JP4160094B2 - 半導体装置及びその作製方法 - Google Patents
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Description
図33を用いて、従来のTFTの特性と比較して、本発明の利点を説明する。
本実施形態は本発明をTFTに適用したものである。図1〜図4を用いて、本実施形態の作製工程を説明する。
図5、図6を用いて、本実施形態のTFTの作製工程について説明する。本実施形態は実施形態1の変形例であり、ゲート電極(ゲート配線)の構造を変形したものであり、他の主要構造は実施形態1と同様である。
図7を用いて、本実施形態のTFTの作製工程について説明する。本実施形態も実施形態1の変形例であり、ゲート電極(ゲート配線)の構造の変形したものであり、他の主要構造は実施形態1と同様である。なお図7において、図1、図2と同じ符号は同じ構成要素を示している。
本実施形態は、実施形態1及び実施形態2の変形例である。実施形態1、2ではゲート電極のテーパー部での厚さはほぼ線形に変化している。本実施形態では、テーパー部の厚さを非線形に変化させたものである。
上記作製工程に従って形成した半導体層は、微視的に見れば複数の針状又は棒状の結晶(以下、棒状結晶と略記する)が集まって並んだ結晶構造を有する。このことはTEM(透過型電子顕微鏡法)による観察で容易に確認できた。
本実施例で作製したTFTは、MOSFETに匹敵する電気特性を示した。本出願人が試作したTFTからは次に示す様なデータが得られている。
次に、本実施例を実施して形成したTFTを用いて作製されたリングオシレータによる周波数特性を示す。リングオシレータとはCMOS構造でなるインバータ回路を奇数段リング状に接続した回路であり、インバータ回路1段あたりの遅延時間を求めるのに利用される。実験に使用したリングオシレータの構成は次の様になっている。
段数:9段
TFTのゲイト絶縁膜の膜厚:30nm及び50nm
TFTのゲイト長: 0.6μm
Claims (16)
- nチャネル型薄膜トランジスタとpチャネル型薄膜トランジスタとを有し、
前記nチャネル型薄膜トランジスタは、第1の半導体層、前記第1の半導体層上のゲート絶縁膜、及び前記ゲート絶縁膜上の第1のゲート電極を有し、
前記pチャネル型薄膜トランジスタは、第2の半導体層、前記第2の半導体層上の前記ゲート絶縁膜、及び前記ゲート絶縁膜上の第2のゲート電極を有し、
前記第1のゲート電極は端部にテーパー部を有し、前記テーパー部の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が3度以上60度以下の範囲にあり、
前記第2のゲート電極は端部にテーパー部を有し、前記テーパー部の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が60度以上90度以下の範囲にあり、且つ前記第1のゲート電極の前記テーパー部の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度よりも大きく、
前記第1の半導体層は、第1のチャネル形成領域、一対の第1の不純物領域、一対の第2の不純物領域、及び一対の第3の不純物領域を有し、
前記第2の半導体層は、第2のチャネル形成領域、及び一対の第4の不純物領域を有し、
一対の前記第2の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域を間に挟んで設けられ、
一対の前記第3の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域及び一対の前記第2の不純物領域を間に挟んで設けられ、
一対の前記第1の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域、一対の前記第2の不純物領域、及び一対の前記第3の不純物領域を間に挟んで設けられ、
一対の前記第4の不純物領域は前記第2のチャネル形成領域を間に挟んで設けられ、
前記第1のチャネル形成領域は前記第1のゲート電極と重なり、
一対の前記第2の不純物領域は、前記第1のゲート電極のテーパー部と重なり、
一対の前記第3の不純物領域は、前記第1のゲート電極と重ならず、
一対の前記第1の不純物領域、一対の前記第2の不純物領域、及び一対の前記第3の不純物領域は、n型を示し、
一対の前記第1の不純物領域は、一対の前記第2の不純物領域及び一対の前記第3の不純物領域よりもn型を付与する不純物の濃度が高く、ソース領域及びドレイン領域として機能し、
前記第2のチャネル形成領域は前記第2のゲート電極と重なり、
一対の前記第4の不純物領域はp型を示し、ソース領域及びドレイン領域として機能することを特徴とする半導体装置。 - nチャネル型薄膜トランジスタとpチャネル型薄膜トランジスタとを有し、
前記nチャネル型薄膜トランジスタは、第1の半導体層、前記第1の半導体層上のゲート絶縁膜、及び前記ゲート絶縁膜上の第1のゲート電極を有し、
前記pチャネル型薄膜トランジスタは、第2の半導体層、前記第2の半導体層上の前記ゲート絶縁膜、及び前記ゲート絶縁膜上の第2のゲート電極を有し、
前記第1のゲート電極は端部にテーパー部を有し、前記テーパー部の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が3度以上60度以下の範囲にあり、
前記第2のゲート電極は端部にテーパー部を有し、前記テーパー部の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が70度以上85度以下の範囲にあり、
前記第1の半導体層は、第1のチャネル形成領域、一対の第1の不純物領域、一対の第2の不純物領域、及び一対の第3の不純物領域を有し、
