JP5540723B2 - Thin film transistor manufacturing method - Google Patents

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本発明は、チャネル領域とソース領域及びドレイン領域との間にそれぞれ形成されたLDD(lightly-doped-drain)領域を有する薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to the production how a thin film transistor capacitor having a LDD (lightly-doped-drain) region formed respectively between the channel region and the source region and the drain region.

半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor)は、液晶表示装置等の分野で広く用いられている。   Thin film transistors using semiconductor thin films are widely used in the fields of liquid crystal display devices and the like.

この薄膜トランジスタの活性層に用いられる半導体薄膜は、CVD法により成膜されるため、主にアモルファス構造ないしは多結晶構造である。従って、薄膜トランジスタの活性層には粒界や局所的な欠陥が形成されており、これらがキャリアの移動度を下げ、薄膜トランジスタのオン電流を制約している。   Since the semiconductor thin film used for the active layer of this thin film transistor is formed by the CVD method, it mainly has an amorphous structure or a polycrystalline structure. Therefore, grain boundaries and local defects are formed in the active layer of the thin film transistor, which lowers the carrier mobility and restricts the on-current of the thin film transistor.

かかる課題に対し、移動度向上の技術として、水素プラズマ処理による欠陥のパッシベーションや、レーザーアニールないしは熱処理による結晶化などが提案されている。   In order to solve this problem, as a technique for improving mobility, defect passivation by hydrogen plasma treatment, crystallization by laser annealing or heat treatment, and the like have been proposed.

しかしながら、これらの半導体薄膜を一様に結晶化した場合、薄膜トランジスタのリーク電流が増加し、製品の特性を悪化させる。このリーク特性の悪化要因は、LDD領域のキャリア移動度向上による高電界効果の助長や、光生成キャリア再結合の中心として機能していたLDD領域の欠陥準位が減少したことなどに端を発したものと推定される。ここで、LDD領域とは、活性層のゲート電極側端面に対応する位置の近傍の不純物濃度を薄くし、電界集中を緩和した領域である。   However, when these semiconductor thin films are crystallized uniformly, the leakage current of the thin film transistor increases, deteriorating the product characteristics. The causes of the deterioration of the leakage characteristics are caused by the enhancement of the high electric field effect by improving the carrier mobility in the LDD region and the decrease in the defect level of the LDD region that functioned as the center of photogenerated carrier recombination. It is estimated that Here, the LDD region is a region in which the electric field concentration is reduced by reducing the impurity concentration in the vicinity of the position corresponding to the end surface on the gate electrode side of the active layer.

以上の状況を鑑み、特許文献1では、液晶表示装置に用いる薄膜トランジスタの形成方法において、周辺回路部と画素部にてシリコン粒径を作り分ける手法が提案されている。   In view of the above situation, Patent Document 1 proposes a method of separately forming silicon grain sizes in a peripheral circuit portion and a pixel portion in a method for forming a thin film transistor used in a liquid crystal display device.

国際公開第03/105236号パンフレットWO03 / 105236 pamphlet

上記特許文献1に記載の技術は、オン電流に対して影響が大きき周辺回路部位と、リーク電流に対して影響が大きい画素部とで、各々の許容範囲のシリコン粒径を得るものである。しかしながらこの方法では画素部のオン電流が十分に確保できない。従って、例えば、液晶表示装置における近年のパネル高速駆動化等への対応が困難となる。   The technique described in Patent Document 1 obtains a silicon particle size within an allowable range in a peripheral circuit portion that has a large influence on on-current and a pixel portion that has a large influence on leakage current. . However, this method cannot ensure a sufficient on-current of the pixel portion. Therefore, for example, it becomes difficult to cope with recent high-speed panel drive in a liquid crystal display device.

また、画素部においてシリコン粒径を大粒径化することも考えられるが、このときにLDD領域まで大粒径化した場合、光リークまで含めた総合的なリーク電流を増加させてしまうことになる。   Although it is conceivable to increase the silicon particle size in the pixel portion, if the particle size is increased to the LDD region at this time, the total leakage current including the light leakage is increased. Become.

そこで、本発明はかかる課題に対して、リーク特性を維持しつつ、オン電流を大幅に改善することができる薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention for such problems, while maintaining the leakage characteristics, and an object thereof is to provide a manufacturing how a thin film transistor motor which can significantly improve the on-current.

