JP3079566B2 - Thin film transistor and method of manufacturing the same - Google Patents
Thin film transistor and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 薄膜トランジスタとその製法方法に関し、 アクティブマトリクス型液晶表示装置に用いる薄膜ト
ランジスタのソースおよびドレイン電極と動作半導体層
間のリーク電流を低減して、薄膜トランジスタならびに
それを用いるアクティブマトリクス型の液晶表示パネル
の品質・信頼性を向上させることを目的とし、 基板上にソース電極およびドレイン電極のそれぞれに
接続され、第1の不純物が添加されてなるコンタクト層
と、該コンタクト層に接合する動作半導体層とが形成さ
れ、該動作半導体層の上にゲート絶縁膜を介してゲート
が形成されてなる薄膜トランジスタにおいて、該動作半
導体層と該コンタクト層との接合部分には、第2の不純
物が添加されており、該第2の不純物は、該コンタクト
層に含まれている第1の不純物よりも拡散係数が大き
く、かつ、低い添加濃度で添加されるものであって、該
動作半導体層の中の濃度勾配が、該コンタクト層側で高
くなっているように薄膜トランジスタを構成する。The present invention relates to a thin film transistor and a method of manufacturing the same, wherein the thin film transistor used in an active matrix type liquid crystal display device has a reduced leakage current between the source and drain electrodes and an active semiconductor layer, and the thin film transistor and an active matrix using the same. A contact layer connected to a source electrode and a drain electrode on a substrate and having a first impurity added thereto, with the object of improving the quality and reliability of the liquid crystal display panel. In a thin film transistor in which a working semiconductor layer is formed and a gate is formed on the working semiconductor layer with a gate insulating film interposed therebetween, a junction between the working semiconductor layer and the contact layer has a second impurity. Is added, and the second impurity is contained in the contact layer. The diffusion coefficient is larger than that of the first impurity and is added at a lower addition concentration, and the concentration gradient in the active semiconductor layer is higher on the contact layer side. Is configured.
また、基板上にソース電極およびドレイン電極のそれ
ぞれに接続され、第1の不純物が添加されるコンタクト
層と、該コンタクト層に接合する動作半導体層とが形成
され、該動作半導体層の上にゲート絶縁膜を介してゲー
トが形成されている薄膜トランジスタの製造方法におい
て、該コンタクト層を形成した後、該コンタクト層の表
面に第2の不純物を被着させ、次いで、該動作半導体層
を形成する工程において該第2の不純物を該動作半導体
層中に拡散させるように薄膜トランジスタの製造方法を
構成する。In addition, a contact layer connected to each of the source electrode and the drain electrode and doped with the first impurity, and an operating semiconductor layer joined to the contact layer are formed on the substrate, and a gate is formed on the operating semiconductor layer. In the method for manufacturing a thin film transistor in which a gate is formed through an insulating film, a step of forming the contact layer, depositing a second impurity on a surface of the contact layer, and then forming the operating semiconductor layer In the method, the method for manufacturing a thin film transistor is configured so that the second impurity is diffused into the active semiconductor layer.
本発明はアクティブマトリクス型液晶表示装置に用い
る薄膜トランジスタとその製造方法の改良に関する。The present invention relates to an improvement in a thin film transistor used for an active matrix type liquid crystal display device and a method for manufacturing the same.
近年、液晶表示装置の改良普及にともない大容量化と
カラー化への要請が強くなってきた。とくに、薄膜トラ
ンジスタをスイッチング素子として使用するアクティブ
マトリクス型液晶表示装置はその性能品質が優れ巾広い
ニーズが期待されており、今後ますます歩留りの向上,
品質安定性および長期信頼性の改善が強く求められてい
る。In recent years, as liquid crystal display devices have been improved and spread, there has been a strong demand for large capacity and colorization. In particular, active matrix type liquid crystal display devices using thin film transistors as switching elements are expected to have excellent performance and quality, and are expected to meet a wide range of needs.
Improvements in quality stability and long-term reliability are strongly required.
第7図はアクティブマトリクス型液晶表示パネルの外
観斜視図である。FIG. 7 is an external perspective view of an active matrix type liquid crystal display panel.
