JPH09139504A - Coplanar type thin film transistor, its manufacture, and liquid crystal display using it - Google Patents

Coplanar type thin film transistor, its manufacture, and liquid crystal display using it

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JPH09139504A
JPH09139504A JP29580595A JP29580595A JPH09139504A JP H09139504 A JPH09139504 A JP H09139504A JP 29580595 A JP29580595 A JP 29580595A JP 29580595 A JP29580595 A JP 29580595A JP H09139504 A JPH09139504 A JP H09139504A
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JP
Japan
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semiconductor layer
semiconductor
thin film
source
gate electrode
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Application number
JP29580595A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukihiko Nakada
行彦 中田
Yasuaki Murata
康明 村田
Atsushi Yoshinouchi
淳 芳之内
Michihide Ayukawa
通英 鮎川
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a TFT(thin film transistor) wherein electron mobility is increased, channel length is reduced, and self-alignment is perfect, and shorten the manufacturing process without using silicide. SOLUTION: A light shielding film 2 of Ta is formed on a glass substrate 1, and an SiO2 insulating film 3 covering the film 2 is formed, on which a film of I-type microcrystal silicon 4 is formed as a semiconductor layer and patterned in an island type. After a gate insulating film 5 is formed on the semiconductor layer, Al-Si alloy is sputtered on the film 5, and patterned in a gate electrode 6. The semiconductor layer is subjected to ion doping by using the gate electrode as a mask, and source.drain regions 7, 8 are formed. An interlayer insulating film 9 of Si3 N4 is formed. A contact hole penetrating the gate insulating film 5 and the interlayer insulating film 9 is formed by a patterning process and an etching process. A source.drain electrodes 11, 12 are formed by patterning the Al-Si alloy.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主に液晶ディスプ
レイに用いられるコプラナ型薄膜トランジスタ(Thin F
ilm Transistor;TFT)およびその製造方法と、それ
を用いた液晶表示装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coplanar thin film transistor (Thin F Thin Film Transistor) mainly used for liquid crystal displays.
The present invention relates to an ilm transistor (TFT), a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は、主に液晶ディスプレイに用いら
れ、従来技術によって製造した薄膜トランジスタ61の
構造を示す断面図である。まず、図5に基づいて、上記
薄膜トランジスタ61の製造工程を説明すると以下のと
おりである。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a sectional view showing a structure of a thin film transistor 61 which is mainly used in a liquid crystal display and manufactured by a conventional technique. First, the manufacturing process of the thin film transistor 61 will be described with reference to FIG.

【0003】上記薄膜トランジスタ61は、樹脂または
ガラスなどの透明で、かつ電気絶縁性を有する基板62
上に、クロム等の金属膜から成る帯状のゲート電極63
と、上記ゲート電極63を覆うように形成される窒化シ
リコン(SiNx )のゲート絶縁膜64と、アモルファ
スシリコンから成る半導体層65と、チャネル保護膜6
6と、リン等の不純物をドープしたオーミックコンタク
ト層67、68と、クロム等の金属から成るソース電極
69およびドレイン電極70と、保護層71とがこの順
で積層されて構成されている。
The thin film transistor 61 is made of a transparent or electrically insulating substrate 62 such as resin or glass.
A band-shaped gate electrode 63 made of a metal film such as chromium
A gate insulating film 64 of silicon nitride (SiN x ) formed so as to cover the gate electrode 63, a semiconductor layer 65 made of amorphous silicon, and a channel protection film 6.
6, ohmic contact layers 67 and 68 doped with impurities such as phosphorus, a source electrode 69 and a drain electrode 70 made of metal such as chromium, and a protective layer 71 are laminated in this order.

【0004】上述のように、基板62上にまずゲート電
極63が形成される構造の薄膜トランジスタ61は、逆
スタガ型と呼ばれている。これに対して、図示はしない
が、基板上にまずソース電極およびドレイン電極が形成
される構造の薄膜トランジスタは、上述の逆スタガ型に
対して順スタガ型と呼ばれている。
As described above, the thin film transistor 61 having a structure in which the gate electrode 63 is first formed on the substrate 62 is called an inverted stagger type. On the other hand, although not shown, a thin film transistor having a structure in which a source electrode and a drain electrode are first formed on a substrate is called a forward stagger type as opposed to the above-mentioned inverted stagger type.

【0005】逆スタガ型の上記薄膜トランジスタ61で
は、半導体層65上にオーミックコンタクト層67、6
8を形成するにあたって、ソース電極69およびドレイ
ン電極70に対応してオーミックコンタクト層67、6
8を分離するためのチャネル72部分のエッチング時
に、半導体層65までエッチングしてしまわないよう
に、上記半導体層65上に通常、上記チャネル保護膜6
6を形成する。
In the inverted staggered thin film transistor 61, ohmic contact layers 67 and 6 are formed on the semiconductor layer 65.
8 is formed, ohmic contact layers 67 and 6 are formed corresponding to the source electrode 69 and the drain electrode 70.
In order to prevent the semiconductor layer 65 from being etched at the time of etching the channel 72 portion for separating the channel 8, the channel protective film 6 is usually formed on the semiconductor layer 65.
6 is formed.

【0006】この場合、得られた薄膜トランジスタ61
の信頼性、特性は良いが、上記チャネル保護膜66を形
成するために、完全自己整合ができず、また、チャネル
長を通常の10μm程度よりも短くするのが難しいとい
う問題が生じていた。
In this case, the obtained thin film transistor 61
However, since the channel protective film 66 is formed, complete self-alignment is not possible, and it is difficult to shorten the channel length to less than the usual 10 μm.

【0007】これに対して、チャネル長を短くするため
に、上記チャネル保護膜66を用いずに薄膜トランジス
タ61を完成させる方法もある。しかし、その方法で
は、チャネル72部分のエッチング時に、半導体層65
までエッチングしてしまうおそれがあるため、半導体層
65の膜厚を厚くする必要がある。その結果、ゲート電
極をマスクとした裏面露光ができず、自己整合ができな
いという問題が生ずる。
On the other hand, there is also a method of completing the thin film transistor 61 without using the channel protective film 66 in order to shorten the channel length. However, according to this method, when the channel 72 is etched, the semiconductor layer 65
Therefore, the semiconductor layer 65 needs to be thick. As a result, backside exposure cannot be performed using the gate electrode as a mask, which causes a problem that self-alignment cannot be performed.

【0008】そこで、チャネル保護膜を用いて完全自己
整合し、かつチャネル長を短くしようとした逆スタガ型
薄膜トランジスタが、特開昭63−168052号公報
に開示されている。上記公報に記載された薄膜トランジ
スタの製造工程を示す断面図を図6に示し、以下、図6
に基づいて上記薄膜トランジスタの製造工程について説
明する。
In view of this, an inverted staggered thin film transistor, which uses a channel protective film to achieve complete self-alignment and shortens the channel length, is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-168052. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film transistor described in the above publication.
The manufacturing process of the thin film transistor will be described based on FIG.

【0009】まず、図6(a)に示すように、ガラスな
どの絶縁性基板81上に、ゲート金属としてクロムなど
の金属をスパッタし、パターニングしてゲート電極82
に成形する。次に、窒化シリコン(SiNx )のゲート
絶縁膜83、非晶質シリコン膜84、酸化シリコン(S
iOx )のチャネル保護膜85をプラズマCVD法によ
りこの順序で積層し、さらに、上記非晶質シリコン膜8
4と上記チャネル保護膜85を島状にパターニングす
る。その後、フォトレジスト86を表面に被覆し、ゲー
ト側よりゲートをマスクとして裏面露光を行う。
First, as shown in FIG. 6A, a gate electrode 82 is formed by sputtering a metal such as chromium as a gate metal on an insulating substrate 81 such as glass and patterning it.
Mold into Next, a silicon nitride (SiN x ) gate insulating film 83, an amorphous silicon film 84, and a silicon oxide (S
A channel protection film 85 of iO x ) is laminated in this order by a plasma CVD method, and further the amorphous silicon film 8 is formed.
4 and the channel protection film 85 are patterned in an island shape. After that, the photoresist 86 is coated on the surface, and the back surface is exposed from the gate side using the gate as a mask.

【0010】上記フォトレジスト86をパターニングし
た後、上記フォトレジスト86をマスクにして、図6
(b)に示すように、上記チャネル保護膜85をパター
ニングする。次に、上記チャネル保護膜85をマスクと
して、上記非晶質シリコン膜84に不純物原子としての
リンをイオン注入し、ソース・ドレイン領域87を形成
する。続いて、図6(c)に示すように、ソース・ドレ
イン電極用金属88として、クロムなどの金属をスパッ
タする。このとき、ソース・ドレイン電極用金属88と
ソース・ドレイン領域87との間には、シリサイド層8
9(図6(d)参照)が形成される。その後、図6
(d)に示すように、ソース・ドレイン電極用金属88
をエッチングしてソース・ドレイン電極90にパターニ
ングし、薄膜トランジスタ91を完成する。
After patterning the photoresist 86, the photoresist 86 is used as a mask as shown in FIG.
As shown in (b), the channel protection film 85 is patterned. Next, with the channel protective film 85 as a mask, phosphorus as impurity atoms is ion-implanted into the amorphous silicon film 84 to form source / drain regions 87. Subsequently, as shown in FIG. 6C, a metal such as chromium is sputtered as the source / drain electrode metal 88. At this time, the silicide layer 8 is formed between the source / drain electrode metal 88 and the source / drain region 87.
9 (see FIG. 6D) is formed. After that, FIG.
As shown in (d), metal 88 for source / drain electrodes
Is etched to pattern the source / drain electrodes 90 to complete the thin film transistor 91.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報で
は、ソース・ドレイン電極用金属88とソース・ドレイ
ン領域87との間に、抵抗を下げるためにシリサイド層
89を形成しているが、確実にシリサイド層89を形成
するためには、150℃で20分間アニールを行った
り、また、ソース・ドレイン電極用金属88をエッチン
グしてパターニングする際に、シリサイド層89までも
エッチングしないように工夫する必要があり、製作工程
が増加するという問題が生ずる。さらにまた、シリサイ
ド層89がチャネル保護膜85の上面や側面に形成され
る場合があり、その際にリークが発生し、オフ電流が大
きくなる問題も生ずる。そのため、オフ電流を低下させ
るためにチャネル保護膜85上などに形成されたシリサ
イド層89をエッチングして除去する場合は、エッチン
グできるようにチャネル保護膜85を大きくする必要が
ある。その結果、チャネル長が長くなると共に、シリサ
イド層89をエッチングする分だけ製作工程が増加する
という問題も生ずる。
However, in the above publication, the silicide layer 89 is formed between the source / drain electrode metal 88 and the source / drain region 87 in order to reduce the resistance. In order to form the silicide layer 89, it is necessary to perform annealing at 150 ° C. for 20 minutes, and to devise not to etch the silicide layer 89 when the source / drain electrode metal 88 is etched and patterned. Therefore, there is a problem that the number of manufacturing processes is increased. Furthermore, the silicide layer 89 may be formed on the upper surface or the side surface of the channel protective film 85, and at that time, a leak occurs and the off current increases. Therefore, when the silicide layer 89 formed on the channel protective film 85 or the like is removed by etching in order to reduce the off current, the channel protective film 85 needs to be large so that it can be etched. As a result, the channel length becomes longer, and the number of manufacturing steps increases due to the etching of the silicide layer 89.

