JP3600886B2 - Method for manufacturing insulated gate transistor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス等の絶縁材料、あるいは珪素ウェハー上に酸化珪素等の絶縁被膜を形成した材料等の絶縁表面上に形成される絶縁ゲイト型トランジスタ(TFT)およびその作製方法に関する。本発明は、特にガラス転移点(歪み温度、歪み点とも言う)が750℃以下のガラス基板上に形成されるTFTに有効である。本発明による半導体装置は、液晶ディスプレー等のアクティブマトリクスやイメージセンサー等の駆動回路、あるいは3次元集積回路に使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やイメージセンサー等の駆動の目的で、TFT(薄膜トランジスタ)を形成することが広く知られている。特に、最近は、高速動作の必要から、非晶質珪素を活性層に用いた非晶質珪素TFTにかわって、より電界移動度の高い結晶珪素TFTが開発されている。しかしながら、より高度な特性と高い耐久性が必要とされるようになると、半導体集積回路技術で利用されるような高抵抗領域(不純物の添加のないオフセットゲートを有するドレインもしくは低不純物濃度ドレイン(LDD))を有することが必要とされた。しかしながら、公知の半導体集積回路技術とは異なって、TFTには解決すべき問題が多くあった。特に、素子が絶縁表面上に形成され、反応性イオン異方性エッチングが十分できないため、微細なパターンができないという大きな制約があった。
【0003】
図3には、現在まで用いられているHRDを作製する代表的なプロセスの断面図を示す。まず、基板301上に下地膜302を形成し、活性層を結晶珪素303によって形成する。そして、この活性層上に酸化珪素等の材料によって絶縁被膜304を形成する(図3(A))。
【0004】
次に、ゲイト電極305が多結晶珪素(燐等の不純物がンドーピングされている)やタンタル、チタン、アルミニウム等で形成される。さらに、このゲイト電極をマスクとして、イオンドーピング等の手段によって不純物元素(リンやホウ素)を導入し、自己整合的にドーピング量の少ない高抵抗領域(HRD)306、307が活性層303に形成される。不純物が導入されなかったゲイト電極の下の活性層領域はチャネル形成領域となる(図3(B))。
【0005】
そして、レーザーもしくはフラッシュランプ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活性化がおこなわれる。次に、プラズマCVD、APCVD等の手段によって酸化珪素等の絶縁膜308を形成(図3(C))し、これを異方性エッチングすることによって、ゲイト電極の側面に隣接して側壁309を形成する(図3(D))。
そして、再び、イオンドーピング等の手段によって不純物元素を導入し、ゲイト電極305および側壁309をマスクとして自己整合的に十分な高濃度の不純物領域(低抵抗不純物領域、ソース/ドレイン領域)310、311が活性層303に形成される。すなわち、2回の独立した不純物のドレインへの注入がおこなわれ、それぞれの注入工程の間には、異方性エッチングの工程が存在する(図3(E))。
【0006】
そして、レーザーもしくはフラッシュランプ等の熱源によって、ドーピングされた不純物の活性化がおこなわれる。最後に、層間絶縁物312を形成し、さらに、層間絶縁物を通して、ソース/ドレイン領域にコンタクトホールを形成し、アルミニウム等の金属材料によって、ソース/ドレインに接続する配線・電極313、314を形成する(図3(F))。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
以上の方法は従来の半導体集積回路におけるLDD作製プロセスをそのまま踏襲したものであって、ガラス基板上のTFT作製プロセスにはそのまま適用することの困難な工程や、あるいは生産性の面で好ましくない工程がある。
【0008】
第1には不純物注入工程、およびレーザー照射等による不純物の活性化が少なくとも2度必要な点である。しかも、これらの工程の間には、例えば、異方性エッチングのような工程が間に存在し、その度に基板を真空チャンバーから取り出す必要があった。このため生産性が低下した。特に、不純物の活性化については、従来の半導体集積回路においては不純物元素の活性化は熱アニールによっておこなわれていたため、不純物の活性化は不純物導入が全て終了してから(すなわち、図3(E)の工程が終了してから)まとめておこなわれた。
【0009】
しかしながら、特にガラス基板上のTFTにおいては、基板の温度制約から熱アニールをおこなうことは難しく、いきおい、レーザーアニール、フラッシュランプアニール(RTAあるいはRTP)に頼らざるをえない。しかしながら、これらの手法は被照射面が選択的にアニールされるため、例えば、側壁309の下の部分はアニールされない。したがって、不純物ドーピングの度にアニールが必要となる。
【0010】
第2は側壁の形成の困難さである。絶縁膜308の厚さは0.5〜2μmもある。通常、基板上に設けられる下地膜302の厚さは1000〜3000Åであるので、このエッチング工程において誤って、下地膜をエッチングしてしまって、基板が露出することがよくあり、歩留りが低下した。TFTの作製に用いられる基板は珪素半導体にとって有害な元素が多く含まれているので、基板まで達するオーバーエッチは、極力避けることが必要とされた。また、側壁の幅を均一に仕上げることも難しいことであった。これは反応性イオンエッチング(RIE)等のプラズマドライエッチングの際に、半導体集積回路で用いられる珪素基板とは異なって、基板表面が絶縁性であるためにプラズマの微妙な制御が困難であったからである。
【0011】
高抵抗ドレインは高抵抗であるので、その幅を可能な限り狭くする必要があるが、上記のばらつきによって量産化が困難であり、この工程において、自己整合的(すなわち、フォリソグラフィー法を用いることなく位置を決める)プロセスをいかに制御しやすくおこなうかが課題であった。
【0012】
本発明は、上記のような問題を解決し、よりプロセスを簡略化して、高抵抗不純物領域を形成する方法およびそのようにして形成された高抵抗領域(高抵抗ドレイン、HRD)を有するTFTに関する。ここで、高抵抗ドレイン(HRD)とは、低不純物濃度にして高抵抗化したドレインに加えて、不純物濃度に関わらず、炭素、酸素、窒素等を添加して不純物の活性化を妨げて、結果として高抵抗化したドレインのことも含む。
【0013】
【課題を解決するための手段】
高抵抗領域を形成するうえで、本発明ではゲイト電極の陽極酸化等の手段によって形成された酸化物層を積極的に用いることを特徴とする。特に陽極酸化物はその厚さの制御が精密におこなえ、また、その厚さも1000Å以下の薄いものから5000Å以上の厚いものまで幅広く、しかも均一に形成できるという特徴を有しているため、従来の異方性エッチングによる側壁に代替する材料として好ましい。
【0014】
特に、いわゆるバリヤ型の陽極酸化物はフッ酸系のエッチャントでなければエッチングされないのに対し、多孔質型の陽極酸化物は燐酸等のエッチャントによって選択的にエッチングされる。このため、TFTを構成する他の材料、例えば、珪素、酸化珪素には何らダメージ(損傷)を与えることなく、処理することができるのが特徴である。また、バリヤ型、多孔質型とも陽極酸化物はドライエッチングでは極めてエッチングされにくい。特に、酸化珪素とのエッチングにおいては選択比が十分に大きいことも特徴である。
本発明は、以下のような作製工程によってTFT作製することを特徴とし、この工程を採用することによって、より一層、確実にHRDを構成し、また、量産性を向上させることができる。
【0015】
図1は本発明の基本的な工程を示している。まず、基板101上に下地絶縁膜102を形成し、さらに活性層103を結晶性半導体(本発明では単結晶、多結晶、セミアモルファス等、結晶が少しでも混在している半導体を結晶性半導体という)によって形成する。そして、これを覆って酸化珪素等の材料によって絶縁膜104を形成し、さらに陽極酸化可能な材料によって被膜を形成する。この被膜の材料としては、陽極酸化の可能なアルミニウム、タンタル、チタン、珪素等が好ましい。本発明では、これらの材料を単独で使用した単層構造のゲイト電極を用いてもよいし、これらを2層以上重ねた多層構造のゲイト電極としてもよい。例えば、アルミニウム上に珪化チタンを重ねた2層構造や窒化チタン上にアルミニウムを重ねた2層構造である。各々の層の厚さは必要とされる素子特性に応じて実施者が決定すればよい。
【0016】
さらにその被膜を覆って、陽極酸化においてマスクとなる膜を形成し、この両者を同時にパターニング、エッチングして、ゲイト電極105とその上のマスク膜106を形成する。このマスク膜の材料としては通常のフォトリソグラフィー工程で用いられるフォトレジスト、あるいは感光性ポリイミド、もしくは通常のポリイミドでエッチングの可能なものを使用すればよい(図1(A))。
【0017】
次に、ゲイト電極105に電解溶液中で電流を印加することによってゲイト電極の側面に多孔質の陽極酸化物107を形成する。この陽極酸化工程は、3〜20%のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性の水溶液を用いておこなう。この場合には、5〜30V程度の低電圧で0.5μm以上の厚い陽極酸化物を形成することができる(図1(B))。
【0018】
