JP3467255B2 - Memory device - Google Patents
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- Semiconductor Memories (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置やダイナ
ミックRAM(DRAM)のように、マトリクス構造を
有し、スイッチング素子としてMOS型もしくはMIS
(金属−絶縁体−半導体)型電界効果型素子(以上を、
MOS型素子と総称する)を有し、ダイナミックな動作
をおこなうことを特徴とするマトリクス装置(電気光学
表示装置、半導体メモリー装置を含む)、およびそのた
めの駆動回路に関する。特に本発明は、MOS型素子と
して絶縁基板上に形成された薄膜半導体トランジスタ等
の薄膜半導体素子を使用する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a matrix structure like a liquid crystal display device or a dynamic RAM (DRAM), and has a MOS type or MIS as a switching element.
(Metal-insulator-semiconductor) type field effect element (above,
The present invention relates to a matrix device (including an electro-optical display device and a semiconductor memory device) which has a MOS type element) and performs a dynamic operation, and a drive circuit therefor. In particular, the present invention relates to a device using a thin film semiconductor element such as a thin film semiconductor transistor formed on an insulating substrate as a MOS type element.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近、絶縁基板上に、薄膜状の活性層
(活性領域ともいう)を有する絶縁ゲイト型の半導体装
置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイトト
ランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ(TFT)が熱
心に研究されている。これらは、マトリクス構造を有す
る液晶等の表示装置において、各画素の制御用に利用す
ることが目的であり、利用する半導体の材料・結晶状態
によって、アモルファスシリコンTFTや多結晶シリコ
ンTFTというように区別されている。もっとも、最近
では多結晶シリコンとアモルファスの中間的な状態を呈
する材料も利用する研究がなされている。この材料は、
セミアモルファスといわれ、アモルファス状の組織に小
さな結晶が浮かんだ状態であると考えられている。この
材料は後で述べるように単結晶状態の高移動度とアモル
ファス状態の低リーク電流という特徴を併せ持つ優れた
材料である。2. Description of the Related Art Recently, research has been conducted on an insulating gate type semiconductor device having a thin film active layer (also called an active region) on an insulating substrate. In particular, thin-film insulating gate transistors, so-called thin film transistors (TFTs), have been eagerly studied. These are intended to be used for controlling each pixel in a display device such as a liquid crystal having a matrix structure, and are distinguished as amorphous silicon TFT or polycrystalline silicon TFT depending on the material and crystal state of the semiconductor used. Has been done. However, recently, research has also been carried out using a material exhibiting an intermediate state between polycrystalline silicon and amorphous. This material is
It is called semi-amorphous, and it is considered that small crystals float in an amorphous structure. This material is an excellent material that has the characteristics of high mobility in the single crystal state and low leakage current in the amorphous state, as will be described later.
【0003】また、単結晶シリコン集積回路において
も、いわゆるSOI技術として多結晶シリコンTFTが
用いられており、これは例えば高集積度SRAMにおい
て、負荷トランジスタとして使用される。但し、この場
合には、アモルファスシリコンTFTはほとんど使用さ
れない。Also in a single crystal silicon integrated circuit, a polycrystalline silicon TFT is used as a so-called SOI technology, and this is used as a load transistor in, for example, a highly integrated SRAM. However, in this case, the amorphous silicon TFT is hardly used.
【0004】さらに、絶縁基板上の半導体回路では、基
板と配線との容量結合がないため、非常な高速動作が可
能であり、超高速マイクロプロセッサーや超高速メモリ
ーとして利用する技術が提案されている。Further, in a semiconductor circuit on an insulating substrate, since there is no capacitive coupling between the substrate and wiring, very high speed operation is possible, and a technique for use as an ultra high speed microprocessor or an ultra high speed memory has been proposed. .
【0005】一般にアモルファス状態の半導体の電界移
動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるTF
Tには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、P型の電界移動度は著しく小さいので、Pチャネル
型のTFT(PMOSのTFT)を作製することができ
ず、したがって、Nチャネル型TFT(NMOSのTF
T)と組み合わせて、相補型のMOS回路(CMOS)
を形成することができない。Generally, a semiconductor in an amorphous state has a low electric field mobility, and therefore a TF requiring a high speed operation.
Not available for T. Further, in amorphous silicon, since the P-type electric field mobility is extremely small, a P-channel type TFT (PMOS TFT) cannot be manufactured. Therefore, an N-channel type TFT (NMOS TF) is not produced.
T) combined with complementary MOS circuit (CMOS)
Cannot be formed.
【0006】しかしながら、アモルファス半導体によっ
て形成したTFTはOFF電流が小さいという特徴を持
つ。そこで、液晶のアクティブマトリクスのトランジス
タのように、それほどの高速動作が要求されず、一方の
導電型だけで十分であり、かつ、電荷保持能力の高いT
FTが必要とされる用途に利用されている。However, a TFT formed of an amorphous semiconductor has a characteristic that the OFF current is small. Therefore, unlike a transistor of a liquid crystal active matrix, such a high speed operation is not required, and only one conductivity type is sufficient and the charge holding ability is high.
It is used in applications that require FT.
【0007】一方、多結晶半導体は、アモルファス半導
体よりも電界移動度が大きく、したがって、高速動作が
可能である。例えば、レーザーアニールによって再結晶
化させたシリコン膜を用いたTFTでは、電界移動度と
して300cm2 /Vsもの値が得られている。通常の
単結晶シリコン基板上に形成されたMOSトランジスタ
の電界移動度が500cm2 /Vs程度であることから
すると、極めて大きな値であり、単結晶シリコン上のM
OS回路が基板と配線間の寄生容量によって、動作速度
が制限されるのに対して、絶縁基板上であるのでそのよ
うな制約は何ら無く、著しい高速動作が期待されてい
る。On the other hand, a polycrystalline semiconductor has a larger electric field mobility than an amorphous semiconductor, and therefore can operate at high speed. For example, in a TFT using a silicon film recrystallized by laser annealing, an electric field mobility as high as 300 cm 2 / Vs is obtained. Considering that the electric field mobility of a MOS transistor formed on a normal single crystal silicon substrate is about 500 cm 2 / Vs, it is an extremely large value, and M on the single crystal silicon is large.
While the operating speed of the OS circuit is limited by the parasitic capacitance between the substrate and the wiring, there is no such restriction because it is on the insulating substrate, and extremely high speed operation is expected.
【0008】また、多結晶シリコンでは、NMOSのT
FTだけでなく、PMOSのTFTも同様に得られるの
でCMOS回路を形成することが可能で、例えば、アク
ティブマトリクス方式の液晶表示装置においては、アク
ティブマトリクス部分のみならず、周辺回路(ドライバ
ー等)をもCMOSの多結晶TFTで構成する、いわゆ
るモノリシック構造を有するものが知られている。In polycrystalline silicon, the T
Since not only FT but also PMOS TFT can be obtained in the same manner, it is possible to form a CMOS circuit. For example, in an active matrix type liquid crystal display device, not only the active matrix portion but also peripheral circuits (driver etc.) Also known is one having a so-called monolithic structure, which is composed of a CMOS polycrystalline TFT.
【0009】前述のSRAMに使用されるTFTもこの
点に注目したものであり、PMOSをTFTで構成し、
これを負荷トランジスタとしている。The TFT used in the above-mentioned SRAM also pays attention to this point, and the PMOS is constituted by the TFT,
This is used as a load transistor.
【0010】また、通常のアモルファスTFTにおいて
は、単結晶IC技術で使用されるようなセルフアライン
プロセスによってソース/ドレイン領域を形成すること
は困難であり、ゲイト電極とソース/ドレイン領域の幾
何学的な重なりによる寄生容量が問題となるのに対し、
多結晶TFTはセルフアラインプロセスが採用できるた
め、寄生容量が著しく抑えられるという特徴を持つ。Further, in a normal amorphous TFT, it is difficult to form the source / drain regions by the self-alignment process as used in the single crystal IC technique, and the gate electrode and the source / drain regions are geometrically shaped. While the parasitic capacitance due to overlap is a problem,
Since the polycrystalline TFT can adopt the self-alignment process, it has a feature that the parasitic capacitance can be significantly suppressed.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】このような特徴を有す
る多結晶TFTの利点に対して、いくつかの問題点も指
摘されている。一般的な多結晶TFTは絶縁基板上に活
性層が形成され、その上にゲイト絶縁膜とゲイト電極を
有するコプラナー型である。この構造はセルフアライン
プロセスが採用できるというメリットがあるものの、活
性層のリーク電流(OFF電流)を低減することが困難
であった。Some problems have been pointed out for the advantages of the polycrystalline TFT having such characteristics. A general polycrystalline TFT is a coplanar type in which an active layer is formed on an insulating substrate and a gate insulating film and a gate electrode are formed on the active layer. Although this structure has an advantage that a self-alignment process can be adopted, it is difficult to reduce the leak current (OFF current) of the active layer.
【0012】このリーク電流の原因については、詳細が
明らかでないが、その大きな原因は下地と活性層の間に
生じる界面電荷によるものであった。したがって、この
界面の作製に細心の注意を払い、界面準位密度がゲイト
酸化膜と活性層の間と同じ程度にまで低減することによ
って解決された。The cause of this leak current is not clear, but the major cause was the interface charge generated between the underlayer and the active layer. Therefore, it was solved by paying close attention to the fabrication of this interface and reducing the interface state density to the same level as between the gate oxide film and the active layer.
【0013】すなわち、高温プロセス(最高プロセス温
度1000℃程度)にあっては、基板として石英を使用
し、その上にシリコンの被膜を形成して、これを100
0℃程度で熱酸化して、清浄な表面を形成してから、減
圧CVD法等の製膜方法によって活性シリコン層を形成
した。That is, in a high temperature process (maximum process temperature of about 1000 ° C.), quartz is used as a substrate, a silicon film is formed on the substrate, and this is used for 100
After thermal oxidation at about 0 ° C. to form a clean surface, an active silicon layer was formed by a film forming method such as a low pressure CVD method.
【0014】また、低温プロセス(最高プロセス温度6
50℃以下のプロセス。中温プロセスともいう。)で
は、基板と活性層の間にゲイト絶縁膜と同じ程度に界面
準位密度の低い酸化珪素膜を下地膜として形成するとい
う方法を採用した。酸化珪素膜の形成方法としては、ス
パッタ法が優れている。他にECR−CVD法や、TE
OSのプラズマCVD法によっても優れた特性の酸化膜
が得られる。In addition, a low temperature process (maximum process temperature 6
Process below 50 ° C. Also called a medium temperature process. ), A method of forming a silicon oxide film having a low interface state density as a base film between the substrate and the active layer is adopted. A sputtering method is excellent as a method for forming a silicon oxide film. In addition, ECR-CVD method and TE
An oxide film with excellent characteristics can also be obtained by the plasma CVD method of OS.
