JP2933121B2 - Method for manufacturing thin film transistor - Google Patents

Method for manufacturing thin film transistor

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JP2933121B2 JP26986695A JP26986695A JP2933121B2 JP 2933121 B2 JP2933121 B2 JP 2933121B2 JP 26986695 A JP26986695 A JP 26986695A JP 26986695 A JP26986695 A JP 26986695A JP 2933121 B2 JP2933121 B2 JP 2933121B2
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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、薄膜プロセスで形
成される薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に、ア
クティブマトリックス液晶ディスプレイやその周辺駆動
回路のスイッチング素子として使用されるポリシリコン
(即ち、多結晶シリコン)を活性層とする薄膜トランジ
スタの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor formed by a thin film process, and more particularly, to polysilicon (ie, polycrystalline silicon) used as a switching element of an active matrix liquid crystal display and its peripheral driving circuit. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor using as an active layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶ディスプレイパネルにおいて、絶縁
性基板上に薄膜プロセスで形成され、液晶表示部を駆動
する素子として、低温・大面積形成が可能であるという
理由から、水素化アモルファスシリコン薄膜トランジス
タ(以後、a-Si:H TFTと記す)が用いられてきた。さら
に、高精細かつ小型パネルの実現に向けて、液晶駆動素
子やその周辺駆動回路のスイッチング素子として使用可
能な、ポリシリコンを活性層とする薄膜トランジスタ
(以後、ポリシリコンTFTと記す)が有望視されてい
る。
2. Description of the Related Art In a liquid crystal display panel, a hydrogenated amorphous silicon thin film transistor (hereinafter referred to as a thin film transistor) is formed on an insulating substrate by a thin film process because it can form a large area at a low temperature as an element for driving a liquid crystal display. , A-Si: H TFT). Further, for realization of a high-definition and small-sized panel, a thin film transistor (hereinafter, referred to as a polysilicon TFT) using polysilicon as an active layer, which can be used as a switching element of a liquid crystal driving element and a peripheral driving circuit thereof, is expected. ing.

【0003】ポリシリコンTFTは、a-Si:H TFTに比べ
て高いキャリア移動度を有しているため、高スイッチン
グ動作が可能であり、周辺駆動回路への応用が可能であ
る反面、結晶粒界に電界がかかることにより発生するオ
フリーク電流が高く、液晶ディスプレイパネルの画質低
下を招くため、液晶駆動用のスイッチング素子としては
適さないという問題がある。そこでオフリーク電流低減
の対策として、ポリシリコン層の薄膜化、ドレイン
領域近傍電界集中の緩和を目的としたLightlyDoped Dra
in 構造(LDD構造)およびオフセット構造、ならび
にマルチゲート構造等が提案されてきた。しかし、こ
れらの構造によると、ソース領域およびドレイン領域
の抵抗増大、リーク電流の低下に伴うオン電流の低
下、ならびに素子サイズの拡大等の新たな問題が生じ
る。
[0003] Polysilicon TFTs have higher carrier mobility than a-Si: H TFTs, so they can perform high switching operations and can be applied to peripheral driving circuits, but they have crystal grains. Since the off-leak current generated by the application of an electric field to the field is high, and the image quality of the liquid crystal display panel is reduced, there is a problem that it is not suitable as a switching element for driving a liquid crystal. Therefore, as measures to reduce off-leakage current, the LightlyDoped Dra
In structures (LDD structures), offset structures, multi-gate structures, and the like have been proposed. However, according to these structures, new problems such as an increase in resistance of the source region and the drain region, a decrease in on-current due to a decrease in leak current, and an increase in element size occur.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そこで、さらにリーク
電流低減の一手段として、Field-Induction-Drain 構造
(FID構造)が提案されている(K.Tanaka et.al, Ex
tended Abstracts of 22th Int. Conf. on Solid State
Devices and Materials, 1990, pp1011)。図5は、F
ID構造を有する従来の薄膜トランジスタ(TFT)を
示す断面図である。この提案は、図5に示すように、n
チャネル型TFTのオフ時(第1ゲートVg<0)に第
2ゲート502に正バイアスをかけることによりFID
領域508を反転させ、ドレイン505端にかかる電界
を緩和するものである。この構造は、オン電流の低下を
起こすことなく、オフ電流の低減を図ることができると
いう特徴があり、提案されている前記構造、等に比
べて有利である。ところが、この構造は、図5に示すよ
うに、第1ゲート電極(main−gate電極)50
1の他に、層間絶縁膜503を挟んで第2ゲート電極
(sub−gate電極)502を必要とし、さらに、
第2ゲート電極502には逆バイアスをかける必要があ
るため、製造プロセスが多くかつ複雑であって、素子と
してコスト高であるという問題がある。
Therefore, a field-induction-drain structure (FID structure) has been proposed as a means for further reducing the leak current (K. Tanaka et.al, Ex.
tended Abstracts of 22th Int. Conf. on Solid State
Devices and Materials, 1990, pp1011). FIG.
It is sectional drawing which shows the conventional thin film transistor (TFT) which has an ID structure. This proposal, as shown in FIG.
By applying a positive bias to the second gate 502 when the channel type TFT is off (first gate Vg <0), the FID
The region 508 is inverted to reduce the electric field applied to the end of the drain 505. This structure has a feature that the off-state current can be reduced without lowering the on-state current, and is advantageous as compared with the proposed structure and the like. However, this structure has a first gate electrode (main-gate electrode) 50 as shown in FIG.
1 requires a second gate electrode (sub-gate electrode) 502 with an interlayer insulating film 503 interposed therebetween.
Since it is necessary to apply a reverse bias to the second gate electrode 502, there is a problem that the manufacturing process is many and complicated, and the cost of the device is high.

