JP3226655B2 - Method for manufacturing thin film transistor - Google Patents
Method for manufacturing thin film transistorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ(T
FT)の構造および作製方法に関するものである。本発
明によって作製される薄膜トランジスタは、ガラス等の
絶縁基板上、単結晶シリコン等の半導体基板上、いずれ
にも形成される。The present invention relates to a thin film transistor (T
FT) and a method of manufacturing the same. The thin film transistor manufactured by the present invention is formed on an insulating substrate such as glass and a semiconductor substrate such as single crystal silicon.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、レーザー結晶化、あるいはレーザ
ー活性化技術(フラッシュランプアニールを含む)を用
いて、ゲイトが活性層の上に位置する薄膜トランジスタ
(トップゲイト型TFT)を作製する場合には、薄膜半
導体領域(活性層)を島状にパターニングした後、ゲイ
ト絶縁膜として、CVD法やスパッタ法によって絶縁被
膜を形成し、その上にゲイト電極を形成して、絶縁被膜
を付けたまま高速のドーピング不純物(ドーパント)を
照射して、半導体領域中に(ゲイト電極をマスクとし
て)自己整合的にソース領域、ドレイン領域等の不純物
領域を形成し、引き続き、レーザー照射をおこなうこと
によって、先に半導体中に導入された不純物の活性化
(レーザー活性化)をおこなっていた。2. Description of the Related Art Conventionally, when a thin film transistor (top gate type TFT) in which a gate is located on an active layer is manufactured by using laser crystallization or laser activation technology (including flash lamp annealing), After patterning the thin film semiconductor region (active layer) into an island shape, an insulating film is formed as a gate insulating film by a CVD method or a sputtering method, and a gate electrode is formed thereon. Irradiation with a doping impurity (dopant) to form self-aligned impurity regions such as a source region and a drain region in a semiconductor region (using a gate electrode as a mask), followed by laser irradiation, whereby the semiconductor The impurity introduced therein was activated (laser activation).
【0003】[0003]
【発明が解決しようする課題】しかしながら、このよう
な従来の方法ではいくつかの問題があった。1つは、レ
ーザー活性化の際に,半導体中の不純物の一部がその上
に存在するゲイト絶縁膜材料(酸化珪素等)と反応し
て、リンガラス、ボロンガラスのような化合物を生成
し、また、非平衡状態の化学反応によって、非化学量論
比の半導体酸化物(酸素と珪素の比率が2:1でない酸
化珪素等)が生じ、後でコンタクトを形成する際に接触
抵抗が高くなることであった。また、上記の反応等によ
って表面の凹凸が著しかった。このため,歩留りが低下
した。もう一つは、不純物のドーピングされる領域の境
界がゲイト電極部の影となり、境界部の活性化が不十分
であり、特性が不安定で信頼性の劣化をもたらすという
ことであった。以下にその例を示して説明する。However, such a conventional method has several problems. One is that, during laser activation, some of the impurities in the semiconductor react with the gate insulating film material (such as silicon oxide) present thereon to generate compounds such as phosphorus glass and boron glass. In addition, the non-equilibrium chemical reaction produces a non-stoichiometric semiconductor oxide (such as silicon oxide in which the ratio of oxygen to silicon is not 2: 1), which results in high contact resistance when a contact is formed later. It was to become. In addition, surface irregularities were significant due to the above reaction and the like. As a result, the yield was reduced. The other is that the boundary of the region to be doped with impurities becomes a shadow of the gate electrode portion, activation of the boundary portion is insufficient, characteristics are unstable, and reliability is deteriorated. An example will be described below.
【0004】図5には、従来のレーザー活性化技術の例
を示す。まず、基板50上に下地絶縁膜(酸化珪素等)
51を堆積し、さらに、島状の結晶性半導体領域(シリ
コン等)52を形成する。さらに、引き続いてCVD
法、スパッタリング法等の手段で、ゲイト絶縁膜(酸化
珪素等)53を形成し、さらに、ゲイト電極(燐ドープ
されたシリコン、アルミニウム、タンタル等)54を形
成する。(図5(A))FIG. 5 shows an example of a conventional laser activation technique. First, a base insulating film (such as silicon oxide) is formed on the substrate 50.
