JP5110888B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP5110888B2
JP5110888B2 JP2007014461A JP2007014461A JP5110888B2 JP 5110888 B2 JP5110888 B2 JP 5110888B2 JP 2007014461 A JP2007014461 A JP 2007014461A JP 2007014461 A JP2007014461 A JP 2007014461A JP 5110888 B2 JP5110888 B2 JP 5110888B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating layer
layer
semiconductor
semiconductor layer
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007014461A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008182055A5 (en
JP2008182055A (en
Inventor
舜平 山崎
郁子 川俣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2007014461A priority Critical patent/JP5110888B2/en
Publication of JP2008182055A publication Critical patent/JP2008182055A/en
Publication of JP2008182055A5 publication Critical patent/JP2008182055A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5110888B2 publication Critical patent/JP5110888B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、薄膜トランジスタを有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a thin film transistor.

絶縁表面上に複数の半導体素子を設ける場合、絶縁表面上に形成した半導体膜をエッチング処理によって、複数の島状の半導体層に加工する方法が用いられている。半導体素子は複数の薄膜の積層構造を有しており、プレーナ型の薄膜トランジスタの場合、島状に分離された半導体層を覆うようにゲート絶縁層が積層される。 In the case where a plurality of semiconductor elements are provided over an insulating surface, a method of processing a semiconductor film formed over the insulating surface into a plurality of island-shaped semiconductor layers by an etching process is used. A semiconductor element has a stacked structure of a plurality of thin films. In the case of a planar thin film transistor, a gate insulating layer is stacked so as to cover a semiconductor layer separated in an island shape.

島状に加工された半導体層は端部に段差を有するため、半導体層端部においてゲート絶縁層の薄膜化や、膜の破壊などの不良が生じる。 Since the semiconductor layer processed into an island shape has a step at the end, defects such as thinning of the gate insulating layer and destruction of the film occur at the end of the semiconductor layer.

ゲート絶縁層が薄膜化すると、ゲート電極と半導体層間にリーク電流が流れてしまう、またゲート絶縁層が破壊されるとゲート電極と半導体層とが接触し短絡(ショート)してしまうといった半導体装置への特性不良が生じる。 When the gate insulating layer is thinned, a leak current flows between the gate electrode and the semiconductor layer, and when the gate insulating layer is destroyed, the gate electrode and the semiconductor layer come into contact with each other and short-circuit (short). The characteristic defect occurs.

上記のような問題を解決するために、形状の異なるゲート絶縁層を2層積層させて、半導体層端部による段差を緩和し、被覆性を向上させる方法が行われている。(例えば、特許文献1参照。)。
特開平10−242471号公報
In order to solve the above problem, a method of laminating two gate insulating layers having different shapes to alleviate a step due to an end portion of a semiconductor layer and improving coverage is performed. (For example, refer to Patent Document 1).
JP-A-10-242471

しかしながら上記のような段差を緩和する方法では、半導体層及びゲート絶縁層の膜厚などによっては、半導体膜とゲート電極との接触によるショート、及びリーク電流などの不良を十分に防ぐことができなかった。特に、半導体素子を微細化していった場合、(例えばゲート長が1μm以下)上記リーク電流が顕著に表れてしまうといった問題があった。 However, the above-described method for reducing the level difference cannot sufficiently prevent a short circuit due to contact between the semiconductor film and the gate electrode and a defect such as a leakage current depending on the film thickness of the semiconductor layer and the gate insulating layer. It was. In particular, when the semiconductor element is miniaturized (for example, the gate length is 1 μm or less), there is a problem that the leakage current appears remarkably.

本発明は、ゲート絶縁層の被覆不良によるゲート電極と半導体層とのショート及びリーク電流などの不良が防止された信頼性の高い半導体装置、さらに低消費電力な半導体装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device in which a short circuit between a gate electrode and a semiconductor layer due to a poor covering of a gate insulating layer and a defect such as a leakage current are prevented, and a semiconductor device with low power consumption. To do.

本発明の半導体装置は、半導体層の側面に側壁絶縁層を有しており、半導体層側面において絶縁層を介してゲート絶縁層が設けられている。さらに、半導体層のソース領域およびドレイン領域にシリサイドを有しており、シリサイドに接して設けられた配線層と半導体層のソース領域及びドレイン領域は電気的に接続している。 The semiconductor device of the present invention has a sidewall insulating layer on the side surface of the semiconductor layer, and a gate insulating layer is provided on the side surface of the semiconductor layer via the insulating layer. Further, the source and drain regions of the semiconductor layer have silicide, and the wiring layer provided in contact with the silicide and the source and drain regions of the semiconductor layer are electrically connected.

半導体層の側面と接する側壁絶縁層を設けることで、半導体層の端部におけるゲート絶縁層の被覆性を良好にすることができる。よって、半導体層の端部におけるゲート絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えば半導体層とゲート電極層の短絡、リーク電流の発生、静電破壊等を防止することができる。 By providing the sidewall insulating layer in contact with the side surface of the semiconductor layer, the coverage of the gate insulating layer at the end of the semiconductor layer can be improved. Accordingly, it is possible to prevent defects due to poor coverage of the gate insulating layer at the end portion of the semiconductor layer, for example, a short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode layer, generation of leakage current, electrostatic breakdown, and the like.

シリサイド構造によって、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化が可能であり、半導体装置の高速化が可能となる。さらに、低電圧での動作が可能であるため、消費電力を低減することができる。 With the silicide structure, the resistance of the source region and the drain region can be reduced, and the speed of the semiconductor device can be increased. Furthermore, since operation at a low voltage is possible, power consumption can be reduced.

従って、本発明の半導体装置は、低消費電力かつ高信頼性が付与された半導体装置とすることができる。 Therefore, the semiconductor device of the present invention can be a semiconductor device with low power consumption and high reliability.

なお、本発明において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置を指す。本発明を用いて半導体素子(トランジスタ、メモリ素子やダイオードなど)を含む回路を有する装置や、プロセッサ回路を有するチップなどの半導体装置を作製することができる。 Note that in the present invention, a semiconductor device refers to a device that can function by utilizing semiconductor characteristics. By using the present invention, a device having a circuit including a semiconductor element (a transistor, a memory element, a diode, or the like) or a semiconductor device such as a chip having a processor circuit can be manufactured.

本発明の半導体装置の一形態は、絶縁表面上にソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域を含む半導体層と、半導体層側面を覆う第1の側面絶縁層と、半導体層及び第1の側面絶縁層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上にゲート電極層と、ゲート電極層側面を覆う第2の側面絶縁層とを有し、ゲート絶縁層は半導体層のチャネル形成領域を覆っており、ソース領域及びドレイン領域は表面にシリサイドが設けられている。 One embodiment of a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor layer including a source region, a drain region, and a channel formation region over an insulating surface, a first side insulating layer that covers a side surface of the semiconductor layer, a semiconductor layer, and a first side surface. A gate insulating layer on the insulating layer; a gate electrode layer on the gate insulating layer; and a second side insulating layer that covers a side surface of the gate electrode layer. The gate insulating layer covers a channel formation region of the semiconductor layer. The source region and the drain region are provided with silicide on the surface.

本発明の半導体装置の一形態は、絶縁表面上にソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域を含む半導体層と、半導体層側面を覆う第1の側面絶縁層と、半導体層及び第1の側面絶縁層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上にゲート電極層と、ゲート電極層側面を覆う第2の側面絶縁層とを有し、ゲート絶縁層は半導体層のチャネル形成領域を覆っており、ソース領域及びドレイン領域は表面にシリサイドが設けられ、ソース領域及びドレイン領域と、チャネル形成領域との間にそれぞれソース領域及びドレイン領域より低濃度の一導電型を有する不純物領域を含む。 One embodiment of a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor layer including a source region, a drain region, and a channel formation region over an insulating surface, a first side insulating layer that covers a side surface of the semiconductor layer, a semiconductor layer, and a first side surface. A gate insulating layer on the insulating layer; a gate electrode layer on the gate insulating layer; and a second side insulating layer that covers a side surface of the gate electrode layer. The gate insulating layer covers a channel formation region of the semiconductor layer. The source region and the drain region are provided with silicide on the surface, and each of the source region and the drain region includes an impurity region having a lower conductivity type than the source region and the drain region between the channel formation region and the source region and the drain region.

本発明の半導体装置の一形態は、絶縁表面上にソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域を含む半導体層と、半導体層側面を覆う第1の側面絶縁層と、半導体層及び第1の側面絶縁層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上にゲート電極層と、ゲート電極層側面を覆う第2の側面絶縁層とを有し、ゲート絶縁層は半導体層のチャネル形成領域を覆っており、ソース領域及びドレイン領域は表面にシリサイドが設けられ、シリサイドと接して配線層が形成されている。 One embodiment of a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor layer including a source region, a drain region, and a channel formation region over an insulating surface, a first side insulating layer that covers a side surface of the semiconductor layer, a semiconductor layer, and a first side surface. A gate insulating layer on the insulating layer; a gate electrode layer on the gate insulating layer; and a second side insulating layer that covers a side surface of the gate electrode layer. The gate insulating layer covers a channel formation region of the semiconductor layer. The source region and the drain region are provided with silicide on the surface, and a wiring layer is formed in contact with the silicide.

本発明の半導体装置の一形態は、絶縁表面上にソース領域、ドレイン領域、及びチャネル形成領域を含む半導体層と、半導体層側面を覆う第1の側面絶縁層と、半導体層及び第1の側面絶縁層上にゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上にゲート電極層と、ゲート電極層側面を覆う第2の側面絶縁層とを有し、ゲート絶縁層は半導体層のチャネル形成領域を覆っており、ソース領域及びドレイン領域は表面にシリサイドが設けられ、ソース領域及びドレイン領域と、チャネル形成領域との間にそれぞれソース領域及びドレイン領域より低濃度の一導電型を有する不純物領域を含み、シリサイドと接して配線層が形成されている。 One embodiment of a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor layer including a source region, a drain region, and a channel formation region over an insulating surface, a first side insulating layer that covers a side surface of the semiconductor layer, a semiconductor layer, and a first side surface. A gate insulating layer on the insulating layer; a gate electrode layer on the gate insulating layer; and a second side insulating layer that covers a side surface of the gate electrode layer. The gate insulating layer covers a channel formation region of the semiconductor layer. The source region and the drain region are provided with silicide on the surface, and each of the source region and the drain region includes an impurity region having one conductivity type having a lower concentration than the source region and the drain region, and between the source region and the drain region, A wiring layer is formed in contact therewith.

本発明の半導体装置において、半導体層側面に側面絶縁層を設けることによって、半導体層端部による段差が緩和されるため、ゲート絶縁層の被覆性が向上する。 In the semiconductor device of the present invention, by providing the side surface insulating layer on the side surface of the semiconductor layer, the step difference due to the end portion of the semiconductor layer is reduced, so that the coverage of the gate insulating layer is improved.

従って、ゲート絶縁層の被覆不良によるゲート電極と半導体層とのショート及びリーク電流などの不良が防止された信頼性の高い半導体装置を提供することができる。よって、半導体装置において、さらなる微細化、高精密化を行うことが可能となり、半導体装置の高性能化を達成することができる。 Accordingly, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device in which a short circuit between the gate electrode and the semiconductor layer due to a poor coating of the gate insulating layer and a defect such as a leakage current are prevented. Therefore, further miniaturization and high precision can be performed in the semiconductor device, and high performance of the semiconductor device can be achieved.

さらに、シリサイド構造によって、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化が可能であり、半導体装置の高速化が可能となる。 Furthermore, the resistance of the source region and the drain region can be reduced by the silicide structure, and the speed of the semiconductor device can be increased.

従って、本発明の半導体装置は、低消費電力かつ高信頼性が付与された半導体装置とすることができる。 Therefore, the semiconductor device of the present invention can be a semiconductor device with low power consumption and high reliability.

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in structures of the present invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

(実施の形態1)
本実施の形態では、低消費電力で、かつ高信頼性を付与することを目的とした半導体装置、及び半導体装置の作製方法を、図1乃至図5を用いて詳細に説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a semiconductor device with low power consumption and high reliability and a method for manufacturing the semiconductor device will be described in detail with reference to FIGS.

図1(A)乃至(C)に本発明を用いた半導体装置の一形態を示す。図1(A)は本実施の形態の半導体装置の平面図であり、図1(B)は、図1(A)における線V−Xの断面図、図1(C)は図1(A)における線Y−Zの断面図である。なお、図1(A)においては数種類の絶縁層は省略してある。 1A to 1C illustrate one embodiment of a semiconductor device using the present invention. 1A is a plan view of the semiconductor device of this embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line V-X in FIG. 1A, and FIG. 1C is FIG. Is a sectional view taken along line YZ in FIG. Note that several types of insulating layers are omitted in FIG.

半導体層の下地膜として機能する絶縁層101a、101bが形成された基板100上に、薄膜トランジスタ115、絶縁膜108、絶縁層109が形成されている。薄膜トランジスタ115は、ソース領域又はドレイン領域である一導電型を有する不純物領域112a、112b、及びチャネル形成領域111よりなる半導体層103、ゲート絶縁層105、ゲート電極層106を含んでいる。また、ソース領域又はドレイン領域である一導電型を有する不純物領域112a、112bにはシリサイド113a、113bが形成されており、シリサイド113a、113bに接続するソース電極層又はドレイン電極層である配線層110a、シリサイド113bに接続するソース電極層又はドレイン電極層である配線層110bが設けられており、配線層211bによって薄膜トランジスタ115は他の半導体素子等と電気的に接続することができる(図1(A)乃至(C)参照。)。 A thin film transistor 115, an insulating film 108, and an insulating layer 109 are formed over a substrate 100 over which insulating layers 101a and 101b functioning as base films for a semiconductor layer are formed. The thin film transistor 115 includes impurity regions 112 a and 112 b having one conductivity type which are source regions or drain regions, a semiconductor layer 103 including a channel formation region 111, a gate insulating layer 105, and a gate electrode layer 106. Silicides 113a and 113b are formed in impurity regions 112a and 112b having one conductivity type which are source regions or drain regions, and a wiring layer 110a which is a source electrode layer or a drain electrode layer connected to the silicides 113a and 113b. A wiring layer 110b which is a source electrode layer or a drain electrode layer connected to the silicide 113b is provided, and the thin film transistor 115 can be electrically connected to another semiconductor element or the like by the wiring layer 211b (FIG. 1A ) To (C)).

半導体層103の側面は、側壁絶縁層104a、104b、104c、104dによって覆われている。半導体層103の側面と接する側壁絶縁層104a、104b、104c、104dを設けることで、半導体層103の端部におけるゲート絶縁層の被覆性を良好にすることができる。よって、半導体層103の端部におけるゲート絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えば半導体層とゲート電極層の短絡、リーク電流の発生、静電破壊等を防止することができる。 The side surface of the semiconductor layer 103 is covered with sidewall insulating layers 104a, 104b, 104c, and 104d. By providing the sidewall insulating layers 104a, 104b, 104c, and 104d in contact with the side surfaces of the semiconductor layer 103, the coverage of the gate insulating layer at the end portion of the semiconductor layer 103 can be improved. Therefore, defects due to poor coverage of the gate insulating layer at the end portion of the semiconductor layer 103, for example, a short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode layer, generation of leakage current, electrostatic breakdown, or the like can be prevented.

側壁絶縁層104a、104b、104c、104dは、半導体層103、を形成した後に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を堆積し、異方性エッチングにより加工することで自己整合的に形成することができる。また、側壁絶縁層104a、104b、104c、104dは、半導体層103の端部を酸化処理することによって選択的に絶縁化し形成することもできる。酸化処理は、酸素を含む雰囲気下でのプラズマ処理によって行うことができる。また、水溶液を用いて表面を酸化処理(ウェット酸化ともいう)してもよい。プラズマ処理の前に半導体層側端部にフッ素や塩素などのハロゲンを導入してから、プラズマ処理を行ってもよい。ハロゲン添加を行うと、酸化速度が速いため酸化が優先的に進み、半導体層側端部において膜厚の厚い絶縁層を形成することができる。 The sidewall insulating layers 104a, 104b, 104c, and 104d can be formed in a self-aligned manner by depositing a silicon oxide film or a silicon nitride film after forming the semiconductor layer 103 and processing it by anisotropic etching. . In addition, the sidewall insulating layers 104a, 104b, 104c, and 104d can be selectively insulated by oxidizing an end portion of the semiconductor layer 103. The oxidation treatment can be performed by plasma treatment in an atmosphere containing oxygen. Alternatively, the surface may be oxidized (also referred to as wet oxidation) using an aqueous solution. Plasma treatment may be performed after introducing a halogen such as fluorine or chlorine into the semiconductor layer side end portion before the plasma treatment. When halogen is added, the oxidation rate is high, so that the oxidation proceeds preferentially, and a thick insulating layer can be formed at the semiconductor layer side end.

ウェット酸化を用いて半導体層の端部に側壁絶縁層を形成する方法について図4(A)乃至(C)を用いて説明する。基板150上に形成された絶縁層151a、151b上に、半導体膜を形成し、半導体膜上に選択的にマスク153を形成し、マスク153を用いて半導体膜をエッチングすることにより島状の半導体層152を形成する(図4(A)参照。)。そして、マスク153を除去する前に半導体層152の端部に対してウェット酸化154を行うことにより、半導体層152の端部に側壁絶縁層155a、155bを形成し、側壁絶縁層155a、155bを有する半導体層156とすることができる(図4(B)参照。)。そして、マスクを除去して側壁絶縁層155a、155bを有する半導体層156を覆ってゲート絶縁層157を形成する(図4(C)参照。)。ウェット酸化は、例えば、5ppm以上、望ましくは20ppm以上、より望ましくは100ppm以上のオゾン(O)を含む水溶液(代表的にはオゾン水)で半導体層152の表面を処理することにより、半導体層152の露出している部分に酸化膜からなる側壁絶縁層155a、155bを形成することができる。なお、オゾンを含む水溶液にかえて、過酸化水素(H)を含む水溶液、硫酸(HSO)を含む水溶液、ヨウ素酸(HIO)を含む水溶液、又は硝酸(HNO)を含む水溶液等を用いることもできる。また、それぞれの水溶液は、酢酸やしゅう酸等の有機酸を含んでいてもよい。 A method for forming a sidewall insulating layer at an end portion of a semiconductor layer by using wet oxidation will be described with reference to FIGS. A semiconductor film is formed over the insulating layers 151a and 151b formed over the substrate 150, a mask 153 is selectively formed over the semiconductor film, and the semiconductor film is etched using the mask 153, whereby an island-shaped semiconductor is formed. The layer 152 is formed (see FIG. 4A). Then, by performing wet oxidation 154 on the end portion of the semiconductor layer 152 before removing the mask 153, sidewall insulating layers 155a and 155b are formed on the end portion of the semiconductor layer 152, and the sidewall insulating layers 155a and 155b are formed. The semiconductor layer 156 can be formed (see FIG. 4B). Then, the mask is removed and a gate insulating layer 157 is formed to cover the semiconductor layer 156 including the sidewall insulating layers 155a and 155b (see FIG. 4C). For example, wet oxidation is performed by treating the surface of the semiconductor layer 152 with an aqueous solution (typically ozone water) containing ozone (O 3 ) of 5 ppm or more, desirably 20 ppm or more, more desirably 100 ppm or more. Sidewall insulating layers 155a and 155b made of an oxide film can be formed on the exposed portion of 152. Note that, instead of an aqueous solution containing ozone, an aqueous solution containing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), an aqueous solution containing sulfuric acid (H 2 SO 4 ), an aqueous solution containing iodic acid (HIO 3 ), or nitric acid (HNO 3 ) An aqueous solution containing can also be used. Each aqueous solution may contain an organic acid such as acetic acid or oxalic acid.

半導体層152の端部の露出している部分から酸化を進めることができるため、半導体層152の端部に選択的に厚く酸化膜を形成することができる。よって、半導体層の端部付近における電界集中を緩和することができ、ゲートリーク不良を低減し、ゲート電極の耐圧を向上させることが可能となる。 Since the oxidation can proceed from the exposed portion of the end portion of the semiconductor layer 152, an oxide film can be selectively formed thick on the end portion of the semiconductor layer 152. Therefore, the electric field concentration in the vicinity of the end portion of the semiconductor layer can be relaxed, the gate leakage defect can be reduced, and the breakdown voltage of the gate electrode can be improved.

また、プラズマ処理を用いて半導体層の端部に側壁絶縁層を形成する方法について図5(A)乃至(C)を用いて説明する。ウェット酸化で説明したように半導体層の端部のみ露出させた状態で酸素を含む雰囲気下で半導体層の端部をプラズマ処理することにより、側壁絶縁層を形成してもよい。また、島状の半導体層全面にプラズマ処理行い、半導体層表面を覆うように絶縁層を形成してもよい。 Further, a method for forming a sidewall insulating layer at an end portion of a semiconductor layer by using plasma treatment will be described with reference to FIGS. As described in the wet oxidation, the sidewall insulating layer may be formed by performing plasma treatment on the end portion of the semiconductor layer in an atmosphere containing oxygen with only the end portion of the semiconductor layer exposed. Alternatively, plasma treatment may be performed on the entire surface of the island-shaped semiconductor layer, and the insulating layer may be formed so as to cover the surface of the semiconductor layer.

基板160上に形成された絶縁層161a、161b上に、半導体膜とゲート絶縁層168として機能する絶縁層とを順次形成し、マスク163を用いて半導体膜と絶縁層とをエッチングすることにより、島状の半導体層162及びゲート絶縁層168を形成する。その後、マスク163を除去し、ゲート絶縁層168及び半導体層162の端部の半導体層が露出している部分に対してプラズマ処理164を行うことにより、半導体層162の端部及び表面に絶縁層165を形成することができる。よって、表面及び端部に絶縁層165を有する半導体層166を形成することができる(図5(C)参照。)。 By sequentially forming a semiconductor film and an insulating layer functioning as the gate insulating layer 168 over the insulating layers 161a and 161b formed over the substrate 160, the semiconductor film and the insulating layer are etched using the mask 163, An island-shaped semiconductor layer 162 and a gate insulating layer 168 are formed. After that, the mask 163 is removed, and plasma treatment 164 is performed on a portion where the semiconductor layer at the end of the gate insulating layer 168 and the semiconductor layer 162 is exposed, whereby an insulating layer is formed on the end and the surface of the semiconductor layer 162. 165 can be formed. Therefore, the semiconductor layer 166 having the insulating layer 165 on the surface and the end portion can be formed (see FIG. 5C).

図5においては、ゲート絶縁層168の表面からプラズマ処理164を行うため、半導体層162の端部のみではなく、ゲート絶縁層168と接する半導体層162表面も酸化される。従って、ゲート絶縁層168と接する半導体層162表面にも絶縁層165が形成される。 In FIG. 5, since the plasma treatment 164 is performed from the surface of the gate insulating layer 168, not only the end portion of the semiconductor layer 162 but also the surface of the semiconductor layer 162 in contact with the gate insulating layer 168 is oxidized. Accordingly, the insulating layer 165 is also formed on the surface of the semiconductor layer 162 in contact with the gate insulating layer 168.

ゲート絶縁層により半導体層103の端部を十分に被覆する、好ましくは半導体層103の側面と接する領域の膜厚を厚くすることで、半導体層103の端部に掛かる電界を緩和することができ、リーク電流の発生等を防止することができる。 By sufficiently covering the end portion of the semiconductor layer 103 with the gate insulating layer, preferably by increasing the thickness of the region in contact with the side surface of the semiconductor layer 103, the electric field applied to the end portion of the semiconductor layer 103 can be reduced. It is possible to prevent the occurrence of leakage current.

また、ゲート絶縁層105と比較して、側壁絶縁層104a、104b、104c、104dの誘電率を小さくすることが好ましい。ゲート絶縁層105と比較して、側壁絶縁層104a、104b、104c、104dの誘電率を小さくすることで、半導体層の端部、特にコーナー部(角部)に電界が集中することを緩和できる。例えば、側壁絶縁層107a乃至107hを比誘電率が2.5以下の低誘電率材料で形成しても良い。低誘電率材料としては、CVD法で作製される多孔質酸化シリコン、炭素若しくはフッ素含有酸化シリコンなどを用いることができる。側壁絶縁層104a、104b、104c、104dを低誘電率材料で形成することで、膜厚を厚くした場合と同様な効果を得ることができる。ゲート絶縁層に局所的に過度な電界が掛かることを防止でき、ゲート絶縁層の絶縁不良を防止することができる。よって薄膜トランジスタを歩留まり良く製造することができ、完成する半導体装置の信頼性を向上させることができる。 In addition, the side wall insulating layers 104a, 104b, 104c, and 104d preferably have a lower dielectric constant than the gate insulating layer 105. Compared with the gate insulating layer 105, by reducing the dielectric constant of the sidewall insulating layers 104a, 104b, 104c, and 104d, it is possible to alleviate the concentration of the electric field at the edge of the semiconductor layer, particularly at the corner (corner). . For example, the sidewall insulating layers 107a to 107h may be formed of a low dielectric constant material having a relative dielectric constant of 2.5 or less. As the low dielectric constant material, porous silicon oxide, carbon or fluorine-containing silicon oxide produced by a CVD method can be used. By forming the sidewall insulating layers 104a, 104b, 104c, and 104d with a low dielectric constant material, the same effect as when the film thickness is increased can be obtained. It is possible to prevent an excessive electric field from being locally applied to the gate insulating layer and to prevent insulation failure of the gate insulating layer. Accordingly, thin film transistors can be manufactured with high yield, and the reliability of a completed semiconductor device can be improved.

本実施の形態の半導体装置はゲート絶縁層の被覆不良によるゲート電極と半導体層とのショート及びリーク電流などの不良が防止された信頼性の高い半導体装置とすることができる。 The semiconductor device of this embodiment can be a highly reliable semiconductor device in which a short circuit between the gate electrode and the semiconductor layer due to a poor coating of the gate insulating layer and a defect such as a leakage current are prevented.

また、図1(B)では、不純物領域においてハッチングと白地で示されているが、これは、白地部分に不純物元素が添加されていないということを示すのではなく、この領域の不純物元素の濃度分布がマスクやドーピング条件を反映していることを直感的に理解できるようにしたためである。なお、このことは本明細書の他の図面においても同様である。 Further, in FIG. 1B, the impurity region is indicated by hatching and white background, but this does not indicate that the impurity element is not added to the white background portion, but the concentration of the impurity element in this region. This is because it is possible to intuitively understand that the distribution reflects the mask and doping conditions. This also applies to other drawings in this specification.

絶縁表面を有する基板である基板100としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、表面に絶縁層が形成された金属基板などを用いることができる。また、本実施の形態の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよいし、フィルムのような可撓性基板を用いても良い。プラスチック基板としてはPET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)からなる基板、可撓性基板としてはアクリル等の合成樹脂を用いることができる。 As the substrate 100 which is a substrate having an insulating surface, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a ceramic substrate, a metal substrate having an insulating layer formed on the surface, or the like can be used. Further, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of this embodiment may be used, or a flexible substrate such as a film may be used. As the plastic substrate, a substrate made of PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), or PES (polyethersulfone) can be used, and as the flexible substrate, a synthetic resin such as acrylic can be used.

絶縁層101a、101b、ゲート絶縁層105、絶縁膜108、絶縁層109としては酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素などを用いることができ、単層でも2層、3層といった積層構造でもよい。なお本明細書中において酸化窒化珪素とは酸素の含有量が窒素の含有量より大きい物質であり、窒素を含む酸化珪素とも言える。同様に、窒化酸化珪素とは、窒素の含有量が酸素の含有量より大きい物質であり、酸素を含む窒化珪素とも言える。 As the insulating layers 101a and 101b, the gate insulating layer 105, the insulating film 108, and the insulating layer 109, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like can be used. It may be a structure. Note that in this specification, silicon oxynitride is a substance in which the oxygen content is higher than the nitrogen content, and can also be referred to as silicon oxide containing nitrogen. Similarly, silicon nitride oxide is a substance in which the nitrogen content is higher than the oxygen content, and can be said to be silicon nitride containing oxygen.

また、絶縁層101a、101b、ゲート絶縁層105、絶縁膜108、絶縁層109の他の材料として、窒化アルミニウム、酸素含有量が窒素含有量よりも多い酸化窒化アルミニウム、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素、ポリシラザン、その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。シロキサンを含む材料を用いてもよい。なお、シロキサンとは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、オキサゾール樹脂を用いることもでき、例えば光硬化型ポリベンゾオキサゾールなどを用いることができる。 Further, as other materials of the insulating layers 101a and 101b, the gate insulating layer 105, the insulating film 108, and the insulating layer 109, aluminum nitride, aluminum oxynitride having an oxygen content higher than the nitrogen content, and nitrogen content having an oxygen content It can be formed of a material selected from a material including more aluminum nitride oxide or aluminum oxide, diamond-like carbon (DLC), nitrogen-containing carbon, polysilazane, and other inorganic insulating materials. A material containing siloxane may be used. Note that siloxane corresponds to a material including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Moreover, an oxazole resin can also be used, for example, photocurable polybenzoxazole or the like can be used.

絶縁層101a、101b、ゲート絶縁層105、絶縁膜108、絶縁層109は、スパッタリング法、PVD法(Physical Vapor Deposition)、減圧CVD法(LPCVD法)、またはプラズマCVD法等のCVD法(Chemical Vapor Deposition)、また、選択的にパターンを形成できる液滴吐出法や、パターンが転写または描写できる印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)、その他スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。 The insulating layers 101a and 101b, the gate insulating layer 105, the insulating film 108, and the insulating layer 109 are formed by a CVD method (Chemical Vapor) such as a sputtering method, a PVD method (Physical Vapor Deposition), a low pressure CVD method (LPCVD method), or a plasma CVD method. Deposition), a droplet discharge method that can selectively form a pattern, a printing method that can transfer or depict a pattern (a method that forms a pattern such as screen printing or offset printing), and other coating methods such as spin coating. A dipping method, a dispenser method, or the like can also be used.