【0005】本発明の課題は、良好なトランジスタ特性
と低いリーク電流(例えば、1pA以下)とを両立した
薄膜トランジスタを提供することである。
An object of the present invention is to provide a thin film transistor which has both good transistor characteristics and low leakage current (for example, 1 pA or less).

【0006】本発明の他の課題は、簡素な構造であっ
て、製造工数の少ない、上記特性を有する薄膜トランジ
スタを提供することである。
It is another object of the present invention to provide a thin film transistor having a simple structure, a small number of manufacturing steps, and the above characteristics.

【0007】本発明のさらに他の課題は、上記薄膜トラ
ンジスタを比較的容易に得られる薄膜トランジスタの製
造方法を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor which can relatively easily obtain the above thin film transistor.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、絶縁性
基板上に形成された、ソース・ドレイン電極、チャネル
となるポリシリコン、ゲート絶縁膜、およびゲート電極
を有し、前記チャネルとなるポリシリコンは、ドレイン
端近傍に位置する第1のポリシリコン部と該第1のポリ
シリコン部を除く全チャネル領域に位置する第2のポリ
シリコン部との少なくとも2種類のポリシリコン部を含
み、前記第1のポリシリコン部のゲート反転電圧は、前
記第2のポリシリコン部のゲート電圧に比べて低く、n
チャネル型である薄膜トランジスタを製造するための薄
膜トランジスタの製造方法において、前記チャネルとな
るポリシリコンをパルスレーザ照射により形成する工程
を有し、パルスレーザ照射時には、前記第2のポリシリ
コン部のみを2酸化シリコン層で覆うことを特徴とする
薄膜トランジスタの製造方法が得られる。
According to the present invention, there are provided a source / drain electrode, polysilicon serving as a channel, a gate insulating film, and a gate electrode formed on an insulating substrate. The polysilicon includes at least two types of polysilicon portions, a first polysilicon portion located near the drain end and a second polysilicon portion located in all channel regions except the first polysilicon portion. The gate inversion voltage of the first polysilicon portion is lower than the gate voltage of the second polysilicon portion, and n
In a method of manufacturing a thin film transistor for manufacturing a channel type thin film transistor, the method further includes a step of forming the polysilicon serving as the channel by pulsed laser irradiation. A method for manufacturing a thin film transistor characterized by being covered with a silicon layer is obtained.