Then, an island-shaped crystalline semiconductor region (silicon or the like) 52 is formed. Further, the CVD
A gate insulating film (such as silicon oxide) 53 is formed by a method such as a sputtering method or a sputtering method, and a gate electrode (such as phosphorus-doped silicon, aluminum, or tantalum) 54 is further formed. (FIG. 5 (A))
【0005】そして、不純物をドーピングした後、レー
ザー等の強光を照射して不純物領域55a、55bの活
性化をおこなった。この場合、瞬間的な高温状態によっ
て、図中にPで示した半導体とゲイト絶縁膜の界面で化
学反応が生じ、先に指摘したようなリンガラス(もしく
はボロンガラス)のような絶縁膜材料とドーパント材料
が化合する。また、酸化珪素とシリコンが化合して、非
化学量論比の酸化珪素が生成する。(図5(B))[0005] After doping with impurities, the impurity regions 55a and 55b are activated by irradiating with strong light such as a laser. In this case, due to the instantaneous high temperature state, a chemical reaction occurs at the interface between the semiconductor and the gate insulating film indicated by P in the figure, and the insulating film material such as phosphorus glass (or boron glass) as pointed out above is used. The dopant material combines. In addition, silicon oxide and silicon combine to form silicon oxide having a non-stoichiometric ratio. (FIG. 5 (B))
【0006】図6も、従来のレーザー活性化技術の例で
あるが、図5の場合とは異なって、ゲイト電極の周囲に
ゲイト電極の陽極酸化物65が形成されている。このよ
うな陽極酸化物によって、ゲイト電極と不純物(が導入
されるべき)領域とが距離Xだけ離間したオフセット状
態となり、TFTの電気特性(ゲイトに逆バイアスをか
けたときのリーク電流等)の改善を図ることができる。
(図6(A))FIG. 6 is also an example of a conventional laser activation technique. However, unlike the case of FIG. 5, an anodic oxide 65 of the gate electrode is formed around the gate electrode. Such an anodic oxide causes an offset state in which the gate electrode and the impurity (to be introduced) region are separated by a distance X, and the electrical characteristics of the TFT (such as a leak current when a reverse bias is applied to the gate). Improvement can be achieved.
(FIG. 6 (A))
【0007】しかし、この場合には、図6(B)中にQ
で示したような箇所では、高速のドーピング不純物によ
って結晶性が破壊される一方、レーザー光の照射が十分
でないので活性化がおこなわれず、トラップ準位が多数
生成してTFTの特性を損ね、信頼性が低下する。(図
6(B))本発明の課題はこのような問題を解決するこ
とである。However, in this case, Q in FIG.
In the places indicated by, the crystallinity is destroyed by the high-speed doping impurities, but the laser light irradiation is not sufficient, so that the activation is not performed, a large number of trap levels are generated, and the characteristics of the TFT are impaired. Is reduced. (FIG. 6B) An object of the present invention is to solve such a problem.
【0008】[0008]
【発明を解決するための手段】本発明では、ゲイト絶縁
膜を付けたままドーピングをおこない、続くレーザー活
性化工程ではゲイト絶縁膜を除去して活性化をおこなう
ということによって、上記の課題を解決する。しかしな
がら、ゲイト絶縁膜を除去する際には、同時に下地の酸
化膜や基板までエッチングされる可能性が大きいので、
本発明では、特に不純物導入にマスクを使用し、次い
で、そのマスクを用いて、ゲイト絶縁膜等を選択的にエ
ッチングすることを特徴とするものである。According to the present invention, the above problem is solved by performing doping with the gate insulating film attached, and removing and activating the gate insulating film in the subsequent laser activation step. I do. However, when removing the gate insulating film, there is a high possibility that the underlying oxide film and the substrate will be etched at the same time.
The present invention is characterized in that a mask is used particularly for impurity introduction, and then the gate insulating film and the like are selectively etched using the mask.
【0009】この結果、ドーピングの際の歩留りを低下
させることなく、かつ、レーザー活性化工程において
も、半導体と絶縁被膜の反応を阻止することができた。
また、図6に示されるような陽極酸化物を使用してオフ
セットを設ける構造のTFTにおいて、ゲイト絶縁膜の
エッチングの工程において、同時に陽極酸化物の一部も
エッチングされるのであれば、ドーピングされた領域の
境界部もレーザー照射することが可能である。以下に実
施例を示し、より詳細に本発明を説明する。As a result, the reaction between the semiconductor and the insulating film could be prevented without lowering the yield during doping and also in the laser activation step.
In a TFT having a structure in which an offset is formed by using an anodic oxide as shown in FIG. 6, if a part of the anodic oxide is simultaneously etched in the step of etching the gate insulating film, doping is performed. It is also possible to irradiate the laser beam at the boundary of the region. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
【0010】[0010]
【実施例】〔実施例1〕 図1に本実施例の作製工程の
断面図を示す。基板(コーニング7059)10上にス
パッタリングによって厚さ200nmの酸化珪素の下地
膜11を形成した。さらに、プラズマCVD法によっ
て、厚さ20〜200nm、例えば150nmのアモル
ファスシリコン膜を堆積した。引き続き、スパッタリン
グ法によって、厚さ20〜100nmの酸化珪素膜を保
護膜として堆積した。そして、これを還元雰囲気下、5
00〜600℃、例えば600℃で48時間アニールし
て結晶化させた。結晶化工程はレーザー等の強光を用い
る方式でもよい。そして、得られた結晶シリコン膜をパ
ターニングして、島状シリコン領域12を形成した。[Embodiment 1] FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. A 200 nm thick silicon oxide base film 11 was formed on a substrate (Corning 7059) 10 by sputtering. Furthermore, by plasma CVD was deposited thickness 2 0 to 20 0 nm, for example 15 0 nm amorphous silicon film. Subsequently, by sputtering, depositing a silicon oxide film having a thickness of 2 0 to 10 0 nm as a protective film. Then, in a reducing atmosphere, 5
Annealing was performed at 00 to 600 ° C., for example, at 600 ° C. for 48 hours for crystallization. The crystallization step may be a method using strong light such as a laser. Then, the obtained crystalline silicon film was patterned to form island-shaped silicon regions 12.