前記第2の半導体層は、第2のチャネル形成領域、及び一対の第4の不純物領域を有し、
一対の前記第2の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域を間に挟んで設けられ、
一対の前記第3の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域及び一対の前記第2の不純物領域を間に挟んで設けられ、
一対の前記第1の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域、一対の前記第2の不純物領域、及び一対の前記第3の不純物領域を間に挟んで設けられ、
一対の前記第4の不純物領域は前記第2のチャネル形成領域を間に挟んで設けられ、
前記第1のチャネル形成領域は前記第1のゲート電極と重なり、
一対の前記第2の不純物領域は、前記第1のゲート電極のテーパー部と重なり、
一対の前記第3の不純物領域は、前記第1のゲート電極と重ならず、
一対の前記第1の不純物領域、一対の前記第2の不純物領域、及び一対の前記第3の不純物領域は、n型を示し、
一対の前記第1の不純物領域は、一対の前記第2の不純物領域及び一対の前記第3の不純物領域よりもn型を付与する不純物の濃度が高く、ソース領域及びドレイン領域として機能し、
前記第2のチャネル形成領域は前記第2のゲート電極と重なり、
一対の前記第4の不純物領域はp型を示し、ソース領域及びドレイン領域として機能することを特徴とする半導体装置。 - nチャネル型薄膜トランジスタとpチャネル型薄膜トランジスタとを有し、
前記nチャネル型薄膜トランジスタは、第1の半導体層、前記第1の半導体層上のゲート絶縁膜、及び前記ゲート絶縁膜上の第1のゲート電極を有し、
前記pチャネル型薄膜トランジスタは、第2の半導体層、前記第2の半導体層上の前記ゲート絶縁膜、及び前記ゲート絶縁膜上の第2のゲート電極を有し、
前記第1のゲート電極は端部にテーパー部を有し、前記テーパー部の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が5度以上45度以下の範囲にあり、
前記第2のゲート電極は端部にテーパー部を有し、前記テーパー部の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が60度以上90度以下の範囲にあり、
前記第1の半導体層は、第1のチャネル形成領域、一対の第1の不純物領域、一対の第2の不純物領域、及び一対の第3の不純物領域を有し、
前記第2の半導体層は、第2のチャネル形成領域、及び一対の第4の不純物領域を有し、
一対の前記第2の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域を間に挟んで設けられ、
一対の前記第3の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域及び一対の前記第2の不純物領域を間に挟んで設けられ、
一対の前記第1の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域、一対の前記第2の不純物領域、及び一対の前記第3の不純物領域を間に挟んで設けられ、
一対の前記第4の不純物領域は前記第2のチャネル形成領域を間に挟んで設けられ、
前記第1のチャネル形成領域は前記第1のゲート電極と重なり、
一対の前記第2の不純物領域は、前記第1のゲート電極のテーパー部と重なり、
一対の前記第3の不純物領域は、前記第1のゲート電極と重ならず、
一対の前記第1の不純物領域、一対の前記第2の不純物領域、及び一対の前記第3の不純物領域は、n型を示し、
一対の前記第1の不純物領域は、一対の前記第2の不純物領域及び一対の前記第3の不純物領域よりもn型を付与する不純物の濃度が高く、ソース領域及びドレイン領域として機能し、
前記第2のチャネル形成領域は前記第2のゲート電極と重なり、
一対の前記第4の不純物領域はp型を示し、ソース領域及びドレイン領域として機能することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極は、Cr、Ta、Ti、W、Moを主成分とする材料からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極は、n型のシリコンからなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコンの単層膜または積層膜であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層は、非晶質シリコン、非晶質ゲルマニウム、非晶質シリコンゲルマニウム、結晶性シリコン、結晶性ゲルマニウム、または結晶性シリコンゲルマニウムであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記半導体装置は液晶表示装置であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記半導体装置はEL表示装置であることを特徴とする半導体装置。 - 第1の半導体層と第2の半導体層を形成し、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に導電層を形成し、