【0009】本発明によればまた、絶縁性基板上に形成
された、ソース・ドレイン電極、チャネルとなるポリシ
リコン、ゲート絶縁膜、およびゲート電極を有し、前記
チャネルとなるポリシリコンは、ドレイン端近傍に位置
する第1のポリシリコン部と該第1のポリシリコン部を
除く全チャネル領域に位置する第2のポリシリコン部と
の少なくとも2種類のポリシリコン部を含み、前記第1
のポリシリコン部のゲート反転電圧は、前記第2のポリ
シリコン部のゲート電圧に比べて高く、pチャネル型で
ある薄膜トランジスタを製造するための薄膜トランジス
タの製造方法において、前記チャネルとなるポリシリコ
ンをパルスレーザ照射により形成する工程を有し、パル
スレーザ照射時には、前記第2のポリシリコン部のみを
2酸化シリコン層で覆うことを特徴とする薄膜トランジ
スタの製造方法が得られる。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device having a source / drain electrode, polysilicon serving as a channel, a gate insulating film, and a gate electrode formed on an insulating substrate. And at least two types of polysilicon portions, a first polysilicon portion located near the end and a second polysilicon portion located in all channel regions excluding the first polysilicon portion.
The gate inversion voltage of the polysilicon portion is higher than the gate voltage of the second polysilicon portion, and in the method for manufacturing a thin film transistor for manufacturing a p-channel type thin film transistor, in the method of manufacturing a p-channel type thin film transistor, A method for manufacturing a thin film transistor is provided, comprising a step of forming by laser irradiation, wherein only the second polysilicon portion is covered with a silicon dioxide layer during pulsed laser irradiation.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よる薄膜トランジスタおよびその製造方法を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a thin film transistor according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings.

【0012】[実施の形態1]図1は本発明の実施の形
態1による薄膜トランジスタを示す断面図であり、図2
はその第1のポリシリコン部および第2のポリシリコン
部の製造工程を説明するための図である。以下、図1お
よび図2を参照して、製造方法にそって、実施の形態1
による薄膜トランジスタを説明する。
[First Embodiment] FIG. 1 is a sectional view showing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a manufacturing process of the first polysilicon portion and the second polysilicon portion. Hereinafter, with reference to FIG. 1 and FIG.
Will be described.

【0013】図1を参照して、石英もしくはアルカリフ
リーなガラス基板109上に、LPCVD(低圧化学的
気相堆積)法によりa−Si薄膜を堆積した後、固相成
長法により多結晶化する。堆積温度は450℃、膜厚は
100nm、固相成長温度×時間は600℃×24時間
である。このように形成されたポリシリコン薄膜に、フ
ォトレジストパターンを形成しフォトレジストをマスク
としてリンのイオン注入を行い、ソース電極105、ド
レイン電極104を形成する。次に、フォトリソグラフ
ィとドライエッチングを用いてポリシリコン層をアイラ
ンド状に加工する(ソース電極105、チャネル領域1
06、およびドレイン電極104を参照)。
Referring to FIG. 1, an a-Si thin film is deposited on a quartz or alkali-free glass substrate 109 by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) and then polycrystallized by solid phase growth. . The deposition temperature is 450 ° C., the film thickness is 100 nm, and the solid phase growth temperature × time is 600 ° C. × 24 hours. A photoresist pattern is formed on the polysilicon thin film thus formed, and phosphorus ions are implanted using the photoresist as a mask to form a source electrode 105 and a drain electrode 104. Next, the polysilicon layer is processed into an island shape using photolithography and dry etching (source electrode 105, channel region 1).
06 and the drain electrode 104).

【0014】次に、第1のポリシリコン部および第2の
ポリシリコン部の製造工程を説明する。図2を参照し
て、ガラス基板109上のポリシリコン層204にフォ
トレジストパターンを形成しフォトレジストを注入マス
ク202としてリンの低濃度イオン注入を行い、リンド
ーピング層206を形成する。ドーズ量は、3×1012
cm-2とした。これにより、リンドーピング層部のゲー
ト反転電圧は、10V程度負方向にシフトする。
Next, the steps of manufacturing the first polysilicon portion and the second polysilicon portion will be described. Referring to FIG. 2, a photoresist pattern is formed on polysilicon layer 204 on glass substrate 109, and low-concentration ion implantation of phosphorus is performed using photoresist as implantation mask 202 to form phosphorus doping layer 206. The dose is 3 × 10 12
cm -2 . As a result, the gate inversion voltage of the phosphorus doping layer portion shifts by about 10 V in the negative direction.