【0011】次に、スパッタリング法によって厚さ85
〜150nm、例えば100nmの酸化珪素膜13をゲ
イト絶縁膜として堆積し、引き続いて、減圧CVD法に
よって、厚さ600〜800nm、例えば600nmの
シリコン膜(0.01〜2%の燐を含む)を堆積した。
なお、この酸化珪素とシリコン膜の成膜工程は連続的に
おこなうことが望ましい。そして、シリコン膜をパター
ニングして、ゲイト電極14を形成した。(図1
(A))[0011] Next, the thickness of 8 5 by sputtering
~ 15 0 nm, depositing a silicon oxide film 13 of, for example, 10 0 nm as a gate insulating film, subsequently, by low pressure CVD, the thickness of 60 0 to 80 0 nm, for example 60 0 nm silicon film (of 0.01% to 2% Containing phosphorus).
It is desirable that the step of forming the silicon oxide and the silicon film be performed continuously. Then, the gate electrode 14 was formed by patterning the silicon film. (Figure 1
(A))
【0012】次に、半導体領域12以外の領域をフォト
レジスト15でマスクした後、プラズマドーピング法に
よって、シリコン領域12にフォトレジストマスク15
およびゲイト電極14をマスクとして不純物(燐)を注
入した。このときのドーピングのパターンは図1(C)
に示されるような形状とした。ドーピングガスとして、
フォスフィン(PH3 )を用い、加速電圧を60〜11
0kV、例えば80kVとした。ドース量は1×1015
〜5×1015cm-2、例えば1×1015cm-2とした。
この結果、N型の不純物領域16a、16bがゲイト電
極14に対して自己整合的に形成された。(図1
(B))Next, after masking a region other than the semiconductor region 12 with the photoresist 15, a photoresist mask 15 is formed on the silicon region 12 by a plasma doping method.
Then, impurities (phosphorus) were implanted using the gate electrode 14 as a mask. The doping pattern at this time is shown in FIG.
The shape was as shown in FIG. As a doping gas,
Using phosphine (PH 3 ), the accelerating voltage is 60 to 11
0 kV, for example, 80 kV. Dose amount is 1 × 10 15
55 × 10 15 cm −2 , for example, 1 × 10 15 cm −2 .
As a result, N-type impurity regions 16a and 16b were formed in self-alignment with the gate electrode 14. (Figure 1
(B))
【0013】不純物ドーピング工程が終了した後、マス
ク15をつけたまま、フッ化水素酸によって、エッチン
グをおこない、酸化珪素膜13の露出した部分をエッチ
ングした。この際には、下地絶縁膜の酸化珪素11も一
部エッチングされることに注意しなければならない。エ
ッチング工程終了後はレジストを剥離した。After the impurity doping step is completed, the exposed portion of the silicon oxide film 13 is etched with hydrofluoric acid with the mask 15 attached. At this time, it should be noted that the silicon oxide 11 of the base insulating film is also partially etched. After the completion of the etching step, the resist was removed.
【0014】その後、レーザー照射によって不純物を活
性化させた。レーザーとしてはKrFエキシマーレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20〜40nsec)を
用いたが、他に、XeFエキシマーレーザー(波長35
3nm)、XeClエキシマーレーザー(波長308n
m)、ArFエキシマーレーザー(波長193nm)等
を用いてもよい。レーザーのエネルギー密度は、250
〜400mJ/cm2、例えば300mJ/cm2 と
し、1か所につき2〜10ショット、例えば2ショット
照射すればよい。レーザー照射時に、基板を200〜4
50℃程度に加熱してもよい。基板を加熱した場合には
最適なレーザーエネルギー密度が変わることに注意しな
ければならない。(図1(D))Then, the impurities were activated by laser irradiation. As a laser, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 to 40 nsec) was used.
3 nm), XeCl excimer laser (wavelength 308 n)
m), an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) or the like may be used. The energy density of the laser is 250
400 mJ / cm 2 , for example, 300 mJ / cm 2, and 2 to 10 shots, for example, 2 shots may be applied to one location. During laser irradiation, the substrate is
You may heat to about 50 degreeC. It should be noted that the optimal laser energy density changes when the substrate is heated. (Fig. 1 (D))
【0015】不純物の活性化後、続いて、厚さ500〜
800nm、例えば600nmの酸化珪素膜17を層間
絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し、これに
コンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化
チタン(100〜200nm、例えば100nm)とア
ルミニウム(500〜1000nm、例えば800n
m)の多層膜によって配線18a、18bを形成した。
そして、0.1〜1気圧、250〜400℃、例えば1
気圧、350℃の水素雰囲気中で30〜120分、例え
ば30分のアニールをおこなった。以上の工程によって
NMOSの半導体回路が完成した。(図1(E))[0015] After activation of impurities, followed by, thickness 50 0
A silicon oxide film 17 having a thickness of 800 nm , for example, 600 nm is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method, a contact hole is formed in the silicon oxide film 17, and a metal material, for example, titanium nitride (100 to 200 nm , for example, 100 nm ) is formed. And aluminum ( 500-1000 nm , for example, 800n)
The wirings 18a and 18b were formed by the multilayer film of m ).