所望の形状に加工するエッチング加工は、プラズマエッチング(ドライエッチング)又はウエットエッチングのどちらを採用しても良い。大面積基板を処理するにはプラズマエッチングが適している。エッチングガスとしては、CF、NFなどのフッ素系のガス、又はCl、BClなどの塩素系のガスを用い、HeやArなどの不活性ガスを適宜加えても良い。また、大気圧放電のエッチング加工を適用すれば、局所的な放電加工も可能であり、基板の全面にマスク層を形成する必要はない。 As the etching process for processing into a desired shape, either plasma etching (dry etching) or wet etching may be employed. Plasma etching is suitable for processing large area substrates. As an etching gas, a fluorine-based gas such as CF 4 or NF 3 or a chlorine-based gas such as Cl 2 or BCl 3 may be used, and an inert gas such as He or Ar may be appropriately added. Further, if an atmospheric pressure discharge etching process is applied, a local electric discharge process is also possible, and it is not necessary to form a mask layer on the entire surface of the substrate.

また、半導体層にプラズマ処理を行うことによってゲート絶縁層105を形成してもよい。 Alternatively, the gate insulating layer 105 may be formed by performing plasma treatment on the semiconductor layer.

半導体層の代表例として珪素層の表面をプラズマ処理で酸化することで、界面に歪みのない緻密な酸化層を形成することができる。また、当該酸化層をプラズマ処理で窒化することで、表層部の酸素を窒素に置換して窒化層を形成すると、さらに緻密化することができる。それにより絶縁耐圧が高い絶縁層を形成することができる。 As a typical example of the semiconductor layer, the surface of the silicon layer is oxidized by plasma treatment, whereby a dense oxide layer without distortion at the interface can be formed. Further, the oxide layer can be further densified by nitriding the plasma layer by plasma treatment to form a nitride layer by replacing oxygen in the surface layer with nitrogen. Thereby, an insulating layer having a high withstand voltage can be formed.

ただし、本発明においてプラズマ処理を行う際、トランジスタの電気特性に悪影響を与えない程度の条件で行う。 However, in the present invention, plasma treatment is performed under conditions that do not adversely affect the electrical characteristics of the transistor.

また、基板、絶縁層、層間絶縁層、その他半導体装置を構成する絶縁層、導電層などを形成した後も、プラズマ処理を用いて酸化処理または窒化処理を行うことにより前記基板、絶縁層、層間絶縁層表面を酸化処理または窒化処理してもよい。プラズマ処理を用いて半導体層や絶縁層を酸化処理または窒化処理すると、絶縁層の表面が改質され、CVD法やスパッタ法により形成した絶縁層と比較してより緻密な絶縁層とすることができる。よって、ピンホール等の欠陥を抑制し半導体装置の特性等を向上させることが可能となる。また上記の様なプラズマ処理は、ゲート電極層、ソース配線層、ドレイン配線層などの導電層などにも行うことができ、表面及び表面近傍を窒化処理又は酸化処理することができる。 In addition, after forming a substrate, an insulating layer, an interlayer insulating layer, and other insulating layers and conductive layers forming a semiconductor device, the substrate, the insulating layer, and the interlayer are formed by performing oxidation treatment or nitriding treatment using plasma treatment. The surface of the insulating layer may be oxidized or nitrided. When a semiconductor layer or an insulating layer is oxidized or nitrided using plasma treatment, the surface of the insulating layer is modified so that the insulating layer becomes denser than an insulating layer formed by a CVD method or a sputtering method. it can. Therefore, defects such as pinholes can be suppressed and the characteristics of the semiconductor device can be improved. The plasma treatment as described above can also be performed on a conductive layer such as a gate electrode layer, a source wiring layer, and a drain wiring layer, and the surface and the vicinity of the surface can be nitrided or oxidized.

シリサイド113a、113bは半導体層の露出されたソース領域及びドレイン領域上に導電膜を形成し、加熱処理、GRTA法、LRTA法等により、半導体層中の珪素と導電膜766とを反応させて形成する。導電膜の材料としては、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、Ha(ハフニウム)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、ネオジム(Nb)、クロム(Cr)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等を用いる。また、レーザ照射やランプによる光照射によってシリサイドを形成しても良い。 The silicides 113a and 113b are formed by forming a conductive film over the exposed source region and drain region of the semiconductor layer and reacting silicon in the semiconductor layer with the conductive film 766 by heat treatment, a GRTA method, an LRTA method, or the like. To do. As the material of the conductive film, titanium (Ti), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), zirconium (Zr), Ha (hafnium), tantalum (Ta), vanadium (V ), Neodymium (Nb), chromium (Cr), platinum (Pt), palladium (Pd), or the like. Further, silicide may be formed by laser irradiation or light irradiation with a lamp.

本発明において、半導体層103の側面に側壁絶縁層104a乃至104dを設けているために、半導体層103の側面はシリサイド形成のための導電膜122と接しない。よって、反応しなかった導電膜の除去の際に半導体層103の側面もエッチングされてしまうことを防ぐことができる。従って半導体層103の端部におけるゲート絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えば半導体層とゲート電極層の短絡、リーク電流の発生、静電破壊等を防止することができる。 In the present invention, since the sidewall insulating layers 104a to 104d are provided on the side surface of the semiconductor layer 103, the side surface of the semiconductor layer 103 is not in contact with the conductive film 122 for silicide formation. Therefore, the side surface of the semiconductor layer 103 can be prevented from being etched when the conductive film that has not reacted is removed. Accordingly, defects due to the poor coverage of the gate insulating layer at the end portion of the semiconductor layer 103, such as a short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode layer, the occurrence of leakage current, and electrostatic breakdown can be prevented.

シリサイド構造によって、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化が可能であり、半導体装置の高速化が可能となる。さらに、低電圧での動作が可能であるため、消費電力を低減することができる。 With the silicide structure, the resistance of the source region and the drain region can be reduced, and the speed of the semiconductor device can be increased. Furthermore, since operation at a low voltage is possible, power consumption can be reduced.

半導体層103は、結晶性半導体で形成されたものを用いることが好ましい。例えば、基板上にスパッタリング法、プラズマCVD法若しくは減圧CVD法によって基板の全面に形成された半導体層を結晶化させ、形成することができる。半導体材料としては、シリコンが好ましく、その他にシリコンゲルマニウム半導体を用いることもできる。半導体層の結晶化法としては、レーザ結晶化法、瞬間熱アニール(RTA)又はファーネスアニール炉を用いた熱処理による結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる結晶化法又はこれら方法を組み合わせて行う方法を採用することができる。 The semiconductor layer 103 is preferably formed using a crystalline semiconductor. For example, a semiconductor layer formed over the entire surface of the substrate can be crystallized and formed on the substrate by a sputtering method, a plasma CVD method, or a low pressure CVD method. As the semiconductor material, silicon is preferable, and a silicon germanium semiconductor can also be used. As a method for crystallizing a semiconductor layer, a laser crystallization method, a crystallization method using rapid thermal annealing (RTA) or a heat treatment using a furnace annealing furnace, a crystallization method using a metal element that promotes crystallization, or a combination of these methods. Can be used.

半導体層103にはp型を付与する不純物元素が注入されていても良い。p型を付与する不純物元素として、例えばホウ素が用いられ、5×1015atoms/cm〜1×1016atoms/cm程度の濃度で添加されていても良い。これは、トランジスタのしきい値電圧を制御するためのものであり、チャネル形成領域111に添加されることで有効に作用する。 An impurity element imparting p-type conductivity may be implanted into the semiconductor layer 103. For example, boron is used as the impurity element imparting p-type conductivity, and may be added at a concentration of about 5 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 × 10 16 atoms / cm 3 . This is for controlling the threshold voltage of the transistor, and effectively acts when added to the channel formation region 111.

なお薄膜トランジスタ115と電気的に接続する配線層110a、110b、ゲート電極層106は、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化インジウムに酸化亜鉛(ZnO)を混合したIZO(indium zinc oxide)、酸化インジウムに酸化珪素(SiO)を混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、又はタングステン(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物から選ぶことができる。 Note that the wiring layers 110a and 110b and the gate electrode layer 106 which are electrically connected to the thin film transistor 115 are made of indium tin oxide (ITO), IZO (indium zinc oxide) in which indium oxide is mixed with indium oxide, indium oxide. Conductive material mixed with silicon oxide (SiO 2 ), organic indium, organic tin, indium oxide including tungsten oxide, indium zinc oxide including tungsten oxide, indium oxide including titanium oxide, indium tin oxide including titanium oxide Or tungsten (W), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel ( Ni), titanium (Ti), platinum (Pt), It can be selected from metals such as aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), alloys thereof, or metal nitrides thereof.

本実施の形態に限定されず、薄膜トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。 Without being limited to this embodiment mode, the thin film transistor may have a single gate structure in which one channel formation region is formed, a double gate structure in which two channel formation regions are formed, or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed.

図1(A)乃至(C)に示す本実施の形態の半導体装置の作製方法を図2乃至図5を用いて詳細に説明する。 A method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment mode illustrated in FIGS. 1A to 1C will be described in detail with reference to FIGS.

絶縁表面を有する基板100の上に下地膜として、下地膜である絶縁層101a、101bを形成する。下地膜は、単層でも2層、3層といった積層構造でもよい。 Over the substrate 100 having an insulating surface, insulating layers 101a and 101b which are base films are formed as base films. The base film may be a single layer or a laminated structure of two layers or three layers.

下地膜の材料は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素などの無機材料、アクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド(polyimide)、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール(polybenzimidazole)などの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いてもよい。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリレンエーテル、ポリイミドなどの有機材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いてもよい。また、オキサゾール樹脂を用いることもでき、例えば光硬化型ポリベンゾオキサゾールなどを用いることができる。 The material of the base film is an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon nitride oxide, acrylic acid, methacrylic acid and derivatives thereof, or polyimide, aromatic polyamide, polybenzimidazole. A heat resistant polymer such as siloxane resin may be used. Moreover, resin materials such as vinyl resins such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, epoxy resins, phenol resins, novolac resins, acrylic resins, melamine resins, and urethane resins may be used. Further, an organic material such as benzocyclobutene, parylene, fluorinated arylene ether, polyimide, a composition material containing a water-soluble homopolymer and a water-soluble copolymer, or the like may be used. Moreover, an oxazole resin can also be used, for example, photocurable polybenzoxazole or the like can be used.

下地膜は、スパッタリング法、PVD法(Physical Vapor Deposition)、減圧CVD法(LPCVD法)、またはプラズマCVD法等のCVD法(Chemical Vapor Deposition)などを用いて形成することができる。また、液滴吐出法や、印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。 The base film can be formed by a sputtering method, a PVD method (Physical Vapor Deposition), a low pressure CVD method (LPCVD method), a CVD method such as a plasma CVD method (Chemical Vapor Deposition), or the like. Further, a droplet discharge method, a printing method (a method for forming a pattern such as screen printing or offset printing), a coating method such as a spin coating method, a dipping method, a dispenser method, or the like can also be used.

例えば、絶縁層101aとして窒化酸化珪素膜を10〜200nm(好ましくは50〜150nm)形成し、絶縁層101bとして酸化窒化珪素膜を50〜200nm(好ましくは100〜150nm)プラズマCVD法を用いて形成すればよい。 For example, a silicon nitride oxide film is formed as the insulating layer 101a with a thickness of 10 to 200 nm (preferably 50 to 150 nm), and a silicon oxynitride film is formed as the insulating layer 101b with a plasma CVD method of 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm). do it.

次いで、下地膜上に半導体膜を形成する。本発明では、非晶質半導体膜を、レーザ結晶化し、結晶性半導体膜とするものを用いるのが好ましい。 Next, a semiconductor film is formed over the base film. In the present invention, it is preferable to use a crystalline semiconductor film obtained by crystallizing an amorphous semiconductor film by laser.

半導体膜を形成する材料は、シランやゲルマンに代表される半導体材料ガスを用いて気相成長法やスパッタリング法で作製される非晶質半導体(以下「アモルファス半導体:AS」ともいう。)を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させた結晶性半導体などを用いることができる。 As a material for forming the semiconductor film, an amorphous semiconductor (hereinafter, also referred to as “amorphous semiconductor: AS”) manufactured by a vapor deposition method or a sputtering method using a semiconductor material gas typified by silane or germane is used. A crystalline semiconductor crystallized using energy or thermal energy can be used.

非晶質半導体としては、代表的には水素化アモルファスシリコン、結晶性半導体としては代表的にはポリシリコンなどがあげられる。ポリシリコン(多結晶シリコン)には、800℃以上のプロセス温度を経て形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂高温ポリシリコンや、600℃以下のプロセス温度で形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂低温ポリシリコン、また結晶化を促進する元素などを添加し結晶化させたポリシリコンなどを含んでいる。 A typical example of an amorphous semiconductor is hydrogenated amorphous silicon, and a typical example of a crystalline semiconductor is polysilicon. Polysilicon (polycrystalline silicon) is mainly made of so-called high-temperature polysilicon using polysilicon formed through a process temperature of 800 ° C. or higher as a main material, or polysilicon formed at a process temperature of 600 ° C. or lower. And so-called low-temperature polysilicon, and polysilicon crystallized by adding an element that promotes crystallization.

結晶性半導体層の作製方法は、種々の方法(レーザ結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの結晶化を助長する元素を用いた熱結晶化法等)を用いれば良い。また微結晶半導体をレーザ照射して結晶化し、結晶性を高めることもできる。結晶化を助長する元素を導入しない場合は、非晶質半導体層にレーザ光を照射する前に、窒素雰囲気下500℃で1時間加熱することによって非晶質半導体層の含有水素濃度を1×1020atoms/cm以下にまで放出させる。これは水素を多く含んだ非晶質半導体層にレーザ光を照射すると非晶質半導体層が破壊されてしまうからである。結晶化のための加熱処理は、加熱炉、レーザ照射、若しくはランプから発する光の照射(ランプアニールともいう)などを用いることができる。加熱方法としてGRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)法、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)法等のRTA法がある。GRTAとは高温のガスを用いて加熱処理を行う方法であり、LRTAとはランプ光により加熱処理を行う方法である。 As a method for manufacturing the crystalline semiconductor layer, various methods (such as a laser crystallization method, a thermal crystallization method, or a thermal crystallization method using an element that promotes crystallization such as nickel) may be used. Further, the crystallinity can be increased by crystallizing a microcrystalline semiconductor by laser irradiation. In the case where an element for promoting crystallization is not introduced, the concentration of hydrogen contained in the amorphous semiconductor layer is set to 1 × by heating at 500 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere before irradiating the amorphous semiconductor layer with laser light. Release to 10 20 atoms / cm 3 or less. This is because when an amorphous semiconductor layer containing a large amount of hydrogen is irradiated with laser light, the amorphous semiconductor layer is destroyed. As the heat treatment for crystallization, a heating furnace, laser irradiation, irradiation with light emitted from a lamp (also referred to as lamp annealing), or the like can be used. There are RTA methods such as a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) method and an LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal) method as heating methods. GRTA is a method for performing heat treatment using a high-temperature gas, and LRTA is a method for performing heat treatment with lamp light.

また、非晶質半導体層を結晶化し、結晶性半導体層を形成する結晶化工程で、非晶質半導体層に結晶化を促進する元素(触媒元素、金属元素とも示す)を添加し、熱処理(550℃〜750℃で3分〜24時間)により結晶化を行ってもよい。結晶化を助長する元素としては、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスニウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、銅(Cu)及び金(Au)から選ばれた一種又は複数種類を用いることができる。 Further, in the crystallization step of crystallizing the amorphous semiconductor layer to form the crystalline semiconductor layer, an element for promoting crystallization (also referred to as a catalyst element or a metal element) is added to the amorphous semiconductor layer, and heat treatment ( Crystallization may be carried out at 550 ° C. to 750 ° C. for 3 minutes to 24 hours. Elements that promote crystallization include iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), and platinum. One or more types selected from (Pt), copper (Cu), and gold (Au) can be used.

非晶質半導体層への金属元素の導入の仕方としては、当該金属元素を非晶質半導体層の表面又はその内部に存在させ得る手法であれば特に限定はなく、例えばスパッタ法、CVD法、プラズマ処理法(プラズマCVD法も含む)、吸着法、金属塩の溶液を塗布する方法を使用することができる。このうち溶液を用いる方法は簡便であり、金属元素の濃度調整が容易であるという点で有用である。また、このとき非晶質半導体層の表面のぬれ性を改善し、非晶質半導体層の表面全体に水溶液を行き渡らせるため、酸素雰囲気中でのUV光の照射、熱酸化法、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水又は過酸化水素による処理等により、酸化膜を成膜することが望ましい。 The method of introducing the metal element into the amorphous semiconductor layer is not particularly limited as long as the metal element can be present on the surface of the amorphous semiconductor layer or inside the amorphous semiconductor layer. For example, sputtering, CVD, A plasma treatment method (including a plasma CVD method), an adsorption method, or a method of applying a metal salt solution can be used. Among these, the method using a solution is simple and useful in that the concentration of the metal element can be easily adjusted. At this time, in order to improve the wettability of the surface of the amorphous semiconductor layer and to spread the aqueous solution over the entire surface of the amorphous semiconductor layer, irradiation with UV light in an oxygen atmosphere, thermal oxidation method, hydroxy radical It is desirable to form an oxide film by treatment with ozone water or hydrogen peroxide.

結晶化を促進する元素を結晶性半導体層から除去、又は軽減するため、結晶性半導体層に接して、不純物元素を含む半導体層を形成し、ゲッタリングシンクとして機能させる。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素、p型を付与する不純物元素や希ガス元素などを用いることができ、例えばリン(P)、窒素(N)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ボロン(B)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、Kr(クリプトン)、Xe(キセノン)から選ばれた一種または複数種を用いることができる。結晶化を促進する元素を含む結晶性半導体層に、希ガス元素を含む半導体層を形成し、熱処理(550℃〜750℃で3分〜24時間)を行う。結晶性半導体層中に含まれる結晶化を促進する元素は、希ガス元素を含む半導体層中に移動し、結晶性半導体層中の結晶化を促進する元素は除去、又は軽減される。その後、ゲッタリングシンクとなった希ガス元素を含む半導体層を除去する。 In order to remove or reduce an element that promotes crystallization from the crystalline semiconductor layer, a semiconductor layer containing an impurity element is formed in contact with the crystalline semiconductor layer and functions as a gettering sink. As the impurity element, an impurity element imparting n-type conductivity, an impurity element imparting p-type conductivity, a rare gas element, or the like can be used. For example, phosphorus (P), nitrogen (N), arsenic (As), antimony (Sb ), Bismuth (Bi), boron (B), helium (He), neon (Ne), argon (Ar), Kr (krypton), and Xe (xenon) can be used. A semiconductor layer containing a rare gas element is formed over the crystalline semiconductor layer containing an element that promotes crystallization, and heat treatment (at 550 ° C. to 750 ° C. for 3 minutes to 24 hours) is performed. The element that promotes crystallization contained in the crystalline semiconductor layer moves into the semiconductor layer containing a rare gas element, and the element that promotes crystallization in the crystalline semiconductor layer is removed or reduced. After that, the semiconductor layer containing a rare gas element that has become a gettering sink is removed.

レーザと、半導体層とを相対的に走査することにより、レーザ照射を行うことができる。またレーザ照射において、ビームを精度よく重ね合わせたり、レーザ照射開始位置やレーザ照射終了位置を制御するため、マーカーを形成することもできる。マーカーは非晶質半導体層と同時に、基板上へ形成すればよい。 Laser irradiation can be performed by relatively scanning the laser and the semiconductor layer. In laser irradiation, a marker can be formed in order to superimpose beams with high accuracy and to control the laser irradiation start position and laser irradiation end position. The marker may be formed on the substrate simultaneously with the amorphous semiconductor layer.

レーザ照射を用いる場合、連続発振型のレーザビーム(CW(CW:continuous−wave)レーザビーム)やパルス発振型のレーザビーム(パルスレーザビーム)を用いることができる。ここで用いることができるレーザビームは、Arレーザ、Krレーザ、エキシマレーザなどの気体レーザ、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト(MgSiO)、YAlO、GdVO、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVOに、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及びこれらの基本波の第2高調波から第4高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Nd:YVOレーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いることができる。このレーザは、CWで射出することも、パルス発振で射出することも可能である。CWで射出する場合は、レーザのパワー密度を0.01〜100MW/cm程度(好ましくは0.1〜10MW/cm)が必要である。そして、走査速度を10〜2000cm/sec程度として照射する。 When laser irradiation is used, a continuous wave laser beam (CW (continuous-wave) laser beam) or a pulsed laser beam (pulse laser beam) can be used. The laser beam that can be used here is a gas laser such as an Ar laser, a Kr laser, or an excimer laser, single crystal YAG, YVO 4 , forsterite (Mg 2 SiO 4 ), YAlO 3 , GdVO 4 , or polycrystalline ( (Ceramics) YAG, Y 2 O 3 , YVO 4 , YAlO 3 , GdVO 4 with one or more of Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, Ta added as dopants A laser oscillated from one or more of laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, copper vapor laser, or gold vapor laser as a medium can be used. By irradiating the fundamental wave of such a laser beam and the second to fourth harmonic laser beams of these fundamental waves, a crystal having a large grain size can be obtained. For example, a second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of an Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064 nm) can be used. This laser can be emitted by CW or pulsed oscillation. When injected at a CW, the power density 0.01 to 100 MW / cm 2 of about laser (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2) is required. Then, irradiation is performed at a scanning speed of about 10 to 2000 cm / sec.

なお、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト(MgSiO)、YAlO、GdVO、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVOに、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Arイオンレーザ、またはTi:サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Qスイッチ動作やモード同期などを行うことによって10MHz以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。パルス幅がピコ秒台、或いはフェムト秒(10−15秒)台のパルスレーザを用いてもよい。10MHz以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体層がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体層に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体層中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。 Note that single crystal YAG, YVO 4 , forsterite (Mg 2 SiO 4 ), YAlO 3 , GdVO 4 , or polycrystalline (ceramic) YAG, Y 2 O 3 , YVO 4 , YAlO 3 , GdVO 4 , dopants Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, Ta, a laser using a medium added with one or more, an Ar ion laser, or a Ti: sapphire laser should oscillate continuously It is also possible to perform pulse oscillation at an oscillation frequency of 10 MHz or more by performing Q switch operation, mode synchronization, or the like. A pulse laser having a pulse width on the order of picoseconds or femtoseconds ( 10-15 seconds) may be used. When a laser beam is oscillated at an oscillation frequency of 10 MHz or more, the semiconductor layer is irradiated with the next pulse after the semiconductor layer is melted by the laser and solidified. Therefore, unlike the case of using a pulse laser having a low oscillation frequency, the solid-liquid interface can be continuously moved in the semiconductor layer, so that crystal grains continuously grown in the scanning direction can be obtained.

媒質としてセラミック(多結晶)を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状に媒質を形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径数mm、長さ数十mmの円柱状の媒質が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。 When ceramic (polycrystal) is used as the medium, it is possible to form the medium in a free shape in a short time and at low cost. When a single crystal is used, a cylindrical medium having a diameter of several millimeters and a length of several tens of millimeters is usually used. However, when ceramic is used, a larger one can be made.

発光に直接寄与する媒質中のNd、Ybなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられないため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックの場合、単結晶と比較して媒質の大きさを著しく大きくすることができるため大幅な出力向上ができる。 Since the concentration of dopants such as Nd and Yb in the medium that directly contributes to light emission cannot be changed greatly regardless of whether it is a single crystal or a polycrystal, there is a certain limit to improving the laser output by increasing the concentration. However, in the case of ceramic, since the size of the medium can be remarkably increased as compared with the single crystal, the output can be greatly improved.

さらに、セラミックの場合では、平行六面体形状や直方体形状の媒質を容易に形成することが可能である。このような形状の媒質を用いて、発振光を媒質の内部でジグザグに進行させると、発振光路を長くとることができる。そのため、増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能になる。また、このような形状の媒質から射出されるレーザビームは射出時の断面形状が四角形状であるため、丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように射出されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、短辺の長さ1mm以下、長辺の長さ数mm〜数mの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光を媒質に均一に照射することにより、線状ビームは長辺方向にエネルギー分布の均一なものとなる。またさらにレーザは、半導体層に対して入射角θ(0<θ<90度)を持たせて照射させるとよい。レーザの干渉を防止することができるからである。 Further, in the case of ceramic, a medium having a parallelepiped shape or a rectangular parallelepiped shape can be easily formed. When a medium having such a shape is used to cause oscillation light to travel in a zigzag manner inside the medium, the oscillation optical path can be made longer. As a result, amplification is increased and oscillation can be performed with high output. Further, since the laser beam emitted from the medium having such a shape has a quadrangular cross-sectional shape at the time of emission, it is advantageous for shaping into a linear beam as compared with a round beam. By shaping the emitted laser beam using an optical system, it is possible to easily obtain a linear beam having a short side length of 1 mm or less and a long side length of several mm to several m. Become. In addition, by irradiating the medium with the excitation light uniformly, the linear beam has a uniform energy distribution in the long side direction. Further, the laser may be irradiated with an incident angle θ (0 <θ <90 degrees) with respect to the semiconductor layer. This is because laser interference can be prevented.

この線状ビームを半導体層に照射することによって、半導体層の全面をより均一にアニールすることが可能になる。線状ビームの両端まで均一なアニールが必要な場合は、その両端にスリットを配置し、エネルギーの減衰部を遮光するなどの工夫が必要となる。 By irradiating the semiconductor layer with this linear beam, the entire surface of the semiconductor layer can be annealed more uniformly. When uniform annealing is required up to both ends of the linear beam, it is necessary to arrange a slit at both ends to shield the energy attenuating portion.

また、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザ光を照射するようにしても良い。これにより、レーザ光の照射により半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じるしきい値のばらつきを抑えることができる。 Further, laser light may be irradiated in an inert gas atmosphere such as a rare gas or nitrogen. Accordingly, the surface roughness of the semiconductor can be suppressed by laser light irradiation, and variations in threshold values caused by variations in interface state density can be suppressed.

非晶質半導体層の結晶化は、熱処理とレーザ光照射による結晶化を組み合わせてもよく、熱処理やレーザ光照射を単独で、複数回行っても良い。 The crystallization of the amorphous semiconductor layer may be a combination of heat treatment and crystallization by laser light irradiation, or may be performed multiple times by heat treatment or laser light irradiation alone.

半導体層は、10nm〜200nm、好ましくは10nm〜50nm程度、更に好ましくは10nm〜25nm程度の膜厚で形成するとよい。なお、50nm以下の半導体層を形成する場合、50nm以上の膜厚で半導体層を形成した後で、半導体層の表面をドライエッチング処理することにより10nm〜50nm程度の膜厚の半導体膜を形成してもよい。このときのエッチングの際のエッチングガスとしては、Cl、BCl、SiCl等の塩素系のガス、CF、NF、SF、CHF、CF等のフッ素系のガス、又はフッ素系ガスにOガス、Hガス、HeやAr等の不活性ガスを適宜加えた混合ガス等を用いることができる。なお、ドライエッチングの前に、半導体層表面を希フッ酸処理して半導体層表面に形成される自然酸化膜を除去し、その後半導体層表面をオゾン水などで処理して半導体層表面に酸化膜を形成しておいてもよい。 The semiconductor layer may be formed to a thickness of about 10 nm to 200 nm, preferably about 10 nm to 50 nm, more preferably about 10 nm to 25 nm. Note that in the case of forming a semiconductor layer with a thickness of 50 nm or less, after forming the semiconductor layer with a thickness of 50 nm or more, a surface of the semiconductor layer is dry-etched to form a semiconductor film with a thickness of about 10 nm to 50 nm. May be. Etching gas at this time includes chlorine gas such as Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 , fluorine gas such as CF 4 , NF 3 , SF 6 , CHF 3 , CF 4 , or fluorine. A mixed gas obtained by appropriately adding an inert gas such as O 2 gas, H 2 gas, He or Ar to the system gas can be used. Before dry etching, the surface of the semiconductor layer is treated with dilute hydrofluoric acid to remove the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor layer, and then the surface of the semiconductor layer is treated with ozone water or the like to form an oxide film on the surface of the semiconductor layer. May be formed.

半導体層を50nm以下程度の薄膜で形成することにより、半導体層表面に形成されるゲート絶縁層の被覆不良を低減することができる。また、半導体層を薄膜で形成することにより、TFTをより小型化することができる。また、TFTのしきい値電圧を小さくするためにチャネル形成領域への不純物元素のドープ量を増加させた場合でも、半導体層を薄膜で形成することにより完全空乏型のTFTを作製しやすくなるため、良好なS値でしきい値電圧の小さなTFTを作製することができる。 By forming the semiconductor layer with a thin film having a thickness of about 50 nm or less, it is possible to reduce coating defects on the gate insulating layer formed on the surface of the semiconductor layer. In addition, the TFT can be further reduced in size by forming the semiconductor layer as a thin film. Even when the doping amount of the impurity element in the channel formation region is increased in order to reduce the threshold voltage of the TFT, it is easy to manufacture a fully depleted TFT by forming the semiconductor layer as a thin film. A TFT having a good S value and a small threshold voltage can be manufactured.

このようにして得られた半導体層に対して、薄膜トランジスタのしきい値電圧を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを選択的に行う。この不純物元素のドーピングは、結晶化工程の前の非晶質半導体膜に行ってもよい。非晶質半導体膜の状態で不純物元素をドーピングすると、その後の結晶化のための加熱処理によって、不純物の活性化も行うことができる。また、ドーピングの際に生じる欠陥等も改善することができる。 In order to control the threshold voltage of the thin film transistor, the semiconductor layer obtained in this manner is selectively doped with a small amount of impurity element (boron or phosphorus). This doping of the impurity element may be performed on the amorphous semiconductor film before the crystallization step. When the impurity element is doped in the state of the amorphous semiconductor film, the impurity can be activated by heat treatment for subsequent crystallization. In addition, defects and the like generated during doping can be improved.

半導体膜を、マスクを用いて所望の形状に加工し、半導体層103を形成する(図2(A)参照。)。 The semiconductor film is processed into a desired shape using a mask to form the semiconductor layer 103 (see FIG. 2A).

半導体層の端部には傾斜角(テーパー角)を設けてもよい。その角度は45度乃至95度とすることが好ましい。この領域に半導体層103の中央部と特性が異なる寄生トランジスタが形成されることの影響を避けるため、その傾斜角は垂直に近い方が好ましい。 An inclination angle (taper angle) may be provided at an end portion of the semiconductor layer. The angle is preferably 45 to 95 degrees. In order to avoid the influence of the formation of a parasitic transistor having different characteristics from the central portion of the semiconductor layer 103 in this region, the inclination angle is preferably close to vertical.

