JP2004071754A

JP2004071754A - 半導体装置、半導体装置の製造方法および液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004071754A
Application number: JP2002227334A
Authority: JP
Inventors: Sumio Kato; 加藤　純男
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】均一な長さのＬＤＤ領域を形成する。
【解決手段】ゲート電極６の上面に酸化防止膜２２が形成され、ゲート電極６の側面に均一に高融点金属膜の酸化膜１７または高融点金属シリサイド膜の酸化膜が選択化学気相成長法を用いて自己整合により形成され、高融点金属膜の酸化膜１７または高融点金属シリサイド膜の酸化膜の下方のチャネル層２３を含む半導体層に、ドレイン領域１２およびソース領域１１に隣接するように、チャネル層２３の両側に低不純物濃度領域であるＬＤＤ領域１３が形成されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低不純物濃度のＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ）領域を有する半導体装置、その半導体装置の製造方法およびその半導体装置を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置等に使用する半導体装置である薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、画像の高密度化に伴い、形状の微細化が進んでいる。形状の微細化が進むと、ＭＯＳＦＥＴから成る薄膜トランジスタは、チャネル間隔が短くなるために、ドレイン領域の近傍で局所的に電界が強くなり、ホットキャリアが発生しやすくなる。ホットキャリアは、薄膜トランジスタのゲート酸化膜に注入され、薄膜トランジスタの閾値電圧を変化させるために、薄膜トランジスタの駆動特性が変動するという問題が懸念されている。この問題を防止するため、薄膜トランジスタは、ドレイン領域近傍に、不純物濃度を低くしたＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ）領域を設ける構造が採用されている。ＬＤＤ領域は、ドレイン領域近傍の電界を緩和するように作用し、ホットキャリアのゲート酸化膜への注入を抑制する。
【０００３】
また、薄膜トランジスタの製造方法では、薄膜トランジスタの微細化が進むにつれて、マスクパターンの位置合わせを必要としない自己整合（セルフアライメント）によって大面積の基板に均一に薄膜トランジスタを形成することが要求されている。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、上記のＬＤＤ領域が設けられた薄膜トランジスタの製造法の一例について説明する。
【０００５】
図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれＭＯＳＦＥＴから成る薄膜トランジスタの製造方法における工程を説明するための断面図である。
【０００６】
まず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１１０上に、ベースコート１２０を形成する。次に、そのベースコート１２０上に、厚さ４５ｎｍのシリコン層を堆積し、そのシリコン層を所定の形状に加工して半導体層１３０を形成する。その後、ベースコート１２０および半導体層１３０上に、ゲート絶縁膜１４０を堆積し、さらに、ゲート絶縁膜１４０上に、スパッタリング法等によって電極用金属膜を堆積する。電極用金属膜が堆積されると、この電極用金属膜上にレジストを塗布し、所定の領域を露光して、露光後のレジストをマスクとしてエッチングを行いゲート電極１６０を形成する。その後、ゲート電極１６０をマスクとして、イオン注入法によって不純物１７０を半導体層１３０に注入し、低不純物濃度領域１８０を形成する。
【０００７】
次に、図３（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１４０上のゲート電極１６０を覆うようにレジストによってパターニングし、パターニングされたレジスト２００をマスクとして、イオン注入法によって不純物１９０を半導体層１３０内の低不純物濃度領域１８０に注入し、高不純物濃度のソース領域２１０および高不純物濃度のドレイン領域２２０を形成する。この場合、ゲート電極１６０の下方の半導体層１３０の領域は、ゲート電極１６０がマスクとなり不純物１９０が注入されないためチャネル領域となる。また、低不純物濃度領域１８０のレジスト２００で覆われている部分も不純物１７０、１９０が注入されず、所定のＬＤＤ長さ２４０のＬＤＤ領域２３０となる。