前記導電層をエッチングすることによって、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記第1の半導体層と重なり端部にテーパー部を有する第1のゲート電極と、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記第2の半導体層と重なり端部にテーパー部を有する第2のゲート電極とを、前記第1のゲート電極の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度、及び前記第2のゲート電極の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が3度以上60度以下の範囲となるように形成し、
前記第2のゲート電極のテーパー部をエッチングすることによって、側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が60度以上90度以下の範囲となり、且つ前記第1のゲート電極の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度よりも大きい第3のゲート電極を形成し、
前記第1のゲート電極を介してn型を付与する不純物を添加し、前記第1のゲート電極及び前記第1のゲート電極周辺を覆うレジストマスクを介してn型を付与する不純物を添加して、前記第1の半導体層に第1のチャネル形成領域、一対の第1の不純物領域、一対の第2の不純物領域、及び一対の第3の不純物領域を形成し、
前記第3のゲート電極を介してp型を付与する不純物を添加して、前記第2の半導体層に第2のチャネル形成領域、及び一対の第4の不純物領域を形成することによって、
前記第1のゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記第1の半導体層を有するnチャネル型薄膜トランジスタと、前記第3のゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記第2の半導体層を有するpチャネル型薄膜トランジスタを形成し、
一対の前記第2の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域を間に挟んで形成され、
一対の前記第3の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域及び一対の前記第2の不純物領域を間に挟んで形成され、
一対の前記第1の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域、一対の前記第2の不純物領域、及び一対の前記第3の不純物領域を間に挟んで形成され、
一対の前記第4の不純物領域は前記第2のチャネル形成領域を間に挟んで設けられ、
前記第1のチャネル形成領域は前記第1のゲート電極と重なり、
一対の前記第2の不純物領域は、前記第1のゲート電極のテーパー部と重なり、
一対の前記第3の不純物領域は、前記第1のゲート電極と重ならず、
一対の前記第1の不純物領域は、一対の前記第2の不純物領域及び一対の前記第3の不純物領域よりもn型を付与する不純物の濃度が高く、ソース領域及びドレイン領域として機能し、
前記第2のチャネル形成領域は前記第3のゲート電極と重なり、
一対の前記第4の不純物領域はソース領域及びドレイン領域として機能することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 第1の半導体層と第2の半導体層を形成し、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に導電層を形成し、
前記導電層をエッチングすることによって、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記第1の半導体層と重なり端部にテーパー部を有する第1のゲート電極と、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記第2の半導体層と重なり端部にテーパー部を有する第2のゲート電極とを、前記第1のゲート電極の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度、及び前記第2のゲート電極の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が3度以上60度以下の範囲となるように形成し、
前記第2のゲート電極のテーパー部をエッチングすることによって、側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が70度以上85度以下の範囲となる第3のゲート電極を形成し、
前記第1のゲート電極を介してn型を付与する不純物を添加し、前記第1のゲート電極及び前記第1のゲート電極周辺を覆うレジストマスクを介してn型を付与する不純物を添加して、前記第1の半導体層に第1のチャネル形成領域、一対の第1の不純物領域、一対の第2の不純物領域、及び一対の第3の不純物領域を形成し、
前記第3のゲート電極を介してp型を付与する不純物を添加して、前記第2の半導体層に第2のチャネル形成領域、及び一対の第4の不純物領域を形成することによって、
前記第1のゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記第1の半導体層を有するnチャネル型薄膜トランジスタと、前記第3のゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記第2の半導体層を有するpチャネル型薄膜トランジスタを形成し、
一対の前記第2の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域を間に挟んで形成され、
一対の前記第3の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域及び一対の前記第2の不純物領域を間に挟んで形成され、
