JP2572003B2 - 三次元マルチチャンネル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
三次元マルチチャンネル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
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- H01L29/78648—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate arranged on opposing sides of the channel
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、三次元チャンネル構造
を有する高速多結晶シリコン薄膜トランジスタに関する
ものであり、より詳しくは、チャンネル領域の半導体と
して用いる多結晶シリコン膜がゲート内に四方が完全に
取囲まれる三次元チャンネル構造を有するようになり、
超高速動作が求められる未来の超大規模集積回路(UL
SI)素子に有用な高速薄膜トランジスタの製造方法に
関するものである。
を有する高速多結晶シリコン薄膜トランジスタに関する
ものであり、より詳しくは、チャンネル領域の半導体と
して用いる多結晶シリコン膜がゲート内に四方が完全に
取囲まれる三次元チャンネル構造を有するようになり、
超高速動作が求められる未来の超大規模集積回路(UL
SI)素子に有用な高速薄膜トランジスタの製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタ(以下、“TFT”と
いう)は、平板液晶表示装置(以下、“LCD”とい
う)、イメージセンサ、複写機、プリンタおよびスキャ
ナ等の大面積表示装置駆動回路のスイッチング素子とし
て適用されている。
いう)は、平板液晶表示装置(以下、“LCD”とい
う)、イメージセンサ、複写機、プリンタおよびスキャ
ナ等の大面積表示装置駆動回路のスイッチング素子とし
て適用されている。
【0003】最近、高品位テレビジョン等の新しい先端
映像機器が開発されるにしたがい、平板表示装置に対す
る要求が台頭している。LCDは、平板表示装置の代表
的な技術として、EL(electro luminescence)素子、
VFD(vacuum fluorescentdisplay)、プラズマディ
スプレイ等が解決できないカラー化、低電力化、および
高速化などの問題を有していない。
映像機器が開発されるにしたがい、平板表示装置に対す
る要求が台頭している。LCDは、平板表示装置の代表
的な技術として、EL(electro luminescence)素子、
VFD(vacuum fluorescentdisplay)、プラズマディ
スプレイ等が解決できないカラー化、低電力化、および
高速化などの問題を有していない。
【0004】このLCDは、受動形および能動形の2つ
に分けられるが、能動形LCDは、各画素一々を薄膜ト
ランジスタのような能動素子が制御するようになってい
て、速度、視野角、およびコントラスト比において、受
動形LCDよりずっと優れており、100万画素以上の
解像度を必要とする高品位テレビジョンに最も適合した
表示装置と考えられている。これにしたがい、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタの重要性が台頭してきて、これ
に対する研究開発が積極的に行なわれている。
に分けられるが、能動形LCDは、各画素一々を薄膜ト
ランジスタのような能動素子が制御するようになってい
て、速度、視野角、およびコントラスト比において、受
動形LCDよりずっと優れており、100万画素以上の
解像度を必要とする高品位テレビジョンに最も適合した
表示装置と考えられている。これにしたがい、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタの重要性が台頭してきて、これ
に対する研究開発が積極的に行なわれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】既存のLCD駆動方式
中の1つである単結晶シリコンFET方式は、単結晶シ
リコンFETを大面積上に作り難く、ガラスのような絶
縁基板に形成できないので、その応用分野が、メモリ素
子および商業用ICなどにのみ限って用いられる。一
方、多結晶シリコン薄膜トランジスタは、平板表示装
置、イメージセンサ等単結晶シリコンFETを形成しに
くい用途にまで、その応用分野を拡大することができ
る。
中の1つである単結晶シリコンFET方式は、単結晶シ
リコンFETを大面積上に作り難く、ガラスのような絶
縁基板に形成できないので、その応用分野が、メモリ素
子および商業用ICなどにのみ限って用いられる。一
方、多結晶シリコン薄膜トランジスタは、平板表示装
置、イメージセンサ等単結晶シリコンFETを形成しに
くい用途にまで、その応用分野を拡大することができ
る。
【0006】チャンネル領域内の半導体として、多結晶
シリコン膜を用いた多結晶シリコン薄膜トランジスタ技
術は、高電圧が必要な未来のULSIに適合する。
シリコン膜を用いた多結晶シリコン薄膜トランジスタ技
術は、高電圧が必要な未来のULSIに適合する。
【0007】しかしながら、多結晶シリコンTFTは、
単結晶シリコン基板上に製造されたFETに比べ、寄生
容量、すなわち、漏洩電流値が非常に大きいという短所
がある。その理由は、TFTにおいては、絶縁基板上に
積層された数百Å程度の非常に薄い半導体薄膜を用いる
ので、チャンネル部に誘起されている電子がゲートオフ
