JP3092186B2 - 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、透明絶縁基板上に形成
された、液晶表示装置やイメージスキャナーなどへの応
用が有効な、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 on a transparent insulating substrate and effective for application to a liquid crystal display, an image scanner and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3(a)〜(d)には、逆スタガ型の
薄膜トランジスタの、従来の一般的な製造方法を示す。
まず、図3(a)に示すように、絶縁基板301上にゲ
ート電極となる半導体層302を形成しパターニングす
る。その後、ゲート絶縁膜303と能動領域となる半導
体層304を積層し、図3(b)となる。ついで、高濃
度不純物を添加した半導体層を積層しパターニングし
て、ソース領域及びドレイン領域305を形成した後、
層間絶縁膜306を積層し、さらにコンタクトホール3
07を開口し、ソース電極端子308及びドレイン電極
端子309を形成して完成する。この状態が図3(c)
である。
2. Description of the Related Art FIGS. 3A to 3D show a conventional general method of manufacturing an inverted staggered thin film transistor.
First, as shown in FIG. 3A, a semiconductor layer 302 serving as a gate electrode is formed on an insulating substrate 301 and patterned. After that, the gate insulating film 303 and the semiconductor layer 304 serving as an active region are stacked, and the result is shown in FIG. Next, after stacking and patterning a semiconductor layer to which a high-concentration impurity is added, a source region and a drain region 305 are formed.
An interlayer insulating film 306 is laminated, and a contact hole 3
07, and a source electrode terminal 308 and a drain electrode terminal 309 are formed to complete the process. This state is shown in FIG.
It is.

【0003】このようにして形成された薄膜トランジス
タは、液晶表示装置や、メモリーなどに応用される。
[0003] The thin film transistor thus formed is applied to a liquid crystal display device, a memory and the like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の技術で
は、ソース及びドレイン領域の形成に、高濃度不純物を
添加した半導体層を用いたが、この方法を用いた場合
は、ソース及びドレイン領域とゲート電極の重なりが、
寄生容量を形成し、薄膜トランジスタの高速化が実現で
きない。また、マスク合わせのずれなどにより、形成さ
れた薄膜トランジスタの特性にばらつきが生じ、均一な
薄膜トランジスタを形成する事が困難であった。
In the above-mentioned prior art, a semiconductor layer doped with a high concentration of impurities is used for forming the source and drain regions. However, when this method is used, the source and drain regions are not formed. The overlap of the gate electrodes
A parasitic capacitance is formed, and a high-speed thin film transistor cannot be realized. In addition, the characteristics of the formed thin film transistor vary due to misalignment of the mask and the like, and it has been difficult to form a uniform thin film transistor.

【0005】一方、薄膜トランジスタの特性において、
低消費電力化及び高速化を可能にするために、オフ電
流、すなはちリーク電流の低減が課題となっている。こ
れを解決する手段の一つとして、ドレイン側にゲート電
極とドレイン領域の重ならない領域、すなはち、オフセ
ット領域を設ける事が考えられている。しかし、この場
合は、自己整合的にこのオフセット領域を形成すること
ができないため、マスク合わせのずれにより特性のばら
つき及び寄生容量が生じてしまう。従って、前述の従来
の技術では、逆スタガ構造の薄膜トランジスタに於い
て、オフセット領域を自己整合的に形成する事が困難で
あった。
On the other hand, in the characteristics of the thin film transistor,
In order to achieve low power consumption and high speed, reduction of off-state current, that is, reduction of leak current has been an issue. As one of means for solving this, it is considered to provide a region where the gate electrode and the drain region do not overlap, that is, an offset region, on the drain side. However, in this case, since this offset region cannot be formed in a self-aligned manner, variations in characteristics and parasitic capacitance occur due to misalignment of the mask. Therefore, in the above-described conventional technique, it is difficult to form the offset region in a self-aligned manner in the inverted staggered thin film transistor.

【0006】また、近年は薄膜トランジスタの高集積化
にともなって、素子の微細化及び縮小化が進められてい
るが、この時問題となるのが短チャネル効果である。チ
ャネルを短くする事によって、オフ電流の増加や、サブ
スレッシュホルド電圧の低下が引き起こされる。これ
が、素子の微細化に対する障害となっていた。
In recent years, along with the high integration of thin film transistors, miniaturization and miniaturization of elements have been promoted. At this time, a problem is a short channel effect. Shortening the channel causes an increase in off-state current and a decrease in sub-threshold voltage. This has been an obstacle to miniaturization of the device.