図中、1はアクティブマトリクス基板で透明な基板11
の上に薄膜トランジスタ素子アレイが形成され、各素子
には表示画素に対応して透明な画素電極が配設されてい
る。40および50は各薄膜トランジスタ素子のゲート電極
およびドレイン電極が結合されたゲートバスラインおよ
びドレインバスラインであり、その上には配向膜12が設
けられている。一方、2は共通電極基板で透明な基板20
の上に透明なベタ電極21と配向膜22が積層形成されてい
る。両基板は配向膜面を中にして狭い空間が形成される
ように図示してないスペーサを挟み基板の周縁部を同じ
く図示してないシール材で密閉接着し、その空間に液晶
3を注入封止してアクティブマトリクス型の液晶表示パ
ネルが構成されている。なお、本図は白黒表示用の場合
であるが、これにカラーフィルタを付加すればカラー液
晶表示パネルが構成される。In the figure, 1 is an active matrix substrate which is a transparent substrate 11
A thin-film transistor element array is formed thereon, and each element is provided with a transparent pixel electrode corresponding to a display pixel. Reference numerals 40 and 50 denote a gate bus line and a drain bus line in which the gate electrode and the drain electrode of each thin film transistor are connected, and the alignment film 12 is provided thereon. On the other hand, 2 is a common electrode substrate and a transparent substrate 20.
A transparent solid electrode 21 and an alignment film 22 are formed on the substrate. Both substrates are hermetically sealed with a sealing material (not shown) sandwiching a spacer (not shown) so that a narrow space is formed with the alignment film surface in the middle, and the liquid crystal 3 is injected and sealed into the space. The active matrix type liquid crystal display panel is constituted by stopping. Note that this drawing shows a case for black and white display, but a color liquid crystal display panel is constituted by adding a color filter to this.
第8図は薄膜トランジスタの構成例を示す図で前記第
7図で説明したアクティブマトリクス基板1の薄膜トラ
ンジスタ素子群の一部を概念的に拡大して示したもので
ある。FIG. 8 is a diagram showing an example of the structure of a thin film transistor, and is a conceptual enlarged view of a part of the thin film transistor element group of the active matrix substrate 1 described in FIG.
図中、10は薄膜トランジスタで、ゲートバスライン40
から張り出したゲート電極14,たとえば、Al,Tiなどの金
属薄膜配線と図示してないゲート絶縁膜の上に動作半導
体層15,たとえば、アモルファスシリコン膜(α−Si
膜)が形成され、その両側からドレインバスライン50に
接続されるドレイン電極と、たとえば,ITO(In2O3−SnO
2)からなる透明な画素電極19に接続されるソース電極
が配設されて薄膜トランジスタが構成されている。その
動作メカニズムは公知であるので説明は省略する。な
お、本図ではゲート電極14が最上層に配置される,いわ
ゆる、トップ・ゲート・スタガー型の例について図示説
明した。In the figure, reference numeral 10 denotes a thin film transistor, which is a gate bus line 40.
An operating semiconductor layer 15, for example, an amorphous silicon film (α-Si) is formed on a gate electrode 14 extending from
A drain electrode connected to the drain bus line 50 from both sides thereof, for example, ITO (In 2 O 3 -SnO
A source electrode connected to the transparent pixel electrode 19 composed of 2 ) is provided to form a thin film transistor. The operation mechanism is publicly known, and the description is omitted. Note that, in this drawing, an example of a so-called top gate stagger type in which the gate electrode 14 is arranged in the uppermost layer has been illustrated and described.
これとは逆にゲート電極14が最下層に配置される,い
わゆる、ボトム・ゲート・スタガー型のものは、比較的
安定した特性が得られることから現在主として実用的に
普及している。Conversely, the so-called bottom gate stagger type, in which the gate electrode 14 is arranged in the lowermost layer, is mainly mainly used practically at present because relatively stable characteristics can be obtained.
しかし、ボトム・ゲート・スタガー型は構造がが複雑
で製造工程も難しいといった点からトップ・ゲート・ス
タガー型構造の薄膜トランジスタの製造方法の改良が強
く求められている。However, since the bottom gate stagger type has a complicated structure and the manufacturing process is difficult, improvement of a method of manufacturing a thin film transistor having a top gate stagger type structure is strongly demanded.
第9図は従来の薄膜トランジスタの製造例を示す図
で、同図(イ),(ロ),(ハ)はいずれもトップ・ゲ
ート・スタガー型構造の場合の例である。FIG. 9 is a view showing an example of manufacturing a conventional thin film transistor. FIGS. 9A, 9B, and 9C show examples of a top gate stagger type structure.