一対の前記第1の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域、一対の前記第2の不純物領域、及び一対の前記第3の不純物領域を間に挟んで形成され、
一対の前記第4の不純物領域は前記第2のチャネル形成領域を間に挟んで設けられ、
前記第1のチャネル形成領域は前記第1のゲート電極と重なり、
一対の前記第2の不純物領域は、前記第1のゲート電極のテーパー部と重なり、
一対の前記第3の不純物領域は、前記第1のゲート電極と重ならず、
一対の前記第1の不純物領域は、一対の前記第2の不純物領域及び一対の前記第3の不純物領域よりもn型を付与する不純物の濃度が高く、ソース領域及びドレイン領域として機能し、
前記第2のチャネル形成領域は前記第3のゲート電極と重なり、
一対の前記第4の不純物領域はソース領域及びドレイン領域として機能することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 第1の半導体層と第2の半導体層を形成し、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に導電層を形成し、
前記導電層をエッチングすることによって、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記第1の半導体層と重なり端部にテーパー部を有する第1のゲート電極と、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記第2の半導体層と重なり端部にテーパー部を有する第2のゲート電極とを、前記第1のゲート電極の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度、及び前記第2のゲート電極の側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が5度以上45度以下の範囲となるように形成し、
前記第2のゲート電極のテーパー部をエッチングすることによって、側面と前記ゲート絶縁膜の表面のなす角度が60度以上90度以下の範囲となる第3のゲート電極を形成し、
前記第1のゲート電極を介してn型を付与する不純物を添加し、前記第1のゲート電極及び前記第1のゲート電極周辺を覆うレジストマスクを介してn型を付与する不純物を添加して、前記第1の半導体層に第1のチャネル形成領域、一対の第1の不純物領域、一対の第2の不純物領域、及び一対の第3の不純物領域を形成し、
前記第3のゲート電極を介してp型を付与する不純物を添加して、前記第2の半導体層に第2のチャネル形成領域、及び一対の第4の不純物領域を形成することによって、
前記第1のゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記第1の半導体層を有するnチャネル型薄膜トランジスタと、前記第3のゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記第2の半導体層を有するpチャネル型薄膜トランジスタを形成し、
一対の前記第2の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域を間に挟んで形成され、
一対の前記第3の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域及び一対の前記第2の不純物領域を間に挟んで形成され、
一対の前記第1の不純物領域は前記第1のチャネル形成領域、一対の前記第2の不純物領域、及び一対の前記第3の不純物領域を間に挟んで形成され、
一対の前記第4の不純物領域は前記第2のチャネル形成領域を間に挟んで設けられ、
前記第1のチャネル形成領域は前記第1のゲート電極と重なり、
一対の前記第2の不純物領域は、前記第1のゲート電極のテーパー部と重なり、
一対の前記第3の不純物領域は、前記第1のゲート電極と重ならず、
一対の前記第1の不純物領域は、一対の前記第2の不純物領域及び一対の前記第3の不純物領域よりもn型を付与する不純物の濃度が高く、ソース領域及びドレイン領域として機能し、
前記第2のチャネル形成領域は前記第3のゲート電極と重なり、
一対の前記第4の不純物領域はソース領域及びドレイン領域として機能することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10乃至請求項12のいずれか一において、
前記導電層は、Cr、Ta、Ti、W、Moを主成分とする材料からなることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10乃至請求項12のいずれか一において、
前記導電層は、n型のシリコンからなることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10乃至請求項14いずれか一において、
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコンの単層膜または積層膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10乃至請求項15のいずれか一において、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層は、非晶質シリコン、非晶質ゲルマニウム、非晶質シリコンゲルマニウム、結晶性シリコン、結晶性ゲルマニウム、または結晶性シリコンゲルマニウムであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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