JP2010245325A - Thin film transistor manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、エッチングプロセスを簡略化して、半導体層を薄く形成することを目的とする。
【解決手段】ゲート電極12を形成する。ゲート電極12を覆うようにゲート絶縁膜14を形成する。ゲート絶縁膜14上の少なくともゲート電極12と重なる領域に半導体層16を形成する。半導体層16に対して、ドーパントを含有するガスによるプラズマ処理を行って、半導体層16の表層18の不純物濃度を高める。プラズマ処理が行われた半導体層16の表層18上に導電膜20を形成する。導電膜20をエッチングして、ソース電極22及びドレイン電極24を形成する。
【選択図】図6An object of the present invention is to simplify the etching process and form a thin semiconductor layer.
A gate electrode is formed. A gate insulating film 14 is formed so as to cover the gate electrode 12. A semiconductor layer 16 is formed on the gate insulating film 14 at least in a region overlapping with the gate electrode 12. Plasma treatment with a gas containing a dopant is performed on the semiconductor layer 16 to increase the impurity concentration of the surface layer 18 of the semiconductor layer 16. A conductive film 20 is formed on the surface layer 18 of the semiconductor layer 16 subjected to the plasma treatment. The conductive film 20 is etched to form the source electrode 22 and the drain electrode 24.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor.
薄膜トランジスタにおいて、シリコン層とソース電極又はドレイン電極の間に、不純物濃度の高いシリコン層を介在させることで、コンタクト抵抗を下げることが知られている(特許文献1)。 In a thin film transistor, it is known that a contact resistance is lowered by interposing a silicon layer having a high impurity concentration between a silicon layer and a source electrode or a drain electrode (Patent Document 1).
従来の薄膜トランジスタは、二層のシリコン層を形成するのでそれぞれをエッチングする必要があった。また、不純物の濃度の高いシリコン層自体にも抵抗があるため、これを薄く形成することが好ましく、光の吸収による誤作動を防止するためには二層のシリコン層を薄く形成することが好ましいが、薄くするには限界があった。 Since a conventional thin film transistor forms two silicon layers, it is necessary to etch each of them. In addition, since the silicon layer itself having a high impurity concentration also has resistance, it is preferable to form the thin silicon layer. In order to prevent malfunction due to light absorption, it is preferable to form the two silicon layers thin. However, there was a limit to making it thinner.
本発明は、エッチングプロセスを簡略化して、半導体層を薄く形成することを目的とする。 An object of the present invention is to simplify the etching process and form a thin semiconductor layer.
(1)本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上の少なくとも前記ゲート電極と重なる領域に半導体層を形成する工程と、前記半導体層に対して、ドーパントを含有するガスによるプラズマ処理を行って、前記半導体層の表層の不純物濃度を高める工程と、前記プラズマ処理が行われた前記半導体層の前記表層上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜をエッチングして、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、半導体層の上にさらに半導体層を形成するのではなく、半導体層の表層の不純物濃度を高めるのであって、二層の半導体層を形成することも、二層の半導体層をエッチングすることもない。したがって、エッチングプロセスを簡略化して、全体的な半導体層を薄く形成することができる。 (1) A method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes a step of forming a gate electrode, a step of forming a gate insulating film so as to cover the gate electrode, and a region on the gate insulating film overlapping at least the gate electrode. Forming a semiconductor layer on the semiconductor layer, performing a plasma treatment on the semiconductor layer with a gas containing a dopant to increase an impurity concentration of a surface layer of the semiconductor layer, and the semiconductor on which the plasma treatment has been performed. A step of forming a conductive film on the surface layer of the layer; and a step of etching the conductive film to form a source electrode and a drain electrode. According to the present invention, the semiconductor layer is not formed on the semiconductor layer, but the impurity concentration of the surface layer of the semiconductor layer is increased, and a two-layer semiconductor layer can also be formed. Is not etched. Therefore, the etching process can be simplified and the entire semiconductor layer can be formed thin.