図中、16,17はコンタクト層,たとえば、n+Si層、9
はゲート絶縁膜,たとえば、SiNx膜、4,5はソースおよ
びドレイン電極、7は保護膜、160,170はイオン注入領
域である。In the figure, 16 and 17 are contact layers, for example, n + Si layers, 9
A gate insulating film, for example, SiN x film, the source and drain electrodes 4 and 5, 7 protective film, is 160, 170 is an ion implantation region.
なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につ
いては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明
は省略する。The same parts as those described in the above drawings are denoted by the same reference numerals, and the description of the same parts will be omitted.
同図(イ)ではコンタクト層16,17と動作半導体層15
との間に急峻な接合,いわゆる、Abrupt接合を取ってチ
ャネル長が短くなるように構成している。一方、同図
(ロ),(ハ)ではコンタクト層16,17と動作半導体層1
5との間に、それぞれイオン注入領域160,170を設けて傾
斜接合が形成されるようにしている。In FIG. 3A, the contact layers 16 and 17 and the active semiconductor layer 15 are shown.
And a so-called Abrupt junction is used to reduce the channel length. On the other hand, in FIGS. 2B and 2C, the contact layers 16 and 17 and the active semiconductor layer 1 are shown.
5, ion implantation regions 160 and 170 are provided so that an inclined junction is formed.
しかし、上記従来のトップ・ゲート・スタガー型構造
の薄膜トランジスタにおいては、前記第9図(イ)のAb
rupt接合を取る場合にはコンタクト層16,17と動作半導
体層15との間で電界集中に基づくOFF時のリーク電流が
生じ易い。一方、同図(ロ),(ハ)のイオン注入領域
を設ける方法ではチャネル間の抵抗値を高めON電流を低
下させるばかりでなく、イオン注入工程に長時間を要し
大画面の液晶表示パネルの製造には適しないなど多くの
問題があり、その解決が求められていた。However, in the above conventional thin film transistor having a top gate stagger type structure, the Ab Ab in FIG.
When a rupt junction is formed, a leakage current at the time of OFF based on electric field concentration is likely to occur between the contact layers 16 and 17 and the operating semiconductor layer 15. On the other hand, the method of providing the ion implantation region shown in FIGS. 2B and 2C not only increases the resistance value between the channels and lowers the ON current, but also requires a long time for the ion implantation process and a large-screen liquid crystal display panel. There are many problems, such as not being suitable for the manufacture of, and the solution has been demanded.
上記の課題は、基板上11に、ソース電極およびドレイ
ン電極のそれぞれに接続されるコンタクト層16,17が形
成され、該コンタクト層16,17に接合して動作半導体層1
5,さらに、その上にゲート絶縁膜9を介してゲート電極
14が積層形成されてなる薄膜トランジスタにおいて、前
記両コンタクト層の主面および側面と動作半導体層15と
の接合部分に第2の不純物の濃度勾配が形成された薄膜
トランジスタによって解決することができる。また、前
記コンタクト層16,17および動作半導体層15を多結晶シ
リコンで形成して高速素子を含む多機能回路を構成する
ことができる。具体的には、前記不純物の濃度勾配が、
前記コンタクト層16,17にドープされた第1の不純物と
異なる第2の不純物をコンタクト層16,17上に被着した
あと動作半導体層15を積層処理して形成される薄膜トラ
ンジスタの製造方法によって解決することができる。そ
して、前記コンタクト層16,17にドープされている第1
の不純物は、その上に被着される第2の不純物よりも濃
度が高く,かつ、シリコン中での拡散係数が小さいよう
に選択すればよい。The above problem is solved by forming contact layers 16 and 17 connected to a source electrode and a drain electrode on a substrate 11 and joining the contact layers 16 and 17 to the operating semiconductor layer 1.
5, and a gate electrode on the gate electrode
This problem can be solved by a thin film transistor in which the second impurity concentration gradient is formed at the junction between the main surface and the side surfaces of the contact layers and the active semiconductor layer 15 in the thin film transistor in which 14 is formed. Further, a multi-function circuit including a high-speed element can be formed by forming the contact layers 16, 17 and the operating semiconductor layer 15 from polycrystalline silicon. Specifically, the concentration gradient of the impurity is
A second impurity different from the first impurity doped in the contact layers 16 and 17 is deposited on the contact layers 16 and 17 and then the active semiconductor layer 15 is laminated to form a thin film transistor. can do. Then, the first layers doped in the contact layers 16 and 17 are formed.
May be selected so as to have a higher concentration than the second impurity deposited thereon and to have a low diffusion coefficient in silicon.