の際、単結晶FETでのようにシリコン基板に拡散、再
結合して消滅することがなく、誘起電子の大部分がドレ
インに吸収されるためである。
単結晶シリコン基板上に製造されたFETに比べ、寄生
容量、すなわち、漏洩電流値が非常に大きいという短所
がある。その理由は、TFTにおいては、絶縁基板上に
積層された数百Å程度の非常に薄い半導体薄膜を用いる
ので、チャンネル部に誘起されている電子がゲートオフ
の際、単結晶FETでのようにシリコン基板に拡散、再
結合して消滅することがなく、誘起電子の大部分がドレ
インに吸収されるためである。
【0008】さらに、チャンネルにおけるキャリア移動
度もさらに低いため、駆動電流、すなわち、ION値が小
さくなるという短所もある。
度もさらに低いため、駆動電流、すなわち、ION値が小
さくなるという短所もある。
【0009】図1に示すような従来の逆スタガ型TFT
は、ガラスのような絶縁基板10上にゲート電極11を
形成し、このゲート電極11をゲート絶縁膜12で覆
い、ゲート絶縁膜12上に半導体層13を形成し、チャ
ンネル領域を除いた半導体層13の左右側上にオーミッ
クコンタクト層14を介在してソースおよびドレイン電
極15を形成してなるものである。
は、ガラスのような絶縁基板10上にゲート電極11を
形成し、このゲート電極11をゲート絶縁膜12で覆
い、ゲート絶縁膜12上に半導体層13を形成し、チャ
ンネル領域を除いた半導体層13の左右側上にオーミッ
クコンタクト層14を介在してソースおよびドレイン電
極15を形成してなるものである。
【0010】図2に示す従来の正スタガ型TFTは、逆
スタガ型TFTとは反対に、ゲート電極25がゲート絶
縁層24を介在して半導体層23上に位置し、半導体層
23の左右にオーミックコンタクト層22を介在して前
記ゲート電極25と位置合わせされて、絶縁基板20上
にソースおよびドレイン電極21が形成されている。
スタガ型TFTとは反対に、ゲート電極25がゲート絶
縁層24を介在して半導体層23上に位置し、半導体層
23の左右にオーミックコンタクト層22を介在して前
記ゲート電極25と位置合わせされて、絶縁基板20上
にソースおよびドレイン電極21が形成されている。
【0011】図1および図2に示す従来の単一ゲート電
極を有するTFTは、前述のような問題点のみならず、
チャンネルコンダクタンスが低いという短所を有してい
る。
極を有するTFTは、前述のような問題点のみならず、
チャンネルコンダクタンスが低いという短所を有してい
る。
【0012】前述のような問題点を解決するための従来
の技術であって、ゲートを上部および下部においたダブ
ルゲート多結晶シリコンMOSFETと、ゲートを2つ
並んでおいたデュアルゲート構造を採用した薄膜トラン
ジスタが提案された。
の技術であって、ゲートを上部および下部においたダブ
ルゲート多結晶シリコンMOSFETと、ゲートを2つ
並んでおいたデュアルゲート構造を採用した薄膜トラン
ジスタが提案された。
【0013】従来、ダブルゲート構造と関連ある例は、
“Double-Gate Polysilicon MOSFET”(Extended Abstr
acts of 22´nd Conference on SSDM,1990,pp.393〜396
)と題された論文に開示されている。
“Double-Gate Polysilicon MOSFET”(Extended Abstr
acts of 22´nd Conference on SSDM,1990,pp.393〜396
)と題された論文に開示されている。
【0014】図3に、前記ダブルゲート多結晶シリコン
MOSFETの断面構造を示す。また、図4に、ゲート
電圧VG とトランスコンダクタンスgm との関係を、ゲ
ート構造にしたがい比較した結果を示す。
MOSFETの断面構造を示す。また、図4に、ゲート
電圧VG とトランスコンダクタンスgm との関係を、ゲ
ート構造にしたがい比較した結果を示す。
【0015】図3に示すように、ダブルゲート構造のM
OSFETは、絶縁層39が蒸着されたシリコン基板3
0の上部にある多結晶シリコン膜33が、下部ゲート3
1と上部ゲート36との間の中間にゲート絶縁層32,
35を介在した形態で構成されている。すなわち、チャ
ンネル領域の半導体として用いる多結晶シリコン膜33
の上部および下部に、それぞれゲートを形成することに
より、ソース34からドレイン34に至る電流通路を2
倍に拡張させたものである。このようにすることによ
り、図4に示すように、ゲートが1つである通常の単一
ゲートMOSFETに比べ、トランスコンダクタンスg
m が2倍程度増加することがわかる。
OSFETは、絶縁層39が蒸着されたシリコン基板3
0の上部にある多結晶シリコン膜33が、下部ゲート3
1と上部ゲート36との間の中間にゲート絶縁層32,
35を介在した形態で構成されている。すなわち、チャ
ンネル領域の半導体として用いる多結晶シリコン膜33
の上部および下部に、それぞれゲートを形成することに
より、ソース34からドレイン34に至る電流通路を2
倍に拡張させたものである。このようにすることによ
り、図4に示すように、ゲートが1つである通常の単一
ゲートMOSFETに比べ、トランスコンダクタンスg
m が2倍程度増加することがわかる。
【0016】しかしながら、ダブルゲート型FETは、
集積度を向上させるため所用面積を縮めようとすると、
それに比例してチャンネル領域も減少するので、チャン
ネルコンダクタンスも減少するようになる。
集積度を向上させるため所用面積を縮めようとすると、
それに比例してチャンネル領域も減少するので、チャン
ネルコンダクタンスも減少するようになる。
【0017】さらに、前述のような特性を得るため、ダ