なお、本明細書において、半導体層の「端部」とは、島状に形成された半導体層の縁部分(エッジ部分)を示す。半導体層の「側面」とは、半導体層の縁部分の面を示す。 Note that in this specification, the “end portion” of the semiconductor layer indicates an edge portion (edge portion) of the semiconductor layer formed in an island shape. The “side surface” of the semiconductor layer refers to the surface of the edge portion of the semiconductor layer.

エッチング加工は、プラズマエッチング(ドライエッチング)又はウェットエッチングのどちらを採用しても良いが、大面積基板を処理するにはプラズマエッチングが適している。エッチングガスとしては、CF、NF、Cl、BCl、などのフッ素系又は塩素系のガスを用い、HeやArなどの不活性ガスを適宜加えても良い。また、大気圧放電のエッチング加工を適用すれば、局所的な放電加工も可能であり、基板の全面にマスク層を形成する必要はない。 The etching process may be either plasma etching (dry etching) or wet etching, but plasma etching is suitable for processing a large area substrate. As an etching gas, a fluorine-based or chlorine-based gas such as CF 4 , NF 3 , Cl 2 , or BCl 3 may be used, and an inert gas such as He or Ar may be appropriately added. Further, if an atmospheric pressure discharge etching process is applied, a local electric discharge process is also possible, and it is not necessary to form a mask layer on the entire surface of the substrate.

本発明において、配線層若しくは電極層を形成する導電層や、所定のパターンを形成するためのマスク層などを、液滴吐出法のような選択的にパターンを形成できる方法により形成してもよい。液滴吐出(噴出)法(その方式によっては、インクジェット法とも呼ばれる。)は、特定の目的に調合された組成物の液滴を選択的に吐出(噴出)して所定のパターン(導電層や絶縁層など)を形成することができる。この際、被形成領域にぬれ性や密着性を制御する処理を行ってもよい。また、パターンが転写、または描写できる方法、例えば印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)なども用いることができる。 In the present invention, a conductive layer for forming a wiring layer or an electrode layer, a mask layer for forming a predetermined pattern, or the like may be formed by a method capable of selectively forming a pattern such as a droplet discharge method. . A droplet discharge (ejection) method (also called an ink-jet method depending on the method) is a method in which a droplet of a composition prepared for a specific purpose is selectively ejected (ejection) to form a predetermined pattern (such as a conductive layer or a conductive layer). An insulating layer or the like can be formed. At this time, a process for controlling wettability and adhesion may be performed on the formation region. In addition, a method by which a pattern can be transferred or drawn, for example, a printing method (a method for forming a pattern such as screen printing or offset printing) can be used.

本実施の形態において、用いるマスクは、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いる。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリレンエーテル、透過性を有するポリイミドなどの有機材料、シロキサン系ポリマー等の重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いることもできる。或いは、感光剤を含む市販のレジスト材料を用いてもよく、例えば、代表的なポジ型レジストである、ノボラック樹脂と感光剤であるナフトキノンジアジド化合物、ネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生剤などを用いてもよい。液滴吐出法を用いる場合、いずれの材料を用いるとしても、その表面張力と粘度は、溶媒の濃度を調整する、界面活性剤等を加えるなどによって適宜調整する。 In this embodiment mode, a resin material such as an epoxy resin, an acrylic resin, a phenol resin, a novolac resin, a melamine resin, or a urethane resin is used as a mask to be used. In addition, a composition comprising an organic material such as benzocyclobutene, parylene, fluorinated arylene ether, permeable polyimide, a compound material obtained by polymerization of a siloxane polymer, a water-soluble homopolymer and a water-soluble copolymer Materials and the like can also be used. Alternatively, a commercially available resist material containing a photosensitizer may be used. For example, a novolak resin that is a typical positive resist and a naphthoquinonediazide compound that is a photosensitizer, a base resin that is a negative resist, diphenylsilanediol, and An acid generator or the like may be used. In the case of using the droplet discharge method, regardless of which material is used, the surface tension and viscosity are appropriately adjusted by adjusting the concentration of the solvent, adding a surfactant or the like.

半導体層103の側面と接する側壁絶縁層104a、104bを形成する(図2(B)参照。)。半導体層103の側面と接する側壁絶縁層104a、104bを形成することで、半導体層103の端部におけるゲート絶縁層の被覆性を良好にすることができる。よって、半導体層103の端部におけるゲート絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えば半導体層とゲート電極層の短絡、リーク電流の発生、静電破壊等を防止することができる。 Sidewall insulating layers 104a and 104b in contact with the side surfaces of the semiconductor layer 103 are formed (see FIG. 2B). By forming the sidewall insulating layers 104 a and 104 b in contact with the side surfaces of the semiconductor layer 103, the coverage of the gate insulating layer at the end portion of the semiconductor layer 103 can be improved. Therefore, defects due to poor coverage of the gate insulating layer at the end portion of the semiconductor layer 103, for example, a short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode layer, generation of leakage current, electrostatic breakdown, or the like can be prevented.

側壁絶縁層104a、104bは、半導体層を形成した後に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を堆積し、異方性エッチングにより加工することで自己整合的に形成することができる。 The sidewall insulating layers 104a and 104b can be formed in a self-aligned manner by forming a semiconductor layer, depositing a silicon oxide film or a silicon nitride film, and processing the film by anisotropic etching.

また、側壁絶縁層104a、104bは、半導体層103の端部を酸化処理することによって選択的に絶縁化し形成することもできる。酸化処理は、酸素を含む雰囲気下でのプラズマ処理によって行うことができる。また、水溶液を用いて表面を酸化処理(ウェット酸化ともいう)してもよい。プラズマ処理の前に半導体層側端部にフッ素や塩素などのハロゲンを導入してから、プラズマ処理を行ってもよい。ハロゲン添加を行うと、酸化速度が速いため酸化が優先的に進み、半導体層側端部において膜厚の厚い絶縁層を形成することができる。 Further, the sidewall insulating layers 104a and 104b can be selectively insulated by oxidizing an end portion of the semiconductor layer 103. The oxidation treatment can be performed by plasma treatment in an atmosphere containing oxygen. Alternatively, the surface may be oxidized (also referred to as wet oxidation) using an aqueous solution. Plasma treatment may be performed after introducing a halogen such as fluorine or chlorine into the semiconductor layer side end portion before the plasma treatment. When halogen is added, the oxidation rate is high, so that the oxidation proceeds preferentially, and a thick insulating layer can be formed at the semiconductor layer side end.

ゲート絶縁層により半導体層103の端部を十分に被覆する、好ましくは半導体層103の側面と接する領域の膜厚を厚くすることで、半導体層103の端部に掛かる電界を緩和することができ、リーク電流の発生等を防止することができる。 By sufficiently covering the end portion of the semiconductor layer 103 with the gate insulating layer, preferably by increasing the thickness of the region in contact with the side surface of the semiconductor layer 103, the electric field applied to the end portion of the semiconductor layer 103 can be reduced. It is possible to prevent the occurrence of leakage current.

よって、本発明を用いると、半導体層端部による段差が緩和され、ゲート絶縁層の被覆性が向上する。従って、ゲート絶縁層の被覆不良によるゲート電極層と半導体層とのショート及びリーク電流などの不良が防止された信頼性の高い半導体装置、及びそのような半導体装置の作製方法を提供することができる。よって、半導体装置において、さらなる微細化、高精密化を行うことが可能となり、半導体装置の高性能化を達成することができる。また、そのような膜の形状不良による不良が軽減されるので、作製工程においても歩留まりよく生産することができる。 Therefore, when the present invention is used, the level difference due to the end portion of the semiconductor layer is reduced, and the coverage of the gate insulating layer is improved. Therefore, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device in which a short circuit between the gate electrode layer and the semiconductor layer due to a poor coating of the gate insulating layer and a defect such as a leakage current are prevented, and a method for manufacturing such a semiconductor device. . Therefore, further miniaturization and high precision can be performed in the semiconductor device, and high performance of the semiconductor device can be achieved. In addition, since defects due to such a film shape defect are reduced, production can be performed with high yield even in the manufacturing process.

半導体層上の酸化膜を除去し、半導体層103を覆うゲート絶縁層120を形成する。 The oxide film over the semiconductor layer is removed, and a gate insulating layer 120 that covers the semiconductor layer 103 is formed.

ゲート絶縁層120は酸化珪素、若しくは酸化珪素と窒化珪素の積層構造で形成すればよい。ゲート絶縁層120は、プラズマCVD法や減圧CVD法により絶縁膜を堆積することで形成しても良いし、プラズマ処理による固相酸化若しくは固相窒化で形成すると良い。半導体層を、プラズマ処理により酸化又は窒化することにより形成するゲート絶縁層は、緻密で絶縁耐圧が高く信頼性に優れているためである。 The gate insulating layer 120 may be formed using silicon oxide or a stacked structure of silicon oxide and silicon nitride. The gate insulating layer 120 may be formed by depositing an insulating film by a plasma CVD method or a low pressure CVD method, or may be formed by solid phase oxidation or solid phase nitridation by plasma treatment. This is because a gate insulating layer formed by oxidizing or nitriding a semiconductor layer by plasma treatment is dense, has high withstand voltage, and is excellent in reliability.

プラズマ処理による固相酸化処理若しくは固相窒化処理として、マイクロ波(代表的には2.45GHz)で励起され、電子密度が1×1011cm−3以上1×1013cm−3以下、且つ電子温度が0.5eV以上1.5eV以下のプラズマを利用することが好ましい。固相酸化処理若しくは固相窒化処理において、500℃以下の温度において、緻密な絶縁膜を形成すると共に実用的な反応速度を得るためである。 As solid-phase oxidation treatment or solid-phase nitridation treatment by plasma treatment, the electron density is 1 × 10 11 cm −3 or more and 1 × 10 13 cm −3 or less when excited by microwaves (typically 2.45 GHz), and It is preferable to use plasma having an electron temperature of 0.5 eV to 1.5 eV. This is because in the solid phase oxidation treatment or solid phase nitridation treatment, a dense insulating film is formed at a temperature of 500 ° C. or lower and a practical reaction rate is obtained.

このプラズマ処理により半導体層の表面を酸化する場合には、酸素雰囲気下(例えば、酸素(O)又は一酸化二窒素(NO)と希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)雰囲気下、若しくは酸素又は一酸化二窒素と水素(H)と希ガス雰囲気下)で行う。また、プラズマ処理により窒化をする場合には、窒素雰囲気下(例えば、窒素(N)と希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)雰囲気下、窒素と水素と希ガス雰囲気下、若しくはNHと希ガス雰囲気下)でプラズマ処理を行う。希ガスとしては、例えばArを用いることができる。また、ArとKrを混合したガスを用いてもよい。 In the case of oxidizing the surface of the semiconductor layer by this plasma treatment, oxygen (O 2 ) or dinitrogen monoxide (N 2 O) and a rare gas (He, Ne, Ar, Kr, Xe) In an atmosphere containing at least one) or in an atmosphere of oxygen or dinitrogen monoxide and hydrogen (H 2 ) and a rare gas. In the case of performing nitridation by plasma treatment, nitrogen and hydrogen are used in a nitrogen atmosphere (for example, nitrogen (N 2 ) and a rare gas (including at least one of He, Ne, Ar, Kr, and Xe) atmosphere). Plasma treatment is performed in a rare gas atmosphere or in a rare gas atmosphere with NH 3 . As the rare gas, for example, Ar can be used. A gas in which Ar and Kr are mixed may be used.

なお、プラズマ処理とは、半導体層、絶縁層、導電層に対する酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、水素化処理、表面改質処理を含んでいる。これらの処理は、その目的に応じて、供給するガスを選択すれば良い。 Note that the plasma treatment includes oxidation treatment, nitridation treatment, oxynitridation treatment, hydrogenation treatment, and surface modification treatment for a semiconductor layer, an insulating layer, and a conductive layer. In these processes, a gas to be supplied may be selected according to the purpose.

半導体層を酸化処理若しくは窒化処理を行うには以下のようにすれば良い。まず、処理室内を真空にし、ガス供給部から酸素又は窒素を含むプラズマ処理用ガスを導入する。基板は室温若しくは温度制御部により100℃乃至550℃に加熱する。 The semiconductor layer may be oxidized or nitrided as follows. First, the processing chamber is evacuated and a plasma processing gas containing oxygen or nitrogen is introduced from a gas supply unit. The substrate is heated to 100 ° C. to 550 ° C. at room temperature or by a temperature controller.

次に、マイクロ波供給部からアンテナにマイクロ波を供給する。そしてマイクロ波をアンテナから誘電体板を通して処理室内に導入することによって、プラズマを生成する。マイクロ波の導入によりプラズマの励起を行うと、低電子温度(3eV以下、好ましくは1.5eV以下)で高電子密度(1×1011cm−3以上)のプラズマを生成することができる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)及び/又は窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)によって、半導体層の表面を酸化又は窒化することができる。プラズマ処理用ガスにアルゴンなどの希ガスを混合させると、希ガスの励起種により酸素ラジカルや窒素ラジカルを効率良く生成することができる。この方法は、プラズマで励起した活性なラジカルを有効に使うことにより、500℃以下の低温で固相反応による酸化、窒化若しくは酸化と窒化の同時処理を行うことができる。 Next, a microwave is supplied from the microwave supply unit to the antenna. Then, plasma is generated by introducing the microwave from the antenna through the dielectric plate into the processing chamber. When plasma excitation is performed by introduction of microwaves, plasma with a low electron temperature (3 eV or less, preferably 1.5 eV or less) and a high electron density (1 × 10 11 cm −3 or more) can be generated. The surface of the semiconductor layer can be oxidized or nitrided by oxygen radicals (which may include OH radicals) and / or nitrogen radicals (which may include NH radicals) generated by this high-density plasma. When a rare gas such as argon is mixed with the plasma processing gas, oxygen radicals or nitrogen radicals can be efficiently generated by the excited species of the rare gas. In this method, active radicals excited by plasma can be effectively used to perform oxidation, nitridation, or simultaneous oxidation and nitridation by solid phase reaction at a low temperature of 500 ° C. or lower.

プラズマ処理により形成される好適なゲート絶縁層の一例は、酸化雰囲気下のプラズマ処理により半導体層を3nm乃至6nmの厚さで酸化シリコン層を形成し、その後窒素雰囲気下でその酸化シリコン層の表面を窒化して窒化シリコン層を形成した積層構造である。半導体層の代表例としてのシリコン層の表面をプラズマ処理で酸化することで、界面に歪みのない緻密な酸化膜を形成することができる。また、当該酸化膜をプラズマ処理で窒化することで、表層部の酸素を窒素に置換して窒化層を形成すると、さらに緻密化することができる。それにより絶縁耐圧が高い絶縁層を形成することができる。 An example of a suitable gate insulating layer formed by plasma treatment is that a semiconductor layer is formed with a thickness of 3 nm to 6 nm by plasma treatment under an oxidizing atmosphere, and then the surface of the silicon oxide layer under a nitrogen atmosphere. This is a laminated structure in which a silicon nitride layer is formed by nitriding. By oxidizing the surface of a silicon layer as a typical example of the semiconductor layer by plasma treatment, a dense oxide film without distortion at the interface can be formed. Further, the oxide film can be further densified by nitriding the oxide film by plasma treatment to form a nitride layer by replacing oxygen in the surface layer portion with nitrogen. Thereby, an insulating layer having a high withstand voltage can be formed.

いずれにしても、上記のようなプラズマ処理による固相酸化処理若しくは固相窒化処理を用いることで、耐熱温度が700℃以下のガラス基板を用いても、950℃乃至1050℃で形成される熱酸化膜と同等な絶縁層を得ることができる。すなわち、トランジスタのゲート絶縁層として信頼性の高い膜を形成することができる。 In any case, heat generated at 950 ° C. to 1050 ° C. even when a glass substrate having a heat resistant temperature of 700 ° C. or lower is used by using the solid phase oxidation treatment or solid phase nitridation treatment by plasma treatment as described above. An insulating layer equivalent to the oxide film can be obtained. That is, a highly reliable film can be formed as the gate insulating layer of the transistor.

また、ゲート絶縁層120として、高誘電率材料を用いても良い。ゲート絶縁層120に高誘電率材料を用いることにより、ゲートリーク電流を低減することができる。高誘電率材料としては、二酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、二酸化チタン、五酸化タンタルなどを用いることができる。また、プラズマ処理による固相酸化により酸化シリコン層を形成しても良い。 Alternatively, a high dielectric constant material may be used for the gate insulating layer 120. By using a high dielectric constant material for the gate insulating layer 120, gate leakage current can be reduced. As the high dielectric constant material, zirconium dioxide, hafnium oxide, titanium dioxide, tantalum pentoxide or the like can be used. Alternatively, the silicon oxide layer may be formed by solid phase oxidation by plasma treatment.

また、薄い酸化珪素膜の形成方法としては、GRTA法、LRTA法等を用いて半導体領域表面を酸化し、熱酸化膜を形成することで、膜厚の薄い酸化珪素膜を形成することもできる。なお、低い成膜温度でゲートリーク電流の少ない緻密な絶縁膜を形成するには、アルゴンなどの希ガス元素を反応ガスに含ませ、形成される絶縁膜中に混入させると良い。 As a method for forming a thin silicon oxide film, a thin silicon oxide film can be formed by oxidizing the surface of the semiconductor region by using a GRTA method, an LRTA method, or the like and forming a thermal oxide film. . Note that in order to form a dense insulating film with low gate leakage current at a low deposition temperature, a rare gas element such as argon is preferably contained in a reaction gas and mixed into the formed insulating film.

次いで、ゲート絶縁層120上にゲート電極層として用いる膜厚100〜500nmの導電膜を形成する。導電膜は、スパッタリング法、蒸着法、CVD法等の手法により形成することができる。導電膜はタンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ネオジウム(Nd)から選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、AgPdCu合金を用いてもよい。また、積層構造でもよく、2層構造、例えば、第1の導電膜として膜厚50nmのタングステン膜、第2の導電膜として膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、第3の導電膜として膜厚30nmの窒化チタン膜を順次積層した3層構造としてもよい。また、3層構造とする場合、第1の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第2の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜(Al−Ti)を用いてもよいし、第3の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層構造であってもよい。 Next, a conductive film with a thickness of 100 to 500 nm used as a gate electrode layer is formed over the gate insulating layer 120. The conductive film can be formed by a technique such as sputtering, vapor deposition, or CVD. The conductive film is an element selected from tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), neodymium (Nd), or the above What is necessary is just to form with the alloy material or compound material which has an element as a main component. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus, or an AgPdCu alloy may be used as the conductive film. Alternatively, a multilayer structure may be used, for example, a two-layer structure, for example, a tungsten film with a thickness of 50 nm as the first conductive film, an aluminum-silicon alloy (Al—Si) film with a thickness of 500 nm as the second conductive film, As the conductive film, a three-layer structure in which titanium nitride films with a thickness of 30 nm are sequentially stacked may be used. In the case of a three-layer structure, tungsten nitride may be used instead of tungsten of the first conductive film, or aluminum instead of the aluminum and silicon alloy (Al-Si) film of the second conductive film. A titanium alloy film (Al—Ti) may be used, or a titanium film may be used instead of the titanium nitride film of the third conductive film. Moreover, a single layer structure may be sufficient.

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、導電膜を所望の形状に加工し、ゲート電極層106を形成する(図2(C)参照。)。ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することにより、第1のゲート電極層及び第2のゲート電極層を所望のテーパー形状を有するようにエッチングすることができる。また、テーパー形状は、マスクの形状によっても角度等を制御することができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl、BCl、SiClもしくはCClなどを代表とする塩素系ガス、CF、SFもしくはNFなどを代表とするフッ素系ガス又はOを適宜用いることができる。 Next, a resist mask is formed by photolithography, the conductive film is processed into a desired shape, and the gate electrode layer 106 is formed (see FIG. 2C). ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, etching conditions (amount of power applied to coil-type electrode layer, amount of power applied to substrate-side electrode layer, substrate-side electrode temperature, etc.) By appropriately adjusting, the first gate electrode layer and the second gate electrode layer can be etched to have a desired tapered shape. Further, the taper shape can control the angle and the like depending on the shape of the mask. As an etching gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4, CCl 4, etc., a fluorine-based gas typified by CF 4 , SF 6, NF 3, etc., or O 2 is appropriately used. be able to.

本実施の形態ではゲート電極層を垂直な側面を有して形成する例を示すが、本発明はそれに限定されず、第1のゲート電極層及び第2のゲート電極層両方がテーパー形状を有していてもよいし、どちらか一方のゲート電極層の一層のみがテーパー形状を有し、他方は異方性エッチングによって垂直な側面を有していてもよい。テーパー角度も積層するゲート電極層間で異なっていても良いし、同一でもよい。テーパー形状を有することによって、その上に積層する膜の被覆性が向上し、欠陥が軽減されるので信頼性が向上する。 In this embodiment, an example in which the gate electrode layer is formed to have a vertical side surface is described; however, the present invention is not limited thereto, and both the first gate electrode layer and the second gate electrode layer have a tapered shape. Alternatively, only one of the gate electrode layers may have a tapered shape, and the other may have a vertical side surface by anisotropic etching. The taper angle may also be different between the stacked gate electrode layers, or may be the same. By having a tapered shape, the coverage of a film stacked thereon is improved and defects are reduced, so that reliability is improved.

ゲート電極層を形成する際のエッチング工程によって、ゲート絶縁層120が多少エッチングされ、膜厚が減る(いわゆる膜減り)ことがある。 The gate insulating layer 120 may be slightly etched and a film thickness may be reduced (so-called film reduction) by an etching process when forming the gate electrode layer.

次に、ゲート電極層106をマスクとして、一導電型を付与する不純物元素121を添加し、ソース領域又はドレイン領域である一導電型を有する不純物領域112a、112bを形成する。また、半導体層103にチャネル形成領域111が形成される(図2(D)参照。)。一導電型を付与する不純物元素は、n型を付与する不純物元素(例えばリン(P)やヒ素(As)等)であっても、p型を付与する不純物元素(例えばボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等)であってもよい。本実施の形態では、一導電型を付与する不純物元素としてn型を付与する不純物元素であるリン(P)を用いる。本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてホスフィン(PH)を用いる。ここでは、ソース領域又はドレイン領域である一導電型を有する不純物領域112a、112bに、一導電型を付与する不純物元素が5×1019〜5×1020/cm程度の濃度で含まれるように添加する。 Next, using the gate electrode layer 106 as a mask, an impurity element 121 imparting one conductivity type is added to form impurity regions 112a and 112b having one conductivity type which are source regions or drain regions. In addition, a channel formation region 111 is formed in the semiconductor layer 103 (see FIG. 2D). Although the impurity element imparting one conductivity type is an impurity element imparting n-type conductivity (for example, phosphorus (P) or arsenic (As)), an impurity element imparting p-type conductivity (for example, boron (B) or aluminum) (Al) or gallium (Ga) or the like. In this embodiment mode, phosphorus (P) which is an impurity element imparting n-type conductivity is used as the impurity element imparting one conductivity type. In this embodiment mode, phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas containing an impurity element. Here, an impurity element imparting one conductivity type is included in the impurity regions 112a and 112b having one conductivity type, which are source regions or drain regions, at a concentration of about 5 × 10 19 to 5 × 10 20 / cm 3. Add to.

本実施の形態では、不純物領域がゲート絶縁層を介してゲート電極層と重なる領域をLov領域と示し、不純物領域がゲート絶縁層を介してゲート電極層と重ならない領域をLoff領域と示す。図3では、不純物領域においてハッチングと白地(または点々のハッチング)で示されているが、これは、白地(または点々のハッチング)部分に不純物元素が添加されていないということを示すのではなく、この領域の不純物元素の濃度分布がマスクやドーピング条件を反映していることを直感的に理解できるようにしたためである。なお、このことは本明細書の他の図面においても同様である。 In this embodiment, a region where the impurity region overlaps with the gate electrode layer through the gate insulating layer is referred to as a Lov region, and a region where the impurity region does not overlap with the gate electrode layer through the gate insulating layer is referred to as a Loff region. In FIG. 3, hatching and white background (or dotted hatching) are shown in the impurity region, but this does not indicate that no impurity element is added to the white background (or dotted hatching) part. This is because it is possible to intuitively understand that the concentration distribution of the impurity element in this region reflects the mask and doping conditions. This also applies to other drawings in this specification.

一導電型を有する不純物領域112a、112bは、ソース領域又はドレイン領域として機能する。 The impurity regions 112a and 112b having one conductivity type function as a source region or a drain region.

不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、又はレーザ光の照射を行ってもよい。活性化と同時にゲート絶縁層へのプラズマダメージやゲート絶縁層と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。 In order to activate the impurity element, heat treatment, intense light irradiation, or laser light irradiation may be performed. Simultaneously with activation, plasma damage to the gate insulating layer and plasma damage to the interface between the gate insulating layer and the semiconductor layer can be recovered.

ゲート電極層106の側面にサイドウォール構造の側壁絶縁層107a、107bを形成する。側壁絶縁層107a、107bは、ゲート絶縁層120、ゲート電極層106を覆う絶縁層を形成した後、これをRIE(Reactive ion etching:反応性イオンエッチング)法による異方性のエッチングによって加工し、のゲート電極層106の側壁に自己整合的にサイドウォール構造の側壁絶縁層107a、107bを形成すればよい。ここで、絶縁層について特に限定はなく、TEOS(Tetra−Ethyl−Orso−Silicate)若しくはシラン等と、酸素若しくは亜酸化窒素等とを反応させて形成した段差被覆性のよい酸化珪素であることが好ましい。絶縁層は熱CVD、プラズマCVD、常圧CVD、バイアスECRCVD、スパッタリング等の方法によって形成することができる。 Sidewall insulating layers 107 a and 107 b having a sidewall structure are formed on side surfaces of the gate electrode layer 106. The sidewall insulating layers 107a and 107b are formed by forming an insulating layer covering the gate insulating layer 120 and the gate electrode layer 106, and then processing this by anisotropic etching using a RIE (Reactive ion etching) method. The sidewall insulating layers 107a and 107b having a sidewall structure may be formed in a self-aligned manner on the sidewalls of the gate electrode layer 106. Here, there is no particular limitation on the insulating layer, and the insulating layer may be silicon oxide with good step coverage formed by reacting TEOS (Tetra-Ethyl-Orso-Silicate) or silane with oxygen or nitrous oxide. preferable. The insulating layer can be formed by a method such as thermal CVD, plasma CVD, atmospheric pressure CVD, bias ECRCVD, or sputtering.

また、本実施の形態では、絶縁層をエッチングする際、ゲート電極層上の絶縁層を除去し、ゲート電極層を露出させるが、絶縁層をゲート電極層上に残すような形状に側壁絶縁層107a、107bを形成してもよい。本実施の形態では、後工程でゲート電極層上に保護膜として絶縁膜108を形成する。このようにゲート電極層を保護することによって、エッチング加工する際、ゲート電極層の膜減りを防ぐことができる。また、ソース領域及びドレイン領域にシリサイドを形成する場合、シリサイド形成時に成膜する金属膜とゲート電極層とが接しないので、金属膜の材料とゲート電極層の材料とが反応しやすい材料であっても、化学反応や拡散などの不良を防止することができる。エッチング方法は、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、種々のエッチング方法を用いることができる。本実施の形態では、ドライエッチング法を用いる。エッチング用ガスとしては、Cl、BCl、SiClもしくはCClなどを代表とする塩素系ガス、CF、SFもしくはNFなどを代表とするフッ素系ガス又はOを適宜用いることができる。 Further, in this embodiment, when the insulating layer is etched, the insulating layer on the gate electrode layer is removed to expose the gate electrode layer, but the side wall insulating layer is formed so as to leave the insulating layer on the gate electrode layer. 107a and 107b may be formed. In this embodiment, the insulating film 108 is formed as a protective film over the gate electrode layer in a later step. By protecting the gate electrode layer in this way, it is possible to prevent the gate electrode layer from being reduced during etching. Further, when silicide is formed in the source and drain regions, the metal film and the gate electrode layer are not in contact with each other because the metal film formed during the silicide formation is not in contact with the gate electrode layer. However, defects such as chemical reaction and diffusion can be prevented. The etching method may be a dry etching method or a wet etching method, and various etching methods can be used. In this embodiment mode, a dry etching method is used. As an etching gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 or CCl 4 , a fluorine-based gas typified by CF 4 , SF 6 or NF 3, or O 2 is appropriately used. it can.

側壁絶縁層107a、107b、ゲート電極層106をマスクとしてゲート絶縁層120をエッチングし半導体層103のソース領域及びドレイン領域を露出させる。ゲート絶縁層120は選択的にエッチングされ、ゲート絶縁層105となる(図2(E)参照。)。 The gate insulating layer 120 is etched using the sidewall insulating layers 107a and 107b and the gate electrode layer 106 as a mask to expose the source region and the drain region of the semiconductor layer 103. The gate insulating layer 120 is selectively etched to be the gate insulating layer 105 (see FIG. 2E).

半導体層103、側壁絶縁層107a、107b上に導電膜122を形成する(図3(A)参照。)。導電膜122の材料としては、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、Ha(ハフニウム)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、ネオジム(Nb)、クロム(Cr)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等を有する膜を成膜する。ここでは、スパッタリング法により、ニッケル膜を成膜する。 A conductive film 122 is formed over the semiconductor layer 103 and the sidewall insulating layers 107a and 107b (see FIG. 3A). As a material of the conductive film 122, titanium (Ti), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), zirconium (Zr), Ha (hafnium), tantalum (Ta), vanadium ( A film containing V), neodymium (Nb), chromium (Cr), platinum (Pt), palladium (Pd), or the like is formed. Here, a nickel film is formed by a sputtering method.

次に、加熱処理、GRTA法、LRTA法等により、露出されたソース領域及びドレイン領域の半導体層中の珪素と導電膜122とを反応させて、シリサイド113a、113bを形成する。また、レーザ照射やランプによる光照射によってシリサイドを形成しても良い。この後、半導体層と反応しなかった導電膜766を除去する。 Next, silicide 113a and 113b are formed by reacting the conductive film 122 with silicon in the exposed semiconductor layers of the source and drain regions by heat treatment, GRTA method, LRTA method, or the like. Further, silicide may be formed by laser irradiation or light irradiation with a lamp. After that, the conductive film 766 that has not reacted with the semiconductor layer is removed.