【0012】また、半導体層が非晶質半導体膜である場
合、イオンドーピングを行ってもソース・ドレイン領域
における導電率が1.0×10-4/Ωcmと低い。その結
果、ソース・ドレイン領域における電圧降下によりオン
電流が減少するという問題も生ずる。
When the semiconductor layer is an amorphous semiconductor film, the conductivity in the source / drain regions is as low as 1.0 × 10 −4 / Ωcm even if ion doping is performed. As a result, there is a problem that the on-current decreases due to the voltage drop in the source / drain regions.

【0013】更に、一般的に、チャネル保護膜の有無に
かかわらず、逆スタガ型薄膜トランジスタの製造工程に
おいて、ゲート電極及びソース・ドレイン電極の形成は
その構造上、最初の方の工程で行われる。そのため、ア
ルミニウム(Al)などの低抵抗金属は、その後工程で
の熱によりヒロックが発生しやすく、大型または高精細
なパネルを駆動させるために、電極金属材料としてアル
ミニウムなどの低抵抗金属を使用することが難しいとい
う問題も生ずる。
Further, in general, in the manufacturing process of the inverted staggered thin film transistor, the formation of the gate electrode and the source / drain electrodes is performed in the first process due to its structure regardless of the presence or absence of the channel protective film. Therefore, a low resistance metal such as aluminum (Al) is likely to cause hillocks due to heat in the subsequent process, and a low resistance metal such as aluminum is used as an electrode metal material in order to drive a large-sized or high-definition panel. There is also the problem that it is difficult.

【0014】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、低抵抗金属を電極に使用
すると共に、チャネル長の短い、電子移動度の高い、完
全自己整合したコプラナ型薄膜トランジスタおよびその
製造方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to use a low resistance metal for an electrode and to have a short channel length, a high electron mobility, and a complete self-alignment. It is to provide a coplanar thin film transistor and a manufacturing method thereof.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るコ
プラナ型薄膜トランジスタは、上記の課題を解決するた
めに、絶縁基板上に形成された半導体層と、その上部に
形成されたゲート電極と、少なくとも該ゲート電極の下
に形成されたゲート絶縁膜と、ソース・ドレイン領域
と、該ソース・ドレイン領域と電気的に接続されたソー
ス・ドレイン電極とからなるコプラナ型薄膜トランジス
タにおいて、上記の半導体層の少なくとも膜厚方向の一
部分が微結晶半導体であり、上記ゲート電極の真下を除
いた該半導体層の少なくとも微結晶半導体部分に不純物
を含むソース・ドレイン領域を形成したこと特徴として
いる。
In order to solve the above-mentioned problems, a coplanar thin film transistor according to the invention of claim 1 has a semiconductor layer formed on an insulating substrate and a gate electrode formed on the semiconductor layer. A coplanar thin film transistor comprising at least a gate insulating film formed under the gate electrode, a source / drain region, and a source / drain electrode electrically connected to the source / drain region. Is characterized in that at least a part in the film thickness direction is a microcrystalline semiconductor, and source / drain regions containing impurities are formed in at least the microcrystalline semiconductor portion of the semiconductor layer except directly under the gate electrode.

【0016】上記の構成により、絶縁基板上に半導体層
が形成されている。この半導体層の少なくとも膜厚方向
の一部分は微結晶半導体から成っており、ソース・ドレ
イン領域を有している。この半導体層の上部にはゲート
電極が形成され、少なくとも上記ゲート電極の下にゲー
ト絶縁膜が形成される。また、ソース・ドレイン電極は
上記ソース・ドレイン領域と電気的に接続されるように
形成されている。
With the above structure, the semiconductor layer is formed on the insulating substrate. At least part of this semiconductor layer in the film thickness direction is made of a microcrystalline semiconductor and has source / drain regions. A gate electrode is formed on the semiconductor layer, and a gate insulating film is formed at least under the gate electrode. The source / drain electrodes are formed so as to be electrically connected to the source / drain regions.

【0017】ソース・ドレイン領域はゲート電極の真下
を除いた領域に対応しており、ソース・ドレイン領域に
は不純物が注入されている。これにより、ソース・ドレ
イン領域はゲート電極と自己整合して得られることにな
る。
The source / drain regions correspond to the regions except directly under the gate electrode, and impurities are implanted in the source / drain regions. As a result, the source / drain regions are obtained by self-alignment with the gate electrode.

【0018】以上のように、半導体層の少なくとも膜厚
方向の一部分が微結晶半導体からなる場合、不純物注入
後のソース・ドレイン領域の導電率は、非晶質半導体か
ら成る従来の場合よりも大きくなる。このため、電子移
動度が増加するので、抵抗を下げるため従来必要であっ
たシリサイドを形成することなく、チャネル長を確実に
しかも大幅に短くできる。
As described above, when at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction is made of a microcrystalline semiconductor, the conductivity of the source / drain regions after the impurity implantation is higher than that of the conventional case made of an amorphous semiconductor. Become. As a result, the electron mobility is increased, so that the channel length can be reliably and significantly shortened without forming a silicide, which is conventionally required to reduce the resistance.

【0019】請求項2の発明に係るコプラナ型薄膜トラ
ンジスタは、上記の課題を解決するために、請求項1の
構成において、半導体層の少なくとも膜厚方向の一部分
がシリコンゲルマニウムSiGex (0≦x≦1)、シ
リコンカーボンSiCx (0≦x≦1)、窒化シリコン
Si3 x (0≦x≦4)、酸化シリコンSiOx (0
≦x≦2)の微結晶半導体からなることを特徴としてい
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a coplanar thin film transistor according to a second aspect of the present invention has the structure according to the first aspect, wherein at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction is made of silicon germanium SiGe x (0 ≦ x ≦). 1), silicon carbon SiC x (0 ≦ x ≦ 1), silicon nitride Si 3 N x (0 ≦ x ≦ 4), silicon oxide SiO x (0
It is characterized in that it is made of a microcrystalline semiconductor of ≦ x ≦ 2).

【0020】上記の構成により、請求項1の構成による
作用に加えて、シリコンカーボンSiCx 、窒化シリコ
ンSi3 x 、酸化シリコンSiOx の微結晶半導体
は、半導体層の形成された従来の非晶質半導体に比べて
バンドギャップが大きいので、この薄膜トランジスタに
光が照射されても、電子が価電子帯から伝導帯へ励起さ
れず、したがって、オフ電流は増加しにくくなる。した
がって、上記の微結晶半導体を上記半導体層の少なくと
も膜厚方向の一部分に形成して薄膜トランジスタを製作
すれば、強い強度の光を用いるプロジェクション型液晶
パネルにも好適に用いることができる。また、シリコン
ゲルマニウムSiGex の微結晶半導体は、バンドギャ
ップを狭く制御することができるので、この微結晶半導
体を半導体層の少なくとも膜厚方向の一部分に形成して
薄膜トランジスタを製作すれば、上記の薄膜トランジス
タを低電圧で駆動させることができる。
With the above structure, in addition to the function of the first aspect, the microcrystalline semiconductor of silicon carbon SiC x , silicon nitride Si 3 N x , and silicon oxide SiO x is a conventional non-crystalline semiconductor having a semiconductor layer. Since the band gap is larger than that of a crystalline semiconductor, even if light is irradiated to this thin film transistor, electrons are not excited from the valence band to the conduction band, and thus the off current is less likely to increase. Therefore, if the thin film transistor is manufactured by forming the microcrystalline semiconductor on at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction, the thin film transistor can be suitably used for a projection type liquid crystal panel using light of high intensity. In addition, since the band gap of the silicon germanium SiGe x microcrystalline semiconductor can be controlled to be narrow, if the microcrystalline semiconductor is formed on at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction to manufacture a thin film transistor, the above-mentioned thin film transistor can be manufactured. Can be driven at a low voltage.

【0021】請求項3の発明に係るコプラナ型薄膜トラ
ンジスタは、上記の課題を解決するために、請求項1の
構成において、半導体層が非晶質半導体と微結晶半導体
とを積層したことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a coplanar thin film transistor according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the structure of the first aspect, the semiconductor layer is formed by laminating an amorphous semiconductor and a microcrystalline semiconductor. There is.

【0022】上記の構成により、請求項1の構成による
作用に加えて、上記微結晶半導体を上記非晶質半導体と
積層しない場合に比べて、コプラナ型薄膜トランジスタ
のオン電流を著しく増加させることができる。
With the above structure, in addition to the effect of the structure of claim 1, the on-current of the coplanar thin film transistor can be significantly increased as compared with the case where the microcrystalline semiconductor is not laminated with the amorphous semiconductor. .

【0023】しかも、非晶質半導体は、微結晶半導体よ
りも速い速度で成膜されるので、上記のように非晶質半
導体と微結晶半導体とを積層することによって、微結晶
半導体を単独で形成する場合よりも全体として成膜に要
する時間を大幅に短縮することができると共に、スルー
プットを改善することができる。
Moreover, since the amorphous semiconductor is formed at a faster speed than the microcrystalline semiconductor, the amorphous semiconductor and the microcrystalline semiconductor are stacked as described above, so that the microcrystalline semiconductor can be used alone. The time required for the film formation as a whole can be significantly shortened as compared with the case where the film is formed, and the throughput can be improved.

【0024】また、例えば、非晶質半導体層を形成後に
微結晶半導体層を形成すると、微結晶半導体の成膜時に
おける水素プラズマにより、下層が還元されるのを防止
することができると共に、半導体層において、チャネル
が形成される部分に膜質の悪い成膜初期の非晶質半導体
を削除し、膜質の良い非晶質半導体を導入することがで
きる。
Further, for example, when the microcrystalline semiconductor layer is formed after the amorphous semiconductor layer is formed, the lower layer can be prevented from being reduced by hydrogen plasma at the time of film formation of the microcrystalline semiconductor, and at the same time, the semiconductor can be prevented. In the layer, an amorphous semiconductor having a poor film quality at the beginning of film formation can be removed and a good amorphous semiconductor can be introduced into a portion where a channel is formed.

