JP3171673B2 - Thin film transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

Thin film transistor and method of manufacturing the same

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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】この発明は薄膜トランジスタ及び
その製造方法に関するものであり、特に液晶ディスプレ
イ等の絶縁性基板上に作製される薄膜トランジスタ及び
その製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly to a thin film transistor formed on an insulating substrate such as a liquid crystal display and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイの性能向上はめ
ざましく、特に、絵素毎にダイオードや薄膜トランジス
タ等のスイッチング機能をもたせたアクティブマトリク
ス型液晶ディスプレイは画質の向上、画面サイズの大型
化に大きく貢献している。絵素毎に設けた薄膜トランジ
スタは絶縁性の基板上に、トランジスタの活性層として
非晶質シリコンを用いたものが多く、大面積化が可能で
あり、プロセス温度が低温(〜350℃)であるといっ
た長所を有している。
2. Description of the Related Art In recent years, the performance of a liquid crystal display has been remarkably improved. In particular, an active matrix type liquid crystal display having a switching function of a diode, a thin film transistor or the like for each picture element greatly contributes to improvement of image quality and enlargement of a screen size. ing. Many thin film transistors provided for each picture element use amorphous silicon as an active layer of a transistor on an insulating substrate, can have a large area, and have a low process temperature (up to 350 ° C.). It has such advantages.

【0003】また、ポリシリコンを活性層とした薄膜ト
ランジスタも一部に商品化されており、その高移動度特
性を利用して、絵素毎のスイッチングのみならず駆動回
路をも構成しており、駆動回路一体型液晶ディスプレイ
を実現している。しかし、ポリシリコン薄膜トランジス
タは、通常、プロセス温度が高温であるため、ガラス基
板を使用することができず石英基板が使用されている。
石英基板はガラス基板に比べ高価であり、また大面積化
が困難である。したがって、ポリシリコン薄膜トランジ
スタの当面の目標はガラス基板の使用可能な温度(〜6
00℃)で安定した特性の得られるプロセスを開発する
ことにある。
Also, thin film transistors using polysilicon as an active layer have been commercialized in part, and by utilizing their high mobility characteristics, not only switching for each pixel but also a driving circuit have been constructed. The drive circuit integrated type liquid crystal display is realized. However, since the process temperature of the polysilicon thin film transistor is usually high, a glass substrate cannot be used and a quartz substrate is used.
Quartz substrates are more expensive than glass substrates, and it is difficult to increase the area. Therefore, the immediate goal of the polysilicon thin film transistor is to set the usable temperature of the glass substrate (〜6
(00 ° C.).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前記のようにポリシリ
コン薄膜トランジスタを用いた場合、駆動回路一体型液
晶ディスプレイを実現できることが最大の利点である。
しかし、ポリシリコン薄膜トランジスタのオフ電流は非
晶質シリコン薄膜トランジスタに比べ高いことから、絵
素毎に設けるトランジスタとしては決して適していると
はいえない。
When a polysilicon thin film transistor is used as described above, the greatest advantage is that a liquid crystal display integrated with a driving circuit can be realized.
However, since the off-state current of a polysilicon thin film transistor is higher than that of an amorphous silicon thin film transistor, it cannot be said that the transistor is provided as a transistor provided for each picture element.

【0005】ポリシリコン薄膜トランジスタのオフ電流
の低減方法としてはデュアルゲート構造、ポリシリコン
の薄膜化、LDD(Lightly Doped Drain) 構造が考えら
れているがいずれも一長一短がある。デュアルゲート構
造は2個以上のトランジスタを並列に接続し、ゲート電
極を共通にする方法であり、トランジスタをオフしたと
きのドレイン電界を緩和することによってオフ電流を減
少させる。しかし、限られたスペースに2個以上のトラ
ンジスタを形成することは、絵素の開口率の低下につな
がってしまい、望ましくない。
As a method of reducing the off-state current of the polysilicon thin film transistor, a dual gate structure, a thinner polysilicon film, and an LDD (Lightly Doped Drain) structure have been considered, all of which have advantages and disadvantages. The dual-gate structure is a method in which two or more transistors are connected in parallel to share a gate electrode, and the off-state current is reduced by relaxing the drain electric field when the transistor is turned off. However, forming two or more transistors in a limited space undesirably leads to a decrease in the pixel aperture ratio.

【0006】ポリシリコンの薄膜化は非常に簡便な方法
であり薄膜化によりソース、ドレイン間の抵抗を高くす
ることでオフ電流の低減を図る。しかし、期待されるほ
どの低減効果は得られていない。LDD(Lightly Doped
Drain) 構造は、例えば、ソース・ドレインがn+ 層の
場合、チャネルとソースとの間、およびチャネルとドレ
インとの間にn- 層を設けている。これは、図13に示
すように、通常、ポリシリコン膜22上にゲート電極2
3を形成したのち、ゲート電極23をマスクとして低濃
度イオンを注入してn- 層24を形成する(図13
(a))。次にゲート電極23の側壁にサイドウォール
絶縁体25を形成した後、再度イオン注入し、n+ 層2
6を形成する(図13(b))ことで実現される。
The thinning of polysilicon is a very simple method, and the off-current is reduced by increasing the resistance between the source and drain by thinning. However, the expected reduction effect has not been obtained. LDD (Lightly Doped
The Drain) structure has, for example, when the source / drain is an n + layer, an n layer is provided between the channel and the source and between the channel and the drain. This usually means that the gate electrode 2 is formed on the polysilicon film 22 as shown in FIG.
After the formation of the gate electrode 23, low concentration ions are implanted using the gate electrode 23 as a mask to form the n layer 24 (FIG. 13).
(A)). Next, after a sidewall insulator 25 is formed on the side wall of the gate electrode 23, ion implantation is performed again to form the n + layer 2.
6 (FIG. 13B).

