JP2006287238A - Flip-flop circuit and static ram employing it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス等の絶縁材料、あるいはシリコンウェハー上に設けられた酸化珪素等の絶縁表面上に形成される絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ(TFT)を用いた半導体集積回路に関する。本発明は、多層構造のトランジスタを用いた集積回路(多層型半導体集積回路、立体型半導体集積回路、3次元型半導体集積回路ともいう)に関するもので、例えば、第1層のトランジスタとして、単結晶半導体表面に設けられた電界効果トランジスタ、第2層のトランジスタとしてTFTを用いたものや、第1層および第2層のトランジスタとしてTFTを用いたものに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit using an insulating gate type field effect transistor (TFT) formed on an insulating surface such as an insulating material such as glass or silicon oxide provided on a silicon wafer. The present invention relates to an integrated circuit using a multilayer transistor (also referred to as a multilayer semiconductor integrated circuit, a three-dimensional semiconductor integrated circuit, or a three-dimensional semiconductor integrated circuit). The present invention relates to a field effect transistor provided on a semiconductor surface, a transistor using a TFT as a second layer transistor, and a transistor using a TFT as a first layer and a second layer transistor.
近年、半導体集積回路の集積度を向上させるため、集積回路を多層構造とした多層型集積回路が提案されている。このような多層型集積回路としては、シリコンウェファーのような単結晶基板上に第1層の半導体素子層を形成し、その上にTFTを用いて第2層の半導体素子層を形成するというものである。こうすることにより、トランジスタの面積を従来より半減することが可能となった。このような多層型集積回路は、上記の例に限らず、第1層、第2層ともTFTであってもよいし、さらに第3層、第4層の半導体素子層が設けられてもよい。 In recent years, in order to improve the integration degree of a semiconductor integrated circuit, a multilayer integrated circuit having a multilayer structure of the integrated circuit has been proposed. As such a multilayer integrated circuit, a first semiconductor element layer is formed on a single crystal substrate such as a silicon wafer, and a second semiconductor element layer is formed thereon using a TFT. It is. In this way, the area of the transistor can be halved compared to the prior art. Such a multilayer integrated circuit is not limited to the above example, and both the first layer and the second layer may be TFTs, and third and fourth semiconductor element layers may be provided. .
しかし、これまでは第1層のトランジスタと第2層のトランジスタの接続についてはあまり考慮されることがなかった。例えば、下層のトランジスタのソース(もしくはドレイン)と上層のトランジスタのゲイト配線を接続する場合には、上層のゲイト配線を形成した後で、その上に層間絶縁物を形成して、それをエッチングして、下層のトランジスタのソースおよび上層のトランジスタのゲイト配線にコンタクトホールを形成し、このコンタクトを結ぶ配線を前記層間絶縁物上に形成していた。 However, the connection between the first layer transistor and the second layer transistor has not been considered so far. For example, when connecting the source (or drain) of the lower transistor and the gate wiring of the upper transistor, after forming the upper gate wiring, an interlayer insulator is formed on the gate wiring and etched. Thus, a contact hole is formed in the source of the lower transistor and the gate wiring of the upper transistor, and a wiring connecting the contacts is formed on the interlayer insulator.
すなわち、下層のトランジスタの層間絶縁物形成後の工程は以下のようになった。
1)上層のトランジスタ(TFT)の活性半導体層およびゲイト絶縁膜の形成
2)TFTのゲイト配線の形成
3)TFTのソース/ドレインの形成
4)TFTの第1の層間絶縁物の形成
5)下層のトランジスタのソースへのコンタクトホールの形成。
6)TFTのゲイト配線へのコンタクトホールの形成。
7)第1の層間配線の形成(下層のトランジスタのソースとTFTのゲイト配線を結ぶ)
8)TFTの第2の層間絶縁物の形成
9)TFTのソースもしくはドレインへのコンタクトホールの形成と第2の層間配線の形成(TFTのソースもしくはドレインから延びる配線)
That is, the process after the formation of the interlayer insulator of the lower-layer transistor is as follows.
1) Formation of active semiconductor layer and gate insulating film of upper transistor (TFT) 2) Formation of gate wiring of TFT 3) Formation of TFT source / drain 4) Formation of first interlayer insulator of TFT 5) Lower layer A contact hole to the source of the transistor.
6) Formation of contact hole to gate wiring of TFT.
7) Formation of first interlayer wiring (connecting source of lower layer transistor and gate wiring of TFT)
8) Formation of second interlayer insulator of TFT 9) Formation of contact hole to TFT source or drain and formation of second interlayer wiring (wiring extending from TFT source or drain)
上記の例では、工程5)および6)において、下層のトランジスタのソースとTFTのゲイト配線とのコンタクトは同時に形成できなくはないが、現実には、下層トランジスタのソースのコンタクトホールは、下層トランジスタを覆う層間絶縁物とTFTの第1の層間絶縁物をエッチングしなければならないのに対し、TFTのゲイト配線のコンタクトホールはTFTの第1の層間絶縁物をエッチングするだけでよく、ホールの深さにして、0.3〜1μm程度の差が生じ、例えば、TFTのゲイト配線のオーバーエッチ等をもたらし、エッチング工程における歩留りを低下させる原因となった。このため、通常は、上記のように2工程に分けておこなわれた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、プロセスをより簡単にすることを目的とする。
In the above example, in steps 5) and 6), the contact between the source of the lower transistor and the gate wiring of the TFT cannot be formed at the same time. Whereas the interlayer insulator covering the TFT and the first interlayer insulator of the TFT must be etched, the contact hole of the TFT gate wiring only needs to etch the first interlayer insulator of the TFT, and the depth of the hole Then, a difference of about 0.3 to 1 μm is generated, which causes, for example, overetching of the gate wiring of the TFT and causes a decrease in yield in the etching process. For this reason, it was usually performed in two steps as described above.
The present invention has been made in view of such problems, and aims to simplify the process.
本発明においては、下層のトランジスタのソースもしくはドレインのどちらか一方を上層のトランジスタ(TFT)のゲイト配線とコンタクトさせることによって、上記の問題を解決する。この場合、TFTのゲイト配線の終端の一方は、下層のトランジスタのソースもしくはドレインのいずれか一方である。特に、本発明においては、TFTの配線をアルミニウムを主成分とする材料によって構成し、さらに、TFTのソース/ドレインへ不純物を導入する工程もしくは導入後の工程にレーザーを用いることを特徴とする。例えば、不純物をイオン注入等の手段によってTFTの活性半導体層に導入した後、レーザーアニールをおこなう方法や、不純物を含む雰囲気(ジボランやホスフィン)中においてレーザー照射をおこなう方法(レーザードーピング)である。 In the present invention, either the source or drain of the lower transistor is brought into contact with the gate wiring of the upper transistor (TFT) to solve the above problem. In this case, one end of the gate wiring of the TFT is either the source or the drain of the lower transistor. In particular, the present invention is characterized in that the TFT wiring is made of a material mainly composed of aluminum, and a laser is used in a step of introducing impurities into the source / drain of the TFT or a step after the introduction. For example, there are a method in which an impurity is introduced into an active semiconductor layer of a TFT by means such as ion implantation and then laser annealing, or a method in which laser irradiation is performed in an atmosphere (diborane or phosphine) containing impurities (laser doping).
(作用)
本発明を用いて、先に示した下層のトランジスタのソースとTFTのゲイト配線の接続する場合のプロセスは以下のようになる。
1)上層のトランジスタ(TFT)の活性半導体層およびゲイト絶縁膜の形成
2)下層のトランジスタのソースへのコンタクトホールの形成。
3)TFTのゲイト配線の(=下層トランジスタのソースへの配線)形成
4)TFTのソース/ドレインの形成
5)TFTの層間絶縁物の形成
6)TFTのソースもしくはドレインへのコンタクトホールの形成。
7)第2の層間配線の形成(TFTのソースもしくはドレインから延びる配線)
このように、コンタクトホールおよび層間絶縁物の形成の工程が省略され、歩留りが向上する。
(Function)
The process for connecting the source of the lower layer transistor and the gate wiring of the TFT described above using the present invention is as follows.
1) Formation of active semiconductor layer and gate insulating film of upper transistor (TFT) 2) Formation of contact hole to source of lower transistor.
3) Formation of TFT gate wiring (= wiring to the source of lower layer transistor) 4) Formation of TFT source / drain 5) Formation of interlayer insulator of TFT 6) Formation of contact hole to source or drain of TFT.
7) Formation of second interlayer wiring (wiring extending from TFT source or drain)
Thus, the process of forming the contact hole and the interlayer insulator is omitted, and the yield is improved.
本発明によって、多層半導体集積回路を歩留り良く作製することができた。本発明に用いられるTFTは、実施例に示したような単純な構造のものだけでなく、低濃度ドレイン(LDD)を有するものや、さまざまなオフセット構造を有するものであってもよいことはいうまでもない。また、下層と上層のトランジスタの導電型は、実施例のように異種のものであっても、また、同じものであってもよい。 According to the present invention, a multilayer semiconductor integrated circuit can be manufactured with high yield. The TFT used in the present invention is not limited to a simple structure as shown in the embodiments, but may have a low concentration drain (LDD) or may have various offset structures. Not too long. Further, the conductivity types of the lower and upper transistors may be different from each other as in the embodiment or may be the same.
図1に本発明の例(作製工程断面図)を示す。まず、単結晶シリコンウェハー101上面に公知のMOSプロセスによって下層のトランジスタを形成した。すなわち、フィールド絶縁物102、ゲイト熱酸化膜103、N+型多結晶シリコンのゲイト電極104、N型のソース105、ドレイン106、層間絶縁物107を形成した。ソース/ドレインは、低濃度ドレイン(LDD)を有する構成としてもよい。層間絶縁物はCVD法等によって、できるだけ平坦になるように形成し、場合によっては、化学的機械研磨(CMP)法によって、表面を平坦化してもよい。このような処理をした後、窒素雰囲気中、900〜1100℃で、1〜5時間アニールして、層間絶縁物107の表面を緻密化した。(図1(A))
FIG. 1 shows an example of the present invention (production process sectional view). First, a lower layer transistor was formed on the upper surface of the single crystal silicon wafer 101 by a known MOS process. That is, a
その後、プラズマCVD法やLPCVD法によってアモルファスシリコン膜を100〜5000Å、好ましくは300〜1000Å堆積し、これを、550〜600℃の還元雰囲気に4〜24時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させたシリコン膜をパターニング・エッチングして、TFTの活性半導体層108とした。さらに、酸素雰囲気中、900〜1100℃で、1〜5時間アニールして、表面に熱酸化膜109を形成した。(図1(B))
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited in a thickness of 100 to 5000, preferably 300 to 1000 by plasma CVD or LPCVD, and allowed to stand in a reducing atmosphere at 550 to 600 ° C. for 4 to 24 hours for crystallization. This step may be performed by laser irradiation. Then, the silicon film crystallized in this manner was patterned and etched to form an
その後、層間絶縁物107をエッチングして、下層のトランジスタのソース105、ドレイン106にコンタクトホールを形成した。そして、厚さ1000Å〜3μmのアルミニウム(1wt%のSi、もしくは0.1〜0.3wt%のSc(スカンジウム)を含む)膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。この際には、以下のような多段階の成膜プロセス(例えば、Extended Abstracts of 1993 International Conference on Solid State Devices and Materials, Makuhari, 1993, pp180−182)を経てもよかった。すなわち、最初にジメチル・アルミニウム・ハイドライド(DMAH、AlH(CH3)2)を用いたCVD法によって、コンタクトホール部に選択的にアルミニウムを形成した。そして、コンタクトホールが完全に埋まった段階で、スパッタ法によって、全面にアルミニウムを形成した。このプロセスはマルチチャンバーシステムにおいて、連続的におこなうことができる。
After that, the
このようにして、アルミニウム膜を形成した後、これをパターニング・エッチングして、下層のトランジスタのソース配線110、ドレイン配線111、ゲイト配線112を形成した。ここで、注意しなければならないことは、図1では図示されていないが、下層のトランジスタのドレイン配線111とTFTのゲイト配線112は一体となっていることである。したがって、この段階で、下層のトランジスタのドレインとTFTのゲイト配線は電気的に接続されている。(図1(C))
After the aluminum film was formed in this way, this was patterned and etched to form the
そして、イオンドーピング法によって、TFTの活性半導体層108に、ゲイト配線112をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、P型のソース113、ドレイン114を形成した。ドーピングガスとしてはジボラン(B2H6)を用いた。その後、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。レーザーとしては、XeClエキシマーレーザー(波長308nm、パルス幅50nsec)を用いてもよかった。
Then, by ion doping, impurities were implanted in a self-aligned manner into the
なおエキシマーレーザー以外に、他のレーザーを用いてもよいことはいうまでもない。パルスレーザーに関しては、Nd:YAGレーザー(Qスイッチパルス発振が望ましい)のごとき赤外光レーザーやその第2高調波のごとき可視光レーザーが使用できる。また、レーザー光は、基板側から照射してもよい。この場合には下に存在する珪素半導体膜を透過するレーザー光を選択する必要がある。このようにして、ソース113、ドレイン114を活性化させた。(図1(D))
Needless to say, other lasers may be used in addition to the excimer laser. As for the pulse laser, an infrared laser such as an Nd: YAG laser (preferably Q-switch pulse oscillation) or a visible laser such as a second harmonic thereof can be used. Moreover, you may irradiate a laser beam from the board | substrate side. In this case, it is necessary to select a laser beam that passes through the underlying silicon semiconductor film. In this way, the source 113 and the
最後に、全面に層間絶縁物115として、CVD法によって酸化珪素膜を厚さ2000Å〜1μm、例えば、3000Å形成した。さらに、TFTのソース113、ドレイン114、および下層のトランジスタのソース配線110にコンタクトホールを形成し、アルミニウム配線116、117、118を2000Å〜1μm、例えば5000Åの厚さに形成した。このアルミニウム配線116〜118とコンタクトする部分との間にバリヤメタルとして、例えば窒化チタンを形成するとより一層、信頼性を向上させることができた。(図1(E))
Finally, a silicon oxide film having a thickness of 2000 to 1 μm, for example, 3000 μm, was formed as an
かくすることにより、相補型の構成を得ることができた。重要なことは、これまでの相補型FETは、多層型であっても、インバータの思想を中心としていたためPチャネルFETとNチャネルFETのゲイト電極を同時に形成していた。しかし、本発明は、相補型FETにおいて、一方のゲイト電極と他方のソースまたはドレインの配線とを金属材料で形成したものである。
図2、図3には本実施例を用いて、フリップフロップ回路を形成する例を示す。図2(A)は、下層トランジスタのソース/ドレインおよびゲイト配線等を示す。図の左上の十文字200はマーカーを意味する。図の斜線部はソース/ドレインを表し、太線はゲイト配線を意味する。すなわち、図2(A)においては、下層トランジスタのドレイン201、202、同じくソース203、ゲイト配線206、207が示される。ソース203は、そのまま電源供給線204、205となり、接地される。(図2(A))
In this way, a complementary configuration could be obtained. Importantly, even though the conventional complementary FETs are multi-layered, the gate electrode of the P-channel FET and the N-channel FET has been formed at the same time because the idea of the inverter is the center. However, according to the present invention, in the complementary FET, one gate electrode and the other source or drain wiring are formed of a metal material.
2 and 3 show an example of forming a flip-flop circuit using this embodiment. FIG. 2A shows the source / drain and gate wiring of the lower layer transistor. A
図2(B)は、TFTのソース/ドレイン(活性半導体層)およびゲイト配線、コンタクトの位置等を示す。図の斜線部はソース/ドレインを表し、太線はゲイト配線を意味する。すなわち、図2(B)においては、TFTのドレイン208、209、同じくソース210、ゲイト配線213、214が示される。ソース210は、そのまま電源供給線211、212となり、外部の電源に接続される。コンタクト215は下層の第1のトランジスタのゲイト配線206に、コンタクト216は下層の第2のトランジスタのドレイン202に、コンタクト218は下層の第2のトランジスタのゲイト配線207に、コンタクト217は下層の第1のトランジスタのドレイン201に、それぞれ接続する。また、コンタクト215と216、およびコンタクト217と218が、それぞれTFTのゲイト配線213、214によって接続されるため、下層の第1のトランジスタのゲイト配線206と第2のトランジスタのドレイン202、および、下層の第2のトランジスタのゲイト配線207と第1のトランジスタのドレイン201が互いに接続される。
FIG. 2B shows the source / drain (active semiconductor layer), gate wiring, contact position, and the like of the TFT. The hatched portion in the figure represents the source / drain, and the thick line represents the gate wiring. That is, in FIG. 2B, the
図2(C)は、TFTのソース/ドレイン配線とコンタクトの位置を示す。すなわち、図2(C)においては、第1のTFTのドレイン208と第2のTFTのゲイト配線214がコンタクト221、222と配線219によって接続され、同じく、第2のTFTのドレイン209と第1のTFTのゲイト配線213がコンタクト223、224と配線220によって接続される。(図2(C))
図2から特徴的なことは、下層のトランジスタのチャネルとTFTのチャネルが60〜120°の角度をなすように配置されていることであり、こうすることにより無駄なスペースを極力無くすことができる。より集積度を高めるには、この角度は80〜100°、好ましくは90°となるようにすることが効果的である。
FIG. 2C shows the positions of the source / drain wirings and contacts of the TFT. That is, in FIG. 2C, the
What is characteristic from FIG. 2 is that the channel of the lower-layer transistor and the channel of the TFT are arranged so as to form an angle of 60 to 120 °, so that useless space can be eliminated as much as possible. . In order to further increase the degree of integration, it is effective to make this angle 80 to 100 °, preferably 90 °.
図3(B)は、図2(A)および(B)を重ね合わせたものである。重なりがわるように、意図的に重なりをわずかにずらしてある。図3(C)は、図3(B)にさらに、図2(C)を重ねたものである。このようにして、図3(A)に示すようなフリップフロップ回路が得られた。図3(A)の点A、B、C、D、E、F、G、Hは、図2の216(223、224)、215、218、217(221、222)、204、205、211、212に、それぞれ対応する。 FIG. 3B is a superposition of FIGS. 2A and 2B. The overlap is intentionally shifted slightly so that the overlap occurs. FIG. 3C is obtained by further superimposing FIG. 2C on FIG. In this way, a flip-flop circuit as shown in FIG. 3A was obtained. Points A, B, C, D, E, F, G, and H in FIG. 3A are represented by 216 (223, 224), 215, 218, 217 (221, 222), 204, 205, and 211 in FIG. , 212 respectively.
本実施例をさらに発展させて、CMOSフリップフロップ回路を用いたスタティックRAM(SRAM)を構成した例を図4に示す。図の点線で囲まれた部分は、SRAMの1ビットセルの専有面積を示す。図3(D)は図3(A)のフリップフロップ回路に選択トランジスタを左右に付属させたSRAMの単位回路を示す。同様に本発明の構成を用いることによりセル面積をより小さくすることができる。
図4(A)は、このSRAM回路の下層トランジスタのソース/ドレインおよびゲイト配線等を示す。図の斜線部はソース/ドレインを表し、太線はゲイト配線を意味する。すなわち、図2(A)においては、下層トランジスタのドレイン401、402、選択トランジスタのソース403、404、ゲイト配線405、406、およびワード線(選択トランジスタのゲイト配線)407が示される。下層トランジスタのソースはVLの電位に保たれる。(図4(A))
FIG. 4 shows an example in which this embodiment is further developed and a static RAM (SRAM) using a CMOS flip-flop circuit is configured. A portion surrounded by a dotted line in the figure indicates an exclusive area of the SRAM 1-bit cell. FIG. 3D shows an SRAM unit circuit in which selection transistors are attached to the left and right of the flip-flop circuit of FIG. Similarly, the cell area can be further reduced by using the configuration of the present invention.
FIG. 4A shows the source / drain and gate wiring of the lower layer transistor of this SRAM circuit. The hatched portion in the figure represents the source / drain, and the thick line represents the gate wiring. That is, FIG. 2A shows drains 401 and 402 of lower layer transistors, sources 403 and 404 of selection transistors, gate wirings 405 and 406, and word lines (gate wirings of selection transistors) 407. The source of the lower transistor is kept at a potential of VL . (Fig. 4 (A))
図4(B)は、TFTのソース/ドレイン(活性半導体層)およびゲイト配線、コンタクトの位置等を示す。図の斜線部はソース/ドレインを表し、太線はゲイト配線等を意味する。すなわち、図4(B)においては、TFTのドレイン408、409、ゲイト配線410、411、選択トランジスタのソース配線412、413が示される。TFTのソースは、そのままVHの電位に保たれる。ゲイト配線410、411のコンタクトの配置は、実質的には図2(B)のものと同じである。(図4(B))
FIG. 4B shows the source / drain (active semiconductor layer), gate wiring, contact position, and the like of the TFT. The hatched portion in the figure represents the source / drain, and the thick line represents a gate wiring or the like. That is, FIG. 4B shows TFT drains 408 and 409, gate wirings 410 and 411, and selection transistor source wirings 412 and 413. The source of the TFT is kept at the potential of V H as it is. The arrangement of the contacts of the
図4(C)は、TFTのソース/ドレイン配線とコンタクトの位置を示す。すなわち、図4(C)においては、第1のTFTのドレイン408と第2のTFTのゲイト配線411が配線416によって接続され、同じく、第2のTFTのドレイン409と第1のTFTのゲイト配線410が配線417によって接続される。また、ビット線(選択トランジスタのソース配線)414、415もこの層に設けられる。(図4(C))
図4(D)は、図4(A)、(B)、(C)を重ね合わせたものである。このようにして、SRAMの1ビットセルが形成される。図4に示したセルは1ビットの面積を極力少なくするようにレイアウトされたものである。
FIG. 4C shows the positions of the source / drain wirings and contacts of the TFT. That is, in FIG. 4C, the drain 408 of the first TFT and the
FIG. 4D is a superposition of FIGS. 4A, 4B, and 4C. In this way, a 1-bit cell of SRAM is formed. The cell shown in FIG. 4 is laid out so as to minimize the area of 1 bit.
図5に本発明の例(作製工程断面図)を示す。まず、実施例1と同様に単結晶シリコンウェハー501上にフィールド絶縁物502、ゲイト熱酸化膜503、N+型多結晶シリコンのゲイト電極504、P型のソース505、ドレイン506、層間絶縁物507を形成し、下層のトランジスタとした。
その後、アモルファスシリコン膜を100〜5000Å、好ましくは300〜1000Å堆積し、これを、550〜600℃の還元雰囲気に4〜24時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させたシリコン膜をパターニング・エッチングして、TFTの活性半導体層508とした。さらに、酸素雰囲気中、900〜1100℃で、1〜5時間アニールして、表面に熱酸化膜509を形成した。(図5(A))
FIG. 5 shows an example of the present invention (production process sectional view). First, as in the first embodiment, a
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited to a thickness of 100 to 5000, preferably 300 to 1000, and left to stand in a reducing atmosphere at 550 to 600 ° C. for 4 to 24 hours for crystallization. This step may be performed by laser irradiation. Then, the silicon film crystallized in this way was patterned and etched to obtain an
その後、層間絶縁物507をエッチングして、下層のトランジスタのソース505、ドレイン506にコンタクトホールを形成した。そして、厚さ1000Å〜3μmのアルミニウム(1wt%のSi、もしくは0.1〜0.3wt%のSc(スカンジウム)を含む)膜を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。そして、その表面に公知のスピンコート法によってフォトレジストを形成し、公知のフォトリソグラフィー法によって、パターニングをおこなった。そして、燐酸によって、アルミニウム膜のエッチングをおこなった。このようにして、下層のトランジスタのソース配線510、ドレイン配線511、ゲイト配線512を形成した。この際にも、下層のトランジスタのドレイン配線511とTFTのゲイト配線512は一体となっている。また、これらのアルミニウム配線上にはフォトレジストのマスク513、514、515が残存したままとなり、配線の側面はフォトレジストの側面よりも内側にある。(図5(B))
After that, the
この状態で、イオンドーピング法によって、TFTの活性半導体層508に、フォトレジスト515をマスクとして自己整合的にN型不純物(ここでは燐)を注入し、N型のソース516、ドレイン517を形成した。ここで、フォトレジスト515に対して、ゲイト電極512は距離xだけ内側にあるため、図に示したように、ゲイト電極とソース/ドレインが重ならないオフセット状態となっている。距離xは、アルミニウム配線の際のエッチング時間を加減することによって増減できる。xとしては、0.3〜5μmが好ましかった。このような構造のTFTをオフセットゲイト型TFTという。(図5(C))
In this state, an N-type impurity (phosphorus in this case) is implanted into the TFT
その後、フォトレジスト513〜515を剥離し、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。最後に、全面に層間絶縁物518として、CVD法によって酸化珪素膜を厚さ2000Å〜1μm、例えば、3000Å形成した。さらに、TFTのソース516、ドレイン517、および下層のトランジスタのソース配線510にコンタクトホールを形成し、アルミニウム配線519、520、521を2000Å〜1μm、例えば5000Åの厚さに形成した。(図5(D))
Thereafter, the
本実施例ではTFTはNチャネル型であった。本来であれば、Nチャネル型のTFTでは、移動度が大きい半面、ゲイト電極に負の電圧が印加されるとソース/ドレイン間のリーク電流が増加して実用上の困難をきたすのであるが、本実施例のように、オフセット形とすることによって、ドレイン近傍の電界強度を緩和し、上記のリーク電流を抑制することができた。
実施例1(図1)の場合には、TFTとしてPチャネル型を用いたが、これは移動度が小さく、単結晶シリコン上の移動度の大きなNMOSトランジスタと組み合わせてCMOSを構成する上で問題があったが、本実施例では、下層のMOSトランジスタが移動度の小さいPMOSであり、移動度のバランスが取りやすかった。
In this embodiment, the TFT is an N-channel type. Originally, an N-channel TFT has high mobility, but when a negative voltage is applied to the gate electrode, the leakage current between the source and the drain increases, which causes practical difficulties. By using the offset type as in this example, the electric field strength in the vicinity of the drain could be relaxed and the above leakage current could be suppressed.
In the case of Example 1 (FIG. 1), a P-channel type was used as a TFT, but this has a problem in that a CMOS is formed in combination with an NMOS transistor having a low mobility and a high mobility on single crystal silicon. However, in this embodiment, the lower layer MOS transistor is a PMOS with a low mobility, and it is easy to balance the mobility.
図6に本発明の例(作製工程断面図)を示す。まず、実施例1と同様に単結晶シリコンウェハー601上にフィールド絶縁物602、ゲイト熱酸化膜、N+型多結晶シリコンのゲイト電極603を形成した。そして、低濃度の燐イオンを注入して、低濃度N型不純物領域(低濃度N型ドレイン、N型LDD)605、606を形成した。
さらに、全面に絶縁被膜を形成し、これを異方性エッチングすることにより、ゲイト電極の側面に側壁604を形成した。そして、側壁をマスクとして、高濃度の砒素イオンを注入して、N型のソース608、ドレイン607を形成した。ここで、ソース608は図4の回路と同様にVLに保たれる。さらに、層間絶縁物609を形成し、下層のトランジスタとした。(図6(A))
FIG. 6 shows an example of the present invention (production process sectional view). First, in the same manner as in Example 1, a
Further, an insulating film was formed on the entire surface, and this was anisotropically etched to form a
その後、層間絶縁物609をエッチングして、下層のトランジスタのドレイン607にコンタクトホールを形成した。そして、厚さ3000Åのアルミニウム(1wt%のSiを含む)膜によって、下層のトランジスタのドレイン配線610と上層のTFTのゲイト配線611を形成した。(図6(B))
さらに、厚さ1200Åの酸化珪素膜612を形成した。この酸化珪素膜はTFTのゲイト絶縁膜として機能する。そして、レーザー照射によって結晶化せしめた。そして、このようにして結晶化させたシリコン膜をパターニング・エッチングして、TFTの活性半導体層613とした。さらに、半導体層上に酸化珪素によって、ドーピングマスク614を形成した。(図6(C))
After that, the
Further, a
この状態で、イオンドーピング法によって、TFTの活性半導体層613に、硼素イオンを注入し、P型のソース615、ドレイン616を形成した。ここで、ソース615は図4の回路と同様にVHに保たれる。(図6(D))
その後、450℃で1時間の熱アニールをおこない、TFTのソース/ドレインを活性化させた。さらに、下層のトランジスタのドレイン配線617にコンタクトホールを形成し、アルミニウム配線617、618を5000Åの厚さに形成した。このようにして、図4に示すものと同等な回路を形成することができた。(図6(E))
In this state, boron ions were implanted into the
Thereafter, thermal annealing was performed at 450 ° C. for 1 hour to activate the source / drain of the TFT. Further, a contact hole was formed in the
本実施例ではTFTをボトムゲイト型とすることにより、コンタクトホール開孔の工程を他の実施例よりも減らすことができ、歩留りを向上させるうえで効果的であった。
本発明において、アルミニウムを主成分とする金属材料を上層のトランジスタのゲイト電極として用いる方法を示した。しかし、このアルミニウムをボンディングパッドにまで延在する最上層のアルミニウムに比べて1/4〜1/2の厚さに薄くして、高精度パターンとすることは有効であった。また、この配線を下層のトランジスタのソース/ドレインと同一導電型の半導体またはタングステン等のシリサイドを用いてもよい。
In this example, the bottom gate type TFT is used, so that the contact hole opening process can be reduced as compared with the other examples, which is effective in improving the yield.
In the present invention, a method in which a metal material mainly composed of aluminum is used as the gate electrode of the upper transistor is shown. However, it has been effective to make this aluminum a 1/4 to 1/2 thickness thinner than the uppermost aluminum layer extending to the bonding pad to obtain a high-precision pattern. In addition, a semiconductor having the same conductivity type as the source / drain of the lower transistor or silicide such as tungsten may be used for this wiring.
101 単結晶シリコンウェハー
102 フィールド絶縁物
103 下層のトランジスタのゲイト酸化膜
104 下層のトランジスタのゲイト配線
105 下層のトランジスタのソース
106 下層のトランジスタのドレイン
107 下層のトランジスタの層間絶縁物
108 TFTの活性半導体層
109 TFTのゲイト酸化膜
110 下層のトランジスタのソース配線
111 下層のトランジスタのドレイン配線
112 TFTのゲイト配線
113 TFTのソース
114 TFTのドレイン
115 TFTの層間絶縁物
116〜118 配線
101
Claims (4)
前記第1のトランジスタのゲイト配線と前記第2のトランジスタのドレインは電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲイト配線と前記第1のトランジスタのドレインは電気的に接続され、
前記第1のTFTのドレインと前記第2のTFTのゲイト配線は電気的に接続され、
前記第2のTFTのドレインと前記第1のTFTのゲイト配線は電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのドレインと前記第2のTFTのゲイト配線は電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのドレインと前記第1のTFTのゲイト配線は電気的に接続され、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのソースは接地され、
前記第1のTFT及び前記第2のTFTのソースは外部の電源と電気的に接続されてなるフリップフロップ回路。 A first TFT and a second TFT on the first transistor and the second transistor;
The gate wiring of the first transistor and the drain of the second transistor are electrically connected;
The gate wiring of the second transistor and the drain of the first transistor are electrically connected;
The drain of the first TFT and the gate wiring of the second TFT are electrically connected,
The drain of the second TFT and the gate wiring of the first TFT are electrically connected,
The drain of the first transistor and the gate wiring of the second TFT are electrically connected,
The drain of the second transistor and the gate wiring of the first TFT are electrically connected,
The sources of the first transistor and the second transistor are grounded,
A flip-flop circuit in which the sources of the first TFT and the second TFT are electrically connected to an external power source.
前記第1のトランジスタのゲイト配線と前記第2のトランジスタのドレインは前記第1のTFTのゲイト配線を介して電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのゲイト配線と前記第1のトランジスタのドレインは前記第2のTFTのゲイト配線を介して電気的に接続され、
前記第1のTFTのドレインと前記第2のTFTのゲイト配線は第1の配線を介して電気的に接続され、
前記第2のTFTのドレインと前記第1のTFTのゲイト配線は第2の配線を介して電気的に接続され、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのソースは接地され、
前記第1のTFT及び前記第2のTFTのソースは外部の電源と電気的に接続されてなるフリップフロップ回路。 A first TFT and a second TFT on the first transistor and the second transistor;
The gate wiring of the first transistor and the drain of the second transistor are electrically connected via the gate wiring of the first TFT;
The gate wiring of the second transistor and the drain of the first transistor are electrically connected via the gate wiring of the second TFT;
The drain of the first TFT and the gate wiring of the second TFT are electrically connected via the first wiring,
The drain of the second TFT and the gate wiring of the first TFT are electrically connected via a second wiring,
The sources of the first transistor and the second transistor are grounded,
A flip-flop circuit in which the sources of the first TFT and the second TFT are electrically connected to an external power source.
前記第1のコンタクト及び前記第2のコンタクトは前記第1のTFTのゲイト配線を介して電気的に接続され、前記第3のコンタクト及び前記第4のコンタクトは前記第2のTFTのゲイト配線を介して電気的に接続されてなる、請求項1又は請求項2に記載のフリップフロップ回路。 A first contact electrically connected to the gate wiring of the first transistor; a second contact electrically connected to a drain of the second transistor; and a gate wiring of the second transistor. A third contact electrically connected; and a fourth contact electrically connected to the drain of the first transistor;
The first contact and the second contact are electrically connected via the gate wiring of the first TFT, and the third contact and the fourth contact are connected to the gate wiring of the second TFT. The flip-flop circuit according to claim 1, wherein the flip-flop circuit is electrically connected to the flip-flop circuit.
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JP2013161878A (en) * | 2012-02-02 | 2013-08-19 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
JP2015111706A (en) * | 2007-06-29 | 2015-06-18 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01309368A (en) * | 1988-06-07 | 1989-12-13 | Nec Corp | Mos type semiconductor memory circuit device |
JPH02272763A (en) * | 1989-04-14 | 1990-11-07 | Toshiba Corp | Static memory |
JPH02312271A (en) * | 1989-05-29 | 1990-12-27 | Hitachi Ltd | Semiconductor memory device and manufacture thereof |
JPH03102875A (en) * | 1989-09-18 | 1991-04-30 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
JPH04322461A (en) * | 1991-04-23 | 1992-11-12 | Nec Corp | Static semiconductor memory device |
JPH05136167A (en) * | 1991-09-20 | 1993-06-01 | Mitsubishi Electric Corp | Thin film transistor and its manufacture |
-
2006
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01309368A (en) * | 1988-06-07 | 1989-12-13 | Nec Corp | Mos type semiconductor memory circuit device |
JPH02272763A (en) * | 1989-04-14 | 1990-11-07 | Toshiba Corp | Static memory |
JPH02312271A (en) * | 1989-05-29 | 1990-12-27 | Hitachi Ltd | Semiconductor memory device and manufacture thereof |
JPH03102875A (en) * | 1989-09-18 | 1991-04-30 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
JPH04322461A (en) * | 1991-04-23 | 1992-11-12 | Nec Corp | Static semiconductor memory device |
JPH05136167A (en) * | 1991-09-20 | 1993-06-01 | Mitsubishi Electric Corp | Thin film transistor and its manufacture |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015111706A (en) * | 2007-06-29 | 2015-06-18 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
US8049253B2 (en) | 2007-07-11 | 2011-11-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US8470688B2 (en) | 2007-07-11 | 2013-06-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US8841730B2 (en) | 2007-07-11 | 2014-09-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
JP2013161878A (en) * | 2012-02-02 | 2013-08-19 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
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