【0025】請求項4の発明に係るコプラナ型薄膜トラ
ンジスタの製造方法は、上記の課題を解決するために、
絶縁基板上に少なくとも膜厚方向の一部分が微結晶半導
体を含む半導体層を形成する工程と、該半導体層を覆う
ように絶縁膜を形成する工程と、金属膜を形成しパター
ニングすることによりゲート電極とする工程と、該ゲー
ト電極または該ゲート電極とその上のレジストとをマス
クとして上記の半導体層の少なくとも微結晶半導体部分
に不純物を注入する工程と、金属膜を形成しパターニン
グすることにより該不純物を注入した半導体領域と電気
的に接続したソース・ドレイン電極を形成する工程とを
含むことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a coplanar thin film transistor according to a fourth aspect of the present invention,
A step of forming a semiconductor layer including a microcrystalline semiconductor at least partly in the film thickness direction on an insulating substrate, a step of forming an insulating film so as to cover the semiconductor layer, and a gate electrode by forming and patterning a metal film And a step of injecting impurities into at least the microcrystalline semiconductor portion of the semiconductor layer using the gate electrode or the gate electrode and the resist thereon as a mask, and forming the metal film and patterning the impurities. And forming a source / drain electrode electrically connected to the implanted semiconductor region.

【0026】上記の構成により、絶縁基板上に半導体層
が形成される。この半導体層の少なくとも膜厚方向の一
部分は微結晶半導体から成っている。上記半導体層を覆
うように絶縁膜が形成される。この絶縁膜上に金属膜が
形成され、パターニングされてゲート電極が形成され
る。その後、上記ゲート電極またはその上に形成される
レジストをマスクとして、上記半導体層の少なくとも微
結晶半導体部分に不純物が注入される。この結果、不純
物が注入された半導体領域は、ゲート電極と自己整合し
て得られることになる。
With the above structure, the semiconductor layer is formed on the insulating substrate. At least a part of this semiconductor layer in the film thickness direction is made of a microcrystalline semiconductor. An insulating film is formed so as to cover the semiconductor layer. A metal film is formed on this insulating film and patterned to form a gate electrode. Then, impurities are implanted into at least the microcrystalline semiconductor portion of the semiconductor layer using the gate electrode or the resist formed thereon as a mask. As a result, the impurity-implanted semiconductor region is obtained by self-alignment with the gate electrode.

【0027】その後、金属膜が形成され、パターニング
されてソース・ドレイン電極が形成される。このソース
・ドレイン電極は、不純物が注入された半導体領域と電
気的に接続される。
After that, a metal film is formed and patterned to form source / drain electrodes. The source / drain electrodes are electrically connected to the semiconductor region in which the impurities are implanted.

【0028】以上のように、少なくとも膜厚方向の一部
分が微結晶半導体からなる半導体層に対して、少なくと
も微結晶半導体部分に不純物が注入されるので、不純物
注入後の半導体領域の導電率は、非晶質半導体から成る
従来の場合よりも大きくなる。このため、電子移動度が
増加するので、抵抗を下げるため従来必要であったシリ
サイドを形成することなく、チャネル長を確実にしかも
大幅に短くできる。
As described above, since the impurity is injected into at least the microcrystalline semiconductor portion of the semiconductor layer at least a part of which in the film thickness direction is made of the microcrystalline semiconductor, the conductivity of the semiconductor region after the impurity implantation is: It is larger than the conventional case made of an amorphous semiconductor. As a result, the electron mobility is increased, so that the channel length can be reliably and significantly shortened without forming a silicide, which is conventionally required to reduce the resistance.

【0029】請求項5の発明に係る液晶表示装置は、上
記の課題を解決するために、請求項1に記載のコプラナ
型薄膜トランジスタを用いることを特徴としている。
A liquid crystal display device according to a fifth aspect of the invention is characterized by using the coplanar thin film transistor according to the first aspect in order to solve the above problems.

【0030】上記の構成により、請求項1に記載のコプ
ラナ型薄膜トランジスタは、非晶質半導体を成膜してい
た従来の薄膜トランジスタに比べて、オン電流をおよそ
1.5倍に向上させることができる。したがって、上記
のコプラナ型薄膜トランジスタを液晶ディスプレイに採
用した場合に、10.4インチVGA(Video Graphics
Array)の開口率を従来の60%から65%に改善する
ことができると共に、液晶ディスプレイを明るくするこ
とができる。また、オン電流の増加により、従来は困難
であった17インチの1280×3×1024の絵素を
持つエンジニアリングワークステーション用の液晶ディ
スプレイを作製することができる。
With the above structure, the coplanar type thin film transistor according to the first aspect can improve the on-current by about 1.5 times as compared with the conventional thin film transistor in which the amorphous semiconductor is formed. . Therefore, when the above coplanar thin film transistor is adopted in a liquid crystal display, a 10.4 inch VGA (Video Graphics)
The aperture ratio of the array can be improved from 60% to 65%, and the liquid crystal display can be brightened. Further, due to the increase in on-current, it is possible to manufacture a liquid crystal display for an engineering workstation having 17-inch 1280 × 3 × 1024 picture elements, which was difficult in the past.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

〔実施の形態1〕図1は、本発明の実施の一形態であっ
て、コプラナ型の薄膜トランジスタの製造工程を示す断
面図である。以下、図1に基づいてその製造工程を詳細
に説明する。
[First Embodiment] FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a coplanar thin film transistor, which is one embodiment of the present invention. The manufacturing process will be described in detail below with reference to FIG.

【0032】まず、図1(a)に示すように、電気絶縁
性基板である透明なガラス基板1上に、タンタル(T
a)をスパッタリングによって膜厚150nm成膜し、
それを島状にパターニングして遮光膜2を形成する。次
に、上記遮光膜2を覆うように酸化シリコン(Si
2 )をスパッタして、膜厚200nmのSiO2 の絶
縁膜3を形成する。続いて、上記絶縁膜3上に、基板温
度350℃、圧力110Pa、RFパワー400Wの条
件で、水素希釈率(H2 /SiH4 )約130倍のシラ
ン(SiH4 )15sccm、水素(H2 )2000s
ccmを用いて、プラズマCVD法により半導体層とし
てi型微結晶シリコン4を70nm成膜する。その後、
CF4 を280sccm、O2 を120sccm、RF
パワー500Wの条件で、上記i型微結晶シリコン4を
島状にドライエッチングする。
First, as shown in FIG. 1A, tantalum (T) is deposited on a transparent glass substrate 1 which is an electrically insulating substrate.
a) is formed into a film having a thickness of 150 nm by sputtering,
It is patterned into an island shape to form the light shielding film 2. Next, silicon oxide (Si
O 2 ) is sputtered to form a SiO 2 insulating film 3 having a thickness of 200 nm. Then, on the insulating film 3, under the conditions of a substrate temperature of 350 ° C., a pressure of 110 Pa, and an RF power of 400 W, a hydrogen dilution ratio (H 2 / SiH 4 ) of about 130 times silane (SiH 4 ) 15 sccm, hydrogen (H 2 ) 2000s
Using ccm, i-type microcrystalline silicon 4 is deposited to 70 nm as a semiconductor layer by a plasma CVD method. afterwards,
CF 4 280sccm, O 2 120sccm, RF
The i-type microcrystalline silicon 4 is dry-etched into an island shape under the condition of a power of 500 W.

【0033】次に、基板温度300℃、圧力110P
a、RFパワー1000Wの条件で、シラン(Si
4 )150sccm、アンモニア(NH3 )200s
ccm、窒素(N2 )2000sccmを用いて、プラ
ズマCVD法により、図1(b)に示すように、島状に
形成された上記i型微結晶シリコン4を覆うように、絶
縁膜としての窒化シリコン(Si3 4 )のゲート絶縁
膜5を約200nm成膜する。続いて、シリコン(S
i)を2at%含むアルミニウム−シリコン(Al−S
i)合金をスパッタして膜厚350nm形成し、パター
ニングを行ってゲート電極6を形成する。その後、ヒロ
ック現象を抑制するため、上記ゲート電極6を100n
m陽極酸化する。
Next, the substrate temperature is 300 ° C. and the pressure is 110P.
a, silane (Si
H 4 ) 150 sccm, ammonia (NH 3 ) 200 s
Nitrogen as an insulating film is formed by plasma CVD using ccm and 2000 sccm of nitrogen (N 2 ) so as to cover the i-type microcrystalline silicon 4 formed in an island shape as shown in FIG. 1B. A gate insulating film 5 of silicon (Si 3 N 4 ) is formed to a thickness of about 200 nm. Then, silicon (S
i-containing 2 at% aluminum-silicon (Al-S
i) The alloy is sputtered to form a film having a thickness of 350 nm, and patterned to form the gate electrode 6. Then, in order to suppress the hillock phenomenon, the gate electrode 6 is set to 100 n.
m Anodize.

【0034】次に、ゲート電極6をマスクとして、イオ
ンドーピング装置によりゲート絶縁膜5上から、ゲート
電極6の真下の領域を除いたi型微結晶シリコン4にP
3をイオンドーピングする。このときのドーピング条
件は、イオンのエネルギーが100keVで、ドーズ量
が1.0×1016イオン/cm2 である。この結果、図
1(c)に示すように、半導体領域として導電率5.0
×10-1/Ωcmの低抵抗なn+型微結晶シリコンから
なるソース・ドレイン領域7、8を形成する。また、こ
のとき、上記ソース・ドレイン領域7、8は、ゲート電
極6と自己整合して得られることになる。
Next, using the gate electrode 6 as a mask, the i-type microcrystalline silicon 4 is removed from above the gate insulating film 5 by an ion doping apparatus except the region directly below the gate electrode 6.
Ion-doping with H 3 . The doping conditions at this time are an ion energy of 100 keV and a dose amount of 1.0 × 10 16 ions / cm 2 . As a result, as shown in FIG. 1C, the semiconductor region has a conductivity of 5.0.
Source / drain regions 7 and 8 made of n + type microcrystalline silicon having a low resistance of × 10 -1 / Ωcm are formed. At this time, the source / drain regions 7 and 8 are obtained by self-alignment with the gate electrode 6.

