JP2011210817A - Method of manufacturing thin film transistor - Google Patents

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新志 小平
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem of a thin film transistor where a contact layer consisting of microcrystalline semiconductor is provided between the source/drain electrode and an active layer that irregularities are formed on the surface of the contact layer which is formed by the direct deposit method, an off-leak current is generated because the film thickness of a recess becomes thin, and thereby the electrical properties degrade, meantime, an area where the irregularities on the surface of the contact layer cannot be covered with the active layer 5 occurs when deposition is carried out until a film thickness required for the recess in the contact layer to suppress the off-leak current is attained, and that area becomes the resistance when an on-current flows.SOLUTION: After deposition is carried out until a film thickness sufficient for the recess in the contact layer 4 to suppress the off-leak current is attained, its surface is planarized to form an active layer. Consequently, the surface of the contact layer 4 can be covered with the active layer 5 substantially uniformly, and since the off-leak current is reduced, a TFT having the characteristics of large on-current can be obtained.

Description

本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor.

薄膜トランジスタ(以下、TFTと記述する)は、表示装置の駆動素子やスイッチング素子として広く用いられており、用途に応じた電気特性を得るための工夫がなされている。特許文献1には、オン電流を増大させるため、ソース電極およびドレイン電極(以下、ソース/ドレイン電極と記述する)と、活性層との間に、不純物を含有する微結晶半導体からなるコンタクト層を設けたTFTが開示されている。従来コンタクト層として用いられていた非晶質半導体に比べ、微結晶半導体は電気導電率が高いため、活性層とソース/ドレイン電極との間の抵抗をより低減することができる。その結果、TFTのオン状態において、ソース/ドレイン電極とチャネル領域との間をキャリアが移動し易くなるためチャネル領域以外を流れるリーク電流が減少し、オン電流を増加させることができる。特許文献1では、コンタクト層として、厚さ70nmのn+型微結晶シリコン膜がプラズマCVD法(プラズマ化学的気相成長法)により形成される。   Thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) are widely used as drive elements and switching elements of display devices, and have been devised to obtain electrical characteristics according to applications. In Patent Document 1, a contact layer made of a microcrystalline semiconductor containing an impurity is provided between a source electrode and a drain electrode (hereinafter referred to as a source / drain electrode) and an active layer in order to increase an on-current. Provided TFTs are disclosed. Compared with an amorphous semiconductor conventionally used as a contact layer, a microcrystalline semiconductor has a higher electric conductivity, and therefore the resistance between the active layer and the source / drain electrodes can be further reduced. As a result, in the on state of the TFT, carriers easily move between the source / drain electrodes and the channel region, so that the leakage current flowing outside the channel region is reduced and the on-current can be increased. In Patent Document 1, an n + type microcrystalline silicon film having a thickness of 70 nm is formed as a contact layer by a plasma CVD method (plasma chemical vapor deposition method).

特開平9−153621号公報JP-A-9-153621

シリコンなどの微結晶膜をプラズマCVD法などの直接堆積法で成膜すると、膜厚の増加と共に、基板に垂直な方向(膜厚方向)に柱状の結晶が成長し、基板と平行な方向(平面方向)にはあまり大きく成長しないことが知られている。成膜条件に依存するが、例えばコンタクト層として好ましい膜厚10nm以上の微結晶シリコン膜を形成すると、その表面には平均面粗さ(Ra)が1.6nmより大きな凹凸ができる。この凹凸は微結晶シリコンの結晶粒と関係しており、凸部は各結晶粒の膜厚方向の最大粒径の位置に対応し、凹部は各結晶粒界の位置に対応していると考えられる。結晶粒界は、他の部分に比べて膜厚が厚くなりにくい。これは、結晶粒界では、結晶粒が互いに衝突してエネルギーの高い状態となっており、膜が成膜されにくいためと考えられる。従って、膜厚の増加とともに、膜厚方向に結晶粒が成長して凸部は高くなるが、凹部は膜が成膜されにくく、凹部と凸部との高低差(平均粗さ)は大きくなる。   When a microcrystalline film such as silicon is formed by a direct deposition method such as a plasma CVD method, a columnar crystal grows in a direction perpendicular to the substrate (film thickness direction) as the film thickness increases, and the direction parallel to the substrate ( It is known that it does not grow very large in the plane direction). Although depending on the film formation conditions, for example, when a microcrystalline silicon film having a thickness of 10 nm or more which is preferable as a contact layer is formed, irregularities having an average surface roughness (Ra) larger than 1.6 nm are formed on the surface. These irregularities are related to the crystal grains of microcrystalline silicon, the convex part corresponds to the position of the maximum grain size in the film thickness direction of each crystal grain, and the concave part corresponds to the position of each crystal grain boundary. It is done. The crystal grain boundary is less likely to be thicker than other portions. This is presumably because the crystal grains collide with each other at the crystal grain boundary and are in a high energy state, and it is difficult to form a film. Therefore, as the film thickness increases, crystal grains grow in the film thickness direction and the convex part becomes high, but the film is difficult to form in the concave part, and the height difference (average roughness) between the concave part and the convex part increases. .