【0007】また、別の方法として図14に示すよう
に、ゲート電極33をマスクとして、斜め回転イオン注
入によりn- 層34を形成した(図14(a))後、通
常のイオン注入法にてn+ 層35を形成する(図14
(b))。この方法ではn- 層34が深くチャネル領域
に入り込み、ゲートと大きく重なりを有する構造となる
ことから、ゲートオーバーラップLDD構造と呼ばれて
いる。
As another method, as shown in FIG. 14, an n layer 34 is formed by oblique rotation ion implantation using the gate electrode 33 as a mask (FIG. 14A), and then a normal ion implantation method is performed. To form an n + layer 35 (FIG. 14)
(B)). This method is called a gate overlap LDD structure because the n layer 34 penetrates deeply into the channel region and has a large overlap with the gate.

【0008】どちらの構造においてもドレイン電界を緩
和させ耐圧の向上を図ることでオフ電流を減少させる事
ができるが、図13のLDD構造ではゲートに電圧を印
加していったときソースn- 層の寄生抵抗により電流駆
動能力が低下してしまう。一方、図14のゲートオーバ
ーラップLDD構造においてはn- 層がゲート電極の下
に存在することにより、電流駆動能力を損なうことがな
い。しかし、いずれの方法にしても、イオン注入を2回
行う必要があることや、サイドウォール絶縁体の形成あ
るいは斜め回転イオン注入など製造工程が複雑になると
いう課題があった。
In either structure, the off-current can be reduced by relaxing the drain electric field and improving the breakdown voltage. However, in the LDD structure of FIG. 13, the source n layer is applied when a voltage is applied to the gate. , The current driving capability is reduced by the parasitic resistance. On the other hand, in the gate overlap LDD structure of FIG. 14, since the n layer exists below the gate electrode, current driving capability is not impaired. However, any of these methods has a problem that it is necessary to perform ion implantation twice and that the manufacturing process becomes complicated such as formation of a side wall insulator or oblique rotation ion implantation.

【0009】次に、ガラス基体の使用可能な低温プロセ
スのポリシリコン薄膜トランジスタの問題点について触
れる。薄膜トランジスタは、一般に電界効果トランジス
タであるために、その特性はゲート絶縁層とチャネルと
なる多結晶Si膜との界面状態に非常に大きく影響され
る。このため、従来の高温プロセスでは熱酸化法によ
り、ゲート絶縁層とチャネルの界面とをチャネル層内部
に作り込み、界面状態を良好に保っている。これに対
し、低温プロセスでは、ゲート絶縁層も低温で形成する
必要があるため、上記の熱酸化法は使えない。そのた
め、多結晶Si膜を所定の形状に加工した後、弗酸等を
用いて表面の清浄化処理を行い、その後スパッタ、ある
いは、CVD法等を用いてゲート絶縁膜を形成する方法
が採られているが、界面準位密度の十分な低減には至っ
ていない。
Next, the problem of the low-temperature process polysilicon thin film transistor which can use the glass substrate will be described. Since a thin film transistor is generally a field effect transistor, its characteristics are greatly affected by an interface state between a gate insulating layer and a polycrystalline Si film serving as a channel. For this reason, in the conventional high-temperature process, the interface between the gate insulating layer and the channel is formed inside the channel layer by a thermal oxidation method, and the interface state is maintained well. On the other hand, in a low-temperature process, the above-described thermal oxidation method cannot be used because the gate insulating layer also needs to be formed at a low temperature. Therefore, after the polycrystalline Si film is processed into a predetermined shape, a surface cleaning process is performed using hydrofluoric acid or the like, and then a gate insulating film is formed using sputtering, a CVD method, or the like. However, the interface state density has not been sufficiently reduced.

【0010】そこで、多結晶Si膜を成膜した後、大気
にさらさずゲート絶縁膜を連続して成膜する方法が検討
されているが、この方法においては、ゲート絶縁膜およ
び多結晶Si膜を所定の形状に加工したときに、多結晶
Si膜側面が露出してしまう。そして、その後ゲート電
極を形成した際にゲート電極と露出した多結晶Si膜と
の側壁が接し、リーク電流が増大することになるという
問題があった。したがって、ポリシリコンの側壁を絶縁
体で保護する必要があるが、ポリシリコンの側壁を保護
する絶縁体とゲート絶縁膜とが選択的にエッチングでき
ることが必要条件となるため、ゲート絶縁膜、及び側壁
保護のための絶縁体材料が限定されてしまうという問題
があった。
Therefore, a method of forming a gate insulating film continuously without exposing it to the atmosphere after forming a polycrystalline Si film has been studied. Is processed into a predetermined shape, the side surface of the polycrystalline Si film is exposed. Then, when the gate electrode is formed thereafter, there is a problem that the side wall of the gate electrode and the exposed polycrystalline Si film come into contact with each other, and the leakage current increases. Therefore, it is necessary to protect the side wall of the polysilicon with an insulator. However, since the insulator for protecting the side wall of the polysilicon and the gate insulating film must be selectively etched, the gate insulating film and the side wall are required. There is a problem that the insulator material for protection is limited.

