JP2925007B2 - Method for manufacturing thin film transistor - Google Patents

Method for manufacturing thin film transistor

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JP2925007B2
JP2925007B2 JP1618997A JP1618997A JP2925007B2 JP 2925007 B2 JP2925007 B2 JP 2925007B2 JP 1618997 A JP1618997 A JP 1618997A JP 1618997 A JP1618997 A JP 1618997A JP 2925007 B2 JP2925007 B2 JP 2925007B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型液晶表示素子のスイッチング素子などに用いられ
る薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に多結晶シリ
コン層を活性層とする薄膜トランジスタの製造方法に関
するものである。
The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor used for a switching element of an active matrix type liquid crystal display element, and more particularly to a method of manufacturing a thin film transistor having a polycrystalline silicon layer as an active layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】多結晶シリコンはアモルファスシリコン
に比較して高い電子移動度を有しているため、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタ(poly−Si TFT)は
アモルフアスシリコン薄膜トランジスタ(a−Si T
FT)に比べて高性能特性が期待でき、アクティブマト
リクス型の液晶表示素子や密着型イメージセンサ等への
応用に向けて活発に研究・開発されている。これらのデ
バイスは大型化および低価格化が要求されており、基板
として大型かつ安価なガラス基板を用いる必要が生じて
いる。
2. Description of the Related Art Polycrystalline silicon thin-film transistors (poly-Si TFTs) are amorphous silicon thin-film transistors (a-SiT) because polycrystalline silicon has a higher electron mobility than amorphous silicon.
It is expected to have higher performance than FT), and is actively researched and developed for application to active matrix type liquid crystal display devices, contact image sensors, and the like. These devices are required to be large in size and low in cost, and it is necessary to use large and inexpensive glass substrates as substrates.

【0003】これまでにpoly−Si TFT応用デ
バイスとして市販されたものでは、TFTは石英基板上
に高温プロセスを用いて形成されている。高温プロセス
を用いることにより、高性能なpoly−Si TFT
を作製することができるが、高温プロセスに耐えるため
に高価な石英基板を用いる必要があり、デバイスを安価
に作製することができなかった。安価なガラス基板を用
いるためには、poly−Si TFT形成プロセスで
の最高温度は高くても600℃以下、できれば450℃
以下が望ましい。600℃までは石英基板より安価な無
アルカリガラス基板が使用可能となり、450℃以下で
は更に安価な低融点ガラス基板が使用可能となる。
[0003] In a device commercially available as a poly-Si TFT application device, a TFT is formed on a quartz substrate by using a high-temperature process. High performance poly-Si TFT by using high temperature process
However, it was necessary to use an expensive quartz substrate to withstand a high-temperature process, and the device could not be manufactured at low cost. In order to use an inexpensive glass substrate, the maximum temperature in the poly-Si TFT forming process is at most 600 ° C. or less, preferably 450 ° C.
The following is desirable. Up to 600 ° C., an alkali-free glass substrate cheaper than a quartz substrate can be used, and below 450 ° C., a cheaper low-melting glass substrate can be used.

【0004】デバイスの高性能化のためには、このよう
な低温のプロセスを用いても高性能なpoly−Si
TFTを作製できるようにする必要がある。poly−
SiTFTの特性を決定する重要なプロセスとして、チ
ヤネルpoly−Si膜の結晶性の高品質化と、ゲート
絶縁膜の高性能化が挙げられる。チヤネルpoly−S
i膜の高性能化の方法としてはエキシマレーザアニール
(ELA)法が提案されている。ELA法により膜中に
含まれる欠陥密度が低いpoly−Si膜が得られると
されるが、poly−Si膜中の欠陥を更に低減する方
法として、酸素プラズマ雰囲気中でアニールする方法が
提案されている(例えば特開平6−196503号公
報)。この方法について以下に図5を参照して説明す
る。
In order to improve the performance of a device, a poly-Si having a high performance even when using such a low-temperature process is used.
It is necessary to be able to manufacture a TFT. poly-
Important processes for determining the characteristics of the SiTFT include improving the crystal quality of the channel poly-Si film and improving the performance of the gate insulating film. Channel poly-S
An excimer laser annealing (ELA) method has been proposed as a method for improving the performance of an i-film. Although it is said that a poly-Si film having a low defect density contained in the film is obtained by the ELA method, a method of annealing in an oxygen plasma atmosphere has been proposed as a method for further reducing the defects in the poly-Si film. (For example, JP-A-6-196503). This method will be described below with reference to FIG.