そして、ドライエッチング法、ウェットエッチング法等によって絶縁膜104をエッチングする。このエッチング深さは任意であり、下に存在する活性層が露出するまでエッチングをおこなっても、その途中でとめてもよい。しかし、量産性・歩留り・均一性の観点からは、活性層に至るまでエッチングすることが望ましい。この際には陽極酸化物107およびゲイト電極105に覆われた領域の下側の絶縁膜(ゲイト絶縁膜)にはもとの厚さの絶縁膜が残される。なお、ゲイト電極がアルミニウム、タンタル、、チタンを主成分とし、一方、絶縁膜104が酸化珪素を主成分とする場合において、ドライエッチング法を用いる場合には、フッ素系(例えばNF、SF)のエッチングガスを用いて、ドライエッチングをおこなえば、酸化珪素である絶縁膜104は素早くエッチングされるが、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンのエッチングレートは十分に小さいので絶縁膜104を選択的にエッチングできる。
【0019】
また、ウェットエッチングにおいては、1/100フッ酸等のフッ酸系のエッチャントを用いればよい。この場合にも酸化珪素である絶縁膜104は素早くエッチングされるが、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンのエッチングレートは十分に小さいので絶縁膜104を選択的にエッチングできる(図1(D))。
【0020】
その後、陽極酸化物107を除去する。エッチャントとしては、燐酸系の溶液、例えば、燐酸、酢酸、硝酸の混酸等が好ましい。しかし、例えばゲイト電極がアルミニウムの場合には燐酸系のエッチャントを用いると、同時にゲイト電極もエッチングされてしまう。このような場合には、その前の工程(図1(C))でゲイト電極に3〜10%の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液中で、電流を印加することによって、ゲイト電極の側面および上面にバリヤ型の陽極酸化物108を設けておくと良い。この陽極酸化工程においては、得られる陽極酸化物の厚さはゲイト電極105と対向の電極との間に印加される電圧の大きさによって決定される。
【0021】
注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化が後の工程であるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物の外側にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、バリヤ型の陽極酸化物108は多孔質陽極酸化物107とゲイト電極105の間に形成されることである。上記の燐酸系のエッチャントにおいては、多孔質陽極酸化物のエッチングレートはバリヤ型陽極酸化物のエッチングレートの10倍以上である。したがって、適当な厚さのバリヤ型の陽極酸化物108は、燐酸系のエッチャントでは実質的にエッチングされないので、内側のゲイト電極を守ることができる。もちろん、多孔質陽極酸化物のエッチングに用いるエッチャントでゲイト電極がエッチングされないのであれば、このようなバリヤ型の陽極酸化物を設けなくともよいことはいうまでもない(図1(C)、(E))。
【0022】
以上の工程によって、ゲイト電極の下側に選択的に絶縁膜104の一部(以下、これをゲイト絶縁膜と称することにする)が残存した構造を得ることができる。そして、このゲイト絶縁膜104’は、もともと多孔質陽極酸化物107の下側に存在していたので、ゲイト電極105、バリヤ型陽極酸化物108の下側のみならず、バリヤ型陽極酸化物108からyの距離だけ離れた位置にまで存在し、その幅yは自己整合的(フォトリソグラフィー工程によることなく)に決定されることが特徴である。換言すれば、活性層103におけるゲイト電極下のチャネル形成領域の外側にはゲイト絶縁膜104’の存在する領域と、存在しない領域とが自己整合的に形成されるのである。
【0023】
この構造で加速したN型もしくはP型の不純物のイオンを活性層に注入する。当然のことながら、ゲイト電極105(およびその周囲の陽極酸化物108)の下の活性層には実質的に注入されない。本発明では、不純物イオンの加速条件を少なくとも2つ用いる。例えば、高い加速エネルギーを得たイオン(高速イオン)と低い加速エネルギーを得たイオン(低速イオン)というような2種類の加速条件を設定する。そして、最初に低速イオンを注入すると、これは、活性層のうちゲイト絶縁膜104’で覆われた領域111、112には到達できず、主として、ゲイト絶縁膜で覆われていない領域110、113に注入される。次に、高速イオンを注入する。この時のエネルギーは、ゲイト絶縁膜104’を通過する程度のものとする。この場合には、ゲイト絶縁膜を通過して、領域111、112にもイオンが注入される。一方、領域110、113では多くのイオンは通過してしまい、結局、この場合には主として領域111、112に注入される(図1(E)、(F))。
【0024】
そして、低速イオンのドーズ量を、高速イオンのドーズ量よりも大きくすれば、領域110、113は低抵抗領域、領域111、112は高抵抗領域となる。ドーズ量は、ドーピング時間やイオン発生量によって制御すればよい。以上のドーピング工程においては、不純物元素のイオン源はそのままで、加速電圧のみを変えればよい。そして、この場合も上記の例のように、最初に低速イオンで、後で高速イオンというようにしてもよいし、その逆でもよい。
【0025】
さらに、図4(A)に示すように加速電圧は段階的に変化させてもよいし、同図(B)のように連続的に変化させてもよい。しかし、いずれの方法でも、本発明では、基板をドーピング装置にセットしたら、一度も外部に取り出すことなく全てのドーピング工程が終了するという意味で、1回のドーピング工程によって高抵抗領域が形成されることを特徴としている。
【0026】
このように、本発明では高抵抗不純物領域の幅を陽極酸化物107の厚さyによって自己整合的に制御することに特徴がある。そして、さらにゲイト絶縁膜104’の端部109と高抵抗領域(HRD)112の端部117を概略一致させることができる。図3に示した従来の方法ではこのような役割を果たす側壁の幅の制御は極めて困難であったが、本発明においては、陽極酸化物107の幅は、陽極酸化電流(電荷量)によって決定されるため、極めて微妙な制御が可能である。
【0027】
さらに、上記の工程からも明らかなように、不純物ドーピングの工程が実質的に1回であっても、低抵抗領域、高抵抗領域を形成でき、さらに、その後の活性化の工程も当然、1回の処理で済む。このように本発明では、ドーピング、活性化の工程を減らすことにより量産性を高めることができる。従来から、HRDは抵抗が大きいため、電極とオーム接触させることが難しいこと、および、この抵抗のためドレイン電圧の低下をきたすことが問題となっていた。しかし、他方、HRDの存在により、ホットキャリヤの発生を抑止でき、高い信頼性を得ることができるというメリットも併せ持っていた。本発明はこの矛盾する課題を一挙に解決し、自己整合的に形成される0.1〜1μm幅のHRDと、ソース/ドレイン電極に対してオーム接触を得ることができる。
【0028】
また、本発明においては図1の陽極酸化物108の厚さを適切に利用することによって、ゲイト電極の端部と不純物領域の位置関係を任意に変更でき、いわゆるオフセット構造を得ることもできる。
一般にオフセット状態では、逆方向リーク電流が低下し、オン/オフ比が向上するという特徴を有し、例えば、アクティブマトリクス液晶ディスプレーの画素の制御に用いられるTFT(画素TFT)のように、リーク電流の少ないことが必要とされる用途に適している。しかしながら、HRDの端部で発生したホットキャリヤが陽極酸化物にトラップされることによって、劣化するという欠点も合わせ持つ。
【0029】
【発明の実施の形態】
〔実施形態1〕
図1に本実施の形態を示す。まず、基板(コーニング7059、300mm×400mmもしくは100mm×100mm)101上に下地酸化膜102として厚さ1000〜3000Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、TEOSをプラズマCVD法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
【0030】
その後、プラズマCVD法やLPCVD法によって非晶質珪素膜を300〜5000Å、好ましくは500〜1000Å堆積し、これを、550〜600℃の還元雰囲気に4〜24時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状領域103を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ700〜1500Åの酸化珪素膜104を形成した。
【0031】
その後、厚さ1000Å〜3μmのアルミニウム(1wt%のSi、もしくは0.1〜0.3wt%のSc(スカンジウム)を含む)膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。そして、フォトレジスト(例えば、東京応化製、OFPR800/30cp)をスピンコート法によって形成した。フォトレジストの形成前に、陽極酸化法によって厚さ100〜1000Åの酸化アルミニウム膜を表面に形成しておくと、フォトレジストとの密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することにより、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで有効であった。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、アルミニウム膜と一緒にエッチングし、ゲイト電極105マスク膜106とした(図1(A))。