【0011】この発明は上記のような問題点に鑑みてな
されたもので、ガラス基板の使用可能な低温プロセスに
おいても理想的な製造方法であるとともに、オフ電流を
低減するための最良の方法であるゲートオーバーラップ
LDD構造を比較的容易に実現することができる薄膜ト
ランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とし
ている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is an ideal manufacturing method even in a low-temperature process in which a glass substrate can be used, and a best method for reducing off-current. An object of the present invention is to provide a thin film transistor and a method for manufacturing the same, which can relatively easily realize a certain gate overlap LDD structure.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によれば、絶縁性基板上に、トランジスタ
の活性層となるポリシリコン層、ゲート絶縁膜及びゲー
ト電極が順次形成されてなる薄膜トランジスタであっ
て、前記ゲート絶縁膜上に形成されるゲート電極は、上
層ゲート電極と下層ゲート電極との2層構造からなると
ともに、前記上層ゲート電極と前記下層ゲート電極とが
異なる電極幅により構成され、前記ゲート絶縁膜下に形
成されるポリシリコン層は、前記2層構造からなるゲー
ト電極がマスクとなって形成される不純物拡散領域を有
しており、前記ポリシリコン層と前記ゲート絶縁膜とか
らなる積層パターンの側壁には、絶縁体が形成されてい
る薄膜トランジスタが提供される。
According to the present invention, a polysilicon layer to be an active layer of a transistor, a gate insulating film, and a gate electrode are sequentially formed on an insulating substrate. Wherein the gate electrode formed on the gate insulating film has a two-layer structure of an upper gate electrode and a lower gate electrode, and the upper gate electrode and the lower gate electrode have different electrode widths. The polysilicon layer formed under the gate insulating film has an impurity diffusion region formed by using the gate electrode having the two-layer structure as a mask, and the polysilicon layer and the gate insulating film are formed. There is provided a thin film transistor in which an insulator is formed on a side wall of a stacked pattern including a film.

【0013】また、上記目的を達成するため、絶縁性基
板上に、トランジスタの活性層となるポリシリコン層、
ゲート絶縁膜及びゲート電極が形成された薄膜トランジ
スタの製造方法であって、前記絶縁性基板上に、前記ポ
リシリコン層からなるトランジスタの活性層と、前記ゲ
ート絶縁膜と、下層ゲート電極とをそれぞれ順次形成
し、該3層の膜を同一のレジストパターンによりエッチ
ングして島状パターンに加工する工程と、前記下層ゲー
ト電極を所定の形状にパターニングする工程と、前記下
層ゲート電極上に上層ゲート電極を成膜し、該上層ゲー
ト電極を前記下層ゲート電極の電極幅とは異なる幅の所
定の形状にパターニングする工程と、前記下層ゲート電
極及び上層ゲート電極をマスクとして、不純物イオンを
前記ポリシリコン層に注入して、不純物拡散領域を形成
する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法が提供さ
れる。
In order to achieve the above object, a polysilicon layer serving as an active layer of a transistor is provided on an insulating substrate,
A method for manufacturing a thin film transistor in which a gate insulating film and a gate electrode are formed, wherein an active layer of the transistor made of the polysilicon layer, the gate insulating film, and a lower gate electrode are sequentially formed on the insulating substrate. Forming, etching the three layers with the same resist pattern to form an island pattern, patterning the lower gate electrode into a predetermined shape, and forming an upper gate electrode on the lower gate electrode. Forming a film, patterning the upper gate electrode into a predetermined shape having a width different from the electrode width of the lower gate electrode, and using the lower gate electrode and the upper gate electrode as a mask to deposit impurity ions on the polysilicon layer. Implanting to form an impurity diffusion region.

【0014】この発明における絶縁性基板とは、通常薄
膜トランジスタに用いられる基板であれば特に限定され
るものではなく、ガラス基板、石英基板等を用いること
ができる。そして、この絶縁性基板上に直接、あるいは
基板からの不純物の拡散を防止するために窒化膜等の絶
縁膜を500〜3000Å程度積層した上に、薄膜トラ
ンジスタの活性層となるポリシリコン膜を形成する。こ
のポリシリコンは、公知の方法、例えば、CVD法によ
り、400〜600℃でシランガス等を用いて非晶質の
シリコン膜を形成したのち、真空中あるいは不活性ガス
雰囲気中で、500〜600℃、数時間アニールを行う
ことにより形成することができる。また、石英基板等を
使った高温プロセスにおいても同様に行うことができ
る。この際のポリシリコンの膜厚は500〜1500Å
程度が好ましい。また、ゲート絶縁膜として形成される
膜は、トランジスタ特性に悪影響を及ぼさない範囲で種
々選択することができるが、SiO2 膜が好ましい。S
iO2 膜は公知の方法、例えば、CVD法により形成す
ることができる。この際のSiO2 膜の膜厚は500〜
1500Å程度が好ましい。なお、絶縁性基板上に非晶
質シリコンを形成する工程からゲート絶縁膜を成膜する
までの工程は、外気に曝されることなく、真空中あるい
は不活性ガス雰囲気中に保持して行うことが好ましい。
The insulating substrate in the present invention is not particularly limited as long as it is a substrate usually used for a thin film transistor, and a glass substrate, a quartz substrate or the like can be used. Then, a polysilicon film to be an active layer of the thin film transistor is formed on an insulating film such as a nitride film on the insulating substrate directly or on a layer of about 500 to 3000 ° to prevent diffusion of impurities from the substrate. . After forming an amorphous silicon film using a silane gas or the like at 400 to 600 ° C. by a known method, for example, a CVD method, the polysilicon is formed at 500 to 600 ° C. in a vacuum or an inert gas atmosphere. Can be formed by performing annealing for several hours. Further, it can be similarly performed in a high-temperature process using a quartz substrate or the like. At this time, the thickness of the polysilicon is 500 to 1500 °.
The degree is preferred. Further, the film formed as the gate insulating film can be variously selected within a range that does not adversely affect the transistor characteristics, but an SiO 2 film is preferable. S
The iO 2 film can be formed by a known method, for example, a CVD method. At this time, the thickness of the SiO 2 film is 500 to
It is preferably about 1500 °. Note that the steps from the step of forming amorphous silicon over the insulating substrate to the step of forming the gate insulating film must be performed in a vacuum or an inert gas atmosphere without being exposed to the outside air. Is preferred.