ブルゲートの間の多結晶シリコン膜33は100Å程度
の超薄膜厚さに制限しなければならないので、高電圧お
よび高電流を要する未来のULSIには大きい障害にな
る。同様に、高電圧を加えられないことは、周辺回路と
の一体化を指向するLCDにおいても、大きい欠点であ
る。
ブルゲートの間の多結晶シリコン膜33は100Å程度
の超薄膜厚さに制限しなければならないので、高電圧お
よび高電流を要する未来のULSIには大きい障害にな
る。同様に、高電圧を加えられないことは、周辺回路と
の一体化を指向するLCDにおいても、大きい欠点であ
る。
【0018】一方、チャンネル領域に半導体として再結
晶化された多重ストリップポリシリコン膜を用いた、石
英基板上に高耐圧および大きいトランスコンダクタンス
を有するポリシリコン薄膜トランジスタが、“High-Vol
tage Poly-Si TFT´s with Multichannel Structure”
という名称で、“IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVI
CE,VOL.35,pp.2363 〜2367,DEC.1988 ”に、タカシ ウ
ナガミにより発表された。
晶化された多重ストリップポリシリコン膜を用いた、石
英基板上に高耐圧および大きいトランスコンダクタンス
を有するポリシリコン薄膜トランジスタが、“High-Vol
tage Poly-Si TFT´s with Multichannel Structure”
という名称で、“IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVI
CE,VOL.35,pp.2363 〜2367,DEC.1988 ”に、タカシ ウ
ナガミにより発表された。
【0019】前記TFTは、マルチチャンネル構造を採
択しているが、各ストリップ毎に一面のチャンネルを有
する構造であるため、チャンネルコンダクタンスおよび
電流駆動能力を極大化できないという短所があった。
択しているが、各ストリップ毎に一面のチャンネルを有
する構造であるため、チャンネルコンダクタンスおよび
電流駆動能力を極大化できないという短所があった。
【0020】さらに、未来のULSIを実現するため、
プレーナトランジスタのチャンネルの長さばかりでな
く、チャンネル幅の縮小は非常に重要である。しかし、
チャンネルの長さの減少は、たとえば、ホットキャリア
誘導特性の低下、およびショートチャンネル効果による
しきい電圧の低下などの深刻な問題を起こす。しかも、
チャンネル幅の減少は、フィールド隔離エッジにおいて
の強い電界のため現れるホットキャリア誘導特性の低下
および電流駆動力の低下をもたらす。このような問題
が、未来のULSIのためのプレーナトランジスタのス
ケーリング制限を誘導している。
プレーナトランジスタのチャンネルの長さばかりでな
く、チャンネル幅の縮小は非常に重要である。しかし、
チャンネルの長さの減少は、たとえば、ホットキャリア
誘導特性の低下、およびショートチャンネル効果による
しきい電圧の低下などの深刻な問題を起こす。しかも、
チャンネル幅の減少は、フィールド隔離エッジにおいて
の強い電界のため現れるホットキャリア誘導特性の低下
および電流駆動力の低下をもたらす。このような問題
が、未来のULSIのためのプレーナトランジスタのス
ケーリング制限を誘導している。
【0021】したがって、本発明の目的は、前述のよう
な従来の技術の問題点を解決するため、高いチャンネル
コンダクタンスを有する、改善された三次元マルチチャ
ンネル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法を提供
することにある。
な従来の技術の問題点を解決するため、高いチャンネル
コンダクタンスを有する、改善された三次元マルチチャ
ンネル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法を提供
することにある。
【0022】さらに、本発明の目的は、チャンネルの電
流通路を極大化させることにより、高い駆動電流を要す
るULSIおよび周辺駆動回路との一体化を指向するL
CDなどに有用な、三次元マルチチャンネル構造を有す
る薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
流通路を極大化させることにより、高い駆動電流を要す
るULSIおよび周辺駆動回路との一体化を指向するL
CDなどに有用な、三次元マルチチャンネル構造を有す
る薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
【0023】
【0024】前記目的を達成するため、本発明は、基板
上に低圧化学気相蒸着法により多結晶シリコンを蒸着す
る段階と、蒸着された多結晶シリコンに、所定の深さで
配置され、長さ方向に延長されたトレンチを、反応性イ
オンエッチングにより形成し、多結晶シリコンの表面を
熱酸化してトレンチ表面に絶縁層を形成する段階と、ト
レンチ内に多結晶シリコンが詰められるよう、低圧化学
気相蒸着法により多結晶シリコンを全面的に蒸着する段
階と、蒸着された多結晶シリコンのうち、トレンチ部分
にのみ残るようにフォトエッチングにより多結晶シリコ
ンを除去した後、さらに露出された絶縁層を除去して多
結晶シリコンストリップを形成する段階と、残された多
結晶シリコンストリップの全表面を絶縁層で取囲むよ
う、露出された多結晶シリコンストリップを所定の厚さ
で熱酸化する段階と、多結晶シリコンストリップを熱酸
化した後、多結晶シリコンストリップを取囲んでいる絶
縁層を除いた残りの絶縁層を除去することにより、残さ