【0015】次に、再び図1を参照して、加熱硫酸、硝
酸を用いた洗浄を行った後、水洗を充分行い、乾燥後L
PCVDによりゲート絶縁膜103としてSiO2 を1
20nm堆積する。堆積温度は400℃である。堆積
後、図1および図2を併せ参照して、ポリシリコン/絶
縁膜界面の処理を兼ねたイオン注入領域(図2における
高濃度ドーピング層203、リンドーピング層206、
あるいは、図1におけるドレイン電極104、ソース電
極105、第1のポリシリコン部107を参照)の活性
化を600℃で12時間行う。この後、図1を参照し
て、ゲート電極101としてAlを300nmスパッタ
法にて堆積し、フォトリソグラフィ、ドライエッチング
によりパターン化する。さらに、ポリシリコンの水素パ
ッシベーションを目的として、水素プラズマ処理を行い
特性の改善を図る。処理温度は350℃、平行平板型電
極を有するRFプラズマにより30分行った。この後、
パッシベーション膜として層間絶縁膜102を形成す
る。
Next, referring to FIG. 1 again, after washing with heated sulfuric acid and nitric acid, washing with water is sufficiently performed, and after drying, L
SiO 2 is used as the gate insulating film 103 by PCVD.
Deposit 20 nm. The deposition temperature is 400 ° C. After the deposition, referring to FIG. 1 and FIG. 2 together, an ion implantation region (highly doped layer 203, phosphorus doped layer 206,
Alternatively, activation of the drain electrode 104, the source electrode 105, and the first polysilicon portion 107 in FIG. 1) is performed at 600 ° C. for 12 hours. Thereafter, referring to FIG. 1, Al is deposited as a gate electrode 101 by a 300 nm sputtering method, and is patterned by photolithography and dry etching. Further, for the purpose of hydrogen passivation of polysilicon, hydrogen plasma processing is performed to improve characteristics. The treatment was performed at 350 ° C. for 30 minutes using RF plasma having parallel plate electrodes. After this,
An interlayer insulating film 102 is formed as a passivation film.

【0016】以上のような工程を経て製造した薄膜トラ
ンジスタ(チャネル幅4μm、チャネル長4μm(第2
のポリシリコン部)+2μm(第1のポリシリコン部)
のドレイン電流(ID)−ゲート電圧(VG)特性(ド
レイン電圧VD=10V))を測定したところ、オフ電
流4×10-13 A(VG=−6V)、オン電流2×10
-5A(VG=10V)と液晶素子駆動に充分な特性を示
した。
The thin film transistor (channel width 4 μm, channel length 4 μm (second
+2 μm (first polysilicon part)
The drain current (ID) -gate voltage (VG) characteristic (drain voltage VD = 10 V) of the sample was measured, and the off current was 4 × 10 −13 A (VG = −6 V) and the on current was 2 × 10
-5 A (VG = 10 V) and sufficient characteristics for driving a liquid crystal element.

【0017】実施の形態1によるnチャネル型の薄膜ト
ランジスタは、ゲート電極101に負バイアスをかけた
時に、第2のポリシリコン部108の領域が蓄積状態に
なるため、トランジスタとしてはオフ状態となる。この
とき、第1のポリシリコン部107は、第2のポリシリ
コン部108に比べて低い電圧、即ち負バイアス状態に
おいて反転状態になるため、前述した従来のFID構造
の薄膜トランジスタと同様に、ドレイン電極104端に
かかる電界を緩和することが可能になる。一方、ゲート
電極101に正バイアスをかけたオンときには、第1の
ポリシリコン部107および第2のポリシリコン部10
8の領域は共にオン状態になり、オン電流の低下はな
い。
In the n-channel type thin film transistor according to the first embodiment, when a negative bias is applied to the gate electrode 101, the region of the second polysilicon portion 108 is in an accumulation state, so that the transistor is off. At this time, the first polysilicon portion 107 is in a reversed state at a lower voltage than the second polysilicon portion 108, that is, in a negative bias state. Therefore, like the above-described conventional FID structure thin film transistor, the drain electrode The electric field applied to the 104 end can be reduced. On the other hand, when a positive bias is applied to the gate electrode 101, the first polysilicon portion 107 and the second polysilicon portion 10 are turned on.
The regions 8 are both turned on, and there is no decrease in the on-current.