【0015】しかしながら、なおリーク電流は改善でき
なかった。特にNMOSの方がPMOSよりも1桁以上
大きかった。本発明人は、その原因が活性層が弱いN型
であるためと推測した。実際に、高温プロセスや低温プ
ロセスで作製したPMOSとNMOSのしきい値電圧
が、負の方向にシフトするという現象が再現良く観測さ
れた。これは特にシリコンにおいて、他に不純物の添加
されない純度の高い場合には、アモルファスシリコンの
ように結晶性がよくない場合には弱いN型になるためで
あろうと推測した。高温プロセスの多結晶シリコンは完
璧な単結晶シリコンとは異なり、多くの格子欠陥やダン
グリングボンドが存在し、これらがドナーとなって電子
を供給するものと推測した。もちろん微量の混入元素
(ナトリウム等)の影響の可能性も残されている。However, the leak current could not be improved. In particular, NMOS was an order of magnitude larger than PMOS. The present inventor speculated that the cause was N-type weak active layer. Actually, the phenomenon that the threshold voltages of the PMOS and the NMOS manufactured in the high temperature process or the low temperature process shift in the negative direction was observed with good reproducibility. It is presumed that this is because, particularly in silicon, when the impurity is not added and the purity is high, when the crystallinity is not good like amorphous silicon, the N-type becomes weak. It was speculated that high-temperature-process polycrystalline silicon has many lattice defects and dangling bonds, which are different from perfect single-crystal silicon and serve as donors to supply electrons. Of course, there is also a possibility that a small amount of contaminant elements (sodium, etc.) may have an effect.
【0016】ともかく、そのような原因があれば、NM
OSのしきい値電圧がPMOSに比較して著しく低く、
リーク電流が大きいということの説明がつく。その様子
を図1に示す。NMOSにおいて、図1(A)に示すよ
うにソース12(N+ 型)を接地し、ドレイン13(N
+ 型)に正の電圧を印加した状態でゲイト電極11にし
きい値電圧Vthよりも大きな電圧を印加すると活性層1
4のゲイト電極側にチャネルが形成されて、ドレイン電
流(図中の実線の矢印)が流れるが、活性層14は弱い
N型(N- 型)であるので、ソースからドレインには、
ゲイト電圧にほとんど依存しない電流(図中の点線の矢
印)が流れている。Anyway, if there is such a cause, NM
The threshold voltage of OS is significantly lower than that of PMOS,
It can be explained that the leak current is large. The situation is shown in FIG. In the NMOS, as shown in FIG. 1A, the source 12 (N + type) is grounded and the drain 13 (N
If a voltage larger than the threshold voltage V th is applied to the gate electrode 11 with a positive voltage applied to ( + type), the active layer 1
Although a channel is formed on the gate electrode side of 4 and a drain current (solid arrow in the figure) flows, the active layer 14 is a weak N type (N − type).
A current (dotted line arrow in the figure) that hardly depends on the gate voltage is flowing.
【0017】もし、ゲイト電極の電位がしきい値電圧V
th以下の状態であっても、この点線の電流は流れてい
る。ゲイト電極の電位が大きな負の値になると、図1
(B)に示すように反転層(P型)16が生じるが、チ
ャネル全体が反転するには到らず、逆に過大な電圧を印
加すると、ゲイトの反対側に電子が蓄積されてチャネル
が形成されてしまうこととなる。実際に得られているN
MOSのデータはこの考察と矛盾しない。If the potential of the gate electrode is the threshold voltage V
Even in the state of th or less, the current on the dotted line is flowing. When the potential of the gate electrode becomes a large negative value,
Although the inversion layer (P-type) 16 is generated as shown in (B), it does not reach the inversion of the entire channel. On the contrary, when an excessive voltage is applied, electrons are accumulated on the opposite side of the gate and the channel is opened. Will be formed. N actually obtained
MOS data is consistent with this consideration.
【0018】一方、PMOSでは、活性層がN- 型であ
るのでしきい値電圧は大きくなる。しかし、ゲイトの反
対側のリークは大幅に減少する。図2には、PMOSに
しきい値以下の電圧、もしくはしきい値以上の電圧を印
加した場合の様子を示してある。On the other hand, in the PMOS, since the active layer is the N − type, the threshold voltage becomes large. However, the leak on the other side of the gate is greatly reduced. FIG. 2 shows a state in which a voltage below the threshold value or a voltage above the threshold value is applied to the PMOS.
【0019】このようなNMOSに顕著なリーク電流は
様々な応用分野、特にダイナミック動作を必要とする分
野で障害となった。例えば、液晶のアクティブマトリク
スやDRAMではリーク電流によって、画像情報や記憶
情報が消失してしまう。そこで、このようなリーク電流
を低減することが必要とされた。The leak current which is remarkable in the NMOS has been an obstacle in various fields of application, especially fields requiring dynamic operation. For example, in an active matrix of liquid crystal or a DRAM, leak current causes loss of image information and stored information. Therefore, it has been necessary to reduce such leak current.
【0020】1つの方法はNMOSの活性層を真性(I
型)もしくは弱いP型とすることである。例えば、活性
層形成時にNMOSだけに、あるいはNMOSとPMO
Sの両方に適当な量のP型不純物(例えば、ボロン)を
打ち込んで、NMOSの活性層をI型もしくは弱いP型
としたところ、NMOSのしきい値電圧が上昇し、リー
ク電流も大きく低減するはずである。しかし、この方法
にはいくつかの問題点がある。One method is to make the active layer of the NMOS intrinsic (I
Type) or weak P type. For example, when forming the active layer, only NMOS or NMOS and PMO
When an appropriate amount of P-type impurities (for example, boron) is implanted into both S to make the active layer of the NMOS an I-type or a weak P-type, the threshold voltage of the NMOS increases and the leakage current is greatly reduced. Should do. However, this method has some problems.
【0021】通常は、1枚の基板上にNMOSもPMO
Sも混載されたCMOS回路が使用されるが、N型のみ
に不純物注入をおこなおうとすれば、余計にフォトリソ
グラフィー工程が必要である。また、NMOSとPMO
Sの両方の活性層にP型の不純物を注入しようとすれ
ば、微妙な不純物注入技術が必要とされる。注入量が多
過ぎれば、今度は逆にPMOSのしきい値電圧が減少
し、リーク電流が増加することとなる。Normally, NMOS and PMO are formed on one substrate.
A CMOS circuit in which S is also mixed is used, but if impurity implantation is to be performed only on the N type, an extra photolithography process is required. Also, NMOS and PMO
If a P-type impurity is to be implanted into both active layers of S, a delicate impurity implantation technique is required. If the amount of implantation is too large, the threshold voltage of the PMOS will decrease and the leakage current will increase.
【0022】イオン注入技術も問題である。質量分離を
おこなう注入技術では、必要な不純物元素のみを注入す
ることが可能であるが、処理面積は小さい。また、いわ
ゆるイオンドーピング法では処理面積は大きいが、質量
分離工程がないために不要なイオンも注入され、ドーピ
ング量が正確でない可能性がある。Ion implantation technology is also a problem. With the implantation technique that performs mass separation, it is possible to implant only the necessary impurity elements, but the processing area is small. Further, in the so-called ion doping method, although the processing area is large, unnecessary ions are also injected because there is no mass separation step, and the doping amount may not be accurate.
【0023】また、このようなイオンを加速して注入す
るという方法では、活性層と下地の界面に局在準位を形
成する原因となる。さらに、従来のような単結晶半導体
に対するイオン注入と異なり、絶縁基板上の注入である
ので、チャージアップ現象がはなはだしく、注入量を精
密に制御することは困難である。Further, the method of accelerating and implanting such ions causes formation of a localized level at the interface between the active layer and the underlayer. Further, unlike the conventional ion implantation for a single crystal semiconductor, since the implantation is performed on the insulating substrate, the charge-up phenomenon is remarkable and it is difficult to precisely control the implantation amount.
【0024】そこで、活性層成膜時に、P型の不純物を
予め混入しておくことも考えられるが、微量不純物の量
を制御することは困難であり、NMOSとPMOSを同
じ皮膜から形成する場合には、量が適切でないとPMO
Sのリーク電流を増加させ、また、NMOSとPMOS
を違う皮膜から形成する場合にはマスクプロセスが1つ
余計に必要とされる。また、このような方法でしきい値
電圧を制御することは、ガス流量等の要因によって、T
FTのしきい値のばらつきが生じることでもあり、ロッ
ト毎のしきい値のばらつきは著しく大きくなる。Therefore, it is possible to mix P-type impurities in advance at the time of forming the active layer, but it is difficult to control the amount of a trace amount of impurities, and when the NMOS and the PMOS are formed from the same film. Is not appropriate for PMO
Increases the leakage current of S, and also NMOS and PMOS
An additional masking process is required when forming from different coatings. In addition, controlling the threshold voltage by such a method depends on factors such as the gas flow rate.
Since the FT threshold value also varies, the variation in the threshold value for each lot becomes extremely large.
【0025】本発明はこのような困難な課題に対して解
答を与えんとするものであるが、その主旨とするところ
は、プロセスによって、NMOSのリーク電流の低減を
図るのではなく、回路設計の最適化によって、リーク電
流の大きなTFTでも使用できる回路を設計するもので
ある。先に述べたように、活性層として、純度の高いシ
リコン材料から形成した場合には、N- 型となるが、そ
のエネルギー準位は極めて再現性がよく、安定してい
る。また、プロセス自体も極めてシンプルであり、歩留
りも十分に高い。これに対し、しきい値電圧を制御する
さまざまな方法は、プロセスを煩雑にするばかりでな
く、得られる活性層のエネルギー準位(フェルミレベル
等)もロットごとにまちまちのものとなり、歩留りも低
下する。The present invention is intended to provide an answer to such a difficult problem, but the gist of the invention is not to reduce the leak current of the NMOS by the process but to design the circuit. Is designed to optimize a circuit that can be used even in a TFT having a large leak current. As described above, when the active layer is made of a highly pure silicon material, it becomes N − type, but its energy level is extremely reproducible and stable. Also, the process itself is extremely simple and the yield is sufficiently high. On the other hand, various methods of controlling the threshold voltage not only complicate the process, but also the energy levels (Fermi level, etc.) of the obtained active layer vary from lot to lot, and the yield decreases. To do.
