエリア56aのみを覆っている。また遮蔽エリア56内の第1絶縁層55と第2絶縁層57の2層はゲート層58の底部の両側から露出しており、延伸エリア56c内の第1絶縁層55は有効層54上のソース/ドレインエリアを覆っている。また、このステップは材料によって第1絶縁層55のエッチング程度を選択でき、延伸エリア56cの第1絶縁層55の厚さD1及び遮蔽エリア56b内の第1絶縁層55及び第2絶縁層57の2層の厚さD2はD1<D2のような式であらわせる。他にも、このステップは更に図11の表示するエッチング工程の代わりに行うことが可能で、製造時間とコストの減少を実現する。
Next, in FIG. 17, the shape of the
それから、図18が示すように、パターン化されたフォトレジスト層60の除去後、ゲート層58、遮蔽エリア56b内の第1絶縁層55及び第2絶縁層57の2層をマスクとしてイオン注入工程62を行う。このようにして、遮蔽エリア56b内の有効層54を低ドープエリアにし、LDD構造54bとする。延伸エリア56c内の有効層54は高ドープエリアとなり、ソース/ドレインエリア54aとする。またセンターエリア56a内の有効層54は未ドープエリアとなり、チャネルエリア54cとする。イオン注入工程62の操作条件として、注入エネルギーは1.60×10−15〜1.60×10−14J(10〜100keV)、イオン注入量は2×1018atom/cm3よりも小さく、LDD構造54bのドープ濃度は1×1012〜1×1014atom/cm2、ソース/ドレインエリア54aのドープ濃度は1×1014〜1×1016atom/cm2が好ましい。更に好ましいのは、イオン注入量が1×1013atom/cm3よりも小さいものである。
Then, as shown in FIG. 18, after removing the patterned
最後に、インターコネクトプロセスを行うが、このステップの実施方式は実質的に本発明の特徴及び効果に影響しないためここでは記述を省略する。本発明実施例4の製造方法もまた、実施例3と同じ長所を備えているのでここでは記述しない。この他に、ゲート絶縁層56は3層もしくはそれ以上の堆積効果を採用でき、よって遮蔽エリア56b及び延伸エリア56cの厚さの差異の効果を期待できる。
Finally, an interconnect process is performed. However, since the manner of performing this step does not substantially affect the features and effects of the present invention, the description is omitted here. The manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention also has the same advantages as the third embodiment, and will not be described here. In addition to this, the
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加する事は可能である。したがって、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, they do not limit the present invention, and various changes and modifications that can be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention. It is possible to add Therefore, the scope of the invention for which protection is sought is based on the claims that follow.
10 透明絶縁基板
12 多結晶シリコン層
14 ゲート絶縁層
16 フォトレジスト層
17 重イオン注入工程
18 N+ドープエリア
20 ゲート層
21 低イオン注入工程
22 N−ドープエリア
30 透明絶縁基板
32 多結晶シリコン層
34 ゲート絶縁層
36 ゲート層
38 第1フォトレジスト層
39 低イオン注入工程
40 N−ドープエリア
42 第2フォトレジスト層
43 重イオン注入工程
44 N+ドープエリア
50 基板
52 緩衝層
54 有効層
54a ソース/ドレインエリア
54b LDD構造
54c チャネルエリア
56 ゲート絶縁層
56a センターエリア
56b 遮蔽エリア
56c 延伸エリア
55 第1絶縁層
57 第2絶縁層
58 ゲート層
60 パターン化されたフォトレジスト層
62 イオン注入工程
64 インターコネクト誘電層
65 コンタクトホール
66 インターコネクト
10 transparent insulating substrate 12 a
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