KR100882834B1 - Thin Film Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof - Google Patents
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Abstract
특히 막 두께 및 성막 온도(스퍼터 챔버 내의 환경 온도)를 주요한 파라미터로 하여, 그 막 두께를 100nm~500nm(더욱 바람직하게는 100nm~300nm), 성막 온도를 25℃~300℃의 범위 내로 조절하여, 잔류 응력이 면내 방향에 있어서 격자 정수를 크게 하는 방향으로 300MPa 이상으로 되도록 제어하고, SiO2막(5) 상에 Mo막(6)을 성막한다, 이에 의해, 실리콘 박막에 왜곡을 부여하기 위한 다른 공정을 부가하지 않고, 용이하게 또한 확실히 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 소망의 왜곡을 부여하여 이동도를 향상시키는 것을 실현하는 신뢰성이 높은 CMOSTFT를 얻을 수 있다.In particular, using the film thickness and the film formation temperature (environmental temperature in the sputter chamber) as the main parameters, the film thickness is adjusted to 100 nm to 500 nm (more preferably 100 nm to 300 nm), and the film formation temperature is adjusted within the range of 25 ° C to 300 ° C, The residual stress is controlled so as to be 300 MPa or more in the direction of increasing the lattice constant in the in-plane direction, and the Mo film 6 is formed on the SiO 2 film 5, whereby another film for imparting distortion to the silicon thin film is obtained. It is possible to obtain a highly reliable CMOSTFT which realizes that the desired distortion is easily and reliably added to the polysilicon thin films 4a and 4b without adding a step, thereby improving mobility.
성막 온도, 스퍼터 챔버, 잔류 응력, 폴리실리콘 박막, 이동도, CMOSTFT Film formation temperature, sputter chamber, residual stress, polysilicon thin film, mobility, CMOSTFT
Description
본 발명은, 박막 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 액티브매트릭스형의 액정 표시 장치나 EL 패널 표시 장치의 데이터 드라이버, 게이트 드라이버 및 화소 스위칭 소자 등으로 사용되는 박막 트랜지스터(TFT)에 적용하기에 적합한 기술이다.BACKGROUND OF THE
근년, 반도체 장치의 한층 고성능화의 요청이 더욱 높아지고 있고, 박막 트랜지스터(TFT)에 있어서도, 예를 들면 시트 컴퓨터 등의 실현을 향해, 한층 고이동도화가 요구되고 있다. 이 고이동도화를 실현하는 수법으로서, 폴리실리콘 박막의 결정 입경의 확대나 결정성의 향상, 디바이스 구조의 개량 등이 진행되고 있다. 디바이스 구조의 개량에 대해서는, 채널 영역이 형성되는 폴리실리콘 박막에 왜곡을 가하는 것이 유효한 것으로 생각하고 있고, 폴리실리콘 박막에 응력을 미치는 사이드 월을 형성하는 방법(특허 문헌1 참조)이나 게이트 전극 상에 응력을 갖는 막을 퇴적하는 방법(특허 문헌2 참조)이 이미 제안되어 있다.In recent years, the demand for further high performance of semiconductor devices is increasing, and even in thin film transistors (TFTs), higher mobility has been required for the realization of, for example, sheet computers. As a method of realizing this high mobility, expansion of the crystal grain size of a polysilicon thin film, improvement of crystallinity, improvement of a device structure, etc. are progressing. For improvement of the device structure, it is considered that it is effective to add distortion to the polysilicon thin film on which the channel region is formed, and to form a sidewall that stresses the polysilicon thin film (see Patent Document 1) or on the gate electrode. A method of depositing a film having a stress (see Patent Document 2) has already been proposed.
그러나, 특허 문헌1,2에 개시된 방법에서는, 통상의 TFT의 제조 프로세스에서 폴리실리콘 박막에 왜곡을 가하기 위한 구조물을 형성하는 공정을 추가할 필요 가 있어, 제조 프로세스가 번잡하게 되고, 결과적으로 코스트 증가를 초래하는 문제가 있다.However, in the method disclosed in
특허 문헌1:일본국 특허공개공보 특개2003-203925호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-203925
특허 문헌2:일본국 특허공개공보 특개2001-60691호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-60691
본 발명은, 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 반도체 박막에 왜곡을 부여하기 위한 추가 공정을 부가하지 않고, 용이하고 또한 확실히 반도체 박막에 소망의 왜곡을 부여하여 이동도를 향상시키는 것을 실현하는 신뢰성이 높은 박막 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to easily and reliably add a desired distortion to a semiconductor thin film without adding an additional step for imparting distortion to the semiconductor thin film, thereby achieving reliability. It is an object to provide this high thin film semiconductor device and its manufacturing method.
본 발명의 박막 반도체 장치는, 절연 기판과, 상기 절연 기판에 패턴 형성되어 이루어지는 반도체 박막과, 상기 반도체 박막 상에 게이트 절연막을 통해 패턴 형성되어 이루어지는 게이트 전극을 포함하고, 상기 게이트 전극은, 그 막 두께가 100nm~500nm의 범위 내의 값이고, 그 면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향으로 300MPa 이상의 잔류 응력을 갖고 있다. 이때, 상기 반도체 박막은,상기 게이트 전극의 상기 잔류 응력에 기인하여 인장 응력을 받고, 그 면 방향의 격자 정수가 상기 인장 응력이 없는 상태에 비해 증가한 상태로 된다.The thin film semiconductor device of the present invention includes an insulating substrate, a semiconductor thin film formed by patterning the insulating substrate, and a gate electrode formed by patterning a gate insulating film on the semiconductor thin film, wherein the gate electrode includes the film. The thickness is a value within the range of 100 nm to 500 nm, and has a residual stress of 300 MPa or more in the direction of increasing the lattice constant in the in-plane direction. At this time, the semiconductor thin film is subjected to tensile stress due to the residual stress of the gate electrode, and the lattice constant in the plane direction thereof is increased as compared with a state without the tensile stress.
여기에서, 상기 게이트 전극은, 그 막 두께가 100nm~300nm의 범위 내의 값으로 되어 있는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the said gate electrode becomes the value within the range whose film thickness is 100 nm-300 nm.
본 발명에 의한 박막 반도체 장치의 제조 방법은, 절연 기판상에 반도체 박막을 패턴 형성하는 공정과, 상기 반도체 박막 상에 게이트 절연막을 통해 게이트 전극을 패턴 형성하는 공정을 포함하고, 상기 게이트 전극을, 그 막 두께를 100 nm~500nm의 범위 내의 값으로 조절하고, 그 잔류 응력이 면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향으로 300MPa 이상으로 되도록 형성하고, 상기 반도체 박막에 상기 잔류 응력에 기인한 인장 응력을 부여하고, 그 면 방향의 격자 정수를 상기 인장 응력이 없는 상태에 비해 증가한 상태로 제어한다.The manufacturing method of the thin film semiconductor device by this invention includes the process of pattern-forming a semiconductor thin film on an insulated substrate, and the process of pattern-forming a gate electrode on the said semiconductor thin film through a gate insulating film, The film thickness is adjusted to a value within the range of 100 nm to 500 nm, and the residual stress is formed so as to be 300 MPa or more in the direction of increasing the lattice constant in the in-plane direction, and the tensile stress caused by the residual stress in the semiconductor thin film. Is given, and the lattice constant in the plane direction is controlled to increase in comparison with the state without the tensile stress.
여기에서, 상기 게이트 전극을, 그 막 두께를 100nm~300nm의 범위 내의 값으로 조절하고, 그 잔류 응력이 면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향으로 300MPa 이상으로 되도록 형성하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to form the said gate electrode so that the film thickness may be adjusted to the value within the range of 100 nm-300 nm, and that the residual stress becomes 300 Mpa or more in the direction which increases a lattice constant in an in-plane direction.
또한, 상기 게이트 전극을, 그 막 두께를 100nm~300nm의 범위 내의 값으로, 성막시의 환경 온도를 25℃~300℃의 범위 내의 값으로 각각 조절하고, 그 잔류 응력이 면내 방향에 있어서 격자 정수를 크게 하는 방향으로 300MPa 이상으로 되도록 형성하는 것이 보다 바람직하다.Moreover, the said gate electrode is adjusted to the value within the range of 100 nm-300 nm, and the environmental temperature at the time of film-forming is set to the value within the range of 25 degreeC-300 degreeC, respectively, and the residual stress is a lattice constant in an in-plane direction. It is more preferable to form so that it may become 300 Mpa or more in the direction which enlarges the.