【0026】明らかに、プロセスの改良によってNMO
Sを回路にあわせるよりも、すなわち、1017cm-3程
度の微妙なドーピングをおこなうよりも、極力不純物を
排除したプロセスの方が容易であり、その結果得られる
NMOSにあわせて回路を設計する方が得策である。本
発明の技術思想はここにある。Apparently, the process improvements allow NMO
The process of removing impurities as much as possible is easier than adjusting S to the circuit, that is, performing delicate doping of about 10 17 cm -3 , and the circuit is designed according to the resulting NMOS. Better than that. This is the technical idea of the present invention.
【0027】[0027]
【問題を解決する方法】本発明の適用される半導体回路
は普遍的なものではない。本発明は、特に液晶表示装置
等の電界の効果によって光の透過性や反射性が変化する
材料を利用し、対向する電極との間にこれらの材料をは
さみ、対向電極との間に電界をかけて、画像表示をおこ
なうためのアクティブマトリクス回路や、DRAMのよ
うなキャパシタに電荷を蓄積することによって記憶を保
持するメモリー装置や、同じくMOSトランジスタのM
OS構造部をキャパシタとして、あるいはその他のキャ
パシタによって、次段の回路を駆動するダイナミックシ
フトレジスタのようなダイナミック回路を有する回路に
適している。特に、ダイナミック回路とスタテッィク回
路の混載された回路に適した発明である。Solution to the Problem The semiconductor circuit to which the present invention is applied is not universal. The present invention particularly utilizes materials whose light transmissivity and reflectivity are changed by the effect of an electric field such as a liquid crystal display device, and sandwiches these materials between the electrodes facing each other to form an electric field between the electrodes and the counter electrode. Therefore, an active matrix circuit for displaying an image, a memory device for holding a memory by accumulating electric charges in a capacitor such as a DRAM, or an M-type MOS transistor.
It is suitable for a circuit having a dynamic circuit such as a dynamic shift register which drives a circuit of the next stage by using the OS structure portion as a capacitor or another capacitor. In particular, the invention is suitable for a circuit in which a dynamic circuit and a static circuit are mixed.
【0028】本発明の1つの例は、液晶等のアクティブ
マトリクス回路の表示部分において、PMOSのTFT
をスイッチングトランジスタとして用いることである。
ここでは、PMOSのTFTがデータ線と画素電極に対
して直列に挿入されていることが必要であり、NMOS
のTFTが並列に挿入されていては、リーク電流が多い
ためかような表示の目的には不適切である。したがっ
て、画素のTFT回路においてはPMOSとNMOSの
TFTが直列に挿入されている場合も本発明は含む。も
ちろん、2つのPMOSのTFTが並列に挿入されてい
ることも本発明の技術範囲である。One example of the present invention is a PMOS TFT in a display portion of an active matrix circuit such as a liquid crystal.
Is used as a switching transistor.
Here, it is necessary that the PMOS TFT is inserted in series with the data line and the pixel electrode.
If the TFTs are inserted in parallel, a large leak current is not suitable for such a display purpose. Therefore, the present invention also includes the case where the PMOS and NMOS TFTs are inserted in series in the pixel TFT circuit. Of course, it is also within the technical scope of the present invention that two PMOS TFTs are inserted in parallel.
【0029】本発明の2つめの例は、前記のような表示
回路部(アクティブマトリクス)とその駆動回路(周辺
回路)とを有する装置において、駆動回路をCMOS回
路とすることである。この場合、回路の全てがCMOS
である必要はないが、トランスミッションゲイトやイン
バータ回路はCMOS化されるのが望ましい。そのよう
な装置の概念図を図3に示した。図には絶縁基板37上
にデータドライバー31とゲイトドライバー32が構成
され、また、中央部にPMOSのTFTを有するアクテ
ィブマトリクス33が構成され、これらのドライバー部
とアクティブマトリクスとがゲイト線35、データ線3
6によって接続された表示装置が示されている。アクテ
ィブマトリクス33はPMOSを有する画素セル34の
集合体である。A second example of the present invention is that the drive circuit is a CMOS circuit in the device having the display circuit section (active matrix) and the drive circuit (peripheral circuit) thereof as described above. In this case, all circuits are CMOS
However, it is preferable that the transmission gate and the inverter circuit are formed in CMOS. A conceptual diagram of such a device is shown in FIG. In the figure, a data driver 31 and a gate driver 32 are formed on an insulating substrate 37, and an active matrix 33 having a PMOS TFT is formed in the central portion. These driver portion and the active matrix are formed by a gate line 35 and a data line. Line 3
Display devices connected by 6 are shown. The active matrix 33 is an aggregate of pixel cells 34 having PMOS.
【0030】CMOS回路に関しては、例えば、得られ
たTFTのしきい値電圧が、NMOSでは2V、PMO
Sでは6V、さらにリーク電流がNMOSの方がPMO
Sよりも10倍以上も多くてもCMOSインバータでは
全く支障がない。Regarding the CMOS circuit, for example, the threshold voltage of the obtained TFT is 2V for NMOS and PMO.
6V for S, and PMO for leak current of NMOS
Even if it is more than 10 times larger than S, there is no problem in the CMOS inverter.
【0031】というのも、インバータのような論理回路
ではリークによる消費電力はさほど問題とされないから
である。また、インバータの動作は、低電圧状態はNM
OSのしきい値電圧以下、高電圧状態はドレイン電圧と
PMOSのしきい値電圧(<0)の和以上であることが
要求されるが、この場合はドレイン電圧が8V以上、理
想的には10V以上あれば問題はなく、例えば、入力は
0Vと8Vの2値とすれば十分である。This is because power consumption due to leakage is not a serious problem in a logic circuit such as an inverter. The operation of the inverter is NM in the low voltage state.
The threshold voltage of OS is lower than the threshold voltage, and the high voltage state is required to be higher than the sum of the drain voltage and the threshold voltage of PMOS (<0). In this case, the drain voltage is 8V or higher, ideally. There is no problem as long as it is 10 V or higher. For example, it is sufficient if the input is a binary value of 0 V and 8 V.
【0032】本発明の3つめの例はDRAMのような半
導体メモリーに関するものである。半導体メモリー装置
は、単結晶ICでは既に速度の限界に達している。これ
以上の高速動作をおこなわせるには、トランジスタの電
流容量をより大きくすることが必要であるが、それは消
費電流の一段の増加の原因になるばかりではなく、特に
キャパシタに電荷を蓄えることによって記憶動作をおこ
なうDRAMに関しては、キャパシタの容量をこれ以
上、拡大できない以上、駆動電圧を上げることによって
対応するしか方法がない。The third example of the present invention relates to a semiconductor memory such as DRAM. Semiconductor memory devices have already reached the speed limit of single crystal ICs. In order to achieve higher-speed operation than this, it is necessary to increase the current capacity of the transistor, but this not only causes a further increase in current consumption, but especially by storing electric charge in the capacitor. As for the DRAM that operates, the capacity of the capacitor cannot be expanded any further, and the only way to cope with this is to increase the drive voltage.
【0033】単結晶ICが速度の限界に達したといわれ
るのは、一つには基板と配線の容量によって、大きな損
失が生じているからである。もし、基板に絶縁物を使用
すれば、消費電流をあげなくとも十分に高速な駆動が可
能である。このような理由からSOI(絶縁物上の半導
体)構造のICが提案されている。It is said that the single crystal IC has reached the speed limit because, in part, a large loss occurs due to the capacitance of the substrate and wiring. If an insulator is used for the substrate, it can be driven at a sufficiently high speed without increasing the current consumption. For this reason, an IC having an SOI (semiconductor on insulator) structure has been proposed.
【0034】DRAMにおいても、1Tr/セル構造の
場合には、先の液晶表示装置と回路構成がほとんど同じ
であり、それ以外の構造のDRAM(例えば、3Tr/
セル構造)でも、記憶ビット部のTFTにリーク電流の
小さいPMOSのTFTを使用する。基本的なブロック
構成は図3のものと同じである。例えば、DRAMにお
いては、31がコラムデコーダー、32がローデコーダ
ー、33が記憶素子部、34が単位記憶ビット、35が
ビット線、36がワード線、37が(絶縁)基板であ
る。Also in the DRAM, in the case of the 1Tr / cell structure, the circuit configuration is almost the same as that of the above liquid crystal display device, and the DRAM of the other structure (for example, 3Tr / cell).
Even in the cell structure), a PMOS TFT having a small leak current is used as the TFT in the memory bit portion. The basic block configuration is the same as that of FIG. For example, in a DRAM, 31 is a column decoder, 32 is a row decoder, 33 is a memory element part, 34 is a unit memory bit, 35 is a bit line, 36 is a word line, and 37 is an (insulating) substrate.
【0035】液晶表示装置のアクティブマトリクスもD
RAMも、いずれもリフレッシュ動作を必要とするもの
であるが、そのリフレッシュの期間の間には、画素の容
量やキャパシタの容量に蓄積された電荷が放電してしま
わないように、TFTが十分に大きな抵抗として機能す
る必要がある。もし、この場合にNMOSのTFTを用
いたならば、リーク電流が大きいために十分な駆動がで
きない。リーク電流の低いPMOSのTFTを用いる利
点はここにある。The active matrix of the liquid crystal display device is also D
All of the RAMs also require a refresh operation, but the TFTs are sufficient to prevent the electric charge accumulated in the pixel capacitance and the capacitor capacitance from being discharged during the refresh period. It has to act as a great resistance. If an NMOS TFT is used in this case, sufficient drive cannot be performed because the leak current is large. This is the advantage of using a PMOS TFT having a low leak current.
【0036】本発明では、高温プロセスのTFTでも有
効であるが、特に有効なのは低温プロセスのTFTであ
る。低温プロセスで得られたTFTは、その活性層の組
織構造がアモルファスと単結晶の中間であり、また、格
子歪みが大きく、いわゆるセミアモルファス状態で、し
たがって、物性的にアモルファス状態に近い。すなわ
ち、純粋なシリコン材料によって低温プロセスで作製し
た活性層は、大抵の場合、N- 型である。In the present invention, the TFT of the high temperature process is effective, but the TFT of the low temperature process is particularly effective. The TFT obtained by the low-temperature process has a texture structure of its active layer intermediate between amorphous and single crystal, has a large lattice strain, and is in a so-called semi-amorphous state, and thus is physically close to an amorphous state. That is, an active layer made of pure silicon material by a low temperature process is mostly N - type.