【0035】続いて、基板温度270℃、圧力110P
a、RFパワー1000Wの条件で、シラン(Si
4 )150sccm、アンモニア(NH3 )200s
ccm、窒素(N2 )2000sccmを用いて、プラ
ズマCVD法により、図1(d)に示すように、窒化シ
リコン(Si3 4 )の層間絶縁膜9を約250nm形
成する。その後、錫(Sn)5at%を含む酸化インジ
ウム(Indium Tin Oxide;ITO)をスパッタし、エッ
チングを行って絵素電極10を形成する。さらにその
後、層間絶縁膜9を貫通するコンタクトホールをパター
ニングおよびエッチングによって形成する。そして、図
示はしないが、上記コンタクトホール内にまずバリア層
としてチタン(Ti)を15nm形成し、続いて、シリ
コン(Si)を2at%含むアルミニウム−シリコン
(Al−Si)合金をスパッタして膜厚350nm形成
しパターニングを行う。その結果、ソース・ドレイン領
域7、8と電気的に接続されたソース・ドレイン電極1
1、12を形成することになる。
Subsequently, the substrate temperature is 270 ° C. and the pressure is 110P.
a, silane (Si
H 4 ) 150 sccm, ammonia (NH 3 ) 200 s
As shown in FIG. 1D, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) interlayer insulating film 9 is formed to a thickness of about 250 nm by plasma CVD using ccm and 2000 sccm of nitrogen (N 2 ). Then, indium oxide (ITO) containing 5 at% of tin (Sn) is sputtered and etched to form the pixel electrode 10. After that, a contact hole penetrating the interlayer insulating film 9 is formed by patterning and etching. Then, although not shown, titanium (Ti) having a thickness of 15 nm is first formed in the contact hole as a barrier layer, and subsequently, an aluminum-silicon (Al-Si) alloy containing 2 at% of silicon (Si) is sputtered to form a film. A thickness of 350 nm is formed and patterning is performed. As a result, the source / drain electrode 1 electrically connected to the source / drain regions 7 and 8
1, 12 will be formed.

【0036】最後に、信頼性および良品率向上のため、
図1(e)に示すように、表面に窒化シリコン(Si3
4 )の保護膜13を形成し、コプラナ型の薄膜トラン
ジスタ14を得る。
Finally, in order to improve reliability and yield rate,
As shown in FIG. 1 (e), silicon nitride (Si 3
A protective film 13 of N 4 ) is formed to obtain a coplanar thin film transistor 14.

【0037】上記薄膜トランジスタ14は、チャネル幅
は15μmと従来と変わらないが、チャネル長は5μm
であり、従来の逆スタガ型の11μmと比べて短くなっ
ている。また、電気特性においては、ゲート電圧10
V、ソース・ドレイン間電圧10V印加した場合に生じ
るオン電流は、2.5×10-6A以上である。一方、ゲ
ート電圧−15V、ソース・ドレイン間電圧10V印加
した場合に生じるオフ電流は、1.0×10-12 A以下
である。さらにまた、電子移動度は約1.1cm2 /V
・secであり、これは従来の約1.5倍の値となって
いる。
The thin film transistor 14 has a channel width of 15 μm, which is the same as the conventional one, but the channel length is 5 μm.
And is shorter than the conventional inverted stagger type 11 μm. Further, in terms of electrical characteristics, the gate voltage is 10
The on-current generated when V and a voltage between the source and the drain of 10 V are applied is 2.5 × 10 −6 A or more. On the other hand, the off-current generated when a gate voltage of −15 V and a source-drain voltage of 10 V is applied is 1.0 × 10 −12 A or less. Furthermore, the electron mobility is about 1.1 cm 2 / V
・ Sec, which is about 1.5 times the conventional value.

【0038】なお、本実施の形態では、イオンドーピン
グはゲート電極6のみをマスクにして行っているが、ゲ
ート電極6をパターニングする際に上記ゲート電極6上
に形成されるレジスト(図示しない)を残して、ゲート
電極6とレジストとをマスクとしてイオンドーピングを
行ってもよい。イオンドーピングの際には質量分離を行
わないため、水素イオンも注入されるので、レジストを
残してイオンドーピングする方が、水素イオンが阻止さ
れやすく、より一層好適となる。
In the present embodiment, ion doping is performed using only the gate electrode 6 as a mask, but a resist (not shown) formed on the gate electrode 6 when patterning the gate electrode 6 is used. Alternatively, ion doping may be performed using the gate electrode 6 and the resist as a mask. Since mass separation is not performed at the time of ion doping, hydrogen ions are also injected. Therefore, it is more preferable to perform ion doping with the resist left behind because hydrogen ions are more likely to be blocked.

【0039】上記の構成により、半導体層の少なくとも
膜厚方向の一部分が微結晶半導体から成る場合、不純物
注入後のソース・ドレイン領域7、8の導電率は、非晶
質半導体から成る従来の場合よりも大きくなる。このた
め、電子移動度が増加するので、抵抗を下げるため従来
必要であったシリサイドを形成することなく、チャネル
長を確実にしかも大幅に短くできる。
With the above structure, when at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction is made of a microcrystalline semiconductor, the conductivity of the source / drain regions 7 and 8 after the impurity implantation is the same as that of the conventional semiconductor made of an amorphous semiconductor. Will be larger than. As a result, the electron mobility is increased, so that the channel length can be reliably and significantly shortened without forming a silicide, which is conventionally required to reduce the resistance.

【0040】また、上記ゲート電極6及びソース・ドレ
イン電極11、12は、逆スタガ型薄膜トランジスタと
は違って、その製造工程上、最後の方の工程で形成され
るので、ゲート電極6及びソース・ドレイン電極11、
12にアルミニウムなどの低抵抗な金属を使用すること
ができる。
Unlike the inverted staggered thin film transistor, the gate electrode 6 and the source / drain electrodes 11 and 12 are formed in the last step of the manufacturing process, so that the gate electrode 6 and the source / drain electrodes 11 and 12 are formed. Drain electrode 11,
A low resistance metal such as aluminum can be used for 12.

【0041】〔実施の形態2〕先述の実施の形態1で
は、ゲート電極6をマスクとしてゲート絶縁膜5を残し
たままi型微結晶シリコン4にイオンドーピングを行っ
ているが、ゲート電極6の真下の領域を除いたゲート絶
縁膜5をエッチングによって取り除き、i型微結晶シリ
コン4に直接イオンドーピングしても構わない。このよ
うな方法で得られる薄膜トランジスタの製造工程を図2
に示し、以下、図2に基づいてその製造工程を詳細に説
明する。
[Second Embodiment] In the first embodiment, the i-type microcrystalline silicon 4 is ion-doped with the gate electrode 6 as a mask while the gate insulating film 5 is left. The gate insulating film 5 excluding the region directly below may be removed by etching, and the i-type microcrystalline silicon 4 may be directly ion-doped. The manufacturing process of the thin film transistor obtained by such a method is shown in FIG.
The manufacturing process will be described in detail below with reference to FIG.

【0042】まず、図2(a)で示すゲート絶縁膜25
の形成までは先述の実施の形態1と同様である。
First, the gate insulating film 25 shown in FIG.
Up to the formation of the above, it is the same as in the first embodiment described above.

【0043】次に、シリコン(Si)を2at%含むア
ルミニウム−シリコン(Al−Si)合金をスパッタし
て形成し、パターニングを行ってゲート電極26(図2
(b)参照)を形成する。その後、ヒロック抑制のため
上記ゲート電極26を100nm陽極酸化する。
Next, an aluminum-silicon (Al-Si) alloy containing 2 at% of silicon (Si) is formed by sputtering, and patterning is performed to form the gate electrode 26 (FIG. 2).
(See (b)). After that, the gate electrode 26 is anodized by 100 nm to suppress hillocks.

【0044】続いて、ゲート電極26をマスクとして、
CF4 を280sccm、O2 を120sccm、RF
パワー500Wの条件で、Si3 4 のゲート絶縁膜2
5をドライエッチング(パターニング)する。この結
果、図2(b)に示すように、ゲート絶縁膜25はゲー
ト電極26の真下のみが残存することになる。その後、
ゲート電極26及び残存したゲート電極26の真下のゲ
ート絶縁膜25をマスクとして、イオンドーピング装置
によりゲート絶縁膜25の真下を除いたi型微結晶シリ
コン24にPH3 をイオンドーピングする。ここで、上
記したように、ゲート電極26の真下以外のゲート絶縁
膜25を先にエッチングして取り除いたため、i型微結
晶シリコン24へのダメージを減らす目的で、イオンの
加速電圧を低下させ、イオンのエネルギーを30keV
としてPH3 をイオンドーピングする。また、ドーズ量
は、実施の形態1と同様の1.0×1016イオン/cm
2 である。この結果、図2(c)に示すように、n+型
微結晶シリコンからなるソース・ドレイン領域27、2
8を形成する。また、このとき、上記ソース・ドレイン
領域27、28は、ゲート電極26と自己整合して得ら
れることになる。
Then, using the gate electrode 26 as a mask,
CF 4 280sccm, O 2 120sccm, RF
Si 3 N 4 gate insulating film 2 under the condition of power 500W
5 is dry-etched (patterned). As a result, as shown in FIG. 2B, the gate insulating film 25 remains only under the gate electrode 26. afterwards,
Using the gate electrode 26 and the gate insulating film 25 directly below the remaining gate electrode 26 as a mask, the i-type microcrystalline silicon 24 except under the gate insulating film 25 is ion-doped with PH 3 by an ion doping apparatus. Here, as described above, since the gate insulating film 25 other than directly under the gate electrode 26 is first etched and removed, the acceleration voltage of ions is lowered in order to reduce the damage to the i-type microcrystalline silicon 24. Ion energy is 30 keV
As a result, PH 3 is ion-doped. The dose amount is 1.0 × 10 16 ions / cm 3, which is the same as in the first embodiment.
2 As a result, as shown in FIG. 2C, the source / drain regions 27 and 2 made of n + type microcrystalline silicon.
8 is formed. At this time, the source / drain regions 27 and 28 are obtained by self-alignment with the gate electrode 26.

【0045】その後は再び実施の形態1と同様にして、
基板温度270℃、圧力110Pa、RFパワー100
0Wの条件で、シラン(SiH4 )150sccm、ア
ンモニア(NH3 )200sccm、窒素(N2 )20
00sccmを用いて、プラズマCVD法により、図2
(d)に示すように、窒化シリコン(Si3 4 )の層
間絶縁膜29を約250nm形成する。その後、錫(S
n)5at%を含む酸化インジウム(ITO)をスパッ
タし、エッチングを行って絵素電極30を形成する。さ
らにその後、層間絶縁膜29を貫通するコンタクトホー
ルをパターニングおよびエッチングによって形成する。
そして、図示はしないが、上記コンタクトホール内にま
ずバリア層としてチタン(Ti)を15nm形成し、続
いて、シリコン(Si)を2at%含むアルミニウム−
シリコン(Al−Si)合金をスパッタして膜厚350
nm形成しパターニングを行う。その結果、ソース・ド
レイン領域27、28と電気的に接続されたソース・ド
レイン電極31、32を形成することになる。
After that, similarly to the first embodiment,
Substrate temperature 270 ° C., pressure 110 Pa, RF power 100
At 0 W, silane (SiH 4 ) 150 sccm, ammonia (NH 3 ) 200 sccm, nitrogen (N 2 ) 20
FIG. 2 shows a plasma CVD method using 00 sccm.
As shown in (d), an interlayer insulating film 29 of silicon nitride (Si 3 N 4 ) is formed to a thickness of about 250 nm. After that, tin (S
n) Indium oxide (ITO) containing 5 at% is sputtered and etched to form the pixel electrode 30. After that, a contact hole penetrating the interlayer insulating film 29 is formed by patterning and etching.
Although not shown, titanium (Ti) is first formed in the contact hole to a thickness of 15 nm as a barrier layer, and subsequently, aluminum containing 2 at% of silicon (Si) is formed.
Silicon (Al-Si) alloy is sputtered to a film thickness of 350
nm and patterning is performed. As a result, the source / drain electrodes 31 and 32 electrically connected to the source / drain regions 27 and 28 are formed.