도1은, 성막된 Mo막의 막 두께(nm)와 잔류 응력(MPa)과의 관계에 대해 조사한 측정 결과를 나타내는 특성도이다.Fig. 1 is a characteristic diagram showing a measurement result obtained by examining the relationship between the film thickness (nm) and the residual stress (MPa) of the formed Mo film.
도2는, 폴리실리콘 박막 상에 Mo로 이루어지는 게이트 전극을 패턴 형성한 상태에서, Mo막으로 이루어지는 게이트 전극의 막 두께(nm)와 라만 피크(/cm)와의 관계에 대해 조사한 측정 결과를 나타내는 특성도이다.Fig. 2 is a graph showing measurement results of the relationship between the film thickness (nm) and the Raman peak (/ cm) of a gate electrode made of Mo film in a state in which a gate electrode made of Mo is patterned on a polysilicon thin film. It is also.
도3은, 각 성막 온도에 있어서 성막된 Mo막의 막 두께(nm)와 잔류 응 력(MPa)과의 관계에 대해 조사한 측정 결과를 나타내는 특성도이다.Fig. 3 is a characteristic diagram showing a measurement result obtained by examining the relationship between the film thickness (nm) and the residual stress (MPa) of the Mo film formed at each film formation temperature.
도4A는, n채널 TFT에 있어서, Mo를 재료로 하는 게이트 전극의 막 두께(nm)와 이동도(cm2/V·s)와의 관계에 대해 조사한 측정 결과를 나타내는 특성도이다.Fig. 4A is a characteristic diagram showing a measurement result obtained by examining the relationship between the film thickness (nm) and the mobility (cm 2 / V · s) of a gate electrode made of Mo in an n-channel TFT.
도4B는, p채널 TFT에 있어서, Mo를 재료로 하는 게이트 전극의 막 두께(nm)와 이동도(cm2/ V·s)와의 관계에 대해 조사한 측정 결과를 나타내는 특성도이다.Fig. 4B is a characteristic diagram showing a measurement result obtained by examining the relationship between the film thickness (nm) and the mobility (cm 2 / V · s) of a gate electrode made of Mo in a p-channel TFT.
도5A는, 제1 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.5A is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps.
도5B는, 제1 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps. FIG.
도5C는, 제1 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.Fig. 5C is a schematic cross sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps.
도5D는, 제1 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.Fig. 5D is a schematic cross sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps.
도5E는, 제1 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.FIG. 5E is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps. FIG.
도5F는, 제1 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.Fig. 5F is a schematic cross sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps.
도6A는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.Fig. 6A is a schematic cross sectional view showing a CMOSTFT manufacturing method according to a second embodiment in order of process.
도6B는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.6B is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the second embodiment in order of process.
도6C는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.6C is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the second embodiment in order of process.
도6D는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.6D is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the second embodiment in order of process.
도6E는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.6E is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the second embodiment in order of process.
도6F는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.6F is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the second embodiment in order of process.
도6G는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.6G is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the second embodiment in order of process.
도6H는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.Fig. 6H is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the second embodiment in the order of steps.
도6I는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.Fig. 6I is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the second embodiment in the order of steps.
도7A는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법의 변형례의 주요 공정도를 나타낸 개략 단면도이다.Fig. 7A is a schematic cross sectional view showing a main process diagram of a modification of the method for manufacturing a CMOSTFT according to the second embodiment.
도7B는, 제2 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법의 변형례의 주요 공정도를 나타낸 개략 단면도이다.FIG. 7B is a schematic sectional view showing the main process diagram of a modification of the method of manufacturing a CMOSTFT according to the second embodiment. FIG.
도8A는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.8A is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the third embodiment in order of process.
도8B는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.8B is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the third embodiment in order of process.
도8C는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.8C is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the third embodiment in order of process.
도8D는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.8D is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the third embodiment in order of process.
도8E는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.Fig. 8E is a schematic cross sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the third embodiment in the order of steps.
도8F는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.8F is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the third embodiment in order of process.
도8G는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.8G is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the third embodiment in order of process.
도8H는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.8H is a schematic cross-sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the third embodiment in order of process.
도8I는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.Fig. 8I is a schematic cross sectional view showing the CMOSTFT manufacturing method according to the third embodiment in the order of steps.
도9A는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법의 변형례의 주요 공정을 나타낸 개략 단면도이다.9A is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a modification of the method of manufacturing a CMOSTFT according to the third embodiment.
도9B는, 제3 실시 형태에 의한 CMOSTFT의 제조 방법의 변형례의 주요 공정을 나타낸 개략 단면도이다.9B is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a modification of the method of manufacturing a CMOSTFT according to the third embodiment.
-본 발명의 기본 골자-Basic gist of the present invention
본 발명자는, TFT를 제조함에 있어서, 반도체 박막, 예를 들면 폴리실리콘 박막에 왜곡(폴리실리콘 박막의 면 방향의 격자 정수를 증가시키는 왜곡)을 가하기 위한 공정을 부가하지 않고, 게이트 전극의 형성 공정만에 의해, 즉 게이트 전극을 형성하는 것에 의해 당해 게이트 전극의 잔류 응력(면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향의 잔류 응력)을 이용하여 폴리실리콘 박막에 왜곡을 가하는 것을 생각하고, 이를 실현할 구체적 수법에 대해 예의 검토했다.In manufacturing a TFT, the present inventors do not add a step for applying distortion (distortion for increasing lattice constant in the plane direction of a polysilicon thin film) to a semiconductor thin film, for example, a polysilicon thin film, and forming a gate electrode. It is conceivable to apply distortion to the polysilicon thin film by using only the residual stress of the gate electrode (ie, the residual stress in the direction of increasing the lattice constant in the in-plane direction) by forming the gate electrode. The method was polite.
일반적으로, 성막 조건에 의해 정도는 약간 다르지만, 고융점 금속막은 강한 잔류 응력을 갖는 것이 알려져 있고, 그 정도는 막 두께가 감소함에 따라 증가한다. 본 발명자는 이 점에 착안하여, 고융점 금속인 Mo나 W, Ti, Nb, Re, Ru 등을 게이트 전극의 재료로서 이용하고, 그 막 두께를 주요 파라미터로 하여, 다른 성막조건(후술하는 성막 온도를 포함)을 동일하게 설정하고, 당해 막 두께와 폴리실리콘 박막에 미치는 인장 응력과의 정량적인 관계에 대해 고찰했다.In general, although the degree is slightly different depending on the film formation conditions, it is known that the high melting point metal film has a strong residual stress, and the degree increases as the film thickness decreases. In view of this, the present inventors use Mo, W, Ti, Nb, Re, and Ru, which are high melting point metals, as the material of the gate electrode, and use the film thickness as a main parameter to form different film forming conditions (film formation described later). Temperature), and the quantitative relationship between the film thickness and the tensile stress on the polysilicon thin film was discussed.
여기에서는 상기 고융점 금속으로서 Mo를 예로 들고, 성막된 Mo막의 막 두께(nm)와 잔류 응력(MPa)과의 관계에 대해서 조사했다. 측정 결과를 도1에 나타낸다. 이와 같이 Mo막의 막 두께와 잔류 응력은, 전자가 증가함에 따라 후자가 감소하는 대략 선형의 관계에 있는 것으로 판단된다.Here, Mo was taken as an example of the high melting point metal, and the relationship between the film thickness (nm) and the residual stress (MPa) of the formed Mo film was investigated. The measurement results are shown in FIG. Thus, it is judged that the film thickness and the residual stress of the Mo film have a substantially linear relationship in which the latter decreases as the former increases.