【0007】本発明は、このような透明絶縁基板上に形
成される逆スタガ構造の薄膜トランジスタの製造方法の
問題点を解決するもので、その目的とするところは、ソ
ース及びドレイン領域の形成を、オフセット領域を自己
整合的に設ける事で、高速化、高性能化、低消費電力化
が可能で、信頼性の高い薄膜トランジスタの製造方法を
提供するところにある。
The present invention solves the problem of a method of manufacturing an inverted staggered thin film transistor formed on such a transparent insulating substrate. The object of the present invention is to form source and drain regions. It is an object of the present invention to provide a highly reliable method for manufacturing a thin film transistor, in which the offset region is provided in a self-aligned manner, which can achieve high speed, high performance, and low power consumption.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上にゲー
ト電極を形成する工程と、前記ゲート電極上にゲート絶
縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に半導体層
を形成する工程と、前記基板の裏側からゲート電極をマ
スクとして露光を行うことにより、前記半導体層上にレ
ジストを形成する工程と、前記レジストをマスクとして
前記半導体層に斜めに不純物を打ち込むことによってソ
ース・ドレイン領域を形成すると共にオフセット領域を
形成する工程とを有することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a step of forming a gate electrode on a substrate, a step of forming a gate insulating film on the gate electrode, and a step of forming a semiconductor layer on the gate insulating film. Forming a resist on the semiconductor layer by exposing from the back side of the substrate using a gate electrode as a mask, and implanting impurities obliquely into the semiconductor layer using the resist as a mask to form source / drain regions. And forming an offset region.

【0009】[0009]

【実施例】図1は、薄膜トランジスタの製造方法におけ
る、本発明の一つの実施例を、製造工程順に示した図で
ある。まず、図1(a)に示すように透明絶縁基板10
1上に、ゲート電極となる高濃度不純物を添加した半導
体層102を1000〜3000Å程度の厚さに積層、
パターニングした後、全面にゲート絶縁膜103を20
0〜2000Å程度の厚さで積層する。前記ゲート絶縁
膜103には、二酸化珪素膜や窒化珪素膜などが、常圧
CVD法、減圧CVD法、プラズマCVD法、ECRプ
ラズマCVD法、光CVD法、またはこれらの組み合わ
せにより形成され、使用される。ついで、前記ゲート絶
縁膜103の全面に半導体層104を、減圧CVD法や
プラズマCVD法などにより、ホスフィンやジシランガ
スを用いて積層した後、ポジ型レジスト105を塗布
し、前記透明絶縁基板101の裏側から露光を施しエッ
チングを行うと、図1(b)となる。ついで、図1
(c)に示されるように、前記透明絶縁基板101の斜
め上方より、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、イオン打ち込み法を用いて不純物1
06を打ち込み、前記不純物の活性化を行う事により、
ソース及びドレイン領域107を形成する。その後、前
記ポジレジスト105を除去し、全面に層間絶縁膜10
8を積層、ついでソース及びドレイン電極を形成する部
分の前記層間絶縁膜108を除去し、コンタクトホール
109とした後、その部分にソース電極110、ドレイ
ン電極111を形成し、図1(d)として完成する。上
記層間絶縁膜108には、前記ゲート絶縁膜103の形
成において用いられた方法と同様な方法で形成される絶
縁膜のほかに、ポリイミド等が用いられる事もある。ま
た、本実施例においては、前記ゲート電極層102とし
て高濃度不純物を添加した半導体層を用いたが、他の方
法として、前記ソース及びドレイン領域の形成に用いた
方法と同様に、イオン打ち込み法を用いて、積層された
半導体層に不純物を導入して、ゲート電極を形成する方
法もある。
FIG. 1 is a view showing one embodiment of the present invention in a method of manufacturing a thin film transistor in the order of manufacturing steps. First, as shown in FIG.
A semiconductor layer 102 to which a high-concentration impurity to be a gate electrode is added is laminated to a thickness of about 1000 to 3000
After patterning, a gate insulating film 103 is
The layers are laminated at a thickness of about 0 to 2000 mm. For the gate insulating film 103, a silicon dioxide film, a silicon nitride film, or the like is formed and used by a normal pressure CVD method, a low pressure CVD method, a plasma CVD method, an ECR plasma CVD method, an optical CVD method, or a combination thereof. You. Then, after laminating a semiconductor layer 104 over the entire surface of the gate insulating film 103 using a phosphine or disilane gas by a low pressure CVD method, a plasma CVD method, or the like, a positive resist 105 is applied, and a back side of the transparent insulating substrate 101 is formed. FIG. 1 (b) is obtained by performing the exposure and etching. Next, FIG.
As shown in (c), the impurity 1 is obliquely above the transparent insulating substrate 101 by using an ion implantation method such as an ion implantation method or an ion doping method.
06 to activate the impurity,
Source and drain regions 107 are formed. Thereafter, the positive resist 105 is removed, and the interlayer insulating film 10 is formed on the entire surface.
8 and then removing the interlayer insulating film 108 at the portion where the source and drain electrodes are to be formed to form a contact hole 109, and then forming a source electrode 110 and a drain electrode 111 at that portion, as shown in FIG. Complete. As the interlayer insulating film 108, a polyimide or the like may be used in addition to an insulating film formed by a method similar to the method used in forming the gate insulating film 103. In this embodiment, a semiconductor layer to which a high concentration impurity is added is used as the gate electrode layer 102. However, as another method, an ion implantation method In addition, there is a method in which an impurity is introduced into the stacked semiconductor layers to form a gate electrode.