れた絶縁層を取囲んだ多結晶シリコンが一体となすよう
にする段階と、結果的に生じた構造上に、不純物がドー
プされて導電性を有しゲートとして作用する多結晶シリ
コンを蒸着する段階と、各多結晶シリコンストリップの
両端と接続するソースおよびドレイン電極を形成する段
階とを備えることを特徴とする、三次元マルチチャンネ
ル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法を提供す
る。
上に低圧化学気相蒸着法により多結晶シリコンを蒸着す
る段階と、蒸着された多結晶シリコンに、所定の深さで
配置され、長さ方向に延長されたトレンチを、反応性イ
オンエッチングにより形成し、多結晶シリコンの表面を
熱酸化してトレンチ表面に絶縁層を形成する段階と、ト
レンチ内に多結晶シリコンが詰められるよう、低圧化学
気相蒸着法により多結晶シリコンを全面的に蒸着する段
階と、蒸着された多結晶シリコンのうち、トレンチ部分
にのみ残るようにフォトエッチングにより多結晶シリコ
ンを除去した後、さらに露出された絶縁層を除去して多
結晶シリコンストリップを形成する段階と、残された多
結晶シリコンストリップの全表面を絶縁層で取囲むよ
う、露出された多結晶シリコンストリップを所定の厚さ
で熱酸化する段階と、多結晶シリコンストリップを熱酸
化した後、多結晶シリコンストリップを取囲んでいる絶
縁層を除いた残りの絶縁層を除去することにより、残さ
れた絶縁層を取囲んだ多結晶シリコンが一体となすよう
にする段階と、結果的に生じた構造上に、不純物がドー
プされて導電性を有しゲートとして作用する多結晶シリ
コンを蒸着する段階と、各多結晶シリコンストリップの
両端と接続するソースおよびドレイン電極を形成する段
階とを備えることを特徴とする、三次元マルチチャンネ
ル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法を提供す
る。
【0025】
【作用】本発明による薄膜トランジスタは、キャリアが
走行するチャンネル領域が多数のチャンネルで形成され
ており、各チャンネルは三次元構造を有する。すなわ
ち、チャンネル領域をなす多数のサブ半導体層、すなわ
ち、多結晶シリコン膜の上下左右の表面が、ゲート絶縁
膜を介在してゲートで取囲まれた構造を有している。
走行するチャンネル領域が多数のチャンネルで形成され
ており、各チャンネルは三次元構造を有する。すなわ
ち、チャンネル領域をなす多数のサブ半導体層、すなわ
ち、多結晶シリコン膜の上下左右の表面が、ゲート絶縁
膜を介在してゲートで取囲まれた構造を有している。
【0026】したがって、制限された占有面積内におい
て、有効なチャンネル領域(電流通路)が従来に比べ大
きく増加するので、高いチャンネルコンダクタンスを有
するようになる。その結果、オン電流が増加し、しきい
電圧が減少する。
て、有効なチャンネル領域(電流通路)が従来に比べ大
きく増加するので、高いチャンネルコンダクタンスを有
するようになる。その結果、オン電流が増加し、しきい
電圧が減少する。
【0027】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を、添付図面
に基づいて詳細に説明する。 (実施例1)図5は、本発明の実施例1に従う三次元マ
ルチチャンネルTFTの平面図である。図において、4
1は下部ゲート電極、43はサブ半導体層のチャンネル
領域、44は半導体層のオーミックコンタクト領域、4
5はソースおよびドレイン電極、47は上部ゲート電極
である。
に基づいて詳細に説明する。 (実施例1)図5は、本発明の実施例1に従う三次元マ
ルチチャンネルTFTの平面図である。図において、4
1は下部ゲート電極、43はサブ半導体層のチャンネル
領域、44は半導体層のオーミックコンタクト領域、4
5はソースおよびドレイン電極、47は上部ゲート電極
である。
【0028】図6は、図5のA−A′線断面図であり、
図7は、図5のB−B′線断面図である。42および4
6は、ゲート絶縁膜である。
図7は、図5のB−B′線断面図である。42および4
6は、ゲート絶縁膜である。
【0029】図5ないし図7を参照すると、本発明の三
次元マルチチャンネルTFTは、水平方向に延長され垂
直方向には所定間隔をもって並んで配列された、複数個
のストリップ状サブ半導体層43,44を有する。した
がって、サブ半導体層の各チャンネル領域43は、図6
および図7に示すように、下部ゲート電極41と上部ゲ
ート電極47により、上下左右面いずれもが取囲まれる
ようになっている。これによって、ゲート電極と隣接す
るサブ半導体層の上下左右面いずれにもチャンネルが形
成されるので、高いコンダクタンスが達成できる。
次元マルチチャンネルTFTは、水平方向に延長され垂
直方向には所定間隔をもって並んで配列された、複数個
のストリップ状サブ半導体層43,44を有する。した
がって、サブ半導体層の各チャンネル領域43は、図6
および図7に示すように、下部ゲート電極41と上部ゲ
ート電極47により、上下左右面いずれもが取囲まれる
ようになっている。これによって、ゲート電極と隣接す
るサブ半導体層の上下左右面いずれにもチャンネルが形
成されるので、高いコンダクタンスが達成できる。
【0030】たとえば、チャンネル長さがL、チャンネ
ル幅がWであると、TFTのチャンネル電流は、チャン
ネル断面積Aに比例し、チャンネル長さLに反比例す
る。ここで、チャンネル断面積Aは、チャンネル幅Wと
チャンネル厚さtとの積で計算される。
ル幅がWであると、TFTのチャンネル電流は、チャン
ネル断面積Aに比例し、チャンネル長さLに反比例す
る。ここで、チャンネル断面積Aは、チャンネル幅Wと
チャンネル厚さtとの積で計算される。
