JP2009260328A - 薄膜半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明絶縁性基板上に形成され、所定の間隔を隔てて第1導電型の不純物を含むソース領域及び第1導電型の不純物を含むドレイン領域を有する島状半導体層、前記ソース領域及びドレイン領域の間の島状半導体層上に形成されたゲート絶縁膜及びゲート電極、前記ゲート電極の側壁に形成された、低温酸化膜、低温窒化膜及び低温酸化膜の3層構造のサイドウォールスペーサー、及び島状半導体層及びゲート電極を覆う層間絶縁膜を具備することを特徴とする。
【選択図】 図8
Description
得られた構造をエッチバックし、前記ゲート電極の側壁に3層構造のサイドウォールスペーサーを形成する工程、前記ゲート電極およびサイドウォールスペーサーをマスクとして用いて、前記低温窒化膜エッチストッパーの露出する部分を除去する工程、及び前記低温酸化膜エッチストッパーを不純物導入のスルー酸化膜として用いて、第2の不純物を導入して、ソース領域及びドレイン領域を形成する工程を具備することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法を提供する。
を更に具備することが出来る。
熱処理を施して、前記非晶質半導体層に含まれる不純物を活性化並びに前記非晶質半導体層を結晶回復させる工程、選択エッチングにより、前記第1及び第2のコンタクトホール内の多結晶半導体のみを残し、その他の領域の非晶質半導体層を除去することにより、自己整合的に第1及び第2のコンタクトホール内に多結晶半導体を埋め込み、埋め込まれた多結晶半導体からなる凸型ソース多結晶半導体層及び凸型ドレイン多結晶半導体層を形成する工程を更に具備することが出来る。
第1の熱処理を施して、前記非晶質半導体層に含まれる不純物を活性化並びに前記非晶質半導体層を結晶回復させる工程、選択エッチングにより、前記第1及び第2のコンタクトホール内の多結晶半導体のみを残し、その他の領域の非晶質半導体層を除去することにより、自己整合的に第1及び第2のコンタクトホール内に多結晶半導体を埋め込み、埋め込まれた多結晶半導体からなる凸型ソース多結晶半導体層及び凸型ドレイン多結晶半導体層を形成する工程、全面に高融点金属膜を形成する工程、第2の熱処理を施して、前記高融点金属と前記第1及び第2のコンタクトホール内の多結晶半導体とを反応させ、その界面に高融点金属と半導体との化合物からなる層を形成する工程、及び前記高融点金属膜を選択エッチングし、自己整合的に前記第1及び第2のコンタクトホール内の多結晶半導体の表面のみに高融点金属と半導体との化合物からなる層を残す工程を更に具備することが出来る。
本実施例に係る多結晶シリコンTFTを製造するために順次行われる製造工程をTFT素子部の断面模式図を図1〜図8によって示す。
実施例1は、ソース・ドレイン領域の表面に高融点金属のシリサイド膜を形成した、3層サイドウォールを備えるLDD構造TFTの製造プロセスについて示したが、本実施例では、高融点金属のシリサイド膜形成工程を割愛した、3層サイドウォールを備えるLDD構造TFTに係る例を示す。
本実施例では、3層サイドウォールを備えるとともに、ソース・ドレイン領域の表面に不純物を含む多結晶シリコン層を形成した積上げソース・ドレインLDD構造TFTに係る例を示す。
本実施例では、3層サイドウォールを備えるとともに、ソース・ドレイン領域の表面に積み上げソース・ドレイン拡散層を形成し、更に、積み上げソース・ドレイン拡散層上に、高融点金属のシリサイド膜を形成した、LDD構造TFTに係る例を示す。
本実施例では、3層サイドウォールを備えるとともに、ソース・ドレイン領域上の層間絶縁膜に形成されたコンタクト孔に不純物を含む多結晶シリコンを埋め込んだ、凸型ソース・ドレイン構造の、LDD構造TFTに係る例を示す。
本実施例では、3層サイドウォールを備えるとともに、凸型ソース・ドレイン構造であって、かつ凸型ソース・ドレインの表面にシリサイド層を設けた、LDD構造TFTに係る例を示す。
本実施例では、3層サイドウォールを備えるLDD構造であるとともに、平坦構造のTFTに係る例を示す。
本実施例では、3層サイドウォールを備えるとともに、高融点金属シリサイドからなるコンタクトプラグを有するLDD構造TFTに係る例を示す。
Claims (21)