【0037】ここで、セミアモルファス状態について詳
細な説明を加えると、アモルファス状態のシリコンは熱
を加えるにしたがって結晶成長を始めるが、大気圧下で
は650℃程度までは、結晶成長という状態ではない。
すなわち、結晶性のよい部分の間に比較的結晶性のわる
い部分が存在し、しかも分子間の結合がタイトであり、
通常のイオン結晶における結晶析出とはことなった様相
を示す。すなわち、不対結合手(ダングリングボンド)
は極めて少ないことが特徴である。もし、結晶成長が6
80℃を越えると結晶の成長速度が著しく促進され、多
くの結晶粒からなる多結晶状態となる。そして、この場
合には、それまで格子歪みによって緩衝されていた結晶
粒界の分子結合が破壊されて、粒界部にダングリングボ
ンドが多数形成される。Here, if the semi-amorphous state is described in detail, the silicon in the amorphous state starts crystal growth as heat is applied, but under atmospheric pressure, the crystal growth does not occur up to about 650 ° C.
That is, there is a relatively poorly crystalline portion between the portions with good crystallinity, and the intermolecular bond is tight,
It shows a different aspect from crystal precipitation in ordinary ionic crystals. That is, dangling bond
Is characterized by being extremely small. If the crystal growth is 6
When the temperature exceeds 80 ° C., the crystal growth rate is remarkably accelerated, and a polycrystalline state composed of many crystal grains is formed. Then, in this case, the molecular bonds at the crystal grain boundaries, which have been buffered by the lattice strain until then, are broken, and many dangling bonds are formed at the grain boundary portions.
【0038】さて、このようなセミアモルファス状態の
材料では、活性層へ不純物をドーピングしたとしても、
アモルファスシリコンの場合と同様にあまり活性化には
寄与しない。その原因としては、本発明人等はドーパン
ト不純物が特にダングリングボンドの多い箇所に選択的
にトラップされるためではないかと考えている。したが
って、セミアモルファス状態の活性層、もしくは低温プ
ロセスによって形成された活性層では、ドーピングによ
るしきい値電圧の制御は困難である。Now, in such a semi-amorphous material, even if the active layer is doped with impurities,
As in the case of amorphous silicon, it does not contribute much to activation. The present inventors suspect that the reason for this is that the dopant impurities are selectively trapped in the places where there are many dangling bonds. Therefore, it is difficult to control the threshold voltage by doping in an active layer in a semi-amorphous state or an active layer formed by a low temperature process.
【0039】また、本発明は、本発明人等の発明である
特願平4−73315に記述されるような2層の活性層
を有するTFTにおいても有効である。このTFTで
は、基板側にアモルファス状態の活性層を設け、その上
にセミアモルファス、あるいは多結晶状態の活性層を設
けるもので、基板と活性層の界面に存在する電荷によっ
て発生するリークを極限まで減らすことができる。しか
しながら、構造上、アモルファスシリコンを用いるため
に、下側の活性層はN- 型である。したがって、界面に
起因するリークは減らせても、この活性層に起因するリ
ークはなかなか減らせない。例えば、PMOSではリー
ク電流が10-12 A以下(ドレイン電圧1V)であって
も、NMOSでは、リーク電流がその100倍以上であ
った。The present invention is also effective for a TFT having two active layers as described in Japanese Patent Application No. 4-73315, which is an invention of the present inventors. In this TFT, an active layer in an amorphous state is provided on the substrate side, and an active layer in a semi-amorphous state or a polycrystalline state is provided thereon, so that the leak generated by the electric charge existing at the interface between the substrate and the active layer is minimized. Can be reduced. However, since the structure uses amorphous silicon, the lower active layer is N − type. Therefore, even if the leak caused by the interface can be reduced, the leak caused by the active layer cannot be easily reduced. For example, even if the leak current is 10 −12 A or less (drain voltage 1 V) in the PMOS, the leak current is 100 times or more that in the NMOS.
【0040】その作製方法は図4に例示される。まず、
基板41上に、窒化珪素等のパッシベーション力の強い
皮膜42を形成する。基板が十分に清浄であれば、この
ような皮膜を形成しなくともよい。さらに下地酸化膜4
3を形成する。そして、アモルファスシリコン膜を2層
形成するが、その堆積速度や堆積基板温度を最適化する
ことによって、後の熱処理によってアモルファス状態の
ままであるか、セミアモルファス化あるいは多結晶化す
るかが決定される。この例では上の層45、47がセミ
アモルファス化(もしくは多結晶化)し、下の層44、
47はアモルファスのままである。The manufacturing method is illustrated in FIG. First,
A film 42 having a strong passivation force such as silicon nitride is formed on the substrate 41. If the substrate is sufficiently clean, it is not necessary to form such a film. Further underlying oxide film 4
3 is formed. Then, two layers of the amorphous silicon film are formed. By optimizing the deposition rate and the deposition substrate temperature, it is determined whether the amorphous state is maintained in the later heat treatment, semi-amorphous or polycrystallized. It In this example, the upper layers 45 and 47 are semi-amorphized (or polycrystallized), and the lower layers 44 and 47 are
47 remains amorphous.
【0041】このような方法の特徴は、同一のチャンバ
ーを用いて成膜をおこないながらも、その条件を微妙に
変化させることによって2種の性質の異なるシリコン膜
が形成できることにあり、不純物添加によるしきい値電
圧制御は、この方法の利点をつぶすこととなる。もし、
下の層44、46をN- 型からI型にまで変えようとし
ても、この層はアモルファスのままであるので、イオン
化率が悪く、多量のドーピングが必要である。したがっ
て、チャンバーがこれらの不純物によって著しく汚染さ
れ、逆にPMOSの活性層をP型にしてしまう可能性を
有している。したがって、このような2層構造の活性層
を有するTFTは、ドーピングによるしきい値電圧制御
を必要としない本発明に極めて適している。このような
TFTの形成方法は実施例において詳述する。A characteristic of such a method is that two kinds of silicon films having different properties can be formed by subtly changing the conditions while forming a film using the same chamber. Threshold voltage control negates the advantages of this method. if,
Even if one tries to change the lower layers 44, 46 from N - type to I-type, since the layers remain amorphous, the ionization rate is poor and a large amount of doping is required. Therefore, the chamber is significantly contaminated by these impurities, and on the contrary, there is a possibility that the active layer of the PMOS becomes P type. Therefore, a TFT having such an active layer having a two-layer structure is extremely suitable for the present invention which does not require threshold voltage control by doping. A method for forming such a TFT will be described in detail in the embodiments.
【0042】[0042]
【実施例】〔実施例1〕 図4に本発明を用いたCMO
S回路の作製実施例を説明する。本実施例では基板41
としてコーニング社の7059番ガラス基板を使用し
た。基板はこの他にも様々な種類のものを使用すること
ができるが、半導体被膜中にナトリウム等の可動イオン
が侵入しないように基板に応じて対処しなければならな
い。理想的な基板はアルカリ濃度の小さい合成石英基板
であるが、コスト的に利用することが難しい場合には、
市販の低アルカリガラスもしくは無アルカリカラスを使
用することとなる。本実施例では、基板41上には基板
からの可動イオンの侵入を阻止する目的で、厚さ5〜2
00nm、例えば10nmの窒化珪素膜42を減圧CV
D法で形成した。さらに、窒化珪素膜上に、スパッタ法
によって、厚さ20〜1000nm、例えば50nmの
酸化珪素膜43を形成した。これらの被膜の膜厚は、可
動イオンの侵入の程度、あるいは活性層への影響の程度
に応じて設計される。EXAMPLES Example 1 FIG. 4 shows a CMO using the present invention.
An example of manufacturing the S circuit will be described. In this embodiment, the substrate 41
A No. 7059 glass substrate manufactured by Corning Inc. was used as. Various other types of substrates can be used, but it is necessary to take measures depending on the substrate so that mobile ions such as sodium do not enter into the semiconductor film. The ideal substrate is a synthetic quartz substrate with a low alkali concentration, but if it is difficult to use costly,
Commercially available low-alkali glass or non-alkali crow will be used. In this embodiment, a thickness of 5 to 2 is provided on the substrate 41 for the purpose of preventing mobile ions from entering the substrate 41.
The silicon nitride film 42 of 00 nm, for example, 10 nm is decompressed by CV.
It was formed by the D method. Further, a silicon oxide film 43 having a thickness of 20 to 1000 nm, for example 50 nm, was formed on the silicon nitride film by the sputtering method. The thickness of these coatings is designed according to the degree of penetration of mobile ions or the degree of influence on the active layer.
【0043】例えば、窒化珪素膜42の質が良くなく、
電荷のトラップが大きい場合には、酸化珪素膜を通して
上の半導体層に影響を及ぼすので、その場合には酸化珪
素膜43を厚くする必要がある。For example, the quality of the silicon nitride film 42 is not good,
If the charge trap is large, it affects the upper semiconductor layer through the silicon oxide film. In that case, the silicon oxide film 43 must be thickened.
【0044】これらの皮膜の形成には、上記のような減
圧CVD法やスパッタ法だけでなく、プラズマCVD法
等の方法によって形成してもよい。特に酸化珪素膜の形
成には、TEOSを利用してもよい。それらの手段の選
択は投資規模や量産性等を考慮して決定すればよい。こ
れらの被膜は連続的に成膜されてもよいことはいうまで
もない。To form these films, not only the above-mentioned low pressure CVD method and sputtering method but also plasma CVD method or the like may be used. In particular, TEOS may be used for forming the silicon oxide film. The selection of these means may be determined in consideration of the scale of investment and mass productivity. Needless to say, these coatings may be continuously formed.
【0045】その後、減圧CVD法によって、モノシラ
ンを原料として、厚さ20〜200nm、例えば100
nmのアモルファスシリコン膜を形成した。基板温度は
430〜480℃、例えば450℃とした。さらに、連
続的に基板温度を変化させ、520〜560℃、例えば
550℃で、厚さ5〜200nm、例えば10nmのア
モルファスシリコン膜を形成した。基板温度は後の結晶
化の際に重要な影響を与えることが本発明人等の研究の
結果、明らかにされた。例えば、480℃以下で成膜し
たものは結晶化させることが難しかった。逆に520℃
以上の温度で成膜したものは結晶化しやすかった。この
ようにして得られたアモルファスシリコン膜は、600
℃で24時間熱アニールした。その結果、上部のシリコ
ン膜のみが結晶化し、いわゆるセミアモルファスシリコ
ンと言われる結晶性シリコンを得た。一方、下部のシリ
コン膜はアモルファス状態のままであった。After that, monosilane is used as a raw material in a thickness of 20 to 200 nm, for example, 100 by a low pressure CVD method.
nm amorphous silicon film was formed. The substrate temperature was 430 to 480 ° C, for example 450 ° C. Further, the substrate temperature was continuously changed, and an amorphous silicon film having a thickness of 5 to 200 nm, for example, 10 nm was formed at 520 to 560 ° C., for example, 550 ° C. As a result of research by the present inventors, it was revealed that the substrate temperature has an important influence on the subsequent crystallization. For example, it was difficult to crystallize a film formed at 480 ° C. or lower. Conversely, 520 ° C
The film formed at the above temperature was easy to crystallize. The amorphous silicon film thus obtained has a thickness of 600
It was annealed at 24 ° C. for 24 hours. As a result, only the upper silicon film was crystallized, and crystalline silicon called so-called semi-amorphous silicon was obtained. On the other hand, the lower silicon film remained in an amorphous state.