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、薄膜トランジスタの製造方法において、半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜に当該半導体薄膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを注入する工程と、チャネル形成領域とソース形成領域及びドレイン形成領域との間にそれぞれ位置するLDD形成領域上にマスクを形成する工程と、前記LDD形成領域上にマスクを形成した半導体薄膜上に当該半導体薄膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを注入する工程と、前記半導体薄膜を熱処理により結晶化する工程と、を有することとした。   In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is a method of manufacturing a thin film transistor, comprising: a step of forming a semiconductor thin film; and an inert property of the semiconductor thin film that does not affect electrical characteristics of the semiconductor thin film. A step of implanting ions, a step of forming a mask on the LDD formation region located between the channel formation region, the source formation region and the drain formation region, and a semiconductor thin film on which the mask is formed on the LDD formation region And the step of implanting inert ions that do not affect the electrical characteristics of the semiconductor thin film, and the step of crystallizing the semiconductor thin film by heat treatment.

本発明によれば、LDD領域とチャネル領域でそれぞれ粒径を独立して制御することが可能になる。その結果、薄膜トランジスタのリーク特性とオン電流を、それぞれ独立させ改善させることが可能となり、リークとオンのトレードオフが大幅に改善される。オン電流向上により、このような薄膜トランジスタを用いた半導体製品の高速駆動化が可能になる。すなわち、パネル高速駆動化等への対応が可能となる。また、リーク電流の低減により、たとえば液晶表示装置におけるフリッカやクロストークなどに代表される、リーク性の特性不具合を改善することが可能となる。   According to the present invention, the particle size can be independently controlled in the LDD region and the channel region. As a result, the leakage characteristics and on-current of the thin film transistor can be made independent and improved, and the trade-off between leakage and on is greatly improved. By improving the on-current, it becomes possible to drive a semiconductor product using such a thin film transistor at a high speed. That is, it is possible to cope with high-speed panel driving. In addition, by reducing the leakage current, it is possible to improve a leakage characteristic defect represented by, for example, flicker and crosstalk in a liquid crystal display device.

本発明の一実施の形態に係る薄膜トランジスタの全体構成の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically an example of the whole structure of the thin-film transistor which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the thin-film transistor shown in FIG. 図1に示した薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the thin-film transistor shown in FIG. 図1に示した薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the thin-film transistor shown in FIG. 図1に示した薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the thin-film transistor shown in FIG. 図1に示した薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the thin-film transistor shown in FIG. 図1に示した薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the thin-film transistor shown in FIG. 図1に示した薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the thin-film transistor shown in FIG. 図1に示した薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the thin-film transistor shown in FIG. 図1に示した薄膜トランジスタのバンドプロファイルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the band profile of the thin-film transistor shown in FIG. 図1に示した薄膜トランジスタにおける高電界状態の静特性を示すグラフである。2 is a graph showing static characteristics in a high electric field state in the thin film transistor shown in FIG. 1. 図1に示した薄膜トランジスタにおける面フリッカの測定結果を示すグラフである。3 is a graph showing measurement results of surface flicker in the thin film transistor shown in FIG. 1.

本実施形態に係る薄膜トランジスタは、ゲート電極の下方に形成されたチャネル領域と、前記チャネル領域とソース領域及びドレイン領域との間にそれぞれ形成されたLDD(Lightly Doped Drain)領域とを有する半導体薄膜を備えている。LDD領域は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域よりキャリア濃度が低い領域であり、活性層のゲート電極側端面に対応する位置の近傍の不純物濃度を薄くし、電界集中を緩和している。   The thin film transistor according to this embodiment includes a semiconductor thin film having a channel region formed below a gate electrode, and an LDD (Lightly Doped Drain) region formed between the channel region and a source region and a drain region, respectively. I have. The LDD region is a region having a carrier concentration lower than that of the source region and the drain region, and the impurity concentration in the vicinity of the position corresponding to the end surface on the gate electrode side of the active layer is reduced to reduce the electric field concentration.

そして、前記LDD領域の結晶粒径を、前記半導体薄膜の平均結晶粒径よりも小粒径化し、前記チャネル領域の結晶粒径を前記半導体薄膜の平均結晶粒径よりも大粒径化している。   The crystal grain size of the LDD region is made smaller than the average crystal grain size of the semiconductor thin film, and the crystal grain size of the channel region is made larger than the average crystal grain size of the semiconductor thin film. .