【0005】まず、図5(a)に示すように、ガラス基
板101上にポリシリコン層102を形成した後、酸素
プラズマ103雰囲気中でアニールを行う。このとき、
図5(b)に示すように、ポリシリコン層102上に酸
化膜104が形成される。酸素プラズマ中には電荷が存
在するため、酸化膜104中に主として正の電荷105
が取り込まれる。次に、図5(c)に示すように、ポリ
シリコン層102と酸化膜104をエッチングによりパ
ターニングを行い、活性層106を形成する。次に、酸
化膜104を除去せずに、連続してゲート絶縁膜107
およびゲート電極108を形成する。次に、図5(d)
に示すように、不純物を活性層106の一部に注入して
ソース・ドレイン領域109を形成する。更に、層間絶
縁膜110を形成した後、ソース・ドレイン領域109
と電気的に接続されるAl電極111を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, after a polysilicon layer 102 is formed on a glass substrate 101, annealing is performed in an oxygen plasma 103 atmosphere. At this time,
As shown in FIG. 5B, an oxide film 104 is formed on the polysilicon layer 102. Since oxygen plasma contains electric charges, the positive electric charges 105 are mainly contained in the oxide film 104.
Is taken in. Next, as shown in FIG. 5C, the polysilicon layer 102 and the oxide film 104 are patterned by etching to form an active layer 106. Next, the gate insulating film 107 is continuously formed without removing the oxide film 104.
And a gate electrode 108 are formed. Next, FIG.
As shown in (1), an impurity is implanted into a part of the active layer 106 to form a source / drain region 109. Further, after forming the interlayer insulating film 110, the source / drain regions 109 are formed.
An Al electrode 111 electrically connected to the Al electrode 111 is formed.

【0006】上記の酸素プラズマ処理により、活性層と
なるポリシリコン層が酸素プラズマ雰囲気に晒され、酸
素プラズマ中の酸素がポリシリコン層内で不安定に結合
されたシリコン原子と結合する。このため、ポリシリコ
ン層内のダングリングボンド(dangling bond )が減少
し、チャネル導電率の向上が図られる。
[0006] By the above-described oxygen plasma treatment, the polysilicon layer serving as an active layer is exposed to an oxygen plasma atmosphere, and oxygen in the oxygen plasma is bonded to silicon atoms that are labile bonded in the polysilicon layer. Therefore, dangling bonds in the polysilicon layer are reduced, and the channel conductivity is improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】活性層となるポリシリ
コン層を酸素プラズマに晒すことにより、ポリシリコン
層上には酸化膜が形成される。プラズマ中には電荷が存
在するため、酸素プラズマに晒した際に、形成された酸
化膜中に電荷が取り込まれることになる。この酸化膜を
ゲート絶縁膜の一部として用いて形成された薄膜トラン
ジスタの特性は電荷の影響を受けるようになる。具体的
には、しきい値電圧が負側に振られたり、しきい値電圧
のばらつきが大きくなったりという問題が生じる。ま
た、逆スタガード型薄膜トランジスタにあっては、この
酸素プラズマ処理により生成された酸化膜中に取り込ま
れた電荷によりバックチャネル部がn型化されバックチ
ャネル部のリーク電流が増大する。したがって、本発明
の解決すべき課題は、薄膜トランジスタのしきい値電圧
が負側に振られたりばらつきが大きくなったりすること
を防止し、またリーク電流の増大を抑制することであ
る。
An oxide film is formed on the polysilicon layer by exposing the polysilicon layer serving as an active layer to oxygen plasma. Since electric charges exist in the plasma, the electric charges are taken into the formed oxide film when exposed to oxygen plasma. The characteristics of the thin film transistor formed using this oxide film as a part of the gate insulating film are affected by the electric charge. Specifically, there arises a problem that the threshold voltage shifts to the negative side and the variation of the threshold voltage increases. Further, in the inverted staggered thin film transistor, the back channel portion is made n-type by the charge taken into the oxide film generated by the oxygen plasma treatment, and the leakage current in the back channel portion increases. Therefore, it is an object of the present invention to prevent the threshold voltage of a thin film transistor from being shifted to the negative side or to increase the variation, and to suppress an increase in leak current.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述した本発明の課題
は、多結晶シリコン層を酸素を含むプラズマ雰囲気中で
処理して、多結晶シリコン層の高品質化を実現した後、
このプラズマ処理によって生成された酸化膜をエッチン
グ除去するようにすることによって解決することができ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention described above is to improve the quality of a polycrystalline silicon layer by treating the polycrystalline silicon layer in a plasma atmosphere containing oxygen.
The problem can be solved by etching away the oxide film generated by the plasma processing.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明による薄膜トランジスタの
製造方法は、 (1)絶縁性基板上または絶縁膜上に多結晶シリコン層
を形成する工程と、 (2)前記多結晶シリコン層を島状形状にパターニング
して活性層を形成する工程と、 (3)前記多結晶シリコン層のダングリングボンド密度
を減少させるために前記多結晶シリコン層を酸素を含む
プラズマ雰囲気に晒す工程と、 (4)前記活性層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 (5)前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
と、 (6)前記活性層の一部に不純物を高濃度にドープして
ソース・ドレイン領域を形成する工程と、 を備え、この順で若しくは前記第(2)の工程と前記第
(3)の工程の順序を変えて行うものであって、前記第
(3)の工程の後前記第(4)の工程の前には前記多結
晶シリコン層をプラズマ雰囲気に晒すことによって形成
された酸化膜を除去する工程が付加されることを特徴と
している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention comprises: (1) forming a polycrystalline silicon layer on an insulating substrate or an insulating film; and (2) forming the polycrystalline silicon layer in an island shape. (3) Dangling bond density of the polycrystalline silicon layer
Exposing the polycrystalline silicon layer to a plasma atmosphere containing oxygen to reduce the following : (4) forming a gate insulating film on the active layer; and (5) forming a gate electrode on the gate insulating film. And (6) forming a source / drain region by doping a part of the active layer with an impurity at a high concentration. In this order or in the (2) th step, the The method is performed by changing the order of the step (3), and is formed by exposing the polycrystalline silicon layer to a plasma atmosphere after the step (3) and before the step (4). The method is characterized in that a step of removing the oxide film is added.

