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JPH04340724A - Manufacture of thin film transistor - Google Patents

Manufacture of thin film transistor

Info

Publication number
JPH04340724A
JPH04340724A JP11332591A JP11332591A JPH04340724A JP H04340724 A JPH04340724 A JP H04340724A JP 11332591 A JP11332591 A JP 11332591A JP 11332591 A JP11332591 A JP 11332591A JP H04340724 A JPH04340724 A JP H04340724A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
silicon layer
film transistor
impurities
silicon
Prior art date
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Granted
Application number
JP11332591A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3347340B2 (en
Inventor
Tsutomu Hashizume
勉 橋爪
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP11332591A priority Critical patent/JP3347340B2/en
Publication of JPH04340724A publication Critical patent/JPH04340724A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3347340B2 publication Critical patent/JP3347340B2/en
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78606Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
    • H01L29/78618Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure
    • H01L29/78621Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure with LDD structure or an extension or an offset region or characterised by the doping profile
    • H01L29/78627Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure with LDD structure or an extension or an offset region or characterised by the doping profile with a significant overlap between the lightly doped drain and the gate electrode, e.g. GOLDD

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Abstract

PURPOSE:To obtain a transistor which has large mobility and is excellent in electric characteristics by using a superior polycrystalline silicon thin film having no defects at a process temperature capable or using a grass substrate, by a method wherein, after a silicon layer stuck and formed on an insulative substrate is irradiated with an energetic beam, said layer is patterned. CONSTITUTION:After a silicon layer 103 is stuck and formed on an insulative substrate 101, the silicon layer 103 is irradiated with an energetic beam 104, and heat treatment is performed, the silicon layer 103 is patterned. An insulative thin film is stuck and formed so as to cover the silicon layer 103. A gate electrode is stuck and formed on the insulative thin film. After impurities are implanted in the silicon thin film 103 through the insulative thin film, a laser beam is applied, thereby activating the impurities. For example, a silicon dioxide film 102 is formed on a glass substrate 101, and the silicon layer 103 is formed on the film 102 by a low pressure CVD method. Next excimer laser is projected and heat treatment is performed.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス方式の液晶ディスプレイや、イメージセンサや、液晶
シャッターアレイや、3次元集積素子などに応用される
薄膜トランジスタの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing thin film transistors used in active matrix liquid crystal displays, image sensors, liquid crystal shutter arrays, three-dimensional integrated devices, and the like.

【0002】0002

【従来の技術】従来、絶縁基板上の半導体薄膜は、アク
ティブマトリクス型の液晶表示体の絵素に応用されてい
るように、次のような利点を有することが知られている
2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor thin films on insulating substrates have been applied to picture elements of active matrix liquid crystal displays, and are known to have the following advantages.

【0003】■シリコン基板では実現が困難な可視光線
を透過するような透明の基板上に均一な特性のトランジ
スタを形成できる。■P−N接合面積を小さくすること
により、浮遊容量を小さくできる。
(2) A transistor with uniform characteristics can be formed on a transparent substrate that transmits visible light, which is difficult to achieve with a silicon substrate. (2) Stray capacitance can be reduced by reducing the PN junction area.

【0004】また、バルク半導体の技術を応用して石英
基板上に薄膜トランジスタを形成して、同じ基板上に絵
素トランジスタや、同じ基板上にこの絵素を駆動するた
めの薄膜トランジスタによるC−MOS回路を構成して
いる例もある。ところが、このC−MOS回路は100
0℃以上の温度で形成したゲート絶縁膜や、イオン注入
後の不純物の活性化を行っているため、歪点が800℃
以下の安価な大面積のガラス基板が使えない欠点があっ
た。
[0004] In addition, by applying bulk semiconductor technology, a thin film transistor is formed on a quartz substrate, and a picture element transistor is formed on the same substrate, and a C-MOS circuit using a thin film transistor for driving the picture element is formed on the same substrate. There are also examples where it is configured. However, this C-MOS circuit has 100
Because the gate insulating film is formed at a temperature of 0°C or higher and the impurities are activated after ion implantation, the strain point is 800°C.
There was a drawback that the following inexpensive large-area glass substrates could not be used.

【0005】また、を駆動上にサファイア等の単結晶絶
縁基板が高価であることから、これに代わるものとして
、溶融水晶板や、Si基板を1000℃以上温度で酸化
して形成した非晶質SiO2膜やSi基板上に堆積した
非晶質SiO2膜あるいは非晶質SiN膜を用い、これ
らの上に半導体薄体を形成する方法が提案されている。 ところが、これらSiO2膜やSiN膜は単結晶でない
ため、その上シリコン層を被着形成し1000℃以上の
温度のプロセスで結晶化すると基板上には多結晶が成長
する。この多結晶の粒径は数10nmであり、このうえ
にMOSトランジスタを形成しても、そのキャリア移動
度はバルクシリコン上のMOSトランジスタの数分の1
程度である。
[0005] Furthermore, since single-crystal insulating substrates such as sapphire are expensive for driving, as an alternative, fused quartz plates and amorphous Si substrates formed by oxidizing Si substrates at temperatures of 1000°C or higher are being used. A method has been proposed in which a SiO2 film, an amorphous SiO2 film or an amorphous SiN film deposited on a Si substrate is used, and a semiconductor thin body is formed thereon. However, since these SiO2 films and SiN films are not single crystal, if a silicon layer is deposited thereon and crystallized in a process at a temperature of 1000° C. or higher, polycrystals will grow on the substrate. The grain size of this polycrystal is several tens of nanometers, and even if a MOS transistor is formed on top of it, its carrier mobility will be a fraction of that of a MOS transistor on bulk silicon.
That's about it.

【0006】また、液晶表示体のアクティブマトリック
ス基板用に、歪点が850℃以下の安価なガラス基板上
のMOSトランジスタでは、1000℃以上のプロセス
を利用することが出来ないので、減圧化学気相成長法で
シリコン層を堆積しても、多結晶の粒径は高々数nmで
あるため、この上にMOSトランジスタを形成しても、
そのキャリア移動度は、バルクシリコン上のMOSトラ
ンジスタの数十分の1程度である。
[0006] Furthermore, for MOS transistors on inexpensive glass substrates with strain points of 850°C or lower for active matrix substrates of liquid crystal displays, it is not possible to use processes at temperatures of 1000°C or higher, so low-pressure chemical vapor phase processing is required. Even if a silicon layer is deposited using a growth method, the grain size of the polycrystal is only a few nanometers at most, so even if a MOS transistor is formed on it,
Its carrier mobility is about a few tenths of that of a MOS transistor on bulk silicon.

【0007】そこで最近、レーザービームや電子ビーム
等をシリコン薄膜上を走査し、該薄膜の溶融再固化を行
うことにより、結晶粒径を増大させ単結晶化する方法が
検討されている。この方法によれば、絶縁基板上に高品
質シリコン単結晶相を、または高品質多結晶を形成でき
、それを用いて作成した素子の特性も向上し、バルクシ
リコンに作成した素子の特性と同程度まで改善される。 さらにこの方法では、素子を積層化することが可能とな
りいわゆる3次元ICの実現が可能となる。そして高密
度、高速、多機能などの特徴を持つ回路が得られるよう
になる。
[0007]Recently, therefore, a method of increasing the crystal grain size and forming a single crystal by scanning a silicon thin film with a laser beam, an electron beam, or the like and melting and resolidifying the thin film has been studied. According to this method, it is possible to form a high-quality silicon single crystal phase or high-quality polycrystal on an insulating substrate, and the characteristics of devices fabricated using it are also improved, and the characteristics are similar to those of devices fabricated in bulk silicon. improved to a certain degree. Furthermore, this method allows elements to be stacked, making it possible to realize a so-called three-dimensional IC. As a result, circuits with characteristics such as high density, high speed, and multifunction can be obtained.

【0008】レーザービームをMOSトランジスタの能
動領域のシリコン層の結晶化に応用し、MOSトランジ
スタの高性能化を試みた第1の従来例として公開特許公
報昭61−78119、「半導体の製造方法」が挙げら
れる。
The first conventional example of applying a laser beam to the crystallization of the silicon layer in the active region of a MOS transistor to improve the performance of a MOS transistor is published in Japanese Patent Publication No. 61-78119, ``Method of Manufacturing a Semiconductor.'' can be mentioned.

【0009】また、3次元素子や液晶表示体の薄膜トラ
ンジスタの形成のために、自己整合型の構造を得るため
に、イオン注入法により不純物を注入し、レーザービー
ムの照射によって薄膜トランジスタのソース領域および
ドレイン領域を形成する試みがなされている。この方法
によれば、600℃以下の低温プロセスにより、自己整
合型の薄膜トランジスタを形成できる。
In order to obtain a self-aligned structure for the formation of tertiary element elements and thin film transistors for liquid crystal displays, impurities are implanted by ion implantation, and the source region and drain of the thin film transistor are formed by laser beam irradiation. Attempts are being made to form regions. According to this method, a self-aligned thin film transistor can be formed by a low temperature process of 600° C. or less.

【0010】レーザービームをMOSトランジスタのソ
ース・ドレイン領域に注入された不純物の活性化に応用
した第2の従来例として、Extended Abst
racts of the 22nd(1990 In
ternational) Conference o
n Solid State Devices and
 Materials,Sendai,1990,pp
.971−974 「Large Area Dopi
ng Process for Fabricatin
g of p−SiTFT’s Using Buck
et Ion Source and XeCl Ex
cimer Laser Annealing」が挙げ
られる。
As a second conventional example in which a laser beam is applied to the activation of impurities implanted into the source/drain regions of a MOS transistor, Extended Abst
racts of the 22nd (1990 In
International) Conference o
n Solid State Devices and
Materials, Sendai, 1990, pp.
.. 971-974 “Large Area Dopi
ng Process for Fabricatin
g of p-SiTFT's Using Buck
et Ion Source and XeCl Ex
"cimer laser annealing".

【0011】上記に挙げた第1の従来例を図6に示しな
がら説明する。CVD法により多結晶シリコン層を石英
よりも低融点の耐熱性ガラス601に形成し、図6aの
ように短波長のレーザー604を照射して多結晶シリコ
ン層の表面部を結晶化し、次に、図6bのようにシリコ
ンイオン注入605して上記レーザー照射したシリコン
層の下部領域607を非晶質化し、次にこのシリコン層
を600℃で15時間程度の熱処理を施して非晶質部を
固相成長させて結晶粒子の粒径の増大608を試みてい
る。薄膜トランジスタの能動領域の膜厚が100nm以
下、特に20〜50nmの膜厚であるときに実行移動度
が大きな良好な電気的特性が得られることは周知の事実
である。従来例では膜厚が数十nm程度の薄膜シリコン
層を得るために、図6eのように上記に示した固相成長
工程が終了した多結晶シリコン層に対し、表面を燐酸に
てエッチング処理を施している。一般に、固相成長を施
した多結晶シリコン層は、TEM(電子透過顕微鏡)に
よる観察では粒径数μm程度の大きな結晶粒が得られる
ことは知られているが、結晶粒界(グレンバウンダリ)
ばかりでなく結晶粒内部には極めて多数の微細な欠陥が
存在している。このため、薄膜トランジスタの電気的特
性、例えば実行移動度の増加のために従来例では上記の
固相成長後の多結晶シリコン層を水素化処理を試みてい
る。従来例ではこの水素化処理を図6dあるいは図6e
の工程が終了した段階で施し、上記多結晶シリコン層の
良質化を実現する試みをしている。
The first conventional example mentioned above will be explained with reference to FIG. A polycrystalline silicon layer is formed on a heat-resistant glass 601 with a lower melting point than quartz by the CVD method, and the surface portion of the polycrystalline silicon layer is crystallized by irradiation with a short wavelength laser 604 as shown in FIG. 6a, and then, As shown in FIG. 6b, silicon ions are implanted 605 to make the lower region 607 of the laser-irradiated silicon layer amorphous, and then this silicon layer is heat-treated at 600° C. for about 15 hours to solidify the amorphous portion. An attempt is being made to increase the grain size 608 of crystal grains by phase growth. It is a well-known fact that when the active region of a thin film transistor has a thickness of 100 nm or less, particularly 20 to 50 nm, good electrical characteristics with high effective mobility can be obtained. In the conventional example, in order to obtain a thin silicon layer with a thickness of several tens of nanometers, the surface of the polycrystalline silicon layer that has undergone the solid-phase growth process shown above is etched with phosphoric acid, as shown in FIG. 6e. are giving. In general, it is known that polycrystalline silicon layers subjected to solid-phase growth have large crystal grains with a grain size of several μm when observed using a TEM (electron transmission microscope).
Not only that, but an extremely large number of minute defects exist inside the crystal grains. For this reason, in order to increase the electrical properties of thin film transistors, such as effective mobility, conventional examples attempt to hydrogenate the polycrystalline silicon layer after solid phase growth. In the conventional example, this hydrogenation treatment is performed as shown in Fig. 6d or Fig. 6e.
Attempts are being made to improve the quality of the polycrystalline silicon layer by applying it at the stage where the above process has been completed.

