JPH0572555A - 薄膜トランジスター - Google Patents

薄膜トランジスター

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JPH0572555A
JPH0572555A JP3235096A JP23509691A JPH0572555A JP H0572555 A JPH0572555 A JP H0572555A JP 3235096 A JP3235096 A JP 3235096A JP 23509691 A JP23509691 A JP 23509691A JP H0572555 A JPH0572555 A JP H0572555A
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JP
Japan
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region
polycrystalline silicon
ldd
silicon thin
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JP3235096A
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English (en)
Inventor
Mutsumi Matsuo
睦 松尾
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPH0572555A publication Critical patent/JPH0572555A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高精細アクティブマトリックス液晶パネルの保
持特性・書き込み特性のすぐれた、すなわちIOFF が小
さく、IONが大きいLDD構造の薄膜トランジスターを
提供する。 【構成】LDD構造のパラメータとして、LDD領域の
長さ(Loffset)とLDD領域の不純物濃度(比抵抗)
と、ゲートチャンネル長(Leff)と限定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスターの
構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、絶縁性基板上に形成される薄膜ト
ランジスター(以下TFTと略す)は、アクティブマト
リックス液晶表示装置の画素駆動用素子に用いられてき
た。薄膜として多結晶シリコンを用いると、高い移動度
が得られ、薄膜回路を構成できるという長所があるた
め、ドライバー内蔵アクティブ小型液晶パネルが、電子
式ビューファインダーとして、試作または、量産されつ
つある。しかし、多結晶シリコンTFTは、オフリーク
が高いため、電荷の保持特性がやや悪く非常に小さな画
素の駆動には難があった。これを解決すべく、オフリー
クを下げる構造として、高抵抗不純物領域をソース・ド
レイン領域と、チャンネル領域の間に介在させたLDD
(light-doped-drain )構造が提案され、研究されてき
た。
【0003】文献 SID90 DIGEST(p31
1〜314)において、多結晶シリコンを用いたN型T
FTの特性が示されている。LDD構造のTFTの特徴
は、あるLDDの濃度の時に、ON・OFF比がピーク
になることである。その原因は、高濃度だと、IOFF
増加し、低濃度だとIONが減少することによる。
【0004】
【発明を解決しようとする課題】前記文献は、画素が2
50μm(40mm/160画素)と大きいため、ON
・OFF比の高い条件が好ましいが、超小型高精細パネ
ルを実現するためには画素が数10μmと小さく、電
荷の保持が困難であるため、IOFF を著しく下げ一方I
ONをほぼ同程度に維持する必要がある。
【0005】そこで本発明は、以上の如き欠点をなく
し、IOFF の低下とIONの維持を可能とするLDD構造
のTFTを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
ターは、絶縁性基板上に多結晶シリコン薄膜からなる能
動領域と低抵抗不純物領域からなるソース・ドレイン領
域と、前記能動領域とソース・ドレイン領域を連結する
高抵抗不純物領域からなる薄膜トランジスターにおい
て、前記高抵抗不純物領域のチャンネル方向の長さを
0.1〜1μmとしたことを特徴とする。
【0007】
【実施例】本発明の薄膜トランジスターは、図1の構造
をしている。1は、石英基板またはガラス基板といった
絶縁性基板である。2、3、4は、多結晶シリコン薄膜
であり、2は、低抵抗不純物領域であり、トランジスタ
ーの極性によりP型あれば、ボロン、N型であればリン
原子が不純物として使われ、ソース・ドレイン領域とな
る。3は、能動領域(チャンネル領域)であり、微量の