【0010】また、本発明による薄膜トランジスタの製
造方法は、 (1′)絶縁性基板上または絶縁膜上にゲート電極をす
る工程と、 (2′)前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、 (3′)前記ゲート絶縁膜上に多結晶シリコン層を形成
する工程と、 (4′)前記多結晶シリコン層を島状形状にパターニン
グして活性層を形成する工程と、 (5′)前記多結晶シリコン層のダングリングボンド密
度を減少させるために前記多結晶シリコン層を酸素を含
むプラズマ雰囲気に晒す工程と、 (6′)前記活性層上にチャネル保護膜を形成する工程
と、 (7′)前記活性層の一部に不純物を高濃度にドープし
てソース・ドレイン領域を形成する工程と、を備え、こ
の順に若しくは前記第(4′)の工程と前記第(5′)
の工程、および/または、前記第(6′)の工程と前記
第(7′)の工程の順序を入れ換えて行う薄膜トランジ
スタの製造方法において、前記第(5′)の工程の後で
前記第(6′)の工程の前に前記多結晶シリコン層をプ
ラズマ雰囲気に晒すことによって形成された酸化膜を除
去する工程が付加されることを特徴としている。
The method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes: (1 ') a step of forming a gate electrode on an insulating substrate or an insulating film; and (2') a step of forming a gate insulating film on the gate electrode. (3 ′) a step of forming a polycrystalline silicon layer on the gate insulating film; (4 ′) a step of patterning the polycrystalline silicon layer into an island shape to form an active layer; D ) Dangling bond density of the polycrystalline silicon layer
Exposing the polycrystalline silicon layer to a plasma atmosphere containing oxygen to reduce the degree of reduction ; (6 ') forming a channel protective film on the active layer; and (7') part of the active layer. Forming a source / drain region by doping an impurity at a high concentration, in this order or in the step (4 ′) and the step (5 ′).
And / or a method of manufacturing a thin film transistor in which the order of the (6 ′) th step and the (7 ′) th step is reversed, after the (5 ′) th step, the ( Before the step 6 '), a step of removing an oxide film formed by exposing the polycrystalline silicon layer to a plasma atmosphere is added.

【0011】そして、好ましくは、前記第(3)の工
程、前記酸化膜除去工程および前記第(4)の工程、若
しくは、前記第(5′)の工程、前記酸化膜除去工程お
よび前記第(6′)の工程が真空を破らずに連続的に行
われる。
Preferably, the (3) th step, the oxide film removing step and the (4) th step, or the (5 ′) th step, the oxide film removing step and the ( Step 6 ') is continuously performed without breaking the vacuum.

【0012】[作用]本発明によれば、活性層となるポ
リシリコン層を酸素プラズマに晒しているため、ポリシ
リコン層中のダングリングボンドを減少させることがで
き、高品質の活性層を得ることができる。また、プラズ
マ酸化処理工程で形成された酸化膜を一旦除去した後、
ゲート絶縁膜を形成しているので(正スタガード型薄膜
トランジスタの場合)、ゲート酸化膜中には酸素プラズ
マ中の電荷が取り込まれることがなくなり、薄膜トラン
ジスタのしきい値電圧が負側に振られたりばらつきが大
きくなったりする問題は抑制される。また、逆スタガー
ド型の場合、バックチャネルの形成が抑制されるため、
リーク電流の増大を抑えることができる。よって、本発
明によれば、オン/オフ比の大きな薄膜トランジスタを
得ることができ、例えばアクティブマトリクス方式の液
晶表示素子のスイッチング素子として用いた場合には、
表示画像の高品質化を実現することができる。さらに、
ポリシリコン層のプラズマ酸化、前記プラズマ酸化で形
成された酸化膜の除去およびゲート酸化膜(あるいはチ
ャネル保護膜)の形成を同一チャンバー内で連続して行
うことにより、活性層表面を大気に晒さないで済むよう
になり、良好な界面を形成することができるため、正ス
タガード型の薄膜トランジスタにあってはオン電流を一
層高めることができる。また、逆スタガード型のトラン
ジスタにあっては、特性をより安定化させることができ
る。
According to the present invention, since the polysilicon layer serving as the active layer is exposed to oxygen plasma, dangling bonds in the polysilicon layer can be reduced, and a high quality active layer can be obtained. be able to. Also, after once removing the oxide film formed in the plasma oxidation process,
Since the gate insulating film is formed (in the case of a positive staggered thin film transistor), the charge in the oxygen plasma is not taken into the gate oxide film, and the threshold voltage of the thin film transistor is shifted to the negative side or varies. Is suppressed. In the case of the inverted staggered type, the formation of the back channel is suppressed,
An increase in leakage current can be suppressed. Therefore, according to the present invention, a thin film transistor having a large on / off ratio can be obtained. For example, when the thin film transistor is used as a switching element of an active matrix type liquid crystal display element,
Higher quality of the displayed image can be realized. further,
The active layer surface is not exposed to the atmosphere by continuously performing plasma oxidation of the polysilicon layer, removal of the oxide film formed by the plasma oxidation, and formation of the gate oxide film (or channel protection film) in the same chamber. Since a good interface can be formed, the on-state current of the positive staggered thin film transistor can be further increased. In the case of an inverted staggered transistor, the characteristics can be further stabilized.