(2)(1)に記載された薄膜トランジスタの製造方法において、前記半導体層を形成する工程は、前記半導体層をパターニングすることを含み、パターニングされた前記半導体層に対して前記プラズマ処理を行って、前記ゲート絶縁膜から立ち上がる側面でも、前記表層の前記不純物濃度を高めることを特徴としてもよい。 (2) In the method of manufacturing a thin film transistor described in (1), the step of forming the semiconductor layer includes patterning the semiconductor layer, and performing the plasma treatment on the patterned semiconductor layer. The impurity concentration of the surface layer may be increased also on the side surface rising from the gate insulating film.
(3)(1)に記載された薄膜トランジスタの製造方法において、前記プラズマ処理を行った後に、前記半導体層をパターニングする工程をさらに含み、前記半導体層をパターニングする工程は、前記不純物濃度が高められた前記表層のエッチングを含むことを特徴としてもよい。 (3) In the method for manufacturing a thin film transistor described in (1), the method further includes a step of patterning the semiconductor layer after performing the plasma treatment, and the step of patterning the semiconductor layer increases the impurity concentration. Further, it may be characterized by including etching of the surface layer.
(4)(1)から(3)のいずれか1項に記載された薄膜トランジスタの製造方法において、前記ガスは、前記ドーパントとしてのリンの化合物であるホスフィンを含有することを特徴としてもよい。 (4) In the method for manufacturing a thin film transistor described in any one of (1) to (3), the gas may include phosphine which is a compound of phosphorus as the dopant.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1〜図6は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明する図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 6 are diagrams for explaining a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
本実施の形態では、薄膜トランジスタ(詳しくは、薄膜から構成される電界効果トランジスタ)を基板10上に形成する。基板10は、ガラスから構成されていてもよいし、樹脂から構成されていてもよい。基板10は光透過性を有する。
In the present embodiment, a thin film transistor (specifically, a field effect transistor including a thin film) is formed over the
基板10上に、ゲート電極12を形成する(図1)。ゲート電極12は、Al、Cr、Mo、Taなどの単層又は積層から形成する。そして、ゲート電極12を覆うようにゲート絶縁膜14を形成する。ゲート絶縁膜14は、窒化シリコンなどからなる。
A
ゲート絶縁膜14上の少なくともゲート電極12と重なる領域に半導体層16を形成する。半導体層16は、アモルファスシリコン、微結晶シリコン又は多結晶シリコンからなる。半導体層16の形成には、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)やスパッタリングを適用することができる。例えば、モノシラン(SiH4)を原料ガスとして使用して、PECVDによって、アモルファスシリコンからなる半導体層16を形成することができる。半導体層16を形成する工程は、半導体層16をパターニングすることを含む。パターニングは、エッチングレジストをマスクとしたエッチングを適用することができる。
A
図2に示すように、半導体層16に対して、ドーパントを含有するガスによるプラズマ処理を行う。ドーパントとして、n型半導体を形成するためのリン(P)や、p型半導体を形成するためのボロン(B)などが挙げられる。ガスは、モノシラン(SiH4)その他の膜を形成するための原料を含まない。このようなガスが導入された雰囲気でプラズマを発生させ、プラズマに半導体層16の表層18を晒す。
As shown in FIG. 2, the
プラズマ処理により、半導体層16の表層18の不純物濃度を高めることができる。例えば、リン(P)の化合物であるホスフィン(PH3)を含有するガスを使用した場合には表層18をn+層とすることができ、ガスがボロン(B)を含む場合には、表層18をp+層とすることができる。