And 0.1 to 1 atm, 250 to 400 ° C., for example, 1
Annealing was performed in a hydrogen atmosphere at a pressure of 350 ° C. for 30 to 120 minutes, for example, 30 minutes. Through the above steps, an NMOS semiconductor circuit was completed. (FIG. 1 (E))
【0016】〔実施例2〕 図2に本実施例の作製工程
の断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)2
0上にスパッタリングによって厚さ200nmの酸化珪
素の下地膜21を形成した。さらに、プラズマCVD法
によって、厚さ20〜200nm、例えば100nmの
アモルファスシリコン膜を堆積した。そして、これを還
元雰囲気下、600℃で48時間アニールして結晶化さ
せた。結晶化工程はレーザー等の強光を用いる方式でも
よい。そして、得られた結晶シリコン膜をパターニング
して、島状シリコン領域22を形成した。1つの島状シ
リコン膜の大きさは30μm×30μmとした。[Embodiment 2] FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate (Corning 7059) 2
A silicon oxide base film 21 having a thickness of 200 nm was formed on the substrate 0 by sputtering. Furthermore, by plasma CVD was deposited thickness 2 0 to 20 0 nm, for example 10 0 nm amorphous silicon film. Then, this was annealed at 600 ° C. for 48 hours in a reducing atmosphere to be crystallized. The crystallization step may be a method using strong light such as a laser. Then, the obtained crystalline silicon film was patterned to form island-like silicon regions 22. The size of one island-shaped silicon film was 30 μm × 30 μm.
【0017】次に、スパッタリング法によって厚さ80
〜150nm、例えば100nmの酸化珪素膜13をゲ
イト絶縁膜として堆積し、引き続いて、スパッタリング
法によって、厚さ300〜600nm、例えば600n
mのアルミニウム膜(2%のシリコンを含む)を堆積し
た。アルミニウムにはシリコンを0.5〜5%、もしく
は銅を0.2〜2%添加することが望ましい。これは後
の工程で、250〜350℃の熱処理があるため、これ
らの不純物が含有されていないとヒロックが発生するか
らである。なお、この酸化珪素とアルミニウムの成膜工
程は連続的におこなうことが望ましい。また、アルミニ
ウム膜は成膜後、100〜300℃の熱処理をおこなう
とヒロックの発生を抑止することができた。[0017] Next, the thickness 8 0 by sputtering
~ 15 0 nm, for example, 10 0 nm of the silicon oxide film 13 is deposited as a gate insulating film, subsequently, by sputtering, the thickness 30 0 to 60 0 nm, for example 60 0n
m of aluminum film (containing 2% silicon) was deposited. It is desirable to add 0.5 to 5% of silicon or 0.2 to 2% of copper to aluminum. This is because hillocks are generated if these impurities are not included, since a heat treatment at 250 to 350 ° C. is performed in a later step. Note that it is desirable that the step of depositing silicon oxide and aluminum be performed continuously. Further, when the aluminum film was subjected to a heat treatment at 100 to 300 ° C. after the film formation, the generation of hillocks could be suppressed.
【0018】そして、アルミニウム膜を燐酸によってエ
ッチングして、ゲイト電極24を形成した。さらに、フ
ォトニース(感光性ポリイミド)を塗布した後、これを
パターニングして、250〜350℃、例えば300℃
でベイキングして、(陽極酸化に対する)ポリイミドの
マスクを選択的に形成する。このマスクは後にコンタク
トを形成する場所や配線を分断する場所に設ければよ
い。(図にはポリイミドマスクは示さない。)Then, the gate electrode 24 was formed by etching the aluminum film with phosphoric acid. Furthermore, after applying a photo nice (photosensitive polyimide), this is patterned, and it is 250 to 350 ° C., for example, 300 ° C.
To selectively form a polyimide mask (for anodic oxidation). This mask may be provided in a place where a contact is formed later or a place where the wiring is divided. (The polyimide mask is not shown in the figure.)
【0019】続いて、陽極酸化をおこなう。酒石酸をエ
チレングリコールに溶解させて、1〜5%、例えば3%
の溶液を調製し、これにアンモニア水溶液を加えてpH
を7程度にした。そして、白金の網状電極を陰極、基板
10を陽極とし、配線24に電流を流して陽極酸化を開
始した。Subsequently, anodic oxidation is performed. Tartaric acid is dissolved in ethylene glycol, and 1 to 5%, for example, 3%
Solution, and add an aqueous ammonia solution to the solution to adjust the pH.
Was set to about 7. Anodization was started by passing a current through the wiring 24 using the platinum mesh electrode as a cathode and the substrate 10 as an anode.
【0020】最初は電圧が3〜6V/分、例えば4V/
分で電圧が上昇するように電流を流し、電圧が200〜
250V、例えば220Vになった段階で電圧上昇を止
め、一定の電圧に保持して、電流が20μA/cm∧(2
)になるまでその状態を保った。この結果、厚さ150
〜300nm、例えば200nmの酸化アルミニウム2
5を形成した。ポリイミドのマスクの存在する部分(図
示せず)はそのマスク効果のために陽極酸化されなかっ
た。陽極酸化に要する時間は、40〜70分、代表的に
は55分であった。(図2(A))Initially, the voltage is 3-6 V / min, for example, 4 V / min.