【0015】また、この発明における薄膜トランジスタ
のゲート電極は下層及び上層の2層構造からなってお
り、上層ゲート電極と下層ゲート電極との電極幅は同一
幅を有していない。つまり、上層ゲート電極が下層ゲー
ト電極より大きな電極幅を有しているか、あるいは下層
ゲート電極が上層ゲート電極より大きな電極幅を有して
いるものである。しかし、下層ゲート電極の電極幅が上
層ゲート電極の電極幅より大きい場合には、上層ゲート
電極を加工する際、下層ゲート電極の一部が露出するこ
ととなるので、エッチング時間を精度よく管理しないと
下層ゲート電極をエッチングしてしまうという問題が生
じるが、下層ゲート電極の方が上層ゲート電極の電極幅
より小さい場合には上記のような問題が防止されるとう
いう点から、上層ゲート電極が下層ゲート電極より大き
な電極幅を有している方が好ましい。なお、これらゲー
ト電極の電極幅は作製する薄膜トランジスタの大きさに
依存しており、特に限定されるものではない。また、下
層ゲート電極及び上層ゲート電極は、それぞれ各種メタ
ルあるいはポリシリコン膜等、トランジスタ特性に悪影
響を及ぼさない範囲で種々選択することができるが、ポ
リシリコンの場合はソース・ドレイン形成のイオン注入
時に同時にイオン注入することによってゲート電極とす
ることが出来る。ポリシリコンは、公知の方法、例え
ば、シランガスを用いたCVD法で形成することができ
る。
The gate electrode of the thin film transistor according to the present invention has a two-layer structure of a lower layer and an upper layer, and the upper gate electrode and the lower gate electrode do not have the same width. That is, the upper gate electrode has a larger electrode width than the lower gate electrode, or the lower gate electrode has a larger electrode width than the upper gate electrode. However, when the electrode width of the lower gate electrode is larger than the electrode width of the upper gate electrode, a part of the lower gate electrode is exposed when the upper gate electrode is processed, so that the etching time is not precisely controlled. However, when the lower gate electrode is smaller than the electrode width of the upper gate electrode, the above-described problem is prevented. It is preferable to have a larger electrode width than the lower gate electrode. Note that the electrode width of these gate electrodes depends on the size of a thin film transistor to be manufactured, and is not particularly limited. The lower gate electrode and the upper gate electrode can be variously selected from various metals and polysilicon films, respectively, as long as they do not adversely affect the transistor characteristics. A gate electrode can be formed by ion implantation at the same time. Polysilicon can be formed by a known method, for example, a CVD method using silane gas.

【0016】この発明においては、絶縁性基板上にポリ
シリコン層、ゲート絶縁膜及び下層ゲート電極を順次形
成したのち、同一のレジストパターンを用いて、これら
3層構造を同時にエッチングして島状のパターンに形成
する。この場合のエッチングは公知の方法により、それ
ぞれエッチングすることができるが、各層のエッチング
後の断面形状が基板に対して垂直になるように、異方性
エッチングによりパターニングすることが好ましい。ま
た、これらパターニングされた3層構造の側壁には絶縁
体のサイドウォールが形成されている。このサイドウォ
ールは、公知の絶縁膜、例えば、SiO2 膜を3000
〜8000Å程度積層し、異方性エッチングによるよう
な、公知の方法により形成することができる。
According to the present invention, a polysilicon layer, a gate insulating film, and a lower gate electrode are sequentially formed on an insulating substrate, and then, using the same resist pattern, these three-layer structures are simultaneously etched to form an island shape. Form into a pattern. In this case, etching can be performed by a known method. However, it is preferable to perform patterning by anisotropic etching so that the cross-sectional shape of each layer after the etching is perpendicular to the substrate. Insulating sidewalls are formed on the sidewalls of the patterned three-layer structure. This sidewall is made of a known insulating film, for example, a SiO 2 film of 3000.
It can be formed by laminating about 8000 ° and a known method such as by anisotropic etching.

【0017】また、この発明においては、下層ゲート電
極のみを所定の形状に加工し、さらに下層ゲート電極上
に上層ゲート電極を成膜、加工した後、下層及び上層ゲ
ート電極をマスクにして不純物イオンをポリシリコン層
に注入して、不純物拡散領域を形成する。
In the present invention, only the lower gate electrode is processed into a predetermined shape, an upper gate electrode is formed on the lower gate electrode, processed, and then the impurity ions are formed using the lower and upper gate electrodes as a mask. Is implanted into the polysilicon layer to form an impurity diffusion region.

【0018】[0018]

【作用】上記のような構造及び方法においては、ゲート
電極が上層ゲート電極及び下層ゲート電極の2層構造か
らなり、かつ上層ゲート電極の電極幅と下層ゲート電極
の電極幅とが同一幅でないので、上層及び下層ゲート電
極をマスクに不純物イオンを注入することで、ゲートオ
ーバーラップLDD構造が容易に形成される。
In the above structure and method, the gate electrode has a two-layer structure of an upper gate electrode and a lower gate electrode, and the electrode width of the upper gate electrode is not the same as the electrode width of the lower gate electrode. By implanting impurity ions using the upper and lower gate electrodes as a mask, a gate overlap LDD structure can be easily formed.