【0018】[実施の形態2]本発明の実施の形態2に
よる薄膜トランジスタは、チャネルとなるポリシリコン
がドレイン端近傍に位置する第1のポリシリコン部と第
1のポリシリコン部を除く全チャネル領域に位置する第
2のポリシリコン部との少なくとも2種類のポリシリコ
ン部を含み、第1のポリシリコン部のゲート反転電圧が
第2のポリシリコン部のゲート反転電圧に比べて高く、
pチャネル型である薄膜トランジスタであり、実施の形
態1におけるnチャネル型の薄膜トランジスタと同様の
作用効果を奏する。実施の形態2によるpチャネル型の
薄膜トランジスタは、実施の形態1のnチャネル型の薄
膜トランジスタの製造方法におけるリンをホウ素に置き
換えることで製造される。
Second Embodiment A thin film transistor according to a second embodiment of the present invention has a first polysilicon portion in which polysilicon serving as a channel is located near the drain end and an entire channel region excluding the first polysilicon portion. And at least two types of polysilicon portions located in the first polysilicon portion, the gate inversion voltage of the first polysilicon portion is higher than the gate inversion voltage of the second polysilicon portion,
This is a p-channel thin film transistor, and has the same operation and effect as the n-channel thin film transistor in Embodiment 1. The p-channel thin film transistor according to the second embodiment is manufactured by replacing phosphorus in the manufacturing method of the n-channel thin film transistor of the first embodiment with boron.

【0019】[実施の形態3]本発明の実施の形態3
は、本発明による薄膜トランジスタの製造方法であっ
て、その第1のポリシリコン部および第2のポリシリコ
ン部の製造工程が実施の形態1の製造工程(図2)とは
異なる。ただし、本製造方法によって最終的に得られる
薄膜トランジスタは、実施の形態1同様に、図1に示す
構造を呈する。
[Embodiment 3] Embodiment 3 of the present invention
Is a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention, and the manufacturing process of the first polysilicon portion and the second polysilicon portion is different from the manufacturing process of the first embodiment (FIG. 2). However, the thin film transistor finally obtained by this manufacturing method has the structure shown in FIG. 1 as in the first embodiment.

【0020】まず、実施の形態1(図1)と同じに、石
英もしくはアルカリフリーなガラス基板109上に、L
PCVD法によりa−Si薄膜を堆積する。堆積温度は
450℃、膜厚100nmである。このように形成され
たポリシリコン薄膜にフォトレジストパターンを形成
し、フォトレジストをマスクとしてリンのイオン注入を
行い、ソース電極105、ドレイン電極104を形成す
る。次に、フォトリソグラフィとドライエッチングを用
いてポリシリコン層をアイランド状に加工する(ソース
電極105、チャネル領域106、およびドレイン電極
104を参照)。
First, as in the first embodiment (FIG. 1), the L
An a-Si thin film is deposited by a PCVD method. The deposition temperature is 450 ° C. and the film thickness is 100 nm. A photoresist pattern is formed on the polysilicon thin film thus formed, and phosphorus ions are implanted using the photoresist as a mask to form a source electrode 105 and a drain electrode 104. Next, the polysilicon layer is processed into an island shape using photolithography and dry etching (see the source electrode 105, the channel region 106, and the drain electrode 104).

【0021】図3は、実施の形態3による第1のポリシ
リコン部および第2のポリシリコン部の製造工程を説明
するための図である。図3を参照して、ガラス基板10
9上のポリシリコン層(ドレイン電極104、ソース電
極105、およびチャネル領域106を参照)に、アニ
ールキャップ膜としてSiO2 を形成した後、フォトリ
ソグラフィによりレジストパターンを形成し、フォトレ
ジストをマスクとして、非キャップアニールポリシリコ
ン部307上部のSiO2 層をフッ酸にて除去し、アニ
ールキャップ膜301を形成する。アニールキャップ膜
301の膜厚は100nmである。
FIG. 3 is a view for explaining a manufacturing process of the first polysilicon portion and the second polysilicon portion according to the third embodiment. Referring to FIG. 3, glass substrate 10
After forming SiO 2 as an annealing cap film on the polysilicon layer on 9 (see the drain electrode 104, the source electrode 105, and the channel region 106), a resist pattern is formed by photolithography, and the photoresist is used as a mask. The SiO 2 layer on the non-cap annealed polysilicon portion 307 is removed with hydrofluoric acid to form an annealed cap film 301. The thickness of the annealing cap film 301 is 100 nm.