これによりＬＤＤ領域２３０を有する薄膜トランジスタが形成される。この場合、ＬＤＤ領域２３０のＬＤＤ長さ２４０のバラツキが薄膜トランジスタの駆動特性および信頼性に非常に影響を与えるため、ＬＤＤ長さ２４０を大面積のガラス基板１１０に均一に形成することが薄膜トランジスタの微細化を進めるために非常に重要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図３（ｂ）に示すゲート電極１６０を覆うレジスト２００のパターニングにおけるレジストパターンの線幅のバラツキ、および、ゲート電極とのパターンの位置ズレは、ＬＤＤ領域２３０のＬＤＤ長さ２４０のバラツキに直接影響する。このため、大面積のガラス基板１１０上に多数の薄膜トランジスタを形成し、各薄膜トランジスタのＬＤＤ領域２３０のＬＤＤ長さ２４０を均一にすることは、非常に困難であった。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、均一な長さのＬＤＤ領域を形成する半導体装置、その半導体装置の製造方法およびその半導体装置を用いた液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、基板上に、ドレイン領域およびソース領域を有する半導体層が形成され、ドレイン領域およびソース領域間の半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられた半導体装置であって、ゲート電極の上面には酸化防止膜が形成され、ゲート電極の側面には均一に高融点金属膜の酸化膜または高融点金属シリサイド膜の酸化膜が形成されており、高融点金属膜の酸化膜または高融点金属シリサイド膜の酸化膜の下方の半導体層に、ドレイン領域およびソース領域に隣接するように、低不純物濃度（ＬＤＤ）領域が形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】
また、好ましくは、本発明の半導体装置は、高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜が、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕ、ＷＳｉｘ、ＭｏＳｉｘおよびＴａＳｉｘのうちの少なくとも１つから構成される。
【００１２】
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置において、高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜は、選択化学気相成長法によって形成される。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に、少なくとも半導体層およびゲート絶縁膜を順番に積層する工程と、ゲート絶縁膜上に、上面に酸化防止膜が形成されたゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の側面に、選択的化学気相成長法を用いて、高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜の下方の半導体層に低不純物濃度（ＬＤＤ）領域を形成する工程と、ゲート電極の側面の高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜を熱処理によって酸化する工程と、を包含するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
本発明の液晶表示装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置を用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
本発明の液晶表示装置は、請求項４に記載の半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置を用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
上記構成により、以下、その作用を説明する。
【００１７】
本発明の半導体装置は、自己整合によってゲート電極の側面のみにタングステン（Ｗ）から成る均一な幅寸法の高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜が形成され、高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜の下方の半導体層に、高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜の均一な幅寸法に基づいて、均一な長さのＬＤＤ領域が形成され、さらに、高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜が熱処理されて、ゲート電極の側面に高融点金属膜の酸化膜または高融点金属シリサイド膜の酸化膜の側壁を形成する。これにより、本発明の半導体装置は、ＬＤＤ領域の長さが均一になるように、大面積の基板上に微細化されて形成され、液晶表示装置に用いることも可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態の半導体装置である薄膜トランジスタの要部を示す断面図である。