【0032】
さらにこれに電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ3000〜6000Å、例えば、厚さ5000Åの陽極酸化物107を形成した。陽極酸化は、3〜20%のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、5〜30Vの一定電流をゲイト電極に印加すればよい。本実施の形態ではシュウ酸溶液(30℃)中で電圧を8Vとし、20〜40分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって制御した。陽極酸化電圧は、レジスト塗布前の陽極酸化電圧よりも低いことが好ましかった(図1(B))。
【0033】
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、3〜10%の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたエチレングルコール溶液を用いた。溶液の温度は10℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物108が形成された。陽極酸化物108の厚さは印加電圧に比例し、印加電圧が150Vで2000Åの陽極酸化物が形成された。陽極酸化物108の厚さは必要とされるオフセット幅によって決定したが、3000Å以上の厚さの陽極酸化物を得るには250V以上の高電圧が必要であり、TFTの特性に悪影響を及ぼすので3000Å以下の厚さとすることが好ましい。本実施の形態では80〜150Vまで上昇させ、必要とする陽極酸化膜108の厚さによって電圧を選択した(図1(C))。
【0034】
その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜104をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてCFを使用すれば陽極酸化物はエッチングされず、酸化珪素膜104のみがエッチングされる。また、多孔質陽極酸化物107の下の酸化珪素膜104’はエッチングされずに残った(図1(D))。
【0035】
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて陽極酸化物107をエッチングした。このエッチングでは陽極酸化物107のみがエッチングされ、エッチングレートは約600Å/分であった。その下のゲイト絶縁膜104’はそのまま残存した。そして、イオンドーピング法によって、TFTの活性層103に、ゲイト電極部(すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜)およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、低抵抗不純物領域(ソース/ドレイン領域)110、113、高抵抗不純物領域111、112を形成した。ドーピングガスとしてはフォスフィン(PH)を用いたため、N型の不純物領域となった。P型の不純物領域を形成するにはジボラン(B)をドーピングガスとして用いればよい。まず、加速エネルギーを1〜30keV、例えば、5kVでドーピングした。ドーズ量は5×1014〜5×1015cm−2、例えば、1×1015cm−2とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜104’で覆われていない領域110、113に不純物がドーピングされ、低抵抗領域となった(図1(E))。
【0036】
その後、基板をドーピング装置にセットしたまま、加速エネルギーを65〜110keV、例えば、90kVに上昇させた。ドーズ量は5×1012〜5×1013cm−2、例えば、1×1013cm−2とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜104’で覆われた領域111、112に不純物がドーピングされ、高抵抗領域となった(図1(F))。
その後、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。このようにして、高抵抗領域111、112を得ることができた。
【0037】
〔実施形態2〕
図2に本実施の形態を示す。まず、絶縁表面を有する基板(例えばNHテクノグラス社製NA35ガラス)201上に実施の形態1の図1(A)、(B)の工程を用いて、下地酸化膜202、島状性珪素半導体領域(例えば結晶性珪素半導体)203、酸化珪素膜204、アルミニウム膜(厚さ200nm〜1μm)のゲイト電極205とゲイト電極の側面に多孔質の陽極酸化物(厚さ3000Å〜1μm、例えば5000Å)206を形成した(図2(A))。
そして、実施の形態1と同様にバリヤ型の厚さ1000〜2500Åの陽極酸化物207を形成した。さらに、多孔質陽極酸化物206をマスクとして、酸化珪素膜204をエッチングし、ゲイト絶縁膜204’を形成した(図2(B))。
【0038】
その後、バリヤ型陽極酸化膜207をマスクとして、多孔質陽極酸化膜206をエッチング除去した。その後、ゲイト電極部(205、207)およびゲイト絶縁膜204’をマスクとしてイオンドーピング法によって窒素イオンを注入した。ドーピングガスは窒素ガス(N)を用いた。ドーズ量は1×1014〜3×1016cm−2、例えば、2×1015cm−2、加速電圧は65〜110kV、例えば、80kVとした。このドーピングにおいては、窒素イオンが高速であるため、ゲイト絶縁膜204’で覆われていない領域208、211では、イオンが通過してしまい、ほとんどドーピングされず(SIMS(二次イオン質量分析)法によると1×1019cm−2以下であった。)一方、ゲイト絶縁膜で覆われている領域209、210には5×1019〜2×1021cm−3(深さによって異なる)の濃度の窒素が導入された(図2(C))。
【0039】
次に、ドーピングチャンバーの雰囲気をフォスフィン(PH)に変更し、燐イオンの注入をおこなった。まず、加速エネルギーを65〜110keV、例えば、90kVとした。ドーズ量は5×1012〜5×1013cm−2、例えば、1×1013cm−2とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜204’で覆われた領域208、211に不純物がドーピングされ、高抵抗領域となった(図2(D))。
その後、基板をドーピング装置にセットしたまま、加速エネルギーを1〜30keV、例えば、5kVでドーピングに低下させた。ドーズ量は5×1014〜5×1015cm−2、例えば、1×1015cm−2とした。この結果、主として、ゲイト絶縁膜204’で覆われていない領域208、211に不純物がドーピングされ、低抵抗領域となった(図2(E))。
【0040】
その後、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。レーザーとしては、XeClエキシマーレーザー(波長308nm、パルス幅50nsec)を用いてもよかった。
なおエキシマーレーザー以外に、他のレーザーを用いてもよいことはいうまでもない。パルスレーザーに関しては、Nd:YAGレーザー(Qスイッチパルス発振が望ましい)のごとき赤外光レーザーやその第2高調波のごとき可視光レーザーが使用できるが、金属膜の上面からレーザー照射をおこなう場合には金属膜に反射されないような波長のレーザーを選択する必要がある。もっとも、金属膜が極めて薄い場合にはほとんど問題がない。また、レーザー光は、基板側から照射してもよい。この場合には下に存在する珪素半導体膜を透過するレーザー光を選択する必要がある。
【0041】
また、レーザーの代わりに、可視光線もしくは近赤外光の照射によるランプアニールによるものでもよい。ランプアニールを行う場合には、被照射面表面が600〜1000℃程度になるように、600℃の場合は数分間、1000℃の場合は数10秒間のランプ照射を行うようにする。近赤外線(例えば1.2 μmの赤外線)によるアニールは、近赤外線が珪素半導体に選択的に吸収され、ガラス基板をそれ程加熱せず、しかも一回の照射時間を短くすることで、ガラス基板に対する加熱を抑えることができ、極めて有用である。
【0042】
最後に、図2(F)に示すように、全面に層間絶縁物212として、CVD法によって酸化珪素膜を厚さ2000Å〜1μm、例えば、3000Å形成し、TFTのソース/ドレインにコンタクトホールを形成し、アルミニウム配線・電極213、214を2000Å〜1μm、例えば5000Åの厚さに形成した。このアルミニウム電極213、214と低抵抗領域208、211の間にバリヤメタルとして、例えば窒化チタンを形成するとより一層、信頼性を向上させることができる。
【0043】
本実施の形態では、結果的に高抵抗領域209、210に選択的に窒素をドーピングすることができた。これは酸素、炭素、あるいはこれらの混合でもよい。このようにすることによってTFTのリーク電流を抑制することができ、これは特に、本実施の形態のTFTをアクティブマトリクス等の高い電荷保持特性が要求される用途には最適である。
本実施の形態におけるドーピングプロセスの様子を図4(C)に示す。このように最初に窒素ドープをおこなったのち、図4(D)のように後で窒素ドープをおこなってもよい。いずれにしても、本実施の形態では、燐ドープも窒素ドープも基板をドーピング装置にセットしたまま連続的におこなえることが特徴である。
