JP2919583B2 - Method for manufacturing thin film transistor - Google Patents

Method for manufacturing thin film transistor

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【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、多結晶シリコン膜を活性層とする薄膜トラ
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 using a polycrystalline silicon film as an active layer.

(ロ) 従来の技術 薄膜トランジスタ用半導体材料として、近年、多結晶
シリコンを構成材料とするデバイスの開発が急速に進め
られている。
(B) Conventional technology In recent years, as a semiconductor material for a thin film transistor, a device using polycrystalline silicon as a constituent material has been rapidly developed.

特に、多結晶シリコン薄膜トランジスタは、その支持
基板として、透明絶縁基板を用いることができるという
特徴を有するため、例えば液晶ディスプレーなどの画素
用スイッチング素子などに使用されている。
In particular, a polycrystalline silicon thin film transistor has a feature that a transparent insulating substrate can be used as a supporting substrate thereof, and is therefore used for a pixel switching element such as a liquid crystal display.

しかしながら、多結晶シリコンによる薄膜トランジス
タでは、そのプロセス技術の殆どを単結晶シリコンのも
ので流用しているため、バルクではない、薄膜としての
多結晶シリコンの長所を十分活かしきれていない。
However, in the case of a thin film transistor made of polycrystalline silicon, most of the process technology is diverted to that of single crystal silicon, so that the advantages of polycrystalline silicon not as a bulk but as a thin film cannot be fully utilized.

(ハ) 発明が解決しようとする課題 多結晶シリコンを薄膜トランジスタの活性層として利
用する場合、その工程途中に幾つかのドーピング工程を
経る必要がある。従来、このようなドーピング法とし
て、例えばイオン注入法などの方法が用いられている
が、いずれの方法においても、そのドーピング用不純物
を活性化させるために1000℃以上のアニールを必要とす
る。
(C) Problems to be Solved by the Invention When polycrystalline silicon is used as an active layer of a thin film transistor, it is necessary to go through several doping steps during the step. Conventionally, as such a doping method, for example, an ion implantation method or the like has been used, but in any case, annealing at 1000 ° C. or more is required to activate the doping impurity.

その結果、多結晶シリコンを形成する透光性絶縁基板
として、耐熱性の優れた石英基板を使用しなければなら
ず製造コストの上昇をもたらしていた。さらに、従来の
イオン注入法では、ドーピング用イオンを注入するため
に加速することが機構上必要であるので、処理基板の大
面積化が困難であった。
As a result, a quartz substrate excellent in heat resistance has to be used as a light-transmitting insulating substrate for forming polycrystalline silicon, which raises manufacturing costs. Furthermore, in the conventional ion implantation method, since acceleration is necessary for implanting doping ions, it is difficult to increase the area of the processing substrate.

斯る技術に関しては、IEEE.ELECTRON DEVICE LETTER
S,VOL.9 NO.6 p.290〜292 JUNE1988に詳しく記載されて
いる。
Regarding such technology, IEEE.ELECTRON DEVICE LETTER
S, VOL. 9 NO. 6 p.290-292 described in detail in JUNE1988.

本発明の目的とするところは、ドーピング方法を必要
とする多結晶シリコンからなる半導体装置を、従来より
も低温で、且つ簡便な方法で形成する製造方法を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to provide a manufacturing method for forming a semiconductor device made of polycrystalline silicon which requires a doping method at a lower temperature and a simpler method than before.

(エ) 課題を解決するための手段 本発明の薄膜トランジスタの製造方法の特徴とすると
ころは、オーミック接触部とチャネル形成部との夫々の
導電型が、互いに逆導電型である多結晶シリコン膜を具
備する薄膜トランジスタの製造方法に於て、前記各部
は、導電性非晶質シリコン層と、i型又は実質的にi型
の非晶質シリコン層とを重畳形成した状態でアニールす
ることよりなり、前記導電性非晶質シリコン層は、前記
各部の夫々の導電型を有することにある。
(D) Means for Solving the Problems A feature of the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention is that a polycrystalline silicon film in which the conductivity types of the ohmic contact portion and the channel formation portion are opposite to each other is used. In the method for manufacturing a thin film transistor provided, each of the above-described portions includes annealing in a state where a conductive amorphous silicon layer and an i-type or substantially i-type amorphous silicon layer are formed in an overlapping manner. The conductive amorphous silicon layer has a conductivity type of each of the portions.