다른 한편, 게이트 전극의 형성된 폴리실리콘 박막의 왜곡량을 측정하는 수 법으로서, TFT에서는 글래스 기판 등의 투명 절연 기판에 폴리실리콘 박막을 형성하는 것으로부터, 기판 이면으로부터 측정할 수 있는 라만 분광법을 채용했다. 그리고, 글래스 기판 상에 폴리실리콘 박막을 형성하고, 그 위에 게이트 절연막을 통해 Mo로 이루어지는 게이트 전극을 패턴 형성한 상태에서, Mo막으로 이루어지는 게이트 전극의 막 두께(nm)와 라만 피크(/cm)와의 관계에 대해 조사했다. 측정 결과를 도2에 나타낸다. 상기한 바와 같이, 막 두께 이외의 다른 성막 조건(후술하는 성막 온도를 포함)은 도1의 실험과 동일하게 설정하고 있다. 이와 같이, 게이트 전극의 막 두께와 라만 피크란, 전자가 증가하는 것에 따라 후자도 증가하는 관계로 있는 것을 알 수 있다.On the other hand, as a method of measuring the amount of distortion of the formed polysilicon thin film of the gate electrode, a TFT employs a Raman spectroscopy which can be measured from the back surface of the substrate by forming the polysilicon thin film on a transparent insulating substrate such as a glass substrate. did. Then, in the state where a polysilicon thin film is formed on the glass substrate and a gate electrode made of Mo is formed thereon through a gate insulating film, the film thickness (nm) and Raman peak (/ cm) of the gate electrode made of Mo film are formed. Investigate your relationship with The measurement results are shown in FIG. As described above, film forming conditions other than the film thickness (including the film forming temperature described later) are set in the same manner as in the experiment of FIG. Thus, it turns out that the film thickness of a gate electrode and a Raman peak have a relationship which the latter also increases as an electron increases.
게이트 전극의 잔류 응력에 기인하는 폴리실리콘 박막의 왜곡량이 큰 라만 피크는 저파수측으로 시프트하기 때문에, 게이트 전극의 막 두께가 얇을수록 폴리실리콘 박막의 왜곡량이 증가하게 된다. 도2와 같이, 게이트 전극의 막 두께와 라만 피크의 관계는 선형은 아니고, 막 두께를 증가시키는 것에 따라 라만 피크는 517/cm 정도의 값에 근접한다. 이는, 게이트 전극의 막 두께가 어느 정도 크면, 당해 막 두께가 변화하여도 라만 피크는 대부분 517/cm 정도로부터 변동하지 않는 것을 의미 한다. 도2로부터 판단하면, 라만 피크의 감소가 현저하게 되는, 즉 폴리실리콘 박막의 왜곡량의 증가가 현저하게 되는 것은 게이트 전극의 막 두께가 대개 500nm 정도 이하인 것으로 보는 것이 타당하다.Since the Raman peak with a large amount of distortion of the polysilicon thin film due to the residual stress of the gate electrode is shifted to the low wave side, the thinner the thickness of the gate electrode, the more the amount of distortion of the polysilicon thin film. As shown in Fig. 2, the relationship between the film thickness of the gate electrode and the Raman peak is not linear, and as the film thickness increases, the Raman peak approaches a value of about 517 / cm. This means that if the film thickness of the gate electrode is somewhat large, the Raman peak does not fluctuate from about 517 / cm even when the film thickness is changed. Judging from Fig. 2, it is reasonable to consider that the decrease in the Raman peak, that is, the increase in the amount of distortion of the polysilicon thin film is usually about 500 nm or less.
폴리실리콘 박막의 보다 큰 왜곡량을 얻으려면, 게이트 전극의 막 두께를 예를 들면 300nm 정도 이하로 하면 좋다. 또한, 게이트 전극의 박막화에 의한 영향 (박리 등의 우려)를 방지하는 관점에서는, 게이트 전극을 100nm 이상으로 하는 것이 바람직하다.In order to obtain a larger amount of distortion of the polysilicon thin film, the thickness of the gate electrode may be, for example, about 300 nm or less. In addition, it is preferable to make a
그렇기 때문에, Mo로 이루어지는 게이트 전극의 막 두께가 500nm 정도 이하로 되는 잔류 응력은, 도1로부터 300MPa 정도 이상인 것을 알 수 있다. 이 수치 관계는, Mo 이외의 상기한 다른 고융점 금속에서도 동일한 것으로 생각된다. 즉, 게이트 전극에 의해 폴리실리콘 박막에 큰 왜곡을 부여하려면, 상기한 게이트 전극의 박막화에 의한 영향도 고려하여, 게이트 전극을 막 두께 100nm 이상 500nm 이하, 바람직하게는 100nm 이상 300nm 이하의 범위 내의 값으로 하여, 300MPa 이상의 잔류 응력을 확보하면 좋은 것으로 된다.Therefore, it can be seen from FIG. 1 that the residual stress at which the film thickness of the gate electrode made of Mo is about 500 nm or less is about 300 MPa or more. This numerical relationship is considered to be the same also in the above-mentioned high melting metal other than Mo. That is, in order to give a large distortion to a polysilicon thin film by a gate electrode, considering the influence by thinning of the said gate electrode, the gate electrode has a value within the range of 100 nm-500 nm, Preferably it is 100 nm-300 nm. It is good to ensure a residual stress of 300 MPa or more.
이와 같은 성막 조건으로 게이트 전극을 형성함으로써, 다른 공정을 부가하지 않고, 확실히 폴리실리콘 박막에 충분한 왜곡을 부여하여, 큰 이동도가 얻어지는 TFT가 실현된다.By forming the gate electrode under such a film forming condition, a TFT can be realized by providing sufficient distortion to the polysilicon thin film without any other step, thereby obtaining a large mobility.
또한, 게이트 전극에 의한 300MPa 이상의 잔류 응력이 폴리실리콘 박막에 인가되는 경우, 폴리실리콘 박막의 라만 분광법에 의한 라만 피크의 파수(波數)가, 게이트 전극이 형성되기 전의 파수에 대해 저파수측으로 0.2/cm 이상 시프트한다.In addition, when a residual stress of 300 MPa or more caused by the gate electrode is applied to the polysilicon thin film, the wave number of the Raman peak by Raman spectroscopy of the polysilicon thin film is 0.2 to the low wave side with respect to the wave number before the gate electrode is formed. Shift more than / cm.
폴리실리콘 박막에 부여되는 왜곡량을 결정하는 주요한 파라미터는 게이트 전극의 막 두께이지만, 막 두께 이외에 왜곡량에 대해 특히 영향이 큰 파라미터로서, 게이트 전극의 금속막의 성막 온도(여기에서는 챔버 내의 환경 온도)가 중요한 것으로 생각된다. 그래서, 게이트 전극의 막 두께에 더하여 성막 온도를 파라미터로서 채용하고, 각 성막 온도에 있어서 성막된 Mo막의 막 두께(nm)와 잔류 응 력(MPa)과의 관계에 대해 조사했다. 측정 결과를 도3에 나타낸다. 이와 같이, 성막 온도가 낮을수록, 소정 막 두께에 있어서의 잔류 응력이 커지는 경향이 있는 것으로 판단된다. 단, 성막 온도를 변화시켜도, Mo막의 막 두께와 잔류 응력은, 전자가 증가함에 따라 후자가 감소하는 대략 선형의 관계를 유지한다.The main parameter for determining the amount of distortion imparted to the polysilicon thin film is the thickness of the gate electrode, but is a parameter having a particularly large influence on the amount of distortion in addition to the film thickness. The deposition temperature of the metal film of the gate electrode (here, the environmental temperature in the chamber) Is thought to be important. Therefore, in addition to the film thickness of the gate electrode, the film formation temperature was used as a parameter, and the relationship between the film thickness (nm) and the residual stress (MPa) of the Mo film formed at each film formation temperature was investigated. The measurement results are shown in FIG. Thus, it is judged that the lower the film forming temperature, the more the residual stress in the predetermined film thickness tends to be increased. However, even if the film formation temperature is changed, the film thickness and the residual stress of the Mo film maintain a substantially linear relationship in which the latter decreases as the former increases.
상기 고찰로부터, TFT의 큰 이동도를 얻기 위해, 폴리실리콘 박막에 충분한 왜곡을 부여할 수 있는 지표로서는, 게이트 전극의 잔류 응력을 300MPa 이상 확보하는 것으로 생각된다. 그렇기 때문에, 성막 온도를 잔류 응력의 파라미터로서 가하고, 도3에 나타낸 각 성막 온도를 실험적으로 증명하여, 성막 온도를 25℃ 이상 300℃ 이하의 범위 내의 값, 게이트 전극을 막 두께 100nm 이상 500nm 이하, 바람직하게는 100nm 이상 300nm 이하의 범위 내의 값으로 각각 조절하고, 게이트 전극에 있어서의 300MPa 이상의 잔류 응력을 확보하면 좋은 것으로 된다.In view of the above, in order to obtain a large mobility of the TFT, as an index capable of imparting sufficient distortion to the polysilicon thin film, it is considered that the residual stress of the gate electrode is secured to 300 MPa or more. Therefore, the film forming temperature is added as a parameter of the residual stress, and each film forming temperature shown in Fig. 3 is experimentally proved, and the film forming temperature is in the range of 25 ° C or more and 300 ° C or less, the gate electrode having a film thickness of 100 nm or more and 500 nm or less, Preferably, it adjusts to the value within the range of 100 nm or more and 300 nm or less, and should just ensure the residual stress of 300 Mpa or more in a gate electrode.