【0031】したがって、シングルゲート型TFTであ
る場合、以下の式(1)が成立つ。 I=I0 ・W…(1) ここで、Iはチャンネル電流、I0 はゲート電圧で決定
される定数である。
る場合、以下の式(1)が成立つ。 I=I0 ・W…(1) ここで、Iはチャンネル電流、I0 はゲート電圧で決定
される定数である。
【0032】また、ダブルゲート型TFTである場合、
以下の式(2)が成立つ。 I=2I0 ・W…(2) 本発明による三次元マルチチャンネルTFTの場合、チ
ャンネル幅Wをn等分して、幅w、間隔dでサブ半導体
層をストリップ状に形成し、サブ半導体層の厚さをTと
仮定すると、オン電流は、以下の式(3)で表わされ
る。
以下の式(2)が成立つ。 I=2I0 ・W…(2) 本発明による三次元マルチチャンネルTFTの場合、チ
ャンネル幅Wをn等分して、幅w、間隔dでサブ半導体
層をストリップ状に形成し、サブ半導体層の厚さをTと
仮定すると、オン電流は、以下の式(3)で表わされ
る。
【0033】I=2I0 (w+T)×n…(3) ここで、間隔dと厚さTとが同一であると、以下の式
(4)が成立つ。
(4)が成立つ。
【0034】 W=nw+(n−1)d=nw+(n−1)T…(4) したがって、上記式(3)は、以下の式(5)で表わさ
れる。 I=2I0 [nw+(n−1)T]+2I0 ・T=I0 (2W+2T)…(5) したがって、、本発明の三次元マルチチャンネルTFT
のオン電流が、ダブルゲート型TFTのオン電流より、
2Tほど増大し、シングルゲートよりはW+2Tほど増
大することがわかる。
れる。 I=2I0 [nw+(n−1)T]+2I0 ・T=I0 (2W+2T)…(5) したがって、、本発明の三次元マルチチャンネルTFT
のオン電流が、ダブルゲート型TFTのオン電流より、
2Tほど増大し、シングルゲートよりはW+2Tほど増
大することがわかる。
【0035】ここで、T>dである場合、本発明による
TFTのオン電流が大きく増加することがわかる。
TFTのオン電流が大きく増加することがわかる。
【0036】したがって、本発明においては、チャンネ
ルを三次元的に形成できて、同一面積(W×L)内にお
いて高いチャンネルコンダンクタンスを有することがで
き、TFTの所要面積を縮められるので、単位面積当り
集積度を向上させて、液晶表示装置の高解像度を達成す
ることに寄与できる。
ルを三次元的に形成できて、同一面積(W×L)内にお
いて高いチャンネルコンダンクタンスを有することがで
き、TFTの所要面積を縮められるので、単位面積当り
集積度を向上させて、液晶表示装置の高解像度を達成す
ることに寄与できる。
【0037】この実施例においては、サブ半導体層の厚
さTとWとが有効チャンネル厚さtより大きい場合につ
いて説明したが、T、WあるいはTおよびWがチャンネ
ル厚さt程度に薄い場合においても、チャンネルコンダ
クタンスが増大される。このときには、ゲート電極に加
わったゲート電位が、上部ゲートに印加される電圧と下
部ゲートに印加される電圧の合成で表われるため、ゲー
ト電位の上昇効果で、オン電流が増大するようになる。 (実施例2)次に、図8および図9ないし図14を参照
して、本発明に従う実施例2を説明する。
さTとWとが有効チャンネル厚さtより大きい場合につ
いて説明したが、T、WあるいはTおよびWがチャンネ
ル厚さt程度に薄い場合においても、チャンネルコンダ
クタンスが増大される。このときには、ゲート電極に加
わったゲート電位が、上部ゲートに印加される電圧と下
部ゲートに印加される電圧の合成で表われるため、ゲー
ト電位の上昇効果で、オン電流が増大するようになる。 (実施例2)次に、図8および図9ないし図14を参照
して、本発明に従う実施例2を説明する。
【0038】図8は、三次元マルチチャンネル構造を有
するTFTに関する概略斜視図である。同図に示すよう
に、この実施例はマルチチャンネル型であって、各チャ
ンネル毎に4面が、ゲート絶縁膜を通じてゲートで取囲
んだ三次元チャンネル構造を有する点において、実施例
1と基本的な構造は同一である。ただし、異なるところ
は、ゲートが、実施例1においては上部および下部ゲー
トであり、ゲート絶縁膜により分離されているが、この
実施例においては、ゲートが一体に形成されているとい
うことである。図8の説明は後述する。
するTFTに関する概略斜視図である。同図に示すよう
に、この実施例はマルチチャンネル型であって、各チャ
ンネル毎に4面が、ゲート絶縁膜を通じてゲートで取囲
んだ三次元チャンネル構造を有する点において、実施例
1と基本的な構造は同一である。ただし、異なるところ
は、ゲートが、実施例1においては上部および下部ゲー
トであり、ゲート絶縁膜により分離されているが、この
実施例においては、ゲートが一体に形成されているとい
うことである。図8の説明は後述する。
【0039】次に、図8に示す三次元マルチチャンネル
TFTを製造する工程を、図9ないし図14を参照して
説明する。
TFTを製造する工程を、図9ないし図14を参照して
説明する。
【0040】図9ないし図14は、図8のC−C′線を
基準にした断面図であり、便宜上、単に2つのチャンネ
ルのみを有する場合を例に挙げて説明する。
基準にした断面図であり、便宜上、単に2つのチャンネ
ルのみを有する場合を例に挙げて説明する。
【0041】図9において、基板としてはガラス基板、
石英基板、非晶質あるいは結晶質基板のうちのいずれか
の1つが用いられる。ただし、LCD用としては、透光
性のあるガラス基板あるいは石英基板を用いる。
石英基板、非晶質あるいは結晶質基板のうちのいずれか
の1つが用いられる。ただし、LCD用としては、透光
性のあるガラス基板あるいは石英基板を用いる。