【0013】[0013]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。 [第1の実施例]図1は、nチャネルpoly−Si
TFTを作製する場合についての本発明の第1の実施例
を示す工程順の断面図である。まず、図1(a)に示す
ように、ガラス基板101上に、ジシランガスを用いて
基板温度450℃にて膜厚120nmのアモルフアスシ
リコンを形成した後、エキシマレーザアニール法によ
り、活性化を行いポリシリコン層102を形成する。次
に、前記ポリシリコン層102を酸素プラズマ103雰
囲気に晒す。このとき、図1(b)に示すように、ポリ
シリコン層102上には酸化膜104が40nm程度形
成されるが、この酸化膜中には酸素プラズマ中に含まれ
る電荷105が取り込まれる。また、このとき、ポリシ
リコン層102の膜厚は100nmに減少する。次に、
図1(c)に示すように、前記酸化膜104を除去せず
に、ポリシリコン層102をドライエッチング法により
島状形状にパターニングして活性層106を形成する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 shows an n-channel poly-Si
FIG. 3 is a cross-sectional view in the order of steps showing a first embodiment of the present invention for manufacturing a TFT. First, as shown in FIG. 1A, amorphous silicon having a thickness of 120 nm is formed on a glass substrate 101 at a substrate temperature of 450 ° C. using disilane gas, and then activated by excimer laser annealing. A polysilicon layer 102 is formed. Next, the polysilicon layer 102 is exposed to an oxygen plasma 103 atmosphere. At this time, as shown in FIG. 1B, an oxide film 104 having a thickness of about 40 nm is formed on the polysilicon layer 102, and the charges 105 contained in the oxygen plasma are taken into the oxide film. At this time, the thickness of the polysilicon layer 102 is reduced to 100 nm. next,
As shown in FIG. 1C, without removing the oxide film 104, the polysilicon layer 102 is patterned into an island shape by a dry etching method to form an active layer 106.

【0014】次に、図1(d)に示すように、電荷10
5を含んだ酸化膜104を3%の濃度のフッ酸で除去す
る。次に、シランガスと酸素を用いた、成長温度400
℃のLPCVD法により、活性層106およびガラス基
板101を覆うように、膜厚50nmのゲート絶縁膜1
07を形成する。更に、リンを高濃度に含有した膜厚1
50nmのポリシリコン膜を形成しこれをパターニング
してゲート電極108を形成した後、イオンドーピング
法により活性層106の一部にリン(P)を加速エネル
ギー50keV、ドーズ量5×1015cm-2の条件で注
入し、ソース・ドレイン領域109を形成する。次い
で、プラズマCVD法により、ゲート絶縁膜107およ
びゲート電極108を覆う、窒化シリコン膜からなる膜
厚300nmの層間絶縁膜110を形成する。さらに、
ゲート絶縁膜107および層間絶縁膜110の一部をド
ライエッチング法により除去してコンタクトホールを開
口し、Al電極111を形成する。最後に、水素プラズ
マ雰囲気で基板温度300℃でアニールを行うことによ
り、活性層中の欠陥を水素により終端する。
Next, as shown in FIG.
The oxide film 104 containing 5 is removed with 3% hydrofluoric acid. Next, a growth temperature of 400 using silane gas and oxygen was used.
The gate insulating film 1 having a thickness of 50 nm is formed so as to cover the active layer
07 is formed. Furthermore, a film thickness 1 containing a high concentration of phosphorus
After a polysilicon film having a thickness of 50 nm is formed and patterned to form a gate electrode 108, phosphorus (P) is partially applied to the active layer 106 by ion doping with an acceleration energy of 50 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2. To form source / drain regions 109. Next, a 300-nm-thick interlayer insulating film 110 made of a silicon nitride film and covering the gate insulating film 107 and the gate electrode 108 is formed by a plasma CVD method. further,
A part of the gate insulating film 107 and part of the interlayer insulating film 110 are removed by a dry etching method to open a contact hole, and an Al electrode 111 is formed. Finally, annealing in a hydrogen plasma atmosphere at a substrate temperature of 300 ° C. terminates defects in the active layer with hydrogen.