이와 같이, 파라미터를 게이트 전극의 막 두께 및 성막 온도의 2종류로 명확화하고, 이들을 상기 범위 내로 적절히 조절함으로써, 더욱 세밀하게, 다양한 성막 환경에 따라 확실히 게이트 전극 잔류 응력을 300MPa 이상의 소망치로 제어할 수 있다.In this way, by clarifying the parameters into two types of the film thickness and the deposition temperature of the gate electrode, and adjusting them appropriately within the above ranges, the gate electrode residual stress can be reliably controlled to a desired value of 300 MPa or more in accordance with various deposition environments in more detail. have.
또한, 이 경우, 폴리실리콘 박막의 채널 영역으로 되는 부위에 있어서, 그 결정 입경이 작으면 결정립계가 많아지고, 게이트 전극으로부터의 잔류 응력이 완화되어 버리게 된다. 따라서, 폴리실리콘 박막의 채널 영역으로 되는 부위의 결정 입경을 크게, 구체적으로는 400nm 정도 이상으로 형성함으로써 폴리실리콘 박막의 충분한 왜곡이 확보된다.In this case, in the region serving as the channel region of the polysilicon thin film, when the grain size is small, the grain boundary increases, and the residual stress from the gate electrode is alleviated. Therefore, by forming the crystal grain diameter of the site | part which becomes a channel region of a polysilicon thin film large, specifically about 400 nm or more, sufficient distortion of a polysilicon thin film is ensured.
이어서, 본 발명자는, 소스/드레인이 n형으로 된 n채널 TFT 및 소스/드레인이 p형으로 된 p채널 TFT의 각각에 대해, Mo를 재료로 하는 게이트 전극의 막 두께(nm)와 이동도(mobility:(cm2/V·s))와의 관계에 대해 조사했다. 측정 결과를 도4A, 도4B에 나타낸다. 도4A에 나타낸 바와 같이, n채널 TFT에서는 게이트 전극의 막 두께를 얇게할수록, 구체적으로는 500nm 정도 이하로 함으로써 이동도가 향상한다. 한편, 도4B에 나타낸 바와 같이, p채널 TFT에서는 이동도는 게이트 전극의 막 두께에는 거의 의존하지 않는다. p채널 TFT에서는, 예를 들면 p형 불순물로서 사용되는 붕소(B)는, 예를 들면 n형 불순물로서 사용되는 인(p)보다도 가볍고, 게이트 전극이 얇으면 B를 이온 주입했을 때 게이트 전극을 꿰뚫어, 채널 영역에 달해 버릴 우려가 있는 문제가 있다.Next, the inventors of the present invention provide the film thickness (nm) and the mobility of the gate electrode made of Mo for each of the n-channel TFT whose source / drain is n-type and the p-channel TFT whose source / drain is p-type. The relationship with (mobility: (cm 2 / V · s)) was investigated. The measurement results are shown in Figs. 4A and 4B. As shown in Fig. 4A, in the n-channel TFT, as the film thickness of the gate electrode becomes thinner, specifically, the mobility is improved by being about 500 nm or less. On the other hand, as shown in Fig. 4B, the mobility in the p-channel TFT hardly depends on the film thickness of the gate electrode. In the p-channel TFT, for example, boron (B) used as a p-type impurity is lighter than phosphorus (p) used, for example, as an n-type impurity. If the gate electrode is thin, the gate electrode is ionized when B is ion-implanted. There exists a problem which may penetrate and reach a channel area | region.
그래서, 상기 사정을 고려하여, 본 발명을 p채널 TFT 및 n채널 TFT를 구비하여 이루어지는 CMOS형의 TFT에 적용함에 있어, 게이트 전극의 막 두께를 얇게할수록 이동도가 향상하는 n채널 TFT의 게이트 전극의 막 두께를 p채널 TFT의 그것보다도 얇게 형성한다. 이에 의해, p채널 TFT에 현저한 문제를 일으키지 않고, n채널 TFT에 있어서 특히 성능 향상을 꾀할 수 있다.Therefore, in view of the above circumstances, in applying the present invention to a CMOS type TFT comprising a p-channel TFT and an n-channel TFT, the gate electrode of the n-channel TFT whose mobility is improved as the thickness of the gate electrode is thinned Is formed to be thinner than that of the p-channel TFT. As a result, the performance can be particularly improved in the n-channel TFT without causing a significant problem in the p-channel TFT.
-본 발명을 적용한 구체적인 실시 형태-Specific embodiment to which this invention is applied
이하, 본 발명을 폴리실리콘 TFT의 구성 및 제조 방법에 적용한 구체적인 제 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 폴리실리콘 TFT의 구성을 그 제조 방법과 함께 기술한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the specific embodiment which applied this invention to the structure and manufacturing method of a polysilicon TFT is described in detail, referring drawings. In addition, the structure of a polysilicon TFT is described with the manufacturing method for convenience of description.
(제1 실시 형태)(1st embodiment)
도5A~도5F는, 제1 실시 형태에 의한 CMOS형의 폴리실리콘 TFT(이하, 간단히5A to 5F show a CMOS polysilicon TFT according to the first embodiment (hereinafter, simply
CMOSTFT로 한다)의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다.It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of CMOSTFT) in process order.
우선, 도5A에 나타낸 바와 같이, 투명 절연 기판, 예를 들면 글래스 기판(1) 상에 막 두께 400nm 정도의 SiO2로 이루어지는 버퍼층(2)을 통해, 플라즈마 CVD법에 의해 아몰퍼스 실리콘 박막(3)을 예를 들면 막 두께 65nm 정도로 성막한다. 여기에서, 성막시에 성막 챔버 내에 예를 들면 B2H6가스를 혼입시킴으로써 아몰퍼스 실리콘 박막(3) 중에 붕소(B)를 도프하고 있다.First, as shown in FIG. 5A, the amorphous silicon
계속하여, 도5B에 나타낸 바와 같이, 질소 분위기중에 있어서 550℃ 정도에서 2시간 정도의 열처리를 실시하고, 아몰퍼스 실리콘층(3)의 탈수소화 처리를 행한 후, 아몰퍼스 실리콘 박막(3)에 포토리소그라피 및 드라이 에칭을 실시하고, 각각 소정의 리본 패턴의 한쌍의 아몰퍼스 실리콘 박막(3a,3b)으로 가공한다.Subsequently, as shown in FIG. 5B, heat treatment is performed at about 550 ° C. for about 2 hours in a nitrogen atmosphere, and dehydrogenation of the
이어서, 도5C에 나타낸 바와 같이, 레이저 어닐에 의해 아몰퍼스 실리콘 박막(3a,3b)을 결정화한다. 구체적으로는, 예를 들면 시간에 대해 연속적으로 에너지를 출력하는 에너지 빔, 여기에서는 반도체 여기(LD 여기)의 고체 레이저(DPSS 레이저)인 Nd:YVO4 레이저를 사용하여, 출력 6.5W, 스캔 속도 20cm/초의 조건으로 아몰퍼스 실리콘 박막(3a,3b)에 레이저광을 조사하고, 아몰퍼스 실리콘층(3a,3b)을 결정화하여 폴리실리콘 박막(4a,4b)로 변환한다. 그리고, 리본 패턴의 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 포토리소그라피 및 드라이 에칭을 실시하고, 각각 소정의 아일랜드 패턴으로 가공한다.Next, as shown in Fig. 5C, amorphous silicon