また、前記第2の不純物の濃度勾配が前記コンタクト
層16,17の気相成長(CVD)の際にドープする第1の不純
物を含むガスの流量変化によって形成されるように薄膜
トランジスタの製造方法を構成しても効果的に解決でき
る。Also, the method of manufacturing a thin film transistor may be such that the concentration gradient of the second impurity is formed by a change in the flow rate of a gas containing the first impurity to be doped during the vapor phase growth (CVD) of the contact layers 16 and 17. Even if it comprises, it can solve effectively.
本発明によれば、薄膜トランジスタ10のコンタクト層
16,17の主面および側面と動作半導体層15との接合部分
に第2の不純物の濃度勾配が形成されているので、適度
の傾きを持ったエネルギー障壁が構成され電界集中を防
ぎ,たとえば、OFF時のリーク電流の発生が防止できる
のである。According to the present invention, the contact layer of the thin film transistor 10
Since the concentration gradient of the second impurity is formed at the junction between the main surface and the side surfaces 16 and 17 and the operation semiconductor layer 15, an energy barrier having a moderate inclination is formed to prevent electric field concentration. It is possible to prevent the occurrence of leakage current at the time of OFF.
そして、前記第2の不純物の濃度勾配を前記コンタク
ト層16,17にドープされた第1の不純物と異なる第2の
不純物をコンタクト層16,17上に被着したあと動作半導
体層15を積層処理して形成するが、コンタクト層16,17
にドープされている第1の不純物は、その上に被着され
る不純物よりも濃度が高く,かつ、シリコン中での拡散
係数が小さいように選択することによりその形成は極め
て容易になる。さらに、前記第2の不純物の濃度勾配が
前記コンタクト層16,17の気相成長(CVD)の際にドープ
する第2の不純物を含むガスの流量変化によっても容易
に形成可能である。Then, a second impurity different from the first impurity doped in the contact layers 16 and 17 is deposited on the contact layers 16 and 17 by a concentration gradient of the second impurity. Contact layers 16, 17
The formation of the first impurity which is doped so that the concentration is higher than that of the impurity to be deposited thereon and the diffusion coefficient in silicon is small is very easy. Further, the concentration gradient of the second impurity can be easily formed by changing the flow rate of the gas containing the second impurity to be doped during the vapor phase growth (CVD) of the contact layers 16 and 17.
第1図は本発明方法による薄膜トランジスタの構造を
示す図である。図中、18は第2の不純物の濃度勾配のあ
る領域である。FIG. 1 is a view showing the structure of a thin film transistor according to the method of the present invention. In the figure, reference numeral 18 denotes a region having a second impurity concentration gradient.
なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につ
いては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明
は省略する。The same parts as those described in the above drawings are denoted by the same reference numerals, and the description of the same parts will be omitted.
コンタクト層16,17の主面および側面と動作半導体15
との接合部分に第2の不純物の濃度勾配のある領域18が
形成されているので、その接合部分のエネルギーバンド
プロファイルは適度の傾きを持ったエネルギー障壁が構
成される。Principal and side surfaces of contact layers 16 and 17 and operating semiconductor 15
A region 18 having a concentration gradient of the second impurity is formed at the junction with the above, so that the energy band profile of the junction has an energy barrier having an appropriate gradient.
第2図はエネルギープロファイルを示す模式図で、前
記第1図のY−Y軸上で見た状態である。図中、[9]
の領域はゲート絶縁膜9,たとえば、SiO2膜、[15]の領
域は動作半導体層15,たとえば、多結晶シリコン層、[1
8]の領域は第2の不純物の濃度勾配のある領域18,たと
えば、AsまたはP拡散層、[17]はコンタクト層17,た
とえば、Asドープの多結晶シリコン層を示す。また、
EC,EVは伝導帯および価電子帯レベル、EFはフェルミレ
ベルを示す。なお、の破線は従来のAbrupt接合〔第9
図(イ)参照〕の場合を比較参考のために図示した。FIG. 2 is a schematic diagram showing an energy profile, as viewed on the YY axis in FIG. In the figure, [9]
The region of [15] is a gate insulating film 9, for example, an SiO 2 film, and the region of [15] is an operating semiconductor layer 15, for example, a polycrystalline silicon layer, [1].
A region 8] represents a region 18 having a second impurity concentration gradient, for example, an As or P diffusion layer, and [17] represents a contact layer 17, for example, an As-doped polycrystalline silicon layer. Also,
E C and E V indicate conduction band and valence band levels, and E F indicates Fermi level. The broken line indicates the conventional Abrupt junction [the ninth
The case of FIG. (A)] is shown for comparison.
