JP3087363B2 - Method for manufacturing thin film transistor - Google Patents

Method for manufacturing thin film transistor

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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁基板上または導体
基板上に形成され、液晶表示装置や半導体集積回路など
への応用が有効な、薄膜トランジスタ及びその製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor formed on an insulating substrate or a conductive substrate and effective for application to a liquid crystal display device, a semiconductor integrated circuit, and the like, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2(a)〜(c)は、従来の技術によ
り形成された薄膜トランジスタの1例を、製造工程ごと
の素子断面図により説明した図である。まず、図2
(a)に示すように基板201上に半導体層202を積
層し、所望の形状にパターニングした後、熱酸化法によ
りゲート絶縁膜203を形成する。その後、不純物を含
む半導体層204を積層、パターニングして、ゲート電
極をなす部分を残し、それをマスクとして不純物イオン
205の打ち込みを行って、ソース及びドレイン領域2
06とチャネル領域207を形成し、図2(b)とす
る。ついで、層間絶縁膜208を積層、コンタクトホー
ル209を開口した後、ソース及びドレイン電極端子2
10を形成して完成する。この状態が、図2(c)であ
る。
2. Description of the Related Art FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating an example of a thin film transistor formed by a conventional technique, with reference to element cross-sectional views in each manufacturing process. First, FIG.
1A, a semiconductor layer 202 is stacked on a substrate 201, patterned into a desired shape, and then a gate insulating film 203 is formed by a thermal oxidation method. After that, the semiconductor layer 204 containing impurities is laminated and patterned to leave a portion serving as a gate electrode, and impurity ions 205 are implanted using the portion as a mask to form a source and drain region 2.
06 and a channel region 207 are formed as shown in FIG. Then, after laminating an interlayer insulating film 208 and opening a contact hole 209, the source and drain electrode terminals 2 are formed.
10 is formed and completed. This state is shown in FIG.