【0044】
【発明の効果】
本発明によって、実質的に1回のドーピングおよび1回のレーザーアニール、RTA等の活性化工程によって、高抵抗領域(HRD)を形成することができた。すなわち、従来のように2種類の同導電型領域を独立な工程によって形成する必要はなくなった。この工程の短縮化は量産性を高め、TFT製造ラインへの投資額を減額するうえで有効である。また、本発明ではHRDの幅が極めて精度良く形成されるので、歩留り、均一性の優れたTFTが得られる。
【0045】
本発明のTFTは、半導体集積回路が形成された基板上に3次元集積回路を形成する場合でも、ガラスまたは有機樹脂等の上に形成される場合でも同様に形成されることはいうまでもないが、いずれの場合にも絶縁表面上に形成されることを特徴とする。特に周辺回路を同一基板上に有するモノリシック型アクティブマトリクス回路等の電気光学装置に対する本発明の効果は著しい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1によるTFTの作製方法を示す。
【図2】実施の形態2によるTFTの作製方法を示す。
【図3】従来法によるTFTの作製方法を示す。
【図4】本発明におけるドーピング工程の様子を示す。
【符号の説明】
101 絶縁基板
102 下地酸化膜(酸化珪素)
103 活性層(結晶珪素)
104 絶縁膜(酸化珪素)
104’ ゲイト絶縁膜
105 ゲイト電極(アルミニウム)
106 マスク膜(フォトレジスト)
107 陽極酸化物(多孔質酸化アルミニウム)
108 陽極酸化物(バリヤ型酸化アルミニウム)
109 ゲイト絶縁膜の端部
110、113 低抵抗不純物領域
111、112 高抵抗不純物領域(HRD)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an insulated gate transistor (TFT) formed on an insulating surface such as an insulating material such as glass or a material obtained by forming an insulating film such as silicon oxide on a silicon wafer, and a method for manufacturing the same. The present invention is particularly effective for TFTs formed on a glass substrate having a glass transition point (also referred to as strain temperature or strain point) of 750 ° C. or less. The semiconductor device according to the present invention is used for a drive circuit such as an active matrix such as a liquid crystal display, an image sensor, or a three-dimensional integrated circuit.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, it is widely known to form a TFT (thin film transistor) for driving an active matrix type liquid crystal display device, an image sensor, or the like. In particular, recently, due to the need for high-speed operation, a crystalline silicon TFT having higher electric field mobility has been developed instead of an amorphous silicon TFT using amorphous silicon for an active layer. However, when higher characteristics and higher durability are required, a high resistance region (a drain having an offset gate without addition of an impurity or a low impurity concentration drain (LDD)) as used in semiconductor integrated circuit technology is required. )). However, unlike the known semiconductor integrated circuit technology, the TFT has many problems to be solved. In particular, since an element is formed on an insulating surface and reactive ion anisotropic etching cannot be performed sufficiently, there is a great limitation that a fine pattern cannot be formed.
[0003]
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a typical process for fabricating an HRD used to date. First, a base film 302 is formed over a substrate 301, and an active layer is formed using crystalline silicon 303. Then, an insulating film 304 is formed on the active layer using a material such as silicon oxide (FIG. 3A).
[0004]
Next, the gate electrode 305 is formed of polycrystalline silicon (doped with impurities such as phosphorus), tantalum, titanium, aluminum, or the like. Further, using the gate electrode as a mask, an impurity element (phosphorus or boron) is introduced by means of ion doping or the like, and high-resistance regions (HRD) 306 and 307 with a small doping amount are formed in the active layer 303 in a self-aligned manner. You. The active layer region below the gate electrode into which the impurity has not been introduced becomes a channel formation region (FIG. 3B).
[0005]
Then, the doped impurities are activated by a heat source such as a laser or a flash lamp. Next, an insulating film 308 made of silicon oxide or the like is formed by means such as plasma CVD or APCVD (FIG. 3C), and this is anisotropically etched to form a side wall 309 adjacent to the side surface of the gate electrode. It is formed (FIG. 3D).
Then, an impurity element is again introduced by ion doping or the like, and a sufficiently high impurity region (low resistance impurity region, source / drain region) 310, 311 is self-aligned using the gate electrode 305 and the side wall 309 as a mask. Is formed on the active layer 303. That is, two independent impurities are implanted into the drain, and an anisotropic etching step exists between the respective implantation steps (FIG. 3E).