【0019】また、トランジスタの活性層となるポリシ
リコン層、ゲート絶縁膜及び下層ゲート電極を順次連続
して成膜するので、ポリシリコン層とゲート絶縁膜との
界面が常に安定で良好な状態が保たれる。さらに、ポリ
シリコン層、ゲート絶縁膜及び下層ゲート電極の積層膜
の上面が下層ゲート電極材料となっているので、パター
ニングされた3層構造の積層膜の側壁に絶縁体を形成す
るためのエッチング加工の際、特にゲート絶縁膜との選
択的なエッチングを必要とせず、容易に形成することが
できる。
Further, since the polysilicon layer serving as the active layer of the transistor, the gate insulating film and the lower gate electrode are sequentially formed, the interface between the polysilicon layer and the gate insulating film is always stable and good. Will be kept. Further, since the upper surface of the laminated film of the polysilicon layer, the gate insulating film, and the lower gate electrode is a lower gate electrode material, an etching process for forming an insulator on the side wall of the patterned three-layer laminated film. In this case, it is possible to form the gate insulating film easily without requiring selective etching with the gate insulating film.

【0020】[0020]

【実施例】この発明に係わる薄膜トランジスタの実施例
を図面に基づいて説明する。 実施例1 図1は薄膜トランジスタの一実施例を示しており、
(a)は平面図、(b)はA−A線断面図、(c)はB
−B線断面図である。この薄膜トランジスタは、ガラス
基板1上にSiN膜2、ポリシリコン層3及びSiO2
膜4が順次積層されて構成されており、SiO2 膜4上
に下層ゲート電極5が形成されており、下層ゲート電極
5上に下層ゲート電極5幅よりも小さい幅を有する上層
ゲート電極7が形成されている。そして、チャネル部と
なるポリシリコン層3には自己整合的にLDD構造を有
する不純物拡散領域10が形成されており、不純物拡散
領域10にメタル電極配線9が接続されて、薄膜トラン
ジスタが形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a thin film transistor according to the present invention will be described with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 shows an embodiment of a thin film transistor.
(A) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line AA, (c) is B
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B. This thin film transistor is composed of a SiN film 2, a polysilicon layer 3 and a SiO 2 film on a glass substrate 1.
The lower gate electrode 5 is formed on the SiO 2 film 4. The upper gate electrode 7 having a width smaller than the width of the lower gate electrode 5 is formed on the lower gate electrode 5. Is formed. An impurity diffusion region 10 having an LDD structure is formed in a self-aligned manner in the polysilicon layer 3 serving as a channel portion, and a metal electrode wiring 9 is connected to the impurity diffusion region 10 to form a thin film transistor. .

【0021】以下に、上記の薄膜トランジスタの製造方
法を図面に基づいて説明する。まず、図2に示したよう
に、ガラス基板1上にガラスからの不純物の拡散を防ぐ
ためにSiN膜2を約3000Å堆積させた後、その上
にプラズマCVD装置にて非晶質シリコン膜を成膜す
る。成膜条件は基板温度400〜600℃でH2希釈さ
れたSiH4 ガスを熱とプラズマとで分解し、約100
0Å堆積させる。次に非晶質シリコン膜を多結晶化する
ため、真空中にて約600℃で1時間のアニールを行
い、ポリシリコン膜3とする。続いて、減圧CVD装置
にてゲート絶縁膜となるSiO2 膜4を約1000Å成
膜する。以上の非晶質シリコン膜の成膜からゲート絶縁
膜の成膜までの工程において、プラズマCVD装置から
アニール炉、及びアニール炉から減圧CVD装置へのガ
ラス基板1の移動は真空で保持されたロードロック室を
介して行っている。次に、減圧CVD装置にて下層ゲー
ト電極5となるポリシリコン膜を約1500Å成膜す
る。
Hereinafter, a method of manufacturing the above thin film transistor will be described with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 2, an SiN film 2 is deposited on a glass substrate 1 for about 3000.degree. To prevent diffusion of impurities from glass, and then an amorphous silicon film is formed thereon by a plasma CVD apparatus. Film. The film formation conditions are as follows: SiH 4 gas diluted with H 2 at a substrate temperature of 400 to 600 ° C. is decomposed by heat and plasma, and is heated to about
Deposit 0 °. Next, in order to polycrystallize the amorphous silicon film, annealing is performed at about 600 ° C. for 1 hour in a vacuum to form a polysilicon film 3. Subsequently, an SiO 2 film 4 serving as a gate insulating film is formed to a thickness of about 1000 ° by a low pressure CVD apparatus. In the steps from the formation of the amorphous silicon film to the formation of the gate insulating film, the movement of the glass substrate 1 from the plasma CVD apparatus to the annealing furnace and from the annealing furnace to the reduced-pressure CVD apparatus is performed by a load maintained in vacuum. Going through the lock room. Next, a polysilicon film to be the lower gate electrode 5 is formed by a reduced pressure CVD apparatus at about 1500 °.

【0022】次いで、図3に示したように、窒化シリコ
ン膜2上のポリシリコン層3、SiO2 膜4及び下層ゲ
ート電極5の3層の膜を同一のレジストパターンでエッ
チングし、島状パターンに加工する。各層のエッチング
は反応性イオンエッチャーを用い、エッチングした後の
断面形状がガラス基板1に対し垂直となるように異方性
エッチングを行っている。尚、ポリシリコン層3のエッ
チングにはSF6 とCCl4 との混合ガスを、SiO2
膜4のエッチングにはCHF3 をそれぞれエッチングガ
スとして用いた。
Next, as shown in FIG. 3, the three layers of the polysilicon layer 3, the SiO 2 film 4 and the lower gate electrode 5 on the silicon nitride film 2 are etched with the same resist pattern to form an island pattern. Process into The etching of each layer is performed using a reactive ion etcher, and anisotropic etching is performed so that the cross-sectional shape after the etching is perpendicular to the glass substrate 1. Note that a mixed gas of SF 6 and CCl 4 is used for etching the polysilicon layer 3 by using SiO 2.
CHF 3 was used as an etching gas for etching the film 4.