【0003】また、図3には従来の技術により形成され
た薄膜トランジスタの別の1例を、製造工程ごとの素子
断面図により説明してある。まず、図3(a)に示すよ
うに、基板301上に不純物を添加した半導体層を積
層、パターニングして、ソース及びドレイン領域302
とする。ついで、図3(b)に示すように、半導体層を
積層、パターニングして、チャネル領域303とし、ゲ
ート絶縁膜304を積層した後、ゲート電極層を積層、
所望の形状にパターニングしてゲート電極305とす
る。そして、層間絶縁膜306を積層、コンタクトホー
ル307を開口して、ソース及びドレイン電極端子30
8を形成し、図3(c)として、薄膜トランジスタが完
成する。
FIG. 3 illustrates another example of a thin film transistor formed by a conventional technique, with reference to a sectional view of an element in each manufacturing process. First, as shown in FIG. 3A, a semiconductor layer to which an impurity is added is laminated and patterned on a substrate 301 to form a source and drain region 302.
And Next, as shown in FIG. 3B, a semiconductor layer is stacked and patterned to form a channel region 303, a gate insulating film 304 is stacked, and then a gate electrode layer is stacked.
The gate electrode 305 is patterned into a desired shape. Then, an interlayer insulating film 306 is laminated, a contact hole 307 is opened, and the source and drain electrode terminals 30 are formed.
8 is formed, and a thin film transistor is completed as shown in FIG.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年、液晶表示装置は
半導体集積回路の発達にともなって、この様な薄膜トラ
ンジスタには、より高速化、高集積化、高性能化が求め
られている。高集積化を考えた場合、課題となるのが配
線の低抵抗化である。先の図2に示した従来の技術によ
り形成された薄膜トランジスタでは、ソース及びドレイ
ン領域の形成にイオン打ち込み法を用いており、その後
に不純物の活性化を行うプロセスがあるため、イオン打
ち込みのマスクとしては、耐熱性の高い半導体薄膜を用
いる事になる。しかし、ゲート電極に半導体薄膜を用い
た場合、配線抵抗を下げるためには、配線層を別の材料
で形成する事が必要になり、プロセスが複雑になる。逆
にゲート電極と配線層を同時に形成すると、配線の抵抗
が高くなり、高集積化が困難である。従って、ゲート電
極及び配線層を抵抗の低い金属薄膜などで同時に形成す
ることが望まれている。一方、図3に示した従来の技術
で薄膜トランジスタを形成した場合、ゲート電極をマス
クとして、イオン打ち込みを行っていないため、金属薄
膜をゲート電極に用いる事ができる。しかしこの構造及
び製造方法を用いた場合、ゲート電極とソース及びドレ
イン領域との重なりが寄生容量を形成する事になる。こ
の寄生容量は、薄膜トランジスタの高速化及び高性能化
の妨げとなる。また、マスクズレなどに依ってこの寄生
容量がばらつくと、薄膜トランジスタの特性にもばらつ
きが生ずる。従って、薄膜トランジスタの高速化・高性
能化及び均一性・再現性を実現するためには、この寄生
容量を減らす必要がある。また、イオン打ち込み法を用
いないでソース及びドレイン領域を形成した場合、ソー
ス及びドレイン領域とチャネル部との接合欠陥に依っ
て、リーク電流の増加もみられ、低消費電力化が困難で
ある。従って、薄膜トランジスタの低消費電力化を実現
するためには、ソース及びドレイン領域をイオン打ち込
み法により形成する事が望まれている。
In recent years, with the development of semiconductor integrated circuits in liquid crystal display devices, such thin film transistors are required to have higher speed, higher integration, and higher performance. When considering high integration, the problem is to reduce the resistance of the wiring. In the thin film transistor formed by the conventional technique shown in FIG. 2 described above, the ion implantation method is used for forming the source and drain regions, and there is a process of activating the impurities thereafter. Means that a semiconductor thin film having high heat resistance is used. However, when a semiconductor thin film is used for the gate electrode, it is necessary to form the wiring layer with another material in order to reduce the wiring resistance, which complicates the process. Conversely, if the gate electrode and the wiring layer are formed at the same time, the resistance of the wiring increases, and it is difficult to achieve high integration. Therefore, it is desired to simultaneously form the gate electrode and the wiring layer with a metal thin film having a low resistance. On the other hand, when a thin film transistor is formed by the conventional technique shown in FIG. 3, a metal thin film can be used as a gate electrode because ion implantation is not performed using the gate electrode as a mask. However, when this structure and manufacturing method are used, the overlap between the gate electrode and the source and drain regions forms a parasitic capacitance. This parasitic capacitance hinders high speed and high performance of the thin film transistor. Further, if the parasitic capacitance varies due to a mask shift or the like, the characteristics of the thin film transistor also vary. Therefore, it is necessary to reduce the parasitic capacitance in order to realize high speed, high performance, uniformity, and reproducibility of the thin film transistor. Further, when the source and drain regions are formed without using the ion implantation method, an increase in leakage current is observed due to a junction defect between the source and drain regions and the channel portion, and it is difficult to reduce power consumption. Therefore, in order to realize low power consumption of the thin film transistor, it is desired to form the source and drain regions by an ion implantation method.

【0005】本発明は、この様な薄膜トランジスタの構
造及び製造方法の問題点を解決するもので、その目的と
するところは、高速化・高集積化・高性能化及び低消費
電力化が可能で、ばらつきの少ない薄膜トランジスタ及
びその製造方法を提供するところにある。
The present invention solves the problems of the structure and the manufacturing method of such a thin film transistor. It is an object of the present invention to achieve high speed, high integration, high performance and low power consumption. And a method of manufacturing the same with less variation.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タの製造方法は、基板上にソース・ドレイン・チャネル
となるシリコン層を形成し、前記シリコン層上に絶縁膜
を形成し、前記シリコン層のチャネルとなる領域上にレ
ジストを形成してイオン打ち込みすることにより、前記
シリコン層にソース・ドレイン領域を形成し、前記シリ
コン層及び前記レジスト上に絶縁膜層を形成し、前記レ
ジスト及び前記レジスト上の前記絶縁膜層を除去し、前
記レジスト及び前記絶縁膜層が除去された領域及び前記
絶縁膜層上にゲート電極を形成することを特徴とする。
According to a method of manufacturing a thin film transistor of the present invention, a silicon layer serving as a source / drain / channel is formed on a substrate, an insulating film is formed on the silicon layer, and a channel of the silicon layer is formed. A source / drain region is formed in the silicon layer by forming a resist on the region to be ion-implanted, an insulating film layer is formed on the silicon layer and the resist, and the resist and the resist The insulating film layer is removed, and a gate electrode is formed on the region where the resist and the insulating film layer are removed and on the insulating film layer.