このような構成の薄膜トランジスタとすることにより、オン電流を向上させ、例えば液晶表示素子などのような半導体装置の高速駆動化を可能とする。また、リーク電流の低減により、液晶表示素子を用いた液晶表示装置におけるフリッカやクロストークなどに代表される、リーク性の特性不具合を改善することが可能となる。   By using the thin film transistor having such a structure, an on-current can be improved and a semiconductor device such as a liquid crystal display element can be driven at high speed. In addition, by reducing the leakage current, it is possible to improve a leaky characteristic defect typified by flicker and crosstalk in a liquid crystal display device using a liquid crystal display element.

また、このような薄膜トランジスタを形成した半導体装置は、以下の工程を有する製造方法で実現できる。
(1)半導体薄膜を形成する工程。
(2)前記半導体薄膜に当該半導体薄膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを注入する工程。
(3)チャネル形成領域とソース形成領域及びドレイン形成領域との間にそれぞれ位置するLDD形成領域上にマスクを形成する工程。
(4)前記LDD形成領域上にマスクを形成した半導体薄膜上に当該半導体薄膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを注入する工程。
(5)前記半導体薄膜を熱処理により結晶化する工程。
A semiconductor device in which such a thin film transistor is formed can be realized by a manufacturing method having the following steps.
(1) A step of forming a semiconductor thin film.
(2) A step of implanting inactive ions that do not affect the electrical characteristics of the semiconductor thin film into the semiconductor thin film.
(3) A step of forming a mask on the LDD formation region located between the channel formation region and the source formation region and the drain formation region.
(4) Implanting inactive ions that do not affect the electrical characteristics of the semiconductor thin film onto the semiconductor thin film in which a mask is formed on the LDD formation region.
(5) A step of crystallizing the semiconductor thin film by heat treatment.

以下、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法並びに半導体装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。また、ここでは、半導体装置の一つである液晶表示素子に形成される薄膜トランジスタを例に挙げて説明するが、固体撮像素子やその他の半導体装置にも当然に適用することができる。
1.薄膜トランジスタの構成
2.薄膜トランジスタの製造方法
3.薄膜トランジスタの特性
Hereinafter, a thin film transistor, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order. Although a thin film transistor formed in a liquid crystal display element which is one of semiconductor devices will be described as an example here, the present invention can naturally be applied to a solid-state imaging element and other semiconductor devices.
1. 1. Configuration of thin film transistor 2. Manufacturing method of thin film transistor Thin film transistor characteristics

[1.薄膜トランジスタの構成]
図1は本発明の一実施の形態に係る薄膜トランジスタである画素用の薄膜トランジスタ(以下、「画素TFT」とも呼ぶ。)の構成の一例を模式的に示す説明図である。図示するように、画素TFTは、不純物拡散を抑制する層間絶縁膜が表面に形成された基板11上に、パターニングされた活性層12からなる半導体薄膜と、酸化ケイ素膜を主成分とするゲート絶縁膜13と、ゲート電極14とが順次積層されている。なお、図中、符号15は層間絶縁膜を、符号16はソース・ドレイン電極を示している。また、基板11は、例えば、石英基板などの透明な絶縁性の基板が用いられるが、固体撮像素子などの半導体装置の場合には、例えば、不純物拡散を抑制する層間絶縁膜が表面に形成された半導体基板が用いられる。
[1. Configuration of Thin Film Transistor]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an example of the configuration of a thin film transistor for pixels (hereinafter also referred to as “pixel TFT”) which is a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, a pixel TFT has a gate insulating film mainly composed of a semiconductor thin film made of a patterned active layer 12 and a silicon oxide film on a substrate 11 on which an interlayer insulating film for suppressing impurity diffusion is formed. The film 13 and the gate electrode 14 are sequentially stacked. In the figure, reference numeral 15 denotes an interlayer insulating film, and reference numeral 16 denotes a source / drain electrode. For example, a transparent insulating substrate such as a quartz substrate is used as the substrate 11, but in the case of a semiconductor device such as a solid-state imaging device, for example, an interlayer insulating film that suppresses impurity diffusion is formed on the surface. A semiconductor substrate is used.

