JP2522364B2 - Method for manufacturing thin film field effect transistor - Google Patents
Method for manufacturing thin film field effect transistorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はマトリクス表示素子などに用いる薄膜電界効
果型トランジスタおよびその製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film field effect transistor used for a matrix display device and the like, and a method for manufacturing the same.
(従来の技術) 近年アクテイブマトリクス型の液晶表示素子の普及に
伴い様々な形の薄膜トランジスタが提案されている。現
在、実用化されているものはいずれも、ゲートを積層膜
の下側に配し、ソース、ドレインを積層膜の上側に配す
る逆スタガード型の構造をとっている。(セミコンダク
ターズアンドセミメタルズ)(SEMICONDUCTORS AND SEM
I−METALS第21巻、D部、第89項)ルコンバーとスピア
(LeComber and Spear)著等参照)従来型の薄膜トラン
ジスタでは第4図のように、絶縁性基板上にゲート電極
1、ゲート絶縁膜2としての非晶質窒化シリコン薄膜、
非晶質シリコン薄膜3をこの順に形成し、さらにこの上
にリンをドープした非晶質シリコン薄膜4を成膜し、こ
の上からソース、ドレイン電極としてCr電極5を配し
て、チャンネル層とのコンタクトを形成する。この場
合、このままではドレイン部とソース部とはリンをドー
プした非晶質シリコン薄膜で導通常態にあり、トランジ
スタ動作を行なわないので、ゲート絶縁膜上の、リンを
ドープした非晶質シリコン薄膜を完全にエッチング除去
することが必要であった。(Prior Art) In recent years, various types of thin film transistors have been proposed with the spread of active matrix liquid crystal display elements. At present, all of the ones that have been put to practical use have an inverted staggered structure in which the gate is arranged below the laminated film and the source and drain are arranged above the laminated film. (SEMICONDUCTORS AND SEM)
I-METALS Vol. 21, Part D, Item 89) See LeComber and Spear et al.) In the conventional thin film transistor, as shown in FIG. 4, the gate electrode 1 and the gate insulating film are formed on the insulating substrate. Amorphous silicon nitride thin film as 2,
An amorphous silicon thin film 3 is formed in this order, a phosphorus-doped amorphous silicon thin film 4 is further formed thereon, and Cr electrodes 5 as source and drain electrodes are arranged on the amorphous silicon thin film 4 to form a channel layer. Forming contacts. In this case, as it is, the drain part and the source part are in the normal state of being doped with phosphorus-doped amorphous silicon thin film, and the transistor operation is not performed. It was necessary to completely remove it by etching.
(発明が解決しようとする課題) しかし、大面積においてリンをドーピングした非晶質
シリコン薄膜のみを均一にエッチングすることは困難で
あるため、その下のドーピングしていない層の中のある
一定の深さのところまでエッチングしてリンをドープし
た層を完全に除去していた。ところが均一性と再現性を
十分に満足してエッチングをストップさせることは、エ
ッチング時の環境、あるいは、プロセスに起因する表面
の状態の微妙な変化に対して、かなり不安定であった。
例えば、表面に薄く自然酸化膜が発生したり、微量の有
機物のようなものが残っているとエッチングのレートが
変化して、エッチングに要する時間が変化し、同じ条件
で同じ時間エッチングしても同じ深さまでエッチングさ
れなくなる。したがって、同じ条件で作製しても素子ご
とにばらつきが生じてしまうという課題があった。特に
液晶表示素子を繰り返し作製する場合には、再現性を確
保するための、かなり厳しい管理を必要とした。(Problems to be Solved by the Invention) However, since it is difficult to uniformly etch only a phosphorus-doped amorphous silicon thin film in a large area, a certain amount of non-doped layers below the amorphous silicon thin film cannot be uniformly etched. It was etched to the depth to completely remove the phosphorus-doped layer. However, stopping the etching while sufficiently satisfying the uniformity and reproducibility was considerably unstable with respect to the environment at the time of etching or a slight change in the surface condition due to the process.
For example, if a thin natural oxide film is generated on the surface or if a trace amount of organic matter remains, the etching rate changes, the time required for etching changes, and even if etching is performed for the same time under the same conditions. It will not be etched to the same depth. Therefore, there is a problem in that even if the devices are manufactured under the same conditions, variations occur among the devices. Particularly, when the liquid crystal display element is repeatedly manufactured, a fairly strict control is required to ensure reproducibility.
本発明の目的はこのエッチング除去による不安定性を
解消し、再現性良くソース、ドレイン分離の現実を行い
うる構造を有する薄膜電界効果型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。It is an object of the present invention to provide a thin film field effect transistor having a structure capable of eliminating the instability caused by the etching removal and realizing the reality of source / drain separation with good reproducibility, and a manufacturing method thereof.