【0046】上部のシリコン膜の結晶化を促進するため
には膜中に含まれている炭素、窒素、酸素の濃度は、い
ずれも7×1019cm-3以下であることが望ましい。本
実施例では、SIMS分析によって1×1017cm-3以
下であることを確認した。逆に下部のシリコン膜の結晶
化を抑制するためにはこれらの元素が多く含まれている
と都合がよい。しかし、過剰なドーピングは半導体特
性、ひいてはTFT特性に悪影響を与えるので、ドーピ
ングの有無やその量はTFTの特性に応じて設計され
る。In order to promote the crystallization of the upper silicon film, the concentrations of carbon, nitrogen and oxygen contained in the film are all preferably 7 × 10 19 cm -3 or less. In this example, it was confirmed by SIMS analysis that it was 1 × 10 17 cm −3 or less. On the contrary, in order to suppress the crystallization of the lower silicon film, it is convenient that these elements are contained in a large amount. However, since excessive doping adversely affects semiconductor characteristics and eventually TFT characteristics, the presence or absence of doping and the amount thereof are designed according to the characteristics of the TFT.
【0047】さて、アモルファスシリコン膜を熱アニー
ルによって、結晶性シリコン膜としたのち、これを適当
なパターンにエッチングして、NTFT用の島状半導体
領域45とPTFT用の島状半導体領域47とを形成す
る。各島状半導体領域の上部には、意図的な不純物ドー
プはされず、特にボロン等の不純物濃度は1017cm -3
以下であることをSIMS(2次イオン質量分析法)に
よって確認した。したがって、この部分の導電型は、N
- 型であると推測される。一方、各半導体領域の下部の
シリコン層44、46は実質的にアモルファスシリコン
であった。Now, the amorphous silicon film is thermally annealed.
A crystalline silicon film according to
Island-shaped semiconductor for NTFT by etching into various patterns
A region 45 and an island-shaped semiconductor region 47 for PTFT are formed.
It On top of each island-shaped semiconductor region, an intentional impurity
The impurity concentration such as boron is 1017cm -3
SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry)
Therefore confirmed. Therefore, the conductivity type of this portion is N
-Suspected to be a type. On the other hand, the bottom of each semiconductor region
Silicon layers 44 and 46 are substantially amorphous silicon
Met.
【0048】その後、酸素雰囲気中での酸化珪素をター
ゲットとするスパッタ法によって、ゲイト絶縁膜(酸化
珪素)48を厚さ50〜300nm、例えば100nm
だけ形成した。この厚さは、TFTの動作条件等によっ
て決定される。Thereafter, a gate insulating film (silicon oxide) 48 having a thickness of 50 to 300 nm, for example 100 nm, is formed by a sputtering method targeting silicon oxide in an oxygen atmosphere.
Just formed. This thickness is determined by the operating conditions of the TFT and the like.
【0049】次にスパッタ法によって、アルミニウム皮
膜を厚さ500nmだけ形成し、これを混酸(5%の硝
酸を添加した燐酸溶液)によってパターニングし、ゲイ
ト電極・配線49および50を形成した。エッチングレ
ートは、エッチングの温度を40℃としたときに225
nm/分であった。このようにして、TFTの外形を整
えた。このときのチャネルの大きさは、いずれも長さ8
μm、幅20μmとした。このときの状態を図4(A)
に示す。Next, an aluminum film having a thickness of 500 nm was formed by the sputtering method, and this was patterned with a mixed acid (phosphoric acid solution containing 5% nitric acid) to form gate electrodes / wirings 49 and 50. The etching rate is 225 when the etching temperature is 40 ° C.
nm / min. In this way, the outer shape of the TFT was adjusted. At this time, the size of the channel is 8
The width was 20 μm. The state at this time is shown in FIG.
Shown in.
【0050】さらに、陽極酸化法によってアルミニウム
配線の表面に酸化アルミニウムを形成した。陽極酸化の
方法としては、本発明人等の発明である特願平3−23
1188もしくは特願平3−238713に記述される
方法を用いた。詳細な実施の様態については、目的とす
る素子の特性やプロセス条件、投資規模等によって変更
を加えればよい。本実施例では、陽極酸化によって、厚
さ250nmの酸化アルミニウム被膜51および52を
形成した。Further, aluminum oxide was formed on the surface of the aluminum wiring by the anodic oxidation method. As a method of anodizing, Japanese Patent Application No. 3-23, which is an invention of the present inventors, is used.
The method described in 1188 or Japanese Patent Application No. 3-238713 was used. The detailed mode of implementation may be changed according to the characteristics of the target element, process conditions, investment scale, and the like. In this example, aluminum oxide coatings 51 and 52 having a thickness of 250 nm were formed by anodic oxidation.
【0051】その後、ゲイト酸化膜を通したイオン注入
法によって、公知のCMOS作製技術を援用し、N型ソ
ース/ドレイン領域53とP型ソース/ドレイン領域5
4を形成した。いずれも不純物濃度は8×1019cm-3
となるようにした。イオン源としては、P型はフッ化ホ
ウ素イオンを、N型はリンイオンを用い、前者は加速電
圧80keVで、後者は加速電圧110keVで注入し
た。加速電圧はゲイト酸化膜の厚さや半導体領域45、
47の厚さを考慮して設定される。イオン注入法のかわ
りに、イオンドーピング法を用いてもよい。イオン注入
法では注入されるイオンは質量によって分離されるの
で、不必要なイオンは注入されることがないが、イオン
注入装置で処理できる基板の大きさは限定される。一
方、イオンドーピング法では、比較的大きな基板(例え
ば対角30インチ以上)も処理する能力を有するが、水
素イオンやその他不必要なイオンまで同時に加速されて
注入されるので、基板が加熱されやすい。この場合には
イオン注入法で使用するようなフォトレジストをマスク
とした選択的な不純物注入は難しい。After that, the N-type source / drain regions 53 and the P-type source / drain regions 5 are formed by the well-known CMOS fabrication technique by the ion implantation method through the gate oxide film.
4 was formed. In both cases, the impurity concentration is 8 × 10 19 cm -3
So that As the ion source, boron fluoride ions were used for the P type and phosphorus ions for the N type, and the former was implanted at an accelerating voltage of 80 keV and the latter was implanted at an accelerating voltage of 110 keV. The acceleration voltage depends on the thickness of the gate oxide film, the semiconductor region 45,
It is set in consideration of the thickness of 47. An ion doping method may be used instead of the ion implantation method. In the ion implantation method, since the implanted ions are separated by mass, unnecessary ions are not implanted, but the size of the substrate that can be processed by the ion implantation apparatus is limited. On the other hand, the ion doping method has the ability to process a relatively large substrate (for example, a diagonal size of 30 inches or more), but since hydrogen ions and other unnecessary ions are simultaneously accelerated and implanted, the substrate is easily heated. . In this case, it is difficult to selectively implant impurities using a photoresist as a mask, which is used in the ion implantation method.
【0052】このようにして、オフセット領域を有する
TFTが作製された。その様子を図4(B)に示す。最
後に、レーザーアニール法によって、ゲイト電極部をマ
スクとしてソース/ドレイン領域の再結晶化をおこなっ
た。レーザーアニールの条件は、例えば特願平3−23
1188や同3−238713に記述されている方法を
使用した。そして層間絶縁物55として、酸化珪素をR
FプラズマCVD法で形成し、これに電極形成用の穴を
開け、アルミニウム配線56〜48を形成して、素子を
完成させた。In this way, a TFT having an offset region was manufactured. This is shown in FIG. 4 (B). Finally, the source / drain regions were recrystallized by the laser annealing method using the gate electrode portion as a mask. The conditions of laser annealing are, for example, Japanese Patent Application No. 3-23.
The method described in 1188 or 3-238713 was used. Then, as the interlayer insulator 55, silicon oxide is used as R
It was formed by the F plasma CVD method, holes for electrode formation were opened in this, and aluminum wirings 56 to 48 were formed to complete the element.
【0053】本実施例では、レーザーアニールによっ
て、もともと結晶性シリコンであった、被膜45、47
のみならず、アモルファスシリコンであった被膜44、
46までもが結晶化される。これは、レーザーアニール
が強力だからである。その結果、図4(C)に示すよう
に初期のアモルファス領域44、46はチャネルの下の
部分59、60以外は全てソース/ドレインとおなじ結
晶性を有する材料に変換されてしまった。その結果、ソ
ース/ドレインの厚さは島状半導体領域45、47と実
質的に同じとなった。しかしながら、実質的なチャネル
の厚さは図から明らかなように、約10nmというよう
にソース/ドレイン領域よりも薄かった。その結果、ソ
ース/ドレインのシート抵抗は小さく、また、チャネル
が薄い分だけOFF電流が少ないという優れた特性を示
すことができた。In this example, the coatings 45 and 47, which were originally crystalline silicon, were formed by laser annealing.
Not only the film 44 which was amorphous silicon,
Up to 46 is crystallized. This is because laser annealing is powerful. As a result, as shown in FIG. 4C, the initial amorphous regions 44 and 46 are all converted into a material having the same crystallinity as the source / drain except the portions 59 and 60 under the channels. As a result, the thickness of the source / drain was substantially the same as that of the island-shaped semiconductor regions 45 and 47. However, the substantial channel thickness was thinner than the source / drain regions by about 10 nm as apparent from the figure. As a result, the sheet resistance of the source / drain was small, and the excellent characteristics that the OFF current was small due to the thin channel could be exhibited.