(ホ) 作用 本発明の製造方法における導電型多結晶シリコン膜
は、絶縁性基板上に導電性非晶質シリコン層と、i型又
は実質的にi型の非晶質シリコン層とを重畳積層させて
なる半導体薄膜をアニールすることによって形成され
る。
(E) Function The conductive polycrystalline silicon film in the manufacturing method of the present invention is obtained by superposing and stacking a conductive amorphous silicon layer and an i-type or substantially i-type amorphous silicon layer on an insulating substrate. The semiconductor thin film thus formed is formed by annealing.

斯る半導体薄膜をアニールすると、前記導電性非晶質
シリコン層が、多結晶化のための核生成として機能し、
600℃以下の低温で前記真性非晶質シリコン層を多結晶
化することが可能となる。
When the semiconductor thin film is annealed, the conductive amorphous silicon layer functions as nucleation for polycrystallization,
The intrinsic amorphous silicon layer can be polycrystallized at a low temperature of 600 ° C. or less.

さらに前記多結晶シリコン膜は、前記アニールの進行
中に前記導電性非晶質シリコン層内の導電型決定元素が
前記i型又は実質的にi型の非晶質シリコン層に拡散
し、導電性を有するようになる。
Further, the polycrystalline silicon film has a structure in which the conductivity-type determining element in the conductive amorphous silicon layer diffuses into the i-type or substantially i-type amorphous silicon layer during the progress of the annealing. Will have.

従って、前記導電性非晶質シリコン層を各導電型毎に
所望のパターンとして形成し、これに前記真性非晶質シ
リコンを重畳積層してアニールすることによって、各導
電型の多結晶シリコン膜が前記パターンに対応して形成
することができる。
Therefore, the conductive amorphous silicon layer is formed as a desired pattern for each conductivity type, and the intrinsic amorphous silicon is superimposed and laminated thereon and annealed to form a polycrystalline silicon film of each conductivity type. It can be formed corresponding to the pattern.

なお、本発明で使用するi型の非晶質シリコンとは、
例えばプラズマCVD法による形成の場合、導電型決定用
不純物を混入せず、シラン化合物などの反応ガスのみで
形成されたもの、あるいはスパッタ蒸着法による形成の
場合、ターゲットとしてシリコン基板を使用し、スパッ
タガスとして導電型決定用不純物を混入せず、不活性ガ
ス等を用いて形成したものなどを言う。
Note that the i-type amorphous silicon used in the present invention is:
For example, in the case of formation by plasma CVD, impurities formed for determining the conductivity type are not mixed, and only a reaction gas such as a silane compound is used.In the case of formation by sputter deposition, a silicon substrate is used as a target and sputtering is performed. A gas formed using an inert gas or the like without mixing impurities for determining conductivity type as a gas is used.

斯るi型の非晶質シリコンは、一般にそのままでは僅
かながらn型の導電型を示す。
Such i-type amorphous silicon generally shows a slight n-type conductivity as it is.

本発明に於て使用できる非晶質シリコンとしては、前
記i型の非晶質シリコンに限られず、成膜時に僅かにp
型にドーピングすることにより実質的にi型の非晶質シ
リコンとしたものであってもよい。
The amorphous silicon that can be used in the present invention is not limited to the i-type amorphous silicon described above.
It may be substantially i-type amorphous silicon by doping the mold.

以下では、i型又は実質的にi型の非晶質シリコンを
真性非晶質シリコンと略記する。
Hereinafter, i-type or substantially i-type amorphous silicon is abbreviated as intrinsic amorphous silicon.