【0046】最後に、信頼性および良品率向上のため、
図2(e)に示すように、表面に窒化シリコン(Si3
4 )の保護膜33を形成し、コプラナ型の薄膜トラン
ジスタ34を得る。
Finally, in order to improve reliability and yield rate,
As shown in FIG. 2 (e), silicon nitride (Si 3
A protective film 33 of N 4 ) is formed to obtain a coplanar thin film transistor 34.

【0047】この場合、上記薄膜トランジスタ34の電
気特性については、ゲート電圧10V、ソース・ドレイ
ン間電圧10V印加した場合に生じるオン電流は、2.
9×10-6A以上である。一方、ゲート電圧−15V、
ソース・ドレイン間電圧10V印加した場合に生じるオ
フ電流は、1.0×10-12 A以下である。つまり、先
述の実施の形態1で得られた特性とほぼ同じ特性となっ
ている。
In this case, regarding the electric characteristics of the thin film transistor 34, the on-current generated when a gate voltage of 10 V and a source-drain voltage of 10 V are applied is 2.
It is 9 × 10 −6 A or more. On the other hand, gate voltage -15V,
The off-current generated when a source-drain voltage of 10 V is applied is 1.0 × 10 −12 A or less. That is, the characteristics are almost the same as the characteristics obtained in the first embodiment described above.

【0048】上記の構成により、ゲート絶縁膜25をパ
ターニングした後、少なくとも膜厚方向の一部分が微結
晶半導体から成る上記の半導体層に対して、ソース・ド
レイン領域27、28に対してイオンドーピングが行わ
れる。このとき、ゲート絶縁膜25のうち、パターニン
グに伴って取り除かれた部分を介して、イオンドーピン
グが行われるので、イオン加速電圧を小さくできると共
にイオンドーピングに伴う半導体層へのダメージを低減
することができる。
With the above structure, after the gate insulating film 25 is patterned, the source / drain regions 27 and 28 are subjected to ion doping with respect to the above semiconductor layer at least a part of which in the film thickness direction is made of a microcrystalline semiconductor. Done. At this time, since ion doping is performed through the portion of the gate insulating film 25 that is removed by patterning, the ion acceleration voltage can be reduced and damage to the semiconductor layer due to ion doping can be reduced. it can.

【0049】その後、上記の半導体層に対して、上記ゲ
ート絶縁膜25の真下を除いた領域にイオンドーピング
が行われる。イオンドーピング後のソース・ドレイン領
域27、28の導電率は、半導体層が非晶質半導体から
成る従来の場合よりも大きくなる。このため、電子移動
度が増加するので、抵抗を下げるために従来必要であっ
たシリサイドを形成することなく、チャネル長を確実に
しかも大幅に短くできる。また、ゲート電極26及びソ
ース・ドレイン電極31、32はその製造工程上、最後
の方の工程で形成されるので、ゲート電極26及びソー
ス・ドレイン電極31、32にアルミニウムなどの低抵
抗な金属を使用することができる。
After that, ion doping is performed on the semiconductor layer except for the region directly below the gate insulating film 25. The conductivity of the source / drain regions 27 and 28 after the ion doping is higher than that in the conventional case where the semiconductor layer is made of an amorphous semiconductor. For this reason, the electron mobility is increased, so that the channel length can be surely and significantly shortened without forming a silicide, which is conventionally required to reduce the resistance. Further, since the gate electrode 26 and the source / drain electrodes 31, 32 are formed in the last step of the manufacturing process, a low resistance metal such as aluminum is used for the gate electrode 26 and the source / drain electrodes 31, 32. Can be used.

【0050】〔実施の形態3〕図3は、半導体層の微結
晶シリコンの成膜時における膜厚と導電率との関係を示
している。このときの微結晶シリコンの成膜条件は、基
板温度300℃、圧力110Pa、RFパワー350W
の条件で、シラン(SiH4 )15sccmと水素(H
2 )3000sccmとを用いている。上記の成膜条件
で微結晶シリコンを成膜しても、200Å以下の膜厚で
は導電率が5.0×10-12 /Ωcm以下と低くなってい
る。これは、アモルファスシリコンの導電率が約0.3
〜5.0×10-11 /Ωcmであることを考えれば、膜厚
200Åの成膜初期の膜は、アモルファスシリコンであ
ると推測される。ただし、上記の成膜条件はアモルファ
スシリコンの成膜に好適でない成膜条件であるため、こ
のときのアモルファスシリコンの膜質は悪い。その後再
び図3において、膜厚が増加するにともなって導電率も
大きく増加しているので、成膜初期のアモルファスシリ
コン上に、微結晶シリコンが成長していることが考えら
れる。
[Embodiment 3] FIG. 3 shows the relationship between the film thickness and the electrical conductivity when forming the microcrystalline silicon of the semiconductor layer. The film formation conditions of the microcrystalline silicon at this time are as follows: substrate temperature 300 ° C., pressure 110 Pa, RF power 350 W.
Silane (SiH 4 ) 15 sccm and hydrogen (H
2 ) 3000 sccm is used. Even if microcrystalline silicon is formed under the above film forming conditions, the conductivity is as low as 5.0 × 10 −12 / Ωcm or less at a film thickness of 200 Å or less. This is because the conductivity of amorphous silicon is about 0.3.
Considering that the film thickness is up to 5.0 × 10 -11 / Ωcm, it is presumed that the film having a film thickness of 200 Å at the initial stage of film formation is amorphous silicon. However, since the above film forming conditions are not suitable for forming amorphous silicon, the film quality of amorphous silicon at this time is poor. After that, in FIG. 3 again, since the electric conductivity also greatly increases as the film thickness increases, it is conceivable that microcrystalline silicon has grown on the amorphous silicon at the initial stage of film formation.

【0051】また、微結晶シリコンの成膜速度は約0.
3Å/secであり、アモルファスシリコンの成膜速度
約1.0Å/secに比べると成膜速度は遅い。
The film forming rate of microcrystalline silicon is about 0.
The film forming rate is 3 Å / sec, which is slower than the film forming rate of amorphous silicon of about 1.0 Å / sec.

【0052】さらにまた、プラズマCVD法での微結晶
シリコンの成膜条件では、シラン(SiH4 )に対して
水素(H2 )が多く、水素希釈率が高い。そのため、下
層の絶縁膜に水素プラズマ処理を施すことになり、下層
が還元される問題がある。
Furthermore, under the film formation conditions for microcrystalline silicon by the plasma CVD method, hydrogen (H 2 ) is large with respect to silane (SiH 4 ), and the hydrogen dilution ratio is high. Therefore, the lower insulating film is subjected to hydrogen plasma treatment, and there is a problem that the lower layer is reduced.

【0053】このため、本実施の形態3においては、上
記のような不具合を改善するため、半導体層として微結
晶シリコンとアモルファスシリコンとの2層を形成した
薄膜トランジスタの製造方法について、図4に基づいて
以下のとおり詳細を説明する。
Therefore, in the third embodiment, in order to improve the above problems, a method of manufacturing a thin film transistor in which two layers of microcrystalline silicon and amorphous silicon are formed as semiconductor layers will be described with reference to FIG. The details will be described below.

【0054】図4は、本発明の実施の更に他の形態であ
って、コプラナ型の薄膜トランジスタの製造工程を示す
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of a coplanar type thin film transistor which is still another embodiment of the present invention.

【0055】まず、図4(a)に示すように、電気絶縁
性基板であるガラス基板41上に、タンタル(Ta)を
スパッタリングによって膜厚150nm成膜し、それを
島状にパターニングして遮光膜42を形成する。次に、
上記遮光膜42を覆うように、酸化シリコン(Si
2 )をスパッタして、膜厚200nmの絶縁膜43を
形成する。続いて、上記絶縁膜43上に、基板温度35
0℃、圧力80Pa、RFパワー150Wの条件で、シ
ラン(SiH4 )200sccm、水素(H2 )200
0sccmを用いて、プラズマCVD法により半導体層
としてまずi型アモルファスシリコン44を50nm成
膜する。その後、基板温度350℃、圧力110Pa、
RFパワー400Wの条件で、水素希釈率(H2 /Si
4 )約130倍のシラン(SiH4 )15sccm、
水素(H2 )2000sccmを用いて、プラズマCV
D法により上記i型アモルファスシリコン44上にi型
微結晶シリコン45を30nm成膜する。さらにその
後、CF4 を280sccm、O2 を120sccm、
RFパワー500Wの条件で、上記i型アモルファスシ
リコン44とi型微結晶シリコン45とを島状にドライ
エッチングする。
First, as shown in FIG. 4A, a tantalum (Ta) film having a thickness of 150 nm is formed on a glass substrate 41, which is an electrically insulating substrate, by sputtering, and is patterned into an island shape to shield light. The film 42 is formed. next,
Silicon oxide (Si
O 2 ) is sputtered to form an insulating film 43 having a film thickness of 200 nm. Then, the substrate temperature 35 is formed on the insulating film 43.
Silane (SiH 4 ) 200 sccm, hydrogen (H 2 ) 200 under conditions of 0 ° C., pressure 80 Pa, and RF power 150 W.
First, i-type amorphous silicon 44 is deposited to a thickness of 50 nm as a semiconductor layer by a plasma CVD method using 0 sccm. After that, the substrate temperature is 350 ° C., the pressure is 110 Pa,
Under the condition of RF power 400W, hydrogen dilution ratio (H 2 / Si
H 4 ) About 130 times more silane (SiH 4 ) 15 sccm,
Plasma (CV) using 2000 sccm of hydrogen (H 2 )
A 30 nm thick i-type microcrystalline silicon 45 is formed on the i-type amorphous silicon 44 by the D method. After that, CF 4 is 280 sccm, O 2 is 120 sccm,
The i-type amorphous silicon 44 and the i-type microcrystalline silicon 45 are dry-etched into an island shape under the condition of RF power of 500 W.