コンタクト層17と動作半導体層15との接合部分,すな
わち、第2の不純物の濃度勾配のある領域[18]に見ら
れるバンドプロファイルの傾きはの実線で示した本発
明の場合は従来の場合のの破線に比較して緩やかな適
度の勾配を形成しており,たとえば、薄膜トランジスタ
動作のOFF時の電界集中が防止されリーク電流の増加な
どの障害が除去できる。なお、コンタクト層16と動作半
導体層15との接合部分においても全く同様であるので説
明は省略する。The slope of the band profile observed at the junction between the contact layer 17 and the operating semiconductor layer 15, ie, the region [18] having the second impurity concentration gradient, is the solid line of the present invention in the case of the present invention. A moderate gradient is formed that is gentler than that of the broken line, and, for example, electric field concentration when the operation of the thin film transistor is turned off is prevented, and obstacles such as an increase in leak current can be removed. The same applies to the junction between the contact layer 16 and the operating semiconductor layer 15, and the description is omitted.
第3図は本発明の一実施例方法を示す図で、主な工程
の概略を工程順に図示したものである。FIG. 3 is a view showing a method of one embodiment of the present invention, in which main steps are schematically illustrated in the order of steps.
工程(1):透明な基板11,たとえば、ガラス基板の上
に、厚さ50〜100mmの,たとえば、Asドープの多結晶シ
リコン膜(ドープ量2×102程度)をSiH4+AsH3の混合
ガス中において600℃で低圧気相成長(CVD)させ、公知
のホトリソグラフィ技術を用いて図示したごとく第1の
不純物を含有するコンタクト層16,17を形成する。Step (1): A 50 to 100 mm thick, for example, As-doped polycrystalline silicon film (doping amount of about 2 × 10 2 ) is mixed on a transparent substrate 11, for example, a glass substrate, by mixing SiH 4 + AsH 3 . Low pressure vapor phase epitaxy (CVD) is performed in a gas at 600 ° C., and contact layers 16 and 17 containing first impurities are formed as shown in the figure using a known photolithography technique.
工程(2):上記処理基板のコンタクト層16,17の主面
および側面に、コンタクト層にドープされた第1の不純
物たとえば、Asよりもシリコン中での拡散係数が大きい
第2の不純物,たとえば、Pを低濃度で被着して第2の
不純物層6を形成する。形成方法としては,たとえば、
基板を400℃に加熱し、たとえば、10-1TorrのPH3プラズ
マ中で処理を行って燐(P)の薄層からなる第2の不純
物層6を被着する。Step (2): A first impurity doped into the contact layer, for example, a second impurity having a larger diffusion coefficient in silicon than As, for example, As, is doped on the main surfaces and side surfaces of the contact layers 16, 17 of the processing substrate. , P at a low concentration to form a second impurity layer 6. As a forming method, for example,
The substrate is heated to 400 ° C. and, for example, treated in a PH 3 plasma of 10 −1 Torr to deposit a second impurity layer 6 made of a thin layer of phosphorus (P).
工程(3):上記処理基板の上に動作半導体層15,たと
えば、厚さ150nmのノンドープの多結晶シリコン膜をSiH
4ガス中において600℃で低圧気相成長(CVD)させる。
この時、基板11は600℃に加熱されているので、コンタ
クト層16,17にドープされたAsおよびコンタクト層16,17
の上に被着されたPはそれぞれのドープまたは被着量と
拡散係数の大きさに対応してコンタクト層と動作半導体
層の界面の両側に熱拡散し、第2の不純物の濃度勾配の
ある領域18が形成される。なお、必要により不純物の熱
拡散処理を別個に行ってもよいことは言うまでもない。Step (3): An active semiconductor layer 15, for example, a 150 nm-thick non-doped polycrystalline silicon film is
Low pressure chemical vapor deposition (CVD) at 600 ° C in 4 gases.
At this time, since the substrate 11 is heated to 600 ° C., As doped in the contact layers 16 and 17 and the contact layers 16 and 17 are doped.
P is thermally diffused to both sides of the interface between the contact layer and the operating semiconductor layer in accordance with the respective doping or the amount of deposition and the magnitude of the diffusion coefficient, and there is a concentration gradient of the second impurity. A region 18 is formed. Needless to say, the thermal diffusion treatment of the impurities may be performed separately if necessary.