계속하여, 도5D에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 CVD법에 의해 폴리실리콘 박막(4a,4b) 위를 덮도록 전면에 막 두께 30nm 정도로 SiO2막(5)을 성막한다. 그리고,스퍼터법에 의해 Si02막(5) 상에 게이트 전극으로 되는 고융점 금속막, 여기에서는 Mo막(6)을 성막한다. 여기에서는, 특히 막 두께 및 성막 온도(스퍼터 챔버 내의 환경 온도)를 주요한 파라미터로 하여 잔류 응력이 면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향으로 300MPa 이상의 소정치로 되도록 제어한다. 구체적으로는, 압력 2×10-3 Torr, 투입 파워(RF 파워) 3.5kW, 스퍼터 가스를 Ar가스로 하여 유량 20sccm, 챔버 온도를 25℃~300℃, 여기에서는 175℃ 정도의 조건으로, 막 두께 100nm~500nm(더욱 바람직하게는 100nm~300nm), 여기에서는 100nm 정도로 Mo막(6)을 성막한다.Subsequently, as shown in Fig. 5D, a SiO 2 film 5 is formed on the entire surface with a thickness of 30 nm so as to cover the polysilicon
계속하여, 도5E에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘 박막(4a,4b) 상에 각각 전극 형상으로 되도록 Mo막(6) 및 SiO2막(5)을 포토리소그라피 및 드라이에칭에 의해 가공하고, SiO2막(5)으로 이루어지는 게이트 절연막(7)을 개재한 Mo막(6)으로 이루어지는 게이트 전극(8a,8b)을 패턴 형성한다. 게이트 전극(8a,8b)은, 상술한 바와과 같이 특히 막 두께 및 성막 온도를 주요한 파라미터로 하여 제어함으로써 형성된 것으로, 면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향으로 300MPa 이상의 잔류 응력, 여기에서는 630MPa 정도로 되어 있다. 이 잔류 응력에 의해 적어도, 이 들 게이트 전극(8a,8b)의 형성 부위인 폴리실리콘 박막(4a,4b)의 채널 영역에서는, 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 인장 응력이 인가되고, 그 면 방향의 격자 정수가 인장 응력이 없는 상태에 비해 증가한 상태로 된다.Subsequently, as the polysilicon thin film (4a, 4b) the processing by the Mo film 6 and the lithography and dry etching the SiO 2 film 5 picture such that the respective electrode shape shown in Fig. 5E, SiO 2 The
계속하여, 도5F에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘 박막(4a) 측을 덮도록 레지스트 마스크(도시하지 않음)를 형성하고, 게이트 전극(8b)를 마스크로 하여, 폴리실리콘 박막(4b)에 있어서의 게이트 전극(8b)의 양측에 n형 불순물, 여기에서는 인(p)을 이온 주입하고, n형 소스/드레인(9b)을 형성한다. 여기에서, 폴리실리콘 박막(4b) 상에 게이트 절연막(7)을 통해 게이트 전극(8b)이 형성되고, 게이트 전극(8b)의 양측에 소스/드레인(9b)이 형성되어 이루어지는 n채널 TFT(10b)의 주요 구성이 완성된다.Subsequently, as shown in FIG. 5F, a resist mask (not shown) is formed to cover the polysilicon
다른 한편, 레지스트 마스크를 회화(灰化) 처리 등에 의해 제거한 후, 도5F에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘 박막(4b) 측을 덮도록 레지스트 마스크(도시하지 않음)를 형성하고, 게이트 전극(8a)을 마스크로 하여, 폴리실리콘 박막(4a)에 있어서의 게이트 전극(8a)의 양측에 p형 불순물, 여기에서는 붕소(B)를 이온 주입하고, p형 소스/드레인(9a)을 형성한다. 여기에서, 폴리실리콘 박막(4a) 상에 게이트 절연막(7)을 통해 게이트 전극(8a)이 형성되고, 게이트 전극(8a)의 양측에 소스/드레인(9a)이 형성되어 이루어지는 p채널 TFT(l0a)의 주요 구성이 완성된다.On the other hand, after removing the resist mask by an incineration process or the like, as shown in Fig. 5F, a resist mask (not shown) is formed so as to cover the polysilicon
그 후, p채널 TFT(l0a) 및 n채널 TFT(10b)를 덮는 층간절연막의 형성이나, 게이트 전극(8a,8b) 및 소스/드레인(9a,9b)과 도통하는 콘택트홀 및 각종 배선층의 형성 등을 거쳐, 본 실시 형태의 CMOSTFT를 완성한다.Thereafter, formation of an interlayer insulating film covering the p-
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 왜곡을 부여하기 위한 다른 공정을 부가하지 않고, 용이하게 또한 확실히 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 소망의 왜곡을 부여하여 이동도를 향상시키는 것이 가능하게 되어, 고성능의 CMOSTFT가 실현된다.As described above, according to the present embodiment, a desired distortion is easily and reliably provided to the polysilicon
(제2 실시 형태)(2nd embodiment)
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 거의 같은 CMOSTFT의 구성 및 제조 방법을 개시하지만, n채널 TFT의 게이트 전극의 막 두께를 p채널 TFT의 그것보다도 얇게 형성하는 점에서 상이하다. 도6A~도6G는, 제2 실시 형태에 의한 CMOS형의 폴리실리콘 TFT(이하, 간단히 CMOSTFT라 한다)의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다. 또한, 제1 실시 형태와 공통하는 구성 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 병기한다.In this embodiment, the structure and manufacturing method of the CMOSTFT which are almost the same as in the first embodiment are disclosed, but differ in that the film thickness of the gate electrode of the n-channel TFT is formed thinner than that of the p-channel TFT. 6A to 6G are schematic cross-sectional views showing a method for manufacturing a CMOS polysilicon TFT (hereinafter simply referred to as CMOSTFT) according to a second embodiment in the order of steps. In addition, about the structural member etc. which are common in 1st Embodiment, the same code | symbol is written together.
우선, 도6A에 나타낸 바와 같이, 투명 절연 기판, 예를 들면 글래스 기판(1) 상에 막 두께 400nm 정도의 SiO2로 이루어지는 버퍼층(2)을 통해, 플라즈마 CVD법에 의해 아몰퍼스 실리콘 박막(3)을 예를 들면 막 두께 65nm 정도로 성막한다. 여기에서, 성막시에 성막 챔버 내에 예를 들면 B2H6가스를 혼입함으로써 아몰퍼스 실리콘박막(3) 중에 붕소(B)를 도프하고 있다.First, as shown in Fig. 6A, the amorphous silicon
계속하여, 도6B에 나타낸 바와 같이, 질소 분위기 중에 있어서 550℃ 정도에서 2시간 정도의 열처리를 실시하고, 아몰퍼스 실리콘층(3)의 탈수소화 처리를 행한 후, 이 아몰퍼스 실리콘 박막(3)에 포토리소그라피 및 드라이 에칭을 실시하고, 각각 소정의 리본 패턴의 한쌍의 아몰퍼스 실리콘 박막(3a,3b)으로 가공한다.Subsequently, as shown in Fig. 6B, heat treatment is performed at about 550 ° C. for about 2 hours in a nitrogen atmosphere, and dehydrogenation treatment of the
계속하여, 도6C에 나타낸 바와 같이, 레이저 어닐에 의해 아몰퍼스 실리콘 박막(3a,3b)을 결정화한다. 구체적으로는, 예를 들면 시간에 대해 연속적으로 에너지를 출력하는 에너지 빔, 여기에서는 반도체 여기(LD 여기)의 고체 레이저(DPSS 레이저)인 Nd:YVO4 레이저를 사용하여, 출력 6.5W, 스캔 속도 20cm/초의 조건으로 아몰퍼스 실리콘 박막(3a,3b)에 레이저광을 조사하고, 아몰퍼스 실리콘층(3a,3b)을결정화하여 폴리실리콘 박막(4a,4b)으로 변환한다. 그리고, 리본 패턴의 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 포토리소그라피 및 드라이 에칭을 실시하고, 각각 소정의 아일랜드 패턴으로 가공한다.Subsequently, as shown in Fig. 6C, amorphous silicon
계속하여, 도6D에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 CVD법에 의해 폴리실리콘 박막(4a,4b) 상을 덮도록 전체 면에 막 두께 30nm 정도로 SiO2막(5)을 성막한다. 그리고, 스퍼터법에 의해 Si02막(5) 상에 게이트 전극으로 되는 고융점 금속막, 여기에서는 Mo막(11)을 성막한다. 여기에서는, 특히 막 두께 및 성막 온도(스퍼터 챔버 내의 환경 온도)를 주요한 파라미터로 하여 잔류 응력이 면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향으로 300MPa 이상의 소정치로 되도록 제어한다. 구체적으로는, 압력 2×10-3 Torr, 투입 파워(RF 파워) 3.5kW, 스퍼터 가스를 Ar가스로 하여 유량 20sccm, 챔버 온도를 25℃~300℃, 여기에서는 175℃ 정도의 조건으로, 막 두께100nm~500nm(더욱 바람직하게는 100nm~300nm), 여기에서는 300nm 정도로 Mo막(11)을 성막한다.Subsequently, as shown in Fig. 6D, the SiO 2 film 5 is formed on the entire surface with a film thickness of about 30 nm so as to cover the polysilicon