The impurity concentration of the
表層18の不純物濃度を高くすることで、コンタクト抵抗を下げることができる。また、表層18は、CVD等によって形成される層ではないので、きわめて薄く形成することができ、それ自体の抵抗値を下げることもできる。また、プラズマ処理によって不純物濃度を高めるので、濃度の高い層と低い層の界面がなく、濃度勾配のある構造を形成することができる。
The contact resistance can be lowered by increasing the impurity concentration of the
半導体層16に不純物注入を行ってアニールすることで表層18の不純物濃度を高めることも可能であるが、その方法は500℃程度で行われる。これに対して、プラズマ処理は、低温(300℃程度)で行うことができる。また、高濃度の半導体層16をCVD等で積層する方法であれば、これをエッチングによりパターニングすることが要求されるが、本実施の形態ではエッチングが不要である。
It is possible to increase the impurity concentration of the
本実施の形態では、パターニングされた半導体層16に対してプラズマ処理を行うので、半導体層16は、ゲート絶縁膜14から立ち上がる側面でも、表層18の不純物濃度が高められている。
In this embodiment, since the plasma treatment is performed on the
図3に示すように、プラズマ処理が行われた半導体層16の表層18上に導電膜20を形成する。導電膜20は例えばAlによって形成する。
As shown in FIG. 3, a
図4に示すように、導電膜20をエッチングして、ソース電極22及びドレイン電極24を形成する。表層18は、不純物濃度が高くなっているので、ソース電極22及びドレイン電極24とのコンタクト抵抗が低くなっている。
As shown in FIG. 4, the
図5に示すように、ソース電極22及びドレイン電極24の間の領域において、半導体層16の不純物濃度の高い(抵抗の低い)表層18をエッチングする。これにより、表層18によるソース電極22及びドレイン電極24の電気的導通を切断する。なお、表層18をエッチングするときに、表層18よりも下の部分(半導体層16の内部)も多少エッチングされる。その他のプロセスは、公知の薄膜トランジスタの製造方法を適用することができる。
As shown in FIG. 5, the
本実施の形態によれば、半導体層16の上にさらに半導体層を形成するのではなく、半導体層16の表層18の不純物濃度を高めるのであって、二層の半導体層を形成することもないし、二層の半導体層をエッチングすることもない。したがって、エッチングプロセスを簡略化して、全体的な半導体層16を薄く形成することができる。また、表層18を薄く形成することで、抵抗値を下げて、電界効果トランジスタのオン特性を向上させることができる。
According to the present embodiment, a semiconductor layer is not further formed on the
本実施の形態では、液晶表示パネルの画素を制御するスイッチング素子として薄膜トランジスタを形成する。したがって、これに対応するプロセスをさらに行う。 In this embodiment mode, a thin film transistor is formed as a switching element for controlling a pixel of a liquid crystal display panel. Therefore, a corresponding process is further performed.
図6に示すように、ソース電極22及びドレイン電極24並びに半導体層16を覆うように保護膜26を形成する。そして、保護膜26にスルーホール28を形成して、ソース電極22及びドレイン電極24の一方(図6ではソース電極22)に電気的に接続するように画素電極30を形成する。画素電極30は、光透過性が要求されるときはITO(酸化インジウムスズ)などの透明導電材料から形成し、光透過性が不要であるときはAl等の抵抗の低い材料から形成してもよい。液晶表示パネルの製造方法は、公知のプロセスを含む。
As shown in FIG. 6, a
図7は、液晶表示パネルの概略を示す斜視図である。液晶表示パネルは、上述した薄膜トランジスタ32が形成された基板10と、カラーフィルタ基板34を有し、両者間には図示しない液晶が配置される。
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a liquid crystal display panel. The liquid crystal display panel includes a
[変形例]
図8〜図10は、本発明の実施の形態の変形例に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明する図である。
[Modification]
8-10 is a figure explaining the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on the modification of embodiment of this invention.