(課題を解決するための手段) 本発明の薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、
絶縁性基板上に、基板側からゲート電極、ゲート絶縁
膜、シリコン薄膜をこの順に形成し、該シリコン薄膜全
面に5族元素またはその化合物をイオン注入し、さらに
ソース・ドレイン電極を形成後、ソース・ドレイン電極
とのコンタクト領域の間の前記シリコン薄膜に3族元素
またはその化合物をイオン注入して高抵抗領域を形成す
ることを特徴とする。(Means for Solving the Problems) A method for manufacturing a thin film field effect transistor of the present invention is
A gate electrode, a gate insulating film, and a silicon thin film are formed in this order on an insulating substrate, a Group 5 element or its compound is ion-implanted over the entire surface of the silicon thin film, and a source / drain electrode is further formed. A group 3 element or a compound thereof is ion-implanted into the silicon thin film between the contact region with the drain electrode to form a high resistance region.
(作用) イオン注入は、注入不純物の深さ方向の分布を非常に
精密にコントロールでき、大面積に対して適用してもエ
ッチングにくらべて均一性、再現性よく行うことが可能
である。一方、リンなどの5族元素またはその化合物が
ドーピングされた非晶質半導体薄膜層に対して、ボロン
などの3族元素またはその化合物をドーピングすると、
キャリアの補償が行なわれる。このとき、5族元素のド
ーピングと3族元素のドーピングをイオン注入によって
行なうと、両者の深さ方向の分布は補償に十分な程度一
致する。このことを、利用して、絶縁基板上にゲート電
極、ゲート絶縁膜、シリコン薄膜を順次形成したあと、
マスクなしに全面5族元素またはその化合物をイオン注
入し、しかるのちにゲート電極上で、ソース、ドレイン
が分離されるような領域に対して、3族元素またはその
化合物をイオン注入することにより、ドーピング層をエ
ッチングする工程を含まないで薄膜電界効果型トランジ
スタが形成できる。(Function) Ion implantation can control the distribution of implanted impurities in the depth direction very precisely, and even when applied to a large area, it can be performed with higher uniformity and reproducibility than etching. On the other hand, when an amorphous semiconductor thin film layer doped with a Group 5 element such as phosphorus or a compound thereof is doped with a Group 3 element such as boron or a compound thereof,
Carrier compensation is provided. At this time, if the doping of the Group 5 element and the doping of the Group 3 element are performed by ion implantation, the distributions in the depth direction of both are sufficiently matched for compensation. Taking advantage of this, after sequentially forming a gate electrode, a gate insulating film, and a silicon thin film on an insulating substrate,
By ion-implanting the entire group 5 element or its compound without a mask, and then by ion-implanting the group 3 element or its compound into the region on the gate electrode where the source and drain are separated, A thin film field effect transistor can be formed without the step of etching the doping layer.
(実施例) 第1図に、本発明の薄膜電界効果型トランジスタの一
実施例の断面図を示す。第2図にはこのトランジスタの
平面図を示す。以下、このトランジスタ作製のプロセス
について述べる。(Embodiment) FIG. 1 shows a sectional view of an embodiment of the thin film field effect transistor of the present invention. FIG. 2 shows a plan view of this transistor. The process of manufacturing this transistor will be described below.
まず、絶縁性基板上にCrをスパッタ法により1000Å堆
積させる。このCrをゲート電極1のパタンを残し、不要
なCrをエッチング除去する。さらに、これを純水で十分
に洗浄したのち、プラズマCVD法を用いて、ゲート絶縁
膜2として非晶質窒化シリコン薄膜を4000Å、さらに水
素化非晶質シリコン薄膜3000Åを連続形成する。この上
にリンを25kVで3×1015dose/cm2だけ、全面均一にイオ
ン注入を行なう。これに伴いリンは第3図のように分布
することになる。これを、希ふっ酸で表面に形成された
自然酸化膜を除去したのち、Crをスパッタにより500Å
堆積させる。これを230℃でアニールすることにより、
非晶質シリコンとCrとの間にシリサイド6が形成される
と同時に、注入したリンが非晶質シリコン中で活性化さ
れ、活性領域4が形成される。ここで、堆積させたCr
を、第2図中のゲート電極1のパタンと重なりを持つソ
ース、ドレイン電極5のパタンにエッチングする。この
とき、Crと非晶質シリコンの界面には、Crシリサイドが
形成されているので、これを3%のバッファードふっ酸
で取り除く。ここでCrをイオン遮蔽マスクとして、ふっ
化ボロン(BF2 +)を35kVで3×1015dose/cm2だけ全面均
一にイオン注入する。このイオン注入に伴い、ボロンの
原子は第3図にあるように分布する。これを230℃でア
ニールすると、ボロンが活性化してこの部分で補償が行
なわれ、抵抗が7桁以上あがり、高抵抗領域7が形成さ
れる。このとき、弗素は非晶質シリコン薄膜中に残り、
膜中のダングリングボンドなどに結合して膜中で大きな
役割を果たさない。これによりソース、ドレインが精度
よく分離される。最後に非晶質窒化シリコン、水素化非
晶質シリコンの2層を、TFTに必要なアイランド9を除
いて、エッチング除去する。First, 1000 Å of Cr is deposited on the insulating substrate by the sputtering method. Unnecessary Cr is removed by etching while leaving the pattern of the gate electrode 1 for this Cr. Further, after thoroughly washing this with pure water, an amorphous silicon nitride thin film 4000 Å and a hydrogenated amorphous silicon thin film 3000 Å are continuously formed as the gate insulating film 2 by using the plasma CVD method. Then, phosphorus is ion-implanted uniformly over the entire surface at a dose of 3 × 10 15 dose / cm 2 at 25 kV. Along with this, phosphorus is distributed as shown in FIG. After removing the natural oxide film formed on the surface with dilute hydrofluoric acid, Cr was sputtered to 500 Å.