【0022】この状態でエキシマレーザアニール(EL
A)302を行う。レーザは波長308nm、パルス幅
50nsecのXeClレーザであり、照射強度380
mJ、照射回数15ショットとした。尚、本形態ではX
eClレーザを用いたが、ArF、KrF、XeF等の
他のエキシマレーザ、YAGレーザ等のパルスレーザに
よっても同様の効果が得られる。これにより、非キャッ
プアニールポリシリコン部307(図1における第1の
ポリシリコン部107)と、キャップアニールポリシリ
コン部308(図1における第2のポリシリコン部10
8)とが同時に形成される。
In this state, excimer laser annealing (EL
A) Perform 302. The laser is a XeCl laser having a wavelength of 308 nm and a pulse width of 50 nsec.
mJ and the number of irradiations were 15 shots. In this embodiment, X
Although the eCl laser is used, similar effects can be obtained by other excimer lasers such as ArF, KrF, and XeF, and pulsed lasers such as a YAG laser. As a result, the non-cap-annealed polysilicon portion 307 (the first polysilicon portion 107 in FIG. 1) and the cap-annealed polysilicon portion 308 (the second polysilicon portion 10 in FIG. 1)
8) are simultaneously formed.

【0023】尚、後述する特性比較の試料として、ポリ
シリコンとして非キャップアニールポリシリコン部のみ
を有する薄膜トランジスタと、ポリシリコンとしてキャ
ップアニールポリシリコン部308のみを有する薄膜ト
ランジスタをも製造した。
As a sample for comparison of characteristics described later, a thin film transistor having only a non-cap annealing polysilicon portion as polysilicon and a thin film transistor having only a cap annealing polysilicon portion 308 as polysilicon were also manufactured.

【0024】フッ酸によるアニールキャップ膜301の
剥離後、図1を参照して、実施の形態1と同じに、加熱
硫酸、硝酸を用いた洗浄を行った後、水洗を充分行い、
乾燥後LPCVDによりゲート絶縁膜103としてSi
2 を堆積温度400℃にて120nm堆積する。堆積
後、ポリシリコン/絶縁膜界面の処理を兼ねたイオン注
入領域(ドレイン電極104、ソース電極105、第1
のポリシリコン部107を参照)の活性化を600℃で
12時間行う。この後、ゲート電極101としてAlを
300nmスパッタ法にて堆積し、フォトリソグラフ
ィ、ドライエッチングによりパターン化する。さらに、
ポリシリコンの水素パッシベーションを目的として、R
Fプラズマを用い、水素プラズマ処理を処理温度350
℃にて30分間行い、特性の改善を図る。この後、パッ
シベーション膜として層間絶縁膜102を形成する。以
上説明した実施の形態3の製造方法によっても、実施の
形態1同様の図1に示す構造を呈する薄膜トランジスタ
が得られた。即ち、実施の形態3によれば、図3に示す
ようなキャップアニールポリシリコン膜308と非キャ
ップアニールポリシリコン膜307とを同時にチャネル
領域106に形成でき、本発明による薄膜トランジスタ
を容易に製造できる。勿論、実施の形態3においてリン
をホウ素に置き換えることで、pチャネル型の薄膜トラ
ンジスタを製造することが可能である。
After the annealing cap film 301 is peeled off with hydrofluoric acid, referring to FIG. 1, as in the first embodiment, cleaning with heated sulfuric acid and nitric acid is performed, and then water washing is sufficiently performed.
After drying, Si is used as the gate insulating film 103 by LPCVD.
O 2 is deposited at a deposition temperature of 400 ° C. to a thickness of 120 nm. After the deposition, the ion implantation region (the drain electrode 104, the source electrode 105, the first
Is activated at 600 ° C. for 12 hours. Thereafter, Al is deposited as the gate electrode 101 by a 300 nm sputtering method, and is patterned by photolithography and dry etching. further,
For hydrogen passivation of polysilicon, R
Using F plasma, the hydrogen plasma processing is performed at a processing temperature of 350.
Perform at 30 ° C. for 30 minutes to improve the characteristics. After that, an interlayer insulating film 102 is formed as a passivation film. According to the manufacturing method of the third embodiment described above, a thin film transistor having the same structure as that of the first embodiment and shown in FIG. 1 was obtained. That is, according to the third embodiment, the cap-annealed polysilicon film 308 and the non-cap-annealed polysilicon film 307 as shown in FIG. 3 can be simultaneously formed in the channel region 106, and the thin film transistor according to the present invention can be easily manufactured. Needless to say, a p-channel thin film transistor can be manufactured by replacing phosphorus with boron in the third embodiment.