次いで、ゲート電極層、ゲート絶縁層を覆う層間絶縁層を形成する。本実施の形態では、水素を含む絶縁膜108と、絶縁層109との積層構造とする(図3(C)参照。)。絶縁膜108と絶縁層109は、スパッタ法、またはプラズマCVDを用いた窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、酸化珪素膜でもよく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または3層以上の積層構造として用いても良い。 Next, an interlayer insulating layer is formed to cover the gate electrode layer and the gate insulating layer. In this embodiment, a stacked structure of the insulating film 108 containing hydrogen and the insulating layer 109 is used (see FIG. 3C). The insulating film 108 and the insulating layer 109 may be a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, a silicon oxynitride film, or a silicon oxide film formed by sputtering or plasma CVD. You may use as a laminated structure more than a layer.

さらに、窒素雰囲気中で、300〜550℃で1〜12時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。好ましくは、400〜500℃で行う。この工程は層間絶縁層である絶縁膜108に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。本実施の形態では、410度(℃)で1時間加熱処理を行う。 Further, a heat treatment is performed at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours in a nitrogen atmosphere to perform a step of hydrogenating the semiconductor layer. Preferably, it carries out at 400-500 degreeC. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the insulating film 108 which is an interlayer insulating layer. In this embodiment, heat treatment is performed at 410 ° C. for 1 hour.

絶縁膜108、絶縁層109としては他に窒化アルミニウム(AlN)、酸化窒化アルミニウム(AlON)、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウム(AlNO)または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素膜(CN)その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。また、シロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、有機絶縁性材料を用いてもよく、有機材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン、ポリシラザンを用いることができる。平坦性のよい塗布法によってされる塗布膜を用いてもよい。 As the insulating film 108 and the insulating layer 109, aluminum nitride (AlN), aluminum oxynitride (AlON), aluminum nitride oxide (AlNO) or aluminum oxide whose nitrogen content is higher than oxygen content, diamond like carbon (DLC) A nitrogen-containing carbon film (CN) can be formed of a material selected from substances including other inorganic insulating materials. A siloxane resin may also be used. Note that a siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Moreover, an organic insulating material may be used, and as the organic material, polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, benzocyclobutene, or polysilazane can be used. A coating film formed by a coating method with good flatness may be used.

絶縁膜108、絶縁層109は、ディップ、スプレー塗布、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター、CVD法、蒸着法等を採用することができる。液滴吐出法により絶縁膜108、絶縁層109を形成してもよい。液滴吐出法を用いた場合には材料液を節約することができる。また、液滴吐出法のようにパターンが転写、または描写できる方法、例えば印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)なども用いることができる。 For the insulating film 108 and the insulating layer 109, dipping, spray coating, doctor knife, roll coater, curtain coater, knife coater, CVD method, vapor deposition method, or the like can be employed. The insulating film 108 and the insulating layer 109 may be formed by a droplet discharge method. When the droplet discharge method is used, the material liquid can be saved. Further, a method capable of transferring or drawing a pattern, such as a droplet discharge method, for example, a printing method (a method for forming a pattern such as screen printing or offset printing) or the like can be used.

次いで、レジストからなるマスクを用いて絶縁膜108、絶縁層109に半導体層に達するコンタクトホール(開口部)を形成する。エッチングは、用いる材料の選択比によって、一回で行っても複数回行っても良い。エッチングによって、絶縁膜108、絶縁層109を除去し、ソース領域又はドレイン領域に設けられたシリサイド113a、113bに達する開口部を形成する。エッチングは、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよく、両方用いてもよい。ウェットエッチングのエッチャントは、フッ素水素アンモニウム及びフッ化アンモニウムを含む混合溶液のようなフッ酸系の溶液を用いるとよい。エッチング用ガスとしては、Cl、BCl、SiClもしくはCClなどを代表とする塩素系ガス、CF、SFもしくはNFなどを代表とするフッ素系ガス又はOを適宜用いることができる。また用いるエッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。添加する不活性元素としては、He、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種または複数種の元素を用いることができる。 Next, contact holes (openings) reaching the semiconductor layers are formed in the insulating film 108 and the insulating layer 109 using a mask made of a resist. Etching may be performed once or a plurality of times depending on the selection ratio of the material to be used. The insulating film 108 and the insulating layer 109 are removed by etching, and openings reaching the silicides 113a and 113b provided in the source region or the drain region are formed. Etching may be wet etching or dry etching, or both may be used. As an etchant for wet etching, a hydrofluoric acid-based solution such as a mixed solution containing ammonium hydrogen fluoride and ammonium fluoride is preferably used. As an etching gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 or CCl 4 , a fluorine-based gas typified by CF 4 , SF 6 or NF 3, or O 2 is appropriately used. it can. Further, an inert gas may be added to the etching gas used. As the inert element to be added, one or more elements selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe can be used.

開口部を覆うように導電膜を形成し、導電膜をエッチングして各ソース領域又はドレイン領域の一部とそれぞれ電気的に接続するソース電極層又はドレイン電極層として機能する配線層110a、110bを形成する。配線層は、PVD法、CVD法、蒸着法等により導電膜を成膜した後、所望の形状にエッチングして形成することができる。また、液滴吐出法、印刷法、電界メッキ法等により、所定の場所に選択的に導電層を形成することができる。更にはリフロー法、ダマシン法を用いても良い。配線層の材料は、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、W、Al、Ta、Mo、Cd、Zn、Fe、Ti、Zr、Ba等の金属、及びSi、Ge、又はその合金、若しくはその窒化物を用いて形成する。また、これらの積層構造としても良い。本実施の形態では、チタン(Ti)を膜厚60nm形成し、窒化チタン膜を膜厚40nm形成し、アルミニウムを膜厚700nm形成し、チタン(Ti)を膜厚200nm形成して積層構造とし、所望な形状に加工する。 A conductive film is formed so as to cover the opening, and the conductive layers are etched to form wiring layers 110a and 110b functioning as source or drain electrode layers that are electrically connected to a part of each source region or drain region, respectively. Form. The wiring layer can be formed by forming a conductive film by a PVD method, a CVD method, a vapor deposition method or the like and then etching it into a desired shape. Further, the conductive layer can be selectively formed at a predetermined place by a droplet discharge method, a printing method, an electroplating method, or the like. Furthermore, a reflow method or a damascene method may be used. The material of the wiring layer is Ag, Au, Cu, Ni, Pt, Pd, Ir, Rh, W, Al, Ta, Mo, Cd, Zn, Fe, Ti, Zr, Ba, and other metals, and Si, Ge, Alternatively, an alloy thereof or a nitride thereof is used. Moreover, it is good also as these laminated structures. In this embodiment, titanium (Ti) is formed to a thickness of 60 nm, a titanium nitride film is formed to a thickness of 40 nm, aluminum is formed to a thickness of 700 nm, and titanium (Ti) is formed to a thickness of 200 nm to form a stacked structure. Process into the desired shape.

以上の工程で薄膜トランジスタ115を含む半導体装置を作製することができる(図4(C)参照。)。 Through the above steps, a semiconductor device including the thin film transistor 115 can be manufactured (see FIG. 4C).

従って、本発明を用いると、低消費電力かつ高信頼性が付与された半導体装置を提供することができる。 Therefore, by using the present invention, a semiconductor device with low power consumption and high reliability can be provided.

(実施の形態2)
本実施の形態では、低消費電力で、かつゲート絶縁層の被覆不良によるゲート電極層と半導体層とのショート及びリーク電流などの不良を防止し、より高信頼性を付与することを目的とする半導体装置の一例としてCMOS(相補型金属酸化物半導体:Complementary Metal Oxide Semiconductor)に関して図6乃至8を用いて説明する。なお、実施の形態1と同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。
(Embodiment 2)
An object of the present embodiment is to provide a higher reliability by reducing power consumption, preventing a short circuit between the gate electrode layer and the semiconductor layer due to a poor coating of the gate insulating layer, a leakage current, and the like. A CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) as an example of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. Note that repeated description of the same portions as those in Embodiment 1 or portions having similar functions is omitted.

絶縁表面を有する基板200の上に下地膜として、絶縁層201a、201bを形成する。下地膜は、単層でも2層、3層といった積層構造でもよい。 Insulating layers 201a and 201b are formed as base films over the substrate 200 having an insulating surface. The base film may be a single layer or a laminated structure of two layers or three layers.

下地膜の材料は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素などの無機材料、アクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド(polyimide)、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール(polybenzimidazole)などの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いてもよい。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリレンエーテル、ポリイミドなどの有機材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いてもよい。また、オキサゾール樹脂を用いることもでき、例えば光硬化型ポリベンゾオキサゾールなどを用いることができる。 The material of the base film is an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon nitride oxide, acrylic acid, methacrylic acid and derivatives thereof, or polyimide, aromatic polyamide, polybenzimidazole. A heat resistant polymer such as siloxane resin may be used. Moreover, resin materials such as vinyl resins such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, epoxy resins, phenol resins, novolac resins, acrylic resins, melamine resins, and urethane resins may be used. Further, an organic material such as benzocyclobutene, parylene, fluorinated arylene ether, polyimide, a composition material containing a water-soluble homopolymer and a water-soluble copolymer, or the like may be used. Moreover, an oxazole resin can also be used, for example, photocurable polybenzoxazole or the like can be used.

下地膜は、スパッタリング法、PVD法(Physical Vapor Deposition)、減圧CVD法(LPCVD法)、またはプラズマCVD法等のCVD法(Chemical Vapor Deposition)などを用いて形成することができる。また、液滴吐出法や、印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。 The base film can be formed by a sputtering method, a PVD method (Physical Vapor Deposition), a low pressure CVD method (LPCVD method), a CVD method such as a plasma CVD method (Chemical Vapor Deposition), or the like. Further, a droplet discharge method, a printing method (a method for forming a pattern such as screen printing or offset printing), a coating method such as a spin coating method, a dipping method, a dispenser method, or the like can also be used.

例えば、絶縁層201aとして窒化酸化珪素膜を10〜200nm(好ましくは50〜150nm)形成し、絶縁層201bとして酸化窒化珪素膜を50〜200nm(好ましくは100〜150nm)プラズマCVD法を用いて形成すればよい。 For example, a silicon nitride oxide film is formed as the insulating layer 201a with a thickness of 10 to 200 nm (preferably 50 to 150 nm), and a silicon oxynitride film is formed as the insulating layer 201b with a plasma CVD method of 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm). do it.

次いで、下地膜上に半導体膜を形成する。本発明では、非晶質半導体膜を、レーザ結晶化し、結晶性半導体膜とするものを用いるのが好ましい。半導体膜を所望の形状に加工して半導体層203a、203bを形成する。 Next, a semiconductor film is formed over the base film. In the present invention, it is preferable to use a crystalline semiconductor film obtained by crystallizing an amorphous semiconductor film by laser. The semiconductor layers 203a and 203b are formed by processing the semiconductor film into a desired shape.

半導体層は、10nm〜200nm、好ましくは10nm〜50nm程度、更に好ましくは10nm〜25nm程度の膜厚で形成するとよい。なお、50nm以下の半導体層を形成する場合、50nm以上の膜厚で半導体層を形成した後で、半導体層の表面をドライエッチング処理することにより10nm〜50nm程度の膜厚の半導体膜を形成してもよい。このときのエッチングの際のエッチングガスとしては、Cl、BCl、SiCl等の塩素系のガス、CF、NF、SF、CHF、CF等のフッ素系のガス、又はフッ素系ガスにOガス、Hガス、HeやAr等の不活性ガスを適宜加えた混合ガス等を用いることができる。なお、ドライエッチングの前に、半導体層表面を希フッ酸処理して半導体層表面に形成される自然酸化膜を除去し、その後半導体層表面をオゾン水などで処理して半導体層表面に酸化膜を形成しておいてもよい。 The semiconductor layer may be formed to a thickness of about 10 nm to 200 nm, preferably about 10 nm to 50 nm, more preferably about 10 nm to 25 nm. Note that in the case of forming a semiconductor layer with a thickness of 50 nm or less, after forming the semiconductor layer with a thickness of 50 nm or more, a surface of the semiconductor layer is dry-etched to form a semiconductor film with a thickness of about 10 nm to 50 nm. May be. Etching gas at this time includes chlorine gas such as Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 , fluorine gas such as CF 4 , NF 3 , SF 6 , CHF 3 , CF 4 , or fluorine. A mixed gas obtained by appropriately adding an inert gas such as O 2 gas, H 2 gas, He or Ar to the system gas can be used. Before dry etching, the surface of the semiconductor layer is treated with dilute hydrofluoric acid to remove the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor layer, and then the surface of the semiconductor layer is treated with ozone water to form an oxide film on the surface of the semiconductor layer. May be formed.

半導体層を50nm以下程度の薄膜で形成することにより、半導体層表面に形成されるゲート絶縁層の被覆不良を低減することができる。また、半導体層を薄膜で形成することにより、TFTをより小型化することができる。また、TFTのしきい値電圧を小さくするためにチャネル形成領域への不純物元素のドープ量を増加させた場合でも、半導体層を薄膜で形成することにより完全空乏型のTFTを作製しやすくなるため、良好なS値でしきい値電圧の小さなTFTを作製することができる。 By forming the semiconductor layer with a thin film having a thickness of about 50 nm or less, it is possible to reduce coating defects on the gate insulating layer formed on the surface of the semiconductor layer. In addition, the TFT can be further reduced in size by forming the semiconductor layer as a thin film. Even when the doping amount of the impurity element in the channel formation region is increased in order to reduce the threshold voltage of the TFT, it is easy to manufacture a fully depleted TFT by forming the semiconductor layer as a thin film. A TFT having a good S value and a small threshold voltage can be manufactured.

このようにして得られた半導体層に対して、薄膜トランジスタのしきい値電圧を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを選択的に行う。この不純物元素のドーピングは、結晶化工程の前の非晶質半導体膜に行ってもよい。非晶質半導体膜の状態で不純物元素をドーピングすると、その後の結晶化のための加熱処理によって、不純物の活性化も行うことができる。また、ドーピングの際に生じる欠陥等も改善することができる。 In order to control the threshold voltage of the thin film transistor, the semiconductor layer obtained in this manner is selectively doped with a small amount of impurity element (boron or phosphorus). This doping of the impurity element may be performed on the amorphous semiconductor film before the crystallization step. When the impurity element is doped in the state of the amorphous semiconductor film, the impurity can be activated by heat treatment for subsequent crystallization. In addition, defects and the like generated during doping can be improved.

エッチング加工は、プラズマエッチング(ドライエッチング)又はウェットエッチングのどちらを採用しても良いが、大面積基板を処理するにはプラズマエッチングが適している。エッチングガスとしては、CF、NF、Cl、BCl、などのフッ素系又は塩素系のガスを用い、HeやArなどの不活性ガスを適宜加えても良い。また、大気圧放電のエッチング加工を適用すれば、局所的な放電加工も可能であり、基板の全面にマスク層を形成する必要はない。 The etching process may be either plasma etching (dry etching) or wet etching, but plasma etching is suitable for processing a large area substrate. As an etching gas, a fluorine-based or chlorine-based gas such as CF 4 , NF 3 , Cl 2 , or BCl 3 may be used, and an inert gas such as He or Ar may be appropriately added. Further, if an atmospheric pressure discharge etching process is applied, a local electric discharge process is also possible, and it is not necessary to form a mask layer on the entire surface of the substrate.

半導体層側面を覆う側壁絶縁層を形成するため、半導体層203a、203b上に絶縁層205を形成する(図6(A)参照。)。側壁絶縁層は、半導体層203a、203bを形成した後に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜などの絶縁層205を堆積し、異方性エッチングにより加工することで自己整合的に形成することができる。 In order to form a sidewall insulating layer that covers the side surface of the semiconductor layer, an insulating layer 205 is formed over the semiconductor layers 203a and 203b (see FIG. 6A). The sidewall insulating layer can be formed in a self-aligned manner by forming the semiconductor layers 203a and 203b, and then depositing an insulating layer 205 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film and processing it by anisotropic etching.

絶縁層205を異方性エッチングにより加工し、半導体層203a、203bの側面と接する側壁絶縁層206a乃至206dを形成する(図6(B)参照。)。半導体層203a、203bの側面と接する側壁絶縁層206a乃至206dを形成することで、半導体層203a、203bの端部におけるゲート絶縁層の被覆性を良好にすることができる。よって、半導体層203a、203bの端部におけるゲート絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えば半導体層とゲート電極層の短絡、リーク電流の発生、静電破壊等を防止することができる。 The insulating layer 205 is processed by anisotropic etching to form sidewall insulating layers 206a to 206d in contact with the side surfaces of the semiconductor layers 203a and 203b (see FIG. 6B). By forming the sidewall insulating layers 206a to 206d in contact with the side surfaces of the semiconductor layers 203a and 203b, the coverage of the gate insulating layer at the end portions of the semiconductor layers 203a and 203b can be improved. Therefore, defects due to the poor coverage of the gate insulating layer at the end portions of the semiconductor layers 203a and 203b, for example, a short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode layer, generation of leakage current, electrostatic breakdown, and the like can be prevented.

また、側壁絶縁層206a乃至206dは、半導体層203a、203bの端部を酸化処理することによって選択的に絶縁化し形成することもできる。酸化処理は、酸素を含む雰囲気下でのプラズマ処理によって行うことができる。また、水溶液を用いて表面を酸化処理(ウェット酸化ともいう)してもよい。プラズマ処理の前に半導体層側端部にフッ素や塩素などのハロゲンを導入してから、プラズマ処理を行ってもよい。ハロゲン添加を行うと、酸化速度が速いため酸化が優先的に進み、半導体層側端部において膜厚の厚い絶縁層を形成することができる。 The sidewall insulating layers 206a to 206d can also be selectively insulated by oxidizing the end portions of the semiconductor layers 203a and 203b. The oxidation treatment can be performed by plasma treatment in an atmosphere containing oxygen. Alternatively, the surface may be oxidized (also referred to as wet oxidation) using an aqueous solution. Plasma treatment may be performed after introducing a halogen such as fluorine or chlorine into the semiconductor layer side end portion before the plasma treatment. When halogen is added, the oxidation rate is high, so that the oxidation proceeds preferentially, and a thick insulating layer can be formed at the semiconductor layer side end.

ゲート絶縁層により半導体層203a、203bの端部を十分に被覆する、好ましくは半導体層203a、203bの側面と接する領域の膜厚を厚くすることで、半導体層203a、203bの端部に掛かる電界を緩和することができ、リーク電流の発生等を防止することができる。 An electric field applied to the end portions of the semiconductor layers 203a and 203b by sufficiently covering the end portions of the semiconductor layers 203a and 203b with the gate insulating layer, preferably by increasing the thickness of a region in contact with the side surfaces of the semiconductor layers 203a and 203b. Can be mitigated, and the occurrence of leakage current and the like can be prevented.

よって、本発明を用いると、半導体層端部による段差が緩和され、ゲート絶縁層の被覆性が向上する。従って、ゲート絶縁層の被覆不良によるゲート電極層と半導体層とのショート及びリーク電流などの不良が防止された信頼性の高い半導体装置、及びそのような半導体装置の作製方法を提供することができる。よって、半導体装置において、さらなる微細化、高精密化を行うことが可能となり、半導体装置の高性能化を達成することができる。また、そのような膜の形状不良による不良が軽減されるので、作製工程においても歩留まりよく生産することができる。 Therefore, when the present invention is used, the level difference due to the end portion of the semiconductor layer is reduced, and the coverage of the gate insulating layer is improved. Therefore, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device in which a short circuit between the gate electrode layer and the semiconductor layer due to a poor coating of the gate insulating layer and a defect such as a leakage current are prevented, and a method for manufacturing such a semiconductor device. . Therefore, further miniaturization and high precision can be performed in the semiconductor device, and high performance of the semiconductor device can be achieved. In addition, since defects due to such a film shape defect are reduced, production can be performed with high yield even in the manufacturing process.

半導体層上の酸化膜を除去し、半導体層203a、203bを覆うゲート絶縁層209を形成する。 The oxide film over the semiconductor layer is removed, and a gate insulating layer 209 covering the semiconductor layers 203a and 203b is formed.

ゲート絶縁層209は酸化珪素、若しくは酸化珪素と窒化珪素の積層構造で形成すればよい。ゲート絶縁層120は、プラズマCVD法や減圧CVD法により絶縁膜を堆積することで形成しても良いし、プラズマ処理による固相酸化若しくは固相窒化で形成すると良い。半導体層を、プラズマ処理により酸化又は窒化することにより形成するゲート絶縁層は、緻密で絶縁耐圧が高く信頼性に優れているためである。 The gate insulating layer 209 may be formed using silicon oxide or a stacked structure of silicon oxide and silicon nitride. The gate insulating layer 120 may be formed by depositing an insulating film by a plasma CVD method or a low pressure CVD method, or may be formed by solid phase oxidation or solid phase nitridation by plasma treatment. This is because a gate insulating layer formed by oxidizing or nitriding a semiconductor layer by plasma treatment is dense, has high withstand voltage, and is excellent in reliability.

半導体層の代表例としてのシリコン層の表面をプラズマ処理で酸化することで、界面に歪みのない緻密な酸化膜を形成することができる。また、当該酸化膜をプラズマ処理で窒化することで、表層部の酸素を窒素に置換して窒化層を形成すると、さらに緻密化することができる。それにより絶縁耐圧が高い絶縁層を形成することができる。 By oxidizing the surface of a silicon layer as a typical example of the semiconductor layer by plasma treatment, a dense oxide film without distortion at the interface can be formed. Further, the oxide film can be further densified by nitriding the oxide film by plasma treatment to form a nitride layer by replacing oxygen in the surface layer portion with nitrogen. Thereby, an insulating layer having a high withstand voltage can be formed.

いずれにしても、上記のようなプラズマ処理による固相酸化処理若しくは固相窒化処理を用いることで、耐熱温度が700℃以下のガラス基板を用いても、950℃乃至1050℃で形成される熱酸化膜と同等な絶縁層を得ることができる。すなわち、トランジスタのゲート絶縁層として信頼性の高い膜を形成することができる。 In any case, heat generated at 950 ° C. to 1050 ° C. even when a glass substrate having a heat resistant temperature of 700 ° C. or lower is used by using the solid phase oxidation treatment or solid phase nitridation treatment by plasma treatment as described above. An insulating layer equivalent to the oxide film can be obtained. That is, a highly reliable film can be formed as the gate insulating layer of the transistor.

また、ゲート絶縁層209として、高誘電率材料を用いても良い。ゲート絶縁層209に高誘電率材料を用いることにより、ゲートリーク電流を低減することができる。高誘電率材料としては、二酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、二酸化チタン、五酸化タンタルなどを用いることができる。また、プラズマ処理による固相酸化により酸化シリコン層を形成しても良い。 Alternatively, a high dielectric constant material may be used for the gate insulating layer 209. By using a high dielectric constant material for the gate insulating layer 209, gate leakage current can be reduced. As the high dielectric constant material, zirconium dioxide, hafnium oxide, titanium dioxide, tantalum pentoxide or the like can be used. Alternatively, the silicon oxide layer may be formed by solid phase oxidation by plasma treatment.

ゲート絶縁層209上にゲート電極層として用いる膜厚20〜100nmの第1の導電膜と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜とを積層して形成する。第1の導電膜及び第2の導電膜は、スパッタリング法、蒸着法、CVD法等の手法により形成することができる。第1の導電膜及び第2の導電膜はタンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ネオジウム(Nd)から選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、第1の導電膜及び第2の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、AgPdCu合金を用いてもよい。また、2層構造に限定されず、例えば、第1の導電膜として膜厚50nmのタングステン膜、第2の導電膜として膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、第3の導電膜として膜厚30nmの窒化チタン膜を順次積層した3層構造としてもよい。また、3層構造とする場合、第1の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第2の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜(Al−Ti)を用いてもよいし、第3の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層構造であってもよい。本実施の形態では、第1の導電膜として窒化タンタル(TaN)を膜厚30nm形成し、第2の導電膜としてタングステン(W)を膜厚370nm形成する。 A first conductive film with a thickness of 20 to 100 nm and a second conductive film with a thickness of 100 to 400 nm used as a gate electrode layer are stacked over the gate insulating layer 209. The first conductive film and the second conductive film can be formed by a technique such as sputtering, vapor deposition, or CVD. The first conductive film and the second conductive film are tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), neodymium (Nd ), Or an alloy material or a compound material containing the element as a main component. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus, or an AgPdCu alloy may be used as the first conductive film and the second conductive film. The structure is not limited to a two-layer structure. For example, a tungsten film with a thickness of 50 nm is used as the first conductive film, an aluminum-silicon alloy (Al-Si) film with a thickness of 500 nm is used as the second conductive film, The conductive film may have a three-layer structure in which titanium nitride films with a thickness of 30 nm are sequentially stacked. In the case of a three-layer structure, tungsten nitride may be used instead of tungsten of the first conductive film, or aluminum instead of the aluminum and silicon alloy (Al-Si) film of the second conductive film. A titanium alloy film (Al—Ti) may be used, or a titanium film may be used instead of the titanium nitride film of the third conductive film. Moreover, a single layer structure may be sufficient. In this embodiment mode, tantalum nitride (TaN) is formed with a thickness of 30 nm as the first conductive film, and tungsten (W) is formed with a thickness of 370 nm as the second conductive film.

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、第1の導電膜及び第2の導電膜を所望の形状に加工し、第1のゲート電極層110、第1のゲート電極層207a、第1のゲート電極層207b、並びに第2のゲート電極層208a、第2のゲート電極層207bを形成する(図6(C)参照。)。ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することにより、第1のゲート電極層及び第2のゲート電極層を所望のテーパー形状を有するようにエッチングすることができる。また、テーパー形状は、マスクの形状によっても角度等を制御することができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl、BCl、SiClもしくはCClなどを代表とする塩素系ガス、CF、SFもしくはNFなどを代表とするフッ素系ガス又はOを適宜用いることができる。 Next, a resist mask is formed using a photolithography method, the first conductive film and the second conductive film are processed into desired shapes, and the first gate electrode layer 110 and the first gate electrode layer are processed. 207a, the first gate electrode layer 207b, the second gate electrode layer 208a, and the second gate electrode layer 207b are formed (see FIG. 6C). ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, etching conditions (amount of power applied to coil-type electrode layer, amount of power applied to substrate-side electrode layer, substrate-side electrode temperature, etc.) By appropriately adjusting, the first gate electrode layer and the second gate electrode layer can be etched to have a desired tapered shape. Further, the taper shape can control the angle and the like depending on the shape of the mask. As an etching gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4, CCl 4, etc., a fluorine-based gas typified by CF 4 , SF 6, NF 3, etc., or O 2 is appropriately used. be able to.

本実施の形態では第1のゲート電極層、第2のゲート電極層を垂直な側面を有して形成する例を示すが、本発明はそれに限定されず、第1のゲート電極層及び第2のゲート電極層両方がテーパー形状を有していてもよいし、どちらか一方のゲート電極層の一層のみがテーパー形状を有し、他方は異方性エッチングによって垂直な側面を有していてもよい。テーパー角度も積層するゲート電極層間で異なっていても良いし、同一でもよい。テーパー形状を有することによって、その上に積層する膜の被覆性が向上し、欠陥が軽減されるので信頼性が向上する。また、積層する第1の電極層と第2の電極層とは形状が異なっていてもよく、その端部も一致しなくてもよい。 In this embodiment, an example in which the first gate electrode layer and the second gate electrode layer are formed to have vertical side surfaces is described; however, the present invention is not limited thereto, and the first gate electrode layer and the second gate electrode layer are formed. Both of the gate electrode layers may have a tapered shape, or only one of the gate electrode layers may have a tapered shape, and the other may have a vertical side surface by anisotropic etching. Good. The taper angle may also be different between the stacked gate electrode layers, or may be the same. By having a tapered shape, the coverage of a film stacked thereon is improved and defects are reduced, so that reliability is improved. In addition, the first electrode layer and the second electrode layer to be stacked may have different shapes, and the end portions thereof may not match.

ゲート電極層を形成する際のエッチング工程によって、ゲート絶縁層209は多少エッチングされ、膜厚が減る(いわゆる膜減り)ことがある。 The gate insulating layer 209 may be slightly etched due to an etching process when forming the gate electrode layer, and the film thickness may be reduced (so-called film reduction).

次に、第1のゲート電極層207a、207b、及び第2のゲート電極層208a、208bをマスクとして、n型を付与する不純物元素210を添加し、第1のn型不純物領域212a、212b、212c、212dを形成する(図6(D)参照。)。本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてホスフィン(PH)を用いる。ここでは、第1のn型不純物領域212a、212b、212c、212dに、n型を付与する不純物元素が1×1017〜5×1018/cm程度の濃度で含まれるように添加する。本実施の形態では、n型を付与する不純物元素としてリン(P)を用いる。 Next, an impurity element 210 imparting n-type conductivity is added using the first gate electrode layers 207a and 207b and the second gate electrode layers 208a and 208b as masks, and first n-type impurity regions 212a and 212b, 212c and 212d are formed (see FIG. 6D). In this embodiment mode, phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas containing an impurity element. Here, the first n-type impurity regions 212a, 212b, 212c, and 212d are added so that the impurity element imparting n-type is contained at a concentration of about 1 × 10 17 to 5 × 10 18 / cm 3 . In this embodiment mode, phosphorus (P) is used as the impurity element imparting n-type conductivity.

半導体層203bはp型薄膜トランジスタとなるため、n型を付与する不純物元素210の添加せずに、マスクで覆ってよい。本実施の形態では、後工程で、添加したn型を付与する不純物元素濃度より高い濃度でp型を付与する不純物元素を添加することで、第1のn型不純物領域212c、212dをp型不純物領域に反転する。 Since the semiconductor layer 203b is a p-type thin film transistor, the semiconductor layer 203b may be covered with a mask without adding the impurity element 210 imparting n-type conductivity. In this embodiment, the first n-type impurity regions 212c and 212d are formed in a p-type by adding an impurity element imparting p-type at a higher concentration than the impurity element concentration imparting added n-type in a later step. Invert to impurity region.