工程(4):上記処理基板の動作半導体層15の上にゲー
ト絶縁膜9,たとえば、厚さ200nmのSiNx膜を基板温度300
℃でプラズマCVDにより形成したあと、図示したごとき
配置で,たとえば、厚さ200nmのAlからなるゲート電極1
4を形成し、必要によりこゝには図示してない保護膜を
形成すれば本発明の薄膜トランジスタが作製される。Step (4): A gate insulating film 9, for example, a 200-nm-thick SiN x film is formed on the operating semiconductor layer 15 of the processing substrate at a substrate temperature of 300.
After being formed by plasma CVD at a temperature of 100 ° C., a gate electrode 1 made of, for example, 200 nm thick Al
4 and, if necessary, a protective film (not shown) are formed, whereby the thin film transistor of the present invention is manufactured.
第4図は不純物の濃度勾配形成状態の例を示す図(そ
の1)で、縦軸に不純物濃度を横軸に深さ方向の距離,
すなわち、基板とコンタクト層界面からの距離を取って
いる。FIG. 4 is a diagram showing an example of a state in which an impurity concentration gradient is formed (part 1), in which the vertical axis represents the impurity concentration, the horizontal axis represents the distance in the depth direction,
That is, the distance from the interface between the substrate and the contact layer is set.
コンタクト層にドープされる第1の不純物(As)はコ
ンタクト層の主面および側面に被着される第2の不純物
(P)よりも濃度が高く、かつ,シリコン中での拡散係
数が小さいように選択されているので、AsとPそれぞれ
の不純物は図示したごとき濃度プロファイルが接合部分
に生じて、総合するとの一点鎖線のごとくゆるやかな
適度の不純物濃度勾配が実現される。なお、従来例のAs
単独の拡散による接合部分の状態はの破線と同様にな
ることは言うまでもない。The first impurity (As) doped into the contact layer has a higher concentration than the second impurity (P) deposited on the main surface and side surfaces of the contact layer, and has a lower diffusion coefficient in silicon. Therefore, the respective impurity concentrations of As and P have a concentration profile as shown in the junction, and a moderate and moderate impurity concentration gradient is realized as shown by the dashed line. Note that the conventional As
It goes without saying that the state of the junction due to the single diffusion is the same as the broken line.
第5図は本発明の他の実施例を示す図で、主な工程の
概略を工程順に図示したものである。FIG. 5 is a view showing another embodiment of the present invention, in which main steps are schematically illustrated in the order of steps.
工程(1):透明な基板11,たとえば、ガラス基板の上
に、たとえば,第2の不純物としてPをドープした厚さ
100nmの多結晶シリコン膜を上層に行くほど不純物濃度
が少なくなるように成長させ、公知のホトリソグラフィ
技術を用いてパターニングしてコンタクト層16,17を形
成する。このような膜を具体的に形成するには、基板温
度600℃でガス流量比としてPH3/SiH4の比率を、たとえ
ば,2×10-2から0へと徐々に変化させて低圧気相成長
(CVD)させればよい。Step (1): thickness of a transparent substrate 11, for example, a glass substrate, on which P is doped as a second impurity, for example.
A 100-nm polycrystalline silicon film is grown so that the impurity concentration decreases toward the upper layer, and patterning is performed using a known photolithography technique to form contact layers 16 and 17. To form such a film specifically, at a substrate temperature of 600 ° C., the gas flow ratio PH 3 / SiH 4 is gradually changed from, for example, 2 × 10 -2 to 0, and a low-pressure gas phase is formed. What is necessary is just to grow (CVD).
工程(2):上記処理基板の上に動作半導体層15,たと
えば、厚さ150nmのノンドープの多結晶シリコン膜をSiH
4ガス中において600℃で低圧気相成長(CVD)させる。Step (2): An active semiconductor layer 15, for example, a 150 nm-thick non-doped polycrystalline silicon film is
Low pressure chemical vapor deposition (CVD) at 600 ° C in 4 gases.
工程(3):上記処理基板の動作半導体層15の上にゲー
ト絶縁膜9,たとえば、厚さ200nmのSiNx膜を基板温度300
℃でプラズマCVDにより形成したあと、図示したごとき
配置で,たとえば、厚さ200nmのAlからなるゲート電極1
4を形成し、必要によりこゝには図示していない保護膜
を形成すれば本発明の他の実施例の薄膜トランジスタが
作製される。Step (3): A gate insulating film 9, for example, a 200-nm-thick SiN x film is formed on the operating semiconductor layer 15 of the processing substrate at a substrate temperature of 300.