ここでは、活性層12は、半導体薄膜であるポリシリコンから形成されるが、ゲルマニウム等他の半導体薄膜でもよい。この活性層12は、ゲート電極14の下方に形成されたチャネル領域20と、ソース領域21及びドレイン領域22とを有している。また、活性層12には、チャネル領域20とソース領域21及びドレイン領域22との間にそれぞれLDD(Lightly Doped Drain)領域23が形成されている。LDD領域23は、そのキャリア濃度がソース領域21及びドレイン領域22のキャリア濃度よりも薄くなっており、電界集中を緩和した領域である。   Here, the active layer 12 is formed of polysilicon which is a semiconductor thin film, but other semiconductor thin films such as germanium may be used. The active layer 12 has a channel region 20 formed below the gate electrode 14, and a source region 21 and a drain region 22. In the active layer 12, LDD (Lightly Doped Drain) regions 23 are formed between the channel region 20 and the source region 21 and drain region 22, respectively. The LDD region 23 is a region where the carrier concentration is lower than the carrier concentration of the source region 21 and the drain region 22 and the electric field concentration is reduced.

そして、本実施形態に係る画素TFTでは、チャネル領域20、ソース領域21及びドレイン領域22の結晶粒径を、活性層12の平均結晶粒径よりも大粒径化した大粒径領域40としており、例えば、結晶粒径を800nm程度としている。さらに、LDD領域23の結晶粒径を、活性層12の平均結晶粒径よりも小粒径化した小粒径領域41としており、例えば、結晶粒径を300nm以下している。   In the pixel TFT according to this embodiment, the crystal grain size of the channel region 20, the source region 21, and the drain region 22 is set to a large grain size region 40 that is larger than the average crystal grain size of the active layer 12. For example, the crystal grain size is about 800 nm. Furthermore, the crystal grain size of the LDD region 23 is set to a small grain size region 41 that is smaller than the average crystal grain size of the active layer 12. For example, the crystal grain size is 300 nm or less.

このように、活性層12の結晶粒径を、大粒径領域40と小粒径領域41とに分けることにより、LDD領域23のキャリア移動度についてはさほど向上させることなく、リーク電流を抑制しつつも、画素TFTとしてのオン電流の特性を向上させることができる。   Thus, by dividing the crystal grain size of the active layer 12 into the large grain size region 40 and the small grain size region 41, the leakage current is suppressed without significantly improving the carrier mobility of the LDD region 23. However, the on-current characteristics of the pixel TFT can be improved.

また、このような特性向上を活かし、本実施形態に係る画素TFTを備えた液晶表示素子では、高速駆動化が可能になるとともに、リーク電流の低減により、フリッカやクロストークなどに代表される、リーク性の特性不具合を改善することが可能となる。   In addition, taking advantage of such characteristics improvement, the liquid crystal display element including the pixel TFT according to the present embodiment can be driven at high speed, and the leakage current is reduced, which is typified by flicker and crosstalk. It is possible to improve the leaky characteristic defect.

[2.薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法]
上述した構成の画素TFTは、図2A〜図2Hに示す工程を経て得られる。すなわち、先ずは半導体薄膜を形成する工程であり、図2Aに示すように、合成石英などからなる基板11上に多結晶のシリコン膜(以下「ポリシリコン膜」という)12aを成膜する。
[2. Manufacturing method of thin film transistor (TFT)]
The pixel TFT having the above-described configuration is obtained through the steps shown in FIGS. 2A to 2H. That is, first, a semiconductor thin film is formed. As shown in FIG. 2A, a polycrystalline silicon film (hereinafter referred to as “polysilicon film”) 12a is formed on a substrate 11 made of synthetic quartz or the like.