【0042】まず、基板洗浄後、ガラス基板80上に、
所定厚さの多結晶シリコン層81を、低圧化学気相蒸着
法を用いて蒸着させる。蒸着された多結晶シリコン層8
1は、不純物が若干ドープされて導電性を有し、ゲート
層としての役割を果たす。
所定厚さの多結晶シリコン層81を、低圧化学気相蒸着
法を用いて蒸着させる。蒸着された多結晶シリコン層8
1は、不純物が若干ドープされて導電性を有し、ゲート
層としての役割を果たす。
【0043】次に、図10に示すように、前記多結晶シ
リコン層81の所定部位を、通常のフォトエッチング工
程を用いて、チャンネル領域が形成される多数のトレン
チを形成する。これらのトレンチは、相互並列に配置さ
れ、長さ方向に延長されている。このとき、前記トレン
チは、反応性イオンエッチング法を用いて形成する。ト
レンチの形成後、絶縁層82を形成するため、前記多結
晶シリコン層81を熱酸化させる。熱酸化条件は、10
00℃、乾式酸素雰囲気下で行なう。この方法で形成さ
れた絶縁層82は、SiO2 であり、その厚さはほぼ
0.1μm程度である。
リコン層81の所定部位を、通常のフォトエッチング工
程を用いて、チャンネル領域が形成される多数のトレン
チを形成する。これらのトレンチは、相互並列に配置さ
れ、長さ方向に延長されている。このとき、前記トレン
チは、反応性イオンエッチング法を用いて形成する。ト
レンチの形成後、絶縁層82を形成するため、前記多結
晶シリコン層81を熱酸化させる。熱酸化条件は、10
00℃、乾式酸素雰囲気下で行なう。この方法で形成さ
れた絶縁層82は、SiO2 であり、その厚さはほぼ
0.1μm程度である。
【0044】その後、図11に示すように、チャンネル
領域を形成するため、低圧化学気相蒸着法を用いて、多
結晶シリコン層83を全面的に蒸着する。
領域を形成するため、低圧化学気相蒸着法を用いて、多
結晶シリコン層83を全面的に蒸着する。
【0045】次に、図12に示すように、前記多結晶シ
リコン層83と絶縁層82の一部とを、フォトエッチン
グ工程にて除去して、多数の分離されたチャンネル領域
84を定義する。すなわち、前記多結晶シリコン層83
のうち、トレンチの形成部分のみを残し、残りは除去す
る。
リコン層83と絶縁層82の一部とを、フォトエッチン
グ工程にて除去して、多数の分離されたチャンネル領域
84を定義する。すなわち、前記多結晶シリコン層83
のうち、トレンチの形成部分のみを残し、残りは除去す
る。
【0046】チャンネル領域の形成後、図13に示すよ
うに、前記図10と同一な方法にて、チャンネル領域8
4をなす多結晶シリコン層を、0.1μm程度熱酸化さ
せる。次いで、チャンネル領域84を取囲んだゲート絶
縁膜85を除いた基板80の上部の絶縁層を、フォトエ
ッチングすることにより、前記チャンネル領域84を完
全に取囲むゲート絶縁膜85を形成する。
うに、前記図10と同一な方法にて、チャンネル領域8
4をなす多結晶シリコン層を、0.1μm程度熱酸化さ
せる。次いで、チャンネル領域84を取囲んだゲート絶
縁膜85を除いた基板80の上部の絶縁層を、フォトエ
ッチングすることにより、前記チャンネル領域84を完
全に取囲むゲート絶縁膜85を形成する。
【0047】次に、図14に示すように、不純物がドー
プされた多結晶シリコンを、再び全面的に蒸着して、前
記チャンネル領域84を完全に取囲むゲート86を形成
する。
プされた多結晶シリコンを、再び全面的に蒸着して、前
記チャンネル領域84を完全に取囲むゲート86を形成
する。
【0048】その後、図8に示すような構造を完成する
ため、各チャンネル領域84に連結される多数のオーミ
ックコンタクト領域に全体的に接続されるソースおよび
ドレイン電極88を、左右側に形成する。
ため、各チャンネル領域84に連結される多数のオーミ
ックコンタクト領域に全体的に接続されるソースおよび
ドレイン電極88を、左右側に形成する。
【0049】以上のような工程により、三次元マルチチ
ャンネル構造を有する薄膜トランジスタが製作される。
ャンネル構造を有する薄膜トランジスタが製作される。
【0050】前記三次元マルチチャンネル薄膜トランジ
スタを製造する工程は、前述した例にのみ限られるもの
ではない。すなわち、実施例1のような上部および下部
ゲートがゲート絶縁層に分離された場合には、ゲート絶
縁層を各チャンネル毎各々に分離するためのエッチング
工程が除去できる。さらに、本発明の思想にはずれない
範囲内において、当業者により多くの変形例がなされる
ことができる。たとえば、チャンネル領域の断面構造
は、長方形、正四角形、円形あるいはその他の有効なチ
ャンネル領域が確保できるある構造でも可能である。
スタを製造する工程は、前述した例にのみ限られるもの
ではない。すなわち、実施例1のような上部および下部
ゲートがゲート絶縁層に分離された場合には、ゲート絶
縁層を各チャンネル毎各々に分離するためのエッチング
工程が除去できる。さらに、本発明の思想にはずれない
範囲内において、当業者により多くの変形例がなされる
ことができる。たとえば、チャンネル領域の断面構造
は、長方形、正四角形、円形あるいはその他の有効なチ
ャンネル領域が確保できるある構造でも可能である。
【0051】
【発明の効果】以上のように、本発明の薄膜トランジス
タは、三次元マルチチャンネル構造を採択することによ
り、電流駆動力が大きく向上したLCD用スイッチング
素子であるばかりでなく、大きいオン電流が求められる
カラムドライバのような周辺駆動回路においても、適用
可能である。
タは、三次元マルチチャンネル構造を採択することによ
り、電流駆動力が大きく向上したLCD用スイッチング
素子であるばかりでなく、大きいオン電流が求められる
カラムドライバのような周辺駆動回路においても、適用