(ヘ) 実施例 第1図乃至第6図は、本発明多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタの製造工程を説明するための工程別断面図であ
る。
(F) Example FIGS. 1 to 6 are sectional views for explaining steps of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor of the present invention.

第1図に示される第1工程では、支持基板(1)上に
真性非晶質シリコン層(2)及びp型非晶質シリコン層
(3)を従来周知のプラズマCVD法やスパッタ法により
形成し、前記p型非晶質シリコン層をパターニングした
ものである。前記プラズマCVD法は、シランなどのシリ
コン化合物をグロー放電によるプラズマのエネルギーに
よってガス分解を行うものである。p型非晶質シリコン
層を形成する場合には、前記シリコン化合物にドーピン
グ用ガスとして、例えば、ジボランガスを添加し形成す
る。
In a first step shown in FIG. 1, an intrinsic amorphous silicon layer (2) and a p-type amorphous silicon layer (3) are formed on a supporting substrate (1) by a conventionally known plasma CVD method or sputtering method. Then, the p-type amorphous silicon layer is patterned. In the plasma CVD method, a silicon compound such as silane is subjected to gas decomposition by plasma energy generated by glow discharge. When a p-type amorphous silicon layer is formed, for example, a diborane gas is added to the silicon compound as a doping gas.

実施例では、p型非晶質シリコン層のボロンドーピン
グ濃度は1017cm-3とし、その膜厚は、1000Åとした。
又、真性非晶質シリコンの膜厚は、5000Åとした。
In the example, the boron doping concentration of the p-type amorphous silicon layer was 10 17 cm −3 , and the thickness was 1000 °.
The thickness of the intrinsic amorphous silicon was 5000 °.

次に、第2図に示される第2工程では、n型非晶質シ
リコン層(4)を前記プラズマCVD法と同様な方法によ
り形成しパターニングする。この場合のドーピングガス
としては、フォスフィンガス等を用いる。n型非晶質シ
リコン層(4)のリン・ドーピング濃度は、1020cm-3
し、その膜厚は1000Åとした。
Next, in a second step shown in FIG. 2, an n-type amorphous silicon layer (4) is formed and patterned by a method similar to the plasma CVD method. In this case, a phosphine gas or the like is used as the doping gas. The phosphorus doping concentration of the n-type amorphous silicon layer (4) was 10 20 cm -3, and its thickness was 1000 °.

第3図に示される第3工程では、500℃,10時間の条件
でアニールする。
In the third step shown in FIG. 3, annealing is performed at 500 ° C. for 10 hours.

これにより、p型多結晶シリコン層(3a)とn型多結
晶シリコン層(4a)とが、前記p型非晶質シリコン層
(3)及び前記n型非晶質シリコン層(4)のパターン
に対応して、形成される。
As a result, the p-type polycrystalline silicon layer (3a) and the n-type polycrystalline silicon layer (4a) form a pattern of the p-type amorphous silicon layer (3) and the n-type amorphous silicon layer (4). Is formed corresponding to

即ち、斯る第1工程及び第2工程で形成される各導電
型非晶質シリコン層のパターンは、第3工程で多結晶シ
リコン膜に変質された際の所望のパターンとなるように
設計して行う。
That is, the pattern of each conductive type amorphous silicon layer formed in the first step and the second step is designed so as to have a desired pattern when it is transformed into a polycrystalline silicon film in the third step. Do it.

第4図に示される第4工程では、後工程でのパターニ
ングが容易となるように、前記p型多結晶シリコン層
(3a)と前記n型多結晶シリコン層(4a)の表面を僅か
にエッチングし平坦化する。
In a fourth step shown in FIG. 4, the surfaces of the p-type polycrystalline silicon layer (3a) and the n-type polycrystalline silicon layer (4a) are slightly etched so that patterning in a subsequent step becomes easy. And flatten.