次いで、ポリシリコン膜12aに同種の不活性なイオンを注入する工程であって、図2Bに示すように、活性層としての電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを適量だけポリシリコン膜12aにイオン注入することにより、均質な非晶質シリコン膜12bに転換する。電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンとしては、例えばSi+イオンが挙げられ、例えば、イオンインプランテーション装置により打ち込まれる。その他、SiF3+イオンも使用可能である。このときの注入量は、固相成長後に所望の結晶粒径が得られるように調整することができる。本実施形態では、イオン注入量を4×1014atms/cmとして、固相成長後の多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が100nm程度となるように調整している。なお、Si+イオンの加速エネルギーは30keV〜50keVに設定している。 Next, in the step of implanting the same kind of inactive ions into the polysilicon film 12a, as shown in FIG. 2B, a suitable amount of inactive ions that do not affect the electrical characteristics as the active layer is added to the polysilicon. By ion implantation into the film 12a, the film is converted into a homogeneous amorphous silicon film 12b. Examples of the inert ions that do not affect the electrical characteristics include Si + ions, and are implanted by, for example, an ion implantation apparatus. In addition, SiF3 + ions can also be used. The injection amount at this time can be adjusted so that a desired crystal grain size can be obtained after solid phase growth. In the present embodiment, the ion implantation amount is 4 × 10 14 atoms / cm 2 and the average crystal grain size of the polycrystalline silicon film after the solid phase growth is adjusted to be about 100 nm. The acceleration energy of Si + ions is set to 30 keV to 50 keV.

次は、チャネル形成領域20aとソース形成領域21aとドレイン形成領域22aとの間にそれぞれ位置するLDD形成領域23a上にマスクを形成する工程である。すなわち、図2Cに示すように、後にLDD領域23が形成される個所である非晶質シリコン膜12bのLDD形成領域23a上に、レジストによりマスク31を形成する。   Next, a mask is formed on the LDD formation region 23a located between the channel formation region 20a, the source formation region 21a, and the drain formation region 22a. That is, as shown in FIG. 2C, a mask 31 is formed with a resist on the LDD formation region 23a of the amorphous silicon film 12b where the LDD region 23 is to be formed later.

そして、LDD形成領域23a上にマスク31を形成した非晶質シリコン膜12b上から同種の不活性なイオンを注入する工程が次の工程となる。この工程は、図2Dに示すように、さらに、活性層としての電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを適量だけマスク31越しに非晶質シリコン膜12bにイオン注入する。電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンとしては、例えばSi+イオンが挙げられ、例えば、イオンインプランテーション装置により打ち込まれる。その他、SiF3+イオンも使用可能である。このとき、本工程における注入量と前工程(図2C参照)での注入量との和は、固相成長後に、LDD領域23を除く領域や図示しない周辺トランジスタにおいて所望の結晶粒径が得られるように調整する。本実施形態では、前工程(図2C参照)の注入量と本工程(図2D参照)の注入量との和が1.2×1015atms/cm程度となるようにして、固相成長後の多結晶シリコン膜の平均結晶粒径が800nm程度をとなるようにしている。本工程(図2D参照)の加速エネルギーは、前工程(図2C参照)と同様に、Si+イオンの加速エネルギーは30keV〜50keVに設定している。 The step of implanting the same kind of inactive ions from the amorphous silicon film 12b in which the mask 31 is formed on the LDD formation region 23a is the next step. In this step, as shown in FIG. 2D, an appropriate amount of inactive ions that do not affect the electrical characteristics of the active layer is ion-implanted through the mask 31 into the amorphous silicon film 12b. Examples of the inert ions that do not affect the electrical characteristics include Si + ions, and are implanted by, for example, an ion implantation apparatus. In addition, SiF3 + ions can also be used. At this time, the sum of the implantation amount in this step and the implantation amount in the previous step (see FIG. 2C) provides a desired crystal grain size in a region other than the LDD region 23 and a peripheral transistor (not shown) after solid phase growth. Adjust as follows. In the present embodiment, solid phase growth is performed so that the sum of the implantation amount in the previous step (see FIG. 2C) and the implantation amount in the present step (see FIG. 2D) is about 1.2 × 10 15 atms / cm 2. The average crystal grain size of the subsequent polycrystalline silicon film is set to about 800 nm. The acceleration energy of this step (see FIG. 2D) is set to 30 keV to 50 keV as in the previous step (see FIG. 2C).

次に、非晶質シリコン膜12bを熱処理により再結晶化する工程として、マスク31を除去するとともに、非晶質シリコン膜12bに600℃〜650℃程度のアニール処理による固相成長を行ない、図2Eに示すような多結晶シリコン化した活性層12を得る。   Next, as a step of recrystallizing the amorphous silicon film 12b by heat treatment, the mask 31 is removed and solid phase growth is performed on the amorphous silicon film 12b by annealing at about 600 ° C. to 650 ° C. As shown in 2E, an active layer 12 formed into polycrystalline silicon is obtained.