可能である。
【図1】従来の逆スタガ型TFTの断面図である。
【図2】従来の正スタガ型TFTの断面図である。
【図3】従来のダブルゲート型MOSFETの断面図で
ある。
ある。
【図4】ゲート電圧とトランスコンダクタンスとの関係
を示す図である。
を示す図である。
【図5】本発明の実施例1に従う三次元マルチチャンネ
ルTFTの平面図である。
ルTFTの平面図である。
【図6】図5のA−A′線断面図である。
【図7】図5のB−B′線断面図である。
【図8】本発明の実施例2に従う三次元マルチチャンネ
ルTFTの斜視図である。
ルTFTの斜視図である。
【図9】図8のC−C′線断面構造を有するTFTの製
造工程を説明するための断面図である。
造工程を説明するための断面図である。
【図10】図8のC−C′線断面構造を有するTFTの
製造工程を説明するための断面図である。
製造工程を説明するための断面図である。
【図11】図8のC−C′線断面構造を有するTFTの
製造工程を説明するための断面図である。
製造工程を説明するための断面図である。
【図12】図8のC−C′線断面構造を有するTFTの
製造工程を説明するための断面図である。
製造工程を説明するための断面図である。
【図13】図8のC−C′線断面構造を有するTFTの
製造工程を説明するための断面図である。
製造工程を説明するための断面図である。
【図14】図8のC−C′線断面構造を有するTFTの
製造工程を説明するための断面図である。
製造工程を説明するための断面図である。
41 下部ゲート電極 42,46,85 ゲート絶縁膜 43,84 チャンネル領域 44 オーミックコンタクト領域 45,88 ソースドレイン電極 47 上部ゲート電極 80 ガラス基板 81,83 多結晶シリコン層 82 絶縁層 86 ゲート なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−144876(JP,A) 特開 昭62−179160(JP,A) 特開 昭60−94773(JP,A)
Claims (9)
- 【請求項1】 基板上に不純物がドープされて導電性を
有しゲートとして作用する多結晶シリコンを蒸着する段
階と、 前記蒸着された多結晶シリコンに、所定の深さで配置さ
れ長さ方向に延長されたトレンチをエッチングにより形
成し、前記多結晶シリコンの表面を熱酸化させてトレン
チ表面に絶縁層を形成する段階と、 前記トレンチ内に多結晶シリコンが詰められるよう、多
結晶シリコンを全面的に蒸着する段階と、 前記蒸着された多結晶シリコンのうち、トレンチ部分に
のみ残るようにエッチングにより前記多結晶シリコンを
除去した後、さらに露出された絶縁層を除去して多結晶
シリコンストリップを形成する段階と、 残された多結晶シリコンストリップの全表面を絶縁層で
取囲むよう、前記露出された多結晶シリコンストリップ
を所定の厚さで熱酸化する段階と、 前記多結晶シリコンストリップを熱酸化した後、前記多
結晶シリコンストリップを取囲んでいる絶縁層を除いた
残りの絶縁層を除去することにより、前記残された絶縁
層を取囲んだ多結晶シリコンが一体となすようにする段
階と、 前記段階までで生じた構造上に、不純物がドープされて
導電性を有しゲートとして作用する多結晶シリコンを蒸
着する段階と、 前記各多結晶シリコンストリップの両端と接続するソー
スおよびドレイン電極を形成する段階とを備えることを
特徴とする、三次元マルチチャンネル構造を有する薄膜
トランジスタの製造方法。 - 【請求項2】 前記トレンチは多数であることを特徴と
する、請求項1記載の三次元マルチチャンネル構造を有
する薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項3】 前記トレンチはお互いに並列に配置され
ることを特徴とする、請求項2記載の三次元マルチチャ
ンネル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項4】 前記多結晶シリコンストリップは多数形
成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに
記載の三次元マルチチャンネル構造を有する薄膜トラン
ジスタの製造方法。 - 【請求項5】 前記ゲートで取囲んだ多数の多結晶シリ
コンストリップの全表層が、チャンネル領域として提供
されることを特徴とする、請求項4記載の三次元マルチ
チャンネル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項6】 前記各多結晶シリコンストリップの断面
は多角形であることを特徴とする、請求項5記載の三次
元マルチチャンネル構造を有する薄膜トランジスタの製
造方法。 - 【請求項7】 前記各多結晶シリコンストリップの厚さ
が、有効チャンネル厚さよりさらに厚いことを特徴とす
る、請求項5記載の三次元マルチチャンネル構造を有す
る薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項8】 前記各多結晶シリコンストリップの厚さ
が、有効チャンネル厚さ程度に薄いことを特徴とする、
請求項5記載の三次元マルチチャンネル構造を有する薄
膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項9】 前記基板が、ガラス、石英、非晶質シリ
コンおよび結晶質シリコンから選ばれる1つの物質から
なることを特徴とする、請求項5記載の三次元マルチチ
ャンネル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法。