【0010】図2は、本発明における実施例により形成
された薄膜トランジスタの、電流−電圧特性を表す図で
ある。実線Aは、本発明により形成された薄膜トランジ
スタの電流−電圧特性であり、破線Bは、前述の従来の
技術により形成された薄膜トランジスタの電流−電圧特
性である。本発明により形成された薄膜トランジスタ
は、オフセット構造をとるため、オン電流も僅かに減少
しているが、それ以上にオフ電流の著しい減少が見られ
る。従ってオン/オフ比の向上も見られた。
FIG. 2 is a diagram showing current-voltage characteristics of a thin film transistor formed according to an embodiment of the present invention. The solid line A is the current-voltage characteristic of the thin film transistor formed according to the present invention, and the broken line B is the current-voltage characteristic of the thin film transistor formed according to the above-described conventional technique. Since the thin film transistor formed according to the present invention has an offset structure, the on-state current is slightly reduced, but the off-state current is further significantly reduced. Therefore, the on / off ratio was also improved.

【0011】また、オフセット量は、ソース及びドレイ
ン領域の形成の際のマスクとなる、ポジレジストの膜厚
と、不純物をイオン打ち込みするときの入射角とに依存
し、これらをかえる事によって、オフセット量を自由に
コントロールする事ができる。 また、近年では高集積
化が進み、薄膜トランジスタのサイズも小さくなってき
ているが、本発明の方法で薄膜トランジスタを形成する
と、ソース及びドレイン領域とチャネル部との間に、薄
い不純物層が形成され、短チャネル効果を低減する事が
できる。
The amount of offset depends on the thickness of the positive resist used as a mask when forming the source and drain regions, and the incident angle when ion-implanting impurities. The amount can be controlled freely. In recent years, high integration has been advanced and the size of a thin film transistor has been reduced. However, when a thin film transistor is formed by the method of the present invention, a thin impurity layer is formed between a source and drain region and a channel portion, The short channel effect can be reduced.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上簡単に説明したように、本発明の薄
膜トランジスタの製造方法によれば、以上の数多くの効
果が得られる。
As described briefly above, according to the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, many effects described above can be obtained.

【0013】1.ソース及びドレイン領域の形成を、自
己整合的に行っているため、マスク合わせのずれなどを
考慮する必要がなく、各薄膜トランジスタ間の特性のば
らつきが非常に小さくなる。
1. Since the source and drain regions are formed in a self-aligned manner, there is no need to consider the misalignment of the mask and the like, and the variation in characteristics between the thin film transistors is extremely small.