【0015】図2に、本実施例により形成したnチヤネ
ルpoly−Si TFTのドレイン電流のゲート電圧
依存性を実線にて、従来例のそれを破線にて示す。従来
例の場合、プラズマ酸化工程で形成された、電荷が混入
した酸化膜をゲート絶縁膜の一部に用いているため、特
性が大幅にマイナス方向にシフトしていることがわか
る。一方、本発明により形成したpoly−Si TF
Tでは、ドレイン電流が最小となるゲート電圧は0Vで
あり、特性のマイナス方向へのシフトは見られない。具
体的には、従来法で形成したnチャネルpoly−Si
TFTのしきい値は−2V程度となり、大幅にマイナ
ス方向へシフトしていたが、本実施例によるpoly−
Si TFTでは1.5V程度となり、正常な値を示し
た。また、プラズマ酸化工程により、ダングリングボン
ド密度を減少させることができ、移動度200cm2
V・secに達するnチャネルpoly−Si TFT
を作製することができ、しきい値の変動を抑えながら高
い移動度を有するpoly−Si TFTを低温プロセ
スで形成することができた。すなわち、本実施例により
オン電流が高く、オフ電流(リーク電流)の低い薄膜ト
ランジスタを製作することができた。したがって、例え
ばアクティブマトリクス方式液晶表示素子のスイッチン
グ素子として、本発明による薄膜トランジスタを用いれ
ば、電圧保持特性が改善され、表示画像の高品質化に資
することができる。
FIG. 2 shows the gate voltage dependence of the drain current of the n-channel poly-Si TFT formed by the present embodiment by a solid line, and that of the conventional example by a broken line. In the case of the conventional example, it can be seen that the characteristics are largely shifted in the negative direction because the oxide film mixed with electric charges formed in the plasma oxidation step is used as a part of the gate insulating film. On the other hand, poly-Si TF formed according to the present invention
At T, the gate voltage at which the drain current is minimized is 0 V, and no negative shift in the characteristics is observed. Specifically, n-channel poly-Si formed by a conventional method is used.
Although the threshold value of the TFT was about -2 V and was largely shifted in the negative direction, the poly-
In the case of the Si TFT, the voltage was about 1.5 V, which was a normal value. In addition, the dangling bond density can be reduced by the plasma oxidation step, and the mobility is 200 cm 2 /
N-channel poly-Si TFT reaching V · sec
Was fabricated, and a poly-Si TFT having high mobility was able to be formed by a low-temperature process while suppressing fluctuation of the threshold value. That is, a thin-film transistor having a high on-current and a low off-current (leakage current) can be manufactured by this example. Therefore, for example, when the thin film transistor according to the present invention is used as a switching element of an active matrix type liquid crystal display element, voltage holding characteristics are improved, which can contribute to high quality of a display image.

【0016】[第2の実施例]次に、図3および図4を
参照して本発明の第2の実施例について説明する。図3
は、第2の実施例での処理が行われる製造装置の概略を
示す断面図であり、図4は、第2の実施例の製造工程を
示す工程順断面図である。図3に示されるように、第2
の実施例において用いられる半導体製造装置は、プラズ
マ酸化チャンバー201、ドライエッチチャンバー20
2、リモートプラズマCVD(RPCVD)チャンバー
203の3室からなり、各室は予備室204、205で
接続されている。まず、ポリシリコン層を島状形状にパ
ターニングして活性層106を形成したガラス基板10
1をプラズマ酸化チャンバー201に導入する。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a manufacturing apparatus in which the processing in the second embodiment is performed, and FIG. 4 is a process-order cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the second embodiment. As shown in FIG.
The semiconductor manufacturing apparatus used in the embodiment includes a plasma oxidation chamber 201, a dry etching chamber 20
2. It consists of three chambers, a remote plasma CVD (RPCVD) chamber 203, and these chambers are connected by spare chambers 204 and 205. First, a glass substrate 10 on which an active layer 106 is formed by patterning a polysilicon layer into an island shape.
1 is introduced into the plasma oxidation chamber 201.

