JP2005150288A - Method of manufacturing semiconductor device, thin film transistor, liquid crystal panel, and projection type liquid crystal projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタ(TFT)などの半導体装置の製造方法、該製造方法を用いて製造された薄膜トランジスタ、該薄膜トランジスタを備えた液晶表示装置、及び該液晶表示装置を備えた投射型液晶プロジェクタに関する。 The present invention relates to a manufacturing method of a semiconductor device such as a thin film transistor (TFT), a thin film transistor manufactured using the manufacturing method, a liquid crystal display device including the thin film transistor, and a projection type liquid crystal projector including the liquid crystal display device.
液晶パネルにおいては、従来から、ガラス基板上にマトリックス上に画素電極を形成するとともに、各画素電極に対応して配置された多結晶シリコン(Si)を用いた薄膜トランジスタによるTFT駆動方式が広く使用されている。また、多結晶シリコンTFTは非晶質シリコンTFTに比べ移動度が2桁程度高いという利点を有しており、これにより、画素駆動用TFTだけでなく、パネル駆動に必要な回路を周辺部に同時に形成することが可能であるという特徴を有している。 Conventionally, in a liquid crystal panel, a TFT driving method using a thin film transistor using polycrystalline silicon (Si) arranged in correspondence with each pixel electrode has been widely used while forming a pixel electrode on a matrix on a glass substrate. ing. In addition, the polycrystalline silicon TFT has an advantage that the mobility is about two orders of magnitude higher than the amorphous silicon TFT, so that not only the pixel driving TFT but also a circuit necessary for panel driving is provided in the peripheral portion. It has the feature that it can be formed simultaneously.
パネル周辺部に形成する回路としては、消費電力を低減するために、CMOS回路が搭載されている。画素駆動用TFTでは信号をより短時間に書き込むため、オン電流が高く、かつ1フレーム期間画素信号を保持するためオフ電流が低い優れた保持特性を有することが望ましい。また、周辺回路部に搭載するCMOS回路用TFTにおいても、より高速で信号を転送し、かつ出力の低下を防ぐためには、オン電流が高く、オフ電流が低いことが望ましい。 As a circuit formed in the peripheral portion of the panel, a CMOS circuit is mounted in order to reduce power consumption. It is desirable that the pixel driving TFT has an excellent holding characteristic in which the on-current is high and the off-current is low in order to hold the pixel signal for one frame period in order to write a signal in a shorter time. Also in the CMOS circuit TFT mounted in the peripheral circuit portion, it is desirable that the on-current is high and the off-current is low in order to transfer a signal at a higher speed and prevent a decrease in output.
近年、投射型液晶プロジェクタに採用される液晶パネルにおいては、小型化、高精細化、高輝度化の要求が高まってきている。この要求に対し、微細な素子を形成することは、狭画素ピッチ化、高開口率化を達成することになり、非常に有効な手段といえる。 In recent years, there is an increasing demand for miniaturization, high definition, and high brightness in liquid crystal panels used in projection type liquid crystal projectors. In response to this requirement, forming a fine element achieves a narrow pixel pitch and a high aperture ratio, and can be said to be a very effective means.
多結晶シリコンTFTにおいては、電界が集中するドレイン端で結晶粒界を介した再結合電流が発生するため、オフ電流が増大するという固有の不具合がある。このオフ電流を低下させるため、LDD構造を採用したTFTが知られている。この構造は、活性層のゲート電極側端面に対応する位置の近傍の不純物濃度を薄くし、電界集中を緩和する技術である。プロジェクタ用途の小型、高精彩、高輝度な液晶パネルに搭載される多結晶シリコンTFTにもこの構造が採用されており、この場合のLDD長の寸法はできうる限り微細に加工することが望ましい。 In the polycrystalline silicon TFT, a recombination current is generated via the crystal grain boundary at the drain end where the electric field is concentrated. In order to reduce this off current, a TFT adopting an LDD structure is known. This structure is a technique for reducing electric field concentration by reducing the impurity concentration in the vicinity of the position corresponding to the end surface on the gate electrode side of the active layer. This structure is also employed in a polycrystalline silicon TFT mounted on a small-sized, high-definition, high-brightness liquid crystal panel for projector use. In this case, it is desirable to process the LDD length as fine as possible.
ここで、従来のLDD構造を採用したTFTの製造工程について図8(a)〜(d)を参照して説明する。 Here, a manufacturing process of a TFT adopting a conventional LDD structure will be described with reference to FIGS.
まず、図8(a)に示すように、不純物拡散を抑制する層間絶縁膜を含む絶縁性の基板1上に、パターニングされたSiの活性層2、酸化ケイ素膜を主成分とするゲート絶縁膜3、ゲート電極4を形成し、ゲート電極4をマスクとして低濃度イオン注入工程を実施する。この工程では、単位面積当たりの不純物濃度が1×1012〜1×1014atoms/cm2のイオン種6をイオン注入装置を用いて注入し、低濃度のN型導電性領域を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a patterned Si
次に、図8(b)に示すように、フォトレジスト7を形成し、このレジスト7をマスクとして、1×1014〜1×1016atoms/cm2の範囲で設定される高濃度不純物領域を、イオン種8をイオン注入装置を用いて注入することにより形成する。これにより、LDD領域とソース・ドレイン領域が形成される。このとき、活性層2において、ゲート電極4の側端面に対応する位置からフォトレジスト7の側端面に対応する位置の距離を、マスクLDD長と定義する。
Next, as shown in FIG. 8B, a photoresist 7 is formed, and a high concentration impurity region set in a range of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 atoms / cm 2 using the resist 7 as a mask. Are formed by implanting ion species 8 using an ion implantation apparatus. Thereby, an LDD region and source / drain regions are formed. At this time, in the
次に、図8(c)に示すように、酸化ケイ素膜を主成分とする層間絶縁膜9を成膜し、アーク炉などを用いて熱処理し、活性層2の不純物を拡散させる。これにより、LDD領域から直接ゲート電極4の下側へΔLだけ拡散する。不純物拡散後の実行LDD長は、(実効LDD長)=(マスクLDD長)−Δlで求めることができる。
Next, as shown in FIG. 8C, an
その後、図8(d)に示すように、コンタクトホールを開口し、電極材料としてのメタルを成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行うことにより、ソース・ドレイン電極10を形成する。これ以降の工程としては、詳細説明は省略するが、層間絶縁膜の形成、水素化処理、コンタクトの開口、コモン電極の形成、コンタクトの開口、画素電極の取出しなどがある。
Thereafter, as shown in FIG. 8D, a contact hole is opened, a metal as an electrode material is formed, and patterning is performed using a photolithography technique to form the source /
上述した従来の製造方法によると、低濃度イオン注入工程において、ゲート電極をマスクとしてイオン注入を実施しているため、活性層において、ソース・ドレイン側からゲート電極の側端面に対応する位置まで、イオンが注入されており、これを熱拡散させると、活性層のゲート電極下部の該電極側端面近傍における不純物濃度が高く(濃く)、そのプロファイル(濃度分布勾配)が急峻となり、このため、オフ電流値が高くなり、高性能を実現できないという問題があった。 According to the conventional manufacturing method described above, in the low concentration ion implantation process, since the ion implantation is performed using the gate electrode as a mask, in the active layer, from the source / drain side to the position corresponding to the side end surface of the gate electrode, When ions are implanted and thermally diffused, the impurity concentration in the vicinity of the electrode-side end face under the gate electrode of the active layer is high (deep), and the profile (concentration distribution gradient) becomes steep, so that it is turned off. There was a problem that the current value became high and high performance could not be realized.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、微細化を阻害することなく、オフ電流を十分に低くすることができる薄膜トランジスタ等の半導体装置の製造方法を提供し、優れた保持特性を有する小型で高性能な半導体装置、及び高品質な液晶パネルや投射型液晶プロジェクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method for manufacturing a semiconductor device such as a thin film transistor capable of sufficiently reducing off-state current without inhibiting miniaturization. It is an object of the present invention to provide a small and high-performance semiconductor device having a holding characteristic, and a high-quality liquid crystal panel and a projection type liquid crystal projector.
上述した課題を解決するため、本発明の第1の観点によると、半導体装置の製造方法であって、半導体膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の少なくとも側面に所定の幅を有する第2絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記第2絶縁膜をマスクとして、前記半導体膜に低濃度不純物を注入する工程と、前記第2絶縁膜の少なくとも側面にレジスト膜を形成する工程と、前記ゲート電極、前記第2絶縁膜、及び前記レジスト膜をマスクとして、前記半導体膜に高濃度不純物を注入する工程と、前記半導体膜に注入した不純物を拡散させる工程とを含む半導体装置の製造方法が提供される。 In order to solve the above-described problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the step of forming a first insulating film on a semiconductor film, and a gate electrode on the first insulating film. Forming a second insulating film having a predetermined width on at least a side surface of the gate electrode; and implanting low concentration impurities into the semiconductor film using the gate electrode and the second insulating film as a mask A step of forming a resist film on at least a side surface of the second insulating film, and a step of implanting a high concentration impurity into the semiconductor film using the gate electrode, the second insulating film, and the resist film as a mask. And a method of manufacturing a semiconductor device, including a step of diffusing impurities implanted into the semiconductor film.
本発明の第1の観点に係る半導体装置の製造方法では、ゲート電極の少なくとも側面に所定の幅を有する第2絶縁膜を形成して、ゲート電極及び第2絶縁膜をマスクとして、半導体膜に低濃度不純物を注入するようにしたので、半導体膜のゲート電極の側面近傍に対応する部分に、低濃度不純物が注入されていないオフセット領域が形成される。従って、不純物を拡散させる工程で該不純物を拡散させたときに、半導体膜において低濃度不純物がゲート電極の側面に対応する位置よりもオフセットされた位置から拡散されるため、半導体膜の該ゲート電極の側面に対応する位置における不純物濃度を従来よりも低くすることができるとともに、半導体膜のゲート電極の側面及びその近傍に対応する部分における不純物のプロファイル(濃度分布勾配)が緩やかになり、このためオフ電流を低くすることができ、保持特性に優れた小型で高性能な半導体装置を製造することができるようになる。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention, a second insulating film having a predetermined width is formed on at least a side surface of the gate electrode, and the semiconductor film is formed using the gate electrode and the second insulating film as a mask. Since the low concentration impurity is implanted, an offset region where the low concentration impurity is not implanted is formed in a portion corresponding to the vicinity of the side surface of the gate electrode of the semiconductor film. Therefore, when the impurity is diffused in the step of diffusing the impurity, the low concentration impurity is diffused from the position offset from the position corresponding to the side surface of the gate electrode in the semiconductor film. As a result, the impurity concentration at the position corresponding to the side surface of the semiconductor film can be made lower than before, and the profile (concentration distribution gradient) of the impurity at the side surface of the gate electrode of the semiconductor film and the portion corresponding to the vicinity thereof becomes gentle. The off-state current can be reduced, and a small and high-performance semiconductor device having excellent holding characteristics can be manufactured.
本発明の第1の観点に係る半導体装置の製造方法において、前記第2絶縁膜の幅は、0.4μm以下に設定することができる。 In the semiconductor device manufacturing method according to the first aspect of the present invention, the width of the second insulating film can be set to 0.4 μm or less.
本発明の第2の観点によると、本発明の第1の観点に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された薄膜トランジスタが提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a thin film transistor manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention.
本発明の第3の観点によると、画素電極及びスイッチング素子を有する画素基板と、対向電極を有する対向基板との間に液晶を封入してなる液晶パネルであって、前記スイッチング素子として、本発明の第2の観点に係る薄膜トランジスタを備えた液晶パネルが提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal panel in which a liquid crystal is sealed between a pixel substrate having a pixel electrode and a switching element, and a counter substrate having a counter electrode. A liquid crystal panel including the thin film transistor according to the second aspect is provided.
本発明の第4の観点によると、本発明の第3の観点に係る液晶パネルを備えた投射型液晶プロジェクタが提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a projection type liquid crystal projector provided with a liquid crystal panel according to the third aspect of the present invention.
本発明によると、不純物拡散を抑えてゲート電極側面近傍の不純物濃度を低減することができるので、微細化を阻害することなくオフ電流の小さい半導体装置を製造することができるという効果がある。 According to the present invention, impurity diffusion can be suppressed and the impurity concentration in the vicinity of the side surface of the gate electrode can be reduced. Therefore, there is an effect that a semiconductor device with a small off-current can be manufactured without hindering miniaturization.
また、優れた保持特性を有する小型で高性能な薄膜トランジスタを含む半導体装置、及び高品質な液晶パネルや投射型液晶プロジェクタを提供することができるという効果がある。 Further, there is an effect that it is possible to provide a semiconductor device including a small and high-performance thin film transistor having excellent holding characteristics, and a high-quality liquid crystal panel or a projection-type liquid crystal projector.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明することにする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1(a)〜(g)は、本願発明の第1実施形態に係るオフセット型のLDD構造を有するNチャネル型TFTの製造工程を示す図である。
[First Embodiment]
FIGS. 1A to 1G are diagrams showing a manufacturing process of an N-channel TFT having an offset LDD structure according to the first embodiment of the present invention.
まず、図1(a)に示すように、不純物拡散を抑制する層間絶縁膜を含む絶縁性の基板11上に、パターニングされたSiの活性層12、酸化ケイ素膜を主成分とするゲート絶縁膜13、ゲート電極14を一般的な製造工程を用いて形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a patterned Si
ここで、Siの活性層12の膜厚は十分な書き込み電流を確保することと、光感度を下げる観点から、0.1μm以内であることが望ましい。また、ゲート絶縁膜13の形成方法は、絶縁性基板11として、耐熱性の高い石英基板を用いている場合には、1000℃程度の熱酸化法により成膜することが望ましい。絶縁性基板11として、ホウ珪酸ガラス等の低融点基板を用いている場合には、ゲート絶縁膜13をプラズマCVD法、LP−CVD法、スパッタ法等を用いて成膜すると良い。ゲート絶縁膜13の成膜後に、Vth調整のための不純物イオン注入を行い、次いで、ゲート電極14となる膜をCVD法またはスパッタ法で成膜し、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングする。
Here, the film thickness of the Si
ゲート電極14の形成には、Pを添加し、N型導電型を有するポリSiや、Mo、Ta、Cr等の比較的融点の高い金属を用いる。また、これら融点の高い金属とSiの化合物であるMoSix、TaSix、CrSix等のポリサイドを用いても良い。また、絶縁性基板11が低融点ガラス基板であれば、バリアメタルで保護されたAl、Cu等の金属を用いても良い。
For the formation of the
次に、図1(b)に示すように、絶縁膜15をLP−CVD法、Plasma−CVD法等の成膜方法を用いて成膜する。絶縁膜15の膜厚は1μm未満、望ましくは0.1〜0.4μmの範囲内で成膜する。絶縁膜15の膜厚がそのままオフセット長Loffになる。絶縁膜15としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、または酸化珪素を主成分に不純物としてBやPを添加したBSG膜、PSG膜、BPSG膜を用いる。
Next, as shown in FIG. 1B, the insulating
ゲート電極14の形成材料として、Alを用いた場合には、これを陽極酸化した陽極酸化膜を用いても良い。また、絶縁性基板11が耐熱性のある石英基板で、かつゲート電極14にポリSiを用いている場合には、これを800〜1,000℃の酸素雰囲気中で熱酸化した熱酸化膜を、絶縁膜15として用いても良い。
When Al is used as the material for forming the
次に、図1(c)に示すように、LDD領域を形成するため、低濃度イオン注入工程を実施する。この工程では、単位面積当たりの不純物濃度が1×1012〜1×1014atoms/cm2のイオン種16をイオン注入装置を用いて注入し、低濃度のN型導電性領域を作成する。イオン種16にはP+、As+等を用いる。このとき、セルフアラインで絶縁膜15の膜厚がそのままゲート端からのオフセット長Loffとなる。
Next, as shown in FIG. 1C, a low concentration ion implantation step is performed to form an LDD region. In this step, an
次に、図1(d)に示すように、フォトレジスト17を形成し、このレジスト17をマスクとして、1×1014〜1×1016atoms/cm2の範囲で設計される高濃度不純物領域を同じくP+、As+等のイオン種18をイオン注入装置を用いて注入することにより形成する。これにより、LDD領域とソース・ドレイン領域が形成される。このとき、ゲート電極14の側面からフォトレジスト17の対応する側面までの距離を、マスクLDD長と定義する。
Next, as shown in FIG. 1D, a
次に、図1(e)に示すように、酸化ケイ素膜を主成分とする層間絶縁膜19を成膜する。この絶縁膜19としては、BやPを添加したBSG膜、PSG膜、BPSG膜、あるいは不純物を添加しないNSG膜などを用いる。
Next, as shown in FIG. 1E, an
次に、図1(f)に示すように、活性化処理を実施する。この活性化処理では、熱処理することにより、活性層12の不純物を拡散させる。本実施形態では、この熱処理にFurnace型のバッチ炉を用い、N2雰囲気で1000℃程度の処理を数分〜数十分行った。Furnace型のバッチ炉の熱処理以外に、RTA(Rapid Thermal Anneal)による熱処理、ELA(Exima Laser Anneal)による熱処理のいずれか、またはこれらを組み合わせて熱処理を行っても良い。熱処理後にソース・ドレイン領域からLDD領域へ拡散長Δlだけ、LDD領域端からオフセット領域を経てゲート電極14の下側へ拡散長ΔLだけ各々不純物が拡散する。不純物はオフセット領域(Loff)を通過してゲート電極14の下まで拡散し、不純物拡散後の実効LDD長は下記の式(1)の通りとなる。
Next, as shown in FIG. 1F, an activation process is performed. In this activation treatment, the impurities in the
(実効LDD長)=(マスクLDD長)−Δl …(1) (Effective LDD length) = (mask LDD length) −Δl (1)
その後、図1(g)に示すように、コンタクトホールを開口し、ソース・ドレイン電極20となるメタルを成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行うことにより、ソースドレイン電極20を形成する。これ以降の工程としては、詳細な説明は省略するが、層間絶縁膜の形成、水素化処理、コンタクトの開口、コモン電極の形成、コンタクトの開口、画素電極の取出しなどがある。
Thereafter, as shown in FIG. 1G, contact holes are opened, a metal to be the source /
ここで、図8に示した従来の製造方法と比較すると、図8(b)と図1(d)において、それぞれのマスクLDD長は、フォトレジスト7,17のできあがり線幅で決定され、ここでは同じ長さとなっている。図8(c)と図1(f)において、同じ条件で活性化処理を行うと、ほぼ同じ長さ(ΔL)だけ不純物が拡散する。
Here, compared with the conventional manufacturing method shown in FIG. 8, in FIG. 8B and FIG. 1D, the mask LDD length is determined by the finished line width of the
しかし、本実施形態の図1(f)では、ゲート電極14の側面近傍には、オフセット領域(Loff)が存在するため、活性層12のゲート電極14の側面に対応する位置(X1、以下便宜上ドレイン端ということがある)においては、従来の図1(c)における同じ位置(X2、以下便宜上ドレイン端ということがある)で比較すると、不純物濃度は低く(薄く)なっているとともに、ゲート電極14側への入り込みも小さくなっていることがわかる。なお、従来技術における拡散後の実効LDD長は、上記の式(1)と同じ(マスクLDD長−Δl)であることに注意されたい。
However, in FIG. 1F of the present embodiment, since an offset region (Loff) exists in the vicinity of the side surface of the
図1(f)におけるドレイン端X1での不純物濃度はオフセット長Loffの長さを伸ばすほど薄くなり、所望の濃度まで低下させるにはLoff、即ち絶縁膜15の膜厚(幅)を調整すれば良い。また、Loffはセルフアラインで調整するため、ドレイン端X1での不純物濃度はフォトレジストマスク17による調整方法に比較し、精度良く調整することができる。
The impurity concentration at the drain end X1 in FIG. 1F becomes thinner as the length of the offset length Loff is increased, and Loff, that is, the film thickness (width) of the insulating
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について図2を参照して説明する。この第2実施形態は、上述した第1実施形態と異なる方法でオフセット領域(Loff)を形成する場合の例である。上述した第1実施形態と同様の構成部分については、同一の番号を付して、その説明の一部を省略することにする。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is an example in the case where the offset region (Loff) is formed by a method different from the first embodiment described above. The same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted.
まず、上述した第1実施形態の図1(a)と同様に、不純物拡散を抑制する層間絶縁膜を含む絶縁性の基板11上に、パターニングされたSiの活性層12、酸化ケイ素膜を主成分とするゲート絶縁膜13、ゲート電極14を一般的な製造工程を用いて形成する。
First, similarly to FIG. 1A of the first embodiment described above, a patterned Si
次に、図2(a)に示すように、窒化珪素膜としての絶縁膜21をLP−CVD法を用いて成膜する。絶縁膜21の膜厚は1μm未満、望ましくは0.1〜0.4μmの範囲内で成膜する。絶縁膜21の膜厚がそのままオフセット長Loffになる。
Next, as shown in FIG. 2A, an insulating
次に、図2(b)に示すように、異方性ドライエッチングにより絶縁膜21のゲート電極14の側面に対応する部分以外を除去し、ゲート電極14の側壁にサイドウォールスペーサ22を形成する。この膜厚がオフセット長Loffに相当する。サイドウォールスペーサ22の膜厚は、図2(a)で成膜した絶縁膜(窒化珪素膜)21の膜厚にほぼ等しい。
Next, as shown in FIG. 2B, portions other than the portions corresponding to the side surfaces of the
次に、図2(c)に示すように、LDD領域を形成するため、低濃度イオン注入工程を実施する。この工程では、単位面積当たりの不純物濃度が1×1012〜1×1014atoms/cm2のイオン種16をイオン注入装置を用いて注入し、低濃度のN型導電性領域を作成する。イオン種16にはP+、As+等を用いる。以後、上述した第1実施形態の図1(e)〜(g)と同様の工程を実施する。
Next, as shown in FIG. 2C, a low concentration ion implantation step is performed to form an LDD region. In this step, an
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について図3を参照して説明する。この第3実施形態は、上述した第1実施形態と異なる方法でオフセット領域(Loff)をセルフアライン加工する場合の例であり、積層構造のゲート電極を用いる場合である。上述した第1実施形態と同様の構成部分については、同一の番号を付して、その説明の一部を省略することにする。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is an example in which the offset region (Loff) is self-aligned by a method different from that of the first embodiment described above, and is a case where a gate electrode having a laminated structure is used. The same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted.
まず、上述した第1実施形態の図1(a)と同様に、不純物拡散を抑制する層間絶縁膜を含む絶縁性の基板11上に、パターニングされたSiの活性層12、酸化ケイ素膜を主成分とするゲート絶縁膜13を一般的な製造工程を用いて形成する。次いで、図3(a)に示すように、側壁酸化を行うことを前提とした第1のゲート材31と第2のゲート材32を順次成膜し、フォトレジスト33を形成する。ここで第1のゲート材31にはPを添加したN型導電性を有するポリSi、またはMo、Cr、Ta等のメタルを用い、第2のゲート材32には第1のゲート材31より酸化されにくいWSix、MoSix、TiSix、TaSi等のポリサイドを用いる。
First, similarly to FIG. 1A of the first embodiment described above, a patterned Si
次に、図3(b)に示すように、フォトレジスト33をマスクとして、ドライエッチングで積層構造のゲート電極14を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次に、図3(c)に示すように、ドライO2雰囲気の1000℃前後の熱酸化、あるいは水蒸気を含んだO2雰囲気で900℃前後のパイロ酸化を行い、ゲート電極14の第1のゲート材31の側壁部分をオフセット領域形成用の酸化膜34とする。オフセット長Loffは酸化膜34の膜厚に相当し、酸化膜34の膜厚は酸化時間で調整可能である。
Next, as shown in FIG. 3C, thermal oxidation at around 1000 ° C. in a dry O 2 atmosphere or pyro-oxidation at around 900 ° C. in an O 2 atmosphere containing water vapor is performed to form a first electrode of the
次に、図3(d)に示すように、LDD領域を形成するため、低濃度イオン注入工程を実施する。この工程では、単位面積当たりの不純物濃度が1×1012〜1×1014atoms/cm2のイオン種16をイオン注入装置を用いて注入し、低濃度のN型導電性領域を作成する。イオン種16にはP+、As+等を用いる。以後、上述した第1実施形態の図1(e)〜(g)と同様の工程を実施する。
Next, as shown in FIG. 3D, a low concentration ion implantation step is performed to form an LDD region. In this step, an
本発明の効果を解析するため、上述した第2実施形態に従って製造したTFTのドレイン端(電極14のドレイン側の側面)での不純物濃度を簡単な数値シミュレーションを用いて計算してみたところ、図4〜図6に示すような結果を得ることができた。このシミュレーションは、図2(c)の低濃度イオン注入工程においてイオン種16にP+を用い、その後の活性化処理の条件は1000℃、9分のN2雰囲気処理とし、ランプ時の熱拡散を無視する1次近似を用いてドレイン端の不純物濃度を計算したものである。不純物濃度にはLDD領域のピーク濃度で規格化した相対不純物濃度を用いている。
In order to analyze the effect of the present invention, the impurity concentration at the drain end (side surface on the drain side of the electrode 14) of the TFT manufactured according to the second embodiment described above was calculated using a simple numerical simulation. The results as shown in FIGS. 4 to 6 were obtained. In this simulation, P + is used as the
図4はオフセットを設けない従来技術によるTFT、即ちオフセット長Loff=0の場合を、図5は上述した第2実施形態によるTFTであって、オフセット長Loff=0.2μmに設定した場合を、図6は同じく第2実施形態によるTFTであって、オフセット長Loff=0.4μmに設定した場合を示しており、それぞれ(a)は要部の断面であり、(b)は(a)の各オフセット長に対応する、活性化処理後の規格化不純濃度プロファイルを示している。なお、図4(b)、図5(b)、図6(b)において、縦軸は規格化した濃度を、横軸はドレイン端(ゲート電極14のドレイン側の側面)をX=0とした寸法(μm)を示している。 FIG. 4 shows a conventional TFT without an offset, that is, an offset length Loff = 0, and FIG. 5 shows a TFT according to the second embodiment described above, where the offset length Loff is set to 0.2 μm. FIG. 6 shows the TFT according to the second embodiment, and shows the case where the offset length Loff is set to 0.4 μm. FIG. 6A is a cross-sectional view of the main part, and FIG. The normalized impurity concentration profile after activation processing corresponding to each offset length is shown. 4B, FIG. 5B, and FIG. 6B, the vertical axis indicates the normalized concentration, and the horizontal axis indicates the drain end (the side on the drain side of the gate electrode 14) X = 0. The measured dimensions (μm) are shown.
図4(a)、図5(a)、図6(a)において、12Aは活性層12中で不純物Pが拡散した領域を、12Bは不純物Pが拡散しない真性チャネル領域を表している。なお、上述した通り、11は基板、12は活性層、13はゲート絶縁膜、14はゲート電極、22は窒化珪素膜で形成したサイドウオールスペーサを表している。
4A, 5A, and 6A, 12A represents a region where the impurity P is diffused in the
図4(b)、図5(b)、図6(b)において、横軸X=0となるドレイン端の不純物濃度はLoff=0μmの場合で「1.00」、Loff=0.2μmの場合で「4.62E−1」、Loff=0.4μmの場合で「4.57E−2」となっており、オフセット長の増加に応じて不純物濃度は減少していくことがわかる。従って、ドレイン端の電界緩和効果を期待することができる。 In FIG. 4B, FIG. 5B, and FIG. 6B, the impurity concentration at the drain end where the horizontal axis X = 0 is “1.00” when Loff = 0 μm, and Loff = 0.2 μm. In some cases, it is “4.62E −1 ”, and in the case where Loff = 0.4 μm, it is “4.57E −2 ”, and it can be seen that the impurity concentration decreases as the offset length increases. Therefore, the electric field relaxation effect at the drain end can be expected.
次に、本実施形態に従って製造したTFTのオフ電流特性を、従来技術に従って製造したTFTと比較する形で図7に示す。製造したTFTの各部の寸法は、L長(ゲート電極の長さ)=2.5μm、オフセット長Loff=0〜0.4μm、マスクLDD長=0.9〜1.3μm(オフセット長含む)であり、活性加熱処理条件はバッチ式の拡散炉で1000℃、9分のN2雰囲気での加熱処理である。TFTのオフ特性にはVds=10V、Vgs=−6Vでの電流値を用い、マスクLDD長0.9μmでの値に対する相対値で示している。同図より、明らかに本実施形態に従って製造されたTFTの方がオフ電流特性は優れているこが理解される。即ち、オフセット領域のない従来技術に従って製造されたTFTでは、マスクLDD長を0.9μmから1.3μmまで延長してもオフ電流は0.65までしか低下しない。これに対し、オフセット領域を設けた本実施形態に従って製造されたTFTのオフ電流は、0.43まで低下しており、明らかに特性が優れている。 Next, the off-current characteristics of the TFT manufactured according to the present embodiment are shown in FIG. The dimensions of each part of the manufactured TFT are L length (gate electrode length) = 2.5 μm, offset length Loff = 0 to 0.4 μm, mask LDD length = 0.9 to 1.3 μm (including offset length). The active heat treatment condition is a heat treatment in a batch diffusion furnace at 1000 ° C. for 9 minutes in an N 2 atmosphere. Current values at Vds = 10V and Vgs = −6V are used for the off characteristics of the TFT, and the values are shown relative to the values at the mask LDD length of 0.9 μm. From the figure, it is apparent that the TFT manufactured according to this embodiment has better off-current characteristics. That is, in a TFT manufactured according to the prior art without an offset region, the off-current is reduced only to 0.65 even if the mask LDD length is extended from 0.9 μm to 1.3 μm. On the other hand, the off current of the TFT manufactured according to the present embodiment provided with the offset region is reduced to 0.43, and the characteristics are clearly excellent.
また、Loff=0.2μm、マスクLDD長1.1μmの場合のオフ電流は0.54であり、従来のマスクLDD長1.3μmの0.65に対しマスクLDD長の寸法が小さいにも拘わらず、特性が優れている。これは先に図4〜図6を参照して説明したドレイン端における不純物濃度が低下することによる効果に他ならない。従って、本発明を適用することにより、必要以上にマスクLDD長を長くする必要がなく、微細で且つ高性能なTFT(半導体装置)を製造することができる。 Further, when Loff = 0.2 μm and the mask LDD length is 1.1 μm, the off-current is 0.54, although the mask LDD length is smaller than 0.65 of the conventional mask LDD length of 1.3 μm. The characteristics are excellent. This is nothing but the effect due to the decrease in the impurity concentration at the drain end described above with reference to FIGS. Therefore, by applying the present invention, it is not necessary to make the mask LDD length longer than necessary, and a fine and high-performance TFT (semiconductor device) can be manufactured.
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上述した実施形態では、Nチャネル型TFTを例にとって説明したが、Pチャネル型TFTの場合も、LDD領域、ソースドレイン領域にP型導電型に対応した不純物を注入する工程以外は、Nチャネル型TFTの場合と同じであり、同様に本発明を適用することができる。 The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, an N-channel TFT has been described as an example. However, in the case of a P-channel TFT, an ND TFT and a source / drain region other than the step of implanting an impurity corresponding to the P-type conductivity type may be used. This is the same as in the case of a channel TFT, and the present invention can be similarly applied.
11…基板、12…活性層、13…絶縁層、14…ゲート電極、15…絶縁膜、16…イオン種、17…レジスト、18…イオン種、19…絶縁層、20…ソース・ドレイン電極。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
半導体膜上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の少なくとも側面に所定の幅を有する第2絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記第2絶縁膜をマスクとして、前記半導体膜に低濃度不純物を注入する工程と、
前記第2絶縁膜の少なくとも側面にレジスト膜を形成する工程と、
前記ゲート電極、前記第2絶縁膜、及び前記レジスト膜をマスクとして、前記半導体膜に高濃度不純物を注入する工程と、
前記半導体膜に注入した不純物を拡散させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Forming a first insulating film on the semiconductor film;
Forming a gate electrode on the first insulating film;
Forming a second insulating film having a predetermined width on at least a side surface of the gate electrode;
Implanting low-concentration impurities into the semiconductor film using the gate electrode and the second insulating film as a mask;
Forming a resist film on at least a side surface of the second insulating film;
Implanting high-concentration impurities into the semiconductor film using the gate electrode, the second insulating film, and the resist film as a mask;
And a step of diffusing impurities implanted into the semiconductor film.
前記スイッチング素子として、請求項3に記載の薄膜トランジスタを備えたことを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal panel in which liquid crystal is sealed between a pixel substrate having a pixel electrode and a switching element, and a counter substrate having a counter electrode,
A liquid crystal display device comprising the thin film transistor according to claim 3 as the switching element.
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