【0025】実施の形態3による工程を経て製造した薄
膜トランジスタ(チャネル幅4μm、チャネル長4μm
(第2のポリシリコン部)+2μm(第1のポリシリコ
ン部)のドレイン電流(ID)−ゲート電圧(VG)特
性(ドレイン電圧VD=10V))を測定した。図4
は、実施の形態3による本発明の薄膜トランジスタのド
レイン電流(ID)−ゲート電圧(VG)特性を試料A
として示す図である。図4において、本発明による薄膜
トランジスタは良好なオン/オフ特性を有しており、非
キャップアニールポリシリコン部307のみをポリシリ
コンとして有する薄膜トランジスタ(試料B)や、キャ
ップアニールポリシリコン部308のみをポリシリコン
として有する薄膜トランジスタ(試料C)に比べても、
リーク電流の低減効果が顕著であることがわかる。特
に、試料Bは、フラットバンド電圧、しきい値ともに低
く、即ち、ゲート反転電圧が低い。
A thin film transistor (channel width 4 μm, channel length 4 μm) manufactured through the process according to the third embodiment
The drain current (ID) -gate voltage (VG) characteristic (drain voltage VD = 10 V) of (second polysilicon portion) +2 μm (first polysilicon portion) was measured. FIG.
Shows the drain current (ID) -gate voltage (VG) characteristics of the thin film transistor of the present invention according to Embodiment 3 in Sample A.
FIG. In FIG. 4, the thin film transistor according to the present invention has good on / off characteristics, and the thin film transistor (sample B) having only the non-cap-annealed polysilicon portion 307 as polysilicon, and the thin film transistor having only the cap-annealed polysilicon portion 308 as polysilicon. Compared with the thin film transistor having silicon (sample C),
It can be seen that the effect of reducing the leak current is remarkable. In particular, the sample B has a low flat band voltage and a low threshold value, that is, a low gate inversion voltage.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明による薄膜トランジスタは、チャ
ネルとなるポリシリコンがドレイン端近傍に位置する第
1のポリシリコン部と第1のポリシリコン部を除く全チ
ャネル領域に位置する第2のポリシリコン部との少なく
とも2種類のポリシリコン部を含み、第1のポリシリコ
ン部のゲート反転電圧が第2のポリシリコン部のゲート
反転電圧に比べて低いか、あるいは高く、sub−ga
te無しでも、ほぼ−10ボルト<ゲート電圧Vg<0
ボルトの範囲で、ドレイン近傍がn−状態となるため、
逆バイアス接合が形成される。この結果、sub−ga
teが省略でき、構造の簡略化が図られる。また、わず
かな工程を付加するのみで、FID効果を得ることが可
能なFID構造が実現されるため、オン電流を犠牲にす
ることなく低コスト・低リーク(例えば、1pA以下が
可能である)の薄膜トランジスタを実現できる。
According to the thin film transistor of the present invention, the first polysilicon portion in which the polysilicon serving as the channel is located near the drain end and the second polysilicon portion located in the entire channel region except for the first polysilicon portion are provided. Wherein the gate inversion voltage of the first polysilicon portion is lower or higher than the gate inversion voltage of the second polysilicon portion;
Even without te, almost -10 volts <gate voltage Vg <0
In the range of volts, the vicinity of the drain becomes an n-state,
A reverse bias junction is formed. As a result, the sub-ga
Te can be omitted, and the structure can be simplified. Further, since an FID structure capable of obtaining the FID effect is realized by adding only a few steps, low cost and low leakage without sacrificing on-current (for example, 1 pA or less is possible). Can be realized.

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

【図1】本発明の実施の形態1による薄膜トランジスタ
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す薄膜トランジスタの製造方法を説明
するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing the thin film transistor shown in FIG.

【図3】本発明の実施の形態3による薄膜トランジスタ
の製造方法を説明するための図である。
FIG. 3 is a view illustrating a method for manufacturing a thin film transistor according to a third embodiment of the present invention.

【図4】実施の形態3により製造した薄膜トランジスタ
のドレイン電流−ゲート電圧特性を、比較のための試料
の特性と共に示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing drain current-gate voltage characteristics of a thin film transistor manufactured according to a third embodiment, together with characteristics of a sample for comparison.