【0012】さらに、従来例では上記のように製造され
た多結晶シリコン層を薄膜トランジスタの形成に応用し
ているが、不純物ドープ多結晶シリコン層により形成さ
れたゲート電極をマスクとしたセルフアライン法により
ソース領域とドレイン領域を形成して図6gのように薄
膜トランジスタを形成している。
Furthermore, in the conventional example, the polycrystalline silicon layer manufactured as described above is applied to the formation of a thin film transistor, but a self-alignment method using the gate electrode formed of the impurity-doped polycrystalline silicon layer as a mask is used. A source region and a drain region are formed to form a thin film transistor as shown in FIG. 6g.

【0013】しかしながら、上記の従来例では次のよう
な問題点があった。すなわち、CVD法により形成した
多結晶シリコン層に短波長のレーザー光を照射して表面
部のみを結晶化させ、シリコンイオンの注入により、上
記シリコン層の下部領域を非晶質化した後に固相成長処
理して大粒径の結晶粒を得ようと試みている。しかしな
がら、エキシマレーザーのビームアニールによるアニー
ルされたシリコン層606の結晶粒の大きさは100n
m程度であり、イオン注入後の固相成長の工程では、シ
リコン層606の一つ一つの結晶が核となって非晶質層
607が結晶化するため、従来例の固相成長により得ら
れる結晶の粒径は、シリコン層606の大きさに制限さ
れて、結局固相成長により得られる結晶の粒径は高々1
00nmとなり、従来例が目的とする大粒径の結晶は得
られない。また、固相成長による結晶は、その内部に微
細な欠陥が多数発生するので、従来例による方法では内
部に結晶欠陥を多数存在する、粒径が100nmの結晶
が得られるに過ぎない。
However, the above conventional example has the following problems. That is, a polycrystalline silicon layer formed by the CVD method is irradiated with short wavelength laser light to crystallize only the surface portion, and the lower region of the silicon layer is made amorphous by implantation of silicon ions, and then solid phase is formed. Attempts are being made to obtain large-sized crystal grains through growth processing. However, the crystal grain size of the silicon layer 606 annealed by excimer laser beam annealing is 100n.
m, and in the solid phase growth process after ion implantation, each crystal of the silicon layer 606 becomes a nucleus and the amorphous layer 607 is crystallized. The grain size of the crystal is limited by the size of the silicon layer 606, and the grain size of the crystal obtained by solid phase growth is at most 1.
00 nm, and it is not possible to obtain crystals with a large grain size, which is the objective of the conventional example. Further, since crystals produced by solid phase growth have many fine defects inside, conventional methods can only obtain crystals with a grain size of 100 nm that have many crystal defects inside.

【0014】また、薄膜トランジスタの電気的特性の向
上を図るために、上記の方法で結晶化されたシリコン層
を燐酸でエッチングして薄膜化しているが、燐酸による
エッチング速度がわずか0.2〜0.3Å/分であるた
め、100nmの初期の膜厚を20nm〜50nmにす
るためには160分から400分も時間がかかる。17
0℃の燐酸溶液の状態の時経変化に対する管理が困難な
ばかりでなく、いわゆるスループットが極めて低くなる
欠点がある。
Furthermore, in order to improve the electrical characteristics of thin film transistors, the silicon layer crystallized by the above method is etched with phosphoric acid to make it thin, but the etching rate with phosphoric acid is only 0.2 to 0. Since the rate is .3 Å/min, it takes 160 minutes to 400 minutes to increase the initial film thickness from 100 nm to 20 nm to 50 nm. 17
Not only is it difficult to control changes in the state of the phosphoric acid solution at 0° C. over time, but also the so-called throughput is extremely low.

【0015】また、170℃の燐酸液にガラス基板をさ
らすため、多結晶シリコン膜が形成されていない裏面か
ら、ガラスの構成成分、例えばアルミニウムイオン、カ
ルシウムイオン、ナトリウムイオンなどが燐酸液中に溶
解し、上記燐酸でエッチングされた多結晶シリコン膜表
面に上記のイオンが付着し、多結晶シリコン層の品質を
著しく低下させる問題点がある。よって、この方法を応
用して作製された薄膜トランジスタのサブスレッショル
ド特性は低下してしまう。
Furthermore, since the glass substrate is exposed to a phosphoric acid solution at 170° C., the constituent components of the glass, such as aluminum ions, calcium ions, and sodium ions, are dissolved in the phosphoric acid solution from the back side where the polycrystalline silicon film is not formed. However, there is a problem in that the ions adhere to the surface of the polycrystalline silicon film etched with phosphoric acid, significantly degrading the quality of the polycrystalline silicon layer. Therefore, the subthreshold characteristics of thin film transistors manufactured by applying this method are degraded.

【0016】また、図6dの固相成長工程終了後、ある
いは図6eの燐酸による多結晶シリコン層の薄膜工程終
了後に、結晶粒界に生じている結晶欠陥、シリコン原子
の未結合手、いわゆるトラップを減少させるため水素化
処理を施し、この工程の終了の後、不純物ドーピング多
結晶によりゲート電極を形成している。不純物ドーピン
グ多結晶シリコンの形成には600℃程度の温度が必要
であるが、450℃以上の温度の熱処理で水素原子はシ
リコン原子から解離してしまう。よって、従来例の方法
による薄膜トランジスタの形成方法では、多結晶シリコ
ン膜中の水素原子が抜けるため、固相成長によって結晶
の粒径の増大を試みているのにもかかわらず、電気的特
性が極めて低い薄膜トランジスタとなる問題があった。
In addition, after the solid phase growth process shown in FIG. 6d or after the thin film process of polycrystalline silicon layer using phosphoric acid shown in FIG. Hydrogenation treatment is performed to reduce the amount of hydrogen, and after this process is completed, a gate electrode is formed using impurity-doped polycrystal. Although a temperature of about 600° C. is required to form impurity-doped polycrystalline silicon, hydrogen atoms are dissociated from silicon atoms by heat treatment at a temperature of 450° C. or higher. Therefore, in the conventional method for forming thin film transistors, the hydrogen atoms in the polycrystalline silicon film escape, resulting in extremely poor electrical characteristics despite attempts to increase the grain size of the crystals through solid phase growth. There was a problem in that it resulted in a low-quality thin film transistor.

【0017】上記第2の従来例では、絶縁膜を剥離して
露出したソース・ドレイン領域のシリコン薄膜にバケッ
トイオンソース装置を用いて不純物をイオン注入し、ア
ルゴンレーザーのビームアニールによりこの不純物を活
性化して、ゲート電極に対して自己整合的にソース・ド
レイン領域を形成している。イオン注入法ではシリコン
薄膜の深さy方向に注入されたイオンが、y軸とは傾い
た方向にチャネリングするいわゆる2次元的なチャネリ
ングをするために、図7aに示すようにゲート電極下の
、ソース領域とチャンネル領域の境界部、およびドレイ
ン領域とチャンネル領域の境界部にも不純物が注入され
るが、第2の実施例のようにレーザービームを照射する
ことによりシリコン層に注入された不純物を活性化する
と、上記に述べた境界領域の不純物が活性化されず、図
7bに示すように不純物が活性化されず欠陥が存在する
領域710が残ることになる。よって、第2の従来例に
より製作された薄膜トランジスタは、ゲート電極下のド
レイン領域とチャンネル領域の境界部分の欠陥のために
、ゲート電圧がオフ状態において、ソース・ドレイン間
のリーク電流が大きくなる問題点があった。
In the second conventional example, impurity ions are implanted into the silicon thin film in the source/drain regions exposed by peeling off the insulating film using a bucket ion source device, and the impurities are activated by beam annealing with an argon laser. The source/drain regions are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode. In the ion implantation method, ions implanted in the depth y direction of the silicon thin film perform so-called two-dimensional channeling in a direction oblique to the y axis. Impurities are also implanted at the boundary between the source region and the channel region, and at the boundary between the drain region and the channel region, but as in the second embodiment, the impurities implanted into the silicon layer are removed by laser beam irradiation. When activated, the impurity in the boundary region described above is not activated, leaving a region 710 where the impurity is not activated and defects exist, as shown in FIG. 7b. Therefore, the thin film transistor manufactured according to the second conventional example has the problem that the leakage current between the source and drain increases when the gate voltage is off due to the defect at the boundary between the drain region and the channel region under the gate electrode. There was a point.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の点に
鑑み安価なガラス基板が使用できるプロセス温度で、ゲ
ート電極に対して、ソース領域およびドレイン領域を自
己整合的に形成する薄膜トランジスタの製造方法を提供
するものである。また、本発明は、基板全面に渡って均
一に、ソース領域およびドレイン領域を自己整合的に形
成する薄膜トランジスタの製造方法を提供するものであ
る。また、本発明は、欠陥を有しない良質な多結晶シリ
コン薄膜により、移動度の大きい電気的特性の優れた薄
膜トランジスタの製造方法を提供するものである。また
、本発明は、安価なガラス基板が使用できるプロセス温
度で、ソース・ドレイン間のリーク電流の発生が少ない
自己整合型の薄膜トランジスタの製造方法を提供するも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above points, the present invention is directed to manufacturing a thin film transistor in which a source region and a drain region are formed in a self-aligned manner with respect to a gate electrode at a process temperature that allows the use of an inexpensive glass substrate. The present invention provides a method. Further, the present invention provides a method for manufacturing a thin film transistor in which a source region and a drain region are formed uniformly over the entire surface of a substrate in a self-aligned manner. Further, the present invention provides a method for manufacturing a thin film transistor with high mobility and excellent electrical characteristics using a high-quality polycrystalline silicon thin film having no defects. Further, the present invention provides a method for manufacturing a self-aligned thin film transistor in which leakage current between the source and drain is reduced at a process temperature that allows the use of an inexpensive glass substrate.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板上に
シリコン層を被着形成する工程と、該シリコン層にエネ
ルギービームを照射する工程と、該エネルギービームの
照射後に熱処理をする工程と、該熱処理後に、該シリコ
ン層をパターニングする工程と、該シリコン層を覆うよ
うに絶縁薄膜を被着形成する工程と、該絶縁薄膜上にゲ
ート電極を被着形成する工程と、該絶縁薄膜を通して該
シリコン薄膜に不純物を注入する工程と、レーザービー
ムを照射することによって該不純物を活性化する工程と
、不純物を活性化する工程が終了した後に熱処理する工
程とを含むを含むことを特徴とする薄膜トランジスタの
製造方法である。
[Means for Solving the Problems] The present invention includes the steps of depositing and forming a silicon layer on an insulating substrate, irradiating the silicon layer with an energy beam, and performing heat treatment after irradiating the energy beam. , after the heat treatment, a step of patterning the silicon layer, a step of depositing an insulating thin film to cover the silicon layer, a step of depositing and forming a gate electrode on the insulating thin film, and a step of forming a gate electrode through the insulating thin film. The silicon thin film is characterized by comprising a step of implanting an impurity into the silicon thin film, a step of activating the impurity by irradiating it with a laser beam, and a step of performing heat treatment after the step of activating the impurity is completed. This is a method for manufacturing a thin film transistor.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。図1および図2は本発明の実施例の中核とな
る部分の説明を、図3、図4および図5は、図1および
図2の方法を応用した第1、第2および第3の薄膜トラ
ンジスタの製造方法の実施例をそれぞれ示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be explained below with reference to illustrated embodiments. 1 and 2 explain the core part of the embodiment of the present invention, and FIGS. 3, 4, and 5 show first, second, and third thin film transistors to which the method of FIGS. 1 and 2 is applied. Examples of the manufacturing method are shown below.

【0021】図1は本発明に関わる薄膜トランジスタの
多結晶シリコン層の製造工程を示す断面図である。図1
aに示すが如くあらかじめ洗浄した絶縁性基板上101
に例えば透明なガラス基板上に常圧化学気層成長法によ
って二酸化珪素膜102を基板温度200〜350℃の
温度で200nmの厚さで被着形成する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of a polycrystalline silicon layer of a thin film transistor according to the present invention. Figure 1
On an insulating substrate 101 that has been cleaned in advance as shown in a.
For example, a silicon dioxide film 102 is deposited to a thickness of 200 nm on a transparent glass substrate by atmospheric pressure chemical vapor deposition at a substrate temperature of 200 to 350°C.

【0022】次に、例えば減圧化学気層成長法によって
基板温度550〜650℃で膜厚10nm〜50nmの
シリコン層103を被着形成する。薄膜トランジスタの
閾値を制御するために、不純物をイオン注入法などで該
シリコン層103中に導入してもよい。
Next, a silicon layer 103 having a thickness of 10 nm to 50 nm is deposited at a substrate temperature of 550 to 650° C., for example, by low pressure chemical vapor deposition. In order to control the threshold value of the thin film transistor, impurities may be introduced into the silicon layer 103 by ion implantation or the like.