【0017】ここで、ガス導入ポート208より酸素を
供給し、RF電源209により、高周波電圧を印加して
電極206、207間に酸素プラズマを発生させること
により、図4(a)に示すように、活性層106の表面
を覆うようにして酸化膜104を形成する。この酸化膜
104中には既に述べたようにプラズマ酸素中の電荷1
05が取り込まれている。次に、プラズマ酸化用チャン
バー内の酸素ガスを排気し、10-7[Torr]以下の
高真空状態を維持したまま、予備室204を通ってガラ
ス基板101をドライエッチチャンバー202に搬送す
る。ドライエッチチャンバー202では、ガス導入ポー
ト212、213よりCF4 と酸素を導入し、RF電源
214により高周波電圧を印加して電極210、211
間にプラズマを発生させ、図4(b)に示すように、活
性層106上の酸化膜104をエッチングする。次に、
ドライエッチチャンバー202内のCF4 および酸素ガ
スを排気し、10-7[Torr]以下の高真空状態を維
持したまま、予備室205を通ってガラス基板101を
RPCVDチャンバー203に搬送する。
Here, oxygen is supplied from the gas introduction port 208, and a high frequency voltage is applied by the RF power supply 209 to generate oxygen plasma between the electrodes 206 and 207, as shown in FIG. Then, oxide film 104 is formed so as to cover the surface of active layer 106. As described above, the charge 1 in the plasma oxygen is contained in the oxide film 104.
05 has been captured. Next, oxygen gas in the plasma oxidation chamber is exhausted, and the glass substrate 101 is transferred to the dry etch chamber 202 through the preliminary chamber 204 while maintaining a high vacuum state of 10 −7 [Torr] or less. In the dry etch chamber 202, CF 4 and oxygen are introduced from the gas introduction ports 212 and 213, and a high frequency voltage is applied by the RF power source 214 to form the electrodes 210 and 211.
Plasma is generated in between, and the oxide film 104 on the active layer 106 is etched as shown in FIG. next,
The CF 4 and oxygen gas in the dry etch chamber 202 are exhausted, and the glass substrate 101 is transferred to the RPCVD chamber 203 through the preliminary chamber 205 while maintaining a high vacuum state of 10 −7 [Torr] or less.

【0018】高真空を維持しているために、活性層10
6表面の酸化や、表面の汚染を防ぐことができる。RP
CVDチャンバー203ではガス導入ポート215、2
16からシランガスと酸素ガスが供給し、RF電源22
1により、電極217、218間にプラズマを発生させ
る。さらに、直流電源220によりメッシュ電極219
と電極217間に電圧を印加し、図4(c)に示すよう
に、ガラス基板101と活性層106とを覆うようにし
てSiO2 膜からなるゲート絶縁膜107を形成する。
更に、図4(d)に示すように、リンを高濃度に含有し
たポリシリコンからなる膜厚150nmのゲート電極1
08を形成した後、イオンドーピング法により活性層1
06の一部にリンを加速エネルギー50keV、ドーズ
量5×1015cm-2の条件で注入し、ソース・ドレイン
領域109を形成する。
Since the high vacuum is maintained, the active layer 10
6 Oxidation of the surface and contamination of the surface can be prevented. RP
In the CVD chamber 203, gas introduction ports 215, 2
The silane gas and the oxygen gas are supplied from the
1 generates plasma between the electrodes 217 and 218. Further, the mesh electrode 219 is supplied by the DC power supply 220.
4C, a gate insulating film 107 made of a SiO 2 film is formed so as to cover the glass substrate 101 and the active layer 106. As shown in FIG.
Further, as shown in FIG. 4D, a 150 nm-thick gate electrode 1 made of polysilicon containing a high concentration of phosphorus is used.
08, and then the active layer 1 is formed by ion doping.
Phosphorus is implanted into a part of the substrate under the conditions of an acceleration energy of 50 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 to form a source / drain region 109.

【0019】次に、プラズマCVD法によりゲート絶縁
膜107およびゲート電極108を覆う、窒化シリコン
膜からなる膜厚300nmの層間絶縁膜110を形成す
る。さらに、ゲート絶縁膜107および層間絶縁膜11
0の一部をドライエッチング法により除去してコンタク
トホールを形成した後、Al電極111を形成する。最
後に、水素プラズマ雰囲気で基板温度300℃でアニー
ルを行うことにより、活性層中の欠陥を水素により終端
する。
Next, a 300-nm-thick interlayer insulating film 110 made of a silicon nitride film is formed to cover the gate insulating film 107 and the gate electrode 108 by a plasma CVD method. Further, the gate insulating film 107 and the interlayer insulating film 11
After a part of 0 is removed by a dry etching method to form a contact hole, an Al electrode 111 is formed. Finally, annealing in a hydrogen plasma atmosphere at a substrate temperature of 300 ° C. terminates defects in the active layer with hydrogen.

【0020】本実施例においては、酸化膜を除去した
後、真空を破らずにゲート絶縁膜を形成しているため、
良好なゲート絶縁膜/活性層界面を形成することがで
き、第1の実施例の効果に加えより高いオン電流を得る
ことができる。したがって、第1の実施例の場合より
も、高いオン/オフ電流比の薄膜トランジスタを得るこ
とができる。本実施例では、ゲート絶縁膜形成プロセス
としてRPCVD法を用いていたが、RFプラズマCV
D法、ECRプラズマCVD等、他の成膜方法を用いて
も同様の効果が得られる。
In this embodiment, the gate insulating film is formed without breaking the vacuum after removing the oxide film.
A good gate insulating film / active layer interface can be formed, and a higher ON current can be obtained in addition to the effects of the first embodiment. Therefore, a thin film transistor having a higher on / off current ratio than that of the first embodiment can be obtained. In this embodiment, the RPCVD method is used as the gate insulating film forming process.
Similar effects can be obtained by using other film forming methods such as the D method and ECR plasma CVD.

