Brevet FR2573248A1 — publié le 19860516

Procédé de fabrication d'un transistor en film mince et transistor ainsi fabriqué ". La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un transistor en film mince et le transistor ainsi fabriqué. Arrière-plan technologique de l'invention: Domaine de l'invention: La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un transistor en film mince (encore appelé "transistor TFT") et plus particulière- ment un procédé permettant de fabriquer un transistor TFT au polysilicium. Description de l'art antérieur: On fabrique généralement un transis- tor TFT au polysilicium selon un procédé à basse tempéra- ture décrit ci-après. Comme représenté à la figure 1A, on dépose un film de polysilicium 2 selon un procédé de dépôt chimique à la vapeur à basse pression (encore appelé "procédé LPCVD") sur un support en verre 1 à une température égale ou inférieure à 600 C. Le support en verre présente un point de fusion qui se situe en général aux environs de 680 C. Les ions d'un élément électrique- ment inactif tel que Si+ sont implantés dans le film de polysilicium 2 pour former un film de silicium amorphe 3 tel que représenté à la figure lB. La structure obtenue est recuite à une température comprise entre 500 C et 600 C pour provoquer un développement en phase solide du film de silicium amorphe 3 de façon que le film de sili- cium amorphe 3 se cristallise. Il en résulte un film de polysilicium 4 ayant des dimensions de grains de cristaux plus grandes (non représentées) que celles du film de polysilicium 2 tel que réalisé (voir figure 1C). Selon la figure 1D, on attaque par voie chimique une partie prédé- terminée du film de polysilicium 4 suivant un schéma pré- déterminé. On dépose un film 5 de silice SiO2 par un pro- cédé de dépôt chimique à la vapeur (procédé CVD) pour recouvrir toute la surface de la structure résultante, en travaillant à une température d'environ 400 C. Puis, on projette un film tel qu'un film 6 de Mo sur le film 5 de silice SiO2. On attaque séquentiellement les parties prédéterminées des films 6 et 5 de Mo et de SiO2 pour former une électrode de porte 7, Mo ayant un schéma pré- déterminé et un film isolant de porte 8 formé d'un schéma de silice SiO2 qui est le même que celui de l'électrode de porte 7, Mo. Puis, on procéde à une implantation ioni- que d'impureté de type n par exemple de phosphore (P) dans le film de polysilicium 4 à une concentration plus élevée en utilisant comme masques l'électrode de porte 7 et le film isolant de porte 8 (les ions de phosphore du film de polysilicium 4 sont représentés par des petits cercles à la figure 1E). La structure obtenue est recuite à une température d'environ 600 C pour activer électrique- ment les impuretés et former ainsi une région de source 9 et une région de drain 10 de type n comme le montre la figure 1F. Selon la figure 1G, on dépose un film 11 de silice SiO2 par un procédé CVD pour constituer un film de passivation à une température d'environ 400 C pour recouvrir toute la surface. Puis, on enlève par atta- que chimique des parties prédéterminées du film 11 de silice SiO2 pour former les trous de contact lla et llb. On dépose de l'aluminium pour recouvrir toute la surface et on attaque par voie chimique pour former les électrodes 12 et 13 dans les trous de contact lla et llb en préparant ainsi un transistor TFT de polysilicium à canal n. Le procédé classique de fabrication du transistor TFT de polysilicium en travaillant à basse température présente l'inconvénient suivant: le recuit pour le développement en phase solide du film de silicium amorphe 3 doit être distinct du recuit d'activation électrique des impuretés formant la région de source 9 et la région de drain 10, ce qui complique le procédé de fabrication. En outre bien -que la partie des impuretés implantées par voie ionique dans le film de polysiliclum 4 soit présente aux frontières des grains dans le film de polysicilium 4, il est difficile d'activer électrique- ment les impuretés présentes aux frontières des grains en procédant par recuit. C'est pourquoi, le rendement total de l'activation des impuretés est faible. Les ions d'im- puretés de dopage sont nécessairement soumis dans une certaine mesure à un effet de canal lors de l'implanta- tion ionique des impuretés dans le film de polysilicium 4. C'est pourquoi après le recuit, les impuretés de la région de source 9 et de la région de drain 10 ne sont pas activées uniformément. Un transistor TFT selon l'art anté- rieur pris comme référence est donné à titre d'exemple dans les articles de la 45ème Conférence de Japan Society of Applied Physics (1984) n0 14pA-4 jusqu'à 14p-A-6, PP. 407-408. Cette référence décrit un perfectionnement à un transistor TFT au polysilicium dont les caractéristi- ques du transistor sont perfectionnées grace à un film de polysilicium ultra-mince; ces perfectionnements concer- nent l'effet de croissance des grains de cristaux en phase solide et les caractéristiques de conduction du film de polysilicium ultra-mince obtenu par oxydation thermique; un autre perfectionnement des caractéristi- ques du