[0006]
Then, the doped impurities are activated by a heat source such as a laser or a flash lamp. Finally, an interlayer insulator 312 is formed, a contact hole is formed in the source / drain region through the interlayer insulator, and wirings / electrodes 313 and 314 connected to the source / drain are formed using a metal material such as aluminum. (FIG. 3F).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The above method directly follows the conventional LDD fabrication process in a semiconductor integrated circuit, and is a process that is difficult to apply as it is to a TFT fabrication process on a glass substrate, or a process that is not preferable in terms of productivity. There is.
[0008]
First, an impurity implantation step and activation of impurities by laser irradiation or the like are required at least twice. Moreover, between these steps, for example, a step such as anisotropic etching is present, and it is necessary to take out the substrate from the vacuum chamber each time. For this reason, the productivity was reduced. In particular, regarding the activation of impurities, in a conventional semiconductor integrated circuit, activation of an impurity element is performed by thermal annealing. Therefore, activation of the impurity is performed after all impurity introduction is completed (that is, FIG. ) Was completed.
[0009]
However, particularly for TFTs on a glass substrate, it is difficult to perform thermal annealing due to temperature restrictions on the substrate, and it is necessary to rely on laser annealing and flash lamp annealing (RTA or RTP). However, in these methods, since the irradiated surface is selectively annealed, for example, a portion below the side wall 309 is not annealed. Therefore, annealing is required for each impurity doping.
[0010]
Second, the difficulty in forming the side walls. The thickness of the insulating film 308 is 0.5 to 2 μm. Normally, the thickness of the base film 302 provided on the substrate is 1000 to 3000 °, so that the base film is often erroneously etched in this etching step, and the substrate is often exposed, and the yield is reduced. . Since a substrate used for manufacturing a TFT contains many elements harmful to a silicon semiconductor, it is necessary to avoid overetching reaching the substrate as much as possible. It is also difficult to finish the width of the side wall uniformly. This is because, during plasma dry etching such as reactive ion etching (RIE), unlike a silicon substrate used in a semiconductor integrated circuit, delicate control of plasma was difficult due to the insulating surface of the substrate. It is.
[0011]
Since the high-resistance drain has a high resistance, it is necessary to make the width as narrow as possible. However, mass production is difficult due to the above-mentioned variation, and in this process, self-alignment (that is, using a lithography method) The problem was how to make the process easier to control.
[0012]
The present invention is directed to a method for forming a high-resistance impurity region by solving the above-mentioned problems and further simplifying the process, and a TFT having a high-resistance region (high-resistance drain, HRD) thus formed. . Here, the high-resistance drain (HRD) means that, in addition to a drain having a low impurity concentration and a high resistance, carbon, oxygen, nitrogen, or the like is added to prevent activation of impurities regardless of the impurity concentration. As a result, a drain having a high resistance is included.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In forming the high resistance region, the present invention is characterized in that an oxide layer formed by means such as anodic oxidation of a gate electrode is positively used. In particular, the anodic oxide has a feature that its thickness can be precisely controlled and its thickness can be widely and uniformly formed from a thin one of 1000 mm or less to a thick one of 5,000 mm or more. It is preferable as a substitute for the side wall formed by anisotropic etching.
[0014]
In particular, a so-called barrier type anodic oxide is not etched unless it is a hydrofluoric acid-based etchant, whereas a porous type anodic oxide is selectively etched by an etchant such as phosphoric acid. For this reason, it is characterized in that other materials constituting the TFT, for example, silicon and silicon oxide can be treated without causing any damage. Further, in both the barrier type and the porous type, anodic oxide is extremely difficult to be etched by dry etching. In particular, the feature is that the selectivity is sufficiently large in etching with silicon oxide.
The present invention is characterized in that a TFT is manufactured by the following manufacturing process. By adopting this process, the HRD can be configured more reliably and the mass productivity can be improved.
[0015]
FIG. 1 shows the basic steps of the present invention. First, a base insulating film 102 is formed on a substrate 101, and an active layer 103 is formed of a crystalline semiconductor (a semiconductor in which even a small amount of crystal such as single crystal, polycrystal, and semi-amorphous is called a crystalline semiconductor in the present invention). ). Then, the insulating film 104 is formed of a material such as silicon oxide so as to cover this, and a film is formed of a material that can be anodized. Aluminum, tantalum, titanium, silicon, and the like, which can be anodized, are preferable as the material of this coating. In the present invention, a gate electrode having a single layer structure using these materials alone may be used, or a gate electrode having a multilayer structure in which two or more layers are stacked. For example, it has a two-layer structure in which titanium silicide is stacked on aluminum or a two-layer structure in which aluminum is stacked on titanium nitride. The thickness of each layer may be determined by the practitioner according to the required device characteristics.
[0016]
Further, a film serving as a mask in anodic oxidation is formed to cover the film, and both are simultaneously patterned and etched to form a gate electrode 105 and a mask film 106 thereon. As a material of the mask film, a photoresist used in a normal photolithography process, a photosensitive polyimide, or a material which can be etched with a normal polyimide may be used (FIG. 1A).
[0017]
Next, a porous anodic oxide 107 is formed on the side surface of the gate electrode 105 by applying a current to the gate electrode 105 in an electrolytic solution. This anodic oxidation step is performed using a 3 to 20% acidic aqueous solution of citric acid or oxalic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid or the like. In this case, a thick anodic oxide of 0.5 μm or more can be formed at a low voltage of about 5 to 30 V (FIG. 1B).
[0018]
Then, the insulating film 104 is etched by a dry etching method, a wet etching method, or the like. This etching depth is arbitrary, and etching may be performed until the underlying active layer is exposed, or may be stopped during the etching. However, from the viewpoint of mass productivity, yield, and uniformity, it is desirable to perform etching up to the active layer. At this time, the insulating film having the original thickness remains in the insulating film (gate insulating film) below the region covered with the anodic oxide 107 and the gate electrode 105. When the gate electrode contains aluminum, tantalum, and titanium as main components and the insulating film 104 contains silicon oxide as a main component and a dry etching method is used, a fluorine-based material (for example, NF 3 , SF 6 If dry etching is performed using the etching gas of (1), the insulating film 104 of silicon oxide is quickly etched, but the etching rate of aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide is sufficiently small, so that the insulating film 104 is selectively used. Can be etched.
[0019]
In wet etching, a hydrofluoric acid-based etchant such as 1/100 hydrofluoric acid may be used. In this case as well, the insulating film 104 made of silicon oxide is quickly etched, but the etching rate of aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide is sufficiently small, so that the insulating film 104 can be selectively etched (FIG. 1D). .
[0020]
After that, the anodic oxide 107 is removed. As the etchant, a phosphoric acid-based solution, for example, a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid is preferable. However, when the gate electrode is made of aluminum, for example, if a phosphoric acid-based etchant is used, the gate electrode is also etched at the same time. In such a case, a current is applied to the gate electrode in an ethylene glycol solution containing 3 to 10% tartaric acid, boric acid, and nitric acid in the previous step (FIG. 1C). Therefore, it is preferable to provide a barrier-type anodic oxide 108 on the side surface and the upper surface of the gate electrode. In this anodic oxidation step, the thickness of the anodic oxide obtained is determined by the magnitude of the voltage applied between the gate electrode 105 and the opposing electrode.