Deposit. By annealing this at 230 ℃,
Simultaneously with the formation of the silicide 6 between the amorphous silicon and Cr, the implanted phosphorus is activated in the amorphous silicon to form the active region 4. Where the deposited Cr
Is etched to the pattern of the source / drain electrode 5 overlapping the pattern of the gate electrode 1 in FIG. At this time, since Cr silicide is formed at the interface between Cr and amorphous silicon, this is removed with 3% buffered hydrofluoric acid. Here, using Cr as an ion-shielding mask, boron fluoride (BF 2 + ) is uniformly ion-implanted at 35 kV by 3 × 10 15 dose / cm 2 . Along with this ion implantation, boron atoms are distributed as shown in FIG. When this is annealed at 230 ° C., boron is activated and compensation is performed in this portion, the resistance rises by seven digits or more, and the high resistance region 7 is formed. At this time, fluorine remains in the amorphous silicon thin film,
It does not play a major role in the film by binding to dangling bonds in the film. As a result, the source and drain are accurately separated. Finally, the two layers of amorphous silicon nitride and hydrogenated amorphous silicon are removed by etching except for the island 9 necessary for TFT.
以上の実施例では、アニールを2回行っているが、最
後のアニール1回のみとしてもよい。またボロンをイオ
ン注入する場合には、BF2 +の形でなく、B+やBF+を利用
しても良い。B+の場合には注入する加速電圧を9kV、BF+
の場合には加速電圧を24+Vにして、3×1015dose/cm2
だけ、イオン注入するとよい。In the above embodiment, the annealing is performed twice, but the final annealing may be performed only once. When boron is ion-implanted, B + or BF + may be used instead of BF 2 + . In the case of B + , the injection acceleration voltage is 9 kV, BF +
In case of, the acceleration voltage is set to 24 + V and 3 × 10 15 dose / cm 2
Only, ion implantation is good.
(発明の効果) 本発明によりソース、ドレイン分離を大面積に置いて
も均一に、また再現性よく行うことができた。(Effects of the Invention) According to the present invention, the source and drain can be separated uniformly over a large area and with good reproducibility.
第1図は本発明の一実施例の断面図。第2図は本発明の
一実施例の平面図。第3図は不純物の深さ方向の濃度分
布を示す図。第4図は従来例の断面図である。 図において、 1……ゲート電極、2……ゲート絶縁膜、3……非晶質
シリコン薄膜、4……活性領域、5……ソース電極また
はドレイン電極、6……Crシリサイド、7……高抵抗領
域、9……アイランドである。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the concentration distribution of impurities in the depth direction. FIG. 4 is a sectional view of a conventional example. In the figure, 1 ... Gate electrode, 2 ... Gate insulating film, 3 ... Amorphous silicon thin film, 4 ... Active region, 5 ... Source or drain electrode, 6 ... Cr silicide, 7 ... High Resistance region, 9 ... Island.
Claims (1)
ゲート絶縁膜、シリコン薄膜の順に形成し、該シリコン
薄膜全面に5族元素またはその化合物をイオン注入し、
さらにソース・ドレイン電極を形成後、ソースおよびド
レイン電極のコンタクト領域の間の前記シリコン薄膜に
3族元素またはその化合物をイオン注入して高抵抗領域
を形成することを特徴とする薄膜電界効果型トランジス
タの製造方法。1. A gate electrode on an insulating substrate from a substrate side,
A gate insulating film and a silicon thin film are formed in this order, and a Group 5 element or a compound thereof is ion-implanted on the entire surface of the silicon thin film,
Further, after forming the source / drain electrodes, a high resistance region is formed by ion-implanting a Group 3 element or a compound thereof into the silicon thin film between the contact regions of the source and drain electrodes. Manufacturing method.
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|---|---|---|---|
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| JPH02116173A JPH02116173A (en) | 1990-04-27 |
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