【００２０】
図１に示す薄膜トランジスタは、ガラス基板等の透明基板１上に、透明基板１からの不純物の拡散を防止するベースコート２が形成され、ベースコート２上の所定の領域に、シリコンから成る半導体層が形成されている。半導体層には、ソース領域１１およびドレイン領域１２が設けられ、ソース領域１１およびドレイン領域１２に隣接して低不純物濃度領域であるＬＤＤ領域１３がそれぞれ設けられ、さらに、各ＬＤＤ領域１３間にチャネル領域２３が設けられている。ベースコート２およびチャネル領域２３等の半導体層を覆うようにゲート絶縁膜４が形成され、チャネル領域２３上にゲート絶縁膜４を介してゲート電極６が形成されている。ゲート電極６の上面は、酸化防止膜２２によって被覆されており、ゲート電極６の側面は、選択化学気相成長法を用いて自己整合により形成されたタングステン（Ｗ）から成る均一な幅寸法の高融点金属膜の酸化膜１７で覆われている。高融点金属膜の酸化膜１７は、高融点金属シリサイド膜の酸化膜でも良い。また、高融点金属膜および高融点金属シリサイド膜は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕ、ＷＳｉｘ、ＭｏＳｉｘおよびＴａＳｉｘのうちの少なくとも１つから構成されていることが好ましい。ここで、高融点金属膜の酸化膜１７の下方に形成されたＬＤＤ領域１３は、自己整合により形成された高融点金属膜の酸化膜１７の均一な幅寸法に基づいて、ＬＤＤ領域１３の長さが均一に設定される。
【００２１】
ゲート電極６が形成されたゲート絶縁膜４上の全面には、層間絶縁膜１８が形成されている。半導体層であるソース領域１１およびドレイン領域１２上の層間絶縁膜１８およびゲート絶縁膜４には、それぞれソース領域１１およびドレイン領域１２に達するようにコンタクトホールがそれぞれ形成されている。各コンタクトホールには、Ａｌから成るソース電極１９およびドレイン電極２０が埋め込まれて、それぞれソース領域１１およびドレイン領域１２と電気的に接続されている。層間絶縁膜１８上には、ソース電極１９およびドレイン電極２０がパターン形成されている。また、ゲート電極６は、ゲート配線（図示せず）と電気的に接続されている。さらに、層間絶縁膜１８、ソース電極１９およびドレイン電極２０を覆うようにパッシベーション膜２１が形成されている。
【００２２】
続いて、図１に示す本発明の実施形態の半導体装置である薄膜トランジスタの製造方法を説明する。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｈ）は、それぞれ本発明の実施形態の半導体装置である薄膜トランジスタの製造方法における各工程を説明するための断面図である。
【００２４】
まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板等の透明基板１上に、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ_２膜から成るベースコート２を形成する。その後、ベースコート２上に、厚さ５０ｎｍのシリコン層を堆積し、そのシリコン層を所定の形状に加工して半導体層３を形成する。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示すように、ベースコート２および半導体層３上に、例えば、厚さ５０ｎｍのＳｉＯ_２膜から成るゲート絶縁膜４を堆積する。続いて、ゲート絶縁膜４上に、スパッタリング法によって、厚さ３５０ｎｍのタングステン５を堆積し、さらに、タングステン５上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ６００ｎｍのＳｉＮから成る酸化防止膜１５を堆積する。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示すように、タングステン５および酸化防止膜１５を所定の形状に加工し、タングステン５から成るゲート電極６、ゲート電極６上に酸化防止膜１５の一部である酸化防止膜２２を形成する。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、ゲート電極６および酸化防止膜２２をマスクとして、イオン注入法によって不純物７を半導体層３に注入し、低不純物濃度領域８を形成する。本実施形態では、例えば、不純物７がリン（Ｐ）、注入エネルギーが５〜１００ｋｅＶおよびドーズ量が３×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２の条件でイオン注入を行う。