【0007】[0007]

【作用】本発明の薄膜トランジスタの構造及び製造方法
に依れば、ゲート電極とチャネル部の重なり部分は絶縁
膜が1層であるが、ゲート電極とソース及びドレイン領
域との重なりの部分は、絶縁膜が厚くなっているため、
そこに形成される寄生容量は小さくなり、その寄生容量
の影響は小さくなるため、薄膜トランジスタの高速化が
可能になる。しかも、ソース及びドレイン領域をイオン
注入法により形成しているため、ソース及びドレイン領
域とチャネル領域との接合欠陥も少なく、リーク電流の
低減化が図れる。また、ソース及びドレイン領域の活性
化をゲート電極形成前に行うため、ゲート電極として熱
に弱い金属を用いる事ができ、配線層を同時に形成する
事により、配線層の低抵抗化が実現できる。
According to the structure and the manufacturing method of the thin film transistor of the present invention, the portion where the gate electrode and the channel portion overlap has a single insulating film, but the portion where the gate electrode overlaps the source and drain regions is the insulating film. Because the film is thicker,
The parasitic capacitance formed there is reduced, and the influence of the parasitic capacitance is reduced, so that the speed of the thin film transistor can be increased. In addition, since the source and drain regions are formed by the ion implantation method, the number of junction defects between the source and drain regions and the channel region is small, and the leakage current can be reduced. In addition, since the activation of the source and drain regions is performed before the formation of the gate electrode, a metal which is weak against heat can be used as the gate electrode. By forming the wiring layer at the same time, the resistance of the wiring layer can be reduced.

【0008】[0008]

【実施例】本発明の実施例の1つを、図(a)〜(d)
までの、製造工程ごとの素子断面図を用いて、詳しく説
明して行く。まず、図1(a)に示すように、基板10
1上に半導体層102を積層し、パターニングした後、
ゲート絶縁膜103となる絶縁薄膜を積層する。今回の
実施例には、基板101として絶縁基板を用いたが、導
体基板や導体基板に絶縁膜を積層してから、上記の工程
を行っても良い。また上記半導体層102の形成には、
減圧CVD法やプラズマCVD法により形成された半導
体が用いられる。また前記ゲート絶縁膜103には、熱
酸化法や熱窒化法または常圧CVD法、減圧CVD法、
プラズマCVD法、ECRプラズマCVD法、スパッタ
法などに依って形成される、二酸化珪素膜や窒化珪素膜
などが用いられる。ついで、全面にレジスト104を塗
布しパターニングした後、これをマスクとして、不純物
105をイオンインプランテーション法やイオンドーピ
ング法などのイオン注入法により導入し、ソース及びド
レイン領域106とチャネル領域107を形成し、図1
(b)とする。本実施例では、ソース及びドレイン領域
106を形成する際のイオン打ち込みのマスクとして、
レジストを用いたが、このかわりに、半導体膜や絶縁膜
など、前記ゲート絶縁膜103とエッチングにおける選
択比がとれる薄膜ならば、何を用いても良い。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The above will be described in detail with reference to element cross-sectional views for each manufacturing process. First, as shown in FIG.
After laminating the semiconductor layer 102 on 1 and patterning,
An insulating thin film serving as the gate insulating film 103 is stacked. In this embodiment, an insulating substrate is used as the substrate 101. However, the above process may be performed after an insulating film is laminated on the conductive substrate or the conductive substrate. The formation of the semiconductor layer 102 includes:
A semiconductor formed by a low-pressure CVD method or a plasma CVD method is used. The gate insulating film 103 may be formed by a thermal oxidation method, a thermal nitridation method, a normal pressure CVD method, a low pressure CVD method,
A silicon dioxide film, a silicon nitride film, or the like formed by a plasma CVD method, an ECR plasma CVD method, a sputtering method, or the like is used. Next, after applying and patterning a resist 104 on the entire surface, using this as a mask, an impurity 105 is introduced by an ion implantation method such as an ion implantation method or an ion doping method to form a source / drain region 106 and a channel region 107. , FIG.
(B). In this embodiment, as a mask for ion implantation when forming the source and drain regions 106,
Although the resist is used, any thin film, such as a semiconductor film or an insulating film, may be used as long as the thin film has a selectivity with respect to the gate insulating film 103 in etching.