계속하여, 도6E에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘 박막(4a,4b) 상에 각각 전극 형상으로 되도록 Mo막(11) 및 SiO2막(5)을 포토리소그라피 및 드라이 에칭에 의해 가공한다.Subsequently, as shown in Fig. 6E, the
계속하여, 도6F에 나타낸 바와 같이, 도면에서 좌측에 있는 폴리실리콘 박막(4a) 측만을 덮는 레지스트 마스크(13)를 형성하고, 폴리실리콘 박막(4b) 상의 Mo막(11) 만을 드라이 에칭하고, 당해 Mo막(11)을 막 두께 100nm 정도로 박막화한다. 이 상태에서, 폴리실리콘 박막(4a) 상에는 게이트 절연막(7)을 개재한 Mo로 이루어지는 막 두께 300nm 정도의 게이트 전극(12a)이, 폴리실리콘 박막(4b) 상에는 게이트 절연막(7)을 개재한 Mo로 이루어지는 막 두께 100nm 정도의 게이트 전극(12b)이 각각 형성되어 있다.Subsequently, as shown in Fig. 6F, a resist
게이트 전극(12a,12b)은, 상술한 바와 같이 특히 막 두께 및 성막 온도를 주요한 파라미터로 하여 제어함으로써 형성된 것이고, 면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향으로 300 MPa 이상의 잔류 응력, 여기에서는 게이트 전극(12a)이 470 MPa정도, 게이트 전극(12b)이 상기 박막화에 의한 효과가 더해져 630MPa 정도로 되어있다. 이 잔류 응력에 의해 적어도, 이들 게이트 전극(12a,12b)의 형성 부위인 폴리실리콘 박막(4a,4b)의 채널영역에서는, 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 인장 응력이 인가되고, 그 면 방향의 격자 정수가 인장 응력이 없는 상태에 비해 증가한 상태로 된다.As described above, the
계속하여, 도6G에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(13)를 그대로 이온 주 입 마스크로서 사용하고, 폴리실리콘 박막(4b) 측에 있어서 게이트 전극(12b)을 마스크로 하여, 폴리실리콘 박막(4b)에 있어서의 게이트 전극(12b)의 양측에 n형 불순물, 여기에서는 인(p)을 이온 주입하고, n형 소스/드레인(9b)을 형성한다. 여기에서, 폴리실리콘 박막(4b) 상에 게이트 절연막(7)을 통해 게이트 전극(12b)이 형성되고, 게이트 전극(12b)의 양측에 소스/드레인(9b)이 형성된 n채널 TFT(14b)의 주요 구성이 완성된다.6G, the polysilicon
다른 한편, 레지스트 마스크(13)를 회화 처리 등에 의해 제거한 후, 도6H에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘 박막(4b) 측을 덮도록 레지스트 마스크(15)를 형성하고, 폴리실리콘 박막(4a) 측에 있어서 게이트 전극(12a)을 마스크로 하여, 폴리실리콘 박막(4a)에 있어서의 게이트 전극(12a)의 양측에 p형 불순물, 여기에서는 붕소(B)를 이온 주입하고, p형 소스/드레인(9a)을 형성한다. 그리고, 레지스트 마스크(15)를 회화 처리 등에 의해 제거함으로써 도6I에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘 박막(4a) 상에 게이트 절연막(7)을 통해 게이트 전극(12a)이 형성되고, 게이트 전극(12a)의 양측에 소스/드레인(9a)이 형성되어 이루어지는 p채널 TFT(14a)의 주요 구성이 완성된다.On the other hand, after the resist
그 후, p채널 TFT(14a) 및 n채널 TFT(14b)를 덮는 층간절연막의 형성이나, 게이트 전극(12a,12b) 및 소스/드레인(9a,9b)과 도통하는 콘택트홀 및 각종 배선층의 형성 등을 거쳐, 본 실시 형태의 CMOSTFT를 완성한다.Thereafter, formation of an interlayer insulating film covering the p-
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 왜곡을 부여하기 위한 다른 공정을 부가하지 않고, 용이하게 또한 확실히 폴리실리 콘 박막(4a,4b)에 소망의 왜곡을 부여하여, 특히 n채널 TFT(14b)의 이동도를 향상시키는 것이 가능하게 되어, 고성능의 CMOSTFT가 실현된다.As described above, according to the present embodiment, desired distortion can be easily and reliably added to the polysilicon
(변형례)(Variation)
여기에서, 제2 실시 형태의 변형례에 대해 설명한다.Here, the modification of 2nd Embodiment is demonstrated.
도7A, 도7B는, 본 변형례의 주요 공정을 나타내는 개략 단면도이다.7A and 7B are schematic cross-sectional views showing main steps of the present modification.
우선, 도6A~도6E와 동일한 제 공정을 실행한다.First, the same process as that in Figs. 6A to 6E is performed.
계속하여, 도7A에 나타낸 바와 같이, 도면에서 좌측의 폴리실리콘 박막(4a)측만을 덮는 레지스트 마스크(13)를 형성하고, 폴리실리콘 박막(4b) 측에 있어서 Mo막(11)을 마스크로 하여, 폴리실리콘 박막(4b)에 있어서의 Mo막(11)의 양측에 n형 불순물, 여기에서는 인(p)을 이온 주입하고, n형 소스/드레인(9b)을 형성한다.Subsequently, as shown in Fig. 7A, a resist
계속하여, 도7B에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(13)를 그대로 이온 주입 마스크로서 사용하고, 폴리실리콘 박막(4b) 상의 Mo막(11) 만을 드라이 에칭하고, 당해 Mo막(11)을 막 두께 100nm 정도로 박막화한다. 이 상태에 있어서, 폴리실리콘 박막(4a) 상에는 게이트 절연막(7)을 통한 Mo로 이루어지는 막 두께 300nm 정도의 게이트 전극(12a)이, 폴리실리콘 박막(4b) 상에는 게이트 절연막(7)을 통한 Mo로 이루어지는 막 두께 100nm 정도의 게이트 전극(12b)이 각각 형성되어 있다.Subsequently, as shown in Fig. 7B, the resist
그 후, 도6H, 도6I와 같은 제 공정을 실행한 후, p채널 TFT(14a) 및 n채널 TFT(14b)를 덮는 층간절연막의 형성이나, 게이트 전극(12a,12b) 및 소스/드레인(9a,9b)과 도통하는 콘택트홀 및 각종 배선층의 형성 등을 거쳐, 본 변형례의 CMOSTFT를 완성시킨다.Thereafter, after performing the same steps as in FIGS. 6H and 6I, an interlayer insulating film covering the p-
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 왜곡을 부여하기 위한 다른 공정을 부가하지 않고, 용이하게 또한 확실히 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 소망의 왜곡을 부여하고, 특히 n채널 TFT(14b)의 이동도를 향상시키는 것이 가능하게 되어, 고성능의 CMOSTFT가 실현된다.As described above, according to the present embodiment, a desired distortion is easily and reliably provided to the polysilicon
또한, 본 변형례에서는, n채널 TFT(14b) 측에 있어서, Mo막(11)을 아직 게이트 전극(12b)으로 가공하기 전에, 두꺼운(여기에서는 300nm 정도) Mo막(11)을 마스크로 하여 P를 이온 주입한다. n채널 TFT는, p채널 TFT 정도로 이온 주입시의 불순물 돌출 문제는 심각하지 않지만, 게이트 전극(12b)은 100nm 정도로 얇기 때문에,게이트 전극(12b)을 마스크라고 한 경우에 불순물 돌출이 문제시될 염려는 부정할 수 없다. 그래서 본 변형례와 같이, 아직 두꺼운 Mo막(11)의 상태에서 이것을 마스크로 하여 이온 주입하는 것에 의해, 공정수를 증가·번잡하게 하지 않고, 불순물 돌출의 발생의 우려 없이 n채널 TFT(14b)를 형성할 수 있다.In this modification, on the n-
(제3 실시 형태)(Third embodiment)
본 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와 거의 같은 CMOSTFT의 구성 및 제조 방법을 개시하나, n채널 TFT의 게이트 전극의 막 두께를 p채널 TFT의 그것보다도 얇게 함에 있어, p채널 TFT의 게이트 전극을 2층으로 형성하는 점에서 상이하다. 도8A~도8G는, 제3 실시 형태에 의한 CMOS형의 폴리실리콘 TFT(이하, 간단히 CMOSTFT라 한다)의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 개략 단면도이다. 또한, 제2 실시 형태와 공통하는 구성 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 부기한다.In the present embodiment, the structure and manufacturing method of the CMOSTFT which are almost the same as those of the second embodiment are disclosed, but the gate electrode of the p-channel TFT is formed by making the film thickness of the gate electrode of the n-channel TFT thinner than that of the p-channel TFT. It differs in the point of forming in a layer. 8A to 8G are schematic cross-sectional views showing a method for manufacturing a CMOS polysilicon TFT (hereinafter simply referred to as CMOSTFT) according to a third embodiment in the order of steps. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structural member etc. which are common in 2nd Embodiment.