コンタクト層の凹部で膜厚が薄くなっていると、TFTのゲート電極にオフ電圧が印加された際、コンタクト層の凹部で、活性層からソース電極/ドレイン電極に流れるキャリアをブロックできず、オフリーク電流が発生してしまう。凹部の膜厚がオフリーク電流の発生を抑制するのに充分な厚さとなるまで成膜すると、前述したように凹凸も大きくなる。そのため、コンタクト層(微結晶半導体層)の上に形成される活性層が、微結晶半導体層の凹凸を覆うことができず、活性層がない、もしくは、薄い部分ができてしまう。活性層のない、もしくは、薄い部分は、オン電流が活性層の中を平面方向に流れる際の抵抗となり、オン電流が減少してTFTの電気特性が低下してしまう。   If the contact layer recess is thin, when the off-voltage is applied to the gate electrode of the TFT, carriers flowing from the active layer to the source electrode / drain electrode cannot be blocked by the recess of the contact layer. An electric current is generated. When the film is formed until the film thickness of the recess becomes sufficient to suppress the occurrence of off-leakage current, the unevenness increases as described above. Therefore, the active layer formed over the contact layer (microcrystalline semiconductor layer) cannot cover the unevenness of the microcrystalline semiconductor layer, and there is no active layer or a thin portion is formed. A portion where the active layer is not present or thin becomes a resistance when an on-current flows in the plane direction in the active layer, and the on-current is reduced to deteriorate the electrical characteristics of the TFT.

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明にかかるトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法は、
基板の上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極およびドレイン電極それぞれの上に、不純物を含有する微結晶半導体からなるコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層の上に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上にゲート電極を形成する工程と、
を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記コンタクト層を形成する工程と前記活性層を形成する工程との間に、前記コンタクト層の表面を平坦化する工程を有することを特徴とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and a method for manufacturing a top-gate thin film transistor according to the present invention includes:
Forming a source electrode and a drain electrode on the substrate;
Forming a contact layer made of a microcrystalline semiconductor containing impurities on each of the source electrode and the drain electrode;
Forming an active layer on the contact layer;
Forming an insulating layer on the active layer;
Forming a gate electrode on the insulating layer;
A method of manufacturing a thin film transistor having
A step of planarizing the surface of the contact layer is provided between the step of forming the contact layer and the step of forming the active layer.

本発明によれば、活性層の形成前に微結晶半導体からなるコンタクト層の表面を平坦化することにより、コンタクト層の凹凸を低減することができる。これにより、コンタクト層がオフリーク電流を抑制するのに充分な膜厚を確保するとともに、コンタクト層表面の凹凸を活性層がコンタクト層を覆うことのできる範囲に抑制することができる。その結果、特性の優れたトップゲート型TFTを提供することが可能となる。   According to the present invention, the unevenness of the contact layer can be reduced by planarizing the surface of the contact layer made of a microcrystalline semiconductor before forming the active layer. Thereby, the contact layer can secure a film thickness sufficient to suppress the off-leakage current, and the unevenness on the surface of the contact layer can be suppressed to a range in which the active layer can cover the contact layer. As a result, it is possible to provide a top gate TFT having excellent characteristics.

本発明に係るTFTの断面を示す概略図。Schematic which shows the cross section of TFT which concerns on this invention. 本発明の実施の形態に係るTFTの製造方法を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows schematically the manufacturing method of TFT which concerns on embodiment of this invention. 実施例で形成したTFTのRaとオフリーク電流の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between Ra of TFT formed in the Example, and an off-leakage current.

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。すべての図面において、同一もしくは対応する部材には同一の符号を付し、一度説明した部材について重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description of members once described is omitted.

