JP5674747B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置及びその作製方法に関する。なお、本明細書中において半導体装
置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を示す。
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. Note that in this specification, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics.
近年、情報化社会はますます発達し、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の情報通信
機器の高速化、大容量化、小型化、軽量化等の要求が高まっている。このような時代の流
れで、LSI(Large Scale Integration)は高集積化、高速化
、低消費電力化が求められ、結果的にLSIを構成する個々のトランジスタの高性能化、
微細化が必須となっている。
In recent years, the information society has been developed more and more, and demands for higher speed, larger capacity, smaller size, lighter weight, etc. of information communication devices such as personal computers and mobile phones are increasing. With this trend, LSI (Large Scale Integration) is required to have high integration, high speed, and low power consumption. As a result, high performance of individual transistors constituting the LSI,
Miniaturization is essential.
ここで、従来の薄膜トランジスタの模式図を図12に示す。図12(A)は薄膜トラン
ジスタの上面図を示し、図12(B)は破線OP間の断面図、図12(C)は破線QR間
の断面図に相当する。なお、図12(A)では薄膜トランジスタを構成する薄膜等を一部
省略している。
Here, FIG. 12 shows a schematic diagram of a conventional thin film transistor. 12A is a top view of the thin film transistor, FIG. 12B corresponds to a cross-sectional view between broken lines OP, and FIG. 12C corresponds to a cross-sectional view between broken lines QR. Note that in FIG. 12A, some of the thin films included in the thin film transistor are omitted.
薄膜トランジスタは、基板9000上に下地絶縁層9002を介して島状の半導体層9
006が設けられている。半導体層9006上にはゲート絶縁層9004を介してゲート
電極として機能する導電層9012が設けられている。また、半導体層9006は、ゲー
ト絶縁層9004を介して導電層9012と重なる領域に形成されたチャネル形成領域9
008と、ソース領域又はドレイン領域9010と、を有している。さらに、ゲート絶縁
層9004及び導電層9012上に層間絶縁層9014が設けられ、該層間絶縁層上に、
ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層9016が設けられている。導電層9
016は、半導体層9006と電気的に接続されている。
The thin film transistor includes an island-shaped semiconductor layer 9 over a
006 is provided. A
008 and a source region or a
A
016 is electrically connected to the
トランジスタの高性能化、微細化を進めるにあたり、薄膜トランジスタも様々な構成が
検討されている。例えば、トランジスタの高速化を実現するため、ゲート絶縁層の薄膜化
が進められている。
In order to increase the performance and miniaturization of transistors, various configurations of thin film transistors are being studied. For example, in order to realize a high-speed transistor, the gate insulating layer is being thinned.
例えば、特許文献1では、半導体層にイオン化した水素を導入し、当該半導体層の表面
をオゾン酸化することで、ゲート絶縁層の薄膜化を可能とし、且つ良好な特性の薄膜トラ
ンジスタを形成することが記載されている。
For example, in
しかしながら、特許文献1に記載の薄膜化したゲート絶縁層の形成方法は、半導体層に
イオン化した水素を導入する工程、当該半導体層の表面をオゾン酸化した後に半導体層か
ら水素原子を脱離させるための熱処理工程など製造工程が増え、オゾン酸化にもある程度
の処理時間を必要とするため、スループットが低下し、量産性には向かない。さらに、ゲ
ート絶縁層を薄膜化すると、半導体層端部の被覆不良の問題が顕在化し、歩留まりが低下
しやすい。また、リーク電流等の問題が発生し、半導体装置の信頼性も低下しやすい。
However, the method of forming a thin gate insulating layer described in
また、トランジスタの微細化に伴い、接続不良の問題も深刻になっている。例えば、ソ
ース電極又はドレイン電極として機能する導電層及び半導体層を接続させるための開口を
絶縁層に形成する際に、下層の半導体層までエッチングされてしまう場合がある。図12
を例に説明すると、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層9016を形成す
るための開口を絶縁層9014に形成する際、下層の半導体層9006(ソース領域又は
ドレイン領域9010)までエッチングされてしまう場合がある。特に、半導体層の膜厚
が薄い場合には、図12に示すように消失してしまうこともあり、歩留まりが低下しやす
い。
In addition, with the miniaturization of transistors, the problem of poor connection has become serious. For example, when an opening for connecting a conductive layer functioning as a source electrode or a drain electrode and a semiconductor layer is formed in the insulating layer, the lower semiconductor layer may be etched. FIG.
As an example, when an opening for forming a
本発明はこのような問題を鑑みてなされたものであり、信頼性の高い半導体装置の構造
、及び当該半導体装置を歩留まり良く製造する技術を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable structure of a semiconductor device and a technique for manufacturing the semiconductor device with a high yield.
本発明は、絶縁表面上の半導体層で素子を構成する所謂SOI(Silicon on
Insulator)構造の半導体装置であり、該半導体層が異なる膜厚の領域を有し
、チャネル形成領域よりも膜厚が大きい領域にソース電極又はドレイン電極を形成する導
電層を接続させることを特徴とする。
The present invention relates to a so-called SOI (Silicon on) in which an element is composed of a semiconductor layer on an insulating surface.
A semiconductor device having an insulator structure, wherein the semiconductor layer has regions having different film thicknesses, and a conductive layer for forming a source electrode or a drain electrode is connected to a region having a film thickness larger than that of a channel formation region. To do.
半導体層は島状に設けられており、少なくとも一対の不純物領域の間に設けられたチャ
ネル形成領域を有する。また、チャネル形成領域上で、且つ半導体層を横断するように、
ゲート電極を形成する導電層が設けられている。チャネル形成領域とゲート電極を形成す
る導電層の間には、絶縁層が設けられている。
The semiconductor layer is provided in an island shape and includes a channel formation region provided between at least a pair of impurity regions. Further, on the channel formation region and across the semiconductor layer,
A conductive layer for forming a gate electrode is provided. An insulating layer is provided between the channel formation region and the conductive layer forming the gate electrode.
また、本発明は島状の半導体層の側面に接して絶縁層を設ける。少なくともゲート電極
及び島状の半導体層の端部が重畳する領域において、半導体層の側面に接して設けられた
絶縁層を、チャネル形成領域とゲート電極を形成する導電層の間に設けられた絶縁層が覆
う構成とすることを特徴とする。
In the present invention, an insulating layer is provided in contact with the side surface of the island-shaped semiconductor layer. An insulating layer provided in contact with the side surface of the semiconductor layer at least in a region where the end portion of the gate electrode and the island-shaped semiconductor layer overlaps is provided between the channel formation region and the conductive layer forming the gate electrode. The layer is configured to cover.
本発明の具体的な構成は、基板上に設けられ、一対の不純物領域の間に設けられたチャ
ネル形成領域を含む島状の半導体層と、半導体層の側面に接して設けられた第1絶縁層と
、チャネル形成領域上に設けられ、半導体層を横断するように設けられたゲート電極と、
チャネル形成領域及びゲート電極の間に設けられた第2絶縁層と、半導体層及び前記ゲー
ト電極上に形成された第3絶縁層と、第3絶縁層を介して、不純物領域と電気的に接続さ
れる導電層と、を有する。不純物領域はチャネル形成領域と比較して膜厚が大きい領域を
有し、且つ該膜厚が大きい領域で導電層が接続されている。第2絶縁層は、少なくともゲ
ート電極が重畳する領域の半導体層の側面に設けられた第1絶縁層を覆う。
A specific structure of the present invention includes an island-shaped semiconductor layer including a channel formation region provided between a pair of impurity regions and a first insulation provided in contact with a side surface of the semiconductor layer. A gate electrode provided on the channel formation region and across the semiconductor layer;
A second insulating layer provided between the channel forming region and the gate electrode, a third insulating layer formed on the semiconductor layer and the gate electrode, and the impurity region are electrically connected through the third insulating layer And a conductive layer. The impurity region has a region whose film thickness is larger than that of the channel formation region, and the conductive layer is connected in the region where the film thickness is large. The second insulating layer covers at least the first insulating layer provided on the side surface of the semiconductor layer in the region where the gate electrode overlaps.
また、本発明の他の構成は、基板上に設けられ、一対の不純物領域の間に設けられたチ
ャネル形成領域と、不純物領域の一部をシリサイド化して設けられたシリサイド領域と、
を含む島状の半導体層と、半導体層の側面に接して設けられた第1絶縁層と、チャネル形
成領域上に設けられ、半導体層を横断するように設けられたゲート電極と、チャネル形成
領域及びゲート電極の間に設けられた第2絶縁層と、ゲート電極の側面に設けられた第3
絶縁層と、半導体層及びゲート電極上に形成された第4絶縁層と、第4絶縁層を介して、
不純物領域と電気的に接続される導電層と、を有する。シリサイド領域を含む不純物領域
はチャネル形成領域と比較して膜厚が大きい領域を有し、且つ該膜厚が大きい領域で導電
層が接続される。また、第2絶縁層は、少なくともゲート電極が重畳する領域の半導体層
の側面に設けられた第1絶縁層を覆う。
According to another configuration of the present invention, a channel formation region provided on a substrate and provided between a pair of impurity regions, a silicide region provided by siliciding a part of the impurity region,
An island-shaped semiconductor layer including: a first insulating layer provided in contact with the side surface of the semiconductor layer; a gate electrode provided on the channel formation region so as to cross the semiconductor layer; and a channel formation region And a second insulating layer provided between the gate electrode and a third insulating layer provided on the side surface of the gate electrode.
Through the insulating layer, the fourth insulating layer formed on the semiconductor layer and the gate electrode, and the fourth insulating layer,
A conductive layer electrically connected to the impurity region. The impurity region including the silicide region has a region whose film thickness is larger than that of the channel formation region, and the conductive layer is connected in the region where the film thickness is large. The second insulating layer covers at least the first insulating layer provided on the side surface of the semiconductor layer in the region where the gate electrode overlaps.
上記構成において、シリサイド領域は、ニッケルシリサイド、チタンシリサイド、コバ
ルトシリサイド、又は白金シリサイドのいずれかを含む領域であることが好ましい。
In the above structure, the silicide region is preferably a region including any of nickel silicide, titanium silicide, cobalt silicide, or platinum silicide.
また、上記構成において、シリサイド領域は、不純物領域と同じ導電型を付与する不純
物元素が添加されていてもよい。
In the above structure, an impurity element imparting the same conductivity type as the impurity region may be added to the silicide region.
また、上記構成において、チャネル形成領域は、膜厚50nm乃至70nmの範囲であ
ることが好ましい。また、第2絶縁層は、膜厚1nm乃至10nmの範囲であることが好
ましい。
In the above structure, the channel formation region preferably has a thickness of 50 to 70 nm. The second insulating layer preferably has a thickness in the range of 1 nm to 10 nm.
また、上記構成において、半導体層は、チャネル形成領域と不純物領域の間に、該不純
物領域と同じ導電型を付与する不純物元素が添加され、且つ不純物領域と比較して低い濃
度で不純物元素が添加された低濃度不純物領域を含むこともできる。
In the above structure, an impurity element imparting the same conductivity type as the impurity region is added to the semiconductor layer between the channel formation region and the impurity region, and the impurity element is added at a lower concentration than the impurity region. The low-concentration impurity region may be included.
また、本発明に係る半導体装置は、基板上に島状の半導体層を形成し、半導体層の側面
と接して第1絶縁層を形成し、半導体層を選択的にエッチングして異なる膜厚の領域を形
成し、半導体層上に第2絶縁層を形成し、半導体層のエッチングした領域及び第2絶縁層
上で、且つ半導体層を横断するようにゲート電極を形成し、該ゲート電極をマスクとして
半導体層に不純物元素を添加し、自己整合的に一対の不純物領域と、当該一対の不純物領
域の間にチャネル形成領域を形成し、半導体層及びゲート電極上に第3絶縁層を形成し、
該第3絶縁層を介して、半導体層においてエッチングされなかった領域に形成された不純
物領域と電気的に接続されるように導電層を形成する。
In addition, in the semiconductor device according to the present invention, an island-shaped semiconductor layer is formed over a substrate, a first insulating layer is formed in contact with a side surface of the semiconductor layer, and the semiconductor layer is selectively etched to have different thicknesses. Forming a region, forming a second insulating layer on the semiconductor layer, forming a gate electrode on the etched region of the semiconductor layer and the second insulating layer, and across the semiconductor layer, and masking the gate electrode An impurity element is added to the semiconductor layer, a pair of impurity regions and a channel formation region are formed between the pair of impurity regions in a self-aligned manner, and a third insulating layer is formed over the semiconductor layer and the gate electrode,
A conductive layer is formed through the third insulating layer so as to be electrically connected to an impurity region formed in a region not etched in the semiconductor layer.
また、他の構成は、基板上に島状の半導体層を形成し、半導体層の側面と接して第1絶
縁層を形成し、半導体層を選択的にエッチングして異なる膜厚の領域を形成し、半導体層
上に第2絶縁層を形成し、半導体層のエッチングした領域及び第2絶縁層上で、且つ半導
体層を横断するようにゲート電極を形成し、ゲート電極をマスクとして半導体層に不純物
元素を添加し、自己整合的に一対の不純物領域と、当該一対の不純物領域の間にチャネル
形成領域を形成し、ゲート電極の側面と接して第3絶縁層を形成し、該第3絶縁層及びゲ
ート電極をマスクとして第2絶縁層を選択的にエッチングすることにより、半導体層を選
択的に露出させ、少なくとも露出させた半導体層上に金属層を形成し、熱処理を行うこと
により、半導体層及び金属層が接する領域の一部をシリサイド化して、半導体層に形成さ
れた不純物領域の一部にシリサイド領域を形成し、半導体層及びゲート電極上に第4絶縁
層を形成し、第4絶縁層を介して、半導体層においてエッチングされなかった領域に形成
された不純物領域と電気的に接続されるように導電層を形成する。
In another structure, an island-shaped semiconductor layer is formed on a substrate, a first insulating layer is formed in contact with a side surface of the semiconductor layer, and regions having different thicknesses are formed by selectively etching the semiconductor layer. A second insulating layer is formed on the semiconductor layer, a gate electrode is formed on the etched region of the semiconductor layer and the second insulating layer so as to cross the semiconductor layer, and the gate electrode is used as a mask to form the semiconductor layer. An impurity element is added, a pair of impurity regions and a channel formation region are formed between the pair of impurity regions in a self-aligning manner, and a third insulating layer is formed in contact with the side surface of the gate electrode. By selectively etching the second insulating layer using the layer and the gate electrode as a mask, the semiconductor layer is selectively exposed, a metal layer is formed on at least the exposed semiconductor layer, and heat treatment is performed, so that the semiconductor Layer and metal layer A portion of the region to be silicided, a silicide region is formed in a portion of the impurity region formed in the semiconductor layer, a fourth insulating layer is formed over the semiconductor layer and the gate electrode, and the fourth insulating layer is interposed A conductive layer is formed so as to be electrically connected to an impurity region formed in a region not etched in the semiconductor layer.
上記構成において、金属層は、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、コバルト(Co)
、又は白金(Pt)から選ばれる金属元素、又は当該金属元素を含む合金材料を用いて形
成することが好ましい。また、導電層は、シリサイド領域に接するように形成するが好ま
しい。
In the above configuration, the metal layer includes nickel (Ni), titanium (Ti), and cobalt (Co).
Or a metal element selected from platinum (Pt) or an alloy material containing the metal element. The conductive layer is preferably formed so as to be in contact with the silicide region.
また、上記構成において、第2絶縁層は、ゲート電極が重畳する領域の半導体層の側面
と接して形成された第1絶縁層を覆うように形成することが好ましい。
In the above structure, the second insulating layer is preferably formed so as to cover the first insulating layer formed in contact with the side surface of the semiconductor layer in the region where the gate electrode overlaps.
また、上記構成において、半導体層の選択的にエッチングした領域は、膜厚50nm乃
至70nmの範囲となるようにすることが好ましい。
In the above structure, the selectively etched region of the semiconductor layer is preferably in the range of 50 nm to 70 nm in thickness.
本発明を適用してソース電極又はドレイン電極を形成する導電層と電気的に接続される
部分の半導体層を厚膜化することで、導電層及び半導体層の接続に起因する不良を防止す
ることができる。また、本発明を適用して半導体層端部を絶縁層で十分に被覆することで
、半導体層端部に起因する不良を防止することができる。よって、半導体装置を歩留まり
良く製造することができる。また、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。
By applying the present invention, a portion of a semiconductor layer that is electrically connected to a conductive layer that forms a source electrode or a drain electrode is thickened to prevent defects caused by the connection between the conductive layer and the semiconductor layer. Can do. In addition, by applying the present invention and sufficiently covering the end portion of the semiconductor layer with the insulating layer, defects due to the end portion of the semiconductor layer can be prevented. Therefore, the semiconductor device can be manufactured with high yield. In addition, the reliability of the completed semiconductor device can be improved.
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。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
様々に変更しうることは、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、同じものを指す符号は異なる図面
間で共通して用いる場合がある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and various modifications can be made to the embodiments and details without departing from the spirit and scope of the present invention. It is not to be interpreted as. Note that in the structures of the present invention described below, the same reference numerals may be used in common in different drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る半導体装置の主要な構成を説明するための上面図及び断面図であ
る。図1は、特に薄膜トランジスタの構成を示しており、図1(A)は上面図、図1(B
)は図1(A)における破線OP間の断面図、図1(C)は図1(A)における破線QR
間の断面図を示している。なお、図1(A)は、一部薄膜等を省略している。
(Embodiment 1)
1A and 1B are a top view and a cross-sectional view for explaining a main configuration of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 1 particularly shows a structure of a thin film transistor. FIG. 1A is a top view and FIG.
) Is a cross-sectional view between broken lines OP in FIG. 1A, and FIG. 1C is a broken line QR in FIG.
FIG. Note that in FIG. 1A, some thin films and the like are omitted.
図1に示す半導体装置は、基板102上に絶縁層104を介して設けられた薄膜トラン
ジスタ100を有している。薄膜トランジスタ100は、島状の半導体層105と、当該
半導体層105の側面と接して設けられた絶縁層112と、半導体層105の一表面上に
設けられた絶縁層114と、当該絶縁層114を介して半導体層105上に設けられた導
電層116及び導電層118と、半導体層105上に絶縁層114、絶縁層120を介し
て設けられたソース電極又はドレイン電極を形成する導電層122と、を有している。導
電層122は、絶縁層114、120を介して半導体層105と電気的に接続されている
。
The semiconductor device illustrated in FIG. 1 includes a
ゲート電極119は、導電層116及び導電層118の積層構造で形成されている。ゲ
ート電極119は、島状の半導体層105を横断するように設けられている。なお、図1
ではゲート電極を導電層116、118の2層の積層構造で形成する例を示すが、本発明
は特に限定されない。例えば、単層構造でもよいし、3層以上の積層構造としてもよい。
また、ゲート電極として形成される導電層の側面をテーパ形状にしてもよいし、2層以上
の導電層の積層構造として各層でテーパ角度が異なるようにしてもよい。また、導電層の
積層構造でゲート電極を形成する場合、各層の幅(キャリアがチャネル形成領域を流れる
方向(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向)に平行な方向の長さ)が概略一致するよう
に形成してもよいし、上層と比較して下層の導電層の幅が大きくなるように形成してもよ
い。その他、ゲート電極を形成する導電層の側面に接して、サイドウォールといわれる絶
縁層(以下、サイドウォール絶縁層ともいう)を形成してもよい。
The
Although an example in which the gate electrode is formed to have a two-layer structure of the
Further, the side surface of the conductive layer formed as the gate electrode may be tapered, or the taper angle may be different in each layer as a stacked structure of two or more conductive layers. In addition, in the case where the gate electrode is formed using a stacked structure of conductive layers, the width of each layer (the length in the direction parallel to the direction in which carriers flow in the channel formation region (the direction connecting the source region and the drain region)) substantially matches. Alternatively, it may be formed so that the width of the lower conductive layer is larger than that of the upper layer. In addition, an insulating layer called a sidewall (hereinafter also referred to as a sidewall insulating layer) may be formed in contact with the side surface of the conductive layer forming the gate electrode.
島状に設けられた半導体層105は、チャネル形成領域106と、LDD領域として機
能する一対の不純物領域108と、ソース領域又はドレイン領域として機能する一対の不
純物領域110と、を有する。以下、本明細書ではLDD領域として機能する不純物領域
を低濃度不純物領域ともいう。また、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物
領域を高濃度不純物領域ともいう。本実施の形態では、低濃度不純物領域108、高濃度
不純物領域110とする。
The
また、半導体層105において、導電層122と接する領域は、チャネル形成領域10
6が形成される領域と比較して厚くなっている。本発明は、半導体層においてソース電極
又はドレイン電極として機能する導電層を接続させる領域を、チャネル形成領域よりも厚
くすることを特徴の1つとしている。なお、半導体層においてソース電極又はドレイン電
極として機能する導電層を接続させる領域は、ソース領域又はドレイン領域として機能す
る不純物領域の一部である。よって、本発明は、高濃度不純物領域が、チャネル形成領域
よりも厚い領域を有することを特徴の1つとしている。
In the
6 is thicker than the region where 6 is formed. One feature of the present invention is that a region where a conductive layer functioning as a source electrode or a drain electrode in a semiconductor layer is connected is thicker than a channel formation region. Note that a region where a conductive layer functioning as a source electrode or a drain electrode is connected in the semiconductor layer is a part of an impurity region functioning as a source region or a drain region. Therefore, one feature of the present invention is that the high-concentration impurity region has a region thicker than the channel formation region.
半導体層105において、チャネル形成領域106と比較して、ソース電極又はドレイ
ン電極として機能する導電層122を接続させる領域を厚くすることで、後に導電層12
2及び半導体層105(具体的には高濃度不純物領域110)を接続させるための開口を
形成する際に、該開口近傍の半導体層105まで除去されてしまうことを防止する効果が
ある。特に、チャネル形成領域を薄膜化するのに伴いその他の領域の膜厚も薄くする場合
は、上述した開口形成の際に該開口近傍の半導体層が消失してしまう可能性も大きくなる
ため、本発明の構成とすることは非常に効果的である。
In the
2 and the semiconductor layer 105 (specifically, the high-concentration impurity region 110) have an effect of preventing the
半導体層105の膜厚は非晶質半導体層の結晶化可能な範囲とし、具体的には30nm
乃至200nm(但し30nmは除く)程度とする。好ましくはチャネル形成領域106
を膜厚30nm乃至150nm(但し30nmは除く)程度、より好ましくは50nm乃
至70nm程度とし、導電層122を接続させる領域をチャネル形成領域106よりも厚
くする。例えば、導電層122を接続させる領域を、膜厚40nm乃至200nm程度、
好ましくは80nm乃至100nm程度とする。
The film thickness of the
It is set to about 200 nm (excluding 30 nm). Preferably, a
Is about 30 nm to 150 nm (excluding 30 nm), more preferably about 50 nm to 70 nm, and the region to which the
Preferably, it is about 80 nm to 100 nm.
また、島状に設けられた半導体層105の端部は、テーパ形状とすることができる。例
えば、テーパ角が45°以上95°未満、好ましくは60°以上95°未満となるような
形状としてもよいし、テーパ角が45°未満の緩やかな形状とすることもできる。なお、
テーパ角とはテーパ形状を有する層において、当該層の側面と底面がなす傾斜角を示す。
ここでは、90°に近いテーパ角を有するテーパ形状とする。
In addition, an end portion of the
The taper angle indicates an inclination angle formed between the side surface and the bottom surface of a layer having a taper shape.
Here, the taper shape has a taper angle close to 90 °.
チャネル形成領域106は一対の高濃度不純物領域110の間に位置しており、低濃度
不純物領域108はチャネル形成領域106と高濃度不純物領域110の間にそれぞれ位
置している。つまり、チャネル形成領域106は、一対の高濃度不純物領域110の間及
び一対の低濃度不純物領域108の間に位置しており、且つ一対の低濃度不純物領域10
8に接している。なお、高濃度不純物領域110は、低濃度不純物領域108と比較して
、高い濃度で一導電型を付与する不純物元素が添加されている。
The
8 is in contact. Note that an impurity element imparting one conductivity type is added to the high
また、チャネル形成領域106は、半導体層105において該半導体層105及びゲー
ト電極119を形成する導電層118が重なる領域に形成されている。つまり、ゲート電
極119は半導体層105を横断するように、且つチャネル形成領域106上に設けられ
ている。なお、チャネル形成領域106は、トランジスタの閾値電圧を制御するための一
導電型を付与する不純物元素が添加されていてもよい。
The
高濃度不純物領域110は、絶縁層114、120を介してソース電極又はドレイン電
極として機能する導電層122と電気的に接続されている。このとき、少なくとも高濃度
不純物領域110の一部をチャネル形成領域106よりも厚く形成し、該厚く形成された
領域と接して電気的に接続されるようにソース電極又はドレイン領域として機能する導電
層122を形成する。このようにすることで、絶縁層114、120に導電層122を形
成するための開口を形成する際に、形成する開口近傍の半導体層(高濃度不純物領域)ま
で除去されてしまうことを防止できる。なお、高濃度不純物領域110全体を、チャネル
形成領域106よりも厚く形成しても構わない。
The high
低濃度不純物領域108は、チャネル形成領域106と高濃度不純物領域110の間に
形成されている。半導体層105において低濃度不純物領域108を形成することで、ド
レイン領域近傍の電界を緩和することができ、その結果ホットキャリアの発生を抑制する
ことができる。ホットキャリアの発生は、閾値電圧を不安定に変化させる要因になり、動
作特性を著しく低下させる恐れがある。特に、素子を微細化する、例えばチャネル長(チ
ャネル形成領域において、キャリアが流れる方向(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向
)に平行な方向の長さ)を短くすると、ドレイン領域近傍が高電界化する問題が顕著とな
るため、LDD領域として機能する低濃度不純物領域を形成することは、非常に効果的で
ある。
The low
低濃度不純物領域108は、半導体層105において該半導体層105及び導電層11
6が重なる領域に形成されている。高濃度不純物領域110は、半導体層105において
該半導体層105並びにゲート電極119を形成する導電層116及び導電層118が重
ならない領域に形成されている。
The low
6 is formed in the overlapping region. The high
なお、図1では半導体層105にLDD領域として機能する低濃度不純物領域を形成す
る例を示すが、本発明は特に限定されず、LDD領域は形成しなくともよい。LDD領域
を形成しない場合は、半導体層はソース領域又はドレイン領域として機能する一対の不純
物領域の間に接してチャネル形成領域を有する構成となればよい。このとき、図1に示す
ようにゲート電極を積層構造とし、且つ下層の導電層の幅を大きくする場合は、上層の幅
が小さい導電層と略重なるようにチャネル形成領域を形成し、上層の導電層と略重ならな
い領域にソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域を形成すればよい。ゲー
ト電極を単層構造、又は各層の幅が略一致する導電層の積層構造とする場合は、ゲート電
極と略重なるようにチャネル形成領域を形成し、ゲート電極と略重ならない領域にソース
領域又はドレイン領域として機能する不純物領域を形成すればよい。
Note that FIG. 1 illustrates an example in which a low concentration impurity region functioning as an LDD region is formed in the
また、LDD領域を、ゲート電極を形成する導電層と重ならない領域の半導体層に形成
してもよいし、ゲート電極を形成する導電層と一部が重なり一部が重ならない領域の半導
体層に形成してもよい。また、ゲート電極の側面に接してサイドウォール絶縁層を形成し
、当該サイドウォール絶縁層と重なる領域の半導体層にLDD領域を形成してもよい。な
お、図1ではLDD領域として機能する低濃度不純物領域108を、チャネル形成領域と
略同じ膜厚の領域に形成する例を示すが、チャネル形成領域よりも膜厚が大きい領域に形
成してもよいし、チャネル形成領域よりも膜厚が大きい領域及び略同じ領域の両方に掛か
るように形成してもよい。
In addition, the LDD region may be formed in a semiconductor layer in a region that does not overlap with the conductive layer that forms the gate electrode, or in a semiconductor layer in a region that partially overlaps with the conductive layer that forms the gate electrode. It may be formed. Alternatively, a sidewall insulating layer may be formed in contact with the side surface of the gate electrode, and an LDD region may be formed in the semiconductor layer in a region overlapping with the sidewall insulating layer. Note that FIG. 1 illustrates an example in which the low-
島状に設けられた半導体層105の側面と接して絶縁層112(以下、側面絶縁層11
2ともいう)が形成されている。また、半導体層105の一表面上及び側面絶縁層112
に接して絶縁層114が形成されている。絶縁層114は、薄膜トランジスタ100のゲ
ート絶縁層として機能する。
Insulating layer 112 (hereinafter referred to as side surface insulating layer 11) is in contact with the side surface of
2). In addition, the insulating
An insulating
ゲート絶縁層として機能する絶縁層114の膜厚は1nm乃至50nm、好ましくは1
nm乃至20nm、より好ましくは1nm乃至10nmとする。ゲート絶縁層を薄膜化す
ると、トランジスタを低電圧で高速に動作させることが可能になるため好ましい。
The thickness of the insulating
nm to 20 nm, more preferably 1 nm to 10 nm. It is preferable to reduce the thickness of the gate insulating layer because the transistor can be operated at high speed with low voltage.
絶縁層114は、半導体層105及び半導体層105の側面と接する側面絶縁層112
を覆うように形成されている。よって、半導体層105の端部は側面絶縁層112及び絶
縁層114で被覆性良く覆うことができる。したがって、半導体層端部におけるゲート絶
縁層の被覆不良に起因する不良、特にゲート電極と半導体層端部が重畳する領域(ゲート
電極が半導体層端部を乗り越える領域)における絶縁層の被覆不良に起因する不良を防止
することができる。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。その結果、完成する半導体装置の信頼性を向上させること
が可能となる。
The insulating
It is formed so as to cover. Therefore, the end portion of the
ここでは、側面絶縁層112は、半導体層105の側面と接しない面を湾曲状に形成し
ている。
Here, the
また、ここでは、側面絶縁層112を、島状に形成された半導体層105の周囲を囲う
ように半導体層105の側面と接して形成している。なお、半導体層を島状に形成した場
合は、特にゲート電極と半導体層端部が重畳する領域(ゲート電極が半導体層端部を乗り
越える領域)で不良が生じやすい。この要因としては、半導体層端部及びゲート電極が、
両者が重畳する領域において、半導体層端部のゲート絶縁層が局所的に薄くなりやすいこ
と、半導体層やゲート電極(導電層)の加工工程の影響を受けやすいこと等が挙げられる
。例えば、図12(B)の破線9007に示すように、半導体層9006の端部において
ゲート絶縁層9004が局所的に薄くなる場合がある。また、図12(C)の破線900
9に示すように、半導体層9006を島状に形成する際のエッチング工程やフッ酸(HF
)等を用いた洗浄工程の影響で、半導体層9006の下層に設けられた絶縁層9002が
除去されてしまい、ゲート絶縁層9004の被覆性が悪くなる場合がある。この場合、破
線9020の領域では、さらにゲート電極を形成する際のエッチングの影響も受けやすい
。このような加工工程の影響は、素子の微細化に伴いゲート絶縁層の薄膜化が進むにつれ
顕著になりやすい。したがって、少なくともゲート電極を形成する導電層と半導体層端部
が重畳する領域(ゲート電極が半導体層端部を乗り越える領域)において、半導体層の側
面と接して絶縁層が形成されていることが好ましい。本発明は、半導体層の側面と接する
側面絶縁層を形成することを特徴の1つとしている。
Here, the
For example, the gate insulating layer at the end of the semiconductor layer is likely to be locally thin in the region where both overlap, and the semiconductor layer and the gate electrode (conductive layer) are easily affected by the processing steps. For example, as illustrated by a
As shown in FIG. 9, an etching process or hydrofluoric acid (HF) is used when the
) Or the like, the insulating
なお、半導体層105の一表面上に形成された絶縁層114の膜厚と比較して、半導体
層105の側面と接して形成された側面絶縁層112及び絶縁層114を合わせた膜厚が
厚いことが好ましい。また、半導体層105の一表面上に形成された絶縁層114と比較
して、半導体層105の側面と接する側面絶縁層112の誘電率が小さいことが好ましい
。半導体層と接して形成する絶縁層の膜厚、誘電率等を制御することで、半導体層105
端部に掛かる電界を効果的に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。よって、歩留まりよく半導体装置を製造することが可能になり、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。
Note that the total thickness of the
The electric field applied to the end can be effectively relaxed, and the occurrence of leakage current can be prevented. Therefore, a semiconductor device can be manufactured with high yield, and the reliability of the completed semiconductor device can be improved.
また、図1ではソース領域又はドレイン領域として機能する高濃度不純物領域110は
、導電層122に直接接して電気的に接続される領域以外で、低濃度不純物領域108と
接する側はチャネル形成領域106と略同じ膜厚とする例を示すが、本発明は特に限定さ
れない。例えば、図5(A)に示すように、半導体層155に形成された高濃度不純物領
域160において、導電層122に直接接して電気的に接続される領域以外で、側面絶縁
層162が形成される側をチャネル形成領域106と略同じ膜厚としてもよい。また、高
濃度不純物領域全体を、チャネル形成領域よりも膜厚を大きくした領域に形成してもよい
。
In FIG. 1, the high-
次に、図1で示した半導体装置の作製方法の一例に関して、図面を用いて以下に説明す
る。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 1 is described below with reference to the drawings.
基板102上に絶縁層104を介して半導体層101を形成する(図2(A)参照)。
The
基板102は、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、又は表面に
絶縁層が形成された金属基板或いはシリコン基板等の半導体基板などを用いることができ
る。
As the
絶縁層104は、CVD法、スパッタリング法、ALD法等により、酸化シリコン(S
iOx)、窒化シリコン(SiNx)、酸化窒化シリコン(SiOxNy)、窒化酸化シ
リコン(SiNxOy)等を用いて形成する。絶縁層104は、下地絶縁層として機能す
る。具体的には、基板102から半導体層へアルカリ金属等が拡散し、半導体層が汚染す
ることを防ぐブロッキング層として機能する。また、基板102の表面に凹凸がある場合
、平坦化する層としても機能することができる。なお、絶縁層104は、基板102から
の不純物拡散や基板102表面の凹凸が問題とならなければ、形成しなくともよい。また
、ここでは下地絶縁層を単層構造としているが、積層構造としてもよい。例えば、下地絶
縁層を2層の積層構造とする場合、1層目に窒化酸化シリコン層、2層目に酸化窒化シリ
コン層を形成することができる。また、1層目に窒化シリコン層を形成し、2層目に酸化
シリコン層を形成してもよい。
The insulating
iOx), silicon nitride (SiNx), silicon oxynitride (SiOxNy), silicon nitride oxide (SiNxOy), or the like is used. The insulating
半導体層101は、単結晶半導体又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。また、半導体層101は膜厚30nm乃至200nm(但し30nmは除く)の
範囲、好ましくは50nm乃至100nmの範囲で形成する。
The
例えば、半導体層101は、CVD法やスパッタリング法によって基板102全面に半
導体層(例えば非晶質半導体層)を形成し、当該半導体層を結晶化することが好ましい。
半導体層101を形成する半導体材料としてはシリコンを主成分とする材料を用いるのが
好ましく、具体的には、シリコン、シリコンゲルマニウム等を用いて形成することができ
る。また、ゲルマニウムを用いて形成してもよい。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る熱結晶化法、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の方法を組み合わせた方法等により
行うことができる。
For example, the
As a semiconductor material for forming the
レーザ結晶化を適用する場合は、連続発振型のレーザ(以下、CWレーザともいう)や
パルス発振型のレーザ(以下、パルスレーザともいう)から得られる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の例としては、Arレーザ、Krレー
ザ、エキシマレーザ、銅蒸気レーザ若しくは金蒸気レーザなどの気体レーザ、単結晶のY
AG、YVO4、フォルステライト(Mg2SiO4、YAlO3、GdVO4)、若し
くは多結晶(セラミック)のYAG、Y2O3、YVO4、YAlO3、GdVO4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、アレキサンドライトレーザ
、ルビーレーザ若しくはTi:サファイアレーザなどの固体レーザ等が挙げられる。固体
レーザの場合は、発振されるレーザビームの基本波から第4高調波までを適宜選択して照
射することができる。例えば、Nd:YVO4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。Nd:YVO4レ
ーザをCWレーザとして用いる場合は、レーザのパワー密度は0.01MW/cm2〜1
00MW/cm2程度(好ましくは0.1MW/cm2〜10MW/cm2)必要である
。そして、走査速度を10cm/sec〜2000cm/sec程度として照射する。な
お、ここでは第2高調波(532nm)を用いることが好ましい。これは、第2高調波は
エネルギー効率の点で、さらに高次の高調波より優れているためである。
In the case of applying laser crystallization, a laser beam obtained from a continuous wave laser (hereinafter also referred to as a CW laser) or a pulsed laser (hereinafter also referred to as a pulsed laser) can be used. Examples of lasers that can be used here include Ar lasers, Kr lasers, excimer lasers, gas lasers such as copper vapor lasers and gold vapor lasers, and single crystal Y
AG, 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 ,
Lasers, glass lasers, alexandrite lasers, ruby lasers, or Ti: sapphire lasers using one or more of Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, and Ta as dopants. A solid-state laser or the like can be mentioned. In the case of a solid-state laser, irradiation can be performed by appropriately selecting from the fundamental wave to the fourth harmonic of the oscillated laser beam. 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. When an Nd: YVO 4 laser is used as the CW laser, the power density of the laser is 0.01 MW / cm 2 to 1
About 00 MW / cm 2 (preferably 0.1 MW / cm 2 to 10 MW / cm 2 ) is required. Irradiation is performed at a scanning speed of about 10 cm / sec to 2000 cm / sec. Here, it is preferable to use the second harmonic (532 nm). This is because the second harmonic is superior to higher harmonics in terms of energy efficiency.
CWレーザを用いてレーザ結晶化を行う場合は、連続的に半導体層にエネルギーを与え
ることができるため、一旦半導体層を溶融状態にすると、溶融状態を継続させることがで
きる。さらに、CWレーザを走査することによって半導体層の固液界面を移動させ、この
移動の方向に沿って一方向に長い結晶粒を形成することができるため好ましい。このとき
、固体レーザを用いると、気体レーザ等と比較して、出力の安定性が高く、安定した処理
が見込まれるため好ましい。なお、CWレーザに限らず、繰り返し周波数が10MHz以
上のパルスレーザを用いると、同様の効果を期待できる。繰り返し周波数が高いパルスレ
ーザを用いると、半導体層が溶融してから固化するまでの時間よりもレーザのパルス発振
の間隔が短ければ、常に半導体層を溶融状態にとどめることができ、固液界面の移動によ
り一方向に長い結晶粒で構成される半導体層を形成することができる。また、レーザビー
ムをTEM00(シングル横モード)で発振して射出すると、被照射面において得られる
線状のビームスポットのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
When laser crystallization is performed using a CW laser, energy can be continuously applied to the semiconductor layer. Therefore, once the semiconductor layer is in a molten state, the molten state can be continued. Further, it is preferable because the solid-liquid interface of the semiconductor layer can be moved by scanning with a CW laser, and a long crystal grain can be formed in one direction along the direction of the movement. At this time, it is preferable to use a solid-state laser because output stability is higher than that of a gas laser or the like and stable processing is expected. Note that the same effect can be expected when a pulse laser having a repetition frequency of 10 MHz or higher is used in addition to the CW laser. If a pulse laser with a high repetition frequency is used, the semiconductor layer can be kept in a molten state at all times if the laser pulse oscillation interval is shorter than the time from when the semiconductor layer melts until it solidifies. A semiconductor layer composed of crystal grains that are long in one direction can be formed by movement. Further, it is preferable to emit a laser beam by oscillating in TEM 00 (single transverse mode) because energy uniformity of a linear beam spot obtained on the irradiated surface can be improved.
本実施の形態では、非晶質シリコン層を形成した後に該非晶質シリコン層をレーザ結晶
化法を用いて結晶化して、半導体層101として膜厚100nmの結晶性シリコン層を形
成する。
In this embodiment mode, after an amorphous silicon layer is formed, the amorphous silicon layer is crystallized by a laser crystallization method, so that a crystalline silicon layer with a thickness of 100 nm is formed as the
なお、ここでは種々の結晶化法を用いて半導体層101を形成する例を示したが、この
ような薄膜プロセスに換えて、絶縁表面に単結晶半導体層を設けたSOI基板を用いても
よい。この場合、絶縁表面に設けられた単結晶半導体層が半導体層101となる。
Note that although the example in which the
次に、半導体層101を選択的にエッチングして、島状の半導体層103を形成する(
図2(B)、図4(A)、図6(A)参照)。
Next, the
2B, FIG. 4A, and FIG. 6A).
半導体層103は、半導体層101を選択的にレジストマスクで覆い、当該レジストマ
スクに覆われていない半導体層101をエッチングすることによって、島状に形成される
。島状の半導体層103を形成した後、レジストマスクは除去する。
The
半導体層101をエッチングして、島状の半導体層103を形成する方法は、ドライエ
ッチングやウェットエッチングを用いることができる。ドライエッチングを行う場合、エ
ッチングガスは下地絶縁層とのエッチング選択比が十分取れるものを用いる。つまり、こ
こでは絶縁層104に対するエッチングレートが低く、半導体層101に対するエッチン
グレートが高いものを用いればよい。エッチングガスとしては、例えばCl2、BCl3
、若しくはSiCl4等の塩素系ガス、CF4、NF3、若しくはSF6等のフッ素系ガ
ス、又はHBrガスを用いることができる。さらにHe、Ar、Xeなどの不活性ガスを
適宜加えてもよい。また、フッ素系ガスに適宜O2ガスを加えてもよい。
As a method for forming the island-shaped
Alternatively, a chlorine-based gas such as SiCl 4 , a fluorine-based gas such as CF 4 , NF 3 , or SF 6 , or an HBr gas can be used. Further, an inert gas such as He, Ar, or Xe may be added as appropriate. It may also be appropriately added O 2 gas to the fluorine-based gas.
なお、半導体層103は、端部が垂直に近いテーパ形状となるように形成してもよいし
、緩やかなテーパ形状となるように形成してもよい。例えば、テーパ角が45°以上95
°未満、好ましくは60°以上95°未満となるような形状としてもよいし、テーパ角が
45°未満の緩やかな形状としてもよい。半導体層103の端部の形状は、エッチング条
件等を変化させることにより、適宜選択することができる。
Note that the
The shape may be less than 0 °, preferably 60 ° or more and less than 95 °, or may have a gentle shape with a taper angle of less than 45 °. The shape of the end portion of the
次に、半導体層103が埋め込まれるように絶縁層を形成し、当該絶縁層を垂直方向を
主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、半導体層103の端部の側
面と接する側面絶縁層112を形成する(図2(C)、図4(B)、図6(A)参照)。
Next, an insulating layer is formed so as to be embedded in the
側面絶縁層112は、CVD法やスパッタリング法により、酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、SiOF、SiOC、DLC、ポーラスシリ
カ等の材料を用いて絶縁層を形成した後、当該絶縁層を選択的にエッチングして形成する
。このとき、半導体層が埋め込まれるように形成する絶縁層は、少なくとも島状の半導体
層103を十分に被覆できる膜厚で形成する。具体的には、半導体層103の1.5倍乃
至3倍の膜厚で形成するのが好ましい。
The
また、側面絶縁層112を形成するためのエッチングは、垂直方向を主体とした異方性
エッチングを行うことが好ましい。例えば、反応性イオンエッチング(RIE:Reac
tive Ion Etching)等のドライエッチングを利用することができる。な
お、反応性イオンエッチングは、プラズマ発生法により、平行平板方式、マグネトロン方
式、2周波方式、ECR方式、ヘリコン方式、ICP方式などに分類される。このとき用
いるエッチングガスは、側面絶縁層112を形成する絶縁層と半導体層103とのエッチ
ング選択比が十分取れるものを用いる。エッチングガスとしては、例えば、CHF3、C
F4、C4F8、C2F6等のフッ素系のガスを用いることができる。さらに、フッ素系
ガスにヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、キセノン(Xe)などの不活性ガス、又は
O2ガス、H2ガスを適宜加えてもよい。
In addition, the etching for forming the
Dry etching such as “live ion etching” can be used. Reactive ion etching is classified into a parallel plate method, a magnetron method, a two-frequency method, an ECR method, a helicon method, an ICP method, etc., depending on the plasma generation method. As an etching gas used at this time, a gas having a sufficient etching selection ratio between the insulating layer forming the
A fluorine-based gas such as F 4 , C 4 F 8 , or C 2 F 6 can be used. Further, an inert gas such as helium (He), argon (Ar), or xenon (Xe), or O 2 gas or H 2 gas may be added to the fluorine-based gas as appropriate.
側面絶縁層112の形状は、薄膜を形成する材料、エッチング条件等を適宜選択するこ
とにより変更することができる。本実施の形態では、側面絶縁層112は、半導体層10
3の側面と接しない面を湾曲状に形成している。具体的には、任意の曲率を有し、接する
半導体層103の側面に対して凸形状に湾曲するように形成している。側面絶縁層112
の形状は特に限定されないが、丸みを帯びた形状とするのが好ましい。また、下方(絶縁
層104と接する方)の膜厚が大きくなるような形状とするのが好ましい。側面絶縁層1
12の半導体層103と接しない面を緩やかな形状とすると、上層に積層される層(ここ
では絶縁層114)の被覆性を良好にすることができる。なお、エッチング条件は、エッ
チングガスの種類、各ガスの流量比の他、基板を載置した電極に印加される電力量、基板
が載置した電極の電極温度、チャンバー内圧力等を示す。
The shape of the
The surface which does not contact 3 side surfaces is formed in a curved shape. Specifically, it has an arbitrary curvature and is curved so as to be convex with respect to the side surface of the
The shape of is not particularly limited, but is preferably rounded. In addition, it is preferable to have a shape in which the thickness of the lower portion (in contact with the insulating layer 104) is increased.
When the surface of the twelve
次に、半導体層103を選択的にエッチングして、異なる膜厚の領域を有する半導体層
105を形成する(図2(D)、図4(C)、図6(C)参照)。
Next, the
半導体層105は、半導体層103を選択的にエッチングする。具体的には、半導体層
103を選択的にレジストマスク132で覆い、当該レジストマスク132に覆われてい
ない領域を、所望の膜厚の半導体層が残存するようにエッチングして、異なる膜厚の領域
を有する半導体層105を形成する。レジストマスク132に覆われた領域は、レジスト
マスク132で覆われなかった領域と比較して膜厚が大きい領域となる。半導体層103
のエッチングは、半導体層103においてレジストマスク132が形成された側から絶縁
層104と接する面側へ、垂直方向を主体とした方向で行われるのが好ましい。エッチン
グ条件は、レジストマスク132に覆われていない領域で所望の膜厚の半導体層が残存す
るように適宜制御すればよい。エッチング後、形成された半導体層105は凹凸を有する
。半導体層105において、凸部は後にソース領域又はドレイン領域として機能する不純
物領域が形成され、且つソース電極又はドレイン電極として機能する導電層と接する領域
となる。所望の形状の半導体層105を形成した後、レジストマスク132は除去する。
The
This etching is preferably performed in a direction mainly composed of a vertical direction from the side where the resist
半導体層103を選択的にエッチングする方法は、ドライエッチングやウェットエッチ
ングを用いることができる。例えば、ドライエッチングを行う場合、エッチングガスとし
ては、Cl2、BCl3、若しくはSiCl4等の塩素系ガス、CF4、NF3、若しく
はSF6等のフッ素系ガス、又はHBrガスを用いることができる。さらにHe、Ar、
Xeなどの不活性ガスを適宜加えてもよい。また、フッ素系ガスに適宜O2ガスを加えて
もよい。また、レジストマスク132で覆われていない半導体層103を部分的に変質さ
せて、該変質した領域を選択的にエッチングすることもできる。半導体層の変質とは、例
えば半導体層の酸化処理、窒化処理等を示し、エッチングしたい領域を所望の処理をして
変質させればよい。
As a method for selectively etching the
An inert gas such as Xe may be added as appropriate. It may also be appropriately added O 2 gas to the fluorine-based gas. Alternatively, the
半導体層105の膜厚は、非晶質半導体層の結晶化可能な膜厚範囲とし、具体的には3
0nm乃至200nm(但し30nmは除く)程度とする。好ましくはチャネル形成領域
106を膜厚30nm乃至150nm(但し30nmは除く)程度、より好ましくは50
nm乃至70nm程度とし、導電層122を接続させる領域をチャネル形成領域106よ
りも厚くする。例えば、導電層122を接続させる領域を、膜厚40nm乃至200nm
程度、より好ましくは80nm乃至100nm程度とする。本実施の形態では、レジスト
マスク132で覆われた領域(凸部)を膜厚100nmとし、レジストマスク132で覆
われなかった領域(凹部)を膜厚50nmとする。
The thickness of the
It is set to about 0 nm to 200 nm (excluding 30 nm). The
The region to which the
About 80 nm to 100 nm. In this embodiment mode, a region (convex portion) covered with the resist
なお、半導体層103を選択的にエッチングする際、レジストマスク132に覆われて
いない領域の側面絶縁層112もほぼ同じ高さになるようにエッチングするのが好ましい
。これは、半導体層103及び側面絶縁層112のエッチングレートが略同じになるよう
なエッチング条件、つまりエッチングの選択比を1に近い条件とすればよい。これは、例
えば、フッ素系のエッチングガスにO2ガスを適宜加えていくことで可能である。また、
フッ素系のガスにO2ガスを加えたエッチングガスに換えてHBrガス、又はHBrとC
l2との混合ガスを用いてもよい。このとき、エッチングガスにHeやArなどの不活性
ガスを加えてもよい。
Note that when the
HBr gas, or HBr and C instead of an etching gas in which O 2 gas is added to a fluorine-based gas
A mixed gas with l 2 may be used. At this time, an inert gas such as He or Ar may be added to the etching gas.
次に、半導体層105及び側面絶縁層112上に絶縁層114を形成する(図2(E)
参照)。
Next, the insulating
reference).
絶縁層114は、CVD法、スパッタリング法、ALD法等により、酸化シリコン、窒
化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム等の材料を用いて
、単層構造又は積層構造で形成する。絶縁層114の膜厚は1nm乃至50nm、好まし
くは1nm乃至20nm、より好ましくは1nm乃至10nmの範囲で形成する。本実施
の形態では、絶縁層114として酸化窒化シリコン層を膜厚10nmで形成する。
The insulating
また、絶縁層114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こと
もできる。例えば、半導体層105及び側面絶縁層112を、プラズマ処理により酸化又
は窒化して、絶縁層114を形成することができる。半導体層105を、プラズマ処理に
より酸化又は窒化することで、緻密で絶縁耐圧が高く信頼性に優れる絶縁層114を形成
することができる。
The insulating
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)等の高周波で励起され、電子密度が1×1011cm−3以上1×1
013cm−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し
て行うことが好ましい。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、緻密な絶縁層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, an electron density of 1 × 10 11 cm −3 or more and 1 × 1 is excited at a high frequency such as microwaves (typically 2.45 GHz).
It is preferable to perform using plasma with an electron temperature of 0 13 cm −3 or less and 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 layer is formed at a temperature of 500 ° C. or lower and a practical reaction rate is obtained.
プラズマ処理により、半導体層105及び側面絶縁層112の表面を酸化する場合には
、酸素を含む雰囲気下(例えば、酸素(O2)、オゾン(O3)、亜酸化窒素(N2O)
、一酸化窒素(NO)若しくは二酸化窒素(NO2)、及び希ガス(ヘリウム(He)、
ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)の少なくと
も1つを含む)を含む雰囲気下、又は酸素(O2)、オゾン(O3)、亜酸化窒素(N2
O)、一酸化窒素(NO)若しくは二酸化窒素(NO2)と、水素(H2)と、希ガスと
、を含む雰囲気下)で行う。また、プラズマ処理により半導体層105及び側面絶縁層1
12の表面を窒化をする場合には、窒素を含む雰囲気下(例えば、窒素(N2)と希ガス
(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)を含む雰囲気下、窒素と水素
と希ガスを含む雰囲気下、又はNH3と希ガスを含む雰囲気下)でプラズマ処理を行う。
希ガスとしては、例えばArを用いることが好ましい。また、ArとKrを混合したガス
を用いてもよい。
In the case where the surfaces of the
, Nitrogen monoxide (NO) or nitrogen dioxide (NO 2 ), and noble gases (helium (He),
In an atmosphere containing at least one of neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe), or oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), nitrous oxide (N 2
O), nitrogen monoxide (NO) or nitrogen dioxide (NO 2 ), hydrogen (H 2 ), and an atmosphere containing a rare gas. Further, the
When nitriding the surface of 12, nitrogen is contained in an atmosphere containing nitrogen (for example, nitrogen (N 2 ) and a rare gas (containing at least one of He, Ne, Ar, Kr, and Xe)). And an atmosphere containing hydrogen and a rare gas, or an atmosphere containing NH 3 and a rare gas).
For example, Ar is preferably used as the rare gas. A gas in which Ar and Kr are mixed may be used.
ここで、プラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置1080の構成例を図14に示す
。当該プラズマ処理装置1080は、支持台1088と、ガスを供給するためのガス供給
部1084、ガスを排気するために真空ポンプに接続する排気口1086、アンテナ10
98、誘電体板1082、プラズマ発生用の高周波を入力する高周波供給部1092を有
している。被処理体1010は、支持台1088によって保持される。また、支持台10
88に温度制御部1090を設けることによって、被処理体1010の温度を制御するこ
とも可能である。被処理体1010は、プラズマ処理をする基体であり、本実施の形態で
は基板102上に絶縁層104、島状の半導体層105及びその側面と接する側面絶縁層
112を順に積層形成したものに相当する。
Here, FIG. 14 shows a configuration example of a
98, a
It is possible to control the temperature of the object to be processed 1010 by providing the
以下、図14に示すプラズマ処理装置1080を用いて半導体層表面に絶縁層を形成す
る具体例を述べる。なお、プラズマ処理とは、基板、半導体層、絶縁層、導電層に対する
酸化処理、窒化処理、酸化窒化処理、水素化処理、表面改質処理を範疇に含んでいる。こ
れらの処理は、その目的に応じて、ガス供給部1084から供給するガスを選択すれば良
い。
Hereinafter, a specific example in which an insulating layer is formed on the surface of a semiconductor layer using the
まず、図14に示すプラズマ処理装置1080の処理室内を真空にする。そして、ガス
供給部1084から希ガス、酸素又は窒素を含むガスを供給する。被処理体1010は室
温、若しくは温度制御部1090により100℃以上550℃以下の範囲で加熱する。被
処理体1010と誘電体板1082との間隔(以下、電極間隔ともいう)は、20mm以
上200mm以下(好ましくは20nm以上60mm以下)程度である。
First, the processing chamber of the
次に、高周波供給部1092からアンテナ1098に高周波を入力する。ここでは、高
周波としてマイクロ波(周波数2.45GHz)を入力する。そしてマイクロ波をアンテ
ナ1098から誘電体板1082を通して処理室内に入力することによって、プラズマ1
094を生成し、当該プラズマ1094によって酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合
もある)又は窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)を生成する。このとき、プ
ラズマ1094は、供給されたガスによって生成される。
Next, a high frequency is input from the high
094 is generated, and oxygen radicals (which may include OH radicals) or nitrogen radicals (which may include NH radicals) are generated by the
マイクロ波等の高周波の入力によりプラズマ1094を生成すると、低電子温度(3e
V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。具体的には、電子温度が0.5eV以上1.5eV以下、
且つ電子密度が1×1011cm−3以上1×1013cm以下のプラズマ生成すること
が好ましい。なお、本明細書では、マイクロ波の入力により生成された低電子温度で高電
子密度のプラズマを高密度プラズマともいう。また、高密度プラズマを利用してプラズマ
処理を行うことを高密度プラズマ処理ともいう。
When
Plasma with high electron density (1 × 10 11 cm −3 or more) can be generated at V or lower, preferably 1.5 eV or lower. Specifically, the electron temperature is 0.5 eV or more and 1.5 eV or less,
In addition, it is preferable to generate plasma with an electron density of 1 × 10 11 cm −3 or more and 1 × 10 13 cm or less. Note that in this specification, plasma having a low electron temperature and a high electron density generated by input of microwaves is also referred to as high-density plasma. In addition, performing plasma processing using high-density plasma is also referred to as high-density plasma processing.
プラズマ1094により生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)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、被処理体1010に形成さ
れた半導体層の表面が酸化又は窒化されて絶縁層が形成される。このとき、供給するガス
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。なお。供給ガスに希ガスを用いる場合、形成され
た絶縁層に希ガスが含まれる場合がある。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、窒化を行うこと
ができる。
The surface of the semiconductor layer formed on the object to be processed 1010 is oxidized or nitrided by oxygen radicals (which may include OH radicals) or nitrogen radicals (which may also include NH radicals) generated by the
図14に示す装置を用いた高密度プラズマ処理により形成される好適な絶縁層114の
一例は、酸素を含む雰囲気下のプラズマ処理により半導体層105の一表面上に3nm乃
至6nmの厚さで酸化シリコン層を形成し、その後窒素を含む雰囲気下でその酸化シリコ
ン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(窒化シリコン層)を形成する
。具体的には、まず、酸素を含む雰囲気下でのプラズマ処理により半導体層105の一表
面上に3nm乃至6nmの厚さで酸化シリコン層を形成する。その後、続けて窒素を含む
雰囲気下でプラズマ処理を行うことにより酸化シリコン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、酸化シリコン層の表面から概
略0.5nm乃至1.5nmの範囲の深さをいう。例えば、窒素を含む雰囲気下でプラズ
マ処理を行うことによって、酸化シリコン層の表面から垂直方向に概略1nmの深さに窒
素を20原子%乃至50原子%の割合で含有した構造となる。また、高密度プラズマ処理
により絶縁層114の表面も酸化又は窒化することができる。
An example of a suitable insulating
例えば、半導体層105としてシリコン層を形成し、該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。
For example, a dense oxide layer without distortion at the interface can be formed by forming a silicon layer as the
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105
0℃の範囲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、半導体
素子、特に薄膜トランジスタや不揮発性記憶素子のゲート絶縁膜として機能する絶縁層と
して信頼性の高い絶縁層を形成することができる。
In any case, even if a glass substrate having a heat resistant temperature of 700 ° C. or lower is used by using a solid phase oxidation treatment or a solid phase nitridation treatment by plasma treatment as described above, a temperature range from 950 ° C. to 105 ° C.
An insulating layer equivalent to the thermal oxide film formed in the range of 0 ° C. can be obtained. That is, a highly reliable insulating layer can be formed as an insulating layer functioning as a gate insulating film of a semiconductor element, particularly a thin film transistor or a nonvolatile memory element.
また、絶縁層114を、高誘電率材料を用いて形成してもよい。絶縁層114に高誘電
率材料を用いることにより、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、高誘電率材料を用いて絶縁層を形成した後、プラズマ処理による固相
酸化により酸化シリコン層を積層形成しても良い。
Further, the insulating
以上で形成される絶縁層114は、ゲート絶縁層として機能する。また、本発明は、半
導体層の側面と接して側面絶縁層112を形成することで、半導体層の端部においてゲー
ト絶縁層の被覆性を良好にすることができる。また、半導体層を島状に加工する際のエッ
チングや様々な工程に付随するフッ酸(HF)等を用いた洗浄工程の影響により、半導体
層の端部下及びその付近の絶縁層(下地絶縁層)が除去される場合でも、半導体層を十分
に被覆することができる。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
因した半導体層とゲート電極の短絡、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
次に、絶縁層114を介して半導体層105上にゲート電極119として機能する導電
層116、導電層118を形成する(図3(A)、図4(D)、図6(D)参照)。ゲー
ト電極119は、半導体層105において選択的にエッチングされた領域上に形成する。
なお、半導体層105の選択的にエッチングされた領域には、後にチャネル形成領域10
6を形成する。ゲート電極119は、チャネル形成領域106上に、半導体層105を横
断するように形成される。
Next, the
Note that a channel formation region 10 is formed later in the selectively etched region of the
6 is formed. The
ゲート電極119を形成する導電層は、CVD法やスパッタリング法により、導電材料
を用いて基板全面に導電層を形成した後、当該導電層を選択的にエッチングして所望の形
状に加工する。導電材料としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(T
i)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、又は
ニオブ(Nb)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を用
いることができる。また、リン等の一導電型を付与する不純物元素が添加された多結晶シ
リコンに代表される半導体材料を用いることもできる。ゲート電極119は、これらの導
電材料を用いて、単層構造又は積層構造で形成する。ゲート電極119を形成する導電層
は、膜厚50nm乃至1000nm、好ましくは100nm乃至800nm、より好まし
くは200nm乃至500nmの範囲で形成する。
The conductive layer for forming the
A metal element such as i), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), copper (Cu), or niobium (Nb), or an alloy material or a compound material containing the metal element can be used. Alternatively, a semiconductor material typified by polycrystalline silicon to which an impurity element imparting one conductivity type such as phosphorus is added can be used. The
本実施の形態では、ゲート電極119を形成する導電層116、118として、窒化タ
ンタル層、タングステン層の積層構造を形成する。また、上層の導電層118(タングス
テン層)と比較して下層の導電層116(窒化タンタル層)の幅が大きくなるように形成
する。なお、各層の導電層の幅は概略一致するようにしてもよいし、導電層の側面をテー
パ形状にしてもよい。また、ゲート電極の側面に接してサイドウォール絶縁層を形成して
もよい。
In this embodiment mode, a stacked structure of a tantalum nitride layer and a tungsten layer is formed as the
ゲート電極119は、半導体層105の選択的にエッチングされた領域に形成する。そ
のため、選択的にエッチングする領域は広い方がゲート電極を形成しやすい。
The
次に、半導体層105に対して一導電型を付与する不純物元素を第1の濃度で選択的に
添加し、一対の低濃度不純物領域107と、チャネル形成領域106を形成する(図3(
B)、図7(A)参照)。ここでは導電層118をマスクとして不純物元素を添加し、自
己整合的に一対の低濃度不純物領域107と、当該一対の低濃度不純物領域107の間に
位置するチャネル形成領域106を形成する。ここで形成される低濃度不純物領域107
の一部は、後にLDD領域を形成する。一導電型を付与する不純物元素としては、ボロン
(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)等のp型を付与する元素、リン(P)
、ヒ素(As)等のn型を付与する元素を用いることができる。本実施の形態では、不純
物元素としてn型を付与する元素であるリンをピーク濃度で約1×1018cm−3程度
となるように添加する。
Next, an impurity element imparting one conductivity type is selectively added to the
B), see FIG. Here, an impurity element is added using the
Part of this will later form an LDD region. As an impurity element imparting one conductivity type, an element imparting p-type, such as boron (B), aluminum (Al), or gallium (Ga), phosphorus (P)
An element imparting n-type, such as arsenic (As), can be used. In this embodiment mode, phosphorus which is an element imparting n-type conductivity as an impurity element is added so as to have a peak concentration of about 1 × 10 18 cm −3 .
次に、半導体層105に対して一導電型を付与する不純物元素を第2の濃度で選択的に
添加し、一対の高濃度不純物領域110と、一対の低濃度不純物領域108を形成する(
図3(C)、図7(B)参照)。ここでは、導電層116及び導電層118をマスクとし
て不純物元素を添加し、自己整合的に一対の高濃度不純物領域110と、一対の低濃度不
純物108を形成する。ここで形成される高濃度不純物領域110はソース領域又はドレ
イン領域として機能し、低濃度不純物領域108はLDD領域として機能する。一導電型
を付与する不純物元素は、前述の低濃度不純物領域107を形成する際に添加する元素と
同じ導電型の不純物元素を用いることができる。なお、第1の濃度と比較して、第2の濃
度を高くして不純物元素を添加する。よって、高濃度不純物領域110には、低濃度不純
物領域108と比較して高い濃度の不純物元素が添加される。本実施の形態では、不純物
元素としてn型を付与する元素であるリンをピーク濃度で約1×1021cm−3程度と
なるように添加する。
Next, an impurity element imparting one conductivity type is selectively added to the
(See FIG. 3C and FIG. 7B). Here, an impurity element is added using the
以上で、半導体層105にチャネル形成領域106、一対の低濃度不純物領域108、
一対の高濃度不純物領域110が形成される。一対の高濃度不純物領域110の間にチャ
ネル形成領域106が位置し、高濃度不純物領域110とチャネル形成領域106の間に
、それぞれ接して低濃度不純物領域108が形成されている。チャネル形成領域106は
、半導体層105において導電層118と重なる領域に形成される。低濃度不純物108
は、半導体層105において導電層116と重なる領域で、且つ導電層118と重ならな
い領域に形成される。高濃度不純物領域110は、半導体層105において導電層116
及び導電層118と重ならない領域に形成される(図3(C)、図7(B)参照)。
Thus, the
A pair of high
Is formed in a region of the
And in a region that does not overlap with the conductive layer 118 (see FIGS. 3C and 7B).
また、チャネル形成領域106に、トランジスタの閾値電圧を制御するための一導電型
を付与する不純物元素を添加してもよい。チャネル形成領域106に所定の濃度の不純物
元素を添加することで、強制的にトランジスタの閾値電圧をシフトさせ、所望の閾値電圧
とすることが可能である。一導電型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)、アル
ミニウム(Al)、ガリウム(Ga)等のp型を付与する元素、リン(P)、ヒ素(As
)等のn型を付与する元素を用いることができる。本実施の形態の場合は、p型を付与す
る元素を用いることができ、例えばボロンを約1×1016cm−3以上1×1018c
m−3以下の濃度で添加することができる。なお、チャネル形成領域106に対する不純
物元素の添加は、ゲート電極119を形成する前に行えばよい。
Further, an impurity element imparting one conductivity type for controlling the threshold voltage of the transistor may be added to the
An element imparting n-type, such as) can be used. In this embodiment, an element imparting p-type conductivity can be used. For example, boron is about 1 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 18 c.
It can be added at a concentration of m −3 or less. Note that the impurity element may be added to the
また、半導体層105に一導電型を付与する不純物元素を添加した後、熱処理を行って
添加した不純物元素を活性化することが好ましい。熱処理は、レーザビームの照射、又は
RTA若しくはファーネスアニール炉を用いて行うことができる。具体的には、400℃
乃至700℃、好ましくは500℃乃至650℃の温度範囲で行うとよい。また、熱処理
は窒素雰囲気下で行うことが好ましい。例えば、550℃4時間の加熱を行うことにより
、活性化を行うことができる。
In addition, after adding an impurity element imparting one conductivity type to the
It is good to carry out in the temperature range of thru | or 700 degreeC, Preferably it is 500 to 650 degreeC. The heat treatment is preferably performed in a nitrogen atmosphere. For example, activation can be performed by heating at 550 ° C. for 4 hours.
また、側面絶縁層112を形成する際、エッチング条件やそれぞれの薄膜を形成する材
料、膜厚等により、半導体層の一部が非晶質化する場合がある。この場合、熱処理を行う
ことにより、活性化とともに半導体層の再結晶化を行うことも可能である。
Further, when the
次に、基板102上に設けられた絶縁層や導電層等を覆うように絶縁層120を形成す
る。次に、絶縁層120を介して半導体層105に形成された高濃度不純物領域110と
電気的に接続される導電層122を形成する(図3(D)、図4(E)、図6(C)参照
)。導電層122は、ソース電極又はドレイン電極として機能する。また、導電層122
は、半導体層105においてチャネル形成領域106と比較して膜厚が大きい領域と接し
て電気的に接続されるように形成する。
Next, the insulating
The
絶縁層120は、CVD法、スパッタリング法、ALD法、塗布法、又はそれらの組み
合わせ法等により、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン
等の無機絶縁材料や、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む絶縁材料、
エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アク
リル等の有機絶縁材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料を用いて形成する。なお
、シロキサン材料とは、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、
フルオロ基を用いることもできる。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、絶縁層120は、CVD法やスパッタリング法、
ALD法等を用いて絶縁層を形成した後、当該絶縁層に酸素雰囲気下又は窒素雰囲気下で
高密度プラズマ処理を行ってもよい。なお、ここでは、ゲート電極119等の上層に単層
構造の絶縁層120を形成しているが、2層以上の積層構造としてもよい。絶縁層を積層
構造にする場合、下層の絶縁層(ゲート電極等と接する側)は無機絶縁材料を用いて形成
するのが好ましい。
The insulating
It is formed using an organic insulating material such as epoxy, polyimide, polyamide, polyvinylphenol, benzocyclobutene, acrylic, or a siloxane material such as a siloxane resin. Note that the siloxane material 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. As a substituent,
A fluoro group can also be used. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. The insulating
After an insulating layer is formed using an ALD method or the like, high density plasma treatment may be performed on the insulating layer in an oxygen atmosphere or a nitrogen atmosphere. Note that here, the single-
絶縁層120に、チャネル形成領域106と比較して膜厚が大きい領域に形成された高
濃度不純物領域110に達する開口を形成する。開口は、適宜ドライエッチングやウェッ
トエッチングを利用して形成する。そして、開口を介して高濃度不純物領域と電気的に接
続されるように、ソース電極又はドレイン電極を形成する導電層122を形成する。
An opening reaching the high-
ソース電極又はドレイン電極を形成する導電層122は、CVD法やスパッタリング法
により、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta
)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、
銀(Ag)、マンガン(Mn)又はネオジウム(Nd)から選ばれる金属元素、又は当該
金属元素を含む合金材料若しくは化合物材料を用いて、単層構造又は積層構造で形成する
。アルミニウムを含む合金材料としては、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを
含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素とシリコンの一方又は両
方とを含む合金材料があげられる。導電層122は、例えば、バリア層とアルミニウムシ
リコン(Al−Si)層とバリア層の積層構造、バリア層とアルミニウムシリコン(Al
−Si)層と窒化チタン(TiN)層とバリア層の積層構造を採用することができる。な
お、バリア層とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物から
なる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価である
ため、導電層122を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設
けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる
ため好ましい。
The
), Molybdenum (Mo), nickel (Ni), platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au),
A metal element selected from silver (Ag), manganese (Mn), and neodymium (Nd), or an alloy material or a compound material containing the metal element is used to form a single layer structure or a stacked structure. Examples of the alloy material containing aluminum include a material containing aluminum as a main component and nickel, or an alloy material containing aluminum as a main component and containing nickel and one or both of carbon and silicon. The
A stacked structure of a -Si) layer, a titanium nitride (TiN) layer, and a barrier layer can be employed. Note that the barrier layer corresponds to a thin film formed of titanium, a nitride of titanium, molybdenum, or a nitride of molybdenum. Aluminum and aluminum silicon are suitable materials for forming the
本実施の形態では、導電層122として、チタン層、窒化チタン層、アルミニウム層、
のチタン層の積層構造を形成する。
In this embodiment mode, the
A laminated structure of titanium layers is formed.
本発明において、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層は、島状の半導体
層においてチャネル形成領域よりも膜厚が大きい領域に接して形成される。このような構
成とすることで、チャネル形成領域を50nm程度の薄膜とする場合でも、導電層及び半
導体層を接続させるための開口を形成する際に、該開口近傍の半導体層が除去されてしま
うことを防止することができる。
In the present invention, the conductive layer functioning as a source electrode or a drain electrode is formed in contact with a region having a larger film thickness than the channel formation region in the island-shaped semiconductor layer. With such a structure, even when the channel formation region is a thin film of about 50 nm, the semiconductor layer in the vicinity of the opening is removed when the opening for connecting the conductive layer and the semiconductor layer is formed. This can be prevented.
以上により、本発明を適用した薄膜トランジスタ100を形成することができる。なお
、本実施の形態で示したトランジスタの構造は一例であり、図示した構造に限定されるも
のではない。
Through the above, a
例えば、上述した図5(A)で示す構造とすることができる。図5(A)に示す薄膜ト
ランジスタ150は、半導体層155に形成された高濃度不純物領域160において、導
電層122に直接接して電気的に接続される領域及びその近傍が、チャネル形成領域10
6よりも厚くなっている。ここで、半導体層155において側面絶縁層162が形成され
る側はチャネル形成領域106とほぼ同じ膜厚としている。以下に、半導体層155の作
製方法の一例を説明する。
For example, the structure shown in FIG. A
It is thicker than 6. Here, the side where the
基板102上に絶縁層104を介して形成された島状の半導体層103の側面と接して
側面絶縁層162を形成する(図5(B)参照)。
A
側面絶縁層162は、半導体層103と比較して、底面(絶縁層104と接する面)か
らの垂直方向の高さが低くなるように、エッチング条件を制御する。好ましくは、後に半
導体層103を選択的にエッチングした際に、エッチングされた領域の半導体層の底面か
らの垂直方向の高さと同程度になるようにする。例えば、半導体層103を選択的にエッ
チングして、当該エッチングした領域を膜厚50nmとする場合、側面絶縁層162の高
さもおよそ50nmとする。側面絶縁層162の材料や形成方法等は、上述の側面絶縁層
112と同様にすればよい。
The
次に、半導体層103を選択的にエッチングして異なる膜厚の領域を有する半導体層1
55を形成する(図5(C)参照)。
Next, the
55 is formed (see FIG. 5C).
半導体層155は、半導体層103を選択的にエッチングする。ここで、図5に示す半
導体層155と、上述の図1に示す半導体層105との違いは、OP断面図における側面
絶縁層と接する領域の半導体層の膜厚である。図1では、OP断面図における半導体層1
05の端部はエッチングされていないのに対し、図5(A)では、OP断面図における半
導体層の端部もエッチングされて側面絶縁層の高さがチャネル形成領域106と略一致す
る。
The
5A is not etched, whereas in FIG. 5A, the end of the semiconductor layer in the OP cross-sectional view is also etched so that the height of the side insulating layer substantially matches the
半導体層155は、半導体層103を選択的にレジストマスク164で覆い、当該レジ
ストマスク164に覆われていない半導体層103を選択的にエッチングする。レジスト
マスク164に覆われていない領域は、所望の膜厚の半導体層が残存するようにエッチン
グ条件を制御する。レジストマスク164に覆われた領域は、エッチングされた領域と比
較して膜厚が大きい領域となる。選択的にエッチングする方法は、上述の半導体層105
を形成する方法と同様である。エッチング後、形成された半導体層155は凹凸を有する
。凸部は、レジストマスク164に覆われエッチングされなかった領域であり、後に導電
層122と接する領域となる。所望の形状の半導体層155を形成した後、レジストマス
ク164は除去する。なお、半導体層155の膜厚は30nm乃至200nm(但し30
nmは除く)、好ましくは50nm乃至100nmの範囲とする。エッチングされた領域
の膜厚は30nm乃至150nm(但し30nmは除く)、好ましくは50nm乃至70
nm程度とする。
The
It is the same as the method of forming. After the etching, the formed
nm is excluded), preferably in the range of 50 nm to 100 nm. The thickness of the etched region is 30 nm to 150 nm (excluding 30 nm), preferably 50 nm to 70 nm.
It is about nm.
この後、半導体層155及び側面絶縁層162上に絶縁層114を形成する以降の工程
は、図1乃至図4等で説明したものと同様である。
Thereafter, the steps after the formation of the insulating
なお、図5(A)に示す薄膜トランジスタ150は、上記作製方法に限定されない。図
2(C)に示すように島状の半導体層103及びその側面と接する側面絶縁層112を形
成した後、半導体層103及び側面絶縁層112のエッチングレートが略同じになるよう
なエッチング条件で半導体層103及び側面絶縁層112を選択的にエッチングすること
で、図5(C)に示す半導体層155を形成することも可能である。例えば、フッ素系の
ガスに適宜O2ガスを加えたエッチングガスを用いることで、半導体層及び側面絶縁層を
選択比1に近い条件でエッチングすることができる。
Note that the
本発明を適用して作製した半導体装置は、導電層及び半導体層の接続に起因する不良を
防止することができる。また、半導体層の端部に起因する不良を低減させることができる
。よって、半導体装置を歩留まり良く製造することができる。また、信頼性の高い半導体
装置を作製することができる。
A semiconductor device manufactured by applying the present invention can prevent a defect due to connection between a conductive layer and a semiconductor layer. In addition, defects due to the end portion of the semiconductor layer can be reduced. Therefore, the semiconductor device can be manufactured with high yield. In addition, a highly reliable semiconductor device can be manufactured.
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と、適宜組み合わせることがで
きる。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる構成の半導体装置の例について、図面を用
いて説明する。なお、上記実施の形態1と重複する構成は、簡略化及び一部省略して説明
する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a semiconductor device having a structure different from that in the above embodiment is described with reference to drawings. Note that the description of the same structure as that of the first embodiment is simplified and partly omitted.
図8に、本実施の形態に係る半導体装置の主要な構成を説明するための上面図及び断面
図を示す。図8は、特に薄膜トランジスタの構成を示しており、図8(A)は上面図、図
8(B)は図8(A)における破線OP間の断面図、図8(C)は図8(A)における破
線QR間の断面図を示している。なお、図8(A)は、一部薄膜等を省略している。
FIG. 8 shows a top view and a cross-sectional view for explaining the main structure of the semiconductor device according to this embodiment. 8A and 8B each illustrate a structure of a thin film transistor, in which FIG. 8A is a top view, FIG. 8B is a cross-sectional view between broken lines OP in FIG. 8A, and FIG. A sectional view between broken lines QR in A) is shown. Note that in FIG. 8A, some thin films and the like are omitted.
図8に示す半導体装置は、基板202上に絶縁層204を介して設けられた薄膜トラン
ジスタ200を有している。薄膜トランジスタ200は、島状に設けられた島状の半導体
層205と、当該半導体層205の側面と接して設けられた側面絶縁層212と、半導体
層205の一表面上に設けられた絶縁層214と、当該絶縁層214を介して半導体層2
05上に設けられた導電層216及び導電層218と、導電層216及び導電層218の
側面と接して設けられたサイドウォール絶縁層226と、半導体層205上に絶縁層22
0を介して設けられたソース電極又はドレイン電極を形成する導電層222と、を有して
いる。導電層222は、絶縁層220を介して半導体層205と電気的に接続されている
。
The semiconductor device illustrated in FIG. 8 includes a
The
And a
ゲート電極219は、上記実施の形態1のゲート電極119と同様に、導電層216、
導電層218の積層構造で形成されている。また、本実施の形態ではゲート電極219の
側面と接してサイドウォール絶縁層226を形成している。なお、本実施の形態のゲート
電極は特に限定されない。例えば、単層構造でもよいし、3層以上の積層構造としてもよ
い。また、ゲート電極として形成される導電層の側面をテーパ形状にしてもよいし、2層
以上の導電層の積層構造として各層でテーパ角度が異なるようにしてもよい。また、導電
層の積層構造でゲート電極を形成する場合、各層の幅(キャリアがチャネル形成領域を流
れる方向(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向)に平行な方向の長さ)が概略一致する
ように形成してもよいし、上層と比較して下層の導電層の幅が大きくなるように形成して
もよい。なお、ゲート電極の構成にかかわらず、該ゲート電極の側面と接するサイドウォ
ール絶縁層は形成するものとする。
As with the
The
島状に設けられた半導体層205は、チャネル形成領域206と、LDD領域として機
能する一対の低濃度不純物領域208と、ソース領域又はドレイン領域として機能する一
対の高濃度不純物領域211と、高濃度不純物領域211上に接するシリサイド領域22
4を有する。なお、シリサイド領域224は、高濃度不純物領域の一部に形成されている
ともいえる。
The
4. It can be said that the
また、半導体層205は異なる膜厚の領域を有する。具体的には、半導体層205にお
いて、導電層222と接続される領域は、チャネル形成領域206と比較して厚くなって
いる。このようにすることで、導電層222を形成するための開口を形成する際に、該開
口近傍の半導体層まで除去されてしまうことを防止することができる。なお、半導体層2
05においてソース電極又はドレイン電極として機能する導電層222を接続させる領域
は、シリサイド領域224及び高濃度不純物領域211の一部である。なお、上述したよ
うに、シリサイド領域は高濃度不純物領域の一部ともいえる。よって、高濃度不純物領域
が、チャネル形成領域よりも厚い領域を有している。
Further, the
In 05, a region to which the
半導体層205の膜厚は非晶質半導体層の結晶化可能な範囲とし、具体的には30nm
乃至200nm(但し30nmは除く)、好ましくは50nm乃至100nmとする。好
ましくはチャネル形成領域206を膜厚30nm乃至150nm(但し30nmは除く)
程度、より好ましくは50nm乃至70nm程度とし、導電層222を接続させる領域を
チャネル形成領域206よりも厚くする。例えば、導電層222を接続させる領域を、膜
厚40nm乃至200nm程度、好ましくは80nm乃至100nm程度とする。また、
半導体層205の端部は、実施の形態1の半導体層105と同様、テーパ形状とすること
ができる。
The film thickness of the
To 200 nm (excluding 30 nm), preferably 50 nm to 100 nm. Preferably, the
The region where the
The end portion of the
シリサイド領域224は、少なくともその一部が、半導体層205においてチャネル形
成領域よりも膜厚が大きい領域に形成される。また、シリサイド領域224は、半導体層
205において高濃度不純物領域211上に接する領域で、且つ半導体層205、並びに
サイドウォール絶縁層226及びゲート電極219が重ならない領域に形成されている。
なお、ゲート絶縁層として機能する絶縁層214は、半導体層205と、サイドウォール
絶縁層226及びゲート電極219が重なる領域のみに形成されている。また、ソース電
極又はドレイン電極として機能する導電層222はシリサイド領域224に接し、当該シ
リサイド領域224を間に介して高濃度不純物領域211と電気的に接続されている。半
導体層205において、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層222及び高