【0021】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された範囲内において、適宜の変更が
可能なものである。例えば、上記実施例では、nチヤネ
ルpoly−Si TFTについて説明したが、pチャ
ネルpoly−Si TFTもソース・ドレイン領域の
イオンドーピング工程でボロンを注入することにより、
同様に作製することができる。また、絶縁基板上ばかり
でなく、SOI構造のMOSFETでも同様に作製する
ことが可能である。さらに、正スタガード型薄膜トラン
ジスタばかりでなく逆スタガード型のものにも本発明を
適用することができる。また、ポリシリコン層のプラズ
マ処理に用いるガスとしては、酸化窒素(N2 O)など
酸素を含むものであれば用いることができ、実施例の酸
素に限定されるものではない。
The preferred embodiment has been described above.
The present invention is not limited to these embodiments, but can be appropriately modified within the scope described in the claims. For example, although the n-channel poly-Si TFT has been described in the above embodiment, the p-channel poly-Si TFT is also implanted with boron in the ion doping process of the source / drain regions.
It can be manufactured similarly. Further, not only on an insulating substrate but also on a MOSFET having an SOI structure can be similarly manufactured. Further, the present invention can be applied not only to a normal staggered thin film transistor but also to an inverted staggered type. Further, as a gas used for the plasma treatment of the polysilicon layer, any gas containing oxygen such as nitrogen oxide (N 2 O) can be used, and is not limited to oxygen in the embodiment.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
活性層となるポリシリコン層のダングリングボンドを終
端するための酸素プラズマ工程で形成される酸化膜をゲ
ート絶縁膜形成前に除去しているので、プラズマ酸化工
程で混入した電荷により薄膜トランジスタのしきい値が
負側に振られたり不安定となったりするという問題を防
ぐことができる。また、本発明を逆スタガード型TFT
に適用した場合には、酸化膜中に取り込まれた電荷に起
因するバックチャネル部でのリークを防止することがで
きる。したがって、本発明によれば、薄膜トランジスタ
のオフ電流を小さく抑えることができる。また、プラズ
マ酸化工程、酸化膜除去工程およびゲート酸化膜(また
はチャネル保護膜)形成工程を真空を破らずに連続して
行う実施例によれば、良好なゲート絶縁膜/活性層界面
(またはチャネル保護膜/活性層界面)を有する薄膜ト
ランジスタを形成することができ、薄膜トランジスタの
高性能化を図ることができる。
As described above, according to the present invention,
Since the oxide film formed in the oxygen plasma process for terminating dangling bonds in the polysilicon layer serving as the active layer is removed before forming the gate insulating film, the threshold of the thin film transistor is generated by the charges mixed in the plasma oxidation process. It is possible to prevent the problem that the value is shifted to the negative side or becomes unstable. Also, the present invention relates to an inverted staggered TFT.
In this case, it is possible to prevent the leakage in the back channel portion caused by the charge taken in the oxide film. Therefore, according to the present invention, the off-state current of the thin film transistor can be reduced. Further, according to the embodiment in which the plasma oxidation step, the oxide film removal step and the gate oxide film (or channel protection film) formation step are continuously performed without breaking the vacuum, a good gate insulating film / active layer interface (or channel A thin film transistor having a protective film / active layer interface) can be formed, and the performance of the thin film transistor can be improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例を説明するための工程順
の断面図。
FIG. 1 is a sectional view in the order of steps for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例により製作された薄膜ト
ランジスタと従来例により製作された薄膜トランジスタ
との電気的特性図。
FIG. 2 is an electrical characteristic diagram of a thin film transistor manufactured according to a first embodiment of the present invention and a thin film transistor manufactured according to a conventional example.

【図3】本発明の第2の実施例において用いられる製造
装置の概略の断面図。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a manufacturing apparatus used in a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例を説明するための工程順
の断面図。
FIG. 4 is a sectional view in the order of steps for explaining a second embodiment of the present invention.

【図5】従来例を説明するための工程順の断面図。FIG. 5 is a sectional view in the order of steps for explaining a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 ポリシリコン層 103 酸素プラズマ 104 酸化膜 105 電荷 106 活性層 107 ゲート絶縁膜 108 ゲート電極 109 ソース・ドレイン領域 110 層間絶縁膜 111 Al電極 201 プラズマ酸化チャンバー 202 ドライエッチチャンバー 203 リモートプラズマCVD(RPCVD)チャン
バー 204、205 予備室 206、207、210、211、217、218 電
極 208 ガス導入ポート 209、214、221 RF電源 212、213、215、216 ガス導入ポート 219 メッシュ電極 220 直流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Glass substrate 102 Polysilicon layer 103 Oxygen plasma 104 Oxide film 105 Charge 106 Active layer 107 Gate insulating film 108 Gate electrode 109 Source / drain region 110 Interlayer insulating film 111 Al electrode 201 Plasma oxidation chamber 202 Dry etch chamber 203 Remote plasma CVD ( (RPCVD) chamber 204, 205 Preparatory chamber 206, 207, 210, 211, 217, 218 Electrode 208 Gas introduction port 209, 214, 221 RF power supply 212, 213, 215, 216 Gas introduction port 219 Mesh electrode 220 DC power supply