【0056】次に、基板温度300℃、圧力110P
a、RFパワー1000Wの条件で、シラン(Si
4 )150sccm、アンモニア(NH3 )200s
ccm、窒素(N2 )2000sccmを用いて、プラ
ズマCVD法により、図4(b)に示すように、上記i
型アモルファスシリコン44及びi型微結晶シリコン4
5を覆うように、絶縁膜としての窒化シリコン(Si3
4 )のゲート絶縁膜46を約200nm成膜する。続
いて、シリコン(Si)を2at%含むアルミニウム−
シリコン(Al−Si)合金をスパッタして膜厚350
nm形成し、パターニングを行ってゲート電極47を形
成する。その後、ヒロック抑制のため上記ゲート電極4
7を100nm陽極酸化する。
Next, the substrate temperature is 300 ° C. and the pressure is 110 P.
a, silane (Si
H 4 ) 150 sccm, ammonia (NH 3 ) 200 s
ccm and 2000 sccm of nitrogen (N 2 ) by a plasma CVD method, as shown in FIG.
-Type amorphous silicon 44 and i-type microcrystalline silicon 4
5 to cover the silicon nitride film (Si 3 (Si 3
A gate insulating film 46 of N 4 ) is formed to a thickness of about 200 nm. Then, aluminum containing 2 at% of silicon (Si)
Silicon (Al-Si) alloy is sputtered to a film thickness of 350
Then, the gate electrode 47 is formed by patterning. Then, in order to suppress hillocks, the gate electrode 4 is formed.
7 is anodized to 100 nm.

【0057】次に、ゲート電極47をマスクとして、イ
オンドーピング装置によりゲート絶縁膜46上から、ゲ
ート電極47の真下を除いたi型アモルファスシリコン
44およびi型微結晶シリコン45にPH3 をイオンド
ーピングする。このときのドーピング条件は、イオンの
エネルギーが100keVで、ドーズ量が1.0×10
16イオン/cm2 である。この結果、図4(c)に示す
ように、n+型アモルファスシリコンおよびn+型微結
晶シリコンからなるソース・ドレイン領域48、49を
形成する。また、このとき、上記ソース・ドレイン領域
48、49は、ゲート電極47と自己整合して得られる
ことになる。
Next, using the gate electrode 47 as a mask, the i-type amorphous silicon 44 and the i-type microcrystalline silicon 45 except under the gate electrode 47 are ion-doped with PH 3 from above the gate insulating film 46 by an ion doping apparatus. To do. The doping conditions at this time are as follows: ion energy is 100 keV and dose is 1.0 × 10.
16 ions / cm 2 . As a result, as shown in FIG. 4C, source / drain regions 48 and 49 made of n + type amorphous silicon and n + type microcrystalline silicon are formed. At this time, the source / drain regions 48 and 49 are obtained by self-alignment with the gate electrode 47.

【0058】続いて、基板温度270℃、圧力110P
a、RFパワー1000Wの条件で、シラン(Si
4 )150sccm、アンモニア(NH3 )200s
ccm、窒素(N2 )2000sccmを用いて、プラ
ズマCVD法により、図4(d)に示すように、窒化シ
リコン(Si3 4 )の層間絶縁膜50を約250nm
形成する。その後、錫(Sn)5at%を含む酸化イン
ジウム(ITO)をスパッタし、エッチングを行って絵
素電極51を形成する。さらにその後、層間絶縁膜50
を貫通するコンタクトホールをパターニングおよびエッ
チングによって形成する。そして、上記コンタクトホー
ル内にまずバリア層としてチタン(Ti)を15nm形
成し、続いて、シリコン(Si)を2at%含むアルミ
ニウム−シリコン(Al−Si)合金をスパッタして膜
厚350nm形成しパターニングを行う。その結果、ソ
ース・ドレイン領域48、49と電気的に接続されたソ
ース・ドレイン電極52、53を形成する。
Subsequently, the substrate temperature is 270 ° C. and the pressure is 110P.
a, silane (Si
H 4 ) 150 sccm, ammonia (NH 3 ) 200 s
As shown in FIG. 4D, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) interlayer insulating film 50 of about 250 nm is formed by plasma CVD using ccm and 2000 sccm of nitrogen (N 2 ).
Form. Then, indium oxide (ITO) containing 5 at% of tin (Sn) is sputtered and etched to form a pixel electrode 51. After that, the interlayer insulating film 50
A contact hole penetrating through is formed by patterning and etching. Then, titanium (Ti) having a thickness of 15 nm is first formed as a barrier layer in the contact hole, and subsequently, an aluminum-silicon (Al-Si) alloy containing 2 at% of silicon (Si) is sputtered to form a film having a thickness of 350 nm and patterned. I do. As a result, source / drain electrodes 52, 53 electrically connected to the source / drain regions 48, 49 are formed.

【0059】最後に、信頼性および良品率向上のため、
図4(e)に示すように、表面に窒化シリコン(Si3
4 )の保護膜54を形成し、薄膜トランジスタ55を
得る。
Finally, in order to improve reliability and yield rate,
As shown in FIG. 4 (e), silicon nitride (Si 3
A thin film transistor 55 is obtained by forming a protective film 54 of N 4 ).

【0060】この場合、上記薄膜トランジスタ55の電
気特性については、ゲート電圧10V、ソース・ドレイ
ン間電圧10V印加した場合に生じるオン電流は、3.
1×10-6A以上である。一方、ゲート電圧−15V、
ソース・ドレイン間電圧10V印加した場合に生じるオ
フ電流は、1.0×10-12 A以下である。つまり、先
述の実施の形態1、2で得られた特性とほぼ同じ特性と
なっている。
In this case, regarding the electric characteristics of the thin film transistor 55, the on-current generated when a gate voltage of 10 V and a source-drain voltage of 10 V are applied is 3.
It is 1 × 10 −6 A or more. On the other hand, gate voltage -15V,
The off-current generated when a source-drain voltage of 10 V is applied is 1.0 × 10 −12 A or less. That is, the characteristics are almost the same as the characteristics obtained in the first and second embodiments described above.

【0061】上記の構成により、半導体層を形成すると
きに、i型アモルファスシリコン44を形成後に、該i
型アモルファスシリコン44上に、i型微結晶シリコン
45が積層される。i型アモルファスシリコン44は、
i型微結晶シリコン45よりも速い速度で成膜されるの
で、上記のようにi型アモルファスシリコン44とi型
微結晶シリコン45とを積層することによって、i型微
結晶シリコン45を単独で形成する場合よりも全体とし
て成膜に要する時間を大幅に短縮することができる。
With the above structure, when the semiconductor layer is formed, the i-type amorphous silicon 44 is formed and then the i-type amorphous silicon 44 is formed.
The i-type microcrystalline silicon 45 is stacked on the type amorphous silicon 44. The i-type amorphous silicon 44 is
Since the film is formed at a faster speed than the i-type microcrystalline silicon 45, the i-type microcrystalline silicon 45 is independently formed by stacking the i-type amorphous silicon 44 and the i-type microcrystalline silicon 45 as described above. The time required for film formation as a whole can be greatly shortened as compared with the case.

【0062】さらに、上記構成は、i型アモルファスシ
リコン44を形成後にi型微結晶シリコン45を形成す
るので、チャネルが形成される部分に膜質の悪い成膜初
期の非晶質半導体を削除し、膜質の良い非晶質半導体を
導入することができる。
Further, in the above structure, since the i-type microcrystalline silicon 45 is formed after the i-type amorphous silicon 44 is formed, the amorphous semiconductor at the initial stage of film formation having a poor film quality is removed from the portion where the channel is formed. An amorphous semiconductor having a good film quality can be introduced.

【0063】加えて、ゲート電極47の真下を除いたi
型微結晶シリコン45の領域に対して、不純物を注入し
てソース・ドレイン領域48、49が形成されるので、
不純物注入後のソース・ドレイン領域48、49の導電
率は、半導体層が非晶質半導体からなる従来の場合より
も大きくなる。このため、電子移動度が増加するので、
抵抗を下げるために従来必要であったシリサイドを形成
することなく、チャネル長を確実にしかも大幅に短くで
きる。また、ゲート電極47及びソース・ドレイン電極
52、53はその製造工程上、最後の方の工程で形成さ
れるので、ゲート電極47及びソース・ドレイン電極5
2、53にアルミニウムなどの低抵抗な金属を使用する
ことができる。
In addition, i except under the gate electrode 47 is removed.
Since the source / drain regions 48 and 49 are formed by implanting impurities into the region of the type microcrystalline silicon 45,
The conductivity of the source / drain regions 48 and 49 after the impurity implantation is higher than that in the conventional case where the semiconductor layer is made of an amorphous semiconductor. Therefore, since the electron mobility increases,
The channel length can be reliably and significantly shortened without forming a silicide, which was conventionally required to reduce the resistance. Further, since the gate electrode 47 and the source / drain electrodes 52 and 53 are formed in the last step of the manufacturing process, the gate electrode 47 and the source / drain electrode 5
A low resistance metal such as aluminum can be used for 2, 53.

【0064】なお、本実施の形態3では、シュミレーシ
ョンによるソース・ドレイン領域48、49の膜厚方向
におけるリン濃度の分布より、微結晶シリコンと共にア
モルファスシリコンもn型になっていることを確認し
た。しかし、少なくとも微結晶シリコンをn型にすれ
ば、本発明の効果を得ることができる。
In the third embodiment, it was confirmed from the distribution of phosphorus concentration in the thickness direction of the source / drain regions 48 and 49 by simulation that both amorphous silicon and microcrystalline silicon were n-type. However, the effect of the present invention can be obtained if at least the microcrystalline silicon is of n-type.

【0065】また、本実施の形態3では、i型アモルフ
ァスシリコン44上にi型微結晶シリコン45を形成し
イオンドーピングを行っているが、半導体層として非晶
質半導体と微結晶半導体とを積層し、少なくとも微結晶
半導体部分に不純物を添加してn+型微結晶半導体にす
ることにより、本発明の効果を得ることができる。
Further, in the third embodiment, the i-type microcrystalline silicon 45 is formed on the i-type amorphous silicon 44 and ion doping is performed, but an amorphous semiconductor and a microcrystalline semiconductor are laminated as a semiconductor layer. However, the effect of the present invention can be obtained by adding an impurity to at least the microcrystalline semiconductor portion to form an n + type microcrystalline semiconductor.