The current flows so that the voltage rises in
When the voltage reaches 250 V, for example, 220 V, the voltage rise is stopped, the voltage is kept constant, and the current is 20 μA / cm∧ (2
). As a result, the thickness 150
Up to 300 nm , for example 200 nm of aluminum oxide 2
5 was formed. The presence of the polyimide mask (not shown) was not anodized due to its masking effect. The time required for anodization was 40-70 minutes, typically 55 minutes. (Fig. 2 (A))
【0021】次に、島状シリコン領域22を除いて、フ
ォトレジストのマスク26をパターニングした。このと
きのパターニングの形状は図3(A)もしくは図3
(C)に示されるものを採用した。すなわち、シリコン
領域22の段差とゲイト電極24が交差する部分には、
ドーピングされないような構成とした。Next, a photoresist mask 26 was patterned except for the island-shaped silicon region 22. The patterning shape at this time is shown in FIG.
The one shown in (C) was adopted. That is, at the portion where the step of the silicon region 22 and the gate electrode 24 intersect,
The configuration is such that doping is not performed.
【0022】このような段差の部分のゲイト絶縁膜23
は被覆性が悪くて薄いため、ピンホール等の欠陥が多発
し、段差部に沿って寄生TFTが発生して、それに起因
するリーク電流が問題となっていた。このようなドーピ
ングパターンを採用することによって段差部がTFTの
一部となることはないので、リーク電流等を著しく減少
させることができた。The gate insulating film 23 at such a stepped portion
Because of poor coverage and thinness, defects such as pinholes occur frequently, and a parasitic TFT is generated along the step, resulting in a problem of leakage current. By adopting such a doping pattern, the step does not become a part of the TFT, so that the leak current and the like can be significantly reduced.
【0023】そして、このマスクを用いて、プラズマド
ーピング法によって、シリコン領域22に不純物(燐や
ホウ素)を注入した。燐を注入する場合には、ドーピン
グガスとして、フォスフィン(PH3 )を用い、加速電
圧を65〜100kV、例えば80kVとすればよい。
ホウ素を注入する場合には、ドーピングガスとして、ジ
ボラン(B2 H6 )を用い、加速電圧を50〜80k
V、例えば65kVとすればよい。ドーズ量は1×10
15〜5×1015cm-2、例えば3×1015cm-2とし
た。このようにしてゲイト電極部(ゲイト電極24と陽
極酸化物25)に対して自己整合的に不純物領域27
a、27bを形成した。不純物領域とゲイト電極24は
水平方向に距離Yだけ離れた状態(オフセット状態)と
なっている。(図2(B))Then, using this mask, impurities (phosphorus or boron) were implanted into the silicon region 22 by a plasma doping method. When phosphorus is implanted, phosphine (PH 3 ) may be used as a doping gas, and the acceleration voltage may be set to 65 to 100 kV, for example, 80 kV.
When boron is implanted, diborane (B 2 H 6 ) is used as a doping gas and the acceleration voltage is set to 50 to 80 k.
V, for example, 65 kV. Dose amount is 1 × 10
15 to 5 × 10 15 cm −2 , for example, 3 × 10 15 cm −2 . In this manner, impurity region 27 is self-aligned with the gate electrode portion (gate electrode 24 and anodic oxide 25).
a and 27b were formed. The impurity region and the gate electrode 24 are separated from each other by a distance Y in the horizontal direction (offset state). (FIG. 2 (B))
【0024】ついで、このマスク26を用いて、酸化珪
素膜23の一部をエッチングした。エッチング工程終了
後、マスク26は除去した。マスク26のパターンを図
3(A)のように、半導体領域22以外の部分も露出し
た場合には、実施例1と同様に下地酸化珪素膜がエッチ
ングされる(図1(D)中のX参照)が、図3(C)の
ように露出部分を半導体領域22だけに限定した場合に
は、そのような問題は生じなかった。それぞれのパター
ンによって、ゲイト絶縁膜23をエッチングした後のT
FTの様子を図3(B)および(D)に示す。図2
(C)には図3(D)で示されるTFTの断面を示す。
注目すべきことに、このときには陽極酸化物(酸化アル
ミニウム)25もエッチングされ、距離Zだけ後退する
ので、不純物領域の境界が露出する。(図2(C))Next, using the mask 26, a part of the silicon oxide film 23 was etched. After the completion of the etching step, the mask 26 was removed. When the pattern of the mask 26 exposes a portion other than the semiconductor region 22 as shown in FIG. 3A, the underlying silicon oxide film is etched in the same manner as in the first embodiment (X in FIG. 1D). However, such a problem did not occur when the exposed portion was limited to only the semiconductor region 22 as shown in FIG. According to the respective patterns, T after etching the gate insulating film 23 is obtained.
The state of the FT is shown in FIGS. FIG.
FIG. 3C shows a cross section of the TFT shown in FIG.