P型又はN型不純物をドープするか、真性状態で通常用
いる。4は、高抵抗不純物領域であり、LDD領域と呼
ばれる。3、4の領域のチャンネル方向の長さは、それ
ぞれLeff、Loffset と図内に明記した。5は、二酸化シ
リコン膜等のゲート絶縁膜であり、6は、低抵抗多結晶
シリコン膜、又は金属膜等からなるゲート電極である。
7は、層間絶縁膜であり、8、9は、ソース・ドレイン
電極である。8、9のどちらかを、ソース線(データ
線)、他方を画素電極(透明電極)とすれば、TFTは
画素駆動用のスイッチ素子となる。
【0008】ION、IOFF を制御するパラメータは、L
DD領域の長さ(Loffsrt )とLDD領域の不純物濃度
(比抵抗)とチャンネル長(Leff)である。
【0009】図2は、TFTのION、IOFF のLoffset
依存性を示す図である。TFTは、N型ソースドレイン
領域と、真性高抵抗能動領域からなるNchである。構造
パラメータはLeff=4μm、チャンネル幅W=40μm
であり、真性多結晶シリコン薄膜1000Åを熱酸化
(酸化膜厚1200Å)して形成する。21、23は、
GS=10V、VDS=40のION曲線である。22、2
4は、VGS=−5V、VDS=8VのIOFF 曲線である。
21、22は、H2 プラズマアニール前の特性であり、
23、24は、H2 プラズマ後の特性である。IONにつ
いていえば曲線21において、Loffset が1μm以上に
なるとLDD領域の電圧降下が大きくバラツキが増えI
ONが低下して実用レベルにないが、H2 プラズマ処理に
よりIONは向上しバラツキは半減する。IOFF について
は、Loffset が負側すなわち、ゲート電極とソース・ド
レイン電極がオーバーラップしているときバラツキが大
きく、LDD領域ができてから(Loffset が正側)はバ
ラツキが小さくなり一定となる。特にH2 プラズマ処理
によりIOFF の低下は著しく、高精細画素の保持特性は
十分改善される。
【0010】図3は、TFTの、ION、IOFF のLDD
領域の不純物濃度依存性を示す図である。不純物濃度
は、イオン注入法によるリン原子のドーズ量で制御し
た。Loffset は、0.5μmである。31、33は、I
ON曲線、32、34はIOFF 曲線である。31、32は
2 プラズマ前、33、34はH2 プラズマ後の特性で
ある。IOFF は1×1013cm-2以下が小さく、IONは1
×1013以上が、ほぼ一定となる。ON/OFF比では
1×1013cm-2近傍が極大となるが、高精細画素につい
ては書き込み特性は多少犠牲にしても、保持特性を優先
するため、1×1013cm-2以下が好ましい。
【0011】図7は、LDD構造のTFTのVDS=8V
のVGS−VDS曲線である。Loffset=0.5μm、LD
D領域は真性半導体状態である。71は、H2 プラズマ
処理前、72はH2 プラスマ処理後である。曲線71
は、IOFF 領域(VGS負側)でフラットであり、ION
域で、バラツキが大きい。曲線72は、OFFの著しい
以下と、バラツキの少なく、従来構造以上の高いION
得られている。
【0012】図4は、TFTのIOFF (VGS=0V、V
DS=18V)のゲート長依存性を示す図である。41
は、ゲート電極とソース・ドレイン電極がオーバーラッ
プしている従来構造の場合であり、42は、LDD領域
Loffset =0.5μm、ドープなしのH2 プラズマ処理
後の本発明の構造である。実際LDD構造のTFTでC
−MOS駆動回路を構成する場合、同一の消費電流を得
るのに、ゲート長を、3−4μm短くすることが可能に
なる。従来構造で駆動回路を構成する場合、PchTFT
が4〜5μm、NchTFTが5〜6μmがゲート長の下
限になる。したがって、C−MOS駆動回路の一段分
を、画素ピッチに対応させれば5μmルールで−ピッチ
40μmが下限となり、それ以下は、駆動回路の集積が
困難であった。本構造は、ゲート長を短かくできるた
め、2μmルールの高集積化が可能となり、20μmピ
ッチが可能となる。
【0013】LDD構造において、H2 プラズマ処理は
著しいIOFF の低下とIONの向上をもたらす。具体的H
2 プラズマ処理としては、加熱温度300℃、H2 ガス
圧1.2torr、H2 ガス流量600SCCM、RFパワー5
00Wで行なった。
【0014】図5は、本LDD構造のプロセスチャート
である。透明石英基板51上に、減圧CVD法により、
600℃で多結晶シリコン薄膜52を1000Å堆積
し、孤立パターンを形成する。次に、1100℃でドラ
イ酸化し、1200Åの熱酸化シリコン膜53を形成す
る。次に、減圧CVD法により、4000Åの不純物ド
ープされた多結晶シリコン膜54を堆積し、レジスト5
5によりゲート電極パターンを形成し、それをマスク
に、リン原子56を1×1015cm-2、90Kevで注入