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019920005291A KR950009802B1 (ko) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | 멀티채널 박막트랜지스터 |
KR92P11367 | 1992-06-27 | ||
KR1019920011366A KR950009797B1 (ko) | 1992-06-27 | 1992-06-27 | 바텀 게이트를 구비한 fid 폴리 실리콘 tft |
KR1019920011367A KR950009804B1 (ko) | 1992-06-27 | 1992-06-27 | 3차원 채널구조를 갖는 고속 박막 트랜지스터의 제조방법 |
KR92P11366 | 1992-06-27 | ||
KR92P5291 | 1992-06-27 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0685256A JPH0685256A (ja) | 1994-03-25 |
JP2572003B2 true JP2572003B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=27348812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5027830A Expired - Lifetime JP2572003B2 (ja) | 1992-03-30 | 1993-02-17 | 三次元マルチチャンネル構造を有する薄膜トランジスタの製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5338959A (ja) |
JP (1) | JP2572003B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69128876T2 (de) * | 1990-11-30 | 1998-08-06 | Sharp Kk | Dünnfilm-Halbleitervorrichtung |
US5650655A (en) | 1994-04-28 | 1997-07-22 | Micron Technology, Inc. | Integrated circuitry having electrical interconnects |
US5493130A (en) * | 1993-06-10 | 1996-02-20 | Micron Technology, Inc. | Integrated circuitry having an electrically conductive sidewall link positioned over and electrically interconnecting respective outer sidewalls of two conductive layers |
JP3460863B2 (ja) * | 1993-09-17 | 2003-10-27 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
GB9325984D0 (en) * | 1993-12-20 | 1994-02-23 | Philips Electronics Uk Ltd | Manufacture of electronic devices comprising thin-film transistors |
JP3281700B2 (ja) * | 1993-12-22 | 2002-05-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
JPH07302912A (ja) * | 1994-04-29 | 1995-11-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
JP3253808B2 (ja) * | 1994-07-07 | 2002-02-04 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置およびその作製方法 |
US5675164A (en) * | 1995-06-07 | 1997-10-07 | International Business Machines Corporation | High performance multi-mesa field effect transistor |
US6555449B1 (en) | 1996-05-28 | 2003-04-29 | Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Methods for producing uniform large-grained and grain boundary location manipulated polycrystalline thin film semiconductors using sequential lateral solidfication |
US5808317A (en) * | 1996-07-24 | 1998-09-15 | International Business Machines Corporation | Split-gate, horizontally redundant, and self-aligned thin film transistors |
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