第5図に示される第5工程では、ゲート絶縁膜(5)
をプラズマCVD法や常圧CVD法等によって形成した後、ド
レイン及びソース・コンタクト部のための開口を前記ゲ
ート絶縁膜(5)の一部に設ける。実施例では、ゲート
絶縁膜(5)として膜厚が1000Åのシリコン酸化膜を用
いた。
In a fifth step shown in FIG. 5, the gate insulating film (5)
Is formed by a plasma CVD method, a normal pressure CVD method or the like, and an opening for a drain and a source contact portion is provided in a part of the gate insulating film (5). In the embodiment, a silicon oxide film having a thickness of 1000 ° is used as the gate insulating film (5).

そして、最後に第6図に示される第6工程では、金属
膜を蒸着しパターニングすることにより、ゲート金属膜
(6)、ドレイン電極(7)さらにソース電極(8)を
形成する。
Finally, in a sixth step shown in FIG. 6, a metal film is deposited and patterned to form a gate metal film (6), a drain electrode (7), and a source electrode (8).

実施例によれば、前記アニールによって得られたp型
多結晶シリコン層では、粒径の大きな多結晶膜が得ら
れ、n型多結晶シリコン層については、n型非晶質シリ
コン層(4)のドーピング量を多くしたために前記粒径
は小さくなったものの良好なオーミック接触が得られ
た。
According to the embodiment, in the p-type polycrystalline silicon layer obtained by the annealing, a polycrystalline film having a large grain size is obtained, and in the case of the n-type polycrystalline silicon layer, the n-type amorphous silicon layer (4) Although the particle size was reduced due to the increase in the doping amount of, a good ohmic contact was obtained.

実施例の薄膜トランジスタにおいては、その電子移動
度として約190cm2/V・sが得られた。
In the thin film transistor of the example, about 190 cm 2 / V · s was obtained as the electron mobility.

又、本発明製造方法によれば、前記導電性非晶質シリ
コンと前記真性非晶質シリコンとを、大面積の形成が可
能なプラズマCVD法やスパッタ法によって成膜するた
め、大面積の半導体装置が製造可能である。
According to the manufacturing method of the present invention, the conductive amorphous silicon and the intrinsic amorphous silicon are formed by a plasma CVD method or a sputtering method capable of forming a large area. The device can be manufactured.

(ト) 発明の効果 本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、n型
及びp型の導電型が混在した多結晶シリコン層を容易に
形成することができる。
(G) Effects of the Invention According to the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, a polycrystalline silicon layer in which n-type and p-type conductivity types are mixed can be easily formed.

又、従来のイオン注入法によらないため大面積にわた
って、前記多結晶シリコンを形成できる。
Further, since the conventional ion implantation method is not used, the polycrystalline silicon can be formed over a large area.

さらに、本製造方法によれば、基板として耐熱性の優
れた高価な基板を使用する必要がない。
Further, according to the present manufacturing method, it is not necessary to use an expensive substrate having excellent heat resistance as the substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図乃至第6図は本発明の製造方法を説明するための
薄膜トランジスタの製造工程別断面図である。
1 to 6 are cross-sectional views of a thin film transistor for explaining a manufacturing method of the present invention, which are based on manufacturing steps.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 聡 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Ishida 2-18-18 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 29 / 786 H01L 21/336 H01L 21/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】オーミック接触部とチャネル形成部との夫
々の導電型が、互いに逆導電型である多結晶シリコン膜
を具備する薄膜トランジスタの製造方法に於て、前記各
部は、導電性非晶質シリコン層と、i型又は実質的にi
型の非晶質シリコン層とを重畳形成した状態でアニール
することよりなり、前記導電性非晶質シリコン層は、前
記各部の夫々の導電型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。
In a method of manufacturing a thin film transistor having a polycrystalline silicon film in which an ohmic contact portion and a channel forming portion each have a conductivity type opposite to each other, each of the portions is made of a conductive amorphous material. A silicon layer and an i-type or substantially i
A method for producing a thin film transistor, wherein annealing is performed in a state in which an amorphous silicon layer of a conductive type is superposed on the conductive amorphous silicon layer.
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