[0021]
It should be noted that, although barrier type anodic oxidation is a later step, barrier type anodic oxide is not formed outside the porous anodic oxide, but barrier type anodic oxide 108 It is formed between the porous anodic oxide 107 and the gate electrode 105. In the above-mentioned phosphoric acid-based etchant, the etching rate of the porous anodic oxide is 10 times or more the etching rate of the barrier anodic oxide. Therefore, the barrier-type anodic oxide 108 having an appropriate thickness is not substantially etched by the phosphoric acid-based etchant, so that the inner gate electrode can be protected. Of course, if the gate electrode is not etched by the etchant used for etching the porous anodic oxide, it is needless to say that such a barrier-type anodic oxide need not be provided (FIGS. 1C and 1C). E)).
[0022]
Through the above steps, a structure in which a part of the insulating film 104 (hereinafter, referred to as a gate insulating film) selectively remains below the gate electrode can be obtained. Since the gate insulating film 104 ′ originally existed under the porous anodic oxide 107, the gate insulating film 104 ′ was formed not only under the gate electrode 105 and under the barrier anodic oxide 108 but also at the barrier anodic oxide 108. , And a width y is determined in a self-aligned manner (without using a photolithography process). In other words, a region where the gate insulating film 104 'exists and a region where the gate insulating film 104' does not exist are formed in a self-alignment manner outside the channel formation region below the gate electrode in the active layer 103.
[0023]
N-type or P-type impurity ions accelerated by this structure are implanted into the active layer. Of course, the active layer under the gate electrode 105 (and the surrounding anodic oxide 108) is not substantially implanted. In the present invention, at least two acceleration conditions for impurity ions are used. For example, two types of acceleration conditions are set, such as ions having high acceleration energy (fast ions) and ions having low acceleration energy (slow ions). When the low-speed ions are implanted first, they cannot reach the regions 111 and 112 of the active layer covered with the gate insulating film 104 ′, and mainly reach the regions 110 and 113 not covered with the gate insulating film. Is injected into. Next, high-speed ions are implanted. The energy at this time is such that it passes through the gate insulating film 104 '. In this case, ions are implanted into the regions 111 and 112 through the gate insulating film. On the other hand, many ions pass through the regions 110 and 113, and eventually are mainly implanted into the regions 111 and 112 in this case (FIGS. 1E and 1F).
[0024]
If the dose of the low-speed ions is made larger than that of the high-speed ions, the regions 110 and 113 become low-resistance regions, and the regions 111 and 112 become high-resistance regions. The dose may be controlled by the doping time or the amount of generated ions. In the above doping step, it is only necessary to change only the acceleration voltage while keeping the ion source of the impurity element. In this case as well, as in the above example, low-speed ions may be used first, and high-speed ions may be used later, or vice versa.
[0025]
Further, the acceleration voltage may be changed stepwise as shown in FIG. 4A, or may be changed continuously as shown in FIG. However, in any method, according to the present invention, once the substrate is set in the doping apparatus, a high-resistance region is formed by a single doping step in the sense that all doping steps are completed without taking out the substrate once. It is characterized by:
[0026]
As described above, the present invention is characterized in that the width of the high resistance impurity region is controlled in a self-aligned manner by the thickness y of the anodic oxide 107. Further, the end portion 109 of the gate insulating film 104 'and the end portion 117 of the high-resistance region (HRD) 112 can be made substantially coincident with each other. Although it is extremely difficult to control the width of the side wall that plays such a role in the conventional method shown in FIG. 3, in the present invention, the width of the anodic oxide 107 is determined by the anodic oxidation current (charge amount). Therefore, extremely delicate control is possible.
[0027]
Furthermore, as is clear from the above-described steps, even if the impurity doping step is performed substantially once, a low-resistance region and a high-resistance region can be formed. It only needs to be processed twice. Thus, in the present invention, mass productivity can be improved by reducing the steps of doping and activation. Conventionally, HRD has a problem that it is difficult to make an ohmic contact with an electrode because of its large resistance, and that the resistance lowers the drain voltage. However, on the other hand, due to the presence of the HRD, the generation of hot carriers can be suppressed and high reliability can be obtained. The present invention solves this contradictory problem at once, and can obtain a 0.1-1 μm-wide HRD formed in a self-aligned manner and ohmic contact with the source / drain electrodes.
[0028]
Further, in the present invention, by appropriately utilizing the thickness of the anodic oxide 108 in FIG. 1, the positional relationship between the end of the gate electrode and the impurity region can be arbitrarily changed, and a so-called offset structure can be obtained.
Generally, in an offset state, a reverse leakage current is reduced and an on / off ratio is improved. For example, a leakage current such as a TFT (pixel TFT) used for controlling a pixel of an active matrix liquid crystal display is reduced. It is suitable for applications that require a small amount. However, there is also a disadvantage that the hot carriers generated at the end of the HRD are deteriorated by being trapped by the anodic oxide.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows this embodiment. First, a silicon oxide film having a thickness of 1000 to 3000 ° was formed as a base oxide film 102 on a substrate (Corning 7059, 300 mm × 400 mm or 100 mm × 100 mm) 101. As a method of forming the oxide film, a sputtering method in an oxygen atmosphere was used. However, in order to further improve mass productivity, a film in which TEOS is decomposed and deposited by a plasma CVD method may be used.
[0030]
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited by plasma CVD or LPCVD at 300 to 5000 °, preferably 500 to 1000 °, and left in a reducing atmosphere at 550 to 600 ° C. for 4 to 24 hours to be crystallized. . This step may be performed by laser irradiation. Then, the silicon film crystallized in this manner was patterned to form the island regions 103. Further, a silicon oxide film 104 having a thickness of 700 to 1500 ° was formed thereon by sputtering.
[0031]
Thereafter, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc (scandium)) film having a thickness of 1000 to 3 μm was formed by an electron beam evaporation method or a sputtering method. Then, a photoresist (for example, OFPR800 / 30cp, manufactured by Tokyo Ohka) was formed by spin coating. If an aluminum oxide film having a thickness of 100 to 1000 ° is formed on the surface by anodic oxidation before forming the photoresist, the adhesion to the photoresist is good and the leakage of current from the photoresist is suppressed. This was effective in forming the porous anodic oxide only on the side surfaces in the subsequent anodic oxidation step. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned and etched together with the aluminum film to form a gate electrode 105 mask film 106 (FIG. 1A).
[0032]
Further, anodization was performed by passing an electric current through the electrolytic solution to form anodized oxide 107 having a thickness of 3000 to 6000 °, for example, 5000 °. The anodic oxidation may be performed using a 3 to 20% aqueous solution of citric acid or oxalic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, or the like, and applying a constant current of 5 to 30 V to the gate electrode. In the present embodiment, the voltage was set to 8 V in an oxalic acid solution (30 ° C.), and anodic oxidation was performed for 20 to 40 minutes. The thickness of the anodic oxide was controlled by the anodic oxidation time. The anodic oxidation voltage was preferably lower than the anodic oxidation voltage before applying the resist (FIG. 1B).
[0033]
Next, the mask was removed, and a current was again applied to the gate electrode in the electrolytic solution. This time, an ethylene glycol solution containing 3 to 10% tartaric acid, boric acid, and nitric acid was used. A better oxide film was obtained when the temperature of the solution was lower than room temperature around 10 ° C. As a result, a barrier-type anodic oxide 108 was formed on the upper and side surfaces of the gate electrode. The thickness of the anodic oxide 108 was proportional to the applied voltage, and an applied voltage of 150 V formed an anodic oxide of 2000 °. The thickness of the anodic oxide 108 was determined according to the required offset width. However, a high voltage of 250 V or more is required to obtain an anodic oxide having a thickness of 3000 ° or more, which adversely affects the characteristics of the TFT. Preferably, the thickness is 3000 ° or less. In this embodiment, the voltage is increased to 80 to 150 V, and the voltage is selected according to the required thickness of the anodic oxide film 108 (FIG. 1C).