【0023】次に図1bに示すようにエネルギービーム
を該シリコン層に照射する。エネルギービームとしては
、例えば波長308nmのXeClエキシマレーザーが
挙げられる。減圧化学気相成長法により形成されたシリ
コン層の場合のビームアニール条件は、パルスレーザー
のパルス幅は50nsecであり、該シリコン層103
の直前のパルスレーザーの個々のパルスのエネルギー強
度は200〜700mJcm−2であり、より適当な強
度としては300〜600mJcm−2である。該シリ
コン層103の同一箇所に照射されるパルスの回数は複
数回であっても構わない。ビームアニールしているとき
、該シリコン層103の周辺の酸素の分圧は10ー5m
mHg以下である。あるいは、ビームアニールしている
とき、該シリコン層103の周辺は、He、Ne、Ar
、Kr、Xeあるいはこれらの混合ガスである不活性ガ
ス雰囲気である。
Next, the silicon layer is irradiated with an energy beam as shown in FIG. 1b. An example of the energy beam is a XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm. The beam annealing conditions for a silicon layer formed by low pressure chemical vapor deposition are that the pulse width of the pulsed laser is 50 nsec, and the silicon layer 103 is
The energy intensity of the individual pulses of the pulsed laser just before is 200-700 mJcm-2, more preferably 300-600 mJcm-2. The number of pulses applied to the same location on the silicon layer 103 may be multiple times. During beam annealing, the partial pressure of oxygen around the silicon layer 103 is 10-5 m
mHg or less. Alternatively, during beam annealing, the periphery of the silicon layer 103 may be He, Ne, Ar.
, Kr, Xe, or a mixture thereof.

【0024】なぜなら、該シリコン層103の表面ある
いはその近傍に酸素が存在すると、ビームアニールによ
って該シリコン層103の温度が上昇したとき、酸素あ
るいは窒素が反応し不純物として該シリコン層中に取り
込まれ良好なシリコン層が得られない。よって、シリコ
ン層をアニールするときには、できる限り真空中あるい
は不活性ガス雰囲気でアニールするとよい。ただし、レ
ーザーアニール後フッ酸などで結晶化したシリコン層の
表面を除去する場合には、酸素雰囲気あるいは窒素雰囲
気あるいは大気中でもビームアニール可能である。
This is because, if oxygen exists on or near the surface of the silicon layer 103, when the temperature of the silicon layer 103 increases due to beam annealing, oxygen or nitrogen reacts and is incorporated into the silicon layer as an impurity, resulting in poor performance. A good silicon layer cannot be obtained. Therefore, when annealing the silicon layer, it is preferable to anneal it in a vacuum or in an inert gas atmosphere as much as possible. However, when removing the surface of the crystallized silicon layer with hydrofluoric acid or the like after laser annealing, beam annealing can be performed in an oxygen atmosphere, nitrogen atmosphere, or air.

【0025】該レーザービーム104はXeClエキシ
マレーザーに限ることはなく、ArFエキシマレーザー
、KrFエキシマレーザー、YAGレーザーなども利用
することができる。
The laser beam 104 is not limited to the XeCl excimer laser, and ArF excimer laser, KrF excimer laser, YAG laser, etc. can also be used.

【0026】該ビームアニールにより、図1cに示す様
にシリコン層は、結晶形態がシェブロン構造の多結晶シ
リコン層105になる。
By the beam annealing, the silicon layer becomes a polycrystalline silicon layer 105 having a chevron structure as shown in FIG. 1c.

【0027】シリコン層と二酸化珪素の界面における電
位障壁は約3.1eVであるので,ビームアニールする
ときのエネルギービームが例えば波長が308nmのエ
キシマレーザーのような紫外光の場合、シリコン層の電
子が二酸化珪素膜102に注入されて、シリコン層の二
酸化珪素の界面と反対側の界面には正の電荷を保持する
ようになる。このため、この正電荷を消滅させない限り
、できあがった薄膜トランジスタのゲート電圧に対する
ドレイン電流の特性はデプレションの傾向を示してしま
う。よって、エネルギービームとして特に紫外光を用い
る場合には、このシリコン中の正孔を消滅させることが
必要になる。二酸化珪素ではなく窒化珪素や窒化酸化珪
素に被着形成されたシリコン層に、あるいはガラス基板
上に直接被着形成されたシリコン層に紫外光を照射して
も同様な現象が生じるので、上記の理由でシリコン中に
発生した正孔を消滅することが必要になる。
Since the potential barrier at the interface between the silicon layer and silicon dioxide is about 3.1 eV, if the energy beam used for beam annealing is ultraviolet light such as an excimer laser with a wavelength of 308 nm, the electrons in the silicon layer Injected into the silicon dioxide film 102, positive charges are held at the interface of the silicon layer opposite to the silicon dioxide interface. Therefore, unless this positive charge is eliminated, the characteristics of the drain current with respect to the gate voltage of the completed thin film transistor will show a tendency to depletion. Therefore, especially when ultraviolet light is used as the energy beam, it is necessary to annihilate the holes in the silicon. A similar phenomenon occurs when ultraviolet light is irradiated on a silicon layer deposited on silicon nitride or silicon nitride oxide instead of silicon dioxide, or on a silicon layer deposited directly on a glass substrate. For this reason, it is necessary to eliminate holes generated in silicon.

【0028】次に、多結晶シリコン層中に残存する応力
と、および多結晶シリコン層105と二酸化珪素膜10
2の間に存在する多数の不整合、および多結晶シリコン
層を構成する結晶粒子の粒界に存在する不整合、および
多結晶シリコン粒子中に存在する点欠陥および正孔を減
少または消滅させるため、熱処理を施す。該熱処理の条
件としては、例えば300〜650℃の温度で、時間は
10分から20時間、試料周囲の雰囲気は窒素ガス中あ
るいは不活性ガス中あるいは水素を含んだ不活性ガス中
である。基板に伸縮や反りなどの問題がなければ20時
間を超える時間でも構わない。または、700〜800
℃の温度で5〜10分のラピッドサーマルアニーリング
法でも十分な効果があり、しかも、前記の条件では安価
なガラス基板を使用できる。この熱処理により、多結晶
シリコン層105は、結晶欠陥がほとんどなく、結晶粒
界や、シリコン層と二酸化珪素の不整合性が少ない電気
的特性に優れた良質な多結晶シリコン層106を得るこ
とができる。
Next, the stress remaining in the polycrystalline silicon layer, the polycrystalline silicon layer 105 and the silicon dioxide film 10
In order to reduce or eliminate the large number of mismatches that exist between 2 and the grain boundaries of the crystal grains that make up the polycrystalline silicon layer, and the point defects and holes that exist in the polycrystalline silicon grains. , heat treatment. The heat treatment conditions include, for example, a temperature of 300 to 650° C., a time of 10 minutes to 20 hours, and an atmosphere surrounding the sample in nitrogen gas, inert gas, or inert gas containing hydrogen. As long as there are no problems with the substrate, such as expansion/contraction or warping, it may take more than 20 hours. Or 700-800
A rapid thermal annealing method of 5 to 10 minutes at a temperature of .degree. C. has a sufficient effect, and furthermore, an inexpensive glass substrate can be used under the above conditions. Through this heat treatment, it is possible to obtain a high-quality polycrystalline silicon layer 106 that has almost no crystal defects in the polycrystalline silicon layer 105 and has excellent electrical characteristics with few crystal grain boundaries or mismatch between the silicon layer and silicon dioxide. can.

【0029】つぎに、ゲート電極に対して自己整合的に
不純物をシリコン層中にイオン注入する工程が終了した
後にレーザービームによりシリコン層中の不純物を活性
化し、2次元にチャネルした不純物を熱処理により活性
化する工程に関する本特許の第2の発明について、図2
で示しながら説明する。
Next, after completing the process of ion-implanting impurities into the silicon layer in a self-aligned manner with respect to the gate electrode, the impurities in the silicon layer are activated by a laser beam, and the impurities channeled two-dimensionally are heat-treated. Regarding the second invention of this patent regarding the activation process, FIG.
I will explain by showing.

【0030】図2aに示すように、シリコン層203中
に絶縁膜204を通してゲート電極205に対して自己
整合的に不純物をイオン注入する。例えばシリコン層2
03の膜厚が50nmであり絶縁膜204の膜厚150
nmであり不純物がリンである場合のイオン注入する条
件は、イオン打ち込み量が3×1015cm−2であり
、加速電圧は120KeVである。
As shown in FIG. 2a, impurity ions are implanted into the silicon layer 203 through the insulating film 204 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 205. As shown in FIG. For example, silicon layer 2
The film thickness of the insulating film 204 is 50 nm, and the film thickness of the insulating film 204 is 150 nm.
The conditions for ion implantation when the impurity is phosphorus are that the ion implantation amount is 3×10 15 cm −2 and the acceleration voltage is 120 KeV.

【0031】上記イオン注入により、図2bに示すよう
に不純物が注入された領域207および208が形成さ
れる。領域208は不純物が斜め方向にチャネルを起こ
してゲート電極下部にイオン注入された領域である。
By the above ion implantation, impurity-implanted regions 207 and 208 are formed as shown in FIG. 2b. A region 208 is a region where impurity ions are implanted under the gate electrode to form a channel in an oblique direction.

【0032】次に、イオン注入された不純物を活性化す
るためにレーザービーム209を図5cのように基板の
ゲート電極が形成されている側から照射する。レーザー
ビームの照射により領域207の不純物は活性化され不
純物ドーピング多結晶シリコン210が形成されるが、
ゲート電極下の領域208の不純物はレーザービームが
照射されず、また領域207で発生した熱の領域208
への熱伝導も不十分なので領域208の不純物は活性化
されないか不十分な活性化状態である。不純物が活性化
されない領域208が存在すると、この領域208が抵
抗となるため薄膜トランジスタのオン電流が減少し、ま
た、ドレイン領域をチャンネル領域の境界部に多数の欠
陥が存在することになるので、ゲート電圧のオフ領域で
ソース・ドレインのリーク電流が極めて大きくなる問題
が生じてしまう。
Next, in order to activate the implanted impurities, a laser beam 209 is irradiated from the side of the substrate where the gate electrode is formed, as shown in FIG. 5c. The impurities in the region 207 are activated by laser beam irradiation, and an impurity-doped polycrystalline silicon 210 is formed.
The impurities in the region 208 under the gate electrode are not irradiated with the laser beam, and the heat generated in the region 207
The impurities in region 208 are not activated or are in an insufficiently activated state because heat conduction to the region 208 is also insufficient. If there is a region 208 in which impurities are not activated, this region 208 acts as a resistance, which reduces the on-current of the thin film transistor.Furthermore, since there are many defects at the boundary between the drain region and the channel region, A problem arises in that the source/drain leakage current becomes extremely large in the voltage off region.

【0033】そこで、次に該領域208の不純物を活性
化するために、熱処理工程を施す。熱処理工程の条件と
しては、300〜650℃の温度で、時間は10分から
20時間、試料周囲の雰囲気は窒素ガス中あるいは不活
性ガス中あるいは水素を含んだ不活性ガス中である。基
板に伸縮や反りなどの問題がなければ20時間を超える
時間で熱処理しても構わない。または、700〜800
℃の温度で5〜10分のラピッドサーマルアニーリング
法でも十分な効果があり、しかも、前記の条件では安価
なガラス基板を使用できる。この熱処理により、該領域
208の不純物は活性化され結晶欠陥の極めて少ない良
質なシリコン層が得られる。この結果本発明によってオ
ン電流が大きく、ゲート電圧のオフ領域でソース・ドレ
インのリーク電流が少ない電気的特性に優れた薄膜トラ
ンジスタを製造することができる。
Next, a heat treatment step is performed to activate the impurities in the region 208. The conditions for the heat treatment step are a temperature of 300 to 650° C., a time of 10 minutes to 20 hours, and an atmosphere surrounding the sample in nitrogen gas, inert gas, or inert gas containing hydrogen. If the substrate has no problems such as expansion/contraction or warping, it may be heat-treated for more than 20 hours. Or 700-800
A rapid thermal annealing method of 5 to 10 minutes at a temperature of .degree. C. has a sufficient effect, and furthermore, an inexpensive glass substrate can be used under the above conditions. By this heat treatment, the impurities in the region 208 are activated and a high quality silicon layer with extremely few crystal defects is obtained. As a result, according to the present invention, it is possible to manufacture a thin film transistor with excellent electrical characteristics, which has a large on-current and a small source/drain leakage current in the off-region of the gate voltage.

【0034】レーザービームによって結晶化された領域
210の結晶が結晶化の成長核となるので、事実上30
0〜650℃の温度で、時間は10分から数時間の熱処
理でも十分である。
Since the crystal in the region 210 crystallized by the laser beam serves as a growth nucleus for crystallization, in fact 30
Heat treatment at a temperature of 0 to 650° C. for a time of 10 minutes to several hours is sufficient.

【0035】次に、上記に述べた工程を応用した薄膜ト
ランジスタの製造方法について述べる。
Next, a method for manufacturing a thin film transistor using the above-described process will be described.

【0036】図3は薄膜トランジスタの第1の製造方法
の実施例である。図4は薄膜トランジスタの第2の製造
方法の実施例である。図5は薄膜トランジスタの第3の
製造方法の実施例である。
FIG. 3 shows an embodiment of the first method for manufacturing a thin film transistor. FIG. 4 shows an example of the second method for manufacturing a thin film transistor. FIG. 5 shows an example of a third method for manufacturing a thin film transistor.