【0023】次に、図4に示したように、ガラス基板1
全面にスパッタ装置にてSiO2 膜6を約5000Å成
膜する。その後、反応成イオンエッチャーにてCHF3
を反応性ガスとして用い、図5に示したように、SiO
2 膜6が島状パターンの側壁のみに残存するように異方
性エッチングを行う。エッチングの終点はエッチングが
進行し、窒化シリコン膜2が露出したことをプラズマ分
析により知ることで検知が可能である。
Next, as shown in FIG.
An SiO 2 film 6 is formed on the entire surface by a sputtering device at about 5000 °. After that, CHF 3 was used in the reaction ion etcher.
Is used as a reactive gas, and as shown in FIG.
Anisotropic etching is performed so that the two films 6 remain only on the side walls of the island pattern. The end point of the etching can be detected by knowing that the silicon nitride film 2 has been exposed by the progress of the etching and the plasma analysis.

【0024】その後、図6に示したように、下層ゲート
電極5を反応性イオンエッチャーにて、所定の形状に加
工する。この際、下層ゲート電極5の電極幅(図6
(b)中、トランジスタ長:L)を5μmとした。その
後、図7に示したように、下層ゲート電極5を含むガラ
ス基板1全面に、減圧CVD装置にて上層ゲート電極7
となるポリシリコン膜を約1500Å成膜する。
Thereafter, as shown in FIG. 6, the lower gate electrode 5 is processed into a predetermined shape by a reactive ion etcher. At this time, the electrode width of the lower gate electrode 5 (FIG. 6)
(B), (transistor length: L) was set to 5 μm. Thereafter, as shown in FIG. 7, the upper gate electrode 7 is formed on the entire surface of the glass substrate 1 including the lower gate electrode 5 by a low pressure CVD apparatus.
A polysilicon film having a thickness of about 1500 ° is formed.

【0025】次いで、図8に示したように、下層ゲート
電極5の電極幅の中心線を同一として、上層ゲート電極
7の電極幅(図8(b)中、トランジスタ長:M)を3
μmに加工する。次に、図9に示したように、プラズマ
イオンドーピング装置にて水素ガスで希釈されたPH3
ガスを用いてプラズマを形成し、P(リン)イオンを注
入して、ゲート電極6に高濃度領域を形成するととも
に、ポリシリコン膜にLDD構造を有する不純物拡散領
域10を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the electrode width of the upper gate electrode 7 (transistor length: M in FIG. 8B) is set to 3 with the center line of the electrode width of the lower gate electrode 5 being the same.
Process to μm. Next, as shown in FIG. 9, PH 3 diluted with hydrogen gas was used in a plasma ion doping apparatus.
Plasma is formed using a gas, and P (phosphorus) ions are implanted to form a high concentration region in the gate electrode 6 and to form an impurity diffusion region 10 having an LDD structure in the polysilicon film.

【0026】その後、図10に示したように、層間絶縁
膜となるSiO2 膜11を約5000Å成膜し、不純物
拡散領域10となる部分にコンタクトホールを形成した
後、メタル配線9を形成してN型の薄膜トランジスタを
作製する。このように作製した薄膜トランジスタのPイ
オンの濃度分布を図11に示す。図11に示したよう
に、直上にゲート電極6の存在しない不純物拡散領域1
0となる部分のポリシリコン層3には、充分な濃度のP
イオンが注入されて、n+領域となっている。一方、下
層ゲート電極5のみが直上に存在するポリシリコン層3
には高濃度の不純物拡散領域10に比べ、約2桁少ない
量のPイオンが注入されて、n- 領域となっている。ま
た、上層ゲート電極7及び下層ゲート電極5の両方が直
上に存在するポリシリコン層3にはほとんどPイオンは
到達していなかった。
Thereafter, as shown in FIG. 10, an SiO 2 film 11 serving as an interlayer insulating film is formed to a thickness of about 5000.degree., A contact hole is formed in a portion serving as the impurity diffusion region 10, and a metal wiring 9 is formed. To manufacture an N-type thin film transistor. FIG. 11 shows the concentration distribution of P ions in the thin film transistor thus manufactured. As shown in FIG. 11, the impurity diffusion region 1 where the gate electrode 6 does not exist immediately above
In the portion of the polysilicon layer 3 which becomes 0, a sufficient concentration of P
The ions are implanted to form an n + region. On the other hand, the polysilicon layer 3 on which only the lower gate electrode 5 exists directly
P ions are implanted about two orders of magnitude less than the high concentration impurity diffusion region 10 to form an n region. Further, P ions hardly reached the polysilicon layer 3 on which both the upper gate electrode 7 and the lower gate electrode 5 exist directly.