このとき、図示するように、マスク31が形成されておらず、イオン注入量の多かった個所は、図2A及び図2Bに示したポリシリコン膜12aよりも大粒径化して大粒径領域40が形成される。符号41は、イオン注入量が少ない個所に形成される小粒径領域を示しており、大粒径領域40よりも小粒径となっている。なお、大粒径領域40は、チャネル形成領域20aとソース形成領域21aとドレイン形成領域22aに一致しており、後の工程によって、チャネル領域20、ソース領域21及びドレイン領域22となる。一方、小粒径領域41はLDD形成領域23aに一致しており、後の工程によってLDD領域23となる。   At this time, as shown in the figure, the portion where the mask 31 is not formed and the ion implantation amount is large is made larger than the polysilicon film 12a shown in FIGS. Is formed. Reference numeral 41 indicates a small particle size region formed at a location where the ion implantation amount is small, and the particle size is smaller than that of the large particle size region 40. Note that the large grain size region 40 coincides with the channel formation region 20a, the source formation region 21a, and the drain formation region 22a, and becomes the channel region 20, the source region 21, and the drain region 22 in a later process. On the other hand, the small particle size region 41 coincides with the LDD formation region 23a and becomes the LDD region 23 in a later process.

活性層12が形成された後は、図2Fに示すように、活性層12上に酸化ケイ素膜を主成分とするゲート絶縁膜13を形成するとともに、ゲート電極14を形成する。ゲート電極14の形成には、P(リン)を添加し、N型導電型を有するポリシリコンや、Mo、Ta、Cr等の比較的融点の高い金属を用いることができる。そして、このゲート電極14をマスクとして、イオン注入装置を用いて低濃度イオン注入を行う。この工程により、低濃度のN型導電性領域が形成される。なお、この低濃度イオン注入工程では、単位面積当たりの不純物濃度が1×1012〜1×1014atoms/cmのP+、As等のイオン種をイオン注入装置を用いて注入し、低濃度のN型導電性領域を形成する。 After the active layer 12 is formed, as shown in FIG. 2F, a gate insulating film 13 mainly composed of a silicon oxide film is formed on the active layer 12, and a gate electrode 14 is formed. The gate electrode 14 can be formed by adding P (phosphorus) and using polysilicon having an N-type conductivity or a metal having a relatively high melting point such as Mo, Ta, or Cr. Then, using this gate electrode 14 as a mask, low concentration ion implantation is performed using an ion implantation apparatus. By this step, a low concentration N-type conductive region is formed. In this low-concentration ion implantation step, ion species such as P + and As having an impurity concentration per unit area of 1 × 10 12 to 1 × 10 14 atoms / cm 2 are implanted using an ion implantation apparatus. N-type conductive regions are formed.

次に、図2Gに示すように、フォトレジスト32を形成し、このフォトレジスト32をマスクとして、イオン注入装置を用いて高濃度イオン注入を行い、高濃度のN型不純物領域を形成する。これにより、チャネル領域20と、ソース領域21と、ドレイン領域22と、LDD領域23とが形成される。なお、この高濃度イオン注入工程では、単位面積当たりの不純物濃度が1×1014〜1×1016atoms/cmのP+、As+等のイオン種をイオン注入装置を用いて注入し、高濃度のN型導電性領域を形成する。 Next, as shown in FIG. 2G, a photoresist 32 is formed, and using this photoresist 32 as a mask, high concentration ion implantation is performed using an ion implantation apparatus to form a high concentration N-type impurity region. As a result, a channel region 20, a source region 21, a drain region 22, and an LDD region 23 are formed. In this high-concentration ion implantation step, ion species such as P + and As + having an impurity concentration per unit area of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 atoms / cm 2 are implanted using an ion implantation apparatus. N-type conductive regions are formed.