Notably, at this time, the anodic oxide (aluminum oxide) 25 is also etched and receded by the distance Z, so that the boundary of the impurity region is exposed. (Fig. 2 (C))
【0025】さらに、レーザーアニール法によって、注
入された不純物の活性化をおこなった。この工程では,
不純物領域の境界部にもレーザー光が照射され、十分な
活性化がおこなわれた。用いたレーザーはKrFエキシ
マーレーザー(波長248nm、パルス幅20nse
c)で、照射面でのエネルギー密度を250〜400m
J/cm2 、例えば300mJ/cm2 とした。レーザ
ー照射時には、基板を200〜400℃、例えば300
℃に加熱してもよい。Further, the implanted impurities were activated by laser annealing. In this process,
Laser light was also applied to the boundary of the impurity region, and sufficient activation was performed. The laser used was a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 ns)
In c), the energy density on the irradiation surface is 250 to 400 m
J / cm 2 , for example, 300 mJ / cm 2 . At the time of laser irradiation, the substrate is heated to 200 to 400 ° C., for example, 300 ° C.
It may be heated to ° C.
【0026】続いて、厚さ500〜800nm、例えば
500nmの酸化珪素膜28を層間絶縁物としてプラズ
マCVD法によって形成し、さらに、スパッタリング法
によって厚さ50〜150nm、例えば80nmのイン
ジウム錫酸化物(ITO)膜を堆積した、これをパター
ニングして、画素電極(ITO)29を形成した。さら
に、層間絶縁物28にコンタクトホールを形成して、金
属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜に
よって配線30a、30bを形成した。そして、0.1
〜1気圧、250〜400℃、例えば1気圧、350℃
の水素雰囲気中で30〜120分、例えば30分のアニ
ールをおこなった。以上の工程によって半導体回路が完
成した。(図2(D))[0026] Then, thickness 50 0 to 80 0nm, for example 50, a silicon oxide film 28 of 0nm formed by a plasma CVD method as an interlayer insulator, furthermore, the thickness of 5 0 to 15 0nm by sputtering, for example, 8 0nm The indium tin oxide (ITO) film was deposited, and this was patterned to form a pixel electrode (ITO) 29. Further, contact holes were formed in the interlayer insulator 28, and the wirings 30a and 30b were formed using a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum. And 0.1
To 1 atm, 250 to 400 ° C, for example, 1 atm, 350 ° C
In the hydrogen atmosphere for 30 to 120 minutes, for example, 30 minutes. The semiconductor circuit was completed by the above steps. (FIG. 2 (D))
【0027】〔実施例3〕 図4に本実施例の作製工程
の断面図を示す。基板(コーニング7059)40上に
スパッタリングによって厚さ200nmの酸化珪素の下
地膜41を形成した。さらに、プラズマCVD法によっ
て、厚さ20〜200nm、例えば150nmのアモル
ファスシリコン膜を堆積した。引き続き、スパッタリン
グ法によって、厚さ20〜100nm、例えば20nm
の酸化珪素膜を保護膜として堆積した。そして、これを
還元雰囲気下、600℃で48時間アニールして結晶化
させた。結晶化工程はレーザー等の強光を用いる方式で
もよい。そして、得られた結晶シリコン膜をパターニン
グして、島状シリコン領域42P、42Nを形成した。[Embodiment 3] FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. A 200-nm- thick silicon oxide base film 41 was formed on a substrate (Corning 7059) 40 by sputtering. Furthermore, by plasma CVD was deposited thickness 2 0 to 20 0 nm, for example 15 0 nm amorphous silicon film. Subsequently, by sputtering, the thickness 2 0 to 10 0 nm, for example, 2 0 nm
Was deposited as a protective film. Then, this was annealed at 600 ° C. for 48 hours in a reducing atmosphere to be crystallized. The crystallization step may be a method using strong light such as a laser. Then, the obtained crystalline silicon film was patterned to form island-shaped silicon regions 42P and 42N.
【0028】次に、スパッタリング法によって厚さ80
〜150nm、例えば100nmの酸化珪素膜43をゲ
イト絶縁膜として堆積し、引き続いて、スパッタリング
法によって、厚さ300〜600nm、例えば600n
mのアルミニウム膜(1〜5%のシリコンを含む)を堆
積した。なお、この酸化珪素とアルミニウム膜の成膜工
程は連続的におこなうことが望ましい。そして、アルミ
ニウム膜をパターニングして、ゲイト電極44P、44
Nを形成し、実施例2と同様に陽極酸化法によってその
表面を厚さ150〜300nm、例えば200nmの陽
極酸化物(酸化アルミニウム)45P、45Nで被覆し
た。(図4(A))[0028] Next, the thickness 8 0 by sputtering
~ 15 0 nm, for example, 10 0 nm silicon oxide film 43 is deposited as a gate insulating film, subsequently, by sputtering, the thickness 30 0 to 60 0 nm, for example 60 0n
m of aluminum film (containing 1-5% silicon) was deposited. It is desirable that the step of forming the silicon oxide and the aluminum film be performed continuously. Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrodes 44P, 44P.