【0009】次に、スパッタ法や、ECRプラズマCV
D法などの異方性を持つ装置により、全面に絶縁膜10
8を形成すると図1(c)の様に、前記レジスト104
の段差部で、被覆性が悪くなる。その後、前記レジスト
104を除去すると、レジストの上の前記絶縁薄膜10
8も同時に除去される。
Next, a sputtering method or an ECR plasma CV
Using an anisotropic device such as D method, the insulating film 10
When the resist 8 is formed, as shown in FIG.
At the stepped portion, the coverage is poor. Thereafter, when the resist 104 is removed, the insulating thin film 10 on the resist is removed.
8 is also removed at the same time.

【0010】その後、ソース及びドレイン領域の活性化
を行い、導体薄膜を積層、パターニングして、ゲート電
極109を形成する。この状態が図1(d)である。前
記ソース及びドレイン領域の活性化には、熱アニール法
やレーザーアニール法、またはランプアニール法などが
用いられる。また、前記ゲート電極には、CrやAlな
どの低抵抗の金属薄膜が、スパッタ法などにより形成さ
れ、使用される。
After that, the source and drain regions are activated, and a conductive thin film is laminated and patterned to form a gate electrode 109. This state is shown in FIG. For the activation of the source and drain regions, a thermal annealing method, a laser annealing method, a lamp annealing method, or the like is used. In addition, a low-resistance metal thin film such as Cr or Al is formed on the gate electrode by a sputtering method or the like and used.

【0011】その後、層間絶縁膜110を積層し、コン
タクトホール111を開口した後、ソース及びドレイン
電極端子112を形成し、図1(e)として薄膜トラン
ジスタが完成する。前記層間絶縁膜110には、前記ゲ
ート絶縁膜103と同様の膜が同様の方法で形成され、
使用されるほか、ポリイミド等の有機薄膜が用いられる
事もある。
Thereafter, an interlayer insulating film 110 is laminated, a contact hole 111 is opened, and a source and drain electrode terminal 112 is formed. Thus, a thin film transistor is completed as shown in FIG. A film similar to the gate insulating film 103 is formed on the interlayer insulating film 110 by a similar method.
In addition to being used, an organic thin film such as polyimide may be used.

【0012】この様にして形成された薄膜トランジスタ
の構造に依れば、ゲート電極とチャネル部との重なり部
分は、ゲート絶縁膜だけであるため、ゲート電圧が有効
に印可され、一方寄生容量となるゲート電極とソース及
びドレイン領域との重なり部分は、厚い絶縁膜があるた
め寄生容量を小さくできる。また、ソース及びドレイン
領域をイオン打ち込み法により形成しているため、ソー
ス及びドレイン領域とチャネル領域との接合欠陥が少な
く、リーク電流の低減が図れる。またソース及びドレイ
ン領域の活性化を、ゲート電極形成前に行っているた
め、ゲート電極として、金属薄膜を用いる事ができ、配
線層も同時に形成する事により、プロセスの簡略化と配
線抵抗の低抵抗化が同時に実現できる。
According to the structure of the thin film transistor formed as described above, the gate electrode is effectively applied with a gate voltage because the overlapping portion of the gate electrode and the channel portion is only the gate insulating film, and on the other hand, it becomes a parasitic capacitance. At the overlapping portion of the gate electrode and the source and drain regions, the parasitic capacitance can be reduced because of the thick insulating film. Further, since the source and drain regions are formed by the ion implantation method, the number of junction defects between the source and drain regions and the channel region is small, so that leakage current can be reduced. Since the activation of the source and drain regions is performed before the formation of the gate electrode, a metal thin film can be used as the gate electrode. By simultaneously forming the wiring layer, the process can be simplified and the wiring resistance can be reduced. Resistance can be realized at the same time.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上、製造工程ごとに簡単に説明した方
法により形成された薄膜トランジスタの構造に依れば、
以下の数多くの効果が得られる。
As described above, according to the structure of the thin film transistor formed by the method simply described for each manufacturing process,
The following many effects can be obtained.