【0066】なお、上記の実施の形態1ないし3では、
半導体層の膜厚方向の一部分または積層した1層以上の
微結晶半導体にi型微結晶シリコンを採用しているが、
必ずしもこれに限ることはない。上記の微結晶半導体と
して、例えば、シリコンゲルマニウムSiGex (0≦
x≦1)、シリコンカーボンSiCx (0≦x≦1)、
窒化シリコンSi3 x (0≦x≦4)、酸化シリコン
SiOx (0≦x≦2)の微結晶半導体を用いても、本
発明の効果を得ることができる。
In the first to third embodiments described above,
I-type microcrystalline silicon is used for a part of the semiconductor layer in the film thickness direction or one or more laminated microcrystalline semiconductors.
It is not necessarily limited to this. As the above microcrystalline semiconductor, for example, silicon germanium SiGe x (0 ≦
x ≦ 1), silicon carbon SiC x (0 ≦ x ≦ 1),
The effect of the present invention can also be obtained by using a microcrystalline semiconductor of silicon nitride Si 3 N x (0 ≦ x ≦ 4) or silicon oxide SiO x (0 ≦ x ≦ 2).

【0067】従来では、バンドギャップが約1.7eV
であるアモルファスシリコンを半導体層に用いていたの
で、光が照射されると電子が価電子帯から伝導帯へ励起
されるためオフ電流が増加していた。オフ電流を抑制す
るためには、半導体層の導電率が約1.0×10-6/Ω
cm程度以下の低いほうが良いことが経験的に得られてい
る。
Conventionally, the band gap is about 1.7 eV.
Since amorphous silicon is used for the semiconductor layer, the off current increases because electrons are excited from the valence band to the conduction band when light is irradiated. In order to suppress the off current, the conductivity of the semiconductor layer is about 1.0 × 10 −6 / Ω.
It has been empirically obtained that a lower value of about cm or less is better.

【0068】そこで、シリコンに別の元素を加えた上記
のようなシリコンカーボンSiCx、窒化シリコンSi
3 x 、酸化シリコンSiOx では、バンドギャップを
約1.7eVから2.1eVまで制御することができ
る。バンドギャップが大きければ、薄膜トランジスタに
光が照射されても、電子が価電子帯から伝導帯へ励起さ
れず、オフ電流が増加しにくくなる。したがって、強い
強度の光を用いるプロジェクション用液晶モジュールの
ように絵素が小さく、オン電流が少し低下してもオフ電
流を抑制したい場合には、シリコンに適度の不純物を注
入して、上記のような合金(導電率約1.0×10-6
Ωcm程度以下)を用いると一層好適となる。
Therefore, silicon carbon SiC x and silicon nitride Si as described above, in which another element is added to silicon, are used.
With 3 N x and silicon oxide SiO x , the band gap can be controlled from about 1.7 eV to 2.1 eV. If the band gap is large, even if the thin film transistor is irradiated with light, electrons are not excited from the valence band to the conduction band, and the off current hardly increases. Therefore, if the pixel is small like a projection liquid crystal module that uses strong light and you want to suppress the off-current even if the on-current decreases a little, implant an appropriate amount of impurities in silicon and Alloy (conductivity about 1.0 × 10 -6 /
Ωcm or less) is more suitable.

【0069】また、シリコンゲルマニウムSiGex
場合は、バンドギャップを約1.7eVから1.4eV
まで制御することができる。このようにバンドギャップ
を狭くすると光には弱いが薄膜トランジスタを低電圧で
駆動できるメリットがある。
In the case of silicon germanium SiGe x , the band gap is about 1.7 eV to 1.4 eV.
Can be controlled up to. When the band gap is narrowed in this way, it is weak against light, but there is an advantage that the thin film transistor can be driven at a low voltage.

【0070】したがって、上記のように、シリコンに別
の元素を加えた微結晶半導体を使用し、バンドギャップ
を制御することで、液晶モジュールの用途に適合した薄
膜トランジスタを製作することができる。
Therefore, as described above, by using a microcrystalline semiconductor obtained by adding another element to silicon and controlling the band gap, a thin film transistor suitable for the application of the liquid crystal module can be manufactured.

【0071】また、本実施の形態1ないし3において、
上記半導体層に少なくとも1層の微結晶半導体層を成膜
するので、非晶質半導体を成膜していた従来に比べて、
オン電流をおよそ1.5倍に向上させることができる。
したがって、本発明のコプラナ型薄膜トランジスタを液
晶ディスプレイに採用した場合に、10.4インチVG
A(Video Graphics Array)の開口率を従来の60%か
ら65%に改善することができると共に、液晶ディスプ
レイを明るくすることができる。また、オン電流の増加
により、従来は困難であった17インチの1280×3
×1024の絵素を持つエンジニアリングワークステー
ション用の液晶ディスプレイを作製することができる。
Further, in the first to third embodiments,
Since at least one microcrystalline semiconductor layer is formed on the semiconductor layer, compared with the conventional method in which an amorphous semiconductor is formed,
The on-current can be improved about 1.5 times.
Therefore, when the coplanar thin film transistor of the present invention is adopted in a liquid crystal display, it is 10.4 inches VG.
The aperture ratio of A (Video Graphics Array) can be improved from the conventional 60% to 65%, and the liquid crystal display can be brightened. Also, due to the increase in on-current, the 17-inch 1280 × 3, which was difficult in the past,
It is possible to manufacture a liquid crystal display for engineering workstations having × 1024 picture elements.

【0072】また、α−Ta、β−Ta、Alの比抵抗
は、それぞれ25μΩcm、180μΩcm、5μΩcmであ
り、AlはTaのうち抵抗の低いα−Taに対しても、
1/5と低抵抗である。このAlを逆スタガ型薄膜トラ
ンジスタで下層にあるゲート電極に用いると、後工程で
の熱によりヒロックが発生する等の問題がある。
The specific resistances of α-Ta, β-Ta, and Al are 25 μΩcm, 180 μΩcm, and 5 μΩcm, respectively, and Al is a low-resistance α-Ta of Ta.
It has a low resistance of 1/5. When this Al is used for the gate electrode in the lower layer of the inverted staggered thin film transistor, there is a problem that hillocks are generated due to heat in a later process.

【0073】これに対して、コプラナ型薄膜トランジス
タでは、ゲート電極は、半導体層、ゲート絶縁膜を形成
した後に成膜するので、もしヒロック等が発生しても、
薄膜トランジスタの特性には影響が少ない。
On the other hand, in the coplanar type thin film transistor, the gate electrode is formed after the semiconductor layer and the gate insulating film are formed. Therefore, even if a hillock or the like occurs,
There is little influence on the characteristics of the thin film transistor.

【0074】さらに、電気信号により絵素に充電すると
きには、配線抵抗と配線容量との積が時定数となる。こ
のため、高抵抗配線を用いるときには、配線容量の小さ
い小型のパネルまたは精細度の悪いパネルしか駆動する
ことができない。これに対して、Al等の低抵抗配線を
用いると、大型のパネルまたは高精細のパネルを駆動す
ることができる。
Further, when the picture element is charged by the electric signal, the product of the wiring resistance and the wiring capacitance becomes the time constant. Therefore, when the high resistance wiring is used, only a small panel having a small wiring capacitance or a panel having a poor definition can be driven. On the other hand, when a low resistance wiring such as Al is used, it is possible to drive a large panel or a high definition panel.

【0075】[0075]

【発明の効果】請求項1の発明に係るコプラナ型薄膜ト
ランジスタは、以上のように、半導体層の少なくとも膜
厚方向の一部分が微結晶半導体であり、ゲート電極の真
下を除いた該半導体層の少なくとも微結晶半導体部分に
不純物を含むソース・ドレイン領域を形成した構成であ
る。
As described above, in the coplanar thin film transistor according to the invention of claim 1, at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction is a microcrystalline semiconductor, and at least the semiconductor layer except directly under the gate electrode is formed. In this structure, source / drain regions containing impurities are formed in the microcrystalline semiconductor portion.

【0076】それゆえ、半導体層の少なくとも膜厚方向
の一部分が微結晶半導体からなっているので、不純物注
入後のソース・ドレイン領域の導電率は、非晶質半導体
から成る従来の場合よりも大きくなる。つまり電子移動
度が増加するため、抵抗を下げるため従来必要であった
シリサイドを形成することなく、チャネル長を確実にし
かも大幅に短くできるという効果を奏する。
Therefore, since at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction is made of the microcrystalline semiconductor, the conductivity of the source / drain regions after the impurity implantation is higher than that of the conventional case made of the amorphous semiconductor. Become. That is, since the electron mobility is increased, there is an effect that the channel length can be surely and significantly shortened without forming a silicide, which is conventionally required to reduce the resistance.

【0077】請求項2の発明に係るコプラナ型薄膜トラ
ンジスタは、以上のように、請求項1の構成において、
半導体層の少なくとも膜厚方向の一部分がシリコンゲル
マニウムSiGex (0≦x≦1)、シリコンカーボン
SiCx (0≦x≦1)、窒化シリコンSi3 x (0
≦x≦4)、酸化シリコンSiOx (0≦x≦2)の微
結晶半導体からなる構成である。
As described above, the coplanar type thin film transistor according to the invention of claim 2 has the following structure:
At least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction is silicon germanium SiGe x (0 ≦ x ≦ 1), silicon carbon SiC x (0 ≦ x ≦ 1), silicon nitride Si 3 N x (0
≦ x ≦ 4) and a silicon oxide SiO x (0 ≦ x ≦ 2) microcrystalline semiconductor.

【0078】それゆえ、請求項1の構成による効果に加
えて、シリコンカーボンSiCx 、窒化シリコンSi3
x 、酸化シリコンSiOx の微結晶半導体を上記半導
体層の少なくとも膜厚方向の一部分に形成して薄膜トラ
ンジスタを製作すれば、強い強度の光を用いるプロジェ
クション型液晶パネルにも好適に用いることができる。
また、シリコンゲルマニウムSiGex の微結晶半導体
は、バンドギャップを狭く制御することができるので、
この微結晶半導体を半導体層の少なくとも膜厚方向の一
部分に形成して薄膜トランジスタを製作すれば、上記の
薄膜トランジスタを低電圧で駆動させることができると
いう効果を併せて奏する。
Therefore, in addition to the effect of the structure of claim 1, silicon carbon SiC x , silicon nitride Si 3
If a thin film transistor is manufactured by forming a microcrystalline semiconductor of N x and silicon oxide SiO x on at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction, it can be suitably used for a projection type liquid crystal panel using strong light. .
In addition, since the band gap of the microcrystalline semiconductor of silicon germanium SiGe x can be controlled to be narrow,
If this microcrystalline semiconductor is formed on at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction to manufacture a thin film transistor, the thin film transistor can be driven at a low voltage.

【0079】請求項3の発明に係るコプラナ型薄膜トラ
ンジスタは、以上のように、請求項1の構成において、
半導体層が非晶質半導体と微結晶半導体とを積層した構
成である。
As described above, the coplanar type thin film transistor according to the invention of claim 3 has the following structure.
The semiconductor layer has a structure in which an amorphous semiconductor and a microcrystalline semiconductor are stacked.