Forming a N, Example 2 in the same manner as in anodization the thickness 15 0 to 30 0 nm the surface, for example, 20 0 nm anodic oxide (aluminum oxide) 45P, were coated with 45N. (FIG. 4 (A))
【0029】次に、半導体領域42Nのみを露出し、他
の部分をフォトレジスト46Nでマスクした。そして、
プラズマドーピング法によって、シリコン領域42Nに
フォトレジストマスク46Nおよびゲイト電極部(ゲイ
ト電極44Nと陽極酸化物45N)をマスクとして不純
物(燐)を注入した。ドーピングのパターンは図3
(C)に示されるような形状とした。ドーピングガスと
して、フォスフィン(PH3 )を用い、加速電圧を65
〜110kV、例えば80kVとした。ドース量は1×
1015〜8×1015cm-2、例えば2×1015cm-2と
した。この結果、N型の不純物領域47Nが形成され
た。ドーピング終了後、マスク46Nを用いて、酸化珪
素膜43の一部をエッチングした。(図4(B))Next, only the semiconductor region 42N was exposed, and the other portions were masked with a photoresist 46N. And
Impurities (phosphorus) were implanted into the silicon region 42N by using the photoresist mask 46N and the gate electrode portion (the gate electrode 44N and the anodic oxide 45N) as a mask by a plasma doping method. Fig. 3 Doping pattern
The shape was as shown in FIG. Phosphine (PH 3 ) was used as the doping gas, and the accelerating voltage was 65
110110 kV, for example, 80 kV. Dose amount is 1 ×
10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 . As a result, an N-type impurity region 47N was formed. After the end of the doping, a part of the silicon oxide film 43 was etched using the mask 46N. (FIG. 4 (B))
【0030】さらに、今度は、半導体領域42Pのみを
露出させ、他の部分をフォトレジスト46Pでマスクし
て、プラズマドーピング法によって、シリコン領域42
Pに不純物(ホウ素)を注入した。この場合もドーピン
グのパターンは図3(C)に示されるような形状とし
た。ドーピングガスとして、ジボラン(B2 H6 )を用
い、加速電圧を50〜80kV、例えば65kVとし
た。ドース量は1×1015〜8×1015cm-2、例えば
2×1015cm-2とした。この結果、P型の不純物領域
47Pが形成された。ドーピング終了後、マスク46P
を用いて、酸化珪素膜43の一部をエッチングした。
(図4(C))Further, this time, only the semiconductor region 42P is exposed, and other portions are masked with a photoresist 46P, and the silicon region 42P is formed by plasma doping.
An impurity (boron) was implanted into P. Also in this case, the doping pattern was shaped as shown in FIG. As the doping gas, diborane (B 2 H 6), the accelerating voltage 50~80KV, for example, 65 kV. The dose was 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 . As a result, a P-type impurity region 47P was formed. After the doping, the mask 46P
Was used to partially etch the silicon oxide film 43.
(FIG. 4 (C))
【0031】その後、レーザー照射によって、導入され
た不純物の活性化をおこなった。レーザーとしてはKr
Fエキシマーレーザー(波長248nm)を用いたが、
他に、XeFエキシマーレーザー(波長353nm)、
XeClエキシマーレーザー(波長308nm)、Ar
Fエキシマーレーザー(波長193nm)等を用いても
よい。レーザーのエネルギー密度は、250〜400m
J/cm2 、例えば280mJ/cm2 とし、1か所に
つき2〜10ショット、例えば2ショット照射した。Thereafter, the introduced impurities were activated by laser irradiation. Kr as laser
An F excimer laser (wavelength 248 nm) was used,
In addition, XeF excimer laser (wavelength 353 nm),
XeCl excimer laser (wavelength 308 nm), Ar
An F excimer laser (wavelength 193 nm) or the like may be used. Laser energy density is 250-400m
J / cm 2 , for example, 280 mJ / cm 2, and 2 to 10 shots, for example, 2 shots were irradiated at one location.
【0032】不純物の活性化後、続いて、厚さ500〜
800nm、例えば600nmの酸化珪素膜48を層間
絶縁物としてTEOS(テトラ・エトキシ・シラン、S
i(OC2H5)4 )を原料とするプラズマCVD法によ
って形成し、これにコンタクトホールを形成して、金属
材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によ
って配線49a、49b、49c、49dを形成した。
そして、0.1〜1気圧、250〜400℃、例えば
0.1気圧、350℃の水素雰囲気中で30〜120
分、例えば30分のアニールをおこなった。以上の工程
によってCMOSの半導体回路が完成した。(図4
(D))[0032] After activation of impurities, followed by, thickness 50 0
A silicon oxide film 48 having a thickness of 800 nm , for example, 600 nm is used as an interlayer insulator to be a TEOS (tetraethoxysilane, S
i (OC 2 H 5 ) 4 ) is formed by a plasma CVD method, a contact hole is formed therein, and wirings 49 a, 49 b, 49 c, 49 d are formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum. Was formed.
Then, in a hydrogen atmosphere of 0.1 to 1 atm and 250 to 400 ° C, for example, 0.1 atm and 350 ° C, 30 to 120 atm.