【0014】2.使用するマスクの枚数が3枚と少ない
ため、低コスト化に有利である。
2. Since the number of masks to be used is as small as three, it is advantageous for cost reduction.

【0015】3.オフセット構造をとっているため、オ
フ電流が小さく、そのため電流の保持が容易で低消費電
力化が可能である。また、オン/オフ比も大きくなり、
高速化も可能となる。
3. The off-state current is small due to the offset structure, so that current can be easily held and power consumption can be reduced. Also, the on / off ratio increases,
Speeding up is also possible.

【0016】4.ソース及びドレイン領域の形成に使用
されるマスクとしてレジストを用いており、不純物を打
ち込む角度が一定であっても、レジストの膜厚を変化さ
せる事で、オフセット量をコントロールできる。
4. A resist is used as a mask used for forming the source and drain regions, and the offset amount can be controlled by changing the resist film thickness even when the angle at which impurities are implanted is constant.

【0017】5.ソース及びドレイン領域の形成に使用
されるマスクとしてレジストを用いており、レジストの
膜厚が一定である場合、不純物を打ち込む角度を変化さ
せる事で、オフセット量をコントロールできる。
5. When a resist is used as a mask used for forming the source and drain regions, and the film thickness of the resist is constant, the offset amount can be controlled by changing the angle at which impurities are implanted.

【0018】6.ソース及びドレイン領域とチャネル部
との間に、薄い不純物層を設ける事ができ、それによっ
て短チャネル効果を低減でき、従って薄膜トランジスタ
の微細化が可能である。
6. A thin impurity layer can be provided between the source and drain regions and the channel portion, whereby a short channel effect can be reduced, and thus, a thin film transistor can be miniaturized.

【0019】以上の数多くの効果によって、高速化、高
性能化、低消費電力化が可能で、信頼性の高い薄膜トラ
ンジスタを構成できる。
By the many effects described above, a high-speed, high-performance, low power consumption, and highly reliable thin film transistor can be constructed.

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

【図1】(a)〜(d)本発明の実施例に示した薄膜ト
ランジスタの、製造工程ごとの断面図。
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views of a thin film transistor shown in an embodiment of the present invention in each manufacturing process.

【図2】本発明の実施例に示した薄膜トランジスタの電
流−電圧特性と、本発明の従来の技術に示した薄膜トラ
ンジスタの電流−電圧特性との比較を表す図。
FIG. 2 is a diagram showing a comparison between current-voltage characteristics of a thin film transistor shown in an example of the present invention and current-voltage characteristics of a thin film transistor shown in the prior art of the present invention.

【図3】(a)〜(c)従来の逆スタガ型の薄膜トラン
ジスタの、製造工程ごとの断面図。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views of a conventional inverted staggered thin film transistor for each manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、301・・・透明絶縁基板 102、302・・・ゲート電極 103、303・・・ゲート絶縁膜 104、304・・・半導体層 105・・・ポジ型レジスト 106・・・不純物 107、305・・・ソース及びドレイン領域 108、306・・・層間絶縁膜 109、307・・・コンタクトホール 110、308・・・ソース電極 111、309・・・ドレイン電極 101, 301: Transparent insulating substrate 102, 302 ... Gate electrode 103, 303 ... Gate insulating film 104, 304 ... Semiconductor layer 105 ... Positive resist 106 ... Impurities 107, 305 ..Source and drain regions 108 and 306 interlayer insulating films 109 and 307 contact holes 110 and 308 source electrodes 111 and 309 drain electrodes

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上にゲート電極を形成する工程
と、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、前記ゲート絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、
前記基板の裏側からゲート電極をマスクとして露光を行
うことにより、前記半導体層上にレジストを形成する工
程と、前記レジストをマスクとして前記半導体層に斜め
に不純物を打ち込むことによってソース・ドレイン領域
を形成すると共にオフセット領域を形成する工程とを有
することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A step of forming a gate electrode on the substrate; a step of forming a gate insulating film on the gate electrode; and a step of forming a semiconductor layer on the gate insulating film.
A step of forming a resist on the semiconductor layer by performing exposure from the back side of the substrate using a gate electrode as a mask, and forming source / drain regions by obliquely implanting impurities into the semiconductor layer using the resist as a mask And forming an offset region.
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