After being formed by plasma CVD at a temperature of 100 ° C., a gate electrode 1 made of, for example, 200 nm thick Al
By forming 4 and, if necessary, forming a protective film (not shown), a thin film transistor according to another embodiment of the present invention is manufactured.
第6図は不純物の濃度勾配形成状態の例を示す図(そ
の2)で、縦軸に不純物濃度を横軸に深さ方向の距離,
すなわち、基板とコンタクト層界面からの距離を取って
ある。FIG. 6 is a diagram (part 2) showing an example of an impurity concentration gradient formation state, in which the vertical axis represents the impurity concentration, the horizontal axis represents the distance in the depth direction,
That is, the distance from the interface between the substrate and the contact layer is set.
図示したごとく、コンタクト層の上層,すなわち、動
作半導体層15に接する領域に第2の不純物,たとえば、
Pの濃度勾配が形成され、両者間に,いわゆる、傾斜接
合が形成されるので、OFF動作時にもリーク電流が生じ
ることがないのである。As shown in the figure, a second impurity, for example, in a region above the contact layer, that is, in a region in contact with the active semiconductor layer 15,
Since a concentration gradient of P is formed and a so-called inclined junction is formed between the two, no leak current occurs even during the OFF operation.
なお、上記いずれの実施例においても動作半導体層15
としては、画素電極のスイッチング素子以外の周辺回路
の高速トランジスタにも適用できるように、移動度の高
いノンドープの多結晶シリコンを用いたが、用途によっ
てはアモルファスSiを用いてもよいことは勿論である。In any of the above embodiments, the operating semiconductor layer 15
As such, non-doped polycrystalline silicon with high mobility was used so that it could be applied to high-speed transistors in peripheral circuits other than the switching element of the pixel electrode, but of course amorphous silicon may be used depending on the application. is there.
また、多結晶シリコンからなる動作半導体層15を形成
する方法としては、上記実施例のように直接多結晶シリ
コンを生成する代わりに、先ず,アモルファスSi膜を生
成したあと580℃以上で熱アニールしたり、レーザ光を
照射して多結晶化させてもよい。As a method of forming the working semiconductor layer 15 made of polycrystalline silicon, instead of directly forming polycrystalline silicon as in the above embodiment, first, an amorphous Si film is formed, and then thermal annealing is performed at 580 ° C. or more. Alternatively, polycrystallization may be performed by irradiating a laser beam.
以上説明したように、本発明によれば薄膜トランジス
タ10のコンタクト層16,17の主面および側面と動作半導
体層15との接合部分に第2の不純物の濃度勾配が形成さ
れているので、適度の傾きを持ったエネルギー障壁が構
成され電界集中を防ぎ,たとえば、OFF時のリーク電流
の発生が防止できるのである。As described above, according to the present invention, since the concentration gradient of the second impurity is formed at the junction between the main surface and the side surfaces of the contact layers 16 and 17 of the thin film transistor 10 and the active semiconductor layer 15, a moderate An energy barrier having a slope is configured to prevent electric field concentration and, for example, to prevent generation of a leak current at the time of OFF.
そして、前記不純物の濃度勾配を前記コンタクト層1
6,17にドープされた第1の不純物と異なる第2の不純物
をコンタクト層16,17上に被着したあと動作半導体層15
を積層処理して形成するが、コンタクト層16,17にドー
プされる第1の不純物は、その上に被着される第2の不
純物よりも濃度が高く,かつ、シリコン中での拡散係数
が小さいように選択することによりその形成は極めて容
易になる。さらに、前記第2の不純物の濃度勾配が前記
コンタクト層16,17の気相成長(CVD)の際にドープする
第2の不純物を含むガスの流量変化によっても容易に形
成可能である。Then, the concentration gradient of the impurity is
After depositing a second impurity different from the first impurity doped on the contact layers 16 and 17 on the contact layers 16 and 17,
The first impurity doped in the contact layers 16 and 17 has a higher concentration than the second impurity deposited thereon, and has a diffusion coefficient in silicon. Choosing it to be small greatly facilitates its formation. Further, the concentration gradient of the second impurity can be easily formed by changing the flow rate of the gas containing the second impurity to be doped during the vapor phase growth (CVD) of the contact layers 16 and 17.