【0037】図3a〜iは本発明に関わる薄膜トランジ
スタの製造工程を示す断面図である。図3aに示すが如
くあらかじめ洗浄した絶縁性基板上301に例えば透明
なガラス基板上に常圧化学気層成長法によって二酸化珪
素膜302を基板温度200〜350℃の温度で200
nmの厚さで被着形成する。
FIGS. 3a to 3i are cross-sectional views showing the manufacturing process of a thin film transistor according to the present invention. As shown in FIG. 3a, a silicon dioxide film 302 is deposited on an insulating substrate 301 that has been cleaned in advance, for example, on a transparent glass substrate by atmospheric pressure chemical vapor deposition at a substrate temperature of 200 to 350°C.
The film is deposited to a thickness of nm.

【0038】次に、例えば減圧化学気層成長法によって
基板温度550〜650℃で膜厚150nmのn型のシ
リコン層を被着形成する。該n型のシリコン層に含まれ
る不純物としては、リン、ヒ素、アンチモンが挙げられ
る。ついで該n型のシリコン層をパターニングして、薄
膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域となる島
上の領域303及び304を形成する。
Next, an n-type silicon layer having a thickness of 150 nm is deposited at a substrate temperature of 550 to 650° C., for example, by low pressure chemical vapor deposition. Examples of impurities contained in the n-type silicon layer include phosphorus, arsenic, and antimony. Next, the n-type silicon layer is patterned to form island regions 303 and 304 that will become the source and drain regions of the thin film transistor.

【0039】上記ソース領域303及びドレイン領域3
04の形成法は上記に限られるものでなく、例えば、該
二酸化珪素膜302上に、i型のシリコン層を減圧化学
気層成長法で例えば基板温度450〜650℃で、膜厚
150nmの厚さで被着形成する。上記i−型のシリコ
ン層を形成する原料ガスとして、SiH4もしくはSi
2H4もしくは、SiH4とSi2H4の混合ガスが使
用できる。ついで該i型のシリコン層中に、イオン注入
法によって例えば、加速電圧120keVで、1015
〜1016cm−2の濃度で不純物を導入する。ついで
、上記シリコン中にイオン注入された不純物を活性化す
るために、基板温度600℃で窒素雰囲気中で2時間の
熱アニールをする。前記i型シリコン中に注入された不
純物を、レーザービームなどのエネルギービームによっ
て活性化することもできる。ついで、該シリコン層をパ
ターニングしてソース領域303及びドレイン領域30
4を形成する。p型の薄膜トランジスタを形成する場合
には、前記のイオン注入の工程に於いて、n型の不純物
の代わりにp型の不純物例えばホウ素をイオン注入して
ソース領域303及びドレイン領域304を形成すれば
よい。
The source region 303 and drain region 3
The method for forming 04 is not limited to the above, but for example, an i-type silicon layer is formed on the silicon dioxide film 302 by low pressure chemical vapor deposition to a thickness of 150 nm at a substrate temperature of 450 to 650°C. Form the adhesion. As the raw material gas for forming the i-type silicon layer, SiH4 or Si
2H4 or a mixed gas of SiH4 and Si2H4 can be used. Then, for example, 1015
Impurities are introduced at a concentration of ~1016 cm-2. Next, in order to activate the impurities ion-implanted into the silicon, thermal annealing is performed for 2 hours in a nitrogen atmosphere at a substrate temperature of 600°C. The impurity implanted into the i-type silicon can also be activated by an energy beam such as a laser beam. Then, the silicon layer is patterned to form a source region 303 and a drain region 30.
form 4. When forming a p-type thin film transistor, the source region 303 and the drain region 304 can be formed by ion-implanting p-type impurities such as boron instead of n-type impurities in the ion implantation process described above. good.

【0040】次に、純水で希釈された例えば重量濃度3
%のHF溶液で該ソース領域及びドレイン領域の表面に
形成された自然酸化膜を除去する。
Next, for example, the weight concentration of 3 diluted with pure water is
% HF solution to remove the native oxide film formed on the surfaces of the source and drain regions.

【0041】つぎに、薄膜トランジスタの能動領域とな
るシリコン層を例えば減圧化学気層成長法で例えば基板
温度600℃で例えば膜厚15nm〜70nmで前記ソ
ース領域303及びドレイン領域304が形成された基
板を覆うように被着形成する。該シリコン層を形成する
ための原料ガスとして、SiH4、もしくはSi2H4
、もしくはSiH4とSi2H4の混合ガスが使用でき
る。
Next, the silicon layer which will become the active region of the thin film transistor is formed by, for example, low-pressure chemical vapor deposition at a substrate temperature of 600° C. to a film thickness of, for example, 15 nm to 70 nm, on which the source region 303 and drain region 304 are formed. Form an adhesion so as to cover it. SiH4 or Si2H4 is used as a raw material gas for forming the silicon layer.
Alternatively, a mixed gas of SiH4 and Si2H4 can be used.

【0042】該シリコン層305の形成方法は上記の減
圧化学気相成長法に限られることなく、グロー放電によ
るモノシランの分解により形成された水素を含有する非
晶質のシリコン層や、スパッタ法によるシリコン層でも
本発明は適用できる。
The method for forming the silicon layer 305 is not limited to the above-described low pressure chemical vapor deposition method, but may also be an amorphous silicon layer containing hydrogen formed by the decomposition of monosilane by glow discharge, or a sputtering method. The present invention can also be applied to a silicon layer.

【0043】本実施例で製作する薄膜トランジスタの閾
値を制御するために、該シリコン層を形成後、例えばイ
オン打ち込み法により必要量の不純物を注入する。
In order to control the threshold value of the thin film transistor manufactured in this example, after forming the silicon layer, a required amount of impurity is implanted by, for example, ion implantation.

【0044】次に該シリコン層を、該ソース領域303
と該ドレイン領域304の架け橋となるように図3bの
如く島上にパターニングし、シリコン層305を形成す
る。次に、図3cに示すように、該シリコン層305に
レーザービーム306を照射して結晶化する。該レーザ
ービーム306には、波長308nmのXeClエキシ
マパルスレーザーを用いる。減圧化学気相成長法により
形成されたシリコン層の場合のビームアニール条件は、
パルスレーザーのパルス幅は50nsecであり、該シ
リコン層305の直前のパルスレーザーの個々のパルス
のエネルギー強度は200〜600mJcm−2であり
、より適当な強度としては300〜500mJcm−2
である。該シリコン層305の同一箇所に照射されるパ
ルスの回数は複数回であっても構わない。ビームアニー
ルしているとき、該シリコン層305の周辺の酸素の分
圧は10ー5mmHg以下である。あるいは、ビームア
ニールしているとき、該シリコン層305の周辺は、H
e、Ne、Ar、Kr、Xeあるいはこれらの混合ガス
である不活性ガス雰囲気である。
Next, the silicon layer is attached to the source region 303.
A silicon layer 305 is formed by patterning on an island as shown in FIG. 3B so as to bridge the drain region 304. Next, as shown in FIG. 3c, the silicon layer 305 is irradiated with a laser beam 306 to crystallize it. As the laser beam 306, a XeCl excimer pulse laser with a wavelength of 308 nm is used. The beam annealing conditions for a silicon layer formed by low pressure chemical vapor deposition are as follows:
The pulse width of the pulsed laser is 50 nsec, and the energy intensity of each pulse of the pulsed laser immediately before the silicon layer 305 is 200 to 600 mJcm-2, and a more suitable intensity is 300 to 500 mJcm-2.
It is. The number of pulses applied to the same location on the silicon layer 305 may be multiple times. During beam annealing, the partial pressure of oxygen around the silicon layer 305 is less than 10-5 mmHg. Alternatively, during beam annealing, the periphery of the silicon layer 305 is
The atmosphere is an inert gas such as e, Ne, Ar, Kr, Xe, or a mixture thereof.

【0045】なぜなら、該シリコン層305の表面ある
いはその近傍に酸素が存在すると、ビームアニールによ
って該シリコン層305の温度が上昇したとき、酸素あ
るいは窒素が反応し不純物として該シリコン層305中
に取り込まれ良好なシリコン層が得られない。よって、
シリコン層をアニールするときには、できる限り真空中
あるいは不活性ガス雰囲気でアニールするとよい。ただ
し、レーザーアニール後フッ酸などで結晶化したシリコ
ン層305の表面を除去する場合には、酸素雰囲気、窒
素雰囲気あるいは大気中でもビームアニール可能である
This is because if oxygen exists on or near the surface of the silicon layer 305, when the temperature of the silicon layer 305 rises due to beam annealing, oxygen or nitrogen reacts and is incorporated into the silicon layer 305 as an impurity. A good silicon layer cannot be obtained. Therefore,
When annealing the silicon layer, it is preferable to anneal it in a vacuum or in an inert gas atmosphere as much as possible. However, when removing the surface of the crystallized silicon layer 305 with hydrofluoric acid or the like after laser annealing, beam annealing can be performed in an oxygen atmosphere, nitrogen atmosphere, or air.

【0046】該レーザービーム306はXeClエキシ
マレーザーに限ることはなく、ArFエキシマレーザー
、KrFエキシマレーザー、YAGレーザーなども利用
することができる。
The laser beam 306 is not limited to the XeCl excimer laser, and ArF excimer laser, KrF excimer laser, YAG laser, etc. can also be used.

【0047】該ビームアニールにより、図3dに示す様
にシリコン層305は多結晶シリコン層306になる。
By the beam annealing, the silicon layer 305 becomes a polycrystalline silicon layer 306 as shown in FIG. 3d.

【0048】次に、多結晶シリコン層306中に残存す
る応力と、および多結晶シリコン層306と二酸化珪素
膜302の間に存在する多数の不整合、および多結晶シ
リコン層を構成する結晶粒子の粒界に存在する不整合、
および多結晶シリコン粒子中に存在する点欠陥および正
孔を減少または消滅させるため、熱処理を施す。該熱処
理の条件としては、実施例図1で示しながら説明した条
件で行えばよい。
Next, the stress remaining in the polycrystalline silicon layer 306, the numerous mismatches existing between the polycrystalline silicon layer 306 and the silicon dioxide film 302, and the crystal grains constituting the polycrystalline silicon layer are Inconsistency existing at grain boundaries,
Heat treatment is then performed to reduce or eliminate point defects and holes present in the polycrystalline silicon particles. The conditions for the heat treatment may be the same as those shown and explained with reference to FIG. 1 of the embodiment.

【0049】次に、図3eに示すように、該ソース領域
303および該ドレイン領域304および該多結晶シリ
コン層307を覆うようにゲート絶縁膜308を、例え
ば常圧化学気相成長法によって、例えば基板温度300
℃で例えば膜厚150nmの二酸化珪素膜を被着形成す
る。該ゲート絶縁膜308の形成方法および形成材料は
上記に限られるものではない。たとえば、電子サイクロ
トロン共鳴CVD法によってSiO2を被着形成しても
ゲート絶縁膜308として使用可能である。さらに、ま
ず電子サイクロトロン共鳴法(ECR法)によるSiO
2を該ソース領域303および該ドレイン領域304お
よび該多結晶シリコン膜307を覆うように被着形成し
、さらに常圧化学気相成長法によってSiO2を被着形
成した、2層構造のゲート絶縁膜でも良い。また、EC
R法によるSiO2の1層をゲート絶縁膜308として
もよい。次に、図3fに示すようにゲート電極309を
形成する。例えば不純物を導入したシリコン薄膜を該ゲ
ート絶縁膜308を覆うように被着形成し、続いてパタ
ーニングする。該不純物が導入されたシリコン層として
は、リンを不純物として減圧化学気相成長法により形成
されたシリコン層や、PECVD法により形成されたリ
ンを含む非晶質のシリコン層あるいは微結晶シリコン層
などがある。該ゲート電極の厚みは300〜400nm
である。図3fに示すように、該ゲート電極309と該
ソース領域303が、薄膜の積層方向について重なりが
ないいわゆるオフセット構造にする。同様に該ゲート電
極とがiドレイン領域304についてもオフセット構造
とする。
Next, as shown in FIG. 3e, a gate insulating film 308 is formed by, for example, atmospheric pressure chemical vapor deposition so as to cover the source region 303, the drain region 304, and the polycrystalline silicon layer 307. Substrate temperature 300
A silicon dioxide film having a thickness of, for example, 150 nm is deposited at .degree. The method and material for forming the gate insulating film 308 are not limited to those described above. For example, SiO2 can be deposited and formed by electron cyclotron resonance CVD and used as the gate insulating film 308. Furthermore, first, SiO by electron cyclotron resonance method (ECR method)
2 is deposited to cover the source region 303, the drain region 304, and the polycrystalline silicon film 307, and SiO2 is further deposited by atmospheric pressure chemical vapor deposition. But it's okay. Also, EC
A single layer of SiO2 formed by the R method may be used as the gate insulating film 308. Next, a gate electrode 309 is formed as shown in FIG. 3f. For example, a silicon thin film doped with impurities is deposited to cover the gate insulating film 308, and then patterned. The silicon layer into which the impurity is introduced includes a silicon layer formed by low pressure chemical vapor deposition using phosphorus as an impurity, an amorphous silicon layer containing phosphorus or a microcrystalline silicon layer formed by PECVD, etc. There is. The thickness of the gate electrode is 300 to 400 nm.
It is. As shown in FIG. 3F, the gate electrode 309 and the source region 303 have a so-called offset structure in which they do not overlap in the stacking direction of the thin films. Similarly, the i-drain region 304 has an offset structure from the gate electrode.