transistor résulte du recuit de la structure dans une atmosphère d'hydrogène à une température de 400 C après formation d'un film de Si3N4 par un procédé CVD au plasma sur le transistor TFT au polysilicium ultra- mince pour obtenir cette structure. BUT ET RESUME DE L'INVENTION: La présente invention a pour but de créer un procédé de fabrication d'un transistor en film mince qui supprime les inconvénients ci-dessus d'un transistor en film mince classique. A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un transistor en film mince caractérisé en ce qu'on réalise un film semiconducteur polycristallin mince sur un support prédéterminé, on implante des ions prédéterminés dans le film semi-conduc- teur polycristallin mince pour former un film semi-conduc- teur amorphe mince, on réalise un film d'isolation de porte et une électrode de porte sur le film semi-conduc- teur amorphe mince, on forme une région de source et une région de drain en dopant des impuretés dans le film semi-conducteur amorphe mince en utilisant l'électrode de porte et le film isolant de porte comme masques, on recuit pour le développement en phase solide le film semi-conduc- teur amorphe mince et en même temps pour activer électri- quement les impuretés et former la région de source et la région de drain. Selon le procédé décrit ci-dessus, le recuit pour le développement en phase solide du film semi-conducteur amorphe mince n'a pas à être distinct du recuit d'activation électrique des impureteés pour former la région de source et la région de drain. Le procédé de fabrication peut ainsi se simplifier. De plus, les impuretés des régions de source et de drain peuvent être activées uniformément par comparaison avec les transistors classiques. COURTE DESCRIPTION DES DESSINS: La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - les figures lA-lG sont des vues en coupe schématique servant à expliquer les étapes de fabri- cation d'un transistor TFT au polysilicium, classique, au cours d'un procédé connu à basse température. - les figures 2A-2C sont des vues en coupe servant à expliquer les étapes de fabrication d'un transistor TFT au polysilicium à canal n selon le procédé de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION PREFERENTIEL: Un procédé de fabrication d'un tran- sistor TFT au polysilicium sera donné ci-après à titre d'exemple d'un mode de réalisation du procédé de fabrica- tion selon l'invention en se reportant aux dessins. Dans les figures 2A-2C, on utilisera les mêmes références numé- riques qu'aux figures lA-lG pour désigner les mêmes élé- ments et dont la description détaillée ne sera pas reprise le cas échéant. On dépose un film de polysilicium o (2) d'une épaisseur d'environ 800 A selon le procédé LPCVD sur un support en verre 1 à une température comprise entre environ 580 C et 600 C en procédant comme à la figure lA. On implante des ions Si+ dans le film de polysilicium (2) avec une énergie d'accélération de 40 keV et un dosage compris entre 1015 cm-2 à x 1015 cm -2 pour former un film de silicium amorphe 3 comme cela a été décrit à l'aide de la figure 1B. Selon la figure 2A, on attaque une partie prédéterminée du film de silicium amorphe 3 pour obtenir un schéma prédéterminé. On dépose un film 5 de o silice SiO2 ayant une épaisseur de l'ordre de 1000 A en utilisant le procédé LPCVD; ce dépôt se fait sur toute la surface exposée, de la même manière que cela a été décrit à propos de la figure 1D. On projette un film 6 O de Mo d'une épaisseur de l'ordre de 3000 A à la surface du film 5 de silice SiO2. Selon la figure 2B, on attaque séquentiellement des parties prédéterminées du film 6 de Mo et du film 5 de silice SiO2 pour former une électrode de porte 7 et un film d'isolation de porte 8 comme cela a été décrit à la figure 1E. Puis, on implante des ions P+ dans le film de silicium amorphe 3 en utilisant comme masques l'électrode de porte 7 et le film isolant de porte 8 (les ions de phosphore du film de silicium amor- phe 3 sont représentés par des petits cercles à la figure 2B). *À Le recuit se fait à une température de l'ordre de 600 C pour développer en phase solide le film de silicium amorphe 3 et former un film de polysili- cium 4 comme représenté à la figure 2C. En m&me temps, les ions de phosphore, dopés, sont activés électriquement pour former la région de source 9 et la région de drain 10 de type n. Puis, on réalise un film 11 de silice SIO2 comme film de passivation et on réalise les électrodes 12 et 13 pour préparer un transistor TFT de polysilicium à canal n de la même manière qu'à la figure 1G. Selon le mode de réalisation décrit ci-dessus, la croissance en phase solide du film de sili- cium'amorphe 3 et l'activation des impuretés pour former la région de source 9 et la région de drain 10 peuvent se faire au cours d'une seule opération de recuit. C'est pourquoi par comparaison avec le procédé classique repré- senté aux figures 1A-G1C, on peut supprimer une étape de 7. recuit, ce qui simplifie le procédé de fabrication. Au cours du procédé de recuit décrit ci-dessus, le développe- ment en phase solide du film de silicium amorphe 3 