図1に、本発明に係る製造方法で形成されるTFTの断面概略図を示す。図1において、1は基板、2は保護層、3はソース電極/ドレイン電極、4はコンタクト層(微結晶半導体層)、5は活性層、6はゲート絶縁膜、7はゲート電極である。Aは平坦化処理された面を示す。   FIG. 1 is a schematic sectional view of a TFT formed by the manufacturing method according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 is a protective layer, 3 is a source / drain electrode, 4 is a contact layer (microcrystalline semiconductor layer), 5 is an active layer, 6 is a gate insulating film, and 7 is a gate electrode. A indicates the surface subjected to the flattening process.

オフリーク電流は、ゲート電極7にTFTをオフする電圧が印加されたとき、活性層からソース/ドレイン電極にキャリアが流れて生じる電流であると考えられる。そこで、オフリーク電流を抑制するため、活性層5とソース/ドレイン電極3との間に不純物を含有する半導体層からなるコンタクト層を設け、活性層5からソースドレイン電極3へのキャリアの流れを抑制する。ところが、そのコンタクト層4に膜厚が充分でない部分があると、トンネル効果により一部のキャリアがソース/ドレイン電極3に流れ込み、オフリーク電流が発生してしまう。   The off-leakage current is considered to be generated when carriers flow from the active layer to the source / drain electrodes when a voltage for turning off the TFT is applied to the gate electrode 7. Therefore, in order to suppress off-leakage current, a contact layer made of a semiconductor layer containing impurities is provided between the active layer 5 and the source / drain electrode 3 to suppress carrier flow from the active layer 5 to the source / drain electrode 3. To do. However, if the contact layer 4 has an insufficient thickness, some carriers flow into the source / drain electrode 3 due to the tunnel effect, and an off-leakage current is generated.

コンタクト層4を、オフリーク電流を抑制するのに充分な膜厚で形成しても、オフリーク電流を低減することが可能である。しかし、コンタクト層4の膜厚を厚くするほど微結晶半導体の粒径が大きくなり、コンタクト層4の表面の凹凸が大きくなるため、活性層5でコンタクト層4を覆うことが難しくなる。活性層の成膜に用いられるプラズマCVD法の場合、急峻な部分には膜が形成されにくく、凹凸の大きな表面に均一な厚さの膜を形成するのは難しい。従って、コンタクト層4表面の急峻な部分で活性層5の膜厚が薄くなり、活性層5の膜厚の薄い部分はオン電流が平面方向に流れる際の抵抗となり、TFTの電気特性が低下する。   Even if the contact layer 4 is formed with a film thickness sufficient to suppress the off-leakage current, the off-leakage current can be reduced. However, as the film thickness of the contact layer 4 increases, the grain size of the microcrystalline semiconductor increases and the irregularities on the surface of the contact layer 4 increase, so that it becomes difficult to cover the contact layer 4 with the active layer 5. In the case of a plasma CVD method used for forming an active layer, it is difficult to form a film on a steep portion, and it is difficult to form a film with a uniform thickness on a surface with large irregularities. Therefore, the thickness of the active layer 5 is reduced at the steep portion of the surface of the contact layer 4, and the thin portion of the active layer 5 becomes a resistance when the on-current flows in the plane direction, and the electrical characteristics of the TFT are deteriorated. .

そこで、本発明では、コンタクト層4の凹部の膜厚が、オフ時にキャリアの流れを抑制するのに十分な厚さとなるまで形成した後、その表面を平坦化して活性層を形成する。これにより、コンタクト層4の表面を活性層5でほぼ均一に覆うことができる。その結果、オフリーク電流が低減され、オン電流の大きい特性のTFTを得ることができる。   Therefore, in the present invention, the active layer is formed by flattening the surface of the contact layer 4 until the thickness of the concave portion is sufficient to suppress the flow of carriers when the contact layer 4 is turned off. Thereby, the surface of the contact layer 4 can be almost uniformly covered with the active layer 5. As a result, off-leakage current is reduced, and a TFT having a large on-current characteristic can be obtained.