우선, 도8A에 나타낸 바와 같이, 투명 절연 기판, 예를 들면 글래스 기판(1) 상에 막 두께 400nm 정도의 SiO2로 이루어지는 버퍼층(2)를 개재하여, 플라즈마 CVD법에 의해 아몰퍼스 실리콘 박막(3)을 예를 들면 막 두께 65nm 정도로 성막한다. 여기에서, 성막시에 성막 챔버 내에 예를 들면 B2H6 가스를 혼입시키는 것에 의해 아몰퍼스 실리콘 박막(3) 중에 붕소(B)를 도프하고 있다.First, as shown in Fig. 8A, an amorphous silicon
계속하여, 도8B에 나타낸 바와 같이, 질소 분위기 중에 550℃ 정도로 2시간 정도의 열처리를 실시하고, 아몰퍼스 실리콘층(3)의 탈수소화 처리를 행한 후, 이 아몰퍼스 실리콘 박막(3)에 포토리소그라피 및 드라이 에칭을 실시하고, 각각 소정의 리본 패턴의 한쌍의 아몰퍼스 실리콘 박막(3a,3b)으로 가공한다.Subsequently, as shown in FIG. 8B, heat treatment is performed at about 550 ° C. for about 2 hours in a nitrogen atmosphere and dehydrogenation of the
계속하여, 도8C에 나타낸 바와 같이, 레이저 어닐링에 의해 아몰퍼스 실리콘 박막(3a,3b)을 결정화한다. 구체적으로는, 예를 들면 시간에 대해 연속적으로 에너지를 출력하는 에너지 빔, 여기에서는 반도체 여기(LD 여기)의 고체 레이저(DPSS 레이저)인 Nd:YVO4 레이저를 사용하여, 출력 6.5W, 스캔 속도 20cm/초의 조건으로 아몰퍼스 실리콘 박막(3a,3b)에 레이저광을 조사하고, 아몰퍼스 실리콘층(3a,3b)을 결정화하여 폴리실리콘 박막(4a,4b)으로 변환한다. 그리고, 리본 패턴의 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 포토리소그라피 및 드라이 에칭을 실시하고, 각각 소정의 아일랜드 패턴으로 가공한다.Subsequently, as shown in Fig. 8C, amorphous silicon
계속하여, 도8D에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 CVD법에 의해 폴리실리콘 박막(4a,4b) 상을 덮도록 전체 면에 두께 30nm 정도로 SiO2막(5)을 성막한다. 그리고, 스퍼터법에 의해 Si02막(5) 상에 게이트 전극으로 되는 고융점 금속막, 여기에서는 Mo막(21) 및 Ti막(22)을 적층 성막한다. 여기에서는, 특히 막 두께 및 성막 온도(스퍼터 챔버 내의 환경 온도)를 주요한 파라미터로 하여 잔류 응력이 면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향으로 300MPa 이상의 소정치로 되도록 제어한다.Subsequently, as shown in Fig. 8D, the SiO 2 film 5 is formed on the entire surface with a thickness of about 30 nm so as to cover the polysilicon
구체적으로는, Mo막(21)에 대해서는, 압력 2×10-3 Torr, 투입 파워(RF 파워) 3.5kW, 스퍼터 가스를 Ar가스로 하여 유량 20sccm, 챔버 온도를 25℃~300℃, 여기에서는 175℃ 정도의 조건으로, Mo막(21) 및 Ti막(22)의 적층막 두께가 100nm~500 nm(더욱 바람직하게는 100nm~300nm)로 되도록, 여기에서는 100nm 정도로 Mo막(21)을 성막한다.Specifically, for the
다른 한편, Ti막(22)에 대해서는, 압력 2×10-3 Torr, 투입 파워(DC 파워) 2.OkW, 스퍼터 가스를 Ar가스로서 유량 125sccm, 챔버 온도를 25℃~300℃, 여기에서는 125℃ 정도의 조건으로, Mo막(21) 및 Ti막(22)의 적층막 두께가 100nm~500nm (더욱 바람직하게는 100nm~300nm)로 되도록, 여기에서는 200nm 정도로 Ti막(22)을 성막한다.On the other hand, with respect to the
계속하여, 도8E에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘 박막(4a,4b) 상에 각각 전극 형상으로 되도록 Ti막(22), Mo막(21) 및 SiO2막(5)을 포토리소그라피 및 드라이에칭에 의해 가공한다.Subsequently, as shown in Fig. 8E, the
계속하여, 도8F에 나타낸 바와 같이, 도면 좌측의 폴리실리콘 박막(4a) 측만을 덮는 레지스트 마스크(13)를 형성하고, 폴리실리콘 박막(4b) 상의 Mo막(21)을 에칭 스토퍼로 하여 Ti막(22) 만을 드라이 에칭하고, 당해 Mo막(21) 만을 남긴다. 이 경우, Mo와 Ti의 에칭 속도의 차이를 이용하고, Mo막(21)을 에칭 스토퍼로서 사용하기 때문에, 예컨대 단층의 고융점 금속막을 드라이 에칭하여 막 두께를 제어하는 경우에 비해, 보다 용이하게 Mo막(21) 만을 남긴 소망의 막 두께(여기에서는 100nm 정도)를 달성하는 것이 가능하게 된다.Subsequently, as shown in Fig. 8F, a resist
이 상태에 있어서, 폴리실리콘 박막(4a) 상에는 게이트 절연막(7)을 개재한 Mo 및 Ti가 적층하여 이루어지는 막 두께 300nm 정도의 게이트 전극(23a)이, 폴리실리콘 박막(4b) 상에는 게이트 절연막(7)을 개재하여 Mo로 이루어지는 막 두께 100nm 정도의 게이트 전극(23b)이 각각 형성되어 있다.In this state, a
게이트 전극(23a,23b)은, 상술한 바와 같이, 특히 막 두께 및 성막 온도를 주요한 파라미터로서 제어함으로써 형성된 것으로, 면내 방향에 있어서 격자 정수를 증가시키는 방향으로 300MPa 이상의 잔류 응력, 여기에서는 특히 게이트 전극(23b)이 상기 박막화에 의한 효과가 더해져 630MPa 정도로 되어 있다. 이 잔류 응력에 의해 적어도, 이들 게이트 전극(23a,23b)의 형성 부위인 폴리실리콘 박막(4a,4b)의 채널 영역에서는, 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 인장 응력이 인가되고, 그 면 방향의 격자 정수가 인장 응력이 없는 상태에 비해 증가한 상태로 된다.As described above, the
계속하여, 도8G에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(13)를 그대로 이온 주입 마스크로서 사용하고, 폴리실리콘 박막(4b) 측에 있어서 게이트 전극(23b)을 마 스크로 하여, 폴리실리콘 박막(4b)에 있어서의 게이트 전극(23b)의 양측에 n형 불순물, 여기에서는 인(p)을 이온 주입하고, n형 소스/드레인(9b)을 형성한다. 여기에서, 폴리실리콘 박막(4b) 상에 게이트 절연막(7)을 통해 게이트 전극(12b)이 형성되고, 게이트 전극(12b)의 양측에 소스/드레인(9b)이 형성된 n채널 TFT(24b)의 주요 구성이 완성된다.Subsequently, as shown in Fig. 8G, the resist
다른 한편, 레지스트 마스크(13)를 회화 처리 등에 의해 제거한 후, 도8H에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘 박막(4b) 측을 덮도록 레지스트 마스크(15)를 형성하고, 폴리실리콘 박막(4a) 측에 있어서 게이트 전극(23a)을 마스크로 하여, 폴리실리콘 박막(4a)에 있어서의 게이트 전극(23a)의 양측에 p형 불순물, 여기에서는 붕소(B)를 이온 주입하고, p형 소스/드레인(9a)을 형성한다. 그리고, 레지스트 마스크(15)를 회화 처리 등에 의해 제거함으로써 도8I에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘 박막(4a) 상에 게이트 절연막(7)을 통해 게이트 전극(23a)이 형성되고, 게이트 전극(23a)의 양측에 소스/드레인(9a)이 형성되어 이루어지는 p채널 TFT(24a)의 주요 구성이 완성된다.On the other hand, after removing the resist
그 후, p채널 TFT(24a) 및 n채널 TFT(24b)를 덮는 층간절연막의 형성이나, 게이트 전극(23a,23b) 및 소스/드레인(9a,9b)과 도통하는 콘택트홀 및 각종 배선층의 형성 등을 거쳐, 본 실시 형태의 CMOSTFT를 완성시킨다.Thereafter, formation of an interlayer insulating film covering the p-
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 왜곡을 부여하기 위한 다른 공정을 부가하지 않고, 용이하게 또한 확실히 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 소망의 왜곡을 부여하고, 특히 n채널 TFT(24b)의 이동도를 향상 시키는 것이 가능하게 되어, 고성능의 CMOSTFT가 실현된다.As described above, according to the present embodiment, a desired distortion is easily and reliably provided to the polysilicon
(변형례)(Variation)
여기에서, 제3 실시 형태의 변형례에 대해서 설명한다.Here, the modification of 3rd Embodiment is demonstrated.