【0014】1).ゲート電極とソース及びドレイン領
域との重なり部分の絶縁膜の膜厚が厚いため、寄生容量
を小さくする事ができ、高速化が可能である。
1). Since the thickness of the insulating film in a portion where the gate electrode overlaps with the source and drain regions is large, parasitic capacitance can be reduced and high speed operation can be achieved.

【0015】2).ゲート電極とソース及びドレイン領
域との重なり部分の絶縁膜の膜厚が厚いため、寄生容量
を小さくする事ができ、マスクズレにより生じるばらつ
きを小さくする事ができた。
2). Since the thickness of the insulating film in the overlapping portion between the gate electrode and the source and drain regions is large, the parasitic capacitance can be reduced, and the variation caused by mask displacement can be reduced.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

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

【図1】(a)〜(e)本発明の薄膜トランジスタの、
実施例に示した製造工程ごとの素子断面図。
1 (a) to 1 (e) of a thin film transistor of the present invention,
FIG. 6 is a sectional view of an element in each manufacturing process shown in the example.

【図2】(a)〜(c)従来の技術における薄膜トラン
ジスタの製造工程ごとの素子断面図。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views of an element in each manufacturing process of a thin film transistor according to a conventional technique.

【図3】(a)〜(c)従来の技術における薄膜トラン
ジスタの製造工程ごとの素子断面図。
3 (a) to 3 (c) are cross-sectional views of elements in each manufacturing process of a thin film transistor according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301・・・基板 102,202・・・半導体層 103,203,304・・・ゲート絶縁膜 104,・・・レジスト 105,205・・・不純物 106,206,302・・・ソース及びドレイン領域 107,207,303・・・チャネル領域 108・・・絶縁膜 109,204,305・・・ゲート電極 110,208,306・・・層間絶縁膜 111,209,307・・・コンタクトホール 112,210,308・・・ソース及びドレイン電極 101, 201, 301 ... substrates 102, 202 ... semiconductor layers 103, 203, 304 ... gate insulating film 104 ... resist 105, 205 ... impurities 106, 206, 302 ... source And drain region 107, 207, 303 channel region 108 insulating film 109, 204, 305 gate electrode 110, 208, 306 interlayer insulating film 111, 209, 307 contact hole 112, 210, 308... Source and drain electrodes

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上にソース・ドレイン・チャネルと
なるシリコン層を形成し、 前記シリコン層上に絶縁膜を形成し、前記シリコン層の
チャネルとなる領域上にレジストを形成してイオン打ち
込みすることにより、前記シリコン層にソース・ドレイ
ン領域を形成し、前記シリコン層及び前記レジスト上に
絶縁膜層を形成し、前記レジスト及び前記レジスト上の
前記絶縁膜層を除去し、前記レジスト及び前記絶縁膜層
が除去された領域及び前記絶縁膜層上にゲート電極を形
成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
1. A silicon layer serving as a source / drain / channel is formed on a substrate, an insulating film is formed on the silicon layer, a resist is formed on a region of the silicon layer serving as a channel, and ion implantation is performed. Forming source / drain regions in the silicon layer; forming an insulating film layer on the silicon layer and the resist; removing the resist and the insulating film layer on the resist; A method for manufacturing a thin film transistor, comprising forming a gate electrode on the region where the film layer has been removed and on the insulating film layer.
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