【0054】図4には液晶表示装置の駆動回路に使用さ
れるCMOS回路の作製工程を示したが、同じ基板上の
アクティブマトリクス部には、PMOSが同じように形
成されている。このようにして形成されたTFTの特性
は、チャネル長が5μm、チャネル幅が20μmで、ソ
ース/ドレイン電圧が1Vの状態で、NMOSのリーク
電流は〜100pA、PMOSはPMOSの〜1pAで
あった。このようにオフ抵抗はPMOSの方が100倍
も大きかった。また、ゲイト電圧が+8V(PMOSの
場合は−8V)のオン状態では、NMOSは10μA、
PMOSは100nAの電流を流した。PMOSのドレ
イン電流がNMOSに比べて著しく小さいのは、しきい
値電圧がPMOSの場合には、負にシフトしているから
である。したがって、PMOSのゲイト電圧を−12V
としたときには、ドレイン電流は1μAとなった。すな
わち、このようなTFTを用いて、トランスミッション
ゲイトを構成せんとすれば、PTFTに印加する電位を
負の方にシフトさせるべきである。FIG. 4 shows a manufacturing process of a CMOS circuit used for a driving circuit of a liquid crystal display device, but a PMOS is similarly formed in an active matrix portion on the same substrate. The characteristics of the TFT thus formed are that the channel length is 5 μm, the channel width is 20 μm, the source / drain voltage is 1 V, the leakage current of NMOS is ˜100 pA, and that of PMOS is ˜1 pA of PMOS. . Thus, the off resistance of the PMOS was 100 times larger. When the gate voltage is + 8V (-8V in the case of PMOS) in the ON state, the NMOS has 10 μA,
The PMOS applied a current of 100 nA. The drain current of the PMOS is significantly smaller than that of the NMOS because the threshold voltage of the PMOS is negatively shifted. Therefore, the gate voltage of the PMOS is -12V
Then, the drain current was 1 μA. That is, if a transmission gate is formed using such a TFT, the potential applied to the PTFT should be shifted to the negative side.
【0055】アクティブマトリクス部のPMOSのTF
Tの大きさは、チャネル長5μm、チャネル幅10μm
とした。アクティブマトリクスとして利用されたPMO
SのTFTのゲイト電圧を0Vから−12Vまで変化さ
せると、ドレイン電流は10 6 倍にまで増大するので、
画像表示用としては問題がなかった。さらに、大きく変
動させることが必要な場合にはPMOSのTFTを2つ
直列に構成して、いわゆるデュアルゲイト構造とすると
よい。この場合には、オフ状態では、TFTの抵抗はさ
らに約1桁上昇するものの、ON状態では、TFTの抵
抗は2倍程度にしかならないので、結局、ドレイン電流
は107 も変動することとなる。TFTを3段直列に形
成したら、さらに変動率は1桁増加する。TF of PMOS of active matrix section
The size of T has a channel length of 5 μm and a channel width of 10 μm.
And PMO used as an active matrix
Change the gate voltage of S TFT from 0V to -12V.
The drain current is 10 6Because it doubles
There was no problem for displaying images. Furthermore,
Two PMOS TFTs if required to operate
If it is configured in series to form a so-called dual gate structure
Good. In this case, the resistance of the TFT is
In addition, although it increases by about an order of magnitude, the resistance of the TFT is increased in the ON state.
Since the resistance is only about twice, the drain current is eventually
Is 107Will also fluctuate. Forming three stages of TFTs in series
Once done, the volatility will increase by one digit.
【0056】〔実施例2〕 図5には、本発明を実施す
るためのNMOSおよびPMOS素子の作製工程を示
す。本実施例では、高温プロセスによるTFTを作製し
た。まず、石英基板61(幅105mm×長さ105m
m×厚さ1.1mm)上に、減圧CVD法によって、不
純物のドープされていないポリシリコン膜を厚さ100
〜500nm、好ましくは150〜200nm形成し
た。そして、これを乾燥した高温の酸素雰囲気中で酸化
せしめた。温度は850〜1100℃の範囲とし、95
0〜1050℃が特に好ましかった。このようにして、
基板上に酸化珪素膜62を形成した(図5(A))。[Embodiment 2] FIG. 5 shows a manufacturing process of NMOS and PMOS devices for carrying out the present invention. In this example, a TFT was manufactured by a high temperature process. First, the quartz substrate 61 (width 105 mm x length 105 m
m × thickness 1.1 mm), a polysilicon film not doped with impurities is formed to a thickness of 100 by a low pressure CVD method.
.About.500 nm, preferably 150 to 200 nm. Then, this was oxidized in a dry high temperature oxygen atmosphere. The temperature is in the range of 850 to 1100 ° C. and is 95
0-1050 degreeC was especially preferable. In this way
A silicon oxide film 62 was formed on the substrate (FIG. 5A).
【0057】さらに、ジシランを原料とするプラズマC
VD法もしくは減圧CVD法によってアモルファスシリ
コン膜を厚さ100〜1000nm、好ましくは、35
0〜700nm形成した。基板温度は350〜450℃
とした。そして、これを550〜650℃、このましく
は580〜620℃で長時間アニールして、結晶性を持
たせた。そして、これをパターニングして、図5(B)
に示すようにNMOSの領域63aとPMOSの領域6
3bを形成した。Further, plasma C using disilane as a raw material
An amorphous silicon film having a thickness of 100 to 1000 nm, preferably 35, is formed by the VD method or the low pressure CVD method.
The thickness was 0 to 700 nm. Substrate temperature is 350-450 ° C
And Then, this was annealed at 550 to 650 ° C., and more preferably at 580 to 620 ° C. for a long time to give it crystallinity. Then, by patterning this, FIG.
As shown in, the NMOS region 63a and the PMOS region 6
3b was formed.
【0058】ついで、乾燥した高温の酸化雰囲気中で上
記シリコン領域63の表面を酸化して、図5(C)に示
すように、シリコン領域の表面に厚さ50〜150n
m、好ましくは50〜70nmの酸化珪素膜64を形成
した。酸化条件は、酸化珪素62と同じとした。Then, the surface of the silicon region 63 is oxidized in a dry and high temperature oxidizing atmosphere, and the thickness of the surface of the silicon region is 50 to 150 n as shown in FIG. 5C.
A silicon oxide film 64 having a thickness of m, preferably 50 to 70 nm was formed. The oxidizing conditions were the same as those for silicon oxide 62.
【0059】その後、リンが1019〜2×1020c
m-3、例えば8×1019cm-3ドープされたシリコン膜
を厚さ200〜500nm、好ましくは350〜400
nmだけ形成し、これを図5(D)のようにパターニン
グして、NMOSのゲイト65aおよびPMOSのゲイ
ト65bを形成した。さらに、イオン注入法によって、
NMOSおよびPMOSの不純物領域66および67を
それぞれ形成した。After that, phosphorus is added at 10 19 to 2 × 10 20 c.
m −3 , for example, 8 × 10 19 cm −3 doped silicon film having a thickness of 200 to 500 nm, preferably 350 to 400
Then, the gate gate 65a of the NMOS and the gate 65b of the PMOS are formed by patterning as shown in FIG. 5D. Furthermore, by the ion implantation method,
Impurity regions 66 and 67 for NMOS and PMOS are formed, respectively.
【0060】このとき、これらの不純物の底面は下地の
酸化珪素膜62に達しないようにした。すなわち、下地
の酸化膜とシリコン膜の界面には多くの局在準位が形成
され、結果として、下地の酸化膜付近のシリコン膜は特
定の導電型(通常の場合はN型)を示す。もし、不純物
領域が、このような部分のシリコン膜に隣接していた場
合には、リークが生じる。したがって、このようなリー
クを避けるために、本実施例では不純物領域の底面と下
地酸化膜62の間に50〜200nmの空間を設けた。At this time, the bottom surfaces of these impurities were prevented from reaching the underlying silicon oxide film 62. That is, many localized levels are formed at the interface between the underlying oxide film and the silicon film, and as a result, the silicon film near the underlying oxide film exhibits a specific conductivity type (normally N type). If the impurity region is adjacent to the silicon film in such a portion, leakage occurs. Therefore, in order to avoid such a leak, a space of 50 to 200 nm is provided between the bottom surface of the impurity region and the base oxide film 62 in this embodiment.
【0061】本実施例では、酸化珪素膜64を通してイ
オン注入をおこなったが、より精密に不純物領域の深さ
を制御するためには、酸化珪素膜64を除去して、熱拡
散をおこなってもよい。In this embodiment, ion implantation is performed through the silicon oxide film 64. However, in order to control the depth of the impurity region more precisely, the silicon oxide film 64 may be removed and thermal diffusion may be performed. Good.
【0062】不純物領域を形成した後、熱アニールによ
って、不純物領域の結晶性を回復させた。その後は通常
のTFTの作製工程と同様に、層間絶縁物(リンボロン
ガラス)68を堆積して、リフローによって平坦化さ
せ、コンタクトホールを形成して金属配線69〜71を
形成した。After forming the impurity region, the crystallinity of the impurity region was recovered by thermal annealing. After that, as in a normal TFT manufacturing process, an interlayer insulator (phosphorus glass) 68 was deposited and flattened by reflow, contact holes were formed, and metal wirings 69 to 71 were formed.
【0063】以上の工程によって形成された、TFTを
使用して、1Tr/セルのDRAM(16kビット)を
作製した。TFTのチャネル部の大きさをチャネル長2
μm、チャネル幅10μmとしたときの、NMOSのリ
ーク電流は、ソース/ドレイン電圧が1Vのときに、約
10pA、PMOSのリーク電流は、同じ条件で約0.
1pAであった。メモリー素子部はチャネル長2μm、
チャネル幅2μmのPMOSを使用した。メモリー素子
部のキャパシタの容量は0.5pFとし、リフレッシュ
周期は最大5秒という長時間の記憶保持が可能となっ
た。これは、PMOSのオフ状態の抵抗が5×1013Ω
という高い値であったため可能となった。また、周辺回
路は、上記の工程で作製したNMOSとPMOSを使用
して、CMOS化した。このような絶縁基板上のDRA
Mであるので、高速動作が可能であり、ビットあたり1
00nsecで書込み・読出が可能であった。A 1Tr / cell DRAM (16 kbits) was manufactured using the TFT formed by the above steps. The channel size of the TFT is 2
When the source / drain voltage is 1 V, the leak current of the NMOS is about 10 pA when the channel width is 10 μm and the leak current of the PMOS is about 0.
It was 1 pA. The memory element section has a channel length of 2 μm,
A PMOS with a channel width of 2 μm was used. The capacity of the capacitor of the memory element section was set to 0.5 pF, and the refresh cycle could be held for a long time of up to 5 seconds. This is because the PMOS off-state resistance is 5 × 10 13 Ω.