【００２８】
次に、透明基板１を、石英から成るコールドウォール型のチャンバー内に配置する。チャンバー内に配置された透明基板１上のゲート酸化膜４および酸化防止膜２２の表面側からランプ加熱を行い、透明基板１の基板温度を２６０℃にする。同時に、チャンバー内の圧力を０．１ｔｏｒｒに設定し、流量３０ｓｃｃｍのＷＦ_６および流量１８ｓｃｃｍのＳｉＨ_４の二種類の原料ガスを流入させる。
【００２９】
これにより、図２（ｅ）に示すように、ゲート電極６の側面のみにタングステンから成る均一な幅寸法の高融点金属膜１６が選択的に成長する。本実施形態は、原料ガスのＷＦ_６に含まれるＷ（タングステン）が、導電性物質の表面には堆積し、非導電性物質の表面には堆積しない選択的化学気相成長法を利用しており、成膜時間９５秒で厚さ５００ｎｍの高融点金属膜１６を自己整合により形成した。したがって、高融点金属膜１６は、非導電性物質であるゲート絶縁膜４上には成長しない。ここで、高融点金属膜１６の代わりに高融点金属シリサイド膜を形成しても良い。また、高融点金属膜１６および高融点金属シリサイド膜は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕ、ＷＳｉｘ、ＭｏＳｉｘおよびＴａＳｉｘのうちの少なくとも１つから構成されていることが好ましい。
【００３０】
次に、図２（ｆ）に示すように、ゲート電極６、酸化防止膜２２および高融点金属膜１６をマスクとして、イオン注入法によって不純物９を半導体層３内の低不純物濃度領域８に注入し、高不純物濃度のソース領域１１および高不純物濃度のドレイン領域１２を形成する。本実施形態では、高不純物濃度領域を形成するために、例えば、不純物９がリン、注入エネルギーが５〜１００ｋｅＶおよびドーズ量が５×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２の条件でイオン注入を行う。この場合、ゲート電極６の下方の半導体層３の領域は、上記マスクによって不純物７、９が注入されないためチャネル領域２３となる。また、高融点金属膜１６の下方の低不純物濃度領域８は、上記マスクによって不純物９が注入されないためＬＤＤ領域１３となる。高融点金属膜１６の下方に形成されたＬＤＤ領域１３は、高融点金属膜１６が直接マスクとして作用しているので、ＬＤＤ領域１３の長さ（幅寸法）も均一となる。
【００３１】
次に、図２（ｇ）に示すように、高融点金属膜１６を酸化するとともに、ソース領域１１、ドレイン領域１２、ＬＤＤ領域１３の電気的活性化を促すために、透明基板１上の全体の熱処理を行う。高融点金属膜１６は、酸化されて高融点金属膜の酸化膜１７となる。高融点金属膜１６が高融点金属シリサイド膜の場合は、酸化されて高融点金属シリサイド膜の酸化膜となる。この場合、熱処理は、酸素雰囲気中で温度５５０℃、時間１〜２４０分の条件で行う。
【００３２】
次に、例えば、透明基板１のゲート酸化膜４上の全体に、ＣＶＤ法によって、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）を用いてＳｉＯ_２膜からなる層間絶縁膜１８を堆積し、ソース領域１１、ドレイン領域１２およびゲート電極６上にコンタクトのためのコンタクトホールを開口する。その後、コンタクトホールを埋め込むように、Ａｌから成るゲート配線（図示せず）、ソース電極１９およびドレイン電極２０を形成し、それぞれをゲート電極６、ソース領域１１およびドレイン領域１２と電気的にそれぞれ接続させる。最後に、ソース電極１９、ドレイン電極２０および層間絶縁膜１８上に、パッシベーション膜２１を形成し、図２（ｈ）に示すような薄膜トランジスタが完成する。
【００３３】
このような構成により、本発明の半導体装置である薄膜トランジスタは、選択的化学気相成長法を用いることによって、ゲート電極の側面のみに自己整合によりタングステン（Ｗ）から成る均一な幅寸法の高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜が形成され、さらに、高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜が熱処理されて、ゲート電極の側面に高融点金属膜の酸化膜または高融点金属シリサイド膜の酸化膜の側壁を形成する。これにより、高融点金属膜の酸化膜または高融点金属シリサイド膜の酸化膜の下方に形成されたＬＤＤ領域は、高融点金属膜の酸化膜または高融点金属シリサイド膜の酸化膜の均一な幅寸法に基づいて、ＬＤＤ領域１３の長さが均一に設定される。
【００３４】