[0034]
After that, the silicon oxide film 104 was etched by a dry etching method. In this etching, a plasma mode of isotropic etching or a reactive ion etching mode of anisotropic etching may be used. However, it is important to prevent the active layer from being etched deeply by making the selectivity between silicon and silicon oxide sufficiently large. For example, CF as an etching gas 4 Is used, the anodic oxide is not etched, and only the silicon oxide film 104 is etched. In addition, the silicon oxide film 104 'under the porous anodic oxide 107 remained without being etched (FIG. 1D).
[0035]
After that, the anodic oxide 107 was etched using a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid. In this etching, only the anodic oxide 107 was etched, and the etching rate was about 600 ° / min. The gate insulating film 104 'thereunder remains as it is. Then, an impurity is implanted into the active layer 103 of the TFT in a self-alignment manner by using the gate electrode portion (that is, the gate electrode and the anodic oxide film around the gate electrode) and the gate insulating film as a mask by an ion doping method. Source / drain regions) 110 and 113 and high resistance impurity regions 111 and 112 were formed. Phosphine (PH 3 ) Resulted in an N-type impurity region. To form a P-type impurity region, diborane (B 2 H 6 ) May be used as the doping gas. First, doping was performed at an acceleration energy of 1 to 30 keV, for example, 5 kV. Dose amount is 5 × 10 14 ~ 5 × 10 Fifteen cm -2 , For example, 1 × 10 Fifteen cm -2 And As a result, the regions 110 and 113 which are not covered with the gate insulating film 104 'are mainly doped with impurities to form low resistance regions (FIG. 1E).
[0036]
Then, the acceleration energy was increased to 65 to 110 keV, for example, 90 kV, while the substrate was set in the doping apparatus. Dose amount is 5 × 10 12 ~ 5 × 10 Thirteen cm -2 , For example, 1 × 10 Thirteen cm -2 And As a result, mainly, the regions 111 and 112 covered with the gate insulating film 104 'were doped with impurities to form high-resistance regions (FIG. 1F).
Thereafter, irradiation with a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was performed to activate the impurity ions introduced into the active layer. Thus, high resistance regions 111 and 112 were obtained.
[0037]
[Embodiment 2]
FIG. 2 shows this embodiment. First, a base oxide film 202 and an island-like silicon semiconductor are formed on a substrate 201 having an insulating surface (for example, NA35 glass manufactured by NH Techno Glass Co., Ltd.) 201 by using the steps of FIGS. A region (for example, a crystalline silicon semiconductor) 203, a silicon oxide film 204, a gate electrode 205 of an aluminum film (thickness of 200 nm to 1 μm), and a porous anodic oxide (thickness of 3000 to 1 μm, for example, 5000) on the side surface of the gate electrode 206 were formed (FIG. 2A).
Then, as in the first embodiment, a barrier-type anodic oxide 207 having a thickness of 1000 to 2500 ° was formed. Further, using the porous anodic oxide 206 as a mask, the silicon oxide film 204 was etched to form a gate insulating film 204 '(FIG. 2B).
[0038]
Thereafter, using the barrier type anodic oxide film 207 as a mask, the porous anodic oxide film 206 was removed by etching. Thereafter, nitrogen ions were implanted by ion doping using the gate electrode portions (205, 207) and the gate insulating film 204 'as a mask. The doping gas is nitrogen gas (N 2 ) Was used. Dose amount is 1 × 10 14 ~ 3 × 10 16 cm -2 , For example, 2 × 10 Fifteen cm -2 The acceleration voltage was 65 to 110 kV, for example, 80 kV. In this doping, nitrogen ions are high-speed, so that ions pass through the regions 208 and 211 that are not covered with the gate insulating film 204 ′ and are hardly doped (SIMS (secondary ion mass spectrometry) method). According to 1 × 10 19 cm -2 It was below. On the other hand, the regions 209 and 210 covered with the gate insulating film 19 ~ 2 × 10 21 cm -3 A concentration of nitrogen (depending on the depth) was introduced (FIG. 2C).
[0039]
Next, the atmosphere of the doping chamber was changed to phosphine (PH). 3 ) And implanted phosphorus ions. First, the acceleration energy was set to 65 to 110 keV, for example, 90 kV. Dose amount is 5 × 10 12 ~ 5 × 10 Thirteen cm -2 , For example, 1 × 10 Thirteen cm -2 And As a result, mainly, the regions 208 and 211 covered with the gate insulating film 204 'were doped with impurities to form high resistance regions (FIG. 2D).
Thereafter, the acceleration energy was reduced to doping at 1 to 30 keV, for example, 5 kV, while the substrate was set in the doping apparatus. Dose amount is 5 × 10 14 ~ 5 × 10 Fifteen cm -2 , For example, 1 × 10 Fifteen cm -2 And As a result, the regions 208 and 211 that are not covered with the gate insulating film 204 'are mainly doped with impurities to form low-resistance regions (FIG. 2E).
[0040]
Thereafter, irradiation with a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was performed to activate the impurity ions introduced into the active layer. As the laser, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 50 nsec) may be used.
Needless to say, other lasers may be used other than the excimer laser. As for the pulse laser, an infrared laser such as an Nd: YAG laser (preferably Q-switched pulse oscillation) or a visible light laser such as its second harmonic can be used. However, when the laser irradiation is performed from the upper surface of the metal film, It is necessary to select a laser having a wavelength that is not reflected by the metal film. However, there is almost no problem when the metal film is extremely thin. Further, the laser light may be applied from the substrate side. In this case, it is necessary to select a laser beam that passes through the underlying silicon semiconductor film.
[0041]
Further, instead of laser, lamp annealing by irradiation of visible light or near-infrared light may be used. When performing lamp annealing, lamp irradiation is performed for several minutes at 600 ° C. and for several tens seconds at 1000 ° C. so that the surface to be irradiated is about 600 to 1000 ° C. Annealing by near-infrared rays (for example, 1.2 μm infrared rays) is performed by selectively absorbing near-infrared rays into a silicon semiconductor, not heating the glass substrate so much, and shortening the irradiation time for one time. Heating can be suppressed, which is extremely useful.
[0042]
Finally, as shown in FIG. 2F, a silicon oxide film having a thickness of 2000 to 1 μm, for example, 3000 μm is formed on the entire surface as an interlayer insulator 212 by a CVD method, and contact holes are formed in the source / drain of the TFT. Then, aluminum wiring / electrodes 213 and 214 were formed to a thickness of 2000 to 1 μm, for example, 5000 °. If, for example, titanium nitride is formed as a barrier metal between the aluminum electrodes 213 and 214 and the low-resistance regions 208 and 211, the reliability can be further improved.
[0043]
In this embodiment, as a result, the high resistance regions 209 and 210 can be selectively doped with nitrogen. This may be oxygen, carbon, or a mixture thereof. By doing so, the leakage current of the TFT can be suppressed. This is particularly suitable for the use of the TFT of the present embodiment which requires high charge retention characteristics such as an active matrix.