次に、半導体層203aを覆うマスク214を形成する。マスク214、第1のゲート電極層207b、第2のゲート電極層208bをマスクとしてp型を付与する不純物元素213を添加し、第1のp型不純物領域215a、第1のp型不純物領域215bを形成する。本実施の形態では、不純物元素としてボロン(B)を用いるため、不純物元素を含むドーピングガスとしてはジボラン(B)などを用いる。 Next, a mask 214 that covers the semiconductor layer 203a is formed. An impurity element 213 imparting p-type conductivity is added using the mask 214, the first gate electrode layer 207b, and the second gate electrode layer 208b as masks, and the first p-type impurity region 215a and the first p-type impurity region 215b are added. Form. In this embodiment, since boron (B) is used as the impurity element, diborane (B 2 H 6 ) or the like is used as the doping gas containing the impurity element.

マスク214を除去し、第1のゲート電極層207a、207b、第2のゲート電極層208a、208bの側面にサイドウォール構造の側壁絶縁層216a乃至216dを形成する。側壁絶縁層216a乃至216dは、第1のゲート電極層207a、207b、第2のゲート電極層208a、208bを覆う絶縁層を形成した後、これをRIE(Reactive ion etching:反応性イオンエッチング)法による異方性のエッチングによって加工し、の第1のゲート電極層207a、207b、第2のゲート電極層208a、208bの側壁に自己整合的にサイドウォール構造の側壁絶縁層216a乃至216dを形成すればよい。ここで、絶縁層について特に限定はなく、TEOS(Tetra−Ethyl−Orso−Silicate)若しくはシラン等と、酸素若しくは亜酸化窒素等とを反応させて形成した段差被覆性のよい酸化珪素であることが好ましい。絶縁層は熱CVD、プラズマCVD、常圧CVD、バイアスECRCVD、スパッタリング等の方法によって形成することができる。 The mask 214 is removed, and sidewall insulating layers 216a to 216d having a sidewall structure are formed on side surfaces of the first gate electrode layers 207a and 207b and the second gate electrode layers 208a and 208b. The sidewall insulating layers 216a to 216d are formed by forming an insulating layer that covers the first gate electrode layers 207a and 207b and the second gate electrode layers 208a and 208b, and then forming the insulating layers using an RIE (Reactive Ion Etching) method. Sidewall insulating layers 216a to 216d having a sidewall structure are formed in a self-aligned manner on the sidewalls of the first gate electrode layers 207a and 207b and the second gate electrode layers 208a and 208b. That's fine. Here, there is no particular limitation on the insulating layer, and the insulating layer may be silicon oxide with good step coverage formed by reacting TEOS (Tetra-Ethyl-Orso-Silicate) or silane with oxygen or nitrous oxide. preferable. The insulating layer can be formed by a method such as thermal CVD, plasma CVD, atmospheric pressure CVD, bias ECRCVD, or sputtering.

また、本実施の形態では、絶縁層をエッチングする際、ゲート電極層上の絶縁層を除去し、ゲート電極層を露出させるが、絶縁層をゲート電極層上に残すような形状に側壁絶縁層216a乃至216dbを形成してもよい。本実施の形態では、後工程でゲート電極層上に保護膜として絶縁膜227を形成する。このようにゲート電極層を保護することによって、エッチング加工する際、ゲート電極層の膜減りを防ぐことができる。また、ソース領域及びドレイン領域にシリサイドを形成する場合、シリサイド形成時に成膜する金属膜とゲート電極層とが接しないので、金属膜の材料とゲート電極層の材料とが反応しやすい材料であっても、化学反応や拡散などの不良を防止することができる。エッチング方法は、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、種々のエッチング方法を用いることができる。本実施の形態では、ドライエッチング法を用いる。エッチング用ガスとしては、Cl、BCl、SiClもしくはCClなどを代表とする塩素系ガス、CF、SFもしくはNFなどを代表とするフッ素系ガス又はOを適宜用いることができる。 Further, in this embodiment, when the insulating layer is etched, the insulating layer on the gate electrode layer is removed to expose the gate electrode layer, but the side wall insulating layer is formed so as to leave the insulating layer on the gate electrode layer. 216a to 216db may be formed. In this embodiment, an insulating film 227 is formed as a protective film over the gate electrode layer in a later step. By protecting the gate electrode layer in this way, it is possible to prevent the gate electrode layer from being reduced during etching. Further, when silicide is formed in the source and drain regions, the metal film and the gate electrode layer are not in contact with each other because the metal film formed during the silicide formation is not in contact with the gate electrode layer. However, defects such as chemical reaction and diffusion can be prevented. The etching method may be a dry etching method or a wet etching method, and various etching methods can be used. In this embodiment mode, a dry etching method is used. As an etching gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 or CCl 4 , a fluorine-based gas typified by CF 4 , SF 6 or NF 3, or O 2 is appropriately used. it can.

側壁絶縁層216a乃至216d、第1のゲート電極層207a、207b、第2のゲート電極層208a、208bをマスクとしてゲート絶縁層209をエッチングし半導体層203a、203bのソース領域及びドレイン領域を露出させる。ゲート絶縁層209は選択的にエッチングされ、ゲート絶縁層217a、217bとなる(図7(B)参照。)。 Using the sidewall insulating layers 216a to 216d, the first gate electrode layers 207a and 207b, and the second gate electrode layers 208a and 208b as masks, the gate insulating layer 209 is etched to expose the source and drain regions of the semiconductor layers 203a and 203b. . The gate insulating layer 209 is selectively etched to be gate insulating layers 217a and 217b (see FIG. 7B).

次に半導体層203bを覆うマスク219を形成する。マスク219、第1のゲート電極層207a、第2のゲート電極層207b、側壁絶縁層216a、216bをマスクとしてn型を付与する不純物元素218を添加し、第2のn型不純物領域220a、220b、第3のn型不純物領域231a、231bが形成される。本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてPHを用いる。ここでは、第2のn型不純物領域220a、220bにn型を付与する不純物元素が5×1019〜5×1020/cm程度の濃度で含まれるように添加する。また、半導体層203aにチャネル形成領域233が形成される(図7(C)参照。)。 Next, a mask 219 that covers the semiconductor layer 203b is formed. An impurity element 218 imparting n-type conductivity is added using the mask 219, the first gate electrode layer 207a, the second gate electrode layer 207b, and the sidewall insulating layers 216a and 216b as masks, and second n-type impurity regions 220a and 220b are added. Third n-type impurity regions 231a and 231b are formed. In this embodiment mode, PH 3 is used as a doping gas containing an impurity element. Here, the second n-type impurity regions 220a and 220b are added so that the impurity element imparting n-type is included at a concentration of about 5 × 10 19 to 5 × 10 20 / cm 3 . In addition, a channel formation region 233 is formed in the semiconductor layer 203a (see FIG. 7C).

第2のn型不純物領域220a、第2のn型不純物領域220bは高濃度n型不純物領域であり、ソース、ドレインとして機能する。一方、第3のn型不純物領域231a、231bは低濃度不純物領域であり、LDD(LightlyDoped Drain)領域となる。第3のn型不純物領域231a、231bは第1のゲート電極層207a、第2のゲート電極層208aに覆われていないLoff領域に形成されるため、オフ電流を低減する効果がある。この結果、さらに信頼性の高く、低消費電力の半導体装置を作製することが可能である。 The second n-type impurity region 220a and the second n-type impurity region 220b are high-concentration n-type impurity regions and function as a source and a drain. On the other hand, the third n-type impurity regions 231a and 231b are low-concentration impurity regions and become LDD (Lightly Doped Drain) regions. Since the third n-type impurity regions 231a and 231b are formed in the Loff region that is not covered with the first gate electrode layer 207a and the second gate electrode layer 208a, there is an effect of reducing off-state current. As a result, a semiconductor device with higher reliability and lower power consumption can be manufactured.

マスク219を除去し、半導体層203aを覆うマスク222を形成する。マスク222、第1のゲート電極層207b、第2のゲート電極層208b、側壁絶縁層216c、216dをマスクとして、p型を付与する不純物元素221を添加し、第2のp型不純物領域223a、223b、第3のp型不純物領域232a、232bを形成する。 The mask 219 is removed, and a mask 222 that covers the semiconductor layer 203a is formed. Using the mask 222, the first gate electrode layer 207b, the second gate electrode layer 208b, the sidewall insulating layers 216c and 216d as masks, an impurity element 221 imparting p-type conductivity is added, and second p-type impurity regions 223a, 223b and third p-type impurity regions 232a and 232b are formed.

第2のp型不純物領域223a、223b、第3のp型不純物領域232a、232bにp型を付与する不純物元素が1×1020〜5×1021/cm程度の濃度で含まれるように添加する。本実施の形態では、第3のp型不純物領域232a、232bは、側壁絶縁層216c、216dにより、自己整合的に第2のp型不純物領域223a、223bより低濃度となるように形成する。また、半導体層203bにチャネル形成領域234が形成される(図7(D)参照。)。 The second p-type impurity regions 223a and 223b and the third p-type impurity regions 232a and 232b are doped with an impurity element imparting p-type at a concentration of about 1 × 10 20 to 5 × 10 21 / cm 3. Added. In this embodiment, the third p-type impurity regions 232a and 232b are formed to have a lower concentration than the second p-type impurity regions 223a and 223b in a self-aligned manner by the sidewall insulating layers 216c and 216d. In addition, a channel formation region 234 is formed in the semiconductor layer 203b (see FIG. 7D).

第2のp型不純物領域223a、223bは高濃度p型不純物領域であり、ソース、ドレインとして機能する。一方、第3のp型不純物領域232a、232bは低濃度不純物領域であり、LDD(LightlyDoped Drain)領域となる。第3のp型不純物領域232a、232bは第1のゲート電極層207b、第2のゲート電極層208bに覆われていないLoff領域に形成されるため、オフ電流を低減する効果がある。この結果、さらに信頼性の高く、低消費電力の半導体装置を作製することが可能である。 The second p-type impurity regions 223a and 223b are high-concentration p-type impurity regions and function as a source and a drain. On the other hand, the third p-type impurity regions 232a and 232b are low-concentration impurity regions and become LDD (Lightly Doped Drain) regions. Since the third p-type impurity regions 232a and 232b are formed in the Loff region that is not covered with the first gate electrode layer 207b and the second gate electrode layer 208b, there is an effect of reducing off-state current. As a result, a semiconductor device with higher reliability and lower power consumption can be manufactured.

マスク222を除去し、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、又はレーザ光の照射を行ってもよい。活性化と同時にゲート絶縁層へのプラズマダメージやゲート絶縁層と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。 The mask 222 may be removed, and heat treatment, intense light irradiation, or laser light irradiation may be performed in order to activate the impurity element. Simultaneously with activation, plasma damage to the gate insulating layer and plasma damage to the interface between the gate insulating layer and the semiconductor layer can be recovered.

半導体層203a、203b、側壁絶縁層216a乃至216d上に導電膜224を形成する(図8(A)参照。)。導電膜224の材料としては、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、Ha(ハフニウム)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、ネオジム(Nb)、クロム(Cr)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等を有する膜を成膜する。ここでは、スパッタリング法により、ニッケル膜を成膜する。 A conductive film 224 is formed over the semiconductor layers 203a and 203b and the sidewall insulating layers 216a to 216d (see FIG. 8A). As a material for the conductive film 224, titanium (Ti), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), zirconium (Zr), Ha (hafnium), tantalum (Ta), vanadium ( A film containing V), neodymium (Nb), chromium (Cr), platinum (Pt), palladium (Pd), or the like is formed. Here, a nickel film is formed by a sputtering method.

次に、加熱処理、GRTA法、LRTA法等により、露出されたソース領域及びドレイン領域の半導体層中の珪素と導電膜224とを反応させて、シリサイド225a乃至225dを形成する(図8(B)参照。)。また、レーザ照射やランプによる光照射によってシリサイドを形成しても良い。この後、半導体層と反応しなかった導電膜224を除去する。本実施の形態では、シリサイド225a乃至225dはソース領域及びドレイン領域である第2のn型不純物領域220a、220b、第2のp型不純物領域223a、223b表面に形成される例を示すが、第2のn型不純物領域220a、220b、第2のp型不純物領域223a、223b全域にわたってシリサイドが形成されてもよい。シリサイドは導電膜の膜厚や、加熱条件(温度、時間)によって制御することができる。 Next, the silicon in the exposed semiconductor layer of the source and drain regions and the conductive film 224 are reacted with each other by heat treatment, a GRTA method, an LRTA method, or the like to form silicides 225a to 225d (FIG. 8B )reference.). Further, silicide may be formed by laser irradiation or light irradiation with a lamp. Thereafter, the conductive film 224 that has not reacted with the semiconductor layer is removed. In this embodiment mode, the silicides 225a to 225d are formed on the surfaces of the second n-type impurity regions 220a and 220b and the second p-type impurity regions 223a and 223b which are the source region and the drain region. Silicide may be formed over the entire region of the second n-type impurity regions 220a and 220b and the second p-type impurity regions 223a and 223b. Silicide can be controlled by the thickness of the conductive film and the heating conditions (temperature, time).

本発明において、半導体層203a、203bの側面に側壁絶縁層216a乃至216dを設けているために、半導体層203a、203bの側面は導電膜224と接しない。よって、反応しなかった導電膜の除去の際に半導体層203a、203bの側面もエッチングされてしまうことを防ぐことができる。従って半導体層203a、203bの端部におけるゲート絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えば半導体層とゲート電極層の短絡、リーク電流の発生、静電破壊等を防止することができる。 In the present invention, since the sidewall insulating layers 216a to 216d are provided on the side surfaces of the semiconductor layers 203a and 203b, the side surfaces of the semiconductor layers 203a and 203b are not in contact with the conductive film 224. Therefore, the side surfaces of the semiconductor layers 203a and 203b can be prevented from being etched when the conductive film that has not reacted is removed. Accordingly, it is possible to prevent defects due to the poor coverage of the gate insulating layer at the end portions of the semiconductor layers 203a and 203b, for example, a short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode layer, generation of leakage current, electrostatic breakdown, and the like.

シリサイド構造によって、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化が可能であり、半導体装置の高速化が可能となる。さらに、低電圧での動作が可能であるため、消費電力を低減することができる。 With the silicide structure, the resistance of the source region and the drain region can be reduced, and the speed of the semiconductor device can be increased. Furthermore, since operation at a low voltage is possible, power consumption can be reduced.

次いで、ゲート電極層、ゲート絶縁層を覆う層間絶縁層を形成する。本実施の形態では、保護膜となる水素を含む絶縁膜227と、絶縁層228との積層構造とする(図8(C)参照。)。絶縁膜227と絶縁層228は、スパッタ法、またはプラズマCVDを用いた窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、酸化珪素膜でもよく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または3層以上の積層構造として用いても良い。 Next, an interlayer insulating layer is formed to cover the gate electrode layer and the gate insulating layer. In this embodiment, a stacked structure of an insulating film 227 containing hydrogen which serves as a protective film and an insulating layer 228 is used (see FIG. 8C). The insulating film 227 and the insulating layer 228 may be a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, a silicon oxynitride film, or a silicon oxide film formed by a sputtering method or plasma CVD. You may use as a laminated structure more than a layer.

さらに、窒素雰囲気中で、300〜550℃で1〜12時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。好ましくは、400〜500℃で行う。この工程は層間絶縁層である絶縁膜227に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。本実施の形態では、410度(℃)で1時間加熱処理を行う。 Further, a heat treatment is performed at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours in a nitrogen atmosphere to perform a step of hydrogenating the semiconductor layer. Preferably, it carries out at 400-500 degreeC. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the insulating film 227 which is an interlayer insulating layer. In this embodiment, heat treatment is performed at 410 ° C. for 1 hour.

絶縁膜227、絶縁層228としては他に窒化アルミニウム(AlN)、酸化窒化アルミニウム(AlON)、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウム(AlNO)または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素膜(CN)その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。また、シロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、有機絶縁性材料を用いてもよく、有機材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン、ポリシラザンを用いることができる。平坦性のよい塗布法によってされる塗布膜を用いてもよい。 In addition, as the insulating film 227 and the insulating layer 228, aluminum nitride (AlN), aluminum oxynitride (AlON), aluminum nitride oxide (AlNO) or aluminum oxide in which the nitrogen content is higher than the oxygen content, diamond like carbon (DLC) A nitrogen-containing carbon film (CN) can be formed of a material selected from substances including other inorganic insulating materials. A siloxane resin may also be used. Note that a siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Moreover, an organic insulating material may be used, and as the organic material, polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, benzocyclobutene, or polysilazane can be used. A coating film formed by a coating method with good flatness may be used.

絶縁膜227、絶縁層228は、ディップ、スプレー塗布、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター、CVD法、蒸着法等を採用することができる。液滴吐出法により絶縁膜227、絶縁層228を形成してもよい。液滴吐出法を用いた場合には材料液を節約することができる。また、液滴吐出法のようにパターンが転写、または描写できる方法、例えば印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)なども用いることができる。 As the insulating film 227 and the insulating layer 228, dipping, spray coating, doctor knife, roll coater, curtain coater, knife coater, CVD method, vapor deposition method, or the like can be employed. The insulating film 227 and the insulating layer 228 may be formed by a droplet discharge method. When the droplet discharge method is used, the material liquid can be saved. Further, a method capable of transferring or drawing a pattern, such as a droplet discharge method, for example, a printing method (a method for forming a pattern such as screen printing or offset printing) or the like can be used.

次いで、レジストからなるマスクを用いて絶縁膜227、絶縁層228に半導体層に達するコンタクトホール(開口部)を形成する。エッチングは、用いる材料の選択比によって、一回で行っても複数回行っても良い。エッチングによって、絶縁膜227、絶縁層228を除去し、ソース領域又はドレイン領域に設けられたシリサイド225a、225b、シリサイド226a、226bに達する開口部を形成する。エッチングは、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよく、両方用いてもよい。ウェットエッチングのエッチャントは、フッ素水素アンモニウム及びフッ化アンモニウムを含む混合溶液のようなフッ酸系の溶液を用いるとよい。エッチング用ガスとしては、Cl、BCl、SiClもしくはCClなどを代表とする塩素系ガス、CF、SFもしくはNFなどを代表とするフッ素系ガス又はOを適宜用いることができる。また用いるエッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。添加する不活性元素としては、He、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種または複数種の元素を用いることができる。 Next, contact holes (openings) reaching the semiconductor layer are formed in the insulating film 227 and the insulating layer 228 using a mask made of a resist. Etching may be performed once or a plurality of times depending on the selection ratio of the material to be used. The insulating film 227 and the insulating layer 228 are removed by etching, and openings reaching the silicides 225a and 225b and the silicides 226a and 226b provided in the source region or the drain region are formed. Etching may be wet etching or dry etching, or both may be used. As an etchant for wet etching, a hydrofluoric acid-based solution such as a mixed solution containing ammonium hydrogen fluoride and ammonium fluoride is preferably used. As an etching gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 or CCl 4 , a fluorine-based gas typified by CF 4 , SF 6 or NF 3, or O 2 is appropriately used. it can. Further, an inert gas may be added to the etching gas used. As the inert element to be added, one or more elements selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe can be used.

開口部を覆うように導電膜を形成し、導電膜をエッチングして各ソース領域又はドレイン領域の一部とそれぞれ電気的に接続するソース電極層又はドレイン電極層として機能する配線層229a、229b、229cを形成する。配線層は、PVD法、CVD法、蒸着法等により導電膜を成膜した後、所望の形状にエッチングして形成することができる。また、液滴吐出法、印刷法、電界メッキ法等により、所定の場所に選択的に導電層を形成することができる。更にはリフロー法、ダマシン法を用いても良い。配線層の材料は、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、W、Al、Ta、Mo、Cd、Zn、Fe、Ti、Zr、Ba等の金属、及びSi、Ge、又はその合金、若しくはその窒化物を用いて形成する。また、これらの積層構造としても良い。本実施の形態では、チタン(Ti)を膜厚60nm形成し、窒化チタン膜を膜厚40nm形成し、アルミニウムを膜厚700nm形成し、チタン(Ti)を膜厚200nm形成して積層構造とし、所望な形状に加工する。 Wiring layers 229a and 229b functioning as a source electrode layer or a drain electrode layer which are formed so as to cover the opening and are electrically connected to a part of each source region or drain region by etching the conductive film, 229c is formed. The wiring layer can be formed by forming a conductive film by a PVD method, a CVD method, a vapor deposition method or the like and then etching it into a desired shape. Further, the conductive layer can be selectively formed at a predetermined place by a droplet discharge method, a printing method, an electroplating method, or the like. Furthermore, a reflow method or a damascene method may be used. The material of the wiring layer is Ag, Au, Cu, Ni, Pt, Pd, Ir, Rh, W, Al, Ta, Mo, Cd, Zn, Fe, Ti, Zr, Ba, and other metals, and Si, Ge, Alternatively, an alloy thereof or a nitride thereof is used. Moreover, it is good also as these laminated structures. In this embodiment, titanium (Ti) is formed to a thickness of 60 nm, a titanium nitride film is formed to a thickness of 40 nm, aluminum is formed to a thickness of 700 nm, and titanium (Ti) is formed to a thickness of 200 nm to form a stacked structure. Process into the desired shape.

以上の工程でCMOS構造のnチャネル型薄膜トランジスタである薄膜トランジスタ230a及びpチャネル型薄膜トランジスタである薄膜トランジスタ230bを含む半導体装置を作製することができる(図8(D)参照。)。本実施の形態はCMOS構造であるため、配線層229bによって薄膜トランジスタ230aと薄膜トランジスタ230bとは電気的に接続している。 Through the above process, a semiconductor device including the thin film transistor 230a which is an n-channel thin film transistor having a CMOS structure and the thin film transistor 230b which is a p-channel thin film transistor can be manufactured (see FIG. 8D). Since this embodiment mode has a CMOS structure, the thin film transistor 230a and the thin film transistor 230b are electrically connected to each other through the wiring layer 229b.

従って、本発明を用いると、低消費電力かつ高信頼性が付与された半導体装置を提供することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態は、低消費電力で、かつ高信頼性を付与することを目的とした他の半導体装置を、図15を用いて説明する。本実施の形態は、実施の形態1で作製した薄膜トランジスタにおいて、シリサイドの形成領域が異なる例を設ける例を示す。よって、同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。
Therefore, by using the present invention, a semiconductor device with low power consumption and high reliability can be provided.
(Embodiment 3)
In this embodiment, another semiconductor device with low power consumption and high reliability is described with reference to FIGS. In this embodiment, an example in which the thin film transistor manufactured in Embodiment 1 has different silicide formation regions is described. Therefore, repetitive description of the same portion or a portion having a similar function is omitted.

半導体層の下地膜として機能する絶縁層301a、301bが形成された基板300上に、薄膜トランジスタ315、絶縁膜308、絶縁層309が形成されている。薄膜トランジスタ315は、一導電型を有する不純物領域であるシリサイド化されたソース領域又はドレイン領域313a、313b、一導電型を有する不純物領域312a、312b、及びチャネル形成領域311よりなる半導体層、ゲート絶縁層305、第1のゲート電極層306、第2のゲート電極層316を含んでいる。また、ソース領域又はドレイン領域313a、313bは全領域にわたってシリサイドが形成されている。ソース領域又はドレイン領域313a、313bに接続するソース電極層又はドレイン電極層である配線層310a、310bが設けられており、配線層310a、310bによって薄膜トランジスタ315は他の半導体素子等と電気的に接続することができる(図15参照。)。 A thin film transistor 315, an insulating film 308, and an insulating layer 309 are formed over a substrate 300 over which insulating layers 301a and 301b functioning as base films for the semiconductor layers are formed. The thin film transistor 315 includes a semiconductor layer and a gate insulating layer including silicided source or drain regions 313a and 313b which are impurity regions having one conductivity type, impurity regions 312a and 312b having one conductivity type, and a channel formation region 311. 305, a first gate electrode layer 306, and a second gate electrode layer 316 are included. Further, silicide is formed over the entire source or drain region 313a, 313b. Wiring layers 310a and 310b which are source or drain electrode layers connected to the source or drain regions 313a and 313b are provided, and the thin film transistor 315 is electrically connected to another semiconductor element or the like by the wiring layers 310a and 310b. (See FIG. 15).

半導体層は、10nm〜200nm、好ましくは10nm〜50nm程度、更に好ましくは10nm〜25nm程度の膜厚で形成するとよい。なお、50nm以下の半導体層を形成する場合、50nm以上の膜厚で半導体層を形成した後で、半導体層の表面をドライエッチング処理することにより10nm〜50nm程度の膜厚の半導体膜を形成してもよい。このときのエッチングの際のエッチングガスとしては、Cl、BCl、SiCl等の塩素系のガス、CF、NF、SF、CHF、CF等のフッ素系のガス、又はフッ素系ガスにOガス、Hガス、HeやAr等の不活性ガスを適宜加えた混合ガス等を用いることができる。なお、ドライエッチングの前に、半導体層表面を希フッ酸処理して半導体層表面に形成される自然酸化膜を除去し、その後半導体層表面をオゾン水などで処理して半導体層表面に酸化膜を形成しておいてもよい。 The semiconductor layer may be formed to a thickness of about 10 nm to 200 nm, preferably about 10 nm to 50 nm, more preferably about 10 nm to 25 nm. Note that in the case of forming a semiconductor layer with a thickness of 50 nm or less, after forming the semiconductor layer with a thickness of 50 nm or more, a surface of the semiconductor layer is dry-etched to form a semiconductor film with a thickness of about 10 nm to 50 nm. May be. Etching gas at this time includes chlorine gas such as Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 , fluorine gas such as CF 4 , NF 3 , SF 6 , CHF 3 , CF 4 , or fluorine. A mixed gas obtained by appropriately adding an inert gas such as O 2 gas, H 2 gas, He or Ar to the system gas can be used. Before dry etching, the surface of the semiconductor layer is treated with dilute hydrofluoric acid to remove the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor layer, and then the surface of the semiconductor layer is treated with ozone water or the like to form an oxide film on the surface of the semiconductor layer. May be formed.

本実施の形態では半導体層を10nm〜25nm程度の薄膜で形成している。また、半導体層の薄膜化に伴い、ゲート絶縁層も膜厚を、1nm以上10nm以下、より好ましくは5nm程度とすればよい。極薄膜の半導体層とすることにより、半導体層表面に形成されるゲート絶縁層の被覆不良を低減することができる。また、半導体層を薄膜で形成することにより、TFTをより小型化することができる。また、TFTのしきい値電圧を小さくするためにチャネル形成領域への不純物元素のドープ量を増加させた場合でも、半導体層を薄膜で形成することにより完全空乏型のTFTを作製しやすくなるため、良好なS値でしきい値電圧の小さなTFTを作製することができる。 In this embodiment mode, the semiconductor layer is formed with a thin film of about 10 nm to 25 nm. As the semiconductor layer becomes thinner, the gate insulating layer may have a thickness of 1 nm to 10 nm, more preferably about 5 nm. By using an ultra-thin semiconductor layer, it is possible to reduce coating defects on the gate insulating layer formed on the surface of the semiconductor layer. In addition, the TFT can be further reduced in size by forming the semiconductor layer as a thin film. Even when the doping amount of the impurity element in the channel formation region is increased in order to reduce the threshold voltage of the TFT, it is easy to manufacture a fully depleted TFT by forming the semiconductor layer as a thin film. A TFT having a good S value and a small threshold voltage can be manufactured.

本実施の形態では、図15に示すように、第1のゲート電極層306と第2のゲート電極層316の形状が異なっており、第1のゲート電極層306と第2のゲート電極層316との端部は一致していない。第1のゲート電極層306の端部は第2のゲート電極層316の端部より外側に位置している。半導体層への不純物元素の添加は、第2のゲート電極層316をマスクとして行うので、第1のゲート電極層306において第2のゲート電極層316と積層していない領域に重なる半導体層には不純物領域が形成される。 In this embodiment mode, as shown in FIG. 15, the shapes of the first gate electrode layer 306 and the second gate electrode layer 316 are different, and the first gate electrode layer 306 and the second gate electrode layer 316 are different. And the ends do not match. The end portion of the first gate electrode layer 306 is located outside the end portion of the second gate electrode layer 316. Since the addition of the impurity element to the semiconductor layer is performed using the second gate electrode layer 316 as a mask, the semiconductor layer overlapping the region of the first gate electrode layer 306 that is not stacked with the second gate electrode layer 316 is used. Impurity regions are formed.

従って、第1のゲート電極層306と一部重なって一導電型を有する不純物領域312a、312bが形成されている。このようにゲート絶縁層を介してゲート電極層が不純物領域を一部覆っているLov領域は、ドレイン近傍の電界を緩和し、ホットキャリアによるオン電流の劣化を抑制することができる。この結果、高速動作が可能な薄膜トランジスタを形成することができる。 Accordingly, impurity regions 312 a and 312 b having one conductivity type are formed so as to partially overlap with the first gate electrode layer 306. In this manner, the Lov region in which the gate electrode layer partially covers the impurity region through the gate insulating layer can relax the electric field in the vicinity of the drain and suppress deterioration of on-current due to hot carriers. As a result, a thin film transistor capable of high speed operation can be formed.

半導体層の側面は、側壁絶縁層304a、304bによって覆われている。半導体層の側面と接する側壁絶縁層307a、307bを設けることで、半導体層の端部におけるゲート絶縁層の被覆性を良好にすることができる。よって、半導体層の端部におけるゲート絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えば半導体層とゲート電極層の短絡、リーク電流の発生、静電破壊等を防止することができる。 The side surface of the semiconductor layer is covered with sidewall insulating layers 304a and 304b. By providing the sidewall insulating layers 307a and 307b in contact with the side surfaces of the semiconductor layer, the coverage of the gate insulating layer at the end portion of the semiconductor layer can be improved. Accordingly, it is possible to prevent defects due to poor coverage of the gate insulating layer at the end portion of the semiconductor layer, for example, a short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode layer, generation of leakage current, electrostatic breakdown, and the like.