【0050】次に、図3gの様に、該多結晶シリコン層
307のオフセット構造部分に、該ゲート電極309に
対して自己整合的に該ゲート絶縁膜308を貫いてイオ
ン注入330する。製作する薄膜トランジスタがn型の
場合には、イオン種としてリンなどがある。例えば、リ
ンの場合、該ゲート絶縁膜306の厚さが150nmの
場合、イオン注入する条件は加速電圧120keVでイ
オン注入量が1×1015〜1×1016cm−3であ
る。 また、製作する薄膜トランジスタがp型の場合に
は、イオン注入するイオン種として、ホウ素などがある
。例えばホウ素の場合には、イオン注入する条件は加速
電圧40keVで、イオン注入量が1×1015〜1×
1016cm−3である。図3gに示すように、ゲート
電極309に対して自己整合的に不純物が注入された領
域311及び312が形成される。
Next, as shown in FIG. 3G, ions are implanted 330 into the offset structure portion of the polycrystalline silicon layer 307 through the gate insulating film 308 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 309. When the thin film transistor to be manufactured is an n-type, phosphorus or the like is used as the ion species. For example, in the case of phosphorus, when the thickness of the gate insulating film 306 is 150 nm, the conditions for ion implantation are an acceleration voltage of 120 keV and an ion implantation amount of 1×10 15 to 1×10 16 cm −3 . Further, when the thin film transistor to be manufactured is of a p-type, boron or the like is used as the ion species to be ion-implanted. For example, in the case of boron, the conditions for ion implantation are an acceleration voltage of 40 keV and an ion implantation amount of 1×1015 to 1×
It is 1016 cm-3. As shown in FIG. 3g, regions 311 and 312 are formed in which impurities are implanted in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 309.

【0051】次に、該領域311及び312に含まれて
いる不純物を活性化する。
Next, the impurities contained in the regions 311 and 312 are activated.

【0052】該オフセットの領域である311および3
12シリコン層の厚みが25nm程度であると、イオン
注入にされた不純物を熱アニールによる活性化は、例え
ば前記の様なイオン注入条件で、窒素雰囲気中で600
℃で60時間以上もしくは700℃で2時間のアニール
条件が必要である。このアニール条件では、不純物をゲ
ート電極に対して自己整合的に注入したとしても不純物
のチャンネルの横方向の拡散が大きくなり、結局ゲート
電極とソース電極の間、およびゲート電極をドレイン電
極の間で寄生容量が発生してしまう。歪点が600℃前
後の安価なガラス基板上に薄膜トランジスタを製作する
には、前記熱アニールによる活性化条件は適当ではない
[0052] 311 and 3 which are the areas of the offset
12 When the thickness of the silicon layer is about 25 nm, the ion-implanted impurities can be activated by thermal annealing, for example, under the above-mentioned ion implantation conditions in a nitrogen atmosphere.
Annealing conditions of 60 hours or more at .degree. C. or 2 hours at 700.degree. C. are required. Under these annealing conditions, even if the impurity is implanted in a self-aligned manner with respect to the gate electrode, the lateral diffusion of the impurity into the channel becomes large, and eventually the impurity spreads between the gate electrode and the source electrode, and between the gate electrode and the drain electrode. Parasitic capacitance will occur. In order to manufacture a thin film transistor on an inexpensive glass substrate with a strain point of around 600° C., the above activation conditions by thermal annealing are not appropriate.

【0053】図3hに示すように、レーザービームによ
り該領域311および312に注入された不純物を活性
化する。レーザービーム条件は、波長308nm、半値
幅50nsのXeClエキシマレーザーを、300〜6
00mJcm−2のビームエネルギー強度で、大気中で
基板上に照射する。薄膜トランジスタに照射されるレー
ザービームのパルスの数は適当に複数回であってもよい
。 レーザービームによって活性化された該309および3
10のシート抵抗は0.01〜0.05Ωcm−1であ
り、薄膜トランジスタとして十分使用可能な抵抗値であ
る。レーザービームには前記のXeClエキシマレーザ
ーに限ることなく、ArFエキシマレーザー、KrFエ
キシマレーザー、紫外線と同じ領域に波長を持つYAG
レーザーの高調波などを不純物の活性化に用いることが
できる。前記レーザービームの照射により、領域311
および312は不純物を含む多結晶シリコン膜314お
よび315になる。
As shown in FIG. 3h, the impurities implanted in the regions 311 and 312 are activated by a laser beam. The laser beam conditions were a XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm and a half width of 50 ns,
The substrate is irradiated in air with a beam energy intensity of 00 mJcm-2. The number of pulses of the laser beam irradiated to the thin film transistor may be appropriately plural. The 309 and 3 activated by the laser beam
The sheet resistance of No. 10 is 0.01 to 0.05 Ωcm −1 , which is a resistance value sufficient for use as a thin film transistor. The laser beam is not limited to the above-mentioned XeCl excimer laser, but also includes ArF excimer laser, KrF excimer laser, and YAG having a wavelength in the same region as ultraviolet rays.
Laser harmonics can be used to activate impurities. By irradiating the laser beam, the area 311
and 312 become polycrystalline silicon films 314 and 315 containing impurities.

【0054】また、前記不純物の活性化のためのレーザ
ービームの照射により、不純物を含んだシリコン層によ
って形成されたゲート電極も同時にアニールされ、抵抗
が減少する。シリコン層で形成されたゲート電極の厚み
は300nm程度なのでレーザービームエネルギーは活
性領域のシリコン層には到達しない。
Furthermore, by the laser beam irradiation for activating the impurity, the gate electrode formed of the silicon layer containing the impurity is also annealed at the same time, and its resistance is reduced. Since the thickness of the gate electrode formed of a silicon layer is about 300 nm, the laser beam energy does not reach the silicon layer in the active region.

【0055】次に、図2に示した方法により、熱処理を
施す。この熱処理により、ゲート電極下の斜め方向にチ
ャネルした不純物も活性化され結晶欠陥の極めて少ない
良質なシリコン層が得られる。この結果本発明によって
オン電流が大きく、ゲート電圧のオフ領域でソース・ド
レインのリーク電流が少ない電気的特性に優れた薄膜ト
ランジスタを製造することができる。
Next, heat treatment is performed by the method shown in FIG. This heat treatment also activates the obliquely channeled impurities under the gate electrode, resulting in a high-quality silicon layer with extremely few crystal defects. As a result, according to the present invention, it is possible to manufacture a thin film transistor with excellent electrical characteristics, which has a large on-current and a small source/drain leakage current in the off-region of the gate voltage.

【0056】レーザービームによってソース・ドレイン
領域が既に結晶化されているのでこれが結晶の成長核と
なるので、事実上300〜650℃の温度で、時間は1
0分から数時間の熱処理でも十分である。
Since the source/drain regions have already been crystallized by the laser beam, they serve as crystal growth nuclei, so in fact, the time is 1 at a temperature of 300 to 650°C.
Heat treatment for 0 minutes to several hours is sufficient.

【0057】次に、層間絶縁膜316をゲート電極30
9が形成された基板上に被着形成する。層間絶縁膜の材
料として、例えば、常圧化学気相成長法で形成された例
えば膜厚500nmのSiO2がある。さらに、電子サ
イクロトロン共鳴法、スパッタ法、減圧化学気相成長法
などにより形成されたSiO2や、PSG、SiNxを
層間絶縁膜316としても良い。
Next, the interlayer insulating film 316 is attached to the gate electrode 30.
9 is formed on the substrate. As a material for the interlayer insulating film, there is, for example, SiO2 with a film thickness of 500 nm formed by atmospheric pressure chemical vapor deposition. Furthermore, the interlayer insulating film 316 may be made of SiO2, PSG, or SiNx formed by electron cyclotron resonance, sputtering, low pressure chemical vapor deposition, or the like.

【0058】次に、図3iに示すように該ソース領域3
03および該ドレイン領域304に該層間絶縁膜316
と該ゲート絶縁膜308を貫くようにコンタクト用の窓
部を設けた後、電極となる金属薄膜例えばアルミニウム
薄膜を被着形成し、パターニングしてソース電極317
およびドレイン電極318をそれぞれ形成する。薄膜ト
ランジスタを、アクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いる場合には、該ドレイン電極318の構
成材料として例えば、インジウム−スズの酸化物(IT
O)を材料にした透明電極を用いることができる。該I
TO薄膜をスパッタ法により被着形成し、パターンエッ
チングし、ついでソース電極材料であるアルミニウム薄
膜をスパッタ法により被着形成しパターンエッチングに
よりソース電極を形成する。
Next, as shown in FIG. 3i, the source region 3
03 and the interlayer insulating film 316 in the drain region 304.
After providing a window for a contact so as to penetrate through the gate insulating film 308, a metal thin film, such as an aluminum thin film, which will become an electrode is deposited and patterned to form a source electrode 317.
and a drain electrode 318 are formed, respectively. When a thin film transistor is used as a picture element of an active matrix type liquid crystal display, the drain electrode 318 may be made of, for example, indium-tin oxide (IT).
A transparent electrode made of O) can be used. Said I
A TO thin film is deposited by sputtering and pattern etched, and then an aluminum thin film, which is a source electrode material, is deposited by sputtering and a source electrode is formed by pattern etching.

【0059】次に、該ソース電極317および該ドレイ
ン電極318が形成された基板を覆うように、パッシベ
ーション膜319を例えば窒化膜を50nmを被着形成
する。該パッシベーション膜は一層に限ることはなく材
料が異なった薄膜を重ねた複数の層が積み重なったもの
でも良い。たとえば、まずスパッタ法によって厚さ20
0nmのSiO2を該ソース電極317及びドレイン電
極312を覆うように被着形成し、続いて有機高分子膜
を被着形成してパッシベーション膜として用いることも
できる。該パッシベーション膜313は薄膜トランジス
タの外界からの汚染を防止するために、さらにこの薄膜
トランジスタがアクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いられる場合には、液晶分子に薄膜トラン
ジスタが発生する直流電圧の印加を低減する目的がある
Next, a passivation film 319 made of, for example, a nitride film with a thickness of 50 nm is formed so as to cover the substrate on which the source electrode 317 and the drain electrode 318 are formed. The passivation film is not limited to one layer, and may be a plurality of stacked layers of thin films made of different materials. For example, first, a thickness of 20 mm was formed by sputtering.
It is also possible to deposit 0 nm of SiO2 to cover the source electrode 317 and drain electrode 312, and then deposit an organic polymer film to use it as a passivation film. The passivation film 313 is used to prevent contamination of the thin film transistor from the outside world, and when the thin film transistor is used as a picture element of an active matrix liquid crystal display, it prevents the application of DC voltage generated by the thin film transistor to liquid crystal molecules. The purpose is to reduce

【0060】さらにこの次に、水素を含んだ気体中で例
えば300℃で1時間の熱処理を施して図3iの様に目
的とする薄膜トランジスタを得る。ただし、パッシベー
ション膜に300℃で分解する有機高分子膜を使用する
場合には、該有機高分子膜を形成する前に上記の水素処
理をすることが必要である。
Further, a heat treatment is then performed in a gas containing hydrogen at, for example, 300° C. for one hour to obtain the desired thin film transistor as shown in FIG. 3i. However, if an organic polymer film that decomposes at 300° C. is used as the passivation film, it is necessary to perform the above hydrogen treatment before forming the organic polymer film.

【0061】上記の実施例では自己整合型の薄膜トラン
ジスタの製造例であるが、n型の薄膜トランジスタとp
型の薄膜トランジスタを同一基板上に形成し、各々の薄
膜トランジスタのゲート電極とソース電極あるいはドレ
イン電極を適当な配線材料で配線および接続することに
よって、C−MOS回路を構成することができる。
The above embodiment is an example of manufacturing a self-aligned thin film transistor, but an n-type thin film transistor and a p-type thin film transistor are manufactured.
A C-MOS circuit can be constructed by forming thin film transistors of the same type on the same substrate and wiring and connecting the gate electrode and source electrode or drain electrode of each thin film transistor with an appropriate wiring material.

【0062】図4a〜iは本発明に関わる薄膜トランジ
スタの第2の製造方法の工程を示す断面図である。図4
aに示すが如くあらかじめ洗浄した絶縁性基板上401
に例えば透明なガラス基板上に例えば常圧化学気層成長
法によって二酸化珪素膜402を例えば基板温度200
〜350℃の温度で例えば200nmの厚さで被着形成
する。
FIGS. 4a to 4i are cross-sectional views showing steps of a second method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention. Figure 4
401 on an insulating substrate that has been cleaned in advance as shown in a.
For example, a silicon dioxide film 402 is formed on a transparent glass substrate by, for example, an atmospheric pressure chemical vapor deposition method at a substrate temperature of 200℃.
It is deposited to a thickness of, for example, 200 nm at a temperature of ~350°C.