フォトレジスト32を除去した後、図2Hに示すように、ゲート絶縁膜13と同じ酸化ケイ素膜を主成分とする層間絶縁膜15を成膜し、アーク炉などを用いて熱処理して活性層12の不純物を拡散させる。本実施形態では、この熱処理にFurnace型のバッチ炉を用い、N雰囲気で1000℃程度の処理を数分〜数十分行うようにしている。Furnace型のバッチ炉の熱処理以外に、RTA(Rapid Thermal Anneal)による熱処理、ELA(Exima Laser Anneal)による熱処理のいずれか、またはこれらを組み合わせて熱処理を行っても良い。 After removing the photoresist 32, as shown in FIG. 2H, an interlayer insulating film 15 mainly composed of the same silicon oxide film as that of the gate insulating film 13 is formed and heat-treated using an arc furnace or the like to be active layer 12 To diffuse impurities. In this embodiment, a Furnace type batch furnace is used for this heat treatment, and a process at about 1000 ° C. is performed for several minutes to several tens of minutes in an N 2 atmosphere. In addition to the heat treatment of the Furnace type batch furnace, heat treatment by RTA (Rapid Thermal Anneal), heat treatment by ELA (Exima Laser Anneal), or a combination thereof may be performed.

その後、電極材料としてのメタルを成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行うことにより、ソース・ドレイン電極16,16を形成し、図1で示した画素TFTを得ることができる。なお、この後は、説明は省略するが、層間絶縁膜の形成、水素化処理、コンタクトの開口、コモン電極の形成、コンタクトの開口、画素電極の取出しなどの工程がある。   Thereafter, a metal as an electrode material is formed, and patterning is performed using a photolithography technique, whereby the source / drain electrodes 16 and 16 are formed, and the pixel TFT shown in FIG. 1 can be obtained. After this, although explanation is omitted, there are processes such as formation of an interlayer insulating film, hydrogenation, contact opening, formation of a common electrode, contact opening, and extraction of a pixel electrode.

以上のように、本実施形態に係る画素TFTの製造方法では、アニール処理前にマスク31越しに、半導体薄膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを注入しておくことで、チャネル領域20、ソース領域21及びドレイン領域22を大粒径領域40とし、LDD領域23を小粒径領域41としている。なお、活性層12として、例えば、ゲルマニウムを用いる場合には、活性層としての電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンとして、ゲルマニウムイオンを用いる。   As described above, in the manufacturing method of the pixel TFT according to the present embodiment, inert ions that do not affect the electrical characteristics of the semiconductor thin film are implanted through the mask 31 before annealing. The channel region 20, the source region 21, and the drain region 22 are a large particle size region 40, and the LDD region 23 is a small particle size region 41. For example, when germanium is used as the active layer 12, germanium ions are used as inert ions that do not affect the electrical characteristics of the active layer.

[3.薄膜トランジスタの特性]
一般に、薄膜トランジスタのLDD領域に光が入射することにより、価電子帯より伝導帯へ励起された電子は、ポテンシャル勾配にしたがってドレインへ流入しようとする。そこで、この過程を、局在準位による「電子捕獲→再結合」の過程により回避して光リークを抑制している。しかし、従来、チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域、及びLDD領域に亘って局在準位が一様に存在するため、オン電流の低下が大きかった。
[3. Characteristics of thin film transistor]
In general, when light enters the LDD region of a thin film transistor, electrons excited from the valence band to the conduction band tend to flow into the drain according to the potential gradient. Therefore, this process is avoided by the process of “electron capture → recombination” by the localized level to suppress light leakage. However, conventionally, since the localized levels exist uniformly over the channel region, the source region, the drain region, and the LDD region, the ON current has been greatly reduced.

それに対して、本実施形態に係る画素TFTは、図3に示すバンドプロファイルから分かるように、小粒径領域41のままのLDD領域23の局在準位により、従来からの「電子捕獲→再結合」過程を維持している。図3中、Evは価電子帯の上端、Ecは伝導帯の下端を示している。   On the other hand, the pixel TFT according to the present embodiment, as can be seen from the band profile shown in FIG. Maintaining the "joining" process. In FIG. 3, Ev indicates the upper end of the valence band, and Ec indicates the lower end of the conduction band.

しかも、チャネル領域20、ソース領域21、ドレイン領域22は大粒径領域40となっているため、電子の移動度は従来よりも高くなり、オン電流の低下を抑制することができる。   In addition, since the channel region 20, the source region 21, and the drain region 22 are large particle size regions 40, the electron mobility is higher than that in the prior art, and a decrease in on-current can be suppressed.