【0027】従って、この薄膜トランジスタは上層ゲー
ト電極7及び下層ゲート電極5の電極幅を同一の3μm
とした場合の薄膜トランジスタと比較して、オフ電流が
約2桁低減できた。また、オン時のドレイン電流の駆動
能力は同程度であった。 実施例2 実施例1と同様の方法により、活性層となるポリシリコ
ン層3、ゲート絶縁膜であるSiO2 膜4及び下層ゲー
ト電極15となるポリシリコン膜の3層膜を島状パター
ンに加工し、その島状パターンの側壁にSiO2 膜6の
絶縁体を形成する。実施例2においては下層ゲート電極
15の電極幅(L)を3μmに加工した後、上層ゲート
電極17となるポリシリコン膜を成膜し、下層ゲート電
極15の電極幅の中心線を同一にして、上層ゲート電極
17の電極幅(M)を5μmに加工する。そして、実施
例1と同様の方法で図12に示す、薄膜トランジスタを
作製した。
Therefore, in this thin film transistor, the upper gate electrode 7 and the lower gate electrode 5 have the same electrode width of 3 μm.
The off-state current was reduced by about two orders of magnitude as compared with the thin film transistor in the case where In addition, the driving capability of the drain current at the time of ON was almost the same. Example 2 A three-layer film of a polysilicon layer 3 serving as an active layer, a SiO 2 film 4 serving as a gate insulating film, and a polysilicon film serving as a lower gate electrode 15 was processed into an island pattern by the same method as in the first embodiment. Then, an insulator of the SiO 2 film 6 is formed on the side wall of the island pattern. In Example 2, after processing the electrode width (L) of the lower gate electrode 15 to 3 μm, a polysilicon film serving as the upper gate electrode 17 is formed, and the center line of the electrode width of the lower gate electrode 15 is made the same. Then, the electrode width (M) of the upper gate electrode 17 is processed to 5 μm. Then, a thin film transistor shown in FIG. 12 was produced in the same manner as in Example 1.

【0028】このように作製された薄膜トランジスタの
オフ電流も実施例1と同等の約2桁の低減効果が認めら
れた。以上の実施例1、及び2のように上層ゲート電極
と下層ゲート電極のそれぞれの電極幅を異ならせた形状
としたうえで、イオン注入を施すことによりゲートオー
バーラップLDDが実現されるため、オン電流の駆動能
力を損なうことなくオフ電流の低減を図ることができ
た。
The off-state current of the thin film transistor thus manufactured was also reduced by about two orders of magnitude, which was equivalent to that of Example 1. Since the upper gate electrode and the lower gate electrode are formed to have different electrode widths as in Examples 1 and 2 described above and then subjected to ion implantation, the gate overlap LDD is realized. The off-state current can be reduced without impairing the current driving capability.

【0029】[0029]

【発明の効果】上記のようにこの発明の薄膜トランジス
タ及びその製造方法においては、ゲート電極が上層ゲー
ト電極及び下層ゲート電極の2層構造からなり、かつ上
層ゲート電極の電極幅と下層ゲート電極の電極幅とが同
一幅でないので、上層及び下層ゲート電極をマスクに不
純物イオンを1回注入することで、ゲートオーバーラッ
プLDD構造を容易に形成することができる。従って、
イオン電流の駆動能力を損なうことなく、オフ電流の低
減化を実現することができた。
As described above, in the thin film transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention, the gate electrode has a two-layer structure of an upper gate electrode and a lower gate electrode, and the electrode width of the upper gate electrode and the electrode of the lower gate electrode. Since the width is not the same, the gate overlap LDD structure can be easily formed by implanting impurity ions once using the upper and lower gate electrodes as a mask. Therefore,
It was possible to reduce the off-state current without impairing the driving capability of the ion current.

【0030】また、トランジスタの活性層となるポリシ
リコン層、ゲート絶縁膜、及び下層ゲート電極を順次連
続して成膜するので、ポリシリコン層とゲート絶縁膜と
の界面を常に安定に良好な状態で、薄膜トランジスタを
製造することができる。従って、600℃以下の低温プ
ロセスにおいても高性能なトランジスタ特性を安定して
得ることができる。
Further, since the polysilicon layer serving as the active layer of the transistor, the gate insulating film, and the lower gate electrode are successively formed sequentially, the interface between the polysilicon layer and the gate insulating film is always kept in a stable state. Thus, a thin film transistor can be manufactured. Therefore, high-performance transistor characteristics can be stably obtained even in a low-temperature process of 600 ° C. or lower.

【0031】さらに、ポリシリコン層、ゲート絶縁膜及
び下層ゲート電極の積層膜の上面が下層ゲート電極材料
となっているので、パターニングされた3層構造の積層
膜の側壁に絶縁体を形成するためのエッチング加工の
際、特にゲート絶縁膜との選択的なエッチングを必要と
せず、薄膜トランジスタの製造工程を簡略化することが
できる。
Further, since the upper surface of the laminated film of the polysilicon layer, the gate insulating film, and the lower gate electrode is a lower gate electrode material, an insulator is formed on the side wall of the patterned three-layer laminated film. In the case of the etching process, selective etching of the gate insulating film is not particularly required, so that the manufacturing process of the thin film transistor can be simplified.

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

【図1】この発明に係わる薄膜トランジスタの一実施例
を示す要部の概略平面図、概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of a main part showing an embodiment of a thin film transistor according to the present invention.

【図2】実施例1の製造工程を示す要部の概略断面図で
あり、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は図1の
B−B線断面図である。
FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process in Example 1, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. .

【図3】実施例1の製造工程を示す要部の概略断面図で
あり、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は図1の
B−B線断面図である。
FIGS. 3A and 3B are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process in Example 1, wherein FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. .

【図4】実施例1の製造工程を示す要部の概略断面図で
あり、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は図1の
B−B線断面図である。
FIGS. 4A and 4B are schematic cross-sectional views of main parts showing a manufacturing process of Example 1, wherein FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. .

【図5】実施例1の製造工程を示す要部の概略断面図で
あり、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は図1の
B−B線断面図である。
FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process of Example 1, wherein FIG. 5A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. .

【図6】実施例1の製造工程を示す要部の概略断面図で
あり、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は図1の
B−B線断面図である。
FIGS. 6A and 6B are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process of Example 1. FIG. 6A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. .

【図7】実施例1の製造工程を示す要部の概略断面図で
あり、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は図1の
B−B線断面図である。
FIGS. 7A and 7B are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process of Example 1. FIG. 7A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. .

【図8】実施例1の製造工程を示す要部の概略断面図で
あり、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は図1の
B−B線断面図である。
FIGS. 8A and 8B are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process of Example 1. FIG. 8A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. .