したがって、本発明の薄膜トランジスタは、レジストのパターニングによってＬＤＤ領域２３０を形成した従来の薄膜トランジスタと比較して、自己整合によって形成された高融点金属膜１６の均一な幅寸法に基づいて、均一な長さのＬＤＤ領域１３が形成されるために、大面積の透明基板１上にＬＤＤ領域１３の長さが均一になるように微細化されて形成される。
【００３５】
また、本発明の薄膜トランジスタは、ＬＤＤ領域１３の長さが均一になるように、大面積の透明基板１上に微細化されて形成されるために、本発明の薄膜トランジスタを液晶表示装置に用いることにより、製造歩留まりが良く信頼性の高い液晶表示装置の作製が可能となる。
【００３６】
さらに、本発明の薄膜トランジスタは、前述した本実施形態に限定されるものではなく各種の変形が可能である。本実施形態では、ソース領域１１、ドレイン領域１２、ＬＤＤ領域１３の形成には不純物としてリン（Ｐ）を注入しＮ型薄膜トランジスタを形成したが、他の不純物を注入しＰ型薄膜トランジスタを形成しても良く、各層の膜の種類および各不純物の材質も任意に選んで良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、ゲート電極の上面に酸化防止膜が形成され、ゲート電極の側面に均一に高融点金属膜の酸化膜または高融点金属シリサイド膜の酸化膜が形成され、高融点金属膜の酸化膜または高融点金属シリサイド膜の酸化膜の下方の半導体層に、ドレイン領域およびソース領域に隣接するように、低不純物濃度（ＬＤＤ）領域が形成されていることにより、均一な長さのＬＤＤ領域が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の半導体装置である薄膜トランジスタの要部を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｈ）は、それぞれ本発明の実施形態の半導体装置である薄膜トランジスタの製造方法における各工程を説明するための断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来の半導体装置である薄膜トランジスタの製造方法における工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１　　透明基板
２　　ベースコート
３　　半導体層
４　　ゲート絶縁膜
５　　タングステン
６　　ゲート電極
７　　不純物
９　　不純物
８　　低不純物濃度領域
１１　ソース領域
１２　ドレイン領域
１３　ＬＤＤ領域
１５　酸化防止膜
１６　高融点金属膜（または、高融点金属シリサイド膜）
１７　高融点金属膜の酸化膜（または、高融点金属シリサイド膜の酸化膜）
１８　層間絶縁膜
１９　ソース電極
２０　ドレイン電極
２１　パッシベーション膜
２２　酸化防止膜
２３　チャネル領域

Claims

基板上に、ドレイン領域およびソース領域を有する半導体層が形成され、該ドレイン領域および該ソース領域間の該半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられた半導体装置であって、
該ゲート電極の上面には酸化防止膜が形成され、該ゲート電極の側面には均一に高融点金属膜の酸化膜または高融点金属シリサイド膜の酸化膜が形成されており、該高融点金属膜の酸化膜または該高融点金属シリサイド膜の酸化膜の下方の該半導体層に、該ドレイン領域および該ソース領域に隣接するように、低不純物濃度（ＬＤＤ）領域が形成されていることを特徴とする半導体装置。
前記高融点金属膜または前記高融点金属シリサイド膜が、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕ、ＷＳｉｘ、ＭｏＳｉｘおよびＴａＳｉｘのうちの少なくとも１つから構成される請求項１に記載の半導体装置。
前記高融点金属膜または前記高融点金属シリサイド膜は、選択化学気相成長法によって形成される請求項２に記載の半導体装置。
基板上に、少なくとも半導体層およびゲート絶縁膜を順番に積層する工程と、
該ゲート絶縁膜上に、上面に酸化防止膜が形成されたゲート電極を形成する工程と、
該ゲート電極の側面に、選択的化学気相成長法を用いて、高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜を形成する工程と、
該高融点金属膜または該高融点金属シリサイド膜の下方の該半導体層に低不純物濃度（ＬＤＤ）領域を形成する工程と、
該ゲート電極の側面の高融点金属膜または高融点金属シリサイド膜を熱処理によって酸化する工程と、
を包含する半導体装置の製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置を用いた液晶表示装置。
請求項４に記載の半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置を用いた液晶表示装置。