도9A,도 9B는, 본 변형례의 주요 공정을 나타내는 개략 단면도이다.9A and 9B are schematic cross-sectional views showing main steps of the present modification.
우선, 도8A~도8E와 같은 제 공정을 실행한다.First, the manufacturing process as shown in Figs. 8A to 8E is performed.
계속하여, 도9A에 나타낸 바와 같이, 도면 좌측의 폴리실리콘 박막(4a) 측만을 덮는 레지스트 마스크(13)를 형성하고, 폴리실리콘 박막(4b) 측에 있어서 Ti막(22) 및 Mo막(21)을 마스크로 하여, 폴리실리콘 박막(4b)에 있어서의 Mo막(11)의 양측에 n형 불순물, 여기에서는 인(P)을 이온 주입하고, n형 소스/드레인(9b)을 형성한다.Subsequently, as shown in Fig. 9A, a resist
계속하여, 도9B에 나타낸 바와 같이, 레지스트 마스크(13)를 그대로 이온 주입 마스크로서 사용하고, 폴리실리콘 박막(4b) 상의 Mo막(21)을 에칭 스토퍼로 하여 Ti막(22) 만을 드라이 에칭하고, 당해 Mo막(21) 만을 남긴다. 이 경우, Mo와 Ti의 에칭 속도의 차이를 이용하고, Mo막(21)을 에칭 스토퍼로 사용하기 때문에, 예를 들면 단층의 고융점 금속막을 드라이 에칭하여 막 두께를 제어하는 경우에 비해, 보다 용이하게 Mo막(21) 만을 남긴 소망의 막 두께(여기에서는 100nm 정도)를 달성하는 것이 가능하게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 9B, the resist
이 상태에 있어서, 폴리실리콘 박막(4a) 상에는 게이트 절연막(7)을 개재한 Mo 및 Ti가 적층되어 이루어지는 막 두께 300nm 정도의 게이트 전극(23a)이, 폴리실리콘 박막(4b)상에는 게이트절연막(7)을 개재한 Mo로 이루어지는 막 두께 100nm 정도의 게이트 전극(23b)이 각각 형성되어 있다.In this state, a
그 후, 도6H, 도6I와 같은 제 공정을 실행한 후, p채널 TFT(24a) 및 n채널 TFT(24b)를 덮는 층간절연막의 형성이나, 게이트 전극(23a,23b) 및 소스/드레인(9a,9b)과 도통하는 콘택트홀 및 각종 배선층의 형성 등을 거쳐, 본 변형례의 CMOSTFT를 완성시킨다.Thereafter, after performing the same steps as in FIGS. 6H and 6I, an interlayer insulating film is formed to cover the p-
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 왜곡을 부여하기 위한 다른 공정을 부가하지 않고, 용이하게 또한 확실히 폴리실리콘 박막(4a,4b)에 소망의 왜곡을 부여하고, 특히 n채널 TFT(24b)의 이동도를 향상시키는 것이 가능하게 되어, 고성능의 CMOSTFT가 실현된다.As described above, according to the present embodiment, a desired distortion is easily and reliably provided to the polysilicon
또한, 본 변형례에서는, n채널 TFT(24b) 측에 있어서, 아직 Ti막(22)를 에칭제거하여 게이트 전극(23b)을 형성하기 전에, 두꺼운(여기에서는 300nm 정도) Ti막(22) 및 Mo막(21)을 마스크로 하여 P를 이온 주입한다. n채널 TFT는, p채널 TFT정도로 이온 주입시의 불순물 돌출의 문제는 심각하지 않지만, 게이트 전극(23b)은 100nm 정도로 얇기 때문에, 게이트 전극(23b)을 마스크로 한 경우에 불순물 돌출이 문제시될 우려는 부정할 수 없다. 그래서 본 변형례와 같이, 아직 두꺼운 Ti막(22) 및 Mo막(21)의 상태에서 이것을 마스크로 하여 이온 주입하는 것에 의해 공정수를 증가·번잡화 하게 하지 않고, 불순물 돌출의 발생의 염려없이, n채널 TFT(12b)를 형성할 수 있다.In the present modification, on the n-
또한, 본 발명은 상기 제1~제3 실시 형태나 여러 변형례에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제2 및 제3 실시 형태나 이들 변형례에 있어서, p채널 TFT의 게 이트 전극의 막 두께를 n채널 TFT의 게이트 전극의 막 두께보다도 얇게 형성하도록 하여도 좋다(즉, 이 경우, 도6A~도6I, 도7A, 도7B, 도8A~도8I, 도9A, 도9B에 있어서, 좌우의 도시가 반대로 된다). 특히, 도7A, 도7B, 도9A, 도9B의 각 변형례에 대응하여, p채널 TFT의 게이트 전극의 막 두께를 n채널 TFT의 게이트 전극의 막 두께보다도 얇게 형성하는 경우, p채널 TFT에서는 이온 주입시의 불순물 돌출의 문제는 심각하다. 이 경우에, 두꺼운 고융점 금속막(Mo막, 또는 Mo막 및 Ti막)이 전극 형상으로 형성된 상태에서 이온 주입함으로써 공정수를 증가·번잡화하지 않고, 불순물 돌출의 발생 염려없이 p채널 TFT를 형성할 수 있다.In addition, this invention is not limited to the said, 1st-3rd embodiment and various modified examples. For example, in the second and third embodiments and these modifications, the film thickness of the gate electrode of the p-channel TFT may be made thinner than that of the gate electrode of the n-channel TFT (that is, in this case) 6A to 6I, 7A, 7B, 8A to 8I, 9A, and 9B, the left and right illustrations are reversed). In particular, when the film thickness of the gate electrode of the p-channel TFT is made thinner than the film thickness of the gate electrode of the n-channel TFT, corresponding to the modification examples of FIGS. 7A, 7B, 9A, and 9B, the p-channel TFT The problem of impurity protrusion at the time of ion implantation is serious. In this case, by implanting ions in a state where a thick high melting point metal film (Mo film or Mo film and Ti film) is formed in the shape of an electrode, the p-channel TFT is formed without increasing or complicated the number of steps and fear of impurity protrusion. Can be formed.
본 발명에 의하면, 반도체 박막에 왜곡을 부여하기 위한 다른 공정을 부가하지 않고, 용이하게 또한 확실히 반도체 박막에 소망의 왜곡을 부여하여 이동도를 향상시키는 것을 실현하는 신뢰성이 높은 박막 반도체 장치가 실현된다.According to the present invention, a highly reliable thin film semiconductor device is realized that realizes that the semiconductor thin film is easily and reliably provided with the desired distortion to improve the mobility without adding other steps for imparting distortion. .
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| KR1020077005888A KR100882834B1 (en) | 2007-03-14 | 2004-09-17 | Thin Film Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof |
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