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 (1)絶縁性基板上または絶縁膜上に多
結晶シリコン層を形成する工程と、 (2)前記多結晶シリコン層を島状形状にパターニング
して活性層を形成する工程と、 (3)前記多結晶シリコン層のダングリングボンド密度
を減少させるために前記多結晶シリコン層を酸素を含む
プラズマ雰囲気に晒す工程と、 (4)前記活性層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 (5)前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
と、 (6)前記活性層の一部に不純物を高濃度にドープして
ソース・ドレイン領域を形成する工程と、 を備え、この順で若しくは前記第(2)の工程と前記第
(3)の工程の順序を入れ換えて行う薄膜トランジスタ
の製造方法において、 前記第(3)の工程の後前記第(4)の工程の前には前
記多結晶シリコン層をプラズマ雰囲気に晒すことによっ
て形成された酸化膜を除去する工程が付加されることを
特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
1. A step of forming a polycrystalline silicon layer on an insulating substrate or an insulating film, and a step of forming an active layer by patterning the polycrystalline silicon layer into an island shape. (3) Dangling bond density of the polycrystalline silicon layer
Exposing the polycrystalline silicon layer to a plasma atmosphere containing oxygen to reduce the following : (4) forming a gate insulating film on the active layer; and (5) forming a gate electrode on the gate insulating film. And (6) forming a source / drain region by doping a part of the active layer with an impurity at a high concentration. In this order or in the (2) th step, the In the method for manufacturing a thin film transistor, the order of the steps (3) is changed, the polycrystalline silicon layer is formed by exposing the polycrystalline silicon layer to a plasma atmosphere after the step (3) and before the step (4). A method for manufacturing a thin film transistor, characterized by adding a step of removing the formed oxide film.
【請求項2】 前記各工程がこの順で行われ、かつ、前
記第(3)の工程、前記酸化膜除去工程および前記第
(4)の工程が真空を破らずに連続的に行われることを
特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方
法。
2. The method according to claim 1, wherein each of the steps is performed in this order, and the step (3), the oxide film removing step, and the step (4) are continuously performed without breaking vacuum. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein:
【請求項3】 (1′)絶縁性基板上または絶縁膜上に
ゲート電極をする工程と、 (2′)前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、 (3′)前記ゲート絶縁膜上に多結晶シリコン層を形成
する工程と、 (4′)前記多結晶シリコン層を島状形状にパターニン
グして活性層を形成する工程と、 (5′)前記多結晶シリコン層のダングリングボンド密
度を減少させるために前記多結晶シリコン層を酸素を含
むプラズマ雰囲気に晒す工程と、 (6′)前記活性層上にチャネル保護膜を形成する工程
と、 (7′)前記活性層の一部に不純物を高濃度にドープし
てソース・ドレイン領域を形成する工程と、 を備え、この順に若しくは前記第(4′)の工程と前記
第(5′)の工程、および/または、前記第(6′)の
工程と前記第(7′)の工程の順序を入れ換えて行う薄
膜トランジスタの製造方法において、 前記第(5′)の工程の後で前記第(6′)の工程の前
に前記多結晶シリコン層をプラズマ雰囲気に晒すことに
よって形成された酸化膜を除去する工程が付加されるこ
とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
3. A step of forming a gate electrode on an insulating substrate or an insulating film; (2 ') a step of forming a gate insulating film on the gate electrode; Forming a polycrystalline silicon layer on the film; (4 ') patterning the polycrystalline silicon layer into an island shape to form an active layer; and (5') dangling the polycrystalline silicon layer. Bond dense
Exposing the polycrystalline silicon layer to a plasma atmosphere containing oxygen to reduce the degree of reduction ; (6 ') forming a channel protective film on the active layer; and (7') part of the active layer. Forming a source / drain region by doping impurities at a high concentration in the order of (4 ′) and (5 ′), and / or (4). In the method for manufacturing a thin film transistor, wherein the order of the step 6 ') and the step (7') is interchanged, the step (5 ') is followed by the step (6'). A method for manufacturing a thin film transistor, comprising a step of removing an oxide film formed by exposing a crystalline silicon layer to a plasma atmosphere.
【請求項4】 前記第(5′)の工程、前記酸化膜除去
工程および前記第(6′)の工程が真空を破らずに連続
的に行われることを特徴とする請求項3記載の薄膜トラ
ンジスタの製造方法。
4. The thin film transistor according to claim 3, wherein said (5 ') step, said oxide film removing step and said (6') step are performed continuously without breaking vacuum. Manufacturing method.
【請求項5】 前記第(1)の工程または前記第
(3′)の工程における多結晶シリコン層の形成工程
が、アモルファスシリコン層の形成工程と、該アモルフ
ァスシリコン層のアニーリング工程と、を含むものであ
ることを特徴とする請求項1または3記載の薄膜トラン
ジスタの製造方法。
5. The step of forming a polycrystalline silicon layer in the step (1) or the step (3 ′) includes a step of forming an amorphous silicon layer and a step of annealing the amorphous silicon layer. 4. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein:
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