Annealing, for example, for 30 minutes. Through the above steps, a CMOS semiconductor circuit was completed. (FIG. 4
(D))
【0033】[0033]
【発明の効果】本発明によって、TFTの歩留りを向上
させ、また、その信頼性を高め、最大限の特性を引き出
すことが可能となった。しかも、かように大きな効果を
得るに際して、特に大きなプロセス変更や投資、技術開
発を伴わないで実施できることのメリットは大きい。本
発明では絶縁基板上のTFTを例にとって説明したが、
単結晶半導体基板上に形成されるTFTにも実施できる
ことは言うまでもない。このように本発明は工業上、有
益な発明である。According to the present invention, it is possible to improve the yield of TFTs, increase the reliability thereof, and extract the maximum characteristics. In addition, in obtaining such a great effect, there is a great advantage that the method can be implemented without particularly large process change, investment, and technological development. In the present invention, a TFT on an insulating substrate has been described as an example.
Needless to say, the present invention can be applied to a TFT formed on a single crystal semiconductor substrate. As described above, the present invention is an industrially useful invention.
【図1】 実施例1のTFTの作製工程断面図を示
す。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of Example 1.
【図2】 実施例2のTFTの作製工程断面を示す。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of Example 2.
【図3】 実施例2のTFTのドーピングパターン等
を示す。FIG. 3 shows a doping pattern and the like of a TFT of Example 2.
【図4】 実施例3のTFTの作製工程断面を示す。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of Example 3.
【図5】 従来のTFTの作製工程断面図を示す。FIG. 5 shows a cross-sectional view of a manufacturing process of a conventional TFT.
【図6】 従来のTFTの作製工程断面図を示す。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a conventional TFT.
10・・・基板(コーニング7059) 11・・・下地絶縁膜(酸化珪素) 12・・・島状半導体領域(シリコン) 13・・・ゲイト絶縁膜(酸化珪素) 14・・・ゲイト電極(シリコン) 15・・・マスク(フォトレジスト) 16・・・不純物領域(ソース、ドレイン) 17・・・層間絶縁物(酸化珪素) 18・・・ソース電極、ドレイン電極(窒化チタン/ア
ルミニウム) 20・・・基板(コーニング7059) 21・・・下地絶縁膜(酸化珪素) 22・・・島状半導体領域(シリコン) 23・・・ゲイト絶縁膜(酸化珪素) 24・・・ゲイト電極(アルミニウム) 25・・・陽極酸化物(酸化アルミニウム) 26・・・マスク(フォトレジスト) 27・・・不純物領域(ソース、ドレイン) 28・・・層間絶縁物(酸化珪素) 29・・・画素電極(ITO) 30・・・ソース電極、ドレイン電極(窒化チタン/ア
ルミニウム)DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate (Corning 7059) 11 ... Base insulating film (silicon oxide) 12 ... Island-shaped semiconductor region (silicon) 13 ... Gate insulating film (silicon oxide) 14 ... Gate electrode (silicon) 15 ... mask (photoresist) 16 ... impurity region (source, drain) 17 ... interlayer insulator (silicon oxide) 18 ... source electrode, drain electrode (titanium nitride / aluminum) 20 ... -Substrate (Corning 7059) 21 ... Base insulating film (silicon oxide) 22 ... Island-like semiconductor region (silicon) 23 ... Gate insulating film (silicon oxide) 24 ... Gate electrode (aluminum) 25 ..Anodic oxide (aluminum oxide) 26 ... mask (photoresist) 27 ... impurity region (source, drain) 28 ... interlayer insulator (silicon oxide) ) 29 ... pixel electrode (ITO) 30 ... source electrode, the drain electrode (titanium nitride / aluminum)
Claims (4)
重ならないようにマスクを設け、Set a mask so that it does not overlap, 前記島状の薄膜半導体に不純物イオンを導入し、Introducing impurity ions into the island-shaped thin film semiconductor, 前記マスクを用いて、前記絶縁膜を選択的に除去し、Using the mask, selectively removing the insulating film; レーザーまたは強光を照射することを特徴とする薄膜トThin film transistor characterized by irradiating laser or strong light
ランジスタの作製方法。How to make a transistor.
導電材料によって形成されたゲイト電極の表面が該導電
材料の酸化物で覆われていることを特徴とする薄膜トラ
ンジスタの作製方法。2. The device according to claim 1, wherein said gate electrode portion comprises:
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a surface of a gate electrode formed of a conductive material is covered with an oxide of the conductive material.
極部を構成する材料はアルミニウムを主成分とする材料
であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。3. An apparatus according to claim 1 or 2, a method for manufacturing a thin film transistor, wherein the material constituting the gate electrode portion is a material mainly composed of aluminum.
記絶縁膜の除去はフッ化水素酸を含む溶液によるウェッ
トエッチングによっておこなわれることを特徴とする薄
膜トランジスタの作製方法。4. In any one of claims 1 to 3, before
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the insulating film is removed by wet etching with a solution containing hydrofluoric acid.
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CN94104092A CN1098818A (en) | 1993-03-05 | 1994-03-05 | Semiconductor integrated circuit, semiconductor device, transistor and manufacture method thereof |
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