すなわち、図4に示すように、本実施形態に係る画素TFT(TEST)では、チャネル領域20の結晶粒径を大粒径化することにより弱反転領域の特性が飛躍的に向上し、従来のTFT(Ref.)よりもオン電流を2倍以上向上させることができる。しかも、立ち上がり特性が向上し、低い閾電圧(Vth)で動作することが分かった。   That is, as shown in FIG. 4, in the pixel TFT (TEST) according to this embodiment, the characteristics of the weak inversion region are dramatically improved by increasing the crystal grain size of the channel region 20. The on-current can be improved more than twice as compared with TFT (Ref.). In addition, it has been found that the rising characteristics are improved and the operation is performed with a low threshold voltage (Vth).

このように、従来に比べ、本実施形態に係る画素TFTは、リーク特性を維持しつつ、オン電流を向上させることが可能となる。このことから、本実施形態に係る画素TFTでは、画素電位の書き込み能力が大幅に向上する。   As described above, the pixel TFT according to the present embodiment can improve the on-current while maintaining the leakage characteristics as compared with the conventional case. For this reason, in the pixel TFT according to the present embodiment, the writing capability of the pixel potential is greatly improved.

さらに、図5に示すように、本実施形態に係る画素TFT(TEST)の面フリッカの測定結果は従来のTFT(Ref.)と同等であり、光リークの増加傾向は見られないことが分かった。   Further, as shown in FIG. 5, the measurement result of the surface flicker of the pixel TFT (TEST) according to the present embodiment is the same as that of the conventional TFT (Ref.), And it is understood that the increase tendency of the light leak is not seen. It was.

上述してきた画素TFTを液晶表示素子に適用すると、画素部のオン電流が十分に確保できるため、フリッカやクロストークなどのリーク性の特性不具合を改善することが可能となる。したがって、例えば、液晶表示装置における近年のパネル高速駆動化などに容易に対応することが可能となる。   When the above-described pixel TFT is applied to a liquid crystal display element, a sufficient on-current of the pixel portion can be secured, so that it is possible to improve leakage characteristic defects such as flicker and crosstalk. Therefore, for example, it is possible to easily cope with recent panel high-speed driving in a liquid crystal display device.

なお、上述してきた実施形態を通して本発明を説明したが、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。例えば、上述した実施形態では、Nチャネル型の薄膜トランジスタを例にとって説明したが、Pチャネル型TFTであっても構わない。また、上述したように、上述した薄膜トランジスタは液晶表示素子に用いられる画素TFTを例に挙げて説明したが、これに限られず、固体撮像素子やその他の半導体装置にも当然に適用することができる。   Although the present invention has been described through the above-described embodiments, the present invention can be implemented in other forms with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. For example, in the above-described embodiment, an N-channel thin film transistor has been described as an example, but a P-channel TFT may be used. Further, as described above, the above-described thin film transistor has been described by taking a pixel TFT used in a liquid crystal display element as an example, but the present invention is not limited to this, and can naturally be applied to a solid-state imaging element and other semiconductor devices. .

11 基板
12 活性層
14 ゲート電極
16 ソース・ドレイン電極
20 チャネル領域
20a チャネル形成領域
21 ソース領域
21a ソース形成領域
22 ドレイン領域
22a ドレイン形成領域
23 LDD領域
23a LDD形成領域
40 大粒径領域
41 小粒径領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Active layer 14 Gate electrode 16 Source / drain electrode 20 Channel region 20a Channel formation region 21 Source region 21a Source formation region 22 Drain region 22a Drain formation region 23 LDD region 23a LDD formation region 40 Large particle size region 41 Small particle size region

Claims (1)

半導体薄膜を形成する工程と、
前記半導体薄膜に、当該半導体薄膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを注入する工程と、
チャネル形成領域とソース形成領域及びドレイン形成領域との間にそれぞれ位置するLDD形成領域上にマスクを形成する工程と、
前記LDD形成領域上にマスクを形成した半導体薄膜上に、当該半導体薄膜の電気的な特性に影響を及ぼさない不活性なイオンを注入する工程と、
前記半導体薄膜を熱処理により結晶化する工程と、を有する薄膜トランジスタの製造方法
Forming a semiconductor thin film;
Implanting inert ions that do not affect the electrical properties of the semiconductor thin film into the semiconductor thin film;
Forming a mask on the LDD formation region located between the channel formation region and the source formation region and the drain formation region;
Implanting inert ions that do not affect the electrical characteristics of the semiconductor thin film onto the semiconductor thin film having a mask formed on the LDD formation region;
And a step of crystallizing the semiconductor thin film by heat treatment .
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