- 透明絶縁性基板上に形成され、所定の間隔を隔てて第1導電型の不純物を含むソース領域及び第1導電型の不純物を含むドレイン領域を有する島状半導体層、
前記ソース領域及びドレイン領域の間の島状半導体層上に形成されたゲート絶縁膜及びゲート電極、
前記ゲート電極の側壁に形成された、低温酸化膜、低温窒化膜及び低温酸化膜の3層構造のサイドウォールスペーサー、及び
前記島状半導体層及びゲート電極を覆う層間絶縁膜
を具備することを特徴とする薄膜半導体装置。 - 前記ソース領域及びドレイン領域の表面に形成された、高融点金属と半導体との化合物からなる薄層を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置。
- 前記ソース領域並びにドレイン領域上にそれぞれ600℃以下の温度で固相成長された、第1導電型の不純物を含む積上げソース多結晶半導体層及び第1導電型の不純物を含む積上げドレイン多結晶半導体層を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置。
- 前記ソース領域並びにドレイン領域上にそれぞれ600℃以下の温度で固相成長された、第1導電型の不純物を含む積上げソース多結晶半導体層並びに第1導電型の不純物を含む積上げドレイン多結晶半導体層、及び前記積上げソース多結晶半導体層並びに積上げドレイン多結晶半導体層上にそれぞれ形成された、前記半導体と高融点金属との化合物からなる薄膜を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置。
- 前記ソース領域及びドレイン領域にそれぞれ接続する、前記層間絶縁膜に形成された第1及び第2のコンタクト孔内にそれぞれ埋め込まれた第1導電型の不純物を含む凸型ソース多結晶半導体層並びに第1導電型の不純物を含む凸型ドレイン多結晶半導体層
を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置。 - 前記凸型ソース多結晶半導体層並びに凸型ドレイン多結晶半導体層上にそれぞれ形成された、前記半導体と高融点金属との化合物からなる薄膜を更に具備することを特徴とする請求項5に記載の薄膜半導体装置。
- 前記島状結晶質半導体層の周囲との段差が第1の絶縁膜で埋められて0.1μm以下の第1の平坦構造が形成され、前記ゲート電極により生じた表面段差が第2の絶縁膜により埋められて0.1μm以下の第2の平坦構造が形成され、前記ソース領域及びドレイン領域にそれぞれ接続する、前記第2の絶縁膜に形成された第1及び第2のコンタクト孔内に金属材料からなるコンタクトプラグが形成されて0.1μm以下の第3の平坦構造が形成され、前記第3の平坦構造上に、前記コンタクトプラグを介して前記ソース領域及びドレイン領域と接続する、第3の絶縁膜に埋め込まれたソース電極及びドレイン電極が形成されて0.1μm以下の第4の平坦構造が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置。
- 前記ソース領域及びドレイン領域にそれぞれ接続する、前記層間絶縁膜に形成された第1及び第2のコンタクト孔内にそれぞれ埋め込まれた高融点金属と半導体との化合物からなる層を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置。
- 前記高融点金属は、Ni,Ti、Co、Mo、及びWからなる群から選ばれた1種であることを特徴とする請求項2、4、6、又は8に記載の薄膜半導体装置。
- 透明絶縁性基板上に非晶質半導体層を形成する工程、
前記非晶質半導体層に結晶化領域を形成する工程、
前記結晶化領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程、
前記ゲート電極をマスクとして用いて、前記ゲート電極両側の結晶化領域のソース予定領域及びドレイン予定領域に第1の不純物を導入する工程、
得られた構造の表面に低温酸化膜エッチストッパー、低温窒化膜エッチストッパーおよびサイドウォールスペーサー形成用低温酸化膜の3層を連続して形成する工程、
得られた構造をエッチバックし、前記ゲート電極の側壁に3層構造のサイドウォールスペーサーを形成する工程、
前記ゲート電極およびサイドウォールスペーサーをマスクとして用いて、前記低温窒化膜エッチストッパーの露出する部分を除去する工程、及び