se fait simultanément à l'activation des impuretés implantées. C'est pourquoi, les impuretés de la région de source 9 et de la région de drain 10 peuvent être activées uniformé- ment par comparaison avec un transistor classique. Dans le procédé de recuit décrit ci- dessus, les noyaux des cristaux tendent à se former dans les régions d'implantation ioniques de phosphore à l'in- térieur du film de silicium amorphe 3 lors de la croissan- ce en phase solide du film 3. Le développement des noyaux pour former de petits cristaux, puis des grains de cris- taux de grandes dimensions augmente ainsi la dimension des grains de cristaux de la région de source 9 et de la région de drain 10 par comparaison avec les régions corres- pondantes du transistor classique. C'est pourquoi comme la surface des frontières des grains est diminuée par comparaison avec celle d'un transistor classique, on peut efficacement activer les impuretés d'une manière qui cor- respond à la diminution de la surface des frontières des grains. En utilisant de petits cristaux comme semences de cristaux, le développement des cristaux progresse suivant une direction parallèle à la surface du film de silicium amorphe 3. La dimension des grains des cristaux du film de polysilicium 4 obtenu par le développement en phase solide décrit cidessus dans la région de canal 4a (figure 2C) est supérieure à celle d'un transistor clas- sique. Un canal est réalisé dans la région de canal lors de la mise en oeuvre du transistor TFT. C'est pourquoi dans ce mode de réalisation, la mobilité des porteurs du transistor TFT est plus grande que celle d'un transistor TFT classique. Dans le mode de réalisation ci-dessus, comme les impuretés sont implantées sous forme d'ions pour constituer la région de source 9 et la région de drain 10 apres implantation du film de polysilicium 2 avec des ions Si+ pour former le film de silicium amorphe 3, il n'y a pratiquement pas d'effet de canal pour les impuretés ainsi implantées. Le profil des impuretés implantées dans le transistor TFT selon ce mode de réalisation est plus uniforme que celui du transistor TFT classique. C'est pourquoi, les impuretés de la région de source 9 et de la region de drain 10 peuvent être activées de façon plus uniforme que dans le transistor TFT classique. La présente invention est donnée à titre d'exemple dans le mode de réalisation particulier décrit ci-dessus sans que ce mode de réalisation ne cons- titue une limitation. Différentes variantes et modifica- tions peuvent être faites dans le cadre et dans l'esprit de l'invention. Par exemple, on peut utiliser des ions d'un élément électriquement inactif tel que F+ à la place de Si+ comme source-d'implantation d'ions pour transfor- mer le film de polysilicium 2 en un film amorphe. La source d'implantation d'ions formant la région de source 9 et la région de drain 10 n'est pas limitée non plus à P+ mais peut correspondre aux ions d'autres éléments le cas échéant. De plus, la matière de l'électrode de porte 7 peut être un autre métal réfractaire tel que par exemple W comprenant Mo ou encore un siliciure d'un métal réfrae- taire. Le film de polysilicium 2 peut être remplacé par un autre film mince semi-conducteur polycristallin. Le film de polysilicium 2 peut être obtenu par un autre pro- cedé que celui du procédé de décomposition par décharge à l'arc (procédé de plasma CVD) à la place du procédé LPCVD. Ainsi, le procédé de décomposition à décharge par arc permet de réaliser un film de polysilicium 2 à une température égale ou inférieure à 2000C. RE VE N D I CA TI 0 N S ) Procédé de fabrication d'un tran- sistor en film mince caractérisé en ce qu'on réalise un film semiconducteur polycristallin (2) sur un support prédéterminé (1), on implante des ions prédéterminés dans le film semi-conducteur polycristallin mince pour former un film semi-conducteur amorphe mince (3) , on réalise un film d'isolation de porte (8) et une électrode de porte (7) sur le film semi-conducteur amorphe (4), on dope des impuretés formant la région de source (9) et la région de drain (10) dans le film semi-conducteur amorphe (4) en utilisant l'électrode de porte (7) et le film isolant de porte (8) comme des masques, et on effectue un recuit pour développer en phase solide le film semi-conducteur amor- phe mince et en même temps pour activer électriquement les impuretés et former la région de source et la région de drain (9, 10). ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film semi-conducteur polycris- tallin (2) est un film de polysilicium. ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ions sont des ions Si+ suivant -2 15 -2 un dosage de 1015 cm2 à 5 x 1015cm2 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le film de polysicilium (2) est réalisé par le procédé de dépôt à la vapeur chimique, à basse pression sur un support, à une température comprise entre 580 C et 600 C. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le sup- port prédéterminé (1) est un support en verre. 6 ) Transistor en film mince TFT, caractérisé en ce qu'il est obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.