【図9】実施例1の製造工程を示す要部の概略断面図で
あり、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は図1の
B−B線断面図である。
FIGS. 9A and 9B are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process in Example 1, where FIG. 9A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. .

【図10】実施例1の製造工程を示す要部の概略断面図
であり、(a)は図1のA−A線断面図、(b)は図1
のB−B線断面図である。
FIGS. 10A and 10B are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process in Example 1, wherein FIG. 10A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 7 is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図11】実施例1における薄膜トランジスタの、Pイ
オン注入後のPイオン濃度分布を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a P ion concentration distribution of a thin film transistor in Example 1 after P ion implantation.

【図12】この発明に係わる薄膜トランジスタの別の実
施例を示す要部の概略平面図、概略断面図である。
FIG. 12 is a schematic plan view and a schematic sectional view of a main part showing another embodiment of the thin film transistor according to the present invention.

【図13】従来のLDD(Lightly Doped Drain) 構造を
有する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための概
略断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a thin film transistor having a conventional LDD (Lightly Doped Drain) structure.

【図14】従来のゲートオーバラップLDD構造を有す
る薄膜トランジスタの製造方法を説明するための概略断
面図である。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a conventional thin film transistor having a gate overlap LDD structure.

【符号の説明】 1 ガラス基板(絶縁性基板) 3 ポリシリコン層 4 SiO2 膜(ゲート絶縁膜) 5 下層ゲート電極 6 SiO2 膜(絶縁体) 7 上層ゲート電極 8 ゲート電極 10 不純物拡散領域DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate (insulating substrate) 3 Polysilicon layer 4 SiO 2 film (gate insulating film) 5 Lower gate electrode 6 SiO 2 film (insulator) 7 Upper gate electrode 8 Gate electrode 10 Impurity diffusion region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−159730(JP,A) 特開 昭63−16672(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-159730 (JP, A) JP-A-63-16672 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に、トランジスタの活性層
となるポリシリコン層、ゲート絶縁膜及びゲート電極が
順次形成されてなる薄膜トランジスタであって、 前記ゲート絶縁膜上に形成されるゲート電極は、上層ゲ
ート電極と下層ゲート電極との2層構造からなるととも
に、前記上層ゲート電極と前記下層ゲート電極とが異な
る電極幅により構成され、 前記ゲート絶縁膜下に形成されるポリシリコン層は、前
記2層構造からなるゲート電極がマスクとなって形成さ
れる不純物拡散領域を有しており、 前記ポリシリコン層と前記ゲート絶縁膜とからなる積層
パターンの側壁には、絶縁体が形成されていることを特
徴とする薄膜トランジスタ。
1. A thin film transistor in which a polysilicon layer serving as an active layer of a transistor, a gate insulating film, and a gate electrode are sequentially formed on an insulating substrate, wherein the gate electrode formed on the gate insulating film is A two-layer structure of an upper gate electrode and a lower gate electrode, wherein the upper gate electrode and the lower gate electrode have different electrode widths, and the polysilicon layer formed under the gate insulating film is An impurity diffusion region formed by using a gate electrode having a two-layer structure as a mask is formed, and an insulator is formed on a side wall of a stacked pattern including the polysilicon layer and the gate insulating film. A thin film transistor characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 ポリシリコン層に形成される不純物拡散
領域は、ゲート電極が存在しない領域が高濃度の不純物
拡散領域であり、上層ゲート電極と下層ゲート電極との
いずれか一方のみが存在する領域が低濃度の不純物拡散
領域である請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
2. An impurity diffusion region formed in a polysilicon layer is a region where a gate electrode is not present is a high concentration impurity diffusion region, and a region where only one of an upper gate electrode and a lower gate electrode is present. Is a low concentration impurity diffusion region.
【請求項3】 絶縁性基板上に、トランジスタの活性層
となるポリシリコン層、ゲート絶縁膜及びゲート電極が
形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、 前記絶縁性基板上に、前記ポリシリコン層からなるトラ
ンジスタの活性層と、前記ゲート絶縁膜と、下層ゲート
電極とをそれぞれ順次形成し、該3層の膜を同一のレジ
ストパターンによりエッチングして島状パターンに加工
する工程と、 前記下層ゲート電極を所定の形状にパターニングする工
程と、 前記下層ゲート電極上に上層ゲート電極を成膜し、該上
層ゲート電極を前記下層ゲート電極の電極幅とは異なる
幅の所定の形状にパターニングする工程と、 前記下層ゲート電極及び上層ゲート電極をマスクとし
て、不純物イオンを前記ポリシリコン層に注入して、不
純物拡散領域を形成する工程とを含むことを特徴とする
薄膜トランジスタの製造方法。
3. A method for manufacturing a thin film transistor in which a polysilicon layer serving as an active layer of a transistor, a gate insulating film and a gate electrode are formed on an insulating substrate, wherein the polysilicon layer is provided on the insulating substrate. Forming an active layer, a gate insulating film, and a lower gate electrode of the transistor in sequence, and etching the three layers with the same resist pattern to form an island pattern; Patterning an electrode into a predetermined shape; forming an upper gate electrode on the lower gate electrode; and patterning the upper gate electrode into a predetermined shape having a width different from the electrode width of the lower gate electrode. Implanting impurity ions into the polysilicon layer using the lower gate electrode and the upper gate electrode as a mask to form an impurity diffusion region; A method of manufacturing the thin film transistor, which comprises a step of forming.
【請求項4】 3層の膜からなる島状パターンの側壁
に、絶縁体を形成する請求項3に記載の薄膜トランジス
タの製造方法。
4. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 3, wherein an insulator is formed on a side wall of the island-shaped pattern including the three-layered film.
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