側壁絶縁層304a、304bは、半導体層を形成した後に、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を堆積し、異方性エッチングにより加工することで自己整合的に形成することができる。また、側壁絶縁層304a、304bは、半導体層の端部を酸化処理することによって選択的に絶縁化し形成することもできる。酸化処理は、酸素を含む雰囲気下でのプラズマ処理によって行うことができる。また、水溶液を用いて表面を酸化処理(ウェット酸化ともいう)してもよい。プラズマ処理の前に半導体層側端部にフッ素や塩素などのハロゲンを導入してから、プラズマ処理を行ってもよい。ハロゲン添加を行うと、酸化速度が速いため酸化が優先的に進み、半導体層側端部において膜厚の厚い絶縁層を形成することができる。 The sidewall insulating layers 304a and 304b can be formed in a self-aligned manner by depositing a silicon oxide film or a silicon nitride film after forming a semiconductor layer and processing it by anisotropic etching. Further, the sidewall insulating layers 304a and 304b can be selectively insulated by oxidizing the end portions of the semiconductor layer. The oxidation treatment can be performed by plasma treatment in an atmosphere containing oxygen. Alternatively, the surface may be oxidized (also referred to as wet oxidation) using an aqueous solution. Plasma treatment may be performed after introducing a halogen such as fluorine or chlorine into the semiconductor layer side end portion before the plasma treatment. When halogen is added, the oxidation rate is high, so that the oxidation proceeds preferentially, and a thick insulating layer can be formed at the semiconductor layer side end.

ゲート絶縁層により半導体層の端部を十分に被覆する、好ましくは半導体層の側面と接する領域の膜厚を厚くすることで、半導体層の端部に掛かる電界を緩和することができ、リーク電流の発生等を防止することができる。 By sufficiently covering the edge of the semiconductor layer with the gate insulating layer, preferably by increasing the thickness of the region in contact with the side surface of the semiconductor layer, the electric field applied to the edge of the semiconductor layer can be reduced, and leakage current can be reduced. Can be prevented.

また、ゲート絶縁層305と比較して、側壁絶縁層304a、304bの誘電率を小さくすることが好ましい。ゲート絶縁層305と比較して、側壁絶縁層304a、304bの誘電率を小さくすることで、半導体層の端部、特にコーナー部(角部)に電界が集中することを緩和できる。例えば、側壁絶縁層304a、304bを比誘電率が2.5以下の低誘電率材料で形成しても良い。低誘電率材料としては、CVD法で作製される多孔質酸化シリコン、炭素若しくはフッ素含有酸化シリコンなどを用いることができる。側壁絶縁層304a、304bを低誘電率材料で形成することで、膜厚を厚くした場合と同様な効果を得ることができる。ゲート絶縁層に局所的に過度な電界が掛かることを防止でき、ゲート絶縁層の絶縁不良を防止することができる。よって薄膜トランジスタを歩留まり良く製造することができ、完成する半導体装置の信頼性を向上させることができる。 In addition, the side wall insulating layers 304a and 304b preferably have a lower dielectric constant than the gate insulating layer 305. By reducing the dielectric constant of the sidewall insulating layers 304a and 304b as compared with the gate insulating layer 305, it is possible to reduce the concentration of the electric field at the end portion of the semiconductor layer, particularly at the corner portion (corner portion). For example, the sidewall insulating layers 304a and 304b may be formed of a low dielectric constant material having a relative dielectric constant of 2.5 or less. As the low dielectric constant material, porous silicon oxide, carbon or fluorine-containing silicon oxide produced by a CVD method can be used. By forming the sidewall insulating layers 304a and 304b with a low dielectric constant material, an effect similar to that obtained when the film thickness is increased can be obtained. It is possible to prevent an excessive electric field from being locally applied to the gate insulating layer and to prevent insulation failure of the gate insulating layer. Accordingly, thin film transistors can be manufactured with high yield, and the reliability of a completed semiconductor device can be improved.

本実施の形態の半導体装置はゲート絶縁層の被覆不良によるゲート電極と半導体層とのショート及びリーク電流などの不良が防止された信頼性の高い半導体装置とすることができる。 The semiconductor device of this embodiment can be a highly reliable semiconductor device in which a short circuit between the gate electrode and the semiconductor layer due to a poor coating of the gate insulating layer and a defect such as a leakage current are prevented.

絶縁表面を有する基板である基板300としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、表面に絶縁層が形成された金属基板などを用いることができる。また、本実施の形態の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよいし、フィルムのような可撓性基板を用いても良い。プラスチック基板としてはPET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)からなる基板、可撓性基板としてはアクリル等の合成樹脂を用いることができる。 As the substrate 300 which is a substrate having an insulating surface, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a ceramic substrate, a metal substrate having an insulating layer formed on the surface, or the like can be used. Further, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of this embodiment may be used, or a flexible substrate such as a film may be used. As the plastic substrate, a substrate made of PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), or PES (polyethersulfone) can be used, and as the flexible substrate, a synthetic resin such as acrylic can be used.

絶縁層301a、301b、ゲート絶縁層305、絶縁膜308、絶縁層309としては酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素などを用いることができ、単層でも2層、3層といった積層構造でもよい。なお本明細書中において酸化窒化珪素とは酸素の含有量が窒素の含有量より大きい物質であり、窒素を含む酸化珪素とも言える。同様に、窒化酸化珪素とは、窒素の含有量が酸素の含有量より大きい物質であり、酸素を含む窒化珪素とも言える。 As the insulating layers 301 a and 301 b, the gate insulating layer 305, the insulating film 308, and the insulating layer 309, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like can be used. It may be a structure. Note that in this specification, silicon oxynitride is a substance in which the oxygen content is higher than the nitrogen content, and can also be referred to as silicon oxide containing nitrogen. Similarly, silicon nitride oxide is a substance in which the nitrogen content is higher than the oxygen content, and can be said to be silicon nitride containing oxygen.

また、絶縁層301a、301b、ゲート絶縁層305、絶縁膜308、絶縁層309の他の材料として、窒化アルミニウム、酸素含有量が窒素含有量よりも多い酸化窒化アルミニウム、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素、ポリシラザン、その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。シロキサンを含む材料を用いてもよい。なお、シロキサンとは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、オキサゾール樹脂を用いることもでき、例えば光硬化型ポリベンゾオキサゾールなどを用いることができる。 As another material for the insulating layers 301a and 301b, the gate insulating layer 305, the insulating film 308, and the insulating layer 309, aluminum nitride, aluminum oxynitride with an oxygen content higher than the nitrogen content, and nitrogen content with oxygen content It can be formed of a material selected from a material including more aluminum nitride oxide or aluminum oxide, diamond-like carbon (DLC), nitrogen-containing carbon, polysilazane, and other inorganic insulating materials. A material containing siloxane may be used. Note that siloxane corresponds to a material including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Moreover, an oxazole resin can also be used, for example, photocurable polybenzoxazole or the like can be used.

絶縁層301a、301b、ゲート絶縁層305、絶縁膜308、絶縁層309は、スパッタリング法、PVD法(Physical Vapor Deposition)、減圧CVD法(LPCVD法)、またはプラズマCVD法等のCVD法(Chemical Vapor Deposition)、また、選択的にパターンを形成できる液滴吐出法や、パターンが転写または描写できる印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)、その他スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。 The insulating layers 301a and 301b, the gate insulating layer 305, the insulating film 308, and the insulating layer 309 are formed by a CVD method (Chemical Vapor) such as a sputtering method, a PVD method (Physical Vapor Deposition), a low pressure CVD method (LPCVD method), or a plasma CVD method. Deposition), a droplet discharge method that can selectively form a pattern, a printing method that can transfer or depict a pattern (a method that forms a pattern such as screen printing or offset printing), and other coating methods such as spin coating. A dipping method, a dispenser method, or the like can also be used.

所望の形状に加工するエッチング加工は、プラズマエッチング(ドライエッチング)又はウェットエッチングのどちらを採用しても良い。大面積基板を処理するにはプラズマエッチングが適している。エッチングガスとしては、CF、NFなどのフッ素系のガス、又はCl、BClなどの塩素系のガスを用い、HeやArなどの不活性ガスを適宜加えても良い。また、大気圧放電のエッチング加工を適用すれば、局所的な放電加工も可能であり、基板の全面にマスク層を形成する必要はない。 As the etching process for processing into a desired shape, either plasma etching (dry etching) or wet etching may be employed. Plasma etching is suitable for processing large area substrates. As an etching gas, a fluorine-based gas such as CF 4 or NF 3 or a chlorine-based gas such as Cl 2 or BCl 3 may be used, and an inert gas such as He or Ar may be appropriately added. Further, if an atmospheric pressure discharge etching process is applied, a local electric discharge process is also possible, and it is not necessary to form a mask layer on the entire surface of the substrate.

また、半導体層にプラズマ処理を行うことによってゲート絶縁層305を形成してもよい。 Alternatively, the gate insulating layer 305 may be formed by performing plasma treatment on the semiconductor layer.

半導体層の代表例として珪素層の表面をプラズマ処理で酸化することで、界面に歪みのない緻密な酸化層を形成することができる。また、当該酸化層をプラズマ処理で窒化することで、表層部の酸素を窒素に置換して窒化層を形成すると、さらに緻密化することができる。それにより絶縁耐圧が高い絶縁層を形成することができる。 As a typical example of the semiconductor layer, the surface of the silicon layer is oxidized by plasma treatment, whereby a dense oxide layer without distortion at the interface can be formed. Further, the oxide layer can be further densified by nitriding the plasma layer by plasma treatment to form a nitride layer by replacing oxygen in the surface layer with nitrogen. Thereby, an insulating layer having a high withstand voltage can be formed.

また、基板、絶縁層、層間絶縁層、その他半導体装置を構成する絶縁層、導電層などを形成した後も、プラズマ処理を用いて酸化処理または窒化処理を行うことにより前記基板、絶縁層、層間絶縁層表面を酸化処理または窒化処理してもよい。プラズマ処理を用いて半導体層や絶縁層を酸化処理または窒化処理すると、絶縁層の表面が改質され、CVD法やスパッタ法により形成した絶縁層と比較してより緻密な絶縁層とすることができる。よって、ピンホール等の欠陥を抑制し半導体装置の特性等を向上させることが可能となる。また上記の様なプラズマ処理は、ゲート電極層、ソース配線層、ドレイン配線層などの導電層などにも行うことができ、表面及び表面近傍を窒化処理又は酸化処理することができる。 In addition, after forming a substrate, an insulating layer, an interlayer insulating layer, and other insulating layers and conductive layers forming a semiconductor device, the substrate, the insulating layer, and the interlayer are formed by performing oxidation treatment or nitriding treatment using plasma treatment. The surface of the insulating layer may be oxidized or nitrided. When a semiconductor layer or an insulating layer is oxidized or nitrided using plasma treatment, the surface of the insulating layer is modified so that the insulating layer becomes denser than an insulating layer formed by a CVD method or a sputtering method. it can. Therefore, defects such as pinholes can be suppressed and the characteristics of the semiconductor device can be improved. The plasma treatment as described above can also be performed on a conductive layer such as a gate electrode layer, a source wiring layer, and a drain wiring layer, and the surface and the vicinity of the surface can be nitrided or oxidized.

シリサイドは半導体層の露出されたソース領域及びドレイン領域上に導電膜を形成し、加熱処理、GRTA法、LRTA法等により、半導体層中の珪素と導電膜766とを反応させて形成する。導電膜の材料としては、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、Ha(ハフニウム)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、ネオジム(Nb)、クロム(Cr)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等を用いる。また、レーザ照射やランプによる光照射によってシリサイドを形成しても良い。 Silicide is formed by forming a conductive film over the exposed source and drain regions of the semiconductor layer and reacting silicon in the semiconductor layer with the conductive film 766 by heat treatment, a GRTA method, an LRTA method, or the like. As the material of the conductive film, titanium (Ti), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), zirconium (Zr), Ha (hafnium), tantalum (Ta), vanadium (V ), Neodymium (Nb), chromium (Cr), platinum (Pt), palladium (Pd), or the like. Further, silicide may be formed by laser irradiation or light irradiation with a lamp.

本発明において、半導体層の側面に側壁絶縁層304a、304bを設けているために、半導体層の側面はシリサイド形成のための導電膜と接しない。よって、反応しなかった導電膜の除去の際に半導体層の側面もエッチングされてしまうことを防ぐことができる。従って半導体層の端部におけるゲート絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えば半導体層とゲート電極層の短絡、リーク電流の発生、静電破壊等を防止することができる。 In the present invention, since the sidewall insulating layers 304a and 304b are provided on the side surface of the semiconductor layer, the side surface of the semiconductor layer is not in contact with the conductive film for silicide formation. Therefore, the side surface of the semiconductor layer can be prevented from being etched when the conductive film that has not reacted is removed. Accordingly, it is possible to prevent a defect due to a poor coating of the gate insulating layer at the end of the semiconductor layer, for example, a short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode layer, generation of a leakage current, electrostatic breakdown, or the like.

シリサイド構造によって、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化が可能であり、半導体装置の高速化が可能となる。さらに、低電圧での動作が可能であるため、消費電力を低減することができる。 With the silicide structure, the resistance of the source region and the drain region can be reduced, and the speed of the semiconductor device can be increased. Furthermore, since operation at a low voltage is possible, power consumption can be reduced.

半導体層は結晶性半導体で形成されたものを用いることが好ましい。例えば、基板上にスパッタリング法、プラズマCVD法若しくは減圧CVD法によって基板の全面に形成された半導体層を結晶化させ、形成することができる。半導体材料としては、シリコンが好ましく、その他にシリコンゲルマニウム半導体を用いることもできる。半導体層の結晶化法としては、レーザ結晶化法、瞬間熱アニール(RTA)又はファーネスアニール炉を用いた熱処理による結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる結晶化法又はこれら方法を組み合わせて行う方法を採用することができる。 The semiconductor layer is preferably formed using a crystalline semiconductor. For example, a semiconductor layer formed over the entire surface of the substrate can be crystallized and formed on the substrate by a sputtering method, a plasma CVD method, or a low pressure CVD method. As the semiconductor material, silicon is preferable, and a silicon germanium semiconductor can also be used. As a method for crystallizing a semiconductor layer, a laser crystallization method, a crystallization method using rapid thermal annealing (RTA) or a heat treatment using a furnace annealing furnace, a crystallization method using a metal element that promotes crystallization, or a combination of these methods. Can be used.

なお配線層310a、310b、第1のゲート電極層306、第2のゲート電極層316は、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化インジウムに酸化亜鉛(ZnO)を混合したIZO(indium zinc oxide)、酸化インジウムに酸化珪素(SiO)を混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、又はタングステン(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物から選ぶことができる。 Note that the wiring layers 310a and 310b, the first gate electrode layer 306, and the second gate electrode layer 316 are made of indium tin oxide (ITO), indium oxide mixed with zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), Conductive material in which silicon oxide (SiO 2 ) is mixed with indium oxide, organic indium, organic tin, indium oxide including tungsten oxide, indium zinc oxide including tungsten oxide, indium oxide including titanium oxide, and titanium oxide Indium tin oxide or tungsten (W), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), cobalt (Co) , Nickel (Ni), titanium (Ti), platinum (Pt), aluminum It can be selected from metals such as um (Al), copper (Cu), silver (Ag), alloys thereof, or metal nitrides thereof.

本実施の形態に限定されず、薄膜トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。 Without being limited to this embodiment mode, the thin film transistor may have a single gate structure in which one channel formation region is formed, a double gate structure in which two channel formation regions are formed, or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed.

従って、本発明の半導体装置は、低消費電力かつ高信頼性が付与された半導体装置とすることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態は、低消費電力で、かつ高信頼性を付与することを目的とする半導体装置として不揮発性半導体記憶装置の一例に関して図17を用いて説明する。
Therefore, the semiconductor device of the present invention can be a semiconductor device with low power consumption and high reliability.
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a nonvolatile semiconductor memory device as a semiconductor device with low power consumption and high reliability will be described with reference to FIGS.

不揮発性記憶素子は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor)と類似の構造を有し、電荷を長期間蓄積することのできる領域がチャネル形成領域上に設けられているところに特徴がある。この電荷蓄積領域は絶縁層上に形成され、周囲と絶縁分離されていることから浮遊ゲート電極層とも呼ぶ。また浮遊ゲート電極層は電荷を蓄積する機能を有するので電荷蓄積層ともよぶ。本明細書では主に浮遊ゲート電極層を含むこの電荷蓄積領域を電荷蓄積層とよぶ。浮遊ゲート電極層上には、さらに絶縁層を介して制御ゲート電極層を備えている。 The nonvolatile memory element has a structure similar to that of a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and is characterized in that a region capable of accumulating electric charge for a long period is provided on the channel formation region. This charge accumulation region is formed on the insulating layer and is also isolated from the surroundings, so that it is also called a floating gate electrode layer. The floating gate electrode layer is also called a charge storage layer because it has a function of storing charges. In this specification, this charge accumulation region mainly including the floating gate electrode layer is referred to as a charge accumulation layer. A control gate electrode layer is further provided on the floating gate electrode layer through an insulating layer.

このような構造を有する所謂浮遊ゲート型の不揮発性半導体記憶装置は、制御ゲート電極層に印加する電圧により、電荷蓄積層に電荷を蓄積させ、また放出させる動作が行われる。すなわち電荷蓄積層に保持させる電荷の出し入れにより、データを記憶する仕組みになっている。具体的に、電荷蓄積層への電荷の注入や引き抜きは、チャネル形成領域が形成される半導体層と、制御ゲート電極層の間に高電圧を印加して行われている。このときチャネル形成領域上の絶縁層には、ファウラー−ノルドハイム(Fowler−Nordheim)型(F−N型)トンネル電流(NAND型)や、熱電子(NOR型)が流れると言われている。このことより当該絶縁層は、トンネル絶縁層とも呼ばれている。 The so-called floating gate type nonvolatile semiconductor memory device having such a structure is operated to store and release charges in the charge storage layer by a voltage applied to the control gate electrode layer. In other words, the data is stored by taking in and out the charges held in the charge storage layer. Specifically, injection and extraction of charges from the charge storage layer are performed by applying a high voltage between the semiconductor layer in which the channel formation region is formed and the control gate electrode layer. At this time, it is said that Fowler-Nordheim type (FN type) tunnel current (NAND type) and thermal electrons (NOR type) flow through the insulating layer on the channel formation region. Thus, the insulating layer is also called a tunnel insulating layer.

図17は本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置である半導体装置の一例である。 FIG. 17 illustrates an example of a semiconductor device that is the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

半導体層の下地膜として機能する絶縁層501a、501bが形成された基板500上に、不揮発性メモリ素子であるメモリ素子515、層間絶縁層である絶縁膜508、絶縁膜509が形成されている。メモリ素子515は、一導電型を有する不純物領域512a、512b、シリサイド513a、513b及びチャネル形成領域511よりなる半導体層、側壁絶縁層504a、504b、第1の絶縁層520、電荷蓄積層521、第2の絶縁層505、制御ゲート電極層506、側壁絶縁層507a、507b、配線層510a、510bを含んでいる。(図17参照。)。 A memory element 515 that is a nonvolatile memory element, an insulating film 508 that is an interlayer insulating layer, and an insulating film 509 are formed over a substrate 500 over which insulating layers 501a and 501b that function as base films of a semiconductor layer are formed. The memory element 515 includes a semiconductor layer including impurity regions 512a and 512b having one conductivity type, silicides 513a and 513b, and a channel formation region 511, sidewall insulating layers 504a and 504b, a first insulating layer 520, a charge storage layer 521, 2 insulating layer 505, control gate electrode layer 506, sidewall insulating layers 507a and 507b, and wiring layers 510a and 510b. (See FIG. 17).

本実施の形態では、不純物領域512a、512b、シリサイド513a、513bには一導電型を付与する不純物元素としてn型を付与する不純物元素(リン(P)、ヒ素(As)など)を含んでおり、不純物領域512a、512b、シリサイド513a、513bはメモリ素子においてソース及びドレインとして機能する領域である。また不純物領域512a、512bより低濃度な低濃度不純物領域を不純物領域512a、512bとチャネル形成領域511との間に設けてもよい。 In this embodiment mode, the impurity regions 512a and 512b and the silicides 513a and 513b include an impurity element imparting n-type conductivity (such as phosphorus (P) or arsenic (As)) as an impurity element imparting one conductivity type. The impurity regions 512a and 512b and the silicides 513a and 513b are regions functioning as a source and a drain in the memory element. A low concentration impurity region having a lower concentration than the impurity regions 512a and 512b may be provided between the impurity regions 512a and 512b and the channel formation region 511.

素子領域、電荷蓄積層、制御ゲート電極層の大きさの組み合わせは図17に限定されない。素子領域、電荷蓄積層、制御ゲート電極層の大きさの組み合わせによって、電荷蓄積層及び制御ゲート電極層の間第2のゲート絶縁層に蓄えられる容量と、電荷蓄積層及び半導体層の間第1の絶縁層520に蓄えられる容量を制御することができるため、印加する電圧値も制御することができる。 A combination of the sizes of the element region, the charge storage layer, and the control gate electrode layer is not limited to FIG. A capacitance stored in the second gate insulating layer between the charge storage layer and the control gate electrode layer, and a first between the charge storage layer and the semiconductor layer, depending on a combination of sizes of the element region, the charge storage layer, and the control gate electrode layer. Since the capacity stored in the insulating layer 520 can be controlled, the voltage value to be applied can also be controlled.

層間絶縁層である、絶縁膜508、509としては酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素などを用いることができ、単層でも2層、3層といった積層構造でもよい。 As the insulating films 508 and 509 which are interlayer insulating layers, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like can be used, and a single layer or a stacked structure of two layers or three layers may be used.

また、絶縁膜508、509の他の材料として、窒化アルミニウム、酸素含有量が窒素含有量よりも多い酸化窒化アルミニウム、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素、ポリシラザン、その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。シロキサンを含む材料を用いてもよい。また、オキサゾール樹脂を用いることもでき、例えば光硬化型ポリベンゾオキサゾールなどを用いることができる。 As other materials for the insulating films 508 and 509, aluminum nitride, aluminum oxynitride with an oxygen content higher than the nitrogen content, aluminum nitride oxide or aluminum oxide with a nitrogen content higher than the oxygen content, diamond-like carbon (DLC), nitrogen-containing carbon, polysilazane, and other materials including inorganic insulating materials can be used. A material containing siloxane may be used. Moreover, an oxazole resin can also be used, for example, photocurable polybenzoxazole or the like can be used.

絶縁膜508、509は、スパッタリング法、PVD法(Physical Vapor Deposition)、減圧CVD法(LPCVD法)、またはプラズマCVD法等のCVD法(Chemical Vapor Deposition)、また、選択的にパターンを形成できる液滴吐出法や、パターンが転写または描写できる印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)、その他スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。 The insulating films 508 and 509 are formed by a sputtering method, a PVD method (Physical Vapor Deposition), a low pressure CVD method (LPCVD method), a CVD method such as a plasma CVD method (Chemical Vapor Deposition), or a liquid that can selectively form a pattern. A droplet discharge method, a printing method capable of transferring or drawing a pattern (a method for forming a pattern such as screen printing or offset printing), a coating method such as a spin coating method, a dipping method, a dispenser method, or the like can also be used.

所望の形状に加工するエッチング加工は、プラズマエッチング(ドライエッチング)又はウエットエッチングのどちらを採用しても良い。大面積基板を処理するにはプラズマエッチングが適している。エッチングガスとしては、CF、NFなどのフッ素系のガス、又はCl、BClなどの塩素系のガスを用い、HeやArなどの不活性ガスを適宜加えても良い。また、大気圧放電のエッチング加工を適用すれば、局所的な放電加工も可能であり、基板の全面にマスク層を形成する必要はない。 As the etching process for processing into a desired shape, either plasma etching (dry etching) or wet etching may be employed. Plasma etching is suitable for processing large area substrates. As an etching gas, a fluorine-based gas such as CF 4 or NF 3 or a chlorine-based gas such as Cl 2 or BCl 3 may be used, and an inert gas such as He or Ar may be appropriately added. Further, if an atmospheric pressure discharge etching process is applied, a local electric discharge process is also possible, and it is not necessary to form a mask layer on the entire surface of the substrate.

半導体層は、結晶性半導体で形成されたものを用いることが好ましい。例えば、基板上にスパッタリング法、プラズマCVD法若しくは減圧CVD法によって基板の全面に形成された半導体層を結晶化させ、形成することができる。半導体材料としては、シリコンが好ましく、その他にシリコンゲルマニウム半導体を用いることもできる。半導体層の結晶化法としては、レーザ結晶化法、瞬間熱アニール(RTA)又はファーネスアニール炉を用いた熱処理による結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる結晶化法又はこれら方法を組み合わせて行う方法を採用することができる。 The semiconductor layer is preferably formed using a crystalline semiconductor. For example, a semiconductor layer formed over the entire surface of the substrate can be crystallized and formed on the substrate by a sputtering method, a plasma CVD method, or a low pressure CVD method. As the semiconductor material, silicon is preferable, and a silicon germanium semiconductor can also be used. As a method for crystallizing a semiconductor layer, a laser crystallization method, a crystallization method using rapid thermal annealing (RTA) or a heat treatment using a furnace annealing furnace, a crystallization method using a metal element that promotes crystallization, or a combination of these methods. Can be used.

半導体層にはp型不純物が注入されていても良い。p型不純物として、例えばホウ素が用いられ、5×1015atoms/cm〜1×1016atoms/cm程度の濃度で添加されていても良い。これは、半導体素子のしきい値電圧を制御するためのものであり、チャネル形成領域253に添加されることで有効に作用する。 A p-type impurity may be implanted into the semiconductor layer. For example, boron is used as the p-type impurity, and may be added at a concentration of about 5 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 × 10 16 atoms / cm 3 . This is for controlling the threshold voltage of the semiconductor element, and acts effectively when added to the channel formation region 253.

第1の絶縁層520は酸化シリコン若しくは酸化シリコンと窒化シリコンの積層構造で形成すればよい。第1の絶縁層254は、プラズマCVD法や減圧CVD法により絶縁層を堆積することで形成しても良いが、好ましくはプラズマ処理による固相酸化若しくは固相窒化で形成すると良い。半導体層(代表的にはシリコン層)を、プラズマ処理により酸化又は窒化することにより形成した絶縁層は、緻密で絶縁耐圧が高く信頼性に優れているためである。第1の絶縁層520は、電荷蓄積層521に電荷を注入するためのトンネル絶縁層として用いるので、このように丈夫であるものが好ましい。この第1の絶縁層520は1nm〜20nm、好ましくは3nm〜6nmの厚さに形成することが好ましい。例えば、ゲート長を600nmとする場合、第1の絶縁層254は3nm〜6nmの厚さに形成することができる。 The first insulating layer 520 may be formed using silicon oxide or a stacked structure of silicon oxide and silicon nitride. The first insulating layer 254 may be formed by depositing an insulating layer by a plasma CVD method or a low pressure CVD method, but is preferably formed by solid phase oxidation or solid phase nitridation by plasma treatment. This is because an insulating layer formed by oxidizing or nitriding a semiconductor layer (typically a silicon layer) by plasma treatment is dense, has high withstand voltage, and is excellent in reliability. Since the first insulating layer 520 is used as a tunnel insulating layer for injecting charges into the charge storage layer 521, such a strong one is preferable. The first insulating layer 520 is preferably formed to a thickness of 1 nm to 20 nm, preferably 3 nm to 6 nm. For example, when the gate length is 600 nm, the first insulating layer 254 can be formed to a thickness of 3 nm to 6 nm.

図17において、プラズマ処理により形成される好適な第1の絶縁層520の一例は、酸化雰囲気下のプラズマ処理により半導体層上に3nm〜6nmの厚さで酸化珪素層を形成し、その後窒素雰囲気下でその酸化珪素層の表面を窒化プラズマで処理した窒素プラズマ処理層を形成する。具体的には、まず、酸素雰囲気下でのプラズマ処理により半導体層上に3nm〜6nmの厚さで酸化珪素層を形成する。その後、続けて窒素雰囲気下でプラズマ処理を行うことにより酸化珪素層の表面又は表面近傍に窒素濃度の高い窒素プラズマ処理層を設ける。なお、表面近傍とは、酸化珪素層の表面から概略0.5nm〜1.5nmの深さをいう。例えば、窒素雰囲気下でプラズマ処理を行うことによって、酸化珪素層の表面から概略1nmの深さに窒素を20〜50原子%の割合で含有した構造となる。 In FIG. 17, an example of a suitable first insulating layer 520 formed by plasma treatment is that a silicon oxide layer is formed with a thickness of 3 nm to 6 nm on a semiconductor layer by plasma treatment under an oxidizing atmosphere, and then a nitrogen atmosphere. Below, a nitrogen plasma treatment layer is formed by treating the surface of the silicon oxide layer with nitriding plasma. Specifically, first, a silicon oxide layer is formed with a thickness of 3 nm to 6 nm on the semiconductor layer by plasma treatment in an oxygen atmosphere. Then, a nitrogen plasma processing layer having a high nitrogen concentration is provided on or near the surface of the silicon oxide layer by subsequently performing plasma processing in a nitrogen atmosphere. Note that the vicinity of the surface means a depth of approximately 0.5 nm to 1.5 nm from the surface of the silicon oxide layer. For example, by performing plasma treatment in a nitrogen atmosphere, a structure containing nitrogen at a ratio of 20 to 50 atomic% at a depth of approximately 1 nm from the surface of the silicon oxide layer is obtained.

半導体層の代表例としての珪素層の表面をプラズマ処理で酸化することで、界面に歪みのない緻密な酸化層を形成することができる。また、当該酸化層をプラズマ処理で窒化することで、表層部の酸素を窒素に置換して窒化層を形成すると、さらに緻密化することができる。それにより絶縁耐圧が高い絶縁層を形成することができる。 By oxidizing the surface of a silicon layer as a typical example of the semiconductor layer by plasma treatment, a dense oxide layer without distortion at the interface can be formed. Further, the oxide layer can be further densified by nitriding the plasma layer by plasma treatment to form a nitride layer by replacing oxygen in the surface layer with nitrogen. Thereby, an insulating layer having a high withstand voltage can be formed.

いずれにしても、上記のようなプラズマ処理による固相酸化処理若しくは固相窒化処理を用いることで、耐熱温度が700℃以下のガラス基板を用いても、950℃〜1050℃で形成される熱酸化膜と同等な絶縁層を得ることができる。すなわち、不揮発性メモリ素子のトンネル絶縁層として信頼性の高いトンネル絶縁層を形成することができる。 In any case, the heat formed at 950 ° C. to 1050 ° C. even when a glass substrate having a heat resistant temperature of 700 ° C. or less is used by using the solid phase oxidation treatment or solid phase nitridation treatment by the plasma treatment as described above. An insulating layer equivalent to the oxide film can be obtained. That is, a highly reliable tunnel insulating layer can be formed as the tunnel insulating layer of the nonvolatile memory element.