本変形例では、図8に示すように、半導体層116に対してプラズマ処理を行った後に、図9に示すように、半導体層116をパターニングする。したがって、半導体層116をパターニングする工程は、不純物濃度が高められた表層118のエッチングを含む。そして、図10に示すように、ソース電極122及びドレイン電極124を形成する。その詳細は上記実施の形態で説明した内容が該当する。
In the present modification, as shown in FIG. 8, after the plasma treatment is performed on the
本変形例では、図9に示すように、パターニングされた半導体層116は、上面においては不純物濃度が高められているが、側面においてはプラズマ処理がされる前の状態が存在する。したがって、図10に示すように、ソース電極122及びドレイン電極124は、それぞれ、半導体層116の上面では不純物濃度が高い(抵抗の低い)表層118に接触しているが、半導体層116の側面ではこれよりも抵抗が高い層と接触している。その他のプロセスは、上述した実施の形態で説明した通りである。
In the present modification, as shown in FIG. 9, the patterned
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施の形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible. For example, the configuration described in the embodiment can be replaced with a substantially the same configuration, a configuration that exhibits the same operational effects, or a configuration that can achieve the same purpose.
10 基板、12 ゲート電極、14 ゲート絶縁膜、16 半導体層、18 表層、20 導電膜、22 ソース電極、24 ドレイン電極、26 保護膜、28 スルーホール、30 画素電極、32 薄膜トランジスタ、34 カラーフィルタ基板、116 半導体層、118 表層、122 ソース電極、124 ドレイン電極。 10 substrate, 12 gate electrode, 14 gate insulating film, 16 semiconductor layer, 18 surface layer, 20 conductive film, 22 source electrode, 24 drain electrode, 26 protective film, 28 through hole, 30 pixel electrode, 32 thin film transistor, 34 color filter substrate , 116 semiconductor layer, 118 surface layer, 122 source electrode, 124 drain electrode.
Claims (4)
前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上の少なくとも前記ゲート電極と重なる領域に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に対して、ドーパントを含有するガスによるプラズマ処理を行って、前記半導体層の表層の不純物濃度を高める工程と、
前記プラズマ処理が行われた前記半導体層の前記表層上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜をエッチングして、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 Forming a gate electrode;
Forming a gate insulating film so as to cover the gate electrode;
Forming a semiconductor layer in a region overlapping at least the gate electrode on the gate insulating film;
Performing a plasma treatment with a gas containing a dopant on the semiconductor layer to increase the impurity concentration of the surface layer of the semiconductor layer;
Forming a conductive film on the surface layer of the semiconductor layer subjected to the plasma treatment;
Etching the conductive film to form a source electrode and a drain electrode;
A method for producing a thin film transistor, comprising:
前記半導体層を形成する工程は、前記半導体層をパターニングすることを含み、
パターニングされた前記半導体層に対して前記プラズマ処理を行って、前記ゲート絶縁膜から立ち上がる側面でも、前記表層の前記不純物濃度を高めることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 In the manufacturing method of the thin-film transistor described in Claim 1,
Forming the semiconductor layer includes patterning the semiconductor layer;
A method of manufacturing a thin film transistor, wherein the plasma treatment is performed on the patterned semiconductor layer to increase the impurity concentration of the surface layer even on a side surface rising from the gate insulating film.
前記プラズマ処理を行った後に、前記半導体層をパターニングする工程をさらに含み、
前記半導体層をパターニングする工程は、前記不純物濃度が高められた前記表層のエッチングを含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 In the manufacturing method of the thin-film transistor described in Claim 1,
Further comprising patterning the semiconductor layer after performing the plasma treatment;
The method of manufacturing a thin film transistor, wherein the step of patterning the semiconductor layer includes etching of the surface layer in which the impurity concentration is increased.
前記ガスは、前記ドーパントとしてのリンの化合物であるホスフィンを含有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 In the manufacturing method of the thin-film transistor as described in any one of Claim 1 to 3,
The method for manufacturing a thin film transistor, wherein the gas contains phosphine which is a compound of phosphorus as the dopant.
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Citations (3)
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| JPS6439066A (en) * | 1987-08-05 | 1989-02-09 | Toshiba Corp | Thin film element |
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2009
- 2009-04-07 JP JP2009092938A patent/JP2010245325A/en active Pending
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