【0063】つぎに、シリコン層203を例えば減圧化
学気層成長法で例えば基板温度450〜650℃で例え
ば膜厚15nm〜70nmで該二酸化珪素膜402覆う
ように被着形成する。該シリコン層403を形成するた
めの原料ガスとして、SiH4、もしくはSi2H4、
もしくはSiH4とSi2H4の混合ガスが使用できる
Next, a silicon layer 203 is deposited to cover the silicon dioxide film 402 with a thickness of 15 nm to 70 nm at a substrate temperature of 450 to 650° C., for example, using a low pressure chemical vapor deposition method. As a raw material gas for forming the silicon layer 403, SiH4, Si2H4,
Alternatively, a mixed gas of SiH4 and Si2H4 can be used.

【0064】該シリコン層403の形成方法は上記の減
圧化学気相成長法に限られることなく、グロー放電によ
るモノシランの分解により形成された水素を含有する非
晶質のシリコン層や、スパッタ法によるシリコン層でも
本発明は適用できる。
The method for forming the silicon layer 403 is not limited to the above-described low pressure chemical vapor deposition method, but may also be an amorphous silicon layer containing hydrogen formed by the decomposition of monosilane by glow discharge, or a sputtering method. The present invention can also be applied to a silicon layer.

【0065】次に、該シリコン層403に、図4bに示
すようにレーザービーム404を照射して結晶化する。 該レーザービーム404には、波長308nmのXe−
Clエキシマパルスレーザーを用いる。減圧化学気相成
長法により形成されたシリコン層の場合のビームアニー
ル条件は、パルスレーザーのパルス幅は50nsecで
あり、該シリコン層403の直前のパルスレーザーの個
々のパルスのエネルギー強度は200〜600mJcm
−2であり、より適当な強度としては300〜500m
Jcm−2である。該シリコン層403の同一箇所に照
射されるパルスの回数は複数回であっても構わない。実
施例1と同じ理由で、ビームアニールしているとき、該
シリコン層403の周辺の酸素の分圧は10ー5mmH
g以下である。ビームアニールしているとき該シリコン
層403の表面及びその周辺の酸素の分圧は10ー5m
mHg以下である。あるいは、ビームアニールしている
とき、該シリコン層403の周辺は、He、Ne、Ar
、Kr、Xeあるいはこれらの混合ガスである不活性ガ
ス雰囲気である。
Next, the silicon layer 403 is irradiated with a laser beam 404 to crystallize it, as shown in FIG. 4b. The laser beam 404 includes Xe-
A Cl excimer pulse laser is used. The beam annealing conditions for a silicon layer formed by low pressure chemical vapor deposition are that the pulse width of the pulsed laser is 50 nsec, and the energy intensity of each pulse of the pulsed laser immediately before the silicon layer 403 is 200 to 600 mJcm.
-2, and a more appropriate strength is 300 to 500 m.
It is Jcm-2. The number of pulses applied to the same location on the silicon layer 403 may be multiple times. For the same reason as in Example 1, the partial pressure of oxygen around the silicon layer 403 is 10-5 mmH during beam annealing.
g or less. During beam annealing, the partial pressure of oxygen on and around the surface of the silicon layer 403 is 10-5 m
mHg or less. Alternatively, during beam annealing, the periphery of the silicon layer 403 may be He, Ne, Ar.
, Kr, Xe, or a mixture thereof.

【0066】該レーザービーム404はXeClエキシ
マレーザーに限ることはなく、ArFエキシマレーザー
、KrFエキシマレーザー、YAGレーザーなども利用
することができる。
The laser beam 404 is not limited to the XeCl excimer laser, and ArF excimer laser, KrF excimer laser, YAG laser, etc. can also be used.

【0067】ビームアニール後島状にパターニングして
図4cに示すような多結晶シリコン層405となる。本
実施例では、該シリコン層403をビームアニールした
後にパターニングしているが、あらかじめ該シリコン層
を島状にパターニングしたのちに、前記のようにビーム
アニールして多結晶シリコン層405を形成することも
できる。
After beam annealing, the polycrystalline silicon layer 405 is patterned into an island shape as shown in FIG. 4c. In this embodiment, the silicon layer 403 is patterned after beam annealing, but the polycrystalline silicon layer 405 can be formed by patterning the silicon layer into an island shape in advance and then beam annealing as described above. You can also do it.

【0068】次に、図1で示した方法により、熱処理を
施して該シリコン層405を良質化する。
Next, by the method shown in FIG. 1, heat treatment is performed to improve the quality of the silicon layer 405.

【0069】つぎに、図4cに示すように、該多結晶シ
リコン層405を覆うようにゲート絶縁膜406を、例
えば常圧化学気相成長法によって、例えば基板温度30
0℃で例えば膜厚150nmの二酸化珪素膜を被着形成
する。該ゲート絶縁膜406の形成方法および形成材料
は上記に限られるものではない。たとえば、電子サイク
ロトロン共鳴CVD法によってSiO2を被着形成して
もゲート絶縁膜408として使用可能である。ECR法
により形成された二酸化珪素膜1層でゲート絶縁膜40
8を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 4c, a gate insulating film 406 is formed to cover the polycrystalline silicon layer 405 by, for example, atmospheric pressure chemical vapor deposition at a substrate temperature of 30°C.
A silicon dioxide film having a thickness of, for example, 150 nm is deposited at 0°C. The method and material for forming the gate insulating film 406 are not limited to those described above. For example, SiO2 can be deposited and formed by electron cyclotron resonance CVD and used as the gate insulating film 408. The gate insulating film 40 is made of one layer of silicon dioxide film formed by ECR method.
8 may be formed.

【0070】次に、図4eに示すようにゲート電極40
7を形成する。例えば不純物を導入したシリコン薄膜を
該ゲート絶縁膜408を覆うように被着形成し、続いて
パターニングする。該不純物が導入されたシリコン層と
しては、リンを不純物として減圧化学気相成長法により
形成されたシリコン層や、PECVD法により形成され
たリンを含む非晶質のシリコン層などがある。該ゲート
電極の厚みは300〜400nmである。
Next, as shown in FIG. 4e, the gate electrode 40
form 7. For example, a silicon thin film doped with impurities is deposited to cover the gate insulating film 408, and then patterned. Examples of the silicon layer into which the impurity is introduced include a silicon layer formed by low pressure chemical vapor deposition using phosphorus as an impurity, and an amorphous silicon layer containing phosphorus formed by PECVD. The thickness of the gate electrode is 300 to 400 nm.

【0071】次に、図4fの様に、該ゲート電極407
に対して自己整合的に該ゲート絶縁膜406を貫いてイ
オン注入408する。製作する薄膜トランジスタがn型
の場合には、イオン種としてリンなどがある。例えば、
リンの場合、該ゲート絶縁膜406の厚さが150nm
の場合、イオン注入する条件は加速電圧120keVで
イオン注入量が1×1015〜1×1016cm−3で
ある。  また、製作する薄膜トランジスタがp型の場合には、
イオン注入するイオン種として、ホウ素などがある。例
えばホウ素の場合には、イオン注入する条件は加速電圧
40keVで、イオン注入量が1×1015〜1×10
16cm−3である。図4fに示すように、ゲート電極
407に対して自己整合的に不純物が注入された領域4
09及び410が形成される。
Next, as shown in FIG. 4f, the gate electrode 407
Ions are implanted 408 through the gate insulating film 406 in a self-aligned manner. When the thin film transistor to be manufactured is an n-type, phosphorus or the like is used as the ion species. for example,
In the case of phosphorus, the thickness of the gate insulating film 406 is 150 nm.
In this case, the conditions for ion implantation are an acceleration voltage of 120 keV and an ion implantation amount of 1×10 15 to 1×10 16 cm −3 . Also, if the thin film transistor to be manufactured is p-type,
Ion species to be ion-implanted include boron and the like. For example, in the case of boron, the conditions for ion implantation are an acceleration voltage of 40 keV and an ion implantation amount of 1 x 1015 to 1 x 10
It is 16 cm-3. As shown in FIG. 4f, a region 4 where impurities are implanted in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 407.
09 and 410 are formed.

【0072】次に、該領域409及び410に含まれて
いる不純物を活性化する。
Next, the impurities contained in the regions 409 and 410 are activated.

【0073】該オフセットの領域である409および4
10のシリコン層の厚みが25nm程度であると、イオ
ン注入にされた不純物を熱アニールによって活性化する
には、例えば前記の様なイオン注入条件で、窒素雰囲気
中で600℃で60時間以上、もしくは700℃で2時
間のアニールが必要である。歪点が600℃前後の安価
なガラス基板上に薄膜トランジスタを製作するには、こ
の熱アニールによる活性化は適当ではない。
[0073] 409 and 4 which are the areas of the offset
When the thickness of the silicon layer No. 10 is about 25 nm, in order to activate the ion-implanted impurities by thermal annealing, for example, under the above-mentioned ion implantation conditions, at 600° C. for 60 hours or more in a nitrogen atmosphere, Alternatively, annealing at 700°C for 2 hours is required. Activation by thermal annealing is not suitable for manufacturing thin film transistors on inexpensive glass substrates with a strain point of around 600°C.

【0074】図4gに示すように、レーザービームによ
り該領域409および410に注入された不純物を活性
化する。レーザービーム条件は、波長308nm、半値
幅50nsのXeClエキシマレーザーを、300〜6
00mJcm−2のビームエネルギー強度で、大気中で
基板上に照射する。薄膜トランジスタに照射されるレー
ザービームのパルスの数は適当に複数回であってもよい
。 レーザービームによって活性化された該409および4
10のシート抵抗は0.01〜0.05Ωcm−1であ
り、薄膜トランジスタとして十分使用可能な抵抗値であ
る。レーザービームには前記のXeClエキシマレーザ
ーに限ることなく、ArFエキシマレーザー、KrFエ
キシマレーザー、紫外線と同じ領域に波長を持つYAG
レーザーの高調波などを不純物の活性化に用いることが
できる。前記レーザービームの照射により、領域409
および410は、不純物を含む多結晶シリコン膜で構成
されたソース領域412およびドレイン領域413とな
る。
As shown in FIG. 4g, the impurities implanted in regions 409 and 410 are activated by a laser beam. The laser beam conditions were a XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm and a half width of 50 ns,
The substrate is irradiated in air with a beam energy intensity of 00 mJcm-2. The number of pulses of the laser beam irradiated to the thin film transistor may be appropriately plural. The 409 and 4 activated by the laser beam
The sheet resistance of No. 10 is 0.01 to 0.05 Ωcm −1 , which is a resistance value sufficient for use as a thin film transistor. The laser beam is not limited to the above-mentioned XeCl excimer laser, but also includes ArF excimer laser, KrF excimer laser, and YAG having a wavelength in the same region as ultraviolet rays.
Laser harmonics can be used to activate impurities. By irradiating the laser beam, the area 409
and 410 are a source region 412 and a drain region 413 made of a polycrystalline silicon film containing impurities.

【0075】次に、該ゲート電極下の活性領域のシリコ
ン層中に、斜め方向にチャネルして注入された不純物を
活性化するために、図2で示しながら説明した方法で熱
処理を施す。
Next, in order to activate the impurity implanted into the silicon layer in the active region under the gate electrode with a diagonal channel, heat treatment is performed by the method described with reference to FIG.

【0076】また、前記不純物の活性化のためのレーザ
ービームの照射により、不純物を含んだシリコン層によ
って形成されたゲート電極も同時にアニールされ、抵抗
が減少する。シリコン層で形成されたゲート電極の厚み
は300nm程度なのでレーザービームエネルギーは活
性シリコン層には到達しない。
Furthermore, by the laser beam irradiation for activating the impurity, the gate electrode formed of the silicon layer containing the impurity is also annealed at the same time, and its resistance is reduced. Since the thickness of the gate electrode formed of a silicon layer is about 300 nm, the laser beam energy does not reach the active silicon layer.

【0077】次に、層間絶縁膜414をゲート電極40
7が形成された基板上に被着形成する。層間絶縁膜の材
料として、例えば、常圧化学気相成長法で形成された例
えば膜厚500nmのSiO2がある。さらに、電子サ
イクロトロン共鳴法、スパッタ法、減圧化学気相成長法
などにより形成されたSiO2や、PSG、SiNxを
層間絶縁膜414としても良い。
Next, the interlayer insulating film 414 is connected to the gate electrode 40.
7 is formed on the substrate. As a material for the interlayer insulating film, there is, for example, SiO2 with a film thickness of 500 nm formed by atmospheric pressure chemical vapor deposition. Furthermore, the interlayer insulating film 414 may be made of SiO2, PSG, or SiNx formed by electron cyclotron resonance, sputtering, low pressure chemical vapor deposition, or the like.