It was possible because it was a high value. Further, the peripheral circuit was made into a CMOS by using the NMOS and the PMOS manufactured in the above steps. DRA on such an insulating substrate
Since it is M, high-speed operation is possible and 1 per bit
Writing / reading was possible in 00 nsec.
【0064】[0064]
【発明の効果】本発明によって、特にダイナミックな回
路およびそのような回路を有する装置の信頼性と性能を
高めることができた。従来、特に液晶表示装置のアクテ
ィブマトリクスのような目的に対しては多結晶TFTは
ON/OFF比が低く、実用化にはさまざまな困難があ
ったが、本発明によってそのような問題はほぼ解決され
たと思われる。さらに、実施例2に示したように絶縁基
板上の半導体回路は高速動作という点で優れている。実
施例では示さなかったが、単結晶半導体集積回路の立体
化の手段として用いられるTFTにおいても本発明を実
施することによって効果を挙げられることは明白であろ
う。The invention has made it possible to increase the reliability and the performance of particularly dynamic circuits and devices having such circuits. Conventionally, a polycrystalline TFT has a low ON / OFF ratio and has various difficulties in practical use, especially for purposes such as an active matrix of a liquid crystal display device. However, the present invention solves such a problem. It seems that it was done. Further, as shown in the second embodiment, the semiconductor circuit on the insulating substrate is excellent in that it operates at high speed. Although not shown in the examples, it will be apparent that the effect can be achieved by implementing the present invention in a TFT used as a means for three-dimensionalizing a single crystal semiconductor integrated circuit.
【0065】例えば、周辺論理回路を単結晶半導体上の
半導体回路で構成し、その上に層間絶縁物を介してTF
Tを設け、これによってメモリー素子部を構成すること
もできる。この場合には、メモリー素子部をPMOSの
TFTを使用したDRAM回路とし、その駆動回路は単
結晶半導体回路にCMOS化されて構成されている。し
かも、このような回路をマイクロプロセッサーに利用し
た場合には、メモリー部を2階に上げることになるの
で、面積を節約することができる。このように本発明は
産業上、極めて有益な発明であると考えられる。For example, the peripheral logic circuit is composed of a semiconductor circuit on a single crystal semiconductor, and TF is formed on the peripheral logic circuit via an interlayer insulator.
It is also possible to provide T to form a memory element part. In this case, the memory element portion is a DRAM circuit using a PMOS TFT, and its drive circuit is formed by forming a CMOS into a single crystal semiconductor circuit. Moreover, when such a circuit is used in a microprocessor, the memory section is raised to the second floor, so that the area can be saved. Thus, the present invention is considered to be an extremely useful invention in industry.
【図1】 NMOSのTFTの動作の概念図を示す。FIG. 1 shows a conceptual diagram of the operation of an NMOS TFT.
【図2】 PMOSのTFTの動作の概念図を示す。FIG. 2 shows a conceptual diagram of the operation of a PMOS TFT.
【図3】 本発明の構成の概念図を示す。FIG. 3 shows a conceptual diagram of the configuration of the present invention.
【図4】 本発明のTFTの作製工程を示す。FIG. 4 shows a manufacturing process of a TFT of the present invention.
【図5】 本発明のTFTの作製工程を示す。FIG. 5 shows a manufacturing process of a TFT of the present invention.
11、21・・・ゲイト電極
12、22・・ソース領域
13、23・・ドレイン領域
14、24・・・活性層
15、25・・・チャネル
16、26・・・反転層
31・・・データドライバー(DRAMの場合にはコラ
ムデコーダー)
32・・・ゲイトドライバー(DRAMの場合はローデ
コーダー)
33・・・アクティブマトリクス部(DRAMの場合は
記憶素子部)
34・・・単位画素(DRAMの場合は単位記憶ビッ
ト)
35・・・ゲイト線(DRAMの場合はビット線)
36・・・データ線(DRAMの場合はワード線)
37・・・絶縁基板11, 21 ... Gate electrodes 12, 22 ... Source regions 13, 23 ... Drain regions 14, 24 ... Active layers 15, 25 ... Channels 16, 26 ... Inversion layer 31 ... Data Driver (column decoder in case of DRAM) 32 ... Gate driver (row decoder in case of DRAM) 33 ... Active matrix section (memory element section in case of DRAM) 34 ... Unit pixel (in case of DRAM) Is a unit memory bit) 35 ... Gate line (bit line in case of DRAM) 36 ... Data line (word line in case of DRAM) 37 ... Insulating substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−116873(JP,A) 特開 昭60−109282(JP,A) 特開 昭60−74564(JP,A) 特開 昭51−95742(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8242 H01L 21/336 H01L 27/108 H01L 29/786 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-61-116873 (JP, A) JP-A-60-109282 (JP, A) JP-A-60-74564 (JP, A) JP-A-51- 95742 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8242 H01L 21/336 H01L 27/108 H01L 29/786
Claims (16)
と、前記窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、前記
酸化珪素膜上に形成されたP型の薄膜トランジスタと、
前記酸化珪素膜上に形成され、相補型の薄膜トランジス
タを含み前記P型の薄膜トランジスタを駆動する駆動回
路とを有するメモリー装置において、 前記P型の薄膜トランジスタ及び前記相補型の薄膜トラ
ンジスタは、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む
半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は、厚さが前記ソース
領域及び前記ドレイン領域よりも薄いことを特徴とする
メモリー装置。1. A silicon nitride film formed on a glass substrate.
A silicon oxide film formed on the silicon nitride film,
A P-type thin film transistor formed on a silicon oxide film;
A memory device having a driving circuit which is formed on the silicon oxide film and includes a complementary thin film transistor for driving the P type thin film transistor, wherein the P type thin film transistor and the complementary thin film transistor have a source region and a drain region. And a semiconductor film including a channel formation region, a gate insulating film formed on the semiconductor film, and a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the source region and the drain region are crystalline semiconductors. And the channel formation region includes an upper layer made of a crystalline semiconductor and an
A memory device, comprising a lower two-layer semiconductor made of a morphous semiconductor , wherein the upper layer of the channel forming region is thinner than the source region and the drain region.
でなるガラス基板上に形成された窒化珪素膜と、前記窒
化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、前記酸化珪素膜
上に形成されたP型の薄膜トランジスタと、前記酸化珪
素膜上に形成され、相補型の薄膜トランジスタを含み前
記P型の薄膜トランジスタを駆動する駆動回路とを有す
るメモリー装置において、 前記P型の薄膜トランジスタ及び前記相補型の薄膜トラ
ンジスタは、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む
半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は、厚さが前記ソース
領域及び前記ドレイン領域よりも薄いことを特徴とする
メモリー装置。 2. Low-alkali glass or non-alkali glass
A silicon nitride film formed on a glass substrate made of
Silicon oxide film formed on a silicon oxide film and the silicon oxide film
A P-type thin film transistor formed on the above, and the above-mentioned silicon oxide.
Formed on the base film, including complementary thin film transistor
And a drive circuit for driving a P-type thin film transistor.
In the memory device according to claim 1, the P-type thin film transistor and the complementary thin film transistor are provided.
The transistor includes a source region, a drain region and a channel forming region.
A semiconductor film, a gate insulating film formed on the semiconductor film, and a gate electrode formed on the gate insulating film, and the source region and the drain region are crystalline semiconductors.
And the channel formation region has an upper layer made of a crystalline semiconductor and an
The upper layer of the channel forming region is made of a two-layer semiconductor of a lower layer made of a morphous semiconductor, and the upper layer of the channel forming region has a thickness of the source.
Thinner than the region and the drain region
Memory device.
はシリコン膜であることを特徴とするメモリー装置。3. The method of claim 1 or 2, memory device, wherein the semiconductor film is a silicon film.
て、アクティブマトリクス装置であることを特徴とする
メモリー装置。4. The method according to any one of claims 1 to 3.
And a memory device characterized by being an active matrix device.
て、DRAMであることを特徴とするメモリー装置。5. The odor according to any one of claims 1 to 3.
A memory device characterized by being a DRAM.
と、前記窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、前記
酸化珪素膜上に形成された薄膜トランジスタと、前記酸
化珪素膜上に形成され、前記薄膜トランジスタに接続さ
れた容量とを有するメモリー装置において、 前記薄膜トランジスタは、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を有す
る半導体膜と、 前記チャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は、厚さが前記ソース
領域及び前記ドレイン領域よりも薄いことを特徴とする
メモリー装置。6. A silicon nitride film formed on a glass substrate.
A silicon oxide film formed on the silicon nitride film,
A thin film transistor formed on the silicon oxide film, the acid
A memory device having a capacitor connected to the thin film transistor formed on a silicon oxide film, wherein the thin film transistor is formed on the semiconductor film having a source region, a drain region and a channel forming region, and formed on the channel forming region. A gate insulating film and a gate electrode formed on the gate insulating film, the source region and the drain region are made of a crystalline semiconductor, and the channel formation region is made of an upper layer made of a crystalline semiconductor.
A memory device, comprising a lower two-layer semiconductor made of a morphous semiconductor , wherein the upper layer of the channel forming region is thinner than the source region and the drain region.
でなるガラス基板上に形成された窒化珪素膜と、前記窒
化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、前記酸化珪素膜
上に形成された薄膜トランジスタと、前記酸化珪素膜上
に形成され、前記薄膜トランジスタに接続された容量と
を有するメモリー装置において、 前記薄膜トランジスタは、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を有す
る半導体膜と、 前記チャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は下層よりも結晶性が
高く、厚さが前記ソース領域及び前記ドレイン領域より
も薄いことを特徴とするメモリー装置。 7. Low-alkali glass or non-alkali glass
A silicon nitride film formed on a glass substrate made of
Silicon oxide film formed on a silicon oxide film and the silicon oxide film
A thin film transistor formed on the silicon oxide film
And a capacitor connected to the thin film transistor.
The thin film transistor has a source region, a drain region and a channel forming region.
A semiconductor film, a gate insulating film formed on the channel forming region, and a gate electrode formed on the gate insulating film, and the source region and the drain region are crystalline semiconductors.
And the channel formation region has an upper layer made of a crystalline semiconductor and an
The upper layer of the channel forming region has a lower crystallinity than the lower layer.
Higher than the source region and the drain region
A memory device characterized by being thin.
はシリコン膜であることを特徴とするメモリー装置。8. The system of claim 6 or 7, memory device, wherein the semiconductor film is a silicon film.
て、前記薄膜トランジスタは、Pチャネル型薄膜トラン
ジスタであることを特徴とするメモリー装置。9. The memory device according to claim 6 , wherein the thin film transistor is a P-channel thin film transistor.