前記低温酸化膜エッチストッパーを不純物導入のスルー酸化膜として用いて、第2の不純物を導入して、ソース領域及びドレイン領域を形成する工程
を具備することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物を導入する工程の後、
スルー酸化膜を除去する工程、
得られた構造の表面に高融点金属膜を形成する工程、
熱処理を施して、前記高融点金属と結晶化領域の半導体とを反応させ、界面に高融点金属と半導体の化合物からなる層を形成する工程、及び
未反応の高融点金属膜を除去して、前記ソース及びドレイン領域上に前記化合物からなる層を残す工程
を具備することを特徴とする請求項10に記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物を導入する工程の後、
スルー酸化膜を除去する工程、
得られた構造の表面に非晶質半導体層を形成する工程、
前記非晶質半導体層に第3の不純物を導入する工程、
熱処理を施して、前記非晶質半導体層の結晶化領域上の部分のみを活性化及び結晶回復させる工程、及び
選択エッチングにより、前記結晶化領域上の多結晶半導体のみを残し、その他の領域の非晶質半導体層を除去することにより、自己整合的にソース領域及びドレイン領域上に多結晶半導体からなるソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する工程、
を更に具備することを特徴とする請求項10に記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物を導入する工程の後、
スルー酸化膜を除去する工程、
得られた構造の表面に非晶質半導体層を形成する工程、
前記非晶質半導体層に第3の不純物を導入する工程、
熱処理を施して、前記非晶質半導体層の結晶化領域上の部分のみを活性化及び結晶回復させる工程、及び
選択エッチングにより、前記結晶化領域上の多結晶半導体のみを残し、その他の領域の非晶質半導体層を除去することにより、自己整合的にソース領域及びドレイン領域上に多結晶半導体からなるソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する工程、
得られた構造の表面に高融点金属層を形成する工程、
第2の熱処理を施して、前記積上げソース拡散層と高融点金属層の界面、及び前記積上げドレイン拡散層と高融点金属層の界面に高融点金属と半導体の化合物からなる層を形成する工程、
選択エッチングにより、未反応の高融点金属膜を除去して、前記積上げソース拡散層及び積上げドレイン拡散層上に化合物層を残す工程、及び
第3の熱処理を施して、高融点金属と半導体との反応を完了させるとともに、前記ゲート電極の両側に、前記ソース拡散部、積上げソース拡散層及び化合物層からなるソース領域、及び前記ドレイン拡散部、積上げドレイン拡散層及び化合物層からなるドレイン領域を形成する工程
を更に具備することを特徴とする請求項10に記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物を導入する工程の後、
スルー酸化膜を除去する工程、
得られた構造の表面に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜に第1及び第2のコンタクトホールを形成する工程、
前記第1及び第2のコンタクトホール内を埋めるように、前記層間絶縁膜上に非晶質半導体層を形成する工程、
前記非晶質半導体層に不純物を導入する工程、
熱処理を施して、前記非晶質半導体層に含まれる不純物を活性化並びに前記非晶質半導体層を結晶回復させる工程、
選択エッチングにより、前記第1及び第2のコンタクトホール内の多結晶半導体のみを残し、その他の領域の非晶質半導体層を除去することにより、自己整合的に第1及び第2のコンタクトホール内に多結晶半導体を埋め込み、埋め込まれた多結晶半導体からなる凸型ソース多結晶半導体層及び凸型ドレイン多結晶半導体層を形成する工程
を更に具備することを特徴とする請求項10に記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物を導入する工程の後、
スルー酸化膜を除去する工程、
得られた構造の表面に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜に第1及び第2のコンタクトホールを形成する工程、
前記第1及び第2のコンタクトホール内を埋めるように、前記層間絶縁膜上に非晶質半導体層を形成する工程、
前記非晶質半導体層に不純物を導入する工程、
第1の熱処理を施して、前記非晶質半導体層に含まれる不純物を活性化並びに前記非晶質半導体層を結晶回復させる工程、
選択エッチングにより、前記第1及び第2のコンタクトホール内の多結晶半導体のみを残し、その他の領域の非晶質半導体層を除去することにより、自己整合的に第1及び第2のコンタクトホール内に多結晶半導体を埋め込み、埋め込まれた多結晶半導体からなる凸型ソース多結晶半導体層及び凸型ドレイン多結晶半導体層を形成する工程、
全面に高融点金属膜を形成する工程、
第2の熱処理を施して、前記高融点金属と前記第1及び第2のコンタクトホール内の多結晶半導体とを反応させ、その界面に高融点金属と半導体との化合物からなる層を形成する工程、及び
前記高融点金属膜を選択エッチングし、自己整合的に前記第1及び第2のコンタクトホール内の多結晶半導体の表面のみに高融点金属と半導体との化合物からなる層を残す工程
を更に具備することを特徴とする請求項10に記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物を導入する工程の後、
スルー酸化膜を除去する工程、
得られた構造の表面に層間絶縁膜を形成し、表面段差0.1μm以下の平坦構造を形成する工程、
前記層間絶縁膜に第1及び第2のコンタクトホールを形成する工程、及び
前記第1及び第2のコンタクトホールに金属材料を埋め込み、表面段差0.1μm以下の平坦構造を形成する工程
を具備することを特徴とする請求項10に記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 前記第2の不純物を導入する工程の後、
スルー酸化膜を除去する工程、
得られた構造の表面に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜上に酸化膜と窒化膜の積層構造からなる保護層を形成する工程、
前記層間絶縁膜及び保護層に、前記ソース領域及びドレイン領域にそれぞれ接続する第1及び第2のコンタクト孔を形成する工程、
前記第1及び第2のコンタクト孔内を埋めるように、前記層間絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成する工程、
前記非晶質半導体膜に不純物を導入する工程、
前記不純物が導入された非晶質半導体膜をエッチバックして、前記第1及び第2のコンタクト孔内のみに非晶質半導体膜を残す工程、
前記保護層をマスクとして前記第1及び第2のコンタクト孔内の非晶質半導体膜に高融点金属を導入する工程、
前記保護層を除去する工程、及び
熱処理を施して、前記第1及び第2のコンタクト孔に埋め込まれた非晶質半導体膜と導入された高融点金属とを反応させて、非晶質半導体膜を半導体と高融点金属との化合物に変換する工程、
を更に具備することを特徴とする請求項10に記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 前記低温酸化膜エッチストッパー、低温窒化膜エッチストッパーおよびサイドウォールスペーサー形成用低温酸化膜の3層を連続して形成する工程は、基板温度500℃以下のプラズマCVD法を用いて行われることを特徴とする10〜17のいずれかに記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 前記エッチバックは、高密度プラズマエッチング装置を用いて行われることを特徴とする請求項10〜18のいずれかに記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 前記高融点金属は、Ni,Ti、Co、Mo、及びWからなる群から選ばれた1種であることを特徴とする請求項11、13、15、又は17に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 請求項1〜9に記載の薄膜半導体装置を備えることを特徴とする表示装置。
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