【0078】次に、図4hに示すように該ソース領域4
12および該ドレイン領域413に該層間絶縁膜414
と該ゲート絶縁膜405を貫くようにコンタクト用の窓
部を設けた後、電極となる金属薄膜例えばアルミニウム
薄膜を被着形成し、パターニングしてソース電極415
およびドレイン電極416をそれぞれ形成する。薄膜ト
ランジスタを、アクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いる場合には、該ドレイン電極416の構
成材料として例えば、インジウム−スズの酸化物(IT
O)を材料にした透明電極を用いることができる。該I
TO薄膜をスパッタ法により被着形成し、パターンエッ
チングし、ついでソース電極材料であるアルミニウム薄
膜をスパッタ法により被着形成しパターンエッチングに
よりソース電極を形成する。
Next, as shown in FIG. 4h, the source region 4
12 and the drain region 413 with the interlayer insulating film 414
After providing a window for a contact so as to penetrate through the gate insulating film 405, a metal thin film, such as an aluminum thin film, which will become an electrode is deposited and patterned to form a source electrode 415.
and a drain electrode 416 are respectively formed. When a thin film transistor is used as a picture element of an active matrix liquid crystal display, the drain electrode 416 may be made of, for example, indium-tin oxide (IT).
A transparent electrode made of O) can be used. Said I
A TO thin film is deposited by sputtering and pattern etched, and then an aluminum thin film, which is a source electrode material, is deposited by sputtering and a source electrode is formed by pattern etching.

【0079】次に、該ソース電極415および該ドレイ
ン電極416が形成された基板を覆うように、パッシベ
ーション膜417を例えば窒化膜を50nmを被着形成
する。該パッシベーション膜は一層に限ることはなく材
料が異なった薄膜を重ねた複数の層が積み重なったもの
でも良い。たとえば、まずスパッタ法によって厚さ20
0nmのSiO2を該ソース電極415及びドレイン電
極416を覆うように被着形成し、続いて有機高分子膜
を被着形成してパッシベーション膜として用いることも
できる。該パッシベーション膜417は薄膜トランジス
タの外界からの汚染を防止するために、さらにこの薄膜
トランジスタがアクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いられる場合には、液晶分子に薄膜トラン
ジスタが発生する直流電圧の印加を低減する目的がある
Next, a passivation film 417 of, for example, a 50 nm thick nitride film is formed to cover the substrate on which the source electrode 415 and the drain electrode 416 are formed. The passivation film is not limited to one layer, and may be a plurality of stacked layers of thin films made of different materials. For example, first, a thickness of 20 mm was formed by sputtering.
It is also possible to deposit 0 nm of SiO2 to cover the source electrode 415 and drain electrode 416, and then deposit an organic polymer film to use it as a passivation film. The passivation film 417 is used to prevent contamination of the thin film transistor from the outside world, and when this thin film transistor is used as a picture element of an active matrix type liquid crystal display, it prevents the application of DC voltage generated by the thin film transistor to liquid crystal molecules. The purpose is to reduce

【0080】さらにこの次に、水素を含んだ気体中で例
えば300℃で1時間の熱処理を施して図4hの様に目
的とする薄膜トランジスタを得る。ただし、パッシベー
ション膜に300℃で分解する有機高分子膜を使用する
場合には、該有機高分子膜を形成する前に上記の水素処
理をすることが必要である。
[0080] Further, a heat treatment is then performed in a hydrogen-containing gas at, for example, 300° C. for one hour to obtain the desired thin film transistor as shown in FIG. 4h. However, if an organic polymer film that decomposes at 300° C. is used as the passivation film, it is necessary to perform the above hydrogen treatment before forming the organic polymer film.

【0081】上記の実施例では自己整合型の薄膜トラン
ジスタの製造例であるが、n型の薄膜トランジスタとp
型の薄膜トランジスタを同一基板上に形成し、各々の薄
膜トランジスタのゲート電極とソース電極あるいはドレ
イン電極を適当な配線材料で配線および接続することに
よって、C−MOS回路を構成することができる。
The above embodiment is an example of manufacturing a self-aligned thin film transistor, but an n-type thin film transistor and a p-type thin film transistor are manufactured.
A C-MOS circuit can be constructed by forming thin film transistors of the same type on the same substrate and wiring and connecting the gate electrode and source electrode or drain electrode of each thin film transistor with an appropriate wiring material.

【0082】図5a〜hは本発明に関わる薄膜トランジ
スタの第3の製造方法の工程を示す断面図である。
FIGS. 5a to 5h are cross-sectional views showing the steps of a third method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention.

【0083】本発明の薄膜トランジスタの製造工程の第
3の実施例の図5aから図5dまでは薄膜トランジスタ
の製造工程の第1の実施例の図3aから図3dまでと同
じである。
FIGS. 5a to 5d of the third embodiment of the thin film transistor manufacturing process of the present invention are the same as FIGS. 3a to 3d of the first embodiment of the thin film transistor manufacturing process of the present invention.

【0084】以下に本発明の第3の実施例の図5eから
説明する。
A third embodiment of the present invention will be explained below, starting from FIG. 5e.

【0085】図5eに示すようにゲート電極507を形
成する。例えばCrの様な金属薄膜をスパッタ法あるい
は蒸着法により該ゲート絶縁膜を覆うように被着形成し
、続いてパターニングする。金属薄膜の引っ張り内部用
力が大きいときには、例えばCrの場合には厚みが30
0nmの薄膜では引っ張り応力が大きく、段差部での断
線などの問題を生じる。そこでこのようなゲート電極の
場合は適宜厚みを薄くする必要がある。例えばCrによ
るゲート電極では厚みを150nm程度にするとよい。 しかしながら次の図5fのイオン打ち込みの工程で十分
イオンを阻止できなくなる。この理由で、該ゲート電極
上のレジスト508をパターニングの後に残しておく。 残ったレジストの厚みは500nm以上でありイオン注
入の十分なマスクとなる。
A gate electrode 507 is formed as shown in FIG. 5e. For example, a metal thin film such as Cr is formed by sputtering or vapor deposition to cover the gate insulating film, and then patterned. When the tensile internal force of the metal thin film is large, for example, in the case of Cr, the thickness is 30 mm.
A thin film of 0 nm has a large tensile stress, which causes problems such as wire breakage at stepped portions. Therefore, in the case of such a gate electrode, it is necessary to appropriately reduce the thickness. For example, the thickness of a gate electrode made of Cr is preferably about 150 nm. However, in the next ion implantation process shown in FIG. 5f, the ions cannot be blocked sufficiently. For this reason, the resist 508 on the gate electrode is left behind after patterning. The remaining resist has a thickness of 500 nm or more and serves as a sufficient mask for ion implantation.

【0086】次に、図5fの様に、該ゲート電極507
に対して自己整合的に該ゲート絶縁膜506を貫いてイ
オン注入509する。製作する薄膜トランジスタがn型
の場合には、イオン種としてリンなどがある。例えば、
リンの場合、該ゲート絶縁膜506の厚さが150nm
の場合、イオン注入する条件は加速電圧120keVで
イオン注入量が1×1015〜1×1016cm−3で
ある。  また、製作する薄膜トランジスタがp型の場合には、
イオン注入するイオン種として、ホウ素などがある。例
えばホウ素の場合には、イオン注入する条件は加速電圧
40keVで、イオン注入量が1×1015〜1×10
16cm−3である。図5fに示すように、ゲート電極
507に対して自己整合的に不純物が注入された領域5
10及び511が形成される。
Next, as shown in FIG. 5f, the gate electrode 507
Ions are implanted 509 through the gate insulating film 506 in a self-aligned manner. When the thin film transistor to be manufactured is an n-type, phosphorus or the like is used as the ion species. for example,
In the case of phosphorus, the thickness of the gate insulating film 506 is 150 nm.
In this case, the conditions for ion implantation are an acceleration voltage of 120 keV and an ion implantation amount of 1×10 15 to 1×10 16 cm −3 . Also, if the thin film transistor to be manufactured is p-type,
Ion species to be ion-implanted include boron and the like. For example, in the case of boron, the conditions for ion implantation are an acceleration voltage of 40 keV and an ion implantation amount of 1 x 1015 to 1 x 10
It is 16 cm-3. As shown in FIG. 5f, a region 5 in which impurities are implanted in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 507.
10 and 511 are formed.

【0087】次に、該ゲート電極507上のレジスト5
08を剥離する。次に、該領域510および511に注
入された不純物を活性化する。
Next, the resist 5 on the gate electrode 507 is
Peel off 08. Next, the impurities implanted into regions 510 and 511 are activated.

【0088】該オフセットの領域である510および5
11のシリコン層の厚みが25nm程度であると、イオ
ン注入にされた不純物を熱アニールによって活性化する
には、例えば前記の様なイオン注入条件で、窒素雰囲気
中で600℃で60時間以上、もしくは700℃で2時
間のアニールが必要である。歪点が600℃前後の安価
なガラス基板上に薄膜トランジスタを製作するには、前
記熱アニールによる活性化は適当ではない。
[0088] The offset area is 510 and 5.
When the thickness of the silicon layer No. 11 is about 25 nm, in order to activate the ion-implanted impurities by thermal annealing, for example, under the above-mentioned ion implantation conditions, at 600° C. for 60 hours or more in a nitrogen atmosphere, Alternatively, annealing at 700°C for 2 hours is required. Activation by thermal annealing is not suitable for manufacturing thin film transistors on inexpensive glass substrates with a strain point of around 600°C.

【0089】図5gに示すように、レーザービーム51
2により該領域510および511に注入された不純物
を活性化する。ビームアニール条件は、波長308nm
、半値幅50nsのXeClエキシマレーザーを、30
0〜600mJcm−2のビームエネルギー強度で、基
板上に照射する。該レーザービーム512の照射によっ
て大気中の気体分子と反応する材料で、ゲート電極が構
成されている場合には、真空中あるいは不活性ガス中で
レーザービームを基板に照射する。薄膜トランジスタに
照射される該レーザービーム512のパルスの数は適当
に複数回であってもよい。該レーザービーム512によ
って活性化された該510および511のシート抵抗は
0.01〜0.05Ωcm−1であり、薄膜トランジス
タとして十分使用可能な抵抗値である。レーザービーム
には前記のXeClエキシマレーザーに限ることなく、
ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、紫
外線と同じ領域に波長を持つYAGレーザーなどを不純
物の活性化に用いることができる。前記レーザービーム
の照射により、領域510および511は、不純物を含
む多結晶シリコン膜で構成されたソース領域313およ
びドレイン領域514となる。
As shown in FIG. 5g, the laser beam 51
2 activates the impurities implanted into the regions 510 and 511. Beam annealing condition is wavelength 308nm
, a XeCl excimer laser with a half-value width of 50 ns,
The substrate is irradiated with a beam energy intensity of 0 to 600 mJcm-2. If the gate electrode is made of a material that reacts with gas molecules in the atmosphere when irradiated with the laser beam 512, the substrate is irradiated with the laser beam in vacuum or in an inert gas. The number of pulses of the laser beam 512 applied to the thin film transistor may be appropriately plural. The sheet resistance of the sheets 510 and 511 activated by the laser beam 512 is 0.01 to 0.05 Ωcm −1 , which is a resistance value sufficient for use as a thin film transistor. The laser beam is not limited to the above-mentioned XeCl excimer laser,
ArF excimer laser, KrF excimer laser, YAG laser having a wavelength in the same region as ultraviolet light, etc. can be used to activate impurities. By irradiating the laser beam, the regions 510 and 511 become a source region 313 and a drain region 514 made of a polycrystalline silicon film containing impurities.

【0090】次に、図2に示した熱処理の方法でゲート
電極下のシリコン層に斜め方向にチャネルした不純物を
活性化し、ゲート電極下のシリコン層中の結晶欠陥を消
滅させる。。
Next, by the heat treatment method shown in FIG. 2, impurities channeled obliquely in the silicon layer under the gate electrode are activated, and crystal defects in the silicon layer under the gate electrode are eliminated. .

【0091】次に、層間絶縁膜515をゲート電極50
7が形成された基板上に被着形成する。層間絶縁膜の材
料として、例えば、常圧化学気相成長法で形成された例
えば膜厚500nmのSiO2がある。さらに、電子サ
イクロトロン共鳴法、スパッタ法、減圧化学気相成長法
などにより形成されたSiO2や、PSG、SiNxを
層間絶縁膜515としても良い。
Next, the interlayer insulating film 515 is connected to the gate electrode 50.
7 is formed on the substrate. As a material for the interlayer insulating film, there is, for example, SiO2 with a film thickness of 500 nm formed by atmospheric pressure chemical vapor deposition. Furthermore, the interlayer insulating film 515 may be made of SiO2, PSG, or SiNx formed by electron cyclotron resonance, sputtering, low pressure chemical vapor deposition, or the like.

【0092】次に、図5hに示すように該ソース領域5
13および該ドレイン領域514に該層間絶縁膜515
と該ゲート絶縁膜507を貫くようにコンタクト用の窓
部を設けた後、電極となる金属薄膜例えばアルミニウム
薄膜を被着形成し、パターニングしてソース電極515
およびドレイン電極516をそれぞれ形成する。薄膜ト
ランジスタを、アクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いる場合には、該ドレイン電極517の構
成材料として例えば、インジウム−スズの酸化物(IT
O)を材料にした透明電極を用いることができる。該I
TO薄膜をスパッタ法により被着形成し、パターンエッ
チングし、ついでソース電極材料であるアルミニウム薄
膜をスパッタ法により被着形成しパターンエッチングに
よりソース電極を形成する。
Next, as shown in FIG. 5h, the source region 5
13 and the drain region 514 with the interlayer insulating film 515
After providing a window for a contact so as to penetrate through the gate insulating film 507, a metal thin film, such as an aluminum thin film, which will become an electrode is deposited and patterned to form a source electrode 515.
and a drain electrode 516 are formed, respectively. When a thin film transistor is used as a picture element of an active matrix liquid crystal display, the drain electrode 517 may be made of, for example, indium-tin oxide (IT).
A transparent electrode made of O) can be used. Said I
A TO thin film is deposited by sputtering and pattern etched, and then an aluminum thin film, which is a source electrode material, is deposited by sputtering and a source electrode is formed by pattern etching.