と、前記窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、前記
酸化珪素膜上に形成された第1の薄膜トランジスタと、
前記第1の薄膜トランジスタのソース領域又はドレイン
領域に接続された容量と、前記酸化珪素膜上に形成さ
れ、前記第1の薄膜トランジスタを駆動し、第2の薄膜
トランジスタを有する駆動回路とを有するメモリー装置
において、 前記第1及び第2の薄膜トランジスタは、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む
半導体膜と、 前記半導体膜に接するゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は、厚さが前記ソース
領域及び前記ドレイン領域よりも薄いことを特徴とする
メモリー装置。10. A silicon nitride film formed on a glass substrate.
A silicon oxide film formed on the silicon nitride film,
A first thin film transistor formed on the silicon oxide film;
A memory device comprising: a capacitor connected to a source region or a drain region of the first thin film transistor; and a drive circuit formed on the silicon oxide film for driving the first thin film transistor and having a second thin film transistor. The first and second thin film transistors have a semiconductor film including a source region, a drain region and a channel formation region, a gate insulating film in contact with the semiconductor film, and a gate electrode formed on the gate insulating film. The source region and the drain region are made of a crystalline semiconductor, and the channel formation region is made of an upper layer made of a crystalline semiconductor.
A memory device, comprising a lower two-layer semiconductor made of a morphous semiconductor , wherein the upper layer of the channel forming region is thinner than the source region and the drain region.
スでなるガラス基板上に形成された窒化珪素膜と、前記
窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、前記酸化珪素
膜上に形成された第1の薄膜トランジスタと、前記第1
の薄膜トランジスタのソース領域又はドレイン領域に接
続された容量と、前記酸化珪素膜上に形成され、前記第
1の薄膜トランジスタを駆動し、第2の薄膜トランジス
タを有する駆動回路とを有するメモリー装置において、 前記第1及び第2の薄膜トランジスタは、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む
半導体膜と、 前記半導体膜に接するゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は、厚さが前記ソース
領域及び前記ドレイン領域よりも薄いことを特徴とする
メモリー装置。 11. Low-alkali glass or non-alkali glass
A silicon nitride film formed on a glass substrate,
A silicon oxide film formed on the silicon nitride film;
A first thin film transistor formed on the film;
Contact the source or drain region of the thin film transistor of
And a capacitor formed on the silicon oxide film.
1 thin film transistor is driven, and 2nd thin film transistor
And a driving circuit having a drive circuit, the first and second thin film transistors include a source region, a drain region, and a channel forming region.
A semiconductor film, a gate insulating film in contact with the semiconductor film, and a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the source region and the drain region are crystalline semiconductors.
And the channel formation region has an upper layer made of a crystalline semiconductor and an
The upper layer of the channel forming region is made of a two-layer semiconductor of a lower layer made of a morphous semiconductor, and the upper layer of the channel forming region has a thickness of the source.
Thinner than the region and the drain region
Memory device.
と、前記窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、前記
酸化珪素膜上に形成された第1の薄膜トランジスタと、
前記第1の薄膜トランジスタのソース領域又はドレイン
領域に接続された容量と、前記酸化珪素膜上に形成さ
れ、前記第1の薄膜トランジスタを駆動する第2の薄膜
トランジスタを有する駆動回路とを有するメモリー装置
において、 前記第1及び第2の薄膜トランジスタは、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む
半導体膜と、 前記半導体膜に接するゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は、厚さが前記ソース
領域及び前記ドレイン領域よりも薄く、 前記第1の薄膜トランジスタ及び前記第2の薄膜トラン
ジスタは、同一方法で形成されていることを特徴とする
メモリー装置。12. A silicon nitride film formed on a glass substrate.
A silicon oxide film formed on the silicon nitride film,
A first thin film transistor formed on the silicon oxide film;
Source region or drain of the first thin film transistor
In a memory device having a capacitor connected to a region and a drive circuit having a second thin film transistor formed on the silicon oxide film and driving the first thin film transistor, the first and second thin film transistors are: A semiconductor film including a source region, a drain region, and a channel formation region; a gate insulating film in contact with the semiconductor film; and a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the source region and the drain region are crystalline. And a channel forming region in which the channel forming region and an upper layer made of a crystalline semiconductor are formed.
The upper layer of the channel forming region is thinner than the source region and the drain region, and the first thin film transistor and the second thin film transistor are the same. A memory device formed by a method.
スでなるガラス基板上に形成された窒化珪素膜と、前記
窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、前記酸化珪素
膜上に形成された第1の薄膜トランジスタと、前記第1
の薄膜トランジスタのソース領域又はドレイン領域に接
続された容量と、前記酸化珪素膜上に形成され、前記第
1の薄膜トランジスタを駆動する第2の薄膜トランジス
タを有する駆動回路とを有するメモリー装置において、 前記第1及び第2の薄膜トランジスタは、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む
半導体膜と、 前記半導体膜に接するゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は、厚さが前記ソース
領域及び前記ドレイン領域よりも薄く、 前記第1の薄膜トランジスタ及び前記第2の薄膜トラン
ジスタは、同一方法で形成されていることを特徴とする
メモリー装置。 13. Low-alkali glass or non-alkali glass
A silicon nitride film formed on a glass substrate,
A silicon oxide film formed on the silicon nitride film;
A first thin film transistor formed on the film;
Contact the source or drain region of the thin film transistor of
And a capacitor formed on the silicon oxide film.
Second thin film transistor for driving one thin film transistor
And a driving circuit having a drive circuit, the first and second thin film transistors include a source region, a drain region, and a channel forming region.
A semiconductor film, a gate insulating film in contact with the semiconductor film, and a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the source region and the drain region are crystalline semiconductors.
And the channel formation region has an upper layer made of a crystalline semiconductor and an
The upper layer of the channel forming region is made of a two-layer semiconductor of a lower layer made of a morphous semiconductor, and the upper layer of the channel forming region has a thickness of the source.
Thinner than a region and the drain region, the first thin film transistor and the second thin film transistor
The transistors are formed by the same method.
Memory device.
おいて、前記半導体膜はシリコン膜であることを特徴と
するメモリー装置。14. Oite <br/> to any one of claims 10 to 13, wherein the semiconductor film memory device which is a silicon film.
と、前記窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、前記
酸化珪素膜上に形成された複数のビット線と、前記酸化
珪素膜上に形成された複数のワード線と、前記ビット線
と前記ワード線の交差するところに設けられた、マトリ
クス状に形成された単位記憶ビットと、前記単位記憶ビ
ットに形成された前記酸化珪素膜上の薄膜トランジスタ
と、前記単位記憶ビットに形成された容量と、を有する
メモリー装置において、 前記単位記憶ビットの薄膜トランジスタには、前記ビッ
ト線及び前記ワード線を介して駆動回路が接続されてお
り、 前記駆動回路は、前記酸化珪素膜上に形成された複数の
薄膜トランジスタを有し、 前記単位記憶ビットの薄膜トランジスタ及び前記駆動回
路の薄膜トランジスタは、それぞれ、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む
半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は、厚さが前記ソース
領域及び前記ドレイン領域よりも薄いことを特徴とする
メモリー装置。15. A silicon nitride film formed on a glass substrate.
A silicon oxide film formed on the silicon nitride film,
A plurality of bit lines formed on the silicon oxide film, the oxide
A plurality of word lines formed on a silicon film , unit storage bits formed in a matrix at the intersections of the bit lines and the word lines, and the oxidation formed on the unit storage bits. in memory device having a thin film transistor on the silicon film, and a capacitor formed in the unit memory bits, and the thin film transistors of the unit memory bit is driven circuit connected through the bit lines and the word lines The driving circuit has a plurality of thin film transistors formed on the silicon oxide film, and the thin film transistor of the unit memory bit and the thin film transistor of the driving circuit include a source region, a drain region, and a channel forming region, respectively. A semiconductor film, a gate insulating film formed on the semiconductor film, and formed on the gate insulating film Has been a gate electrode, the source region and the drain region is a crystalline semiconductor, the channel formation region upper and A consisting of crystalline semiconductor
A memory device, comprising a lower two-layer semiconductor made of a morphous semiconductor , wherein the upper layer of the channel forming region is thinner than the source region and the drain region.
板上に形成された窒化珪素膜と、前記窒化珪素膜上に形
成された酸化珪素膜と、前記酸化珪素膜上に形成された
複数のビット線と、前記酸化珪素膜上に形成された複数
のワード線と、前記ビット線と前記ワード線の交差する
ところに設けられた、マトリクス状に形成された単位記
憶ビットと、前記単位記憶ビットに形成された前記酸化
珪素膜上の薄膜トランジスタと、前記単位記憶ビットに
形成された容量と、を有するメモリー装置において、前記単位記憶ビットの薄膜トランジスタには、前記ビッ
ト線及び前記ワード線を介して駆動回路が接続されてお
り、 前記駆動回路は、前記酸化珪素膜上に形成された複数の
薄膜トランジスタを有し、 前記単位記憶ビットの薄膜トランジスタ及び前記駆動回
路の薄膜トランジスタは、それぞれ、 ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む
半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は結晶性半導体で
なり、 前記チャネル形成領域は結晶性半導体からなる上層とア
モルファス半導体からなる下層の二層の半導体でなり、 前記チャネル形成領域の前記上層は、厚さが前記ソース
領域及び前記ドレイン領域よりも薄いことを特徴とする
メモリー装置。 16. A glass base made of low-alkali glass or non-alkali glass.
A silicon nitride film formed on the plate, and a silicon nitride film formed on the silicon nitride film.
And a silicon oxide film formed on the silicon oxide film.
A plurality of bit lines and a plurality of bit lines formed on the silicon oxide film
Cross the word line and the bit line and the word line
Units formed in a matrix form
Storage bit and the oxidation formed on the unit storage bit.
In a memory device having a thin film transistor on a silicon film and a capacitor formed in the unit storage bit, the thin film transistor of the unit storage bit has the bit
Drive circuit is connected via the power line and the word line.
The drive circuit includes a plurality of drive circuits formed on the silicon oxide film.
A thin film transistor, a thin film transistor of the unit memory bit and the driving circuit.
The thin film transistor of the channel includes a source region, a drain region and a channel forming region , respectively.
A semiconductor film, a gate insulating film formed on the semiconductor film, and a gate electrode formed on the gate insulating film, and the source region and the drain region are crystalline semiconductors.
And the channel formation region has an upper layer made of a crystalline semiconductor and an
The upper layer of the channel forming region is made of a two-layer semiconductor of a lower layer made of a morphous semiconductor, and the upper layer of the channel forming region has a thickness of the source.
Thinner than the region and the drain region
Memory device.
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