【0080】それゆえ、請求項1の構成による効果に加
えて、上記微結晶半導体を上記非晶質半導体と積層しな
い場合に比べて、コプラナ型薄膜トランジスタのオン電
流を著しく増加させることができる。
Therefore, in addition to the effect of the first aspect, the on-current of the coplanar thin film transistor can be significantly increased as compared with the case where the microcrystalline semiconductor is not laminated with the amorphous semiconductor.

【0081】しかも、非晶質半導体は、微結晶半導体よ
りも速い速度で成膜されるので、上記のように非晶質半
導体と微結晶半導体とを積層することによって、微結晶
半導体を単独で形成する場合よりも全体として成膜に要
する時間を大幅に短縮することができる。
Moreover, since the amorphous semiconductor is formed at a higher speed than the microcrystalline semiconductor, the amorphous semiconductor and the microcrystalline semiconductor are stacked as described above, so that the microcrystalline semiconductor is used alone. The time required for film formation as a whole can be significantly shortened as compared with the case where it is formed.

【0082】また、例えば、非晶質半導体を形成後に微
結晶半導体を形成すれば、微結晶半導体の成膜時におけ
る水素プラズマにより、下層が還元されるのを防止する
ことができると共に、半導体層において、チャネルが形
成される部分に膜質の悪い成膜初期の非晶質半導体を削
除し、膜質の良い非晶質半導体を導入することができる
という効果を併せて奏する。
Further, for example, when the microcrystalline semiconductor is formed after the amorphous semiconductor is formed, it is possible to prevent the lower layer from being reduced by hydrogen plasma at the time of forming the microcrystalline semiconductor, and at the same time, to form the semiconductor layer. In addition, the effect of being able to remove an amorphous semiconductor having a poor film quality at the initial stage of film formation and introducing an amorphous semiconductor having a good film quality is also obtained.

【0083】請求項4の発明に係るコプラナ型薄膜トラ
ンジスタの製造方法は、以上のように、絶縁基板上に少
なくとも膜厚方向の一部分が微結晶半導体を含む半導体
層を形成する工程と、該半導体層を覆うように絶縁膜を
形成する工程と、金属膜を形成しパターニングすること
によりゲート電極とする工程と、該ゲート電極または該
ゲート電極とその上のレジストとをマスクとして上記の
半導体層の少なくとも微結晶半導体部分に不純物を注入
する工程と、金属膜を形成しパターニングすることによ
り該不純物を注入した半導体領域と電気的に接続したソ
ース・ドレイン電極を形成する工程とを含む構成であ
る。
As described above, the method of manufacturing a coplanar type thin film transistor according to the fourth aspect of the present invention includes the step of forming a semiconductor layer at least a part of which in the film thickness direction includes a microcrystalline semiconductor on the insulating substrate, and the semiconductor layer. A step of forming an insulating film so as to cover the semiconductor layer, a step of forming a metal film and patterning to form a gate electrode, and a step of forming at least the gate electrode or the gate electrode and the resist on the mask as a mask. The structure includes a step of implanting an impurity into the microcrystalline semiconductor portion and a step of forming a source / drain electrode electrically connected to the semiconductor region into which the impurity is implanted by forming and patterning a metal film.

【0084】それゆえ、少なくとも膜厚方向の一部分が
微結晶半導体からなる半導体層に対して、少なくとも微
結晶半導体部分に不純物が注入されるので、不純物注入
後の半導体領域の導電率は、非晶質半導体から成る従来
の場合よりも大きくなる。このため、電子移動度が増加
するので、抵抗を下げるため従来必要であったシリサイ
ドを形成することなく、チャネル長を確実にしかも大幅
に短くできるという効果を奏する。
Therefore, since the impurity is injected into at least the microcrystalline semiconductor portion of the semiconductor layer at least a part of which in the film thickness direction is made of the microcrystalline semiconductor, the conductivity of the semiconductor region after the impurity implantation is amorphous. It is larger than the conventional case made of high quality semiconductor. As a result, the electron mobility is increased, so that the channel length can be surely and significantly shortened without forming a silicide, which is conventionally required to reduce the resistance.

【0085】請求項5の発明に係る液晶表示装置は、以
上のように、請求項1に記載のコプラナ型薄膜トランジ
スタを用いる構成である。
A liquid crystal display device according to a fifth aspect of the present invention is configured to use the coplanar thin film transistor according to the first aspect as described above.

【0086】それゆえ、請求項1に記載のコプラナ型薄
膜トランジスタは、非晶質半導体を成膜していた従来の
薄膜トランジスタに比べて、オン電流をおよそ1.5倍
に向上させることができるので、上記のコプラナ型薄膜
トランジスタを液晶ディスプレイに採用した場合に、1
0.4インチVGA(Video Graphics Array)の開口率
を従来の60%から65%に改善することができると共
に、液晶ディスプレイを明るくすることができる。ま
た、オン電流の増加により、従来は困難であった17イ
ンチの1280×3×1024の絵素を持つエンジニア
リングワークステーション用の液晶ディスプレイを作製
することができるという効果を併せて奏する。
Therefore, the coplanar thin film transistor according to the first aspect can improve the on-current by about 1.5 times as compared with the conventional thin film transistor in which the amorphous semiconductor is formed. When the above coplanar thin film transistor is adopted in a liquid crystal display,
The aperture ratio of a 0.4-inch VGA (Video Graphics Array) can be improved from 60% in the past to 65%, and the liquid crystal display can be brightened. In addition, the increase in on-current also brings about an effect that it is possible to manufacture a liquid crystal display for an engineering workstation having 17-inch 1280 × 3 × 1024 picture elements, which has been difficult in the past.

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

【図1】(a)〜(e)は、本発明の実施の一形態にお
けるコプラナ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断面
図である。
1A to 1E are cross-sectional views showing a manufacturing process of a coplanar thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(e)は、本発明の実施の他の形態に
おけるコプラナ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断
面図である。
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views showing a manufacturing process of a coplanar thin film transistor according to another embodiment of the present invention.

【図3】微結晶シリコンの膜厚と導電率との関係を示す
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a film thickness of microcrystalline silicon and conductivity.

【図4】(a)〜(e)は、本発明の実施の更なる他の
形態におけるコプラナ型薄膜トランジスタの製造工程を
示す断面図である。
4A to 4E are cross-sectional views showing a manufacturing process of a coplanar thin film transistor according to still another embodiment of the present invention.

【図5】従来の逆スタガ型薄膜トランジスタの構造を示
す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional inverted staggered thin film transistor.

【図6】(a)〜(d)は、従来の逆スタガ型薄膜トラ
ンジスタの製造工程を示す断面図である。
6A to 6D are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional inverted staggered thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板(絶縁性基板) 3 SiO2 絶縁膜(絶縁膜) 4 i型微結晶シリコン(微結晶半導体) 5 窒化シリコン(Si3 4 )ゲート絶縁膜 6 ゲート電極 7 ソース領域 8 ドレイン領域 11 ソース電極 12 ドレイン電極1 glass substrate (insulating substrate) 3 SiO 2 insulating film (insulating film) 4 i-type microcrystalline silicon (microcrystalline semiconductor) 5 silicon nitride (Si 3 N 4 ) gate insulating film 6 gate electrode 7 source region 8 drain region 11 Source electrode 12 Drain electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鮎川 通英 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toyohide Ayukawa 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁基板上に形成された半導体層と、その
上部に形成されたゲート電極と、少なくとも該ゲート電
極の下に形成されたゲート絶縁膜と、ソース・ドレイン
領域と、該ソース・ドレイン領域と電気的に接続された
ソース・ドレイン電極とからなるコプラナ型薄膜トラン
ジスタにおいて、 上記の半導体層の少なくとも膜厚方向の一部分が微結晶
半導体であり、上記ゲート電極の真下を除いた該半導体
層の少なくとも微結晶半導体部分に不純物を含むソース
・ドレイン領域を形成したことを特徴とするコプラナ型
薄膜トランジスタ。
1. A semiconductor layer formed on an insulating substrate, a gate electrode formed on the semiconductor layer, a gate insulating film formed at least under the gate electrode, a source / drain region, and the source / drain region. In a coplanar thin film transistor including a drain region and a source / drain electrode electrically connected, at least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction is a microcrystalline semiconductor, and the semiconductor layer except under the gate electrode A coplanar thin film transistor in which a source / drain region containing an impurity is formed in at least the microcrystalline semiconductor portion of the.
【請求項2】上記の半導体層の少なくとも膜厚方向の一
部分がシリコンゲルマニウムSiGex (0≦x≦
1)、シリコンカーボンSiCx (0≦x≦1)、窒化
シリコンSi3 x (0≦x≦4)、酸化シリコンSi
x (0≦x≦2)の微結晶半導体からなることを特徴
とする請求項1に記載のコプラナ型薄膜トランジスタ。
2. At least a part of the semiconductor layer in the film thickness direction is made of silicon germanium SiGe x (0 ≦ x ≦).
1), silicon carbon SiC x (0 ≦ x ≦ 1), silicon nitride Si 3 N x (0 ≦ x ≦ 4), silicon oxide Si
The coplanar type thin film transistor according to claim 1, which is made of a microcrystalline semiconductor of O x (0 ≦ x ≦ 2).
【請求項3】上記の半導体層が非晶質半導体と微結晶半
導体とを積層したことを特徴とする請求項1に記載のコ
プラナ型薄膜トランジスタ。
3. The coplanar thin film transistor according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed by laminating an amorphous semiconductor and a microcrystalline semiconductor.
【請求項4】絶縁基板上に少なくとも膜厚方向の一部分
が微結晶半導体を含む半導体層を形成する工程と、該半
導体層を覆うように絶縁膜を形成する工程と、金属膜を
形成しパターニングすることによりゲート電極とする工
程と、該ゲート電極または該ゲート電極とその上のレジ
ストとをマスクとして上記の半導体層の少なくとも微結
晶半導体部分に不純物を注入する工程と、金属膜を形成
しパターニングすることにより該不純物を注入した半導
体領域と電気的に接続したソース・ドレイン電極を形成
する工程とを含むことを特徴としたコプラナ型薄膜トラ
ンジスタの製造方法。
4. A step of forming a semiconductor layer at least a part of which in the film thickness direction includes a microcrystalline semiconductor on an insulating substrate, a step of forming an insulating film so as to cover the semiconductor layer, and forming and patterning a metal film. Thereby forming a gate electrode, a step of implanting impurities into at least the microcrystalline semiconductor portion of the semiconductor layer using the gate electrode or the gate electrode and the resist thereon as a mask, and forming and patterning a metal film. And a step of forming source / drain electrodes electrically connected to the semiconductor region into which the impurities are implanted.
【請求項5】請求項1に記載のコプラナ型薄膜トランジ
スタを用いた液晶表示装置。
5. A liquid crystal display device using the coplanar type thin film transistor according to claim 1.
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