【図5】従来例による薄膜トランジスタを示す断面図で
ある。
FIG. 5 is a sectional view showing a thin film transistor according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ゲート電極 102、503 層間絶縁膜 103 ゲート絶縁膜 104 ドレイン電極 105 ソース電極 106 チャネル領域 107 第1のポリシリコン部 108 第2のポリシリコン部 109、509 ガラス基板 201 リンドーピング 202 注入マスク 203 高濃度ドーピング層 204 ポリシリコン層 206 リンドーピング層 301 アニールキャップ膜 302 エキシマレーザアニール(ELA) 307 非キャップアニールポリシリコン部 308 キャップアニールポリシリコン部 501 第1ゲート電極 502 第2ゲート電極 504 ゲート絶縁膜 508 FID領域 Reference Signs List 101 gate electrode 102, 503 interlayer insulating film 103 gate insulating film 104 drain electrode 105 source electrode 106 channel region 107 first polysilicon portion 108 second polysilicon portion 109, 509 glass substrate 201 phosphorus doping 202 implantation mask 203 high concentration Doping layer 204 polysilicon layer 206 phosphorus doping layer 301 anneal cap film 302 excimer laser anneal (ELA) 307 non-cap anneal polysilicon portion 308 cap anneal polysilicon portion 501 first gate electrode 502 second gate electrode 504 gate insulating film 508 FID region

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に形成された、ソース・ド
レイン電極、チャネルとなるポリシリコン、ゲート絶縁
膜、およびゲート電極を有し、前記チャネルとなるポリ
シリコンは、ドレイン端近傍に位置する第1のポリシリ
コン部と該第1のポリシリコン部を除く全チャネル領域
に位置する第2のポリシリコン部との少なくとも2種類
のポリシリコン部を含み、前記第1のポリシリコン部の
ゲート反転電圧は、前記第2のポリシリコン部のゲート
電圧に比べて低く、nチャネル型である薄膜トランジス
タを製造するための薄膜トランジスタの製造方法におい
て、前記チャネルとなるポリシリコンをパルスレーザ照
射により形成する工程を有し、パルスレーザ照射時に
は、前記第2のポリシリコン部のみを2酸化シリコン層
で覆うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
1. A semiconductor device having a source / drain electrode, polysilicon serving as a channel, a gate insulating film, and a gate electrode formed on an insulating substrate, wherein the polysilicon serving as a channel is located near a drain end. A first polysilicon portion and at least two types of polysilicon portions located in all channel regions excluding the first polysilicon portion, wherein a gate inversion of the first polysilicon portion is included; The voltage is lower than the gate voltage of the second polysilicon portion. In the method of manufacturing a thin film transistor for manufacturing an n-channel thin film transistor, the step of forming the polysilicon to be the channel by pulsed laser irradiation is included. Wherein only the second polysilicon portion is covered with a silicon dioxide layer at the time of pulse laser irradiation. A method for manufacturing a thin film transistor.
【請求項2】 絶縁性基板上に形成された、ソース・ド
レイン電極、チャネルとなるポリシリコン、ゲート絶縁
膜、およびゲート電極を有し、前記チャネルとなるポリ
シリコンは、ドレイン端近傍に位置する第1のポリシリ
コン部と該第1のポリシリコン部を除く全チャネル領域
に位置する第2のポリシリコン部との少なくとも2種類
のポリシリコン部を含み、前記第1のポリシリコン部の
ゲート反転電圧は、前記第2のポリシリコン部のゲート
電圧に比べて高く、pチャネル型である薄膜トランジス
タを製造するための薄膜トランジスタの製造方法におい
て、前記チャネルとなるポリシリコンをパルスレーザ照
射により形成する工程を有し、パルスレーザ照射時に
は、前記第2のポリシリコン部のみを2酸化シリコン層
で覆うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. A semiconductor device comprising a source / drain electrode, polysilicon serving as a channel, a gate insulating film, and a gate electrode formed on an insulating substrate, wherein the polysilicon serving as a channel is located near a drain end. A first polysilicon portion and at least two types of polysilicon portions located in all channel regions excluding the first polysilicon portion, wherein a gate inversion of the first polysilicon portion is included; The voltage is higher than the gate voltage of the second polysilicon portion. In the method of manufacturing a thin film transistor for manufacturing a p-channel thin film transistor, the step of forming the polysilicon to be the channel by pulse laser irradiation is included. Wherein only the second polysilicon portion is covered with a silicon dioxide layer at the time of pulse laser irradiation. A method for manufacturing a thin film transistor.
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