電荷蓄積層521は第1の絶縁層520上に形成される。この電荷蓄積層521は、単層でもよいし、複数の層を積層して設けてもよい。 The charge storage layer 521 is formed over the first insulating layer 520. The charge storage layer 521 may be a single layer or a stack of a plurality of layers.

電荷蓄積層521としては、半導体材料または導電性材料の層または粒子で形成し浮遊ゲートとすることができる。半導体材料としては、シリコン、シリコンゲルマニウム等がある。シリコンを用いる場合、アモルファスシリコンやポリシリコンを用いることができる。さらには、リンがドープされたポリシリコンを用いることができる。導電性材料としては、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)から選ばれた元素、前記元素を主成分とする合金、前記元素を組み合わせた合金膜(代表的にはMo−W合金膜、Mo−Ta合金膜)、あるいは導電性を付与した珪素膜で形成すれば良い。このような材料から成る導電層の下には窒化タンタル(TaN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)膜、窒化モリブデン(MoN)などの窒化物、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドなどのシリサイドを形成しておいても良い。更には、上記半導体材料同士、導電性材料同士、または半導体材料及び導電性材料の積層構造としてもよい。例えば、シリコン層及びゲルマニウム層の積層構造としてもよい。 The charge storage layer 521 can be a floating gate formed of a layer or particles of a semiconductor material or a conductive material. Examples of semiconductor materials include silicon and silicon germanium. When silicon is used, amorphous silicon or polysilicon can be used. Furthermore, phosphorous doped polysilicon can be used. Examples of the conductive material include an element selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), and tungsten (W), an alloy containing the element as a main component, and an alloy film combining the elements (typically May be formed of a Mo—W alloy film, a Mo—Ta alloy film), or a silicon film imparted with conductivity. Under the conductive layer made of such a material, tantalum nitride (TaN), tungsten nitride (WN), titanium nitride (TiN) film, nitride such as molybdenum nitride (MoN), tungsten silicide, titanium silicide, molybdenum silicide, etc. Alternatively, the silicide may be formed. Furthermore, a stacked structure of the above semiconductor materials, conductive materials, or a semiconductor material and a conductive material may be employed. For example, a stacked structure of a silicon layer and a germanium layer may be used.

また、電荷蓄積層521として、絶縁性であり、電荷を保持するトラップを有する層で形成することもできる。このような材料の代表例として、代表的にはシリコン化合物、ゲルマニウム化合物がある。シリコン化合物としては、窒化珪素、酸窒化珪素、水素が添加された酸窒化珪素等がある。ゲルマニウム化合物としては、窒化ゲルマニウム、酸素が添加された窒化ゲルマニウム、窒素が添加された酸化ゲルマニウム、酸素及び水素が添加された窒化ゲルマニウム、窒素及び水素が添加された酸化ゲルマニウム等のゲルマニウム化合物等がある。 Alternatively, the charge storage layer 521 can be formed using an insulating layer having a trap that holds charge. Typical examples of such a material include a silicon compound and a germanium compound. Examples of the silicon compound include silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon oxynitride to which hydrogen is added. Germanium compounds include germanium nitride, germanium nitride to which oxygen is added, germanium oxide to which nitrogen is added, germanium nitride to which oxygen and hydrogen are added, germanium oxide to which nitrogen and hydrogen are added, and the like. .

第2の絶縁層505は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y)、窒化シリコン(SiNx)又は窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y)、酸化アルミニウム(AlxOy)などの一層若しくは複数層を、減圧CVD法やプラズマCVD法などで形成する。また、電荷蓄積層521にプラズマ処理を行い、その表面を窒化処理した窒化膜(例えば、電荷蓄積層521としてシリコンを用いた場合には窒化シリコン)を形成してもよい。いずれにしても、第1の絶縁層520と第2の絶縁層505が、電荷蓄積層521と接する側の一方又は双方を窒化膜若しくは窒化処理された層とすることで、電荷蓄積層521の酸化を防ぐことができる。 The second insulating layer 505 includes a single layer of silicon oxide, silicon oxynitride (SiOxNy) (x> y), silicon nitride (SiNx), silicon nitride oxide (SiNxOy) (x> y), aluminum oxide (AlxOy), or the like. A plurality of layers are formed by a low pressure CVD method, a plasma CVD method, or the like. Alternatively, plasma treatment may be performed on the charge storage layer 521 to form a nitride film whose surface is nitrided (for example, silicon nitride when silicon is used for the charge storage layer 521). In any case, the first insulating layer 520 and the second insulating layer 505 are formed of a nitride film or a nitrided layer on one or both sides in contact with the charge storage layer 521, so that the charge storage layer 521 Oxidation can be prevented.

制御ゲート電極層506はタンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された金属、又はこれらの金属を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することが好ましい。また、リン等の不純物元素を添加した多結晶シリコンを用いることができる。また、一層又は複数層の金属窒化物層と上記の金属層の積層構造で制御ゲート電極層506を形成しても良い。金属窒化物としては、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化チタンを用いることができる。金属窒化物層を設けることにより、金属層の密着性を向上させることができ、剥離を防止することができる。 The control gate electrode layer 506 is made of a metal selected from tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), chromium (Cr), niobium (Nb), or the like, or these metals as a main component. The alloy material or the compound material is preferably formed. Alternatively, polycrystalline silicon to which an impurity element such as phosphorus is added can be used. In addition, the control gate electrode layer 506 may be formed using a stacked structure of one or more metal nitride layers and the above metal layer. As the metal nitride, tungsten nitride, molybdenum nitride, or titanium nitride can be used. By providing the metal nitride layer, the adhesion of the metal layer can be improved and peeling can be prevented.

配線層510a、510bは、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化インジウムに酸化亜鉛(ZnO)を混合したIZO(indium zinc oxide)、酸化インジウムに酸化珪素(SiO)を混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、またはタングステン(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物から選ぶことができる。 The wiring layers 510a and 510b are made of indium tin oxide (ITO), IZO (indium zinc oxide) in which indium oxide is mixed with zinc oxide (ZnO), conductive material in which indium oxide is mixed with silicon oxide (SiO 2 ), organic indium , Organic tin, indium oxide including tungsten oxide, indium zinc oxide including tungsten oxide, indium oxide including titanium oxide, indium tin oxide including titanium oxide, or tungsten (W), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), titanium (Ti), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), or other metals or combinations thereof It can be selected from gold or its metal nitride.

電荷蓄積層に電子を注入するには、熱電子を利用する方法と、F−N型トンネル電流を利用する方法がある。熱電子を利用する場合には、正の電圧を制御ゲート電極層に印加して、ドレインに高電圧を印加して熱電子を発生させる。それにより、熱電子を電荷蓄積層に注入することができる。F−N型トンネル電流を利用する場合には、正の電圧を制御ゲート電極層に印加して半導体層からF−N型トンネル電流により電荷蓄積層に注入する。 In order to inject electrons into the charge storage layer, there are a method using thermal electrons and a method using FN type tunnel current. When thermoelectrons are used, a positive voltage is applied to the control gate electrode layer, and a high voltage is applied to the drain to generate thermoelectrons. Thereby, thermoelectrons can be injected into the charge storage layer. When the FN type tunnel current is used, a positive voltage is applied to the control gate electrode layer and injected from the semiconductor layer into the charge storage layer by the FN type tunnel current.

本発明において、半導体層の側面に側壁絶縁層504a、504bを設けているために、半導体層の側面はシリサイド形成のための導電膜と接しない。よって、反応しなかった導電膜の除去の際に半導体層の側面もエッチングされてしまうことを防ぐことができる。従って半導体層の端部におけるゲート絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えば半導体層とゲート電極層の短絡、リーク電流の発生、静電破壊等を防止することができる。 In the present invention, since the sidewall insulating layers 504a and 504b are provided on the side surface of the semiconductor layer, the side surface of the semiconductor layer is not in contact with the conductive film for silicide formation. Therefore, the side surface of the semiconductor layer can be prevented from being etched when the conductive film that has not reacted is removed. Accordingly, it is possible to prevent a defect due to a poor coating of the gate insulating layer at the end of the semiconductor layer, for example, a short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode layer, generation of a leakage current, electrostatic breakdown, or the like.

シリサイド構造によって、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化が可能であり、半導体装置の高速化が可能となる。さらに、低電圧での動作が可能であるため、消費電力を低減することができる。 With the silicide structure, the resistance of the source region and the drain region can be reduced, and the speed of the semiconductor device can be increased. Furthermore, since operation at a low voltage is possible, power consumption can be reduced.

従って、本発明の半導体装置は、低消費電力かつ高信頼性が付与された半導体装置とすることができる。 Therefore, the semiconductor device of the present invention can be a semiconductor device with low power consumption and high reliability.

(実施の形態5)
本実施の形態は、実施の形態1乃至3で示す半導体装置において、半導体層への不純物元素の添加の異なる例を示す。よって、同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。本実施の形態の半導体装置の作製工程を図16を用いて説明する。
(Embodiment 5)
This embodiment shows an example in which an impurity element is added to a semiconductor layer in the semiconductor device described in any of Embodiments 1 to 3. Therefore, repetitive description of the same portion or a portion having a similar function is omitted. A manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS.

基板400上に下地膜として絶縁層401を形成する(図16(A)参照。)。 An insulating layer 401 is formed as a base film over the substrate 400 (see FIG. 16A).

絶縁表面を有する基板である基板400としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、表面に絶縁層が形成された金属基板などを用いることができる。また、本実施の形態の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよいし、フィルムのような可撓性基板を用いても良い。プラスチック基板としてはPET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)からなる基板、可撓性基板としてはアクリル等の合成樹脂を用いることができる。 As the substrate 400 which is a substrate having an insulating surface, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a ceramic substrate, a metal substrate having an insulating layer formed on the surface, or the like can be used. Further, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of this embodiment may be used, or a flexible substrate such as a film may be used. As the plastic substrate, a substrate made of PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), or PES (polyethersulfone) can be used, and as the flexible substrate, a synthetic resin such as acrylic can be used.

絶縁層401としては酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素などを用いることができ、単層でも2層といった積層構造でもよい。 As the insulating layer 401, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like can be used, and a single layer or a stacked structure of two layers may be used.

また、絶縁層401の他の材料として、窒化アルミニウム、酸素含有量が窒素含有量よりも多い酸化窒化アルミニウム、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素、ポリシラザン、その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。シロキサンを含む材料を用いてもよい。 As other materials for the insulating layer 401, aluminum nitride, aluminum oxynitride having an oxygen content higher than the nitrogen content, aluminum nitride oxide or aluminum oxide having a nitrogen content higher than the oxygen content, diamond-like carbon (DLC) ), Nitrogen-containing carbon, polysilazane, and other materials including inorganic insulating materials. A material containing siloxane may be used.

絶縁層401は、スパッタリング法、PVD法(Physical Vapor Deposition)、減圧CVD法(LPCVD法)、またはプラズマCVD法等のCVD法(Chemical Vapor Deposition)、また、選択的にパターンを形成できる液滴吐出法や、パターンが転写または描写できる印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)、その他スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。 The insulating layer 401 is formed by a sputtering method, a PVD method (Physical Vapor Deposition), a low pressure CVD method (LPCVD method), a CVD method such as a plasma CVD method (Chemical Vapor Deposition), or a droplet discharge capable of selectively forming a pattern. It is also possible to use a method, a printing method capable of transferring or drawing a pattern (a method of forming a pattern such as screen printing or offset printing), a coating method such as a spin coating method, a dipping method, a dispenser method, or the like.

薄膜トランジスタは、ある特定の電圧(しきい値またはしきい値電圧と呼ばれる)がゲート電極に印加されるとオン状態となり、それ以下の電圧ではオフ状態となるスイッチング素子である。従って、しきい値電圧の精密な制御は回路の正確な動作を行う上で非常に重要である。 A thin film transistor is a switching element that is turned on when a specific voltage (referred to as a threshold voltage or threshold voltage) is applied to a gate electrode, and turned off at a voltage lower than that. Therefore, precise control of the threshold voltage is very important for accurate circuit operation.

ところが汚染による可動イオンの影響、TFTのゲート周辺の仕事関数差や界面電荷における影響などの不特定な要因によってTFTのしきい値電圧がマイナス側或いはプラス側へ移動(シフト)することがある。 However, the threshold voltage of the TFT may move (shift) to the negative side or the positive side due to unspecified factors such as the influence of mobile ions due to contamination, the work function difference around the gate of the TFT, and the influence on the interface charge.

その様な時の解決手段として提案された技術にチャネルドープ法がある。チャネルドープ法とはTFTの少なくともチャネル形成領域に対して一導電性を付与する不純物元素(典型的にはP、As、Bなど)を添加し、しきい値電圧を意図的にシフトさせて制御する技術である。 A technique proposed as a solution for such a case is a channel doping method. In the channel doping method, an impurity element (typically P, As, B, etc.) imparting one conductivity to at least a channel formation region of a TFT is added, and the threshold voltage is intentionally shifted and controlled. Technology.

絶縁層401に一導電型を付与する不純物元素としてp型を付与する不純物元素402を添加する、p型不純物領域である絶縁層403を形成する(図16(B)参照。) An insulating layer 403 which is a p-type impurity region is formed by adding an impurity element 402 imparting p-type conductivity as an impurity element imparting one conductivity type to the insulating layer 401 (see FIG. 16B).

不純物元素402はイオン注入法、又はイオンドーピング法によって導入(添加)することができる。不純物元素402はp型を付与する不純物元素であり、ボロン(B)、ヒ素(As)などを用いることができる。不純物元素402はドーピング法によって行う場合、ドーズ量は1×1013atoms/cm程度とすればよい。 The impurity element 402 can be introduced (added) by an ion implantation method or an ion doping method. The impurity element 402 is an impurity element imparting p-type conductivity, and boron (B), arsenic (As), or the like can be used. In the case where the impurity element 402 is formed by a doping method, the dose may be approximately 1 × 10 13 atoms / cm 2 .

p型不純物領域である絶縁層403上に半導体膜404を形成する(図16(C)参照。)。本実施の形態では半導体膜404として非晶質半導体膜を形成する。半導体膜材料としては、シリコンが好ましく、その他にシリコンゲルマニウム半導体を用いることもでき、スパッタリング法、プラズマCVD法若しくは減圧CVD法によって形成すればよい。 A semiconductor film 404 is formed over the insulating layer 403 which is a p-type impurity region (see FIG. 16C). In this embodiment, an amorphous semiconductor film is formed as the semiconductor film 404. As the semiconductor film material, silicon is preferable. In addition, a silicon germanium semiconductor can be used, and it may be formed by a sputtering method, a plasma CVD method, or a low pressure CVD method.

絶縁層403及び半導体膜404に加熱処理を行い、半導体膜404を結晶化する。本実施の形態では、レーザ光405を絶縁層403及び半導体膜404に照射し、結晶化を行う。このレーザ光照射処理によって、絶縁層403に含まれるp型を付与する不純物元素が半導体膜404に拡散し、絶縁層403よりp型を付与する不純物元素の濃度が低い絶縁層406となり、半導体膜404はp型を付与する不純物元素を含み結晶性を有する半導体膜407となる(図16(D)参照。)。 Heat treatment is performed on the insulating layer 403 and the semiconductor film 404 to crystallize the semiconductor film 404. In this embodiment mode, the insulating layer 403 and the semiconductor film 404 are irradiated with laser light 405 to be crystallized. By this laser light irradiation treatment, the impurity element imparting p-type contained in the insulating layer 403 diffuses into the semiconductor film 404, so that the concentration of the impurity element imparting p-type is lower than that of the insulating layer 403. 404 becomes a semiconductor film 407 including an impurity element imparting p-type conductivity and having crystallinity (see FIG. 16D).

半導体膜407中に含まれるp型を付与する不純物元素の濃度は5×1015atoms/cm〜1×1016atoms/cm程度となるようにすればよい。この不純物元素の添加は、トランジスタのしきい値電圧を制御するためのものであり、チャネル形成領域に添加されることで有効に作用する。 The concentration of the impurity element imparting p-type contained in the semiconductor film 407 may be approximately 5 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 × 10 16 atoms / cm 3 . The addition of the impurity element is for controlling the threshold voltage of the transistor, and effectively acts when added to the channel formation region.

このように、下地膜である絶縁層に不純物元素を添加し、加熱処理によって半導体膜に間接的に添加することによって、半導体膜に直接不純物元素をドーピング等によって添加せずによいため、ドーピングの際に生じる欠陥等も防止でき、半導体膜の結晶性に影響を与えない。さらに、結晶化のための加熱処理によって、不純物元素の活性化も行うことができる。 In this manner, by adding an impurity element to the insulating layer that is a base film and indirectly adding the impurity element to the semiconductor film by heat treatment, it is not necessary to add the impurity element directly to the semiconductor film by doping or the like. Defects and the like generated at the time can be prevented, and the crystallinity of the semiconductor film is not affected. Further, the impurity element can be activated by heat treatment for crystallization.

このように得られた結晶性の半導体膜407を所望の形状に加工することによって、実施の形態1乃至4における半導体装置の半導体層として用いることができる。 By processing the crystalline semiconductor film 407 thus obtained into a desired shape, it can be used as a semiconductor layer of the semiconductor device in Embodiments 1 to 4.

従って、本発明の半導体装置は、低消費電力かつ高信頼性が付与された半導体装置とすることができる。 Therefore, the semiconductor device of the present invention can be a semiconductor device with low power consumption and high reliability.

(実施の形態6)
本発明に係る半導体装置は、CPU(中央演算回路:Central Processing Unit)等の集積回路に適用することができる。本実施の形態では、実施の形態1乃至5に示した半導体装置を適用したCPUの例に関して、図面を用いて以下に説明する。
(Embodiment 6)
The semiconductor device according to the present invention can be applied to an integrated circuit such as a CPU (Central Processing Unit). In this embodiment, an example of a CPU to which the semiconductor device described in any of Embodiments 1 to 5 is applied is described below with reference to drawings.

図9に示すCPU3660は、基板3600上に演算回路(ALU:Arithmetic logic unit)3601、演算回路用制御回路部(ALU Controller)3602、命令解析部(Instruction Decoder)3603、割り込み制御部(Interrupt Controller)3604、タイミング制御部(Timing Controller)3605、レジスタ(Register)3606、レジスタ制御部(Register Controller)3607、バスインターフェース(Bus I/F)3608、書き換え可能なROM3609、ROMインターフェース(ROM I/F)3620とを主に有している。また、ROM3609及びROMインターフェース3620は、別チップに設けても良い。これらCPU3660を構成する様々な回路は、上記実施の形態1乃至3に示される薄膜トランジスタ、当該薄膜トランジスタを組み合わせたCMOS回路、NMOS回路、PMOS回路等を用いて構成することが可能である。 The CPU 3660 shown in FIG. 9 includes an arithmetic circuit (ALU) 3601, an arithmetic circuit control circuit unit (ALU Controller) 3602, an instruction analysis unit (Instruction Decoder) 3603, an interrupt control unit (Interrupt Controller) on the substrate 3600. 3604, timing controller 3605, register 3606, register controller 3607, bus interface (bus I / F) 3608, rewritable ROM 3609, ROM interface (ROM I / F) 3620 And has mainly. The ROM 3609 and the ROM interface 3620 may be provided in separate chips. Various circuits included in the CPU 3660 can be formed using the thin film transistor described in any of Embodiments 1 to 3, a CMOS circuit in which the thin film transistor is combined, an NMOS circuit, a PMOS circuit, or the like.

なお、図9に示すCPU3660は、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のCPUはその用途によって多種多様な構成を有している。したがって、本発明を適用するCPUの構成は、図9に示すものに限定されるものではない。 Note that the CPU 3660 illustrated in FIG. 9 is merely an example in which the configuration is simplified, and an actual CPU has various configurations depending on the application. Therefore, the configuration of the CPU to which the present invention is applied is not limited to that shown in FIG.

バスインターフェース3608を介してCPU3660に入力された命令は、命令解析部3603に入力され、デコードされた後、演算回路用制御回路部3602、割り込み制御部3604、レジスタ制御部3607、タイミング制御部3605に入力される。 An instruction input to the CPU 3660 via the bus interface 3608 is input to the instruction analysis unit 3603 and decoded, and then is input to the arithmetic circuit control circuit unit 3602, the interrupt control unit 3604, the register control unit 3607, and the timing control unit 3605. Entered.

演算回路用制御回路部3602、割り込み制御部3604、レジスタ制御部3607、タイミング制御部3605は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行う。具体的に演算回路用制御回路部3602は、演算回路3601の駆動を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部3604は、CPU3660のプログラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断し、処理する。レジスタ制御部3607は、レジスタ3606のアドレスを生成し、CPUの状態に応じてレジスタ3606の読み出しや書き込みを行う。 The arithmetic circuit control circuit portion 3602, the interrupt control portion 3604, the register control portion 3607, and the timing control portion 3605 perform various controls based on the decoded instruction. Specifically, the arithmetic circuit control circuit portion 3602 generates a signal for controlling driving of the arithmetic circuit 3601. The interrupt control unit 3604 determines and processes an interrupt request from an external input / output device or a peripheral circuit from the priority or mask state during execution of the program of the CPU 3660. The register control unit 3607 generates an address of the register 3606, and reads and writes the register 3606 according to the state of the CPU.

またタイミング制御部3605は、演算回路3601、演算回路用制御回路部3602、命令解析部3603、割り込み制御部3604、レジスタ制御部3607の駆動のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミング制御部3605は、基準クロック信号CLK1(3621)を元に、内部クロック信号CLK2(3622)を生成する内部クロック生成部を備えており、クロック信号CLK2を上記各種回路に供給する。 In addition, the timing control unit 3605 generates a signal for controlling the driving timing of the arithmetic circuit 3601, the arithmetic circuit control circuit unit 3602, the instruction analysis unit 3603, the interrupt control unit 3604, and the register control unit 3607. For example, the timing control unit 3605 includes an internal clock generation unit that generates an internal clock signal CLK2 (3622) based on the reference clock signal CLK1 (3621), and supplies the clock signal CLK2 to the various circuits.

また、図10には、画素部と、CPU、その他の回路が同一基板に形成された表示装置、いわゆるシステムオンパネルを示す。基板3700上に画素部3701、当該画素部3701が有する画素を選択する走査線駆動回路3702と、選択された画素にビデオ信号を供給する信号線駆動回路3703とが設けられている。走査線駆動回路3702、及び信号線駆動回路3703から引き回される配線によりCPU3704、その他の回路、例えばコントロール回路3705とが接続されている。なおコントロール回路にはインターフェースが含まれている。そして、基板の端部にFPC端子との接続部を設け、外部信号とのやりとりを行う。 FIG. 10 illustrates a display device in which a pixel portion, a CPU, and other circuits are formed over the same substrate, a so-called system-on-panel. Over a substrate 3700, a pixel portion 3701, a scan line driver circuit 3702 for selecting a pixel included in the pixel portion 3701, and a signal line driver circuit 3703 for supplying a video signal to the selected pixel are provided. A CPU 3704 and other circuits such as a control circuit 3705 are connected to each other by wiring drawn from the scan line driver circuit 3702 and the signal line driver circuit 3703. The control circuit includes an interface. Then, a connection portion with an FPC terminal is provided at an end portion of the substrate, and exchange with an external signal is performed.

その他の回路としては、コントロール回路3705の他、映像信号処理回路、電源回路、階調電源回路、ビデオRAM、メモリ(DRAM、SRAM、PROM)等を設けることができる。またこれら回路は、ICチップにより形成し、基板上に実装してもよい。さらに必ずしも走査線駆動回路3702、及び信号線駆動回路3703を同一基板に形成する必要はなく、例えば走査線駆動回路3702のみを同一基板に形成し、信号線駆動回路3703をICチップにより形成し、実装してもよい。 As other circuits, a video signal processing circuit, a power supply circuit, a gradation power supply circuit, a video RAM, a memory (DRAM, SRAM, PROM) and the like can be provided in addition to the control circuit 3705. These circuits may be formed by an IC chip and mounted on a substrate. Further, the scan line driver circuit 3702 and the signal line driver circuit 3703 are not necessarily formed over the same substrate. For example, only the scan line driver circuit 3702 is formed over the same substrate, and the signal line driver circuit 3703 is formed using an IC chip. May be implemented.

なお、本実施の形態では、本発明に係る半導体装置をCPUに適用する例を説明したが、本発明は特に限定されない。例えば、本発明に係る半導体装置は、有機発光素子、無機発光素子、又は液晶素子等を備えた表示装置の画素部及び駆動回路部等に適用することができる。また、その他、本発明を適用して、デジタルカメラ、カーオーディオなどの音響再生装置、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(携帯電話機、携帯型ゲーム機等)、家庭用ゲーム機などの記録媒体を備えた画像再生装置などを作製することも可能である。 Note that although an example in which the semiconductor device according to the present invention is applied to a CPU has been described in this embodiment, the present invention is not particularly limited. For example, the semiconductor device according to the present invention can be applied to a pixel portion, a driver circuit portion, and the like of a display device including an organic light emitting element, an inorganic light emitting element, a liquid crystal element, or the like. In addition, by applying the present invention, a digital camera, a sound reproducing device such as a car audio, a notebook personal computer, a game machine, a portable information terminal (mobile phone, portable game machine, etc.), a home game machine, etc. It is also possible to manufacture an image reproducing device provided with a recording medium.

本発明を適用した半導体装置は、ゲート電極と重畳する半導体層の端部においてリーク電流を低減することができる。また、シリサイドを有する構成のトランジスタであり、コンタクト抵抗を低減できるため、信号遅延等を防止できる。よって、動作特性が向上し、高速での回路駆動及び低消費電力化が実現できる。また、リーク電流を低減できるため、信頼性を向上させることもできる。 In the semiconductor device to which the present invention is applied, leakage current can be reduced at the end portion of the semiconductor layer overlapping with the gate electrode. In addition, since the transistor has a structure including silicide and can reduce contact resistance, signal delay and the like can be prevented. Therefore, the operating characteristics are improved, and high-speed circuit driving and low power consumption can be realized. In addition, since leakage current can be reduced, reliability can be improved.

(実施の形態7)
本実施の形態では、上記実施の形態で示した半導体装置の使用形態の一例について説明する。具体的には、非接触でデータの入出力が可能である半導体装置の適用例に関して、図面を用いて以下に説明する。非接触でデータの入出力が可能である半導体装置は利用の形態によって、RFIDタグ、IDタグ、ICタグ、ICチップ、RFタグ、無線タグ、電子タグまたは無線チップとも呼ばれる。
(Embodiment 7)
In this embodiment, an example of usage of the semiconductor device described in the above embodiment is described. Specifically, application examples of a semiconductor device capable of inputting and outputting data without contact will be described below with reference to the drawings. A semiconductor device that can input and output data without contact is also referred to as an RFID tag, an ID tag, an IC tag, an IC chip, an RF tag, a wireless tag, an electronic tag, or a wireless chip, depending on the application.

本実施の形態で示す半導体装置の上面構造の一例について、図12(A)を参照して説明する。図12に示す半導体装置2180は、メモリ部やロジック部を構成する複数の薄膜トランジスタ等の素子が設けられた薄膜集積回路2131と、アンテナとして機能する導電層2132を含んでいる。アンテナとして機能する導電層2132は、薄膜集積回路2131に電気的に接続されている。薄膜集積回路2131には、上記実施の形態1乃至3で示した本発明に係る薄膜トランジスタを適用することができる。 An example of a top structure of the semiconductor device described in this embodiment will be described with reference to FIG. A semiconductor device 2180 illustrated in FIG. 12 includes a thin film integrated circuit 2131 provided with a plurality of elements such as thin film transistors included in a memory portion and a logic portion, and a conductive layer 2132 functioning as an antenna. The conductive layer 2132 functioning as an antenna is electrically connected to the thin film integrated circuit 2131. The thin film transistor according to the present invention described in any of Embodiments 1 to 3 can be applied to the thin film integrated circuit 2131.

また、図12(B)、(C)に図12(A)の断面の模式図を示す。アンテナとして機能する導電層2132は、メモリ部及びロジック部を構成する素子の上方に設ければよく、例えば、上記実施の形態2で示した構造の上方に、絶縁層2130を介してアンテナとして機能する導電層2132を設けることができる(図12(B)参照)。他にも、アンテナとして機能する導電層2132を基板2133に別に設けた後、当該基板2133及び薄膜集積回路2131を、導電層2132が間に位置するように貼り合わせて設けることができる(図12(C)参照)。図12(C)では、絶縁層2130上に設けられた導電層2136とアンテナとして機能する導電層2132とが、接着性を有する樹脂2135中に含まれる導電性粒子2134を介して電気的に接続されている例を示す。 FIGS. 12B and 12C are schematic views of the cross section of FIG. The conductive layer 2132 functioning as an antenna may be provided above the elements included in the memory portion and the logic portion. For example, the conductive layer 2132 functions as an antenna via the insulating layer 2130 above the structure described in Embodiment Mode 2. A conductive layer 2132 can be provided (see FIG. 12B). In addition, after the conductive layer 2132 functioning as an antenna is provided over the substrate 2133, the substrate 2133 and the thin film integrated circuit 2131 can be attached to each other so that the conductive layer 2132 is positioned therebetween (FIG. 12). (See (C)). In FIG. 12C, the conductive layer 2136 provided over the insulating layer 2130 and the conductive layer 2132 functioning as an antenna are electrically connected to each other through conductive particles 2134 included in the resin 2135 having adhesiveness. An example is shown.

なお、本実施の形態では、アンテナとして機能する導電層2132をコイル状に設け、電磁誘導方式または電磁結合方式を適用する例を示すが、本発明の半導体装置はこれに限られずマイクロ波方式を適用することも可能である。マイクロ波方式の場合は、用いる電磁波の波長によりアンテナとして機能する導電層2132の形状を適宜決めればよい。 Note that although an example in which the conductive layer 2132 functioning as an antenna is provided in a coil shape and an electromagnetic induction method or an electromagnetic coupling method is applied is described in this embodiment mode, the semiconductor device of the present invention is not limited thereto, and a microwave method is used. It is also possible to apply. In the case of a microwave method, the shape of the conductive layer 2132 functioning as an antenna may be determined as appropriate depending on the wavelength of the electromagnetic wave used.