次に、本発明にかかるTFTの製造方法について、コンタクト層および活性層としてシリコンを主成分とする膜を例にとり、図2を参照しながら説明する。コンタクト層および活性層は、シリコンを主成分とする膜に限定されず、公知の半導体材料を用いることができる。本発明における結晶シリコン膜とは、ラマン分光法により520cm−1にラマンシフトが観測され、かつ、そのラマンスペクトルから得られる結晶の体積分率が20%以上のシリコン膜を指す。そして、結晶シリコンのうち結晶粒径が1〜100nm程度のものを微結晶シリコンと呼ぶ。520cm−1にラマンシフトが観察されても結晶の体積分率が20%以下のものを非結晶シリコン、520cm−1にラマンシフトが観測されないものを非晶質シリコンとする。体積分率は、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.32(1993)pp.4908に記載の式(1)に基づいて算出することができる。   Next, a manufacturing method of a TFT according to the present invention will be described with reference to FIG. 2, taking as an example a film mainly composed of silicon as a contact layer and an active layer. The contact layer and the active layer are not limited to films containing silicon as a main component, and known semiconductor materials can be used. The crystalline silicon film in the present invention refers to a silicon film in which a Raman shift is observed at 520 cm −1 by Raman spectroscopy, and the volume fraction of crystals obtained from the Raman spectrum is 20% or more. A crystalline silicon having a crystal grain size of about 1 to 100 nm is called microcrystalline silicon. Even if a Raman shift is observed at 520 cm −1, amorphous silicon is used when the crystal volume fraction is 20% or less, and amorphous silicon is used when no Raman shift is observed at 520 cm −1. The volume fraction is Jpn. J. et al. Appl. Phys. Vol. 32 (1993) p. It can be calculated based on the equation (1) described in 4908.

まず、高融点ガラス、石英、セラミック等の絶縁性、またはシリコン、SUS等の導電性の基板1上に、プラズマCVD法やスパッタリング法によって、酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiNx)等からなる絶縁性の保護層2を形成する(図2(a))。プラズマCVD法で保護膜を形成する場合、SiO2の材料ガスには、テトラエトキシシラン(TEOS)と酸素(O2)の混合ガス、SiNxの材料ガスには、シラン(SiH4)、アンモニア(NH3)と窒素(N2)の混合ガスを好適に用いることができる。SiNxの成膜条件は、RFパワー密度として一般的には、0.1〜10W/cm2 、より望ましくは0.5〜5W/cm2 、圧力としては一般的には、0.5〜5Torr、より望ましくは0.7〜2Torrである。   First, it is made of silicon oxide (SiO2), silicon nitride (SiNx), or the like on an insulating substrate 1 such as refractory glass, quartz, or ceramic, or a conductive substrate 1 such as silicon or SUS by plasma CVD or sputtering. An insulating protective layer 2 is formed (FIG. 2A). When a protective film is formed by plasma CVD, a mixed gas of tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen (O2) is used as a material gas for SiO2, and silane (SiH4) and ammonia (NH3) are used as a material gas for SiNx. A mixed gas of nitrogen (N2) can be preferably used. The film forming conditions of SiNx are generally 0.1 to 10 W / cm 2 as RF power density, more preferably 0.5 to 5 W / cm 2, and pressure is generally 0.5 to 5 Torr. Desirably, it is 0.7-2 Torr.

次に、スパッタリング法や真空蒸着法等により、ソース/ドレイン電極3となる導電層を10〜300nm形成する。導電層の材料には、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、もしくはそれらの合金、もしくはそれらの積層膜が好ましい。前記導電層の上にレジストで所望の形状パターンが形成された後、ドライエッチング法やウェットエッチング法により不要な導電層が除去され、所望の形状の一対のソース/ドレイン電極3を形成する(図2(b))。   Next, a conductive layer to be the source / drain electrode 3 is formed to have a thickness of 10 to 300 nm by sputtering or vacuum deposition. The material of the conductive layer includes molybdenum (Mo), titanium (Ti), tungsten (W), chromium (Cr), nickel (Ni), tantalum (Ta), copper (Cu), aluminum (Al), or those An alloy or a laminated film thereof is preferable. After a desired shape pattern is formed on the conductive layer with a resist, an unnecessary conductive layer is removed by a dry etching method or a wet etching method to form a pair of source / drain electrodes 3 having a desired shape (see FIG. 2 (b)).

次に、ソース/ドレイン電極3の上に、コンタクト層4となるn+型の微結晶シリコン膜をプラズマCVD法にて形成する(図2(c))。コンタクト層4の好ましい膜厚は、10〜300nm、より好ましくは20〜100nmであるため、コンタクト層4の凹部の膜厚がこれ以上となるまで形成する。微結晶シリコン膜の形成に適した成膜条件は、RFパワー密度0.05〜1W/cm2、より望ましくは0.1〜0.8W/cm2である。圧力は、1.0〜10Torr、より望ましくは1.5〜9Torrである。材料ガスにはSiH4、ジシラン(Si2H6)、SiH2Cl2、四フッ化シラン(SiF4)、SiH2F2などのシリコン含有ガス、稀釈ガスには水素(H2)ガスや不活性ガスを用いることができる。微結晶シリコンの成膜には、シリコン含有ガスの水素稀釈率、すなわち、(H2流量)/(シリコン含有材料ガスの流量)が重要なパラメータであり、水素稀釈率は100〜10000、望ましくは300〜3000である。不純物添加ガスには、PH3、フッ化リン(PF3)、アルシン(AsH3)、フッ化砒素(AsF5)等を用いることができる。コンタクト層として好ましいn+型微結晶シリコンのドープ量は、1%程度である。   Next, an n + type microcrystalline silicon film to be the contact layer 4 is formed on the source / drain electrode 3 by a plasma CVD method (FIG. 2C). Since the preferable film thickness of the contact layer 4 is 10-300 nm, More preferably, it is 20-100 nm, Therefore It forms until the film thickness of the recessed part of the contact layer 4 becomes more than this. The deposition conditions suitable for forming the microcrystalline silicon film are an RF power density of 0.05 to 1 W / cm 2, more preferably 0.1 to 0.8 W / cm 2. The pressure is 1.0 to 10 Torr, more preferably 1.5 to 9 Torr. A silicon-containing gas such as SiH 4, disilane (Si 2 H 6), SiH 2 Cl 2, tetrafluorosilane (SiF 4), or SiH 2 F 2 can be used as a material gas, and hydrogen (H 2) gas or an inert gas can be used as a dilution gas. For film formation of microcrystalline silicon, the hydrogen dilution rate of the silicon-containing gas, that is, (H2 flow rate) / (silicon-containing material gas flow rate) is an important parameter, and the hydrogen dilution rate is 100 to 10,000, preferably 300. ~ 3000. As the impurity-added gas, PH3, phosphorus fluoride (PF3), arsine (AsH3), arsenic fluoride (AsF5), or the like can be used. The doping amount of n + type microcrystalline silicon preferable as the contact layer is about 1%.

形成されたコンタクト層4の表面は凹凸の形状となるため、平坦化工程を施す。平坦化工程には、化学的研磨、機械的研磨、あるいはそれらを組み合わせた化学的機械的研磨(CMP)、プラズマ処理等を用いることができる。平坦化工程後の表面Aは、原子間力顕微鏡(AFM)による観察において、5μm四方内の平均面粗さRa≦1nmとなっているのが好ましい。平坦化処理の後、ソース/ドレイン電極3と同様の方法を用いて、コンタクト層4をソース/ドレイン電極3を覆う所望の形状にパターニングする(図2(d))。   Since the surface of the formed contact layer 4 has an uneven shape, a flattening process is performed. In the planarization step, chemical polishing, mechanical polishing, chemical mechanical polishing (CMP) combining them, plasma treatment, or the like can be used. The surface A after the flattening step preferably has an average surface roughness Ra ≦ 1 nm in a 5 μm square when observed with an atomic force microscope (AFM). After the planarization treatment, the contact layer 4 is patterned into a desired shape covering the source / drain electrode 3 by using the same method as that for the source / drain electrode 3 (FIG. 2D).

次に、プラズマCVD法を用いて、活性層5を形成する。活性層5には、非晶質シリコン、非結晶シリコン、結晶シリコン、いずれのシリコン膜でも適用することができる。活性層5の膜厚は、20〜300nm、より好ましくは50〜200nmである。活性層5となる非晶質シリコンの形成に適する成膜条件は、RFパワー密度0.01〜1W/cm2 、より好ましくは0.01〜0.3W/cm2 、圧力0.5〜5Torr、より好ましくは0.7〜2.0Torrである。材料ガスには、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiF4、SiH2F2などのシリコン含有ガス、稀釈ガスにはH2ガスや不活性ガスを好適に用いることができる。シリコン含有ガスの水素稀釈率は、1〜20、より好ましくは1〜15である。また、活性層5として結晶シリコンを成膜する場合の成膜条件は、不純物添加ガスを流さない点を除いて、コンタクト層4の微結晶シリコン膜の成膜条件と同様である。活性層5も、ソース/ドレイン電極3と同様の方法で、一対のコンタクト層4それぞれの一部と、一対のソース/ドレイン電極3の間とを覆うようにパターニングする(図2(e))。   Next, the active layer 5 is formed using a plasma CVD method. Any silicon film of amorphous silicon, amorphous silicon, or crystalline silicon can be applied to the active layer 5. The film thickness of the active layer 5 is 20 to 300 nm, more preferably 50 to 200 nm. The film forming conditions suitable for forming the amorphous silicon to be the active layer 5 are RF power density of 0.01-1 W / cm 2, more preferably 0.01-0.3 W / cm 2, pressure 0.5-5 Torr, and more. Preferably, it is 0.7 to 2.0 Torr. A silicon-containing gas such as SiH 4, Si 2 H 6, SiH 2 Cl 2, SiF 4, or SiH 2 F 2 can be suitably used as the material gas, and H 2 gas or an inert gas can be suitably used as the dilution gas. The hydrogen dilution rate of the silicon-containing gas is 1 to 20, more preferably 1 to 15. The film formation conditions for forming crystalline silicon as the active layer 5 are the same as the film formation conditions for the microcrystalline silicon film of the contact layer 4 except that no impurity-added gas flows. The active layer 5 is also patterned by the same method as the source / drain electrode 3 so as to cover a part of each of the pair of contact layers 4 and between the pair of source / drain electrodes 3 (FIG. 2E). .

続いて、プラズマCVD法やスパッタリング法を用いて、活性層5を端部まで覆うゲート絶縁膜6を形成する。膜厚は、50〜300nmが好ましい。このゲート絶縁膜6の材料には、SiO2やSiNxが好適に用いられる。SiO2膜やSiNx膜をプラズマCVD法で形成する場合は、保護層2と同様の条件を用いることができる。ゲート絶縁膜6の上には、スパッタ法あるいは真空蒸着法を用いて、Al、Cr、Ti、Mo、Ta、あるいはそれらの合金、あるいはそれらの積層膜により、膜厚100〜600nmのゲート電極7を成膜する。その後、ソース/ドレイン電極3と同様の方法で、ゲート電極7をパターニングする(図2(g))。   Subsequently, a gate insulating film 6 that covers the active layer 5 to the end is formed by plasma CVD or sputtering. The film thickness is preferably 50 to 300 nm. As a material of the gate insulating film 6, SiO2 or SiNx is preferably used. When forming the SiO2 film or SiNx film by the plasma CVD method, the same conditions as those for the protective layer 2 can be used. A gate electrode 7 having a film thickness of 100 to 600 nm is formed on the gate insulating film 6 by Al, Cr, Ti, Mo, Ta, an alloy thereof, or a laminated film thereof by sputtering or vacuum deposition. Is deposited. Thereafter, the gate electrode 7 is patterned by the same method as that for the source / drain electrode 3 (FIG. 2G).

最後に、ソース/ドレイン電極3と同様のエッチング方法にて、ソース/ドレイン電極3と電気的に接続するためのコンタクトホールをゲート絶縁膜6およびコンタクト層4に形成して、TFTが完成する。   Finally, contact holes for electrical connection with the source / drain electrodes 3 are formed in the gate insulating film 6 and the contact layer 4 by the same etching method as that for the source / drain electrodes 3 to complete the TFT.

(実験例)
本発明にかかる製造方法にてトップゲート型のTFTを形成し、評価を行なった。まず、図2(a)に示すように、絶縁基板であるガラス基板1上に、プラズマCVD法にて保護層2となるSiNx膜を約200nm成膜した。成膜条件は、材料ガスとしてSiH4を160sccm、N2を2000sccm、NH3を1000sccm流し、圧力を1.6Torr、RFパワーを2000W、設定温度を395℃とした。
(Experimental example)
A top gate type TFT was formed by the manufacturing method according to the present invention and evaluated. First, as shown in FIG. 2A, an SiNx film serving as a protective layer 2 was formed on a glass substrate 1 as an insulating substrate by a plasma CVD method to a thickness of about 200 nm. The film formation conditions were as follows: SiH4 as a material gas, 160 sccm of N2, 2000 sccm of N2, and 1000 sccm of NH3, a pressure of 1.6 Torr, an RF power of 2000 W, and a set temperature of 395 ° C.

次に、図2(b)に示すように、保護層2上に、スパッタ法にてMoを約30nm成膜した後、島状にパターニングしてソース/ドレイン電極3を形成した。続いて、図2(c)に示すように、ソース/ドレイン電極3の上に、コンタクト層4となるn+型の微結晶シリコン膜をプラズマCVD法にて、約50nm成膜した。成膜条件は、圧力を9Torr、RFパワーを300W、設定温度を200℃とした。また、材料ガスにはSiH4、PH3、H2を用い、良質な微結晶シリコンを成膜を得るための水素希釈率の範囲に含まれるよう、流量比をSiH4:PH3:H2=100:1:100000(水素稀釈率は1000)とした。得られたn+型の微結晶シリコン膜の膜厚は、凹部で48.9nm、凸部で54.2nm、表面の平均粗さはRa=1.8nmであった。   Next, as shown in FIG. 2B, about 30 nm of Mo was formed on the protective layer 2 by sputtering, and then patterned into island shapes to form the source / drain electrodes 3. Subsequently, as shown in FIG. 2C, an n + type microcrystalline silicon film to be the contact layer 4 was formed on the source / drain electrode 3 by a plasma CVD method to a thickness of about 50 nm. The film forming conditions were a pressure of 9 Torr, an RF power of 300 W, and a set temperature of 200 ° C. Further, SiH4, PH3, and H2 are used as the material gas, and the flow rate ratio is set to SiH4: PH3: H2 = 100: 1: 100000 so that it is included in the range of the hydrogen dilution rate for obtaining a film of high-quality microcrystalline silicon. (The hydrogen dilution rate was 1000). The film thickness of the obtained n + type microcrystalline silicon film was 48.9 nm at the concave portions, 54.2 nm at the convex portions, and the average roughness of the surface was Ra = 1.8 nm.

続いて、n+型の微結晶シリコン膜の表面をCMPを用いて研磨して平坦化する工程を行なった。研磨材には一般的なシリコンファイナル用スラリーを用い、回転数を90rpm、加圧を4psiとして研磨を行い、コンタクト層4とした。研磨後のコンタクト層4の表面Aの平均粗さはRa=0.9nm、平均膜厚は30nmであった。続いて、図2(d)に示すように、コンタクト層4を、ソース/ドレイン電極3を端部まで覆う島状にレジストにてパターンを形成し、ドライエッチングを用いてパターニングした。   Subsequently, the surface of the n + type microcrystalline silicon film was polished and planarized using CMP. As a polishing material, a general silicon final slurry was used, and polishing was performed at a rotation speed of 90 rpm and a pressure of 4 psi to form a contact layer 4. The average roughness of the surface A of the contact layer 4 after polishing was Ra = 0.9 nm, and the average film thickness was 30 nm. Subsequently, as shown in FIG. 2D, the contact layer 4 was patterned with a resist in an island shape covering the source / drain electrodes 3 up to the ends, and was patterned using dry etching.

次に、図2(e)に示すように、活性層5として非晶質シリコン層を、プラズマCVDにて形成した。非晶質シリコン層を、保護層2およびコンタクト層4を覆うようにプラズマCVD法にて約50nm成膜した後、ソース/ドレイン電極3と同様の方法で、一対のコンタクト層4それぞれの一部と、一対のソース/ドレイン電極3の間とを覆うようにパターニングした。非晶質シリコン層の成膜条件は、圧力1Torr、RFパワー150W、設定温度395℃、材料ガスは、SiH4を225sccm、H2を1000sccmとした。   Next, as shown in FIG. 2E, an amorphous silicon layer was formed as the active layer 5 by plasma CVD. After forming an amorphous silicon layer to a thickness of about 50 nm by plasma CVD so as to cover the protective layer 2 and the contact layer 4, a part of each of the pair of contact layers 4 is formed in the same manner as the source / drain electrode 3. And patterning so as to cover between the pair of source / drain electrodes 3. The amorphous silicon layer was formed under the conditions of a pressure of 1 Torr, an RF power of 150 W, a set temperature of 395 ° C., and material gases of SiH4 of 225 sccm and H2 of 1000 sccm.

続いて、図2(f)に示すように、ゲート絶縁膜6をプラズマCVD法にて約200nm成膜した。成膜条件は、圧力1.3Torr、RFパワー1100W、設定温度395℃、材料ガスは、SiH4を100sccm、N2を3500sccm、NH3を500sccmとした。   Subsequently, as shown in FIG. 2F, a gate insulating film 6 was formed to a thickness of about 200 nm by plasma CVD. The film formation conditions were a pressure of 1.3 Torr, an RF power of 1100 W, a set temperature of 395 ° C., and material gases of SiH 4 of 100 sccm, N 2 of 3500 sccm, and NH 3 of 500 sccm.

最後に、ゲート絶縁膜6上に、スパッタ法にてMoを約100nm成膜し、島状にパターニングして、ゲート電極7を形成した。その後、図2(g)に示すようにゲート絶縁膜6をエッチングし、ソース/ドレイン電極に電気的に接続するためのコンタクトホールを形成して、TFTが完成した。   Finally, about 100 nm of Mo was formed on the gate insulating film 6 by sputtering, and patterned into an island shape to form the gate electrode 7. Thereafter, as shown in FIG. 2G, the gate insulating film 6 was etched to form contact holes for electrical connection to the source / drain electrodes, thereby completing the TFT.

上記の方法で作製したTFTの電気特性を測定した。測定には、Agilent社製4155C半導体パラメータアナライザを使用し、25℃に保たれたステージ上にTFTを載置して行なった。測定条件は、ソース電極に0V、ドレイン電極に0.1V、1V、10Vをそれぞれ印加した状態でゲート電圧を−10Vから+15Vまでスイープさせた。こうして得られた特性をTFTのVG−ID特性とした。   The electrical characteristics of the TFT manufactured by the above method were measured. For the measurement, a 4155C semiconductor parameter analyzer manufactured by Agilent was used, and the TFT was placed on a stage maintained at 25 ° C. Measurement conditions were such that the gate voltage was swept from −10 V to +15 V with 0 V applied to the source electrode and 0.1 V, 1 V, and 10 V applied to the drain electrode, respectively. The characteristic obtained in this manner was used as the VG-ID characteristic of the TFT.

(比較例)
不純物を含有する半導体層の表面を平坦化する工程を省略した点を除いて、実験例と同様にしてTFTを形成し、同様にVG−ID特性の評価を行なった。表面の平均粗さはRa=1.8nmである。
(Comparative example)
A TFT was formed in the same manner as in the experimental example except that the step of planarizing the surface of the semiconductor layer containing impurities was omitted, and the VG-ID characteristics were similarly evaluated. The average roughness of the surface is Ra = 1.8 nm.

上記のVG−ID特性において、ドレイン電圧10V、ゲート電圧−10Vのとき、平坦化工程を施した実験例のTFTは、平坦化工程を施していない比較例のTFTに比べ、ドレイン電流が約2桁減少した。図3に、実験例、比較例それぞれについて、Raとオフリーク電流との関係を示す。図3からわかるように、平坦化されたサンプルにおいてオフリーク電流が顕著に低減され、TFTは良好な特性を示すことがわかった。   In the above VG-ID characteristics, when the drain voltage is 10 V and the gate voltage is −10 V, the TFT of the experimental example subjected to the planarization process has a drain current of about 2 compared to the TFT of the comparative example not subjected to the planarization process. Decreased by orders of magnitude. FIG. 3 shows the relationship between Ra and off-leakage current for each of the experimental example and the comparative example. As can be seen from FIG. 3, the off-leakage current was significantly reduced in the flattened sample, and it was found that the TFT showed good characteristics.

1 基板
2 保護層
3 ソース/ドレイン電極
4 コンタクト層
5 活性層
6 ゲート絶縁層
7 ゲート電極
A 平坦化処理面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Protective layer 3 Source / drain electrode 4 Contact layer 5 Active layer 6 Gate insulating layer 7 Gate electrode A Planarized surface

Claims (2)

基板の上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極およびドレイン電極それぞれの上に、不純物を含有する微結晶半導体からなるコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層の上に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上にゲート電極を形成する工程と、
を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記コンタクト層を形成する工程と前記活性層を形成する工程との間に、前記コンタクト層の表面を平坦化する工程を有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a source electrode and a drain electrode on the substrate;
Forming a contact layer made of a microcrystalline semiconductor containing impurities on each of the source electrode and the drain electrode;
Forming an active layer on the contact layer;
Forming an insulating layer on the active layer;
Forming a gate electrode on the insulating layer;
A method of manufacturing a thin film transistor having
A method of manufacturing a thin film transistor, comprising a step of planarizing a surface of the contact layer between the step of forming the contact layer and the step of forming the active layer.
前記コンタクト層を形成する工程、および、前記活性層を形成する工程は、プラズマCVD法を用いてシリコンを主成分とする層を形成する工程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の製造方法。   2. The thin film transistor according to claim 1, wherein the step of forming the contact layer and the step of forming the active layer are steps of forming a layer mainly composed of silicon using a plasma CVD method. Manufacturing method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114005881A (en) * 2021-10-27 2022-02-01 云谷(固安)科技有限公司 Thin film transistor, preparation method thereof and pixel circuit

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