したがって、薄膜トランジスタとそれを用いたアクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置の歩留り・品質・信頼
性の向上および価格の低下に寄与するところが極めて大
きい。Therefore, it greatly contributes to the improvement of the yield, quality, and reliability of the thin film transistor and the active matrix type liquid crystal display device using the thin film transistor, and to the reduction of the price.
第1図は本発明方法による薄膜トランジスタの構造を示
す図、 第2図はエネルギープロファイルを示す模式図、 第3図は本発明の一実施例方法を示す図、 第4図は不純物の濃度勾配形成状態の例を示す図(その
1)、 第5図は本発明の他の実施例方法を示す図、 第6図は不純物の濃度勾配形成状態の例を示す図(その
2)、 第7図はアクティブマトリクス型液晶表示パネルの外観
斜視図、 第8図は薄膜トランジスタの構成例を示す図、 第9図は従来の薄膜トランジスタの構造例を示す図であ
る。 図において、 1はアクティブマトリクス基板、 2は共通電極基板、3は液晶、 4はソース電極、5はドレイン電極、 6は第2の不純物の被着層、7は保護膜、 9はゲート絶縁膜、 10は薄膜トランジスタ、 11は基板、 14はゲート電極、 15は動作半導体層、 16,17はコンタクト層、 18は第2の不純物の濃度勾配のある領域、 19は画素電極である。1 is a diagram showing a structure of a thin film transistor according to the method of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing an energy profile, FIG. 3 is a diagram showing a method of one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 5 shows an example of a state (part 1), FIG. 5 shows a method of another embodiment of the present invention, FIG. 6 shows an example of an impurity concentration gradient forming state (part 2), FIG. Is a perspective view showing the appearance of an active matrix type liquid crystal display panel, FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a thin film transistor, and FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a conventional thin film transistor. In the figure, 1 is an active matrix substrate, 2 is a common electrode substrate, 3 is a liquid crystal, 4 is a source electrode, 5 is a drain electrode, 6 is a second impurity deposition layer, 7 is a protective film, and 9 is a gate insulating film. Reference numeral 10 denotes a thin film transistor, 11 denotes a substrate, 14 denotes a gate electrode, 15 denotes a working semiconductor layer, 16 and 17 denote contact layers, 18 denotes a region having a second impurity concentration gradient, and 19 denotes a pixel electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−136373(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 G02F 1/1368 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-136373 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336 G02F 1 / 1368
Claims (2)
それぞれに接続され、第1の不純物が添加されてなるコ
ンタクト層と、該コンタクト層に接合する動作半導体層
とが形成され、該動作半導体層の上にゲート絶縁膜を介
してゲートが形成されてなる薄膜トランジスタにおい
て、 該動作半導体層と該コンタクト層との接合部分には、第
2の不純物が添加されており、 該第2の不純物は、該コンタクト層に含まれている第1
の不純物よりも拡散係数が大きく、かつ、低い添加濃度
で添加されるものであって、該動作半導体層の中の濃度
勾配が、該コンタクト層側で高くなっていること特徴と
する薄膜トランジスタ。A contact layer connected to each of a source electrode and a drain electrode and having a first impurity added thereto; and an operating semiconductor layer bonded to the contact layer, the operating semiconductor layer being formed on the substrate. A thin film transistor having a gate formed thereon with a gate insulating film interposed therebetween, wherein a junction between the operating semiconductor layer and the contact layer is doped with a second impurity, and the second impurity is The first layer included in the contact layer
A thin film transistor, wherein the diffusion coefficient is larger than that of the impurity and is added at a low addition concentration, and the concentration gradient in the operating semiconductor layer is higher on the contact layer side.
それぞれに接続され、第1の不純物が添加されるコンタ
クト層と、該コンタクト層に接合する動作半導体層とが
形成され、該動作半導体層の上にゲート絶縁膜を介して
ゲートが形成されている薄膜トランジスタの製造方法に
おいて、 該コンタクト層を形成した後、該コンタクト層の表面に
第2の不純物を被着させ、次いで、該動作半導体層を形
成する工程において該第2の不純物を該動作半導体層中
に拡散させることを特徴とする薄膜トランジスタの製造
方法。A contact layer connected to each of the source electrode and the drain electrode and having a first impurity added thereto; and an operating semiconductor layer bonded to the contact layer, the active semiconductor layer being formed on the substrate. In the method for manufacturing a thin film transistor having a gate formed thereon with a gate insulating film interposed therebetween, after forming the contact layer, a second impurity is deposited on a surface of the contact layer. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising: diffusing the second impurity into the active semiconductor layer in the forming step.
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