し、ソース・ドレイン領域57を形成する。次に、ゲー
ト多結晶シリコン膜をフレオンガスでオーバーエッチ
し、レジストをはくりする。サイドオーバーエッチ量
が、LDD領域のLoffset となり、Loffset 量は、ゲー
ト電極パターンに対し自己整合的であるため、面内均一
になる。さらにこの段階で、リン原子のイオン打込みを
ソース・ドレイン領域よりも低濃度に行なえばLDD領
域が形成される。次に、層間絶縁膜58を堆積し、活性
化アニール後コンタクトホールを開口してソース・ドレ
イン電極59、60を形成すれば、完成する。H2 プラ
ズマ処理は、活性化アニール後ならば、いつ行なっても
よい。
【0015】図6は、別のLDD構造のプロセスチャー
トである。図5とは、LDD領域の形成の方法が若干異
なり、ICのLDDトランジスターの形成方法と類似す
る。すなわち、ゲート電極61をパターン形成後、絶縁
膜を1μm堆積し、異方性ドライエッチ法で、側壁絶縁
膜61を形成する。LDD領域に低濃度のドープする場
合は、ゲート電極形成直後に、リンのイオン打込みをす
ればよい。次に側壁絶縁膜とゲート電極をマスクに、リ
ン原子63のイオン打込みを行ない、ソース・ドレイン
領域64を形成する。LDD領域は、側壁絶縁膜61直
下に形成される。次に、層間絶縁膜65を堆積し、活性
化アニール後、コンタクトホールを開口し、ソース・ド
レイン電極66、67を形成すれば完成する。
【0016】この他にも、LDD構造のつくり方は種々
あるが、LDD部の長さLoffset の量を均一にすること
が重要であるため、ゲート電極に対して自己整合的であ
ることが好ましい。また、ICのLDD構造に比べ、活
性化アニールにより、多結晶シリコン中の不純物の横拡
散量が大きいため、活性化アニール温度を900℃以下
に下げたり、あらかじめ横拡散量を見込んでLoffset 量
を大きくするプロセスが重要となる。
【0017】また、本構造はNchTFTに的をしぼり説
明して来たがPchTFTにおいても同様のことが言え
る。
【0018】
【発明の効果】以上述べた本発明により、LDD領域の
Loffset 量を0.1〜1μmとしたことで、IONを維持
したままでIOFF の低下が可能となる一方、バラツキを
おさえることもできる。LDD領域の濃度は、低濃度ほ
どIOFF が低下し、H2 プラズマ処理はさらにIOFF
低下し、IONの向上をもたらした、これにより、画素サ
イズ数10μmの保持特性、書き込み特性が満足できる
高精細液晶パネル用画素駆動TFTが可能になった。
【0019】一方、ゲート長を現状品に比べ、3〜4μ
m短くすることができるため、高集積の駆動回路を絶縁
基板上に構成できるという長所もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のTFT構造を示す断面図。
【図2】本発明のTFTのION、IOFF のLoffset 依存
性を示す図。
【図3】本発明のTFTのION、IOFF のLDD領域の
不純物濃度依存性を示す図。
【図4】本発明のTFTのIOFF のゲート長依存性を示
す図。
【図5】
【図6】本発明のLDD構造のTFTのプロセスチャー
ト。
【図7】本発明のTFTのVGS−VDS特性を示す図。
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 ソース・ドレイン領域(低抵抗不純物領域) 3 チャンネル領域(能動領域) 4 LDD領域(高抵抗不純物領域) 5 ゲート絶縁膜 6 ゲート電極 7 層間絶縁膜 8 ソース電極 9 ドレイン電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上に多結晶シリコン薄膜からな
    る能動領域と、低抵抗不純物領域からなるソース・ドレ
    イン領域と、前記能動領域とソース・ドレイン領域を連
    結する高抵抗不純物領域からなる薄膜トランジスターに
    おいて、前記高抵抗不純物領域のチャンネル方向の長さ
    を0.1〜1μmとしたことを特徴とする薄膜トランジ
    スター。
  2. 【請求項2】前記高抵抗不純物領域は、イオン注入法で
    ドーズ量を1×1013cm-2以下とする(イオン注入無し
    を含む)ことを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジ
    スター。
  3. 【請求項3】能動領域のゲート長を5μm以下とするこ
    とを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスター。
JP3235096A 1991-09-13 1991-09-13 薄膜トランジスター Pending JPH0572555A (ja)

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