濃度不純物領域211を電気的に接続させる際に、シリサイド領域224を間に介する構
造とすることで、コンタクト抵抗(半導体層及び導電層の接触抵抗)を低減することがで
きる。素子を微細化していくにつれコンタクト抵抗増大の問題は顕著になるため、シリサ
イド領域224を形成してコンタクト抵抗増加を抑えることは非常に効果的である。この
ようにコンタクト抵抗の低減を図ることで、完成する半導体装置の信号遅延防止や低消費
電力化が可能になる。また、シリサイド領域を形成することで、ソース領域又はドレイン
領域として機能する不純物領域の低抵抗化を図ることができる。よって、オン電流の低下
を抑えることができ、半導体装置の動作特性の劣化を防止することができる。
At least a part of the
Note that the insulating
チャネル形成領域206は一対の高濃度不純物領域211の間に位置しており、低濃度
不純物領域208はチャネル形成領域206と高濃度不純物領域211の間にそれぞれ位
置している。つまり、チャネル形成領域206は、一対の高濃度不純物領域211の間及
び一対の低濃度不純物領域208の間に位置しており、且つ一対の低濃度不純物領域20
8に接している。なお、高濃度不純物領域211は、低濃度不純物領域208と比較して
、同じ導電型の不純物元素が高い濃度で添加されている。半導体層205に低濃度不純物
領域208を設けることで、ホットキャリアの発生を抑制することができる。また、チャ
ネル形成領域206に、トランジスタの閾値電圧を制御するための一導電型を付与する不
純物元素が添加されていてもよい。
The
8 is in contact. Note that the impurity element of the same conductivity type is added to the high
高濃度不純物領域211は、シリサイド領域224を間に介してソース電極又はドレイ
ン電極として機能する導電層222と電気的に接続されている。このとき、高濃度不純物
領域211及びシリサイド領域224の積層構造の一部をチャネル形成領域206よりも
厚く形成し、該厚く形成された領域のシリサイド領域224と接続されるように導電層2
22を形成する。このようにすることで、絶縁層220に導電層222を形成するための
開口を形成する際に、形成する開口近傍の半導体層(高濃度不純物領域)まで除去され消
失してしまい、歩留まりが低下するのを防止することができる。なお、高濃度不純物領域
211及びシリサイド領域224の積層構造全体を、チャネル形成領域206より厚く形
成しても構わない。
The high
22 is formed. Thus, when an opening for forming the
なお、図10(A)に示すように、高濃度不純物領域260及びその上層にシリサイド
領域274が形成された半導体層255において、導電層222に接する領域以外で、側
面絶縁層262が形成される側をチャネル形成領域206と略同じ膜厚としてもよい。
As shown in FIG. 10A, in the
チャネル形成領域206は、半導体層205において該半導体層205及びゲート電極
219を形成する導電層218が重なる領域に形成されている。つまり、ゲート電極21
9は半導体層205を横断するように、且つチャネル形成領域206上に設けられている
。
The
9 is provided on the
低濃度不純物領域208は、半導体層205において該半導体層205及び導電層21
6が重なる領域に形成されている。高濃度不純物領域210は、少なくともその一部が、
半導体層205においてチャネル形成領域206よりも厚い領域に形成される。また、高
濃度不純物領域210は、半導体層205において該半導体層205、並びに導電層21
6及び導電層218が重ならない領域に形成されている。
The low-
6 is formed in the overlapping region. At least a part of the high
The
6 and the
なお、半導体層205にLDD領域を形成しなくともよい。LDD領域を形成しない場
合は、半導体層はソース領域又はドレイン領域として機能する一対の不純物領域の間に接
してチャネル形成領域を有する構成となればよい。このとき、図8に示すようにゲート電
極を積層構造とし、且つ下層の導電層の幅を大きくする場合は、上層の幅が小さい導電層
と略重なるようにチャネル形成領域を形成し、上層の導電層と略重ならない領域にソース
領域又はドレイン領域として機能する不純物領域を形成すればよい。ゲート電極を単層構
造、又は各層の幅が略一致する導電層の積層構造とする場合は、ゲート電極と略重なるよ
うにチャネル形成領域を形成し、ゲート電極と略重ならない領域にソース領域又はドレイ
ン領域として機能する不純物領域を形成すればよい。また、LDD領域は、ゲート電極と
重ならない領域に形成してもよいし、ゲート電極を形成する導電層と一部が重なり一部が
重ならない領域の半導体層に形成してもよい。
Note that an LDD region is not necessarily formed in the
島状に設けられた半導体層205の側面と接して側面絶縁層212が形成されている。
図8(A)、(C)に示されるように、半導体層205においてゲート電極219が横断
する領域(ゲート電極219が半導体層205端部を乗り越える領域)では、半導体層2
05及びその側面と接して形成された側面絶縁層212上にゲート絶縁層として機能する
絶縁層214が形成されている。よって、半導体層205の端部、特に半導体層205端
部とゲート電極219が重畳する領域(ゲート電極219が半導体層205端部を乗り越
える領域)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。その結果、完成する
半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。
A
As shown in FIGS. 8A and 8C, in the region where the
An insulating
ここでは側面絶縁層212は、半導体層205の側面と接しない面を湾曲状に形成して
いる。
Here, the
また、側面絶縁層212は、図8(A)に示されるように半導体層205の周囲を囲う
ように形成してもよいし、ゲート電極を形成する導電層と半導体層端部とが重畳する領域
のみに形成してもよい。
Further, the
次に、図8で示した半導体装置の作製方法の一例に関して、図面を用いて以下に説明す
る。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 8 is described below with reference to the drawings.
基板202上に絶縁層204を介して、島状の半導体層を形成した後、該半導体層の側
面と接して側面絶縁層212を形成する。次に、島状の半導体層を選択的にエッチングし
て、異なる膜厚の領域を有する半導体層205を形成する。次に、半導体層205及び側
面絶縁層212上に絶縁層214を形成した後、絶縁層214を介して半導体層205上
にゲート電極219として機能する導電層216、218を形成する。次に、導電層21
8をマスクとした第1の濃度の一導電型を付与する不純物元素を添加した後、導電層21
6及び導電層218をマスクとした第2の濃度の不純物元素の添加を行って、自己整合的
に一対の高濃度不純物領域210と、一対の低濃度不純物領域208と、チャネル形成領
域206を形成する。ここで、第1の濃度の不純物元素及び第2の濃度の不純物元素は、
同じ導電型の不純物元素を添加し、例えばp型を付与する不純物元素であるボロン(B)
、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、n型を付与する不純物元素であるリン(P
)、ヒ素(As)等を添加することができる。また、第1の濃度と比較して、第2の濃度
を高くする(図9(A)参照)。ゲート電極219を形成した後、半導体層にチャネル形
成領域206、低濃度不純物領域208、高濃度不純物領域210を形成するまでは、上
記実施の形態1で示した基板102、絶縁層104、半導体層105、側面絶縁層112
、絶縁層114、導電層116、及び導電層118等の説明に準じるため、省略する。
After an island-shaped semiconductor layer is formed over the
After adding an impurity element imparting one conductivity type of the first concentration using 8 as a mask, the conductive layer 21
6 and the
Boron (B), which is an impurity element imparting p-type, for example, by adding an impurity element of the same conductivity type
, Aluminum (Al), gallium (Ga), phosphorus which is an impurity element imparting n-type (P
), Arsenic (As), or the like can be added. In addition, the second concentration is set higher than the first concentration (see FIG. 9A). After the
In order to comply with the description of the insulating
なお、図9(A)において、チャネル形成領域206にトランジスタの閾値電圧を制御
するための一導電型を付与する不純物元素を添加してもよい。チャネル形成領域206に
対する不純物元素の添加は、ゲート電極219を形成する前に行えばよい。
Note that in FIG. 9A, an impurity element imparting one conductivity type for controlling the threshold voltage of the transistor may be added to the
また、一導電型を付与する不純物元素を添加した後、熱処理を行って添加した不純物元
素を活性化してもよい。熱処理は、レーザビームの照射、又はRTA若しくはファーネス
アニール炉を用いて行うことができ、400℃乃至700℃、好ましくは500℃乃至6
50℃の温度範囲で行えばよい。また、熱処理は窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
Further, after the impurity element imparting one conductivity type is added, the added impurity element may be activated by heat treatment. The heat treatment can be performed using laser beam irradiation, an RTA or a furnace annealing furnace, and is 400 ° C. to 700 ° C., preferably 500 ° C. to 6 ° C.
What is necessary is just to perform in the temperature range of 50 degreeC. The heat treatment is preferably performed in a nitrogen atmosphere.
次に、導電層216及び導電層218の側面と接するサイドウォール絶縁層226を形
成する(図9(B)参照)。
Next, the
サイドウォール絶縁層226は、導電層216及び導電層218が埋め込まれるように
絶縁層を形成し、当該絶縁層を垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエ
ッチングして形成する。具体的には、CVD法やスパッタリング法により、酸化シリコン
、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の無機材料、有機樹脂などの有
機材料を用いて単層構造又は積層構造の絶縁層を形成し、当該絶縁層を選択的にエッチン
グして形成することができる。サイドウォール絶縁層226は、後にシリサイド領域を形
成する際のシリサイド用マスクとして用いる。また、ここでは、サイドウォール絶縁層2
26は、導電層216、218の側面と接しない面を湾曲状に形成している。なお、サイ
ドウォール絶縁層226は、ゲート電極219を形成する導電層216及び導電層218
の側面を完全に覆うように形成する。
The
26 has a curved surface that does not contact the side surfaces of the
It is formed so as to completely cover the side surface.
また、サイドウォール絶縁層226を形成する際のエッチングにより下層の絶縁層21
4もエッチングして、半導体層205の一部を選択的に露出させる。具体的にはサイドウ
ォール絶縁層226と重ならない領域の高濃度不純物領域210を露出させる。なお、エ
ッチング条件によっては高濃度不純物領域210上層もエッチングされて膜厚が減少する
(膜減りといわれる)ことがある。
Further, the lower insulating layer 21 is etched by etching when the
4 is also etched to selectively expose part of the
次に、露出させた半導体層205上に金属層223を形成する(図9(C)参照)。
Next, a
金属層223は、少なくとも露出させた半導体層205上に形成する。つまり、半導体
層205においてサイドウォール絶縁層226と重ならない領域に形成する。ここでは、
金属層223を基板全面に形成する。金属層223は、半導体層と反応してシリサイドを
形成する材料を用いて形成する。例えば、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、コバルト
(Co)、又は白金(Pt)等の金属元素、又は当該金属元素を含む合金材料を用いるこ
とができる。金属層223は、これらの材料を用いてスパッタリング法、蒸着法、めっき
法等により形成する。金属層223の膜厚は、形成したいシリサイド領域の膜厚により適
宜選択する必要がある。本実施の形態では、金属層223として、膜厚10nmのニッケ
ル層を形成する。なお、金属層223を形成する際に、露出させた半導体層205上に自
然酸化膜が形成されている場合は、自然酸化膜を除去してから金属層223を形成する。
The
A
次に、半導体層205の一部にシリサイド領域224を形成する(図9(C)参照)。
Next, a
シリサイド領域224は、熱処理を行うことにより、半導体層205及び金属層223
が接する領域が反応して形成される。また、シリサイド領域224は、金属層223が接
する領域の半導体層205の一部がシリサイド化して形成される。このとき、半導体層2
05に形成された高濃度不純物領域210は、その一