【0093】次に、該ソース電極516および該ドレイ
ン電極517が形成された基板を覆うように、パッシベ
ーション膜518を例えば窒化膜を50nmを被着形成
する。該パッシベーション膜は一層に限ることはなく材
料が異なった薄膜を重ねた複数の層が積み重なったもの
でも良い。たとえば、まずスパッタ法によって厚さ20
0nmのSiO2を該ソース電極516及びドレイン電
極517を覆うように被着形成し、続いて有機高分子膜
を被着形成してパッシベーション膜として用いることも
できる。該パッシベーション膜518は薄膜トランジス
タの外界からの汚染を防止するために、さらにこの薄膜
トランジスタがアクティブマトリックス方式の液晶表示
体の絵素に用いられる場合には、液晶分子に薄膜トラン
ジスタが発生する直流電圧の印加を低減する目的がある
Next, a passivation film 518 of, for example, a 50 nm thick nitride film is formed to cover the substrate on which the source electrode 516 and the drain electrode 517 are formed. The passivation film is not limited to one layer, and may be a plurality of stacked layers of thin films made of different materials. For example, first, a thickness of 20 mm was formed by sputtering.
It is also possible to deposit 0 nm of SiO2 to cover the source electrode 516 and drain electrode 517, and then deposit an organic polymer film to use it as a passivation film. The passivation film 518 is used to prevent contamination of the thin film transistor from the outside world, and when the thin film transistor is used as a picture element of an active matrix liquid crystal display, it prevents the application of DC voltage generated by the thin film transistor to liquid crystal molecules. The purpose is to reduce

【0094】さらに、この次に水素を含んだ気体中で例
えば300℃で1時間の熱処理を施して図5hの様に目
的とする薄膜トランジスタを得る。ただし、パッシベー
ション膜に300℃で分解する有機高分子膜を使用する
場合には、該有機高分子膜を形成する前に水素処理をす
る必要がある。
[0094] Furthermore, heat treatment is then performed in a hydrogen-containing gas at, for example, 300°C for one hour to obtain the desired thin film transistor as shown in FIG. 5h. However, if an organic polymer film that decomposes at 300° C. is used as the passivation film, it is necessary to perform hydrogen treatment before forming the organic polymer film.

【0095】上記第3の実施例では自己整合型の薄膜ト
ランジスタの製造例であるが、n型の薄膜トランジスタ
とp型の薄膜トランジスタを同一基板上に形成し、各々
の薄膜トランジスタのゲート電極とソース電極あるいは
ドレイン電極を適当な配線材料で配線および接続するこ
とによって、C−MOS回路を構成することができる。
The third embodiment described above is an example of manufacturing a self-aligned thin film transistor, in which an n-type thin film transistor and a p-type thin film transistor are formed on the same substrate, and the gate electrode and source electrode or drain of each thin film transistor are A C-MOS circuit can be constructed by wiring and connecting the electrodes with a suitable wiring material.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜トラ
ンジスタの製造方法は、エネルギービームの照射により
シリコン層を結晶化した後に熱処理工程を施すことによ
り、シリコン層中の欠陥を消滅することができるため、
サブスレッショルド特性が優れた薄膜トランジスタが製
造することができるので、この薄膜トランジスタにより
高速動作のC−MOS回路を構成することができる。こ
の結果、アクティブマトリクス型の液晶表示体の駆動回
路を絵素と同じ安価なガラス基板に形成することができ
るので、高精細の液晶表示体を安価に製造することがで
きる。
[Effects of the Invention] As explained above, in the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, defects in the silicon layer can be eliminated by performing a heat treatment process after crystallizing the silicon layer by irradiation with an energy beam. For,
Since a thin film transistor with excellent subthreshold characteristics can be manufactured, a high-speed operation C-MOS circuit can be constructed using this thin film transistor. As a result, the drive circuit of the active matrix type liquid crystal display can be formed on the same inexpensive glass substrate as the picture elements, so that a high-definition liquid crystal display can be manufactured at low cost.

【0097】また、ゲート絶縁膜を貫いてゲート電極に
対して自己整合的にイオン注入された不純物をレーザー
ビームにより活性化した後に、シリコン層中にイオン注
入による欠陥を消滅させるための熱処理工程により、ゲ
ート電圧がオフ領域でソース・ドレイン間のリーク電流
がなくなるため、液晶表示体の絵素電極の電化の保持が
高まるため、フリッカーがなくコントラストが高い優れ
た液晶表示体を製造することができる。
[0097] Also, after activating the impurity ion-implanted into the gate electrode in a self-aligned manner through the gate insulating film with a laser beam, a heat treatment process is performed to eliminate defects caused by the ion implantation in the silicon layer. When the gate voltage is in the off range, there is no leakage current between the source and drain, which increases the retention of charge in the pixel electrodes of the liquid crystal display, making it possible to manufacture excellent liquid crystal displays with no flicker and high contrast. .

【0098】600℃以下のプロセスで、ソース電極と
ゲート電極、およびゲート電極とドレイン電極の間の絶
縁耐圧の高い、ゲート電極に対して自己整合的な薄膜ト
ランジスタを形成することができる。
A thin film transistor that is self-aligned with respect to the gate electrode and has high dielectric strength between the source electrode and the gate electrode and between the gate electrode and the drain electrode can be formed by a process at 600° C. or lower.

【0099】さらに、レーザーによる不純物の活性化は
チャンネルの横方向の拡散距離が短いために、ゲート電
極のソース電極の間に生じる寄生容量と、ゲート電極と
ドレイン電極の間で生じる寄生容量が極めて小さいため
に、高速動作が可能な薄膜トランジスタを形成すること
ができる。
Furthermore, since the activation of impurities by laser has a short lateral diffusion distance of the channel, the parasitic capacitance generated between the gate electrode and the source electrode and the parasitic capacitance generated between the gate electrode and the drain electrode are extremely large. Since it is small, a thin film transistor capable of high-speed operation can be formed.

【0100】また、本発明による薄膜トランジスタをア
クティブマトリックス型の液晶表示帯の絵素に用いる場
合には、前記寄生容量の少ない自己整合的な薄膜トラン
ジスタであるために、前記画面全体に渡って、色ムラ、
フリッカー、ゲート信号の遅延などのない良質な画像を
得ることができる。
Furthermore, when the thin film transistor according to the present invention is used as a pixel in an active matrix type liquid crystal display band, since the thin film transistor is a self-aligned thin film transistor with a small parasitic capacitance, color unevenness will not occur over the entire screen. ,
You can obtain high-quality images without flicker or gate signal delay.

【0101】また、本発明の薄膜トランジスタの製造方
法では、絶縁基板に安価なガラスを用いることができる
ため、大面積の液晶表示体を製造することができる。
Furthermore, in the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, inexpensive glass can be used for the insulating substrate, so a large-area liquid crystal display can be manufactured.

【0102】さらに、本発明は高性能の三次元素子の製
造にも適用可能である。
Furthermore, the present invention is applicable to the production of high-performance tertiary elements.

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

【図1】本発明のエネルギービームの照射によりシリコ
ン層を結晶化した後に熱処理工程によってシリコン層の
良質化に関する発明を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an invention related to improving the quality of a silicon layer by a heat treatment process after crystallizing the silicon layer by irradiation with an energy beam according to the present invention.

【図2】本発明のレーザービームの照射によりシリコン
層中の不純物を活性化した後に熱処理工程によって斜め
方向にチャネルした不純物の活性化に関する発明を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing an invention related to activation of impurities channeled in an oblique direction by a heat treatment process after activating impurities in a silicon layer by laser beam irradiation according to the present invention.

【図3】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を実現す
る第1の実施例の工程図。
FIG. 3 is a process diagram of a first embodiment of the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention.

【図4】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を実現す
る第2の実施例の工程図。
FIG. 4 is a process diagram of a second embodiment of the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention.

【図5】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を実現す
る第3の実施例の工程図。
FIG. 5 is a process diagram of a third embodiment for realizing the thin film transistor manufacturing method of the present invention.

【図6】従来例の薄膜トランジスタの製造方法を示す断
面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a thin film transistor.

【図7】従来例のイオン注入後のレーザービームによる
不純物の活性化の問題点を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing the problem of impurity activation by a laser beam after ion implantation in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301、401、501      
            絶縁基板102、202、3
02、402、502               
   二酸化珪素膜103、305、403、503 
                     シリコン
層104、206、209、306、313、404、
411、504、512  レーザービーム 105、203、307、405、505      
            多結晶シリコン層 106                      
            良質化した多結晶シリコン層 204、308、406、506          
            ゲート絶縁膜205、309
、407、507                 
     ゲート電極207、311、312、409
、410、510、511          不純物
が注入された領域 208                      
      不純物が斜め方向にチャネル注入した領域 210                      
          不純物が活性化した領域 211                      
          不純物が活性化した領域 303、412、513              
            ソース領域304、413、
514                      
    ドレイン領域314、315        
                      不純物
を含む多結晶シリコン膜 316、414、518              
            層間絶縁膜317、415、
516                      
    ソース電極318、416、516     
                     ドレイン
電極319、417、518            
              パッシベーション膜
101, 201, 301, 401, 501
Insulating substrates 102, 202, 3
02, 402, 502
Silicon dioxide film 103, 305, 403, 503
Silicon layers 104, 206, 209, 306, 313, 404,
411, 504, 512 Laser beam 105, 203, 307, 405, 505
Polycrystalline silicon layer 106
Improved quality polycrystalline silicon layers 204, 308, 406, 506
Gate insulating film 205, 309
, 407, 507
Gate electrodes 207, 311, 312, 409
, 410, 510, 511 impurity implanted region 208
Region 210 where impurities are implanted into the channel in an oblique direction
Region 211 where impurities are activated
Regions 303, 412, 513 where impurities are activated
source areas 304, 413,
514
Drain regions 314, 315
Polycrystalline silicon films 316, 414, 518 containing impurities
Interlayer insulation film 317, 415,
516
Source electrodes 318, 416, 516
Drain electrodes 319, 417, 518
passivation film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  絶縁基板上にシリコン層を被着形成す
る工程と、該シリコン層にエネルギービームを照射する
工程と、該エネルギービームの照射後に熱処理をする工
程と、該熱処理後に、該シリコン層をパターニングする
工程と、該シリコン層を覆うように絶縁薄膜を被着形成
する工程と、該絶縁薄膜上にゲート電極を被着形成する
工程と、該絶縁薄膜を通して該シリコン薄膜に不純物を
注入する工程と、レーザービームを照射することによっ
て該不純物を活性化する工程とを含むことを特徴とする
薄膜トランジスタの製造方法。
1. A step of depositing and forming a silicon layer on an insulating substrate, a step of irradiating the silicon layer with an energy beam, a step of performing heat treatment after irradiation with the energy beam, and a step of performing heat treatment on the silicon layer after the heat treatment. a step of patterning the silicon layer, a step of depositing an insulating thin film to cover the silicon layer, a step of depositing and forming a gate electrode on the insulating thin film, and a step of implanting an impurity into the silicon thin film through the insulating thin film. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising the steps of: activating the impurity by irradiating the impurity with a laser beam.
【請求項2】  前記請求項1記載のエネルギービーム
として紫外光であることを特徴とする請求項1記載の薄
膜トランジスタの製造方法。
2. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the energy beam according to claim 1 is ultraviolet light.
【請求項3】  前記請求項2記載の紫外光としてエキ
シマレーザーであることを特徴とする請求項1記載の薄
膜トランジスタの製造方法。
3. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the ultraviolet light according to claim 2 is an excimer laser.
【請求項4】  絶縁基板上にシリコン層を被着形成す
る工程と、該シリコン層にエネルギービームを照射する
工程と、該シリコン層をパターニングする工程と、該シ
リコン層を覆うように絶縁薄膜を被着形成する工程と、
該絶縁薄膜上にゲート電極を被着形成する工程と、該絶
縁薄膜を通して該シリコン薄膜に不純物を注入する工程
と、レーザービームを照射することによって該不純物を
活性化する工程と、該不純物を活性化した工程の後に熱
処理を含む工程とを含むことを特徴とする薄膜トランジ
スタの製造方法。
4. A step of depositing a silicon layer on an insulating substrate, a step of irradiating the silicon layer with an energy beam, a step of patterning the silicon layer, and a step of forming an insulating thin film to cover the silicon layer. A step of forming an adhesion;
A step of depositing and forming a gate electrode on the insulating thin film, a step of implanting an impurity into the silicon thin film through the insulating thin film, a step of activating the impurity by irradiating the impurity with a laser beam, and a step of activating the impurity. 1. A method for manufacturing a thin film transistor, the method comprising: a step including heat treatment after the step of converting the thin film transistor.
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