FIG. 4C illustrates a state of the doping process in this embodiment. After the nitrogen doping is first performed as described above, the nitrogen doping may be performed later as illustrated in FIG. In any case, the present embodiment is characterized in that both phosphorus doping and nitrogen doping can be performed continuously while the substrate is set in the doping apparatus.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, a high resistance region (HRD) can be formed by substantially one doping, one laser annealing, and an activation process such as RTA. That is, it is no longer necessary to form two types of the same conductivity type regions by independent processes as in the related art. This shortening of the process is effective in increasing mass productivity and reducing the amount of investment in the TFT manufacturing line. Further, in the present invention, since the width of the HRD is formed with extremely high precision, a TFT having excellent yield and uniformity can be obtained.
[0045]
It is needless to say that the TFT of the present invention can be formed in the same manner when a three-dimensional integrated circuit is formed on a substrate on which a semiconductor integrated circuit is formed, or when formed on glass or an organic resin. Are formed on the insulating surface in any case. In particular, the effect of the present invention is remarkable for an electro-optical device such as a monolithic active matrix circuit having peripheral circuits on the same substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a method for manufacturing a TFT according to Embodiment 1.
FIG. 2 illustrates a method for manufacturing a TFT according to Embodiment 2.
FIG. 3 shows a method for manufacturing a TFT according to a conventional method.
FIG. 4 shows a state of a doping step in the present invention.
[Explanation of symbols]
101 insulating substrate
102 Base oxide film (silicon oxide)
103 Active layer (crystalline silicon)
104 insulating film (silicon oxide)
104 'gate insulating film
105 Gate electrode (aluminum)
106 Mask film (photoresist)
107 Anodic oxide (porous aluminum oxide)
108 Anodic oxide (barrier type aluminum oxide)
109 Edge of gate insulating film
110, 113 Low resistance impurity region
111, 112 High resistance impurity region (HRD)

Claims (8)

絶縁表面を有する基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層のチャネル形成領域及び前記チャネル形成領域をはさむ一対の低濃度不純物領域の上方を覆うように形成されたゲイト絶縁膜と、
前記ゲイト絶縁膜の前記チャネル形成領域に対応する領域の上方を覆うように形成されたゲイト電極とを有し、
反応容器内で前記ゲイト電極及び前記ゲイト絶縁膜をマスクとして前記半導体層に第1の不純物を第1の濃度で導入することにより前記半導体層のうち前記ゲイト絶縁膜に覆われていない領域に高濃度不純物領域を形成し、前記反応容器内で前記ゲイト電極をマスクとして前記半導体層に前記第1の不純物と同一導電型の第2の不純物を第2の濃度で導入することにより、前記半導体層のうち前記ゲイト絶縁膜に覆われた領域に低濃度不純物領域を形成し、
レーザー光、可視光または赤外光を照射して前記第1及び第2の不純物の活性化を行う絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法であって、
前記第1及び第2の不純物の導入は、前記半導体層を前記反応容器の外に取り出すことなく行うことを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
A semiconductor layer formed on a substrate having an insulating surface ,
A gate insulating film formed so as to cover a channel formation region of the semiconductor layer and a pair of low-concentration impurity regions sandwiching the channel formation region ;
A gate electrode formed so as to cover a region of the gate insulating film corresponding to the channel forming region ,
By introducing a first impurity at a first concentration into the semiconductor layer using the gate electrode and the gate insulating film as a mask in a reaction vessel, a region of the semiconductor layer that is not covered with the gate insulating film is formed. Forming a high-concentration impurity region, and introducing a second impurity of the same conductivity type as the first impurity into the semiconductor layer at a second concentration in the reaction layer using the gate electrode as a mask. Forming a low concentration impurity region in a region of the layer covered with the gate insulating film ;
A method for manufacturing an insulated gate transistor in which laser light, visible light or infrared light is applied to activate the first and second impurities,
The method for manufacturing an insulated gate transistor, wherein the first and second impurities are introduced without taking the semiconductor layer out of the reaction vessel.
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層のチャネル形成領域及び前記チャネル形成領域をはさむ一対の低濃度不純物領域の上方を覆うように形成されたゲイト絶縁膜と、
前記ゲイト絶縁膜の前記チャネル形成領域に対応する領域の上方を覆うように形成されたゲイト電極とを有し、
反応容器内で前記ゲイト電極をマスクとして前記半導体層に第1の不純物を第1の濃度で導入することにより前記半導体層のうち前記ゲイト絶縁膜に覆われた領域に低濃度不純物領域を形成し、前記反応容器内で前記ゲイト電極及び前記ゲイト絶縁膜をマスクとして前記半導体層に前記第1の不純物と同一導電型の第2の不純物を第2の濃度で導入することにより、前記半導体層のうち前記ゲイト絶縁膜に覆われていない領域に高濃度不純物領域を形成し、
レーザー光、可視光または赤外光を照射して前記第1及び第2の不純物の活性化を行う絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法であって、
前記第1及び第2の不純物の導入は、前記半導体層を前記反応容器の外に取り出すことなく行うことを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
A semiconductor layer formed on a substrate having an insulating surface ,
A gate insulating film formed so as to cover a channel formation region of the semiconductor layer and a pair of low-concentration impurity regions sandwiching the channel formation region ;
A gate electrode formed so as to cover a region of the gate insulating film corresponding to the channel forming region ,
By introducing a first impurity into said semiconductor layer using the gate electrodes as a mask in a reaction vessel at a first concentration, a low concentration impurity region in the region covered by the gate insulating film of said semiconductor layer formed by introducing the reaction vessel at the gate electrode and the gate insulating film of the first impurity having the same conductivity type second impurity into the semiconductor layer as a mask at a second concentration, said semiconductor Forming a high-concentration impurity region in a region of the layer not covered by the gate insulating film ;
A method for manufacturing an insulated gate transistor in which laser light, visible light or infrared light is applied to activate the first and second impurities,
The method for manufacturing an insulated gate transistor, wherein the first and second impurities are introduced without taking the semiconductor layer out of the reaction vessel.
請求項1または請求項2に記載の作製方法において、前記第1及び第2の不純物は燐であることを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。 3. The method for manufacturing an insulated gate transistor according to claim 1 , wherein the first and second impurities are phosphorus. 請求項1または請求項2に記載の作製方法において、前記第1及び第2の不純物は硼素であることを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。3. The method according to claim 1 , wherein the first and second impurities are boron. 4. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の作製方法において、
前記半導体層は珪素でなることを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
The method according to any one of claims 1 to 4,
The semiconductor layer manufacturing method of an insulated gate transistor, characterized by comprising in silicon.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の作製方法において、
前記第1の不純物と前記第2の不純物とは同一不純物であることを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5,
A method for manufacturing an insulated gate transistor, wherein the first impurity and the second impurity are the same impurity.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の作製方法において、
前記基板側からレーザー光を照射して前記第1及び第2の不純物の活性化を行うことを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
The method according to any one of claims 1 to 6,
A method for manufacturing an insulated gate transistor, comprising irradiating a laser beam from the substrate side to activate the first and second impurities.
請求項1乃至のいずれか1項に記載の作製方法において、
前記低濃度不純物領域に窒素、酸素または炭素を添加することを特徴とする絶縁ゲイト型トランジスタの作製方法。
The method according to any one of claims 1 to 7 ,
A method for manufacturing an insulated gate transistor, comprising adding nitrogen, oxygen, or carbon to the low-concentration impurity region .
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