例えば、半導体装置2180における信号の伝送方式として、マイクロ波方式(例えば、UHF帯(860MHz帯乃至960MHz帯)、2.45GHz帯等)を適用する場合には、信号の伝送に用いる電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電層の長さ等の形状を適宜設定すればよい。例えば、アンテナとして機能する導電層を線状(例えば、ダイポールアンテナ(図13(A)参照))、平坦な形状(例えば、パッチアンテナ(図13(B)参照)またはリボン型の形状(図13(C)、(D)参照))等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電層2132の形状は直線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。 For example, when a microwave method (for example, UHF band (860 MHz to 960 MHz band), 2.45 GHz band, or the like) is used as a signal transmission method in the semiconductor device 2180, the wavelength of an electromagnetic wave used for signal transmission is set to The shape such as the length of the conductive layer functioning as an antenna may be appropriately set in consideration. For example, the conductive layer functioning as an antenna has a linear shape (for example, a dipole antenna (see FIG. 13A)), a flat shape (for example, a patch antenna (see FIG. 13B)), or a ribbon shape (see FIG. 13). (See (C) and (D))). In addition, the shape of the conductive layer 2132 functioning as an antenna is not limited to a linear shape, and a curved shape, a meandering shape, or a combination thereof may be provided in consideration of the wavelength of electromagnetic waves.

アンテナとして機能する導電層2132は、CVD法、スパッタ法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)等の金属元素、又は当該金属元素を含む合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。 The conductive layer 2132 functioning as an antenna is formed using a conductive material by a CVD method, a sputtering method, a printing method such as screen printing or gravure printing, a droplet discharge method, a dispenser method, a plating method, or the like. Conductive materials are aluminum (Al), titanium (Ti), silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt) nickel (Ni), palladium (Pd), tantalum (Ta), molybdenum A metal element such as (Mo) or an alloy material or compound material containing the metal element is used to form a single layer structure or a stacked structure.

例えば、スクリーン印刷法を用いてアンテナとして機能する導電層2132を形成する場合には、粒径が数nmから数十μmの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子としては、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)およびチタン(Ti)等のいずれか一つ以上の金属粒子やハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができる。代表的には、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電層の形成の際は、導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。例えば、導電性のペーストの材料として、銀を主成分とする微粒子(例えば粒径1nm以上100nm以下の微粒子)を用いる場合、150℃乃至300℃の温度範囲で焼成することにより硬化させて導電層を形成することができる。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分とする微粒子を用いてもよく、この場合は粒径20μm以下の微粒子を用いることが好ましい。はんだや鉛フリーはんだは、低コストであるといった利点を有している。 For example, when the conductive layer 2132 that functions as an antenna is formed by screen printing, a conductive paste in which conductive particles having a particle size of several nanometers to several tens of micrometers are dissolved or dispersed in an organic resin is selected. Can be provided by printing. Conductor particles include silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), tantalum (Ta), molybdenum (Mo) and titanium (Ti). Any one or more metal particles, silver halide fine particles, or dispersible nanoparticles can be used. In addition, as the organic resin contained in the conductive paste, one or more selected from organic resins that function as a binder of metal particles, a solvent, a dispersant, and a coating material can be used. Typically, an organic resin such as an epoxy resin or a silicon resin can be given. In forming the conductive layer, it is preferable to fire after extruding the conductive paste. For example, in the case where fine particles containing silver as a main component (for example, fine particles having a particle diameter of 1 nm to 100 nm) are used as a conductive paste material, the conductive layer is cured by baking at a temperature range of 150 ° C. to 300 ° C. Can be formed. Further, fine particles mainly composed of solder or lead-free solder may be used. In this case, it is preferable to use fine particles having a particle diameter of 20 μm or less. Solder and lead-free solder have the advantage of low cost.

本発明を適用した半導体装置は低消費電力化が実現できる。よって、本実施の形態で示すような非接触でデータの入出力が可能で、且つ小型な半導体装置とした場合に有効である。 A semiconductor device to which the present invention is applied can achieve low power consumption. Therefore, it is effective in the case of a small semiconductor device capable of inputting / outputting data without contact as shown in this embodiment mode.

(実施の形態8)
本実施の形態では、上述した本発明を用いて形成された非接触でデータの入出力が可能である半導体装置の適用例に関して図面を参照して以下に説明する。非接触でデータの入出力が可能である半導体装置は利用の形態によっては、RFIDタグ、IDタグ、ICタグ、ICチップ、RFタグ、無線タグ、電子タグまたは無線チップともよばれる。
(Embodiment 8)
In this embodiment, application examples of a semiconductor device which is formed using the above-described invention and can input / output data without contact will be described below with reference to the drawings. A semiconductor device in which data can be input / output without contact is also referred to as an RFID tag, an ID tag, an IC tag, an IC chip, an RF tag, a wireless tag, an electronic tag, or a wireless chip depending on the application.

半導体装置800は、非接触でデータを交信する機能を有し、高周波回路810、電源回路820、リセット回路830、クロック発生回路840、データ復調回路850、データ変調回路860、他の回路の制御を行う制御回路870、記憶回路880およびアンテナ890を有している(図14(A))。高周波回路810はアンテナ890より信号を受信して、データ変調回路860より受信した信号をアンテナ890から出力する回路であり、電源回路820は受信信号から電源電位を生成する回路であり、リセット回路830はリセット信号を生成する回路であり、クロック発生回路840はアンテナ890から入力された受信信号を基に各種クロック信号を生成する回路であり、データ復調回路850は受信信号を復調して制御回路870に出力する回路であり、データ変調回路860は制御回路870から受信した信号を変調する回路である。また、制御回路870としては、例えばコード抽出回路910、コード判定回路920、CRC判定回路930および出力ユニット回路940が設けられている。なお、コード抽出回路910は制御回路870に送られてきた命令に含まれる複数のコードをそれぞれ抽出する回路であり、コード判定回路920は抽出されたコードとリファレンスに相当するコードとを比較して命令の内容を判定する回路であり、CRC判定回路930は判定されたコードに基づいて送信エラー等の有無を検出する回路である。 The semiconductor device 800 has a function of exchanging data without contact, and controls a high frequency circuit 810, a power supply circuit 820, a reset circuit 830, a clock generation circuit 840, a data demodulation circuit 850, a data modulation circuit 860, and other circuits. A control circuit 870, a memory circuit 880, and an antenna 890 are provided (FIG. 14A). The high-frequency circuit 810 is a circuit that receives a signal from the antenna 890 and outputs the signal received from the data modulation circuit 860 from the antenna 890, and the power supply circuit 820 is a circuit that generates a power supply potential from the received signal, and a reset circuit 830. Is a circuit that generates a reset signal, the clock generation circuit 840 is a circuit that generates various clock signals based on the reception signal input from the antenna 890, and the data demodulation circuit 850 demodulates the reception signal to control the circuit 870. The data modulation circuit 860 is a circuit that modulates the signal received from the control circuit 870. As the control circuit 870, for example, a code extraction circuit 910, a code determination circuit 920, a CRC determination circuit 930, and an output unit circuit 940 are provided. The code extraction circuit 910 is a circuit that extracts a plurality of codes included in the instruction sent to the control circuit 870, and the code determination circuit 920 compares the extracted code with a code corresponding to a reference. The CRC determination circuit 930 is a circuit that detects the presence or absence of a transmission error or the like based on the determined code.

次に、上述した半導体装置の動作の一例について説明する。まず、アンテナ890により無線信号が受信される。無線信号は高周波回路810を介して電源回路820に送られ、高電源電位(以下、VDDと記す)が生成される。VDDは半導体装置800が有する各回路に供給される。また、高周波回路810を介してデータ復調回路850に送られた信号は復調される(以下、復調信号)。さらに、高周波回路810を介してリセット回路830およびクロック発生回路840を通った信号及び復調信号は制御回路870に送られる。制御回路870に送られた信号は、コード抽出回路910、コード判定回路920およびCRC判定回路930等によって解析される。そして、解析された信号にしたがって、記憶回路880内に記憶されている半導体装置の情報が出力される。出力された半導体装置の情報は出力ユニット回路940を通って符号化される。さらに、符号化された半導体装置800の情報はデータ変調回路860を通って、アンテナ890により無線信号に載せて送信される。なお、半導体装置800を構成する複数の回路においては、低電源電位(以下、VSS)は共通であり、VSSはGNDとすることができる。 Next, an example of operation of the above-described semiconductor device will be described. First, a radio signal is received by the antenna 890. The wireless signal is sent to the power supply circuit 820 via the high frequency circuit 810, and a high power supply potential (hereinafter referred to as VDD) is generated. VDD is supplied to each circuit included in the semiconductor device 800. The signal sent to the data demodulation circuit 850 via the high frequency circuit 810 is demodulated (hereinafter, demodulated signal). Further, a signal and a demodulated signal that have passed through the reset circuit 830 and the clock generation circuit 840 via the high frequency circuit 810 are sent to the control circuit 870. The signal sent to the control circuit 870 is analyzed by the code extraction circuit 910, the code determination circuit 920, the CRC determination circuit 930, and the like. Then, information on the semiconductor device stored in the memory circuit 880 is output in accordance with the analyzed signal. The output semiconductor device information is encoded through the output unit circuit 940. Further, the encoded information of the semiconductor device 800 passes through the data modulation circuit 860 and is transmitted on the radio signal by the antenna 890. Note that a low power supply potential (hereinafter referred to as VSS) is common in the plurality of circuits included in the semiconductor device 800, and VSS can be GND.

このように、リーダ/ライタから半導体装置800に信号を送り、当該半導体装置800から送られてきた信号をリーダ/ライタで受信することによって、半導体装置のデータを読み取ることが可能となる。 As described above, by transmitting a signal from the reader / writer to the semiconductor device 800 and receiving the signal transmitted from the semiconductor device 800 by the reader / writer, the data of the semiconductor device can be read.

また、半導体装置800は、各回路への電源電圧の供給を電源(バッテリー)を搭載せず電磁波により行うタイプとしてもよいし、電源(バッテリー)を搭載して電磁波と電源(バッテリー)により各回路に電源電圧を供給するタイプとしてもよい。 Further, the semiconductor device 800 may be of a type in which the power supply voltage is supplied to each circuit by an electromagnetic wave without mounting the power source (battery), or each circuit is mounted by the electromagnetic wave and the power source (battery). The power supply voltage may be supplied to the type.

次に、非接触でデータの入出力が可能な半導体装置の使用形態の一例について説明する。表示部3210を含む携帯端末の側面には、リーダ/ライタ3200が設けられ、品物3220の側面には半導体装置3230が設けられる(図14(B))。品物3220が含む半導体装置3230にリーダ/ライタ3200をかざすと、表示部3210に品物の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の商品に関する情報が表示される。また、商品3260をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダ/ライタ3240と、商品3260に設けられた半導体装置3250を用いて、該商品3260の検品を行うことができる(図14(C))。このように、システムに半導体装置を活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現する。また、本発明に係る半導体装置は低消費電力化を実現できるため、品物に設ける半導体装置を小型化することが可能である。 Next, an example of a usage pattern of a semiconductor device capable of inputting and outputting data without contact will be described. A reader / writer 3200 is provided on a side surface of the portable terminal including the display portion 3210, and a semiconductor device 3230 is provided on a side surface of the article 3220 (FIG. 14B). When the reader / writer 3200 is held over the semiconductor device 3230 included in the product 3220, information about the product such as the description of the product, such as the raw material and origin of the product, the inspection result for each production process and the history of the distribution process, is displayed on the display unit 3210. Is done. Further, when the product 3260 is conveyed by a belt conveyor, the product 3260 can be inspected using the reader / writer 3240 and the semiconductor device 3250 provided in the product 3260 (FIG. 14C). In this manner, by using a semiconductor device in the system, information can be easily acquired, and high functionality and high added value are realized. In addition, since the semiconductor device according to the present invention can achieve low power consumption, the semiconductor device provided in the product can be downsized.

以上の様に、本発明の半導体装置の適用範囲は極めて広く、広い分野の電子機器に用いることが可能である。 As described above, the applicable range of the semiconductor device of the present invention is so wide that the semiconductor device can be used for a wide range of electronic devices.

(実施の形態9)
本発明によりプロセッサ回路を有するチップ(以下、プロセッサチップ、無線チップ、無線プロセッサ、無線メモリ、無線タグともよぶ)として機能する半導体装置を形成することができる。本発明の半導体装置の用途は広範にわたり、非接触で対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てる商品であればどのようなものにも適用することができる。例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図11を用いて説明する。
(Embodiment 9)
According to the present invention, a semiconductor device that functions as a chip having a processor circuit (hereinafter also referred to as a processor chip, a wireless chip, a wireless processor, a wireless memory, or a wireless tag) can be formed. The application of the semiconductor device of the present invention is wide-ranging, and can be applied to any product that can be used for production and management by clarifying information such as the history of an object without contact. For example, banknotes, coins, securities, certificate documents, bearer bonds, packaging containers, books, recording media, personal belongings, vehicles, foods, clothing, health supplies, daily necessities, chemicals, etc. It can be provided and used in an electronic device or the like. These examples will be described with reference to FIG.

紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの(金券)、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指し、プロセッサ回路を有するチップ190を設けることができる(図11(A)参照)。証書類とは、運転免許証、住民票等を指し、プロセッサ回路を有するチップ191を設けることができる(図11(B)参照)。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指し、プロセッサ回路を有するチップ197を設けることができる(図11(C)参照)。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指し、プロセッサ回路を有するチップ193を設けることができる(図11(D)参照)。書籍類とは、書物、本等を指し、プロセッサ回路を有するチップ194を設けることができる(図11(E)参照)。記録媒体とは、DVDソフト、ビデオテープ等を指、プロセッサ回路を有するチップ195を設けることができる(図11(F)参照)。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指し、プロセッサ回路を有するチップ196を設けることができる(図11(G)参照)。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置(テレビ受像機、薄型テレビ受像機)、携帯電話等を指す。 Banknotes and coins are money that circulates in the market, and include those that are used in the same way as money in a specific area (cash vouchers), commemorative coins, and the like. Securities refer to checks, securities, promissory notes, and the like, and can be provided with a chip 190 including a processor circuit (see FIG. 11A). The certificate refers to a driver's license, a resident's card, and the like, and a chip 191 including a processor circuit can be provided (see FIG. 11B). Personal belongings refer to bags, glasses, and the like, and can be provided with a chip 197 including a processor circuit (see FIG. 11C). Bearer bonds refer to stamps, gift cards, and various gift certificates. Packaging containers refer to wrapping paper such as lunch boxes, plastic bottles, and the like, and can be provided with a chip 193 including a processor circuit (see FIG. 11D). Books refer to books, books, and the like, and can be provided with a chip 194 including a processor circuit (see FIG. 11E). A recording medium refers to DVD software, a video tape, or the like, and can be provided with a chip 195 including a processor circuit (see FIG. 11F). The vehicles refer to vehicles such as bicycles, ships, and the like, and can be provided with a chip 196 including a processor circuit (see FIG. 11G). Foods refer to food products, beverages, and the like. Clothing refers to clothing, footwear, and the like. Health supplies refer to medical equipment, health equipment, and the like. Livingware refers to furniture, lighting equipment, and the like. Chemicals refer to pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like. Electronic devices refer to liquid crystal display devices, EL display devices, television devices (TV receivers, flat-screen TV receivers), mobile phones, and the like.

このような半導体装置の設け方としては、物品の表面に貼る、或いは物品に埋め込んで設ける。例えば、本の場合は紙に埋め込めばよく、有機樹脂からなるパッケージであれば有機樹脂に埋め込めばよい。 Such a semiconductor device is provided by being attached to the surface of an article or embedded in an article. For example, a book may be embedded in paper, and a package made of an organic resin may be embedded in an organic resin.

このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物にセンサーを備えた半導体装置を埋め込む又は取り付けることによって、生まれた年や性別または種類等はもちろん体温等の健康状態を容易に管理することが可能となる。 In this way, by providing semiconductor devices in packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., it is possible to improve the efficiency of inspection systems and rental store systems. it can. Further, forgery or theft can be prevented by providing a semiconductor device in the vehicles. Moreover, by embedding it in creatures such as animals, it is possible to easily identify individual creatures. For example, by embedding or attaching a semiconductor device equipped with a sensor to a living creature such as livestock, it is possible to easily manage the health state such as body temperature as well as the year of birth, gender or type.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態1乃至8と自由に組み合わせて行うことができる。 Note that this embodiment mode can be freely combined with any of Embodiment Modes 1 to 8.

本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置のブロック図。1 is a block diagram of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の適用例を説明する図。8A and 8B illustrate an application example of a semiconductor device of the invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明に適用することのできるアンテナを説明する図。4A and 4B illustrate an antenna which can be applied to the present invention. 本発明の半導体装置の適用例を説明する図。8A and 8B illustrate an application example of a semiconductor device of the invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention.

Claims (6)

下地膜となる絶縁層を形成し、
前記下地膜となる絶縁層にp型を付与する不純物元素を添加し、
前記下地膜となる絶縁層上に半導体膜を形成し、
加熱処理を行い、前記半導体膜を結晶化するとともに、前記不純物元素を前記半導体膜に導入し、
前記半導体膜を加工することにより島状の半導体層を形成し、
前記半導体層の端部にハロゲンを導入してからプラズマ処理を行うことにより前記半導体層の端部に第1の側壁絶縁層を形成し、
前記第1の側壁絶縁層及び前記半導体層を覆ってゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の側面に第2の側壁絶縁層を形成し、
前記第2の側壁絶縁層及び前記ゲート電極をマスクとして前記ゲート絶縁層をエッチングして前記半導体層のソース領域及びドレイン領域を露出させ、
前記半導体層及び前記第2の側壁絶縁層上に導電膜を形成し、
加熱処理を行い、露出された前記ソース領域及び前記ドレイン領域にシリサイドを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Form an insulating layer to be the base film,
An impurity element imparting p-type is added to the insulating layer to be the base film,
Forming a semiconductor film on the insulating layer to be the base film;
Heat treatment is performed to crystallize the semiconductor film, and the impurity element is introduced into the semiconductor film.
An island-shaped semiconductor layer is formed by processing the semiconductor film,
A first sidewall insulating layer is formed at the end of the semiconductor layer by performing a plasma treatment after introducing halogen into the end of the semiconductor layer,
Forming a gate insulating layer covering the first sidewall insulating layer and the semiconductor layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming a second sidewall insulating layer on the side surface of the gate electrode;
Etching the gate insulating layer using the second sidewall insulating layer and the gate electrode as a mask to expose a source region and a drain region of the semiconductor layer;
Forming a conductive film on the semiconductor layer and the second sidewall insulating layer;
Subjected to heat treatment, a method for manufacturing a semiconductor device and forming a silicide on the exposed the source region and the drain regions.
下地膜となる絶縁層を形成し、
前記下地膜となる絶縁層上に半導体層を形成し、
前記半導体層の端部に第1の側壁絶縁層を形成し、
前記第1の側壁絶縁層及び前記半導体層を覆ってゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の側面に第2の側壁絶縁層を形成し、
前記第2の側壁絶縁層及び前記ゲート電極をマスクとして前記ゲート絶縁層をエッチングして前記半導体層のソース領域及びドレイン領域を露出させ、
前記半導体層及び前記第2の側壁絶縁層上に導電膜を形成し、
加熱処理を行い、露出された前記ソース領域及び前記ドレイン領域にシリサイドを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Form an insulating layer to be the base film,
Forming a semiconductor layer on the insulating layer to be the base film;
Forming a first sidewall insulating layer at an end of the semiconductor layer;
Forming a gate insulating layer covering the first sidewall insulating layer and the semiconductor layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming a second sidewall insulating layer on the side surface of the gate electrode;
Etching the gate insulating layer using the second sidewall insulating layer and the gate electrode as a mask to expose a source region and a drain region of the semiconductor layer;
Forming a conductive film on the semiconductor layer and the second sidewall insulating layer;
Subjected to heat treatment, a method for manufacturing a semiconductor device and forming a silicide on the exposed the source region and the drain regions.
下地膜となる絶縁層を形成し、
前記下地膜となる絶縁層にp型を付与する不純物元素を添加し、
前記下地膜となる絶縁層上に半導体膜を形成し、
加熱処理を行い、前記半導体膜を結晶化するとともに、前記不純物元素を前記半導体膜に導入し、
前記半導体膜を加工することにより島状の半導体層を形成し、
前記半導体層の端部に第1の側壁絶縁層を形成し、
前記第1の側壁絶縁層及び前記半導体層を覆ってゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の側面に第2の側壁絶縁層を形成し、
前記第2の側壁絶縁層及び前記ゲート電極をマスクとして前記ゲート絶縁層をエッチングして前記半導体層のソース領域及びドレイン領域を露出させ、
前記半導体層及び前記第2の側壁絶縁層上に導電膜を形成し、
加熱処理を行い、露出された前記ソース領域及び前記ドレイン領域にシリサイドを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Form an insulating layer to be the base film,
An impurity element imparting p-type is added to the insulating layer to be the base film,
Forming a semiconductor film on the insulating layer to be the base film;
Heat treatment is performed to crystallize the semiconductor film, and the impurity element is introduced into the semiconductor film.
An island-shaped semiconductor layer is formed by processing the semiconductor film,
Forming a first sidewall insulating layer at an end of the semiconductor layer;
Forming a gate insulating layer covering the first sidewall insulating layer and the semiconductor layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming a second sidewall insulating layer on the side surface of the gate electrode;
Etching the gate insulating layer using the second sidewall insulating layer and the gate electrode as a mask to expose a source region and a drain region of the semiconductor layer;
Forming a conductive film on the semiconductor layer and the second sidewall insulating layer;
Subjected to heat treatment, a method for manufacturing a semiconductor device and forming a silicide on the exposed the source region and the drain regions.
下地膜となる絶縁層を形成し、
前記下地膜となる絶縁層上に半導体層を形成し、
前記半導体層の端部にハロゲンを導入してからプラズマ処理を行うことにより前記半導体層の端部に第1の側壁絶縁層を形成し、
前記第1の側壁絶縁層及び前記半導体層を覆ってゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の側面に第2の側壁絶縁層を形成し、
前記第2の側壁絶縁層及び前記ゲート電極をマスクとして前記ゲート絶縁層をエッチングして前記半導体層のソース領域及びドレイン領域を露出させ、
前記半導体層及び前記第2の側壁絶縁層上に導電膜を形成し、
加熱処理を行い、露出された前記ソース領域及び前記ドレイン領域にシリサイドを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Form an insulating layer to be the base film,
Forming a semiconductor layer on the insulating layer to be the base film;
A first sidewall insulating layer is formed at the end of the semiconductor layer by performing a plasma treatment after introducing halogen into the end of the semiconductor layer,
Forming a gate insulating layer covering the first sidewall insulating layer and the semiconductor layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming a second sidewall insulating layer on the side surface of the gate electrode;
Etching the gate insulating layer using the second sidewall insulating layer and the gate electrode as a mask to expose a source region and a drain region of the semiconductor layer;
Forming a conductive film on the semiconductor layer and the second sidewall insulating layer;
Subjected to heat treatment, a method for manufacturing a semiconductor device and forming a silicide on the exposed the source region and the drain regions.
下地膜となる絶縁層を形成し、
前記下地膜となる絶縁層上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に選択的にマスクを形成し、
前記マスクを用いて前記半導体膜をエッチングすることにより島状の半導体層を形成し、
前記マスクを除去する前に前記半導体層の端部に対してウェット酸化を行うことにより、前記半導体層の端部に第1の側壁絶縁層を形成し、
前記マスクを除去して前記第1の側壁絶縁層及び前記半導体層を覆ってゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の側面に第2の側壁絶縁層を形成し、
前記第2の側壁絶縁層及び前記ゲート電極をマスクとして前記ゲート絶縁層をエッチングして前記半導体層のソース領域及びドレイン領域を露出させ、
前記半導体層及び前記第2の側壁絶縁層上に導電膜を形成し、
加熱処理を行い、露出された前記ソース領域及び前記ドレイン領域にシリサイドを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Form an insulating layer to be the base film,
Forming a semiconductor film on the insulating layer to be the base film;
Selectively forming a mask on the semiconductor film;
An island-shaped semiconductor layer is formed by etching the semiconductor film using the mask,
By performing wet oxidation on the end of the semiconductor layer before removing the mask, a first sidewall insulating layer is formed on the end of the semiconductor layer,
Removing the mask and covering the first sidewall insulating layer and the semiconductor layer to form a gate insulating layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming a second sidewall insulating layer on the side surface of the gate electrode;
Etching the gate insulating layer using the second sidewall insulating layer and the gate electrode as a mask to expose a source region and a drain region of the semiconductor layer;
Forming a conductive film on the semiconductor layer and the second sidewall insulating layer;
Subjected to heat treatment, a method for manufacturing a semiconductor device and forming a silicide on the exposed the source region and the drain regions.
下地膜となる絶縁層を形成し、
前記下地膜となる絶縁層上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上にゲート絶縁層として機能する絶縁層を形成し、
マスクを用いて前記ゲート絶縁層として機能する絶縁層と前記半導体膜とをエッチングすることによりゲート絶縁層と島状の半導体層とを形成し、
前記マスクを除去し、前記半導体層が露出している部分に対して前記ゲート絶縁層の表面からプラズマ処理を行うことにより、前記半導体層の端部及び前記ゲート絶縁層と接する前記半導体層表面に第1の絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の側面に第2の側壁絶縁層を形成し、
前記第2の側壁絶縁層及び前記ゲート電極をマスクとして前記ゲート絶縁層をエッチングして前記半導体層のソース領域及びドレイン領域を露出させ、
前記半導体層及び前記第2の側壁絶縁層上に導電膜を形成し、
加熱処理を行い、露出された前記ソース領域及び前記ドレイン領域にシリサイドを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Form an insulating layer to be the base film,
Forming a semiconductor film on the insulating layer to be the base film;
Forming an insulating layer functioning as a gate insulating layer on the semiconductor film;
A gate insulating layer and an island-shaped semiconductor layer are formed by etching the insulating layer functioning as the gate insulating layer and the semiconductor film using a mask,
By removing the mask and performing plasma treatment on the exposed portion of the semiconductor layer from the surface of the gate insulating layer, the edge of the semiconductor layer and the surface of the semiconductor layer in contact with the gate insulating layer are formed. Forming a first insulating layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating layer;
Forming a second sidewall insulating layer on the side surface of the gate electrode;
Etching the gate insulating layer using the second sidewall insulating layer and the gate electrode as a mask to expose a source region and a drain region of the semiconductor layer;
Forming a conductive film on the semiconductor layer and the second sidewall insulating layer;
Subjected to heat treatment, a method for manufacturing a semiconductor device and forming a silicide on the exposed the source region and the drain regions.
JP2007014461A 2007-01-25 2007-01-25 Method for manufacturing semiconductor device Expired - Fee Related JP5110888B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007014461A JP5110888B2 (en) 2007-01-25 2007-01-25 Method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007014461A JP5110888B2 (en) 2007-01-25 2007-01-25 Method for manufacturing semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2008182055A JP2008182055A (en) 2008-08-07
JP2008182055A5 JP2008182055A5 (en) 2010-02-18
JP5110888B2 true JP5110888B2 (en) 2012-12-26

Family

ID=39725717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007014461A Expired - Fee Related JP5110888B2 (en) 2007-01-25 2007-01-25 Method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5110888B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI606490B (en) 2010-07-02 2017-11-21 半導體能源研究所股份有限公司 Manufacturing method of semiconductor film, manufacturing method of semiconductor device, and manufacturing method of photoelectric conversion device
JP2012209543A (en) * 2011-03-11 2012-10-25 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device
TWI580047B (en) * 2011-12-23 2017-04-21 半導體能源研究所股份有限公司 Semiconductor device
TWI569446B (en) * 2011-12-23 2017-02-01 半導體能源研究所股份有限公司 Semiconductor element, method for manufacturing the semiconductor element, and semiconductor device including the semiconductor element
KR102103913B1 (en) * 2012-01-10 2020-04-23 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US9653614B2 (en) * 2012-01-23 2017-05-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2015195327A (en) * 2013-06-05 2015-11-05 株式会社半導体エネルギー研究所 semiconductor device
KR20160091968A (en) * 2013-11-29 2016-08-03 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device, method for manufacturing the same, and display device
CN114944827B (en) * 2022-06-09 2023-05-26 中国电子科技集团公司第二十九研究所 Folding coil and distributed amplifier

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04271176A (en) * 1991-02-27 1992-09-28 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device
JP2761496B2 (en) * 1992-02-25 1998-06-04 株式会社 半導体エネルギー研究所 Thin film insulated gate semiconductor device and method of manufacturing the same
JPH06268224A (en) * 1993-03-12 1994-09-22 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device containing field-effect transistor
JPH06275832A (en) * 1993-03-18 1994-09-30 Toshiba Corp Thin-film transistor and its manufacture
JPH08330599A (en) * 1994-11-29 1996-12-13 Sanyo Electric Co Ltd Thin film transistor, its manufacture and display
JPH08316487A (en) * 1995-05-17 1996-11-29 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture of thin-film semiconductor device
JP4437352B2 (en) * 2000-02-29 2010-03-24 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP2003069025A (en) * 2001-08-22 2003-03-07 Nec Corp Semiconductor device and mounting method thereof
JP2003298059A (en) * 2002-03-29 2003-10-17 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd Thin film transistor
JP2006269493A (en) * 2005-03-22 2006-10-05 Seiko Epson Corp Method for manufacturing semiconductor device
JP2006339326A (en) * 2005-06-01 2006-12-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008182055A (en) 2008-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5110888B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US8581260B2 (en) Semiconductor device including a memory
JP5656333B2 (en) Semiconductor device
JP5393057B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5337380B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US7692223B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR101342871B1 (en) Semiconductor and manufacturing method thereof
JP2007318112A (en) Semiconductor device, and method of fabricating semiconductor device
JP5142550B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2009032794A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5337347B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP5127288B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5674747B2 (en) Semiconductor device
JP5063097B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5337346B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5105915B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5269343B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5259977B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100105

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100105

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120821

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120905

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121002

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121009

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees