JP2638685B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2638685B2
JP2638685B2 JP2401679A JP40167990A JP2638685B2 JP 2638685 B2 JP2638685 B2 JP 2638685B2 JP 2401679 A JP2401679 A JP 2401679A JP 40167990 A JP40167990 A JP 40167990A JP 2638685 B2 JP2638685 B2 JP 2638685B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に関し、特に、液晶表示装置の絵素駆動用トランジ
スタ及びドライバ、並びにスタティックラム(SRA
M)等に適した半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の薄膜トランジスタ素子(TFT)
の断面を、図2(e)に模式的に示す。このTFTは、
絶縁性基板21上に設けられた半導体層(多結晶シリコ
ン層)22と、半導体層22に形成された不純物拡散領
域からなるソース領域25a及びドレイン領域25b
と、半導体層22上に形成されたゲート絶縁膜(SiO
2膜)23と、ゲート絶縁膜23上に形成されたゲート
電極24とを備えている。ソース領域25aとドレイン
領域25bとは、各々、半導体層22に於いてゲート電
極24の両側に位置する領域中に形成されている。層間
絶縁膜26は、これらを覆い、層間絶縁膜26には、コ
ンタクトホール27が開口されている。コンタクトホー
ル27を介して、ソース領域25aとドレイン領域25
bとにコンタクトするように、Al−Si配線28が層
間絶縁膜26上に形成されている。
【0003】以下、図2(a)〜(e)を参照しなが
ら、上記TFTの製造方法を説明する。
【0004】まず、半導体層22が絶縁性基板21上に
形成された(図2(a))後、CVD法によりゲート絶
縁膜23が半導体層22を覆うようにして絶縁性基板2
1上に形成される(図2(b))。更に、ゲート絶縁膜
23が形成された後、多結晶シリコンからなるゲート電
極24がゲート絶縁膜23上に形成される(図2
(b))。
【0005】ゲート電極24が形成された後、イオン注
入法により、ゲート電極24をマスクとして、不純物が
半導体層22中に注入され、不純物注入領域が自己整合
的に形成される(図2(c))。注入条件としては、例
えば、不純物としてリン(P)が、加速エネルギ50k
eV、ドーズ2×1015cm-2で注入される条件が選択
される。
【0006】層間絶縁膜26が堆積された後、不純物活
性化のため、窒素雰囲気で、950℃で30分間、アニ
ール工程が行われる。このアニールにより、不純物注入
領域は、TFTのソース領域25a及びドレイン領域2
5bとなる(図2(d))。コンタクトホール27が層
間絶縁膜26中に形成された後、図2(e)に示される
ように、Al−Si配線28が形成される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術には、以下の問題がある。
【0008】上記TFTでは、ソース領域25aとドレ
イン領域25bとの間の電圧(ソース−ドレイン間電
圧)及びゲート電極24とソース領域25aとの間の逆
方向電圧(ゲート−ソース間逆方向電圧)を増加させる
と、それに伴い、ドレイン領域25bに形成されたpn
接合部分に於けるドレイン電界の強度が増加するため、
その部分で接合リーク電流が増加するという問題があ
る。
【0009】一般に、TFTのソース領域、チャネル領
域及びドレイン領域は、絶縁性基板上に堆積された半導
体層中に、又は、半導体基板上の絶縁層上に形成された
半導体層中に形成される。このため、その半導体層の結
晶性は、単結晶半導体基板の結晶性に比較して劣るここ
となる。従って、TFTに於いては、ドレイン領域の接
合リークの問題が、バルク型のMOS型トランジスタに
於けるよりも、重要となる。特に、TFTが液晶表示装
置の駆動素子として用いられる場合、通常のLSIに比
べて高い電圧で動作することが要求されるので、トラン
ジスタ特性に及ぼす接合リークの影響は、より大きいも
のとなる。
【0010】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、ソース−ド
レイン間及びゲート−ソース間に大きな電圧が印加され
ても、ドレイン領域の接合部分での電界強度が緩和さ
れ、それによって、その部分での接合リーク電流が低減
される半導体装置を提供することにある。
【0011】また、ドレイン領域の接合部分での電界強
度が緩和され、それによって、その部分での接合リーク
電流が低減された半導体装置を簡単に製造することがで
きる製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体層中に、不純物拡散領域からなるソース領域及び
ドレイン領域を形成し、この半導体層上に、第1ゲート
絶縁膜を積層し、この第1ゲート絶縁膜上に、ドレイン
領域から離間しかつソース領域に近接する第1ゲート電
極を配し、この第1ゲート電極上に、第2ゲート絶縁膜
を積層し、この第2ゲート絶縁膜上に、ドレイン領域か
ら第1ゲート電極に至る範囲で第2ゲート電極を配し、
この第2ゲート電極を第2ゲート絶縁膜の孔を通じて第
1ゲート電極に接続しており、そのことにより上記目的
を達成することができる。
【0013】
【0014】本発明の製造方法は、半導体層と、該半導
体層に形成された不純物拡散領域からなるソース領域及
びドレイン領域を有するする半導体装置の製造方法であ
って、該製造方法は、該半導体層上に第1ゲート絶縁膜
を形成する工程と、該第1ゲート絶縁膜上に第1ゲート
電極を形成する工程と、該第1ゲート絶縁膜上に第2ゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、該第2ゲート絶縁膜上に
第2ゲート電極を形成する工程と、該第1ゲート電極及
び該第2ゲート電極をマスクとして、該ソース領域及び
該ドレイン領域を自己整合的に該半導体層中に形成する
工程とを包含しており、そのことにより、上記目的を達
成することがてきる。
【0015】
【実施例】図1(d)は、本発明の実施例であるTFT
の断面を模式的に示している。
【0016】このTFTは、絶縁性基板1上に形成され
た半導体層(層厚、約100nm)2を有している。更
に、このTFTは、半導体層2に形成された不純物拡散
領域からなるソース領域5a及びドレイン領域5bと、
半導体層2上に形成された第1ゲート絶縁膜(膜厚、約
50nm)3と、第1ゲート絶縁膜3上に形成された第
1ゲート電極4と、第1ゲート絶縁膜3上に形成された
第2ゲート絶縁膜(膜厚、約150nm)9と、第2ゲ
ート絶縁膜9上に形成された第2ゲート電極11とを備
えている。
【0017】ソース領域5aは、第1ゲート電極4の両
側の内、第2ゲート電極11が設けられていない側の半
導体層2に形成されている。ドレイン領域5bは、第1
ゲート電極11の両側の内、第2ゲート電極4が設けら
れている側の半導体層2に形成されている。
【0018】このように、本実施例のTFTは、ゲート
絶縁膜のうち半導体層2とゲート電極4及び11との間
に挟まれた部分に於いて、ドレイン領域5b側のゲート
絶縁膜3及び9が、ソース領域5a側のゲート絶縁膜3
よりも厚いという構造を有している。このため、トラン
ジスタの動作中に於いて、ソース−ドレイン間及びゲー
ト−ソース間に大きな電圧が印加されても、ドレイン領
域5bの接合部の電界強度が緩和される。この結果、ド
レイン領域5bの接合部で発生するリーク電流が低減さ
れる。
【0019】本実施例のTFTを、例えば、液晶表示装
置の絵素駆動素子として用いる場合、第1ゲート絶縁膜
3の厚さとしては、50nmから100nmの範囲にあ
ることが好ましい。また、第2ゲート絶縁膜9の厚さと
しては、100nmから150nmの範囲にあることが
好ましい。
【0020】図1(a)〜(d)は、本発明の実施例の
製造方法の各主要工程に於けるTFTの断面を模式的に
示している。以下、図1(a)〜(d)を参照しなが
ら、上記TFTの製造方法を説明する。
【0021】まず、半導体層2を絶縁性基板(以下、基
板と称する)1上に形成した後、半導体層2を覆うよう
にして第1ゲート絶縁膜3を基板1上に形成した(図1
(a))。
【0022】本実施例では、半導体層2としてシリコン
層をCVD法により堆積した。しかし、半導体層2とし
て、他の半導体、例えば化合物半導体からなる層が用い
られても良い。また、その形成方法も、CVD法に限ら
れず、他の薄膜堆積方法を用いても良い。
【0023】本実施例では、基板1として、石英ガラス
基板を用いた。しかし、基板1としては、他の絶縁性材
料からなる基板、または、導電性材料からなる基板上に
絶縁層が設けられたものを用いても良い。
【0024】第1ゲート絶縁膜3を形成した後、通常の
方法により、多結晶シリコンからなる第1ゲート電極4
を第1ゲート絶縁膜3上に形成した(図1(a))。第
1ゲート電極4の材料としては、多結晶シリコン、高融
点金属、又は高融点金属シリサイドが、高温のプロセス
に耐えられる高い融点を有している等の観点から好まし
い。また、第1ゲート電極4の構造としては、上記材料
からなる1層構造に限られず、多層構造、例えば、多結
晶シリコン層とシリサイド層とからなる2層構造(ポリ
サイド構造)であっても良い。
【0025】第2ゲート絶縁膜9を第1ゲート絶縁膜3
上に形成した後、図1(b)に示されるように、第1ゲ
ート電極4の所定領域上の第2ゲート絶縁膜中9に、コ
ンタクトホール10を形成した。
【0026】次に、図1(c)に示されるように、第2
ゲート電極11を第2ゲート絶縁膜9上に形成した。コ
ンタクトホール10を介して、第1ゲート電極4と第2
ゲート電極11とは接触し、電気的に接続された。第2
のゲート電極11の材料、構造についても、第1のゲー
ト電極4についての上述の記載事項が当てはまる。
【0027】上述の方法によれば、厚さの異なる2つの
部分を有するゲート絶縁膜を容易に形成することができ
た。また、厚さの薄い部分(第1のゲート絶縁膜3)上
に、第1のゲート電極4を形成し、厚さの厚い部分(第
2のゲート絶縁膜9)上に第2のゲート電極11を形成
することができた。
【0028】第2のゲート電極11を形成した後、イオ
ン注入法により、第1ゲート電極4及び第2ゲート電極
11をマスクとして、不純物が半導体層2中に注入さ
れ、不純物注入領域が形成された(図1(c))。不純
物としては、リン(P)を用いた。本実施例では、イオ
ン注入のドーズを2×1015cm-2とし、加速エネルギ
を200keVとした。
【0029】CVD法により、層間絶縁膜(膜厚、60
0nm)6を堆積した後、アニール工程(950℃、3
0分間、窒素雰囲気)を行った。このアニール工程によ
り、不純物注入領域は、TFTのソース領域5a及びド
レイン領域5bとなった(図1(d))。
【0030】こうして、ソース領域5a及びドレイン領
域5bは、第1及び第2のゲート電極4及び11に対し
て、自己整合的に形成された。より具体的には、ソース
領域5aは、第1ゲート電極4に対して自己整合的に形
成され、ドレイン領域5bは、第2ゲート電極11に対
して自己整合的に形成された。
【0031】コンタクトホール7を層間絶縁膜6中に形
成した後、図1(d)に示されるように、Al−Si配
線8を形成し、本実施例のTFTを作製した。
【0032】上述のように、本実施例の半導体装置は、
TFTであるが、本発明の適用範囲はこれに限定される
ものではない。例えば、半導体層2として、単結晶半導
体基板そのものを用いても良い。その場合、実施例の記
載に於ける「半導体層」の語は、単結晶半導体基板その
ものを指すことになり、「TFT」の語は、バルク型の
MOS型トランジスタを指すこととなる。半導体層2と
して、単結晶半導体基板を用いると、結晶性に優れた半
導体層を得ることができるため、接合リークの影響は、
TFTにおける場合より小さい。従って、本発明の構成
によれば、一層の小型化が可能となる。
【0033】なお、上述の実施例では、第1のゲート電
極4と第2のゲート電極11とを電気的に接続している
が、これらのゲート電極4及び11を電気的に絶縁分離
し、各々に対して異なる電位を印加する構成を採用する
ことも可能である。
【0034】本発明は、リーク電流の低減された小型の
TFTを提供できるので、近年、開発が著しい液晶表示
装置の駆動素子等の分野に、特に寄与するものである。
【0035】
【発明の効果】このように本発明の半導体装置によれ
ば、ゲート電極とドレイン領域との距離が、ゲート電極
とソース領域との距離に比較して増加させられているた
め、ドレイン領域の接合部分での電界強度が緩和され、
それによって、その部分での接合リーク電流が低減され
る。
【0036】また、本発明の製造方法によれば、ゲート
電極とドレイン領域との距離が、ゲート電極とソース領
域との距離よりも大きい構造を簡単に形成することがで
きる。このため、ドレイン領域の接合部分での電界強度
が緩和され、それによって、その部分での接合リーク電
流が低減された半導体装置を簡単に製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、本発明の実施例を示す断面
図である。
【図2】(a)〜(e)は、従来技術を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 半導体層 3 第1ゲート絶縁膜 4 第1ゲート電極 5a ソース領域 5b ドレイン領域 6 層間絶縁膜 7 コンタクトホール 8 配線 9 第2ゲート絶縁膜 10 コンタクトホール 11 第2ゲート電極

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体層中に、不純物拡散領域からなるソ
    ース領域及びドレイン領域を形成し、 この半導体層上に、第1ゲート絶縁膜を積層し、 この第1ゲート絶縁膜上に、ドレイン領域から離間しか
    つソース領域に近接する第1ゲート電極を配し、 この第1ゲート電極上に、第2ゲート絶縁膜を積層し、 この第2ゲート絶縁膜上に、ドレイン領域から第1ゲー
    ト電極に至る範囲で第2ゲート電極を配し、この第2ゲ
    ート電極を第2ゲート絶縁膜の孔を通じて第1ゲート電
    極に接続した 半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体層と、該半導体層に形成された不純
    物拡散領域からなるソース領域及びドレイン領域を有す
    る半導体装置の製造方法であって、該製造方法は、 該半導体層上に第1ゲート絶縁膜を形成する工程と、 該第1ゲート絶縁膜上に第1ゲート電極を形成する工程
    と、 該第1ゲート絶縁膜上に第2ゲート絶縁膜を形成する工
    程と、 該第2ゲート絶縁膜上に第2ゲート電極を形成する工程
    と、 該第1ゲート電極及び該第2ゲート電極をマスクとし
    て、該ソース領域及び該ドレイン領域を自己整合的に該
    半導体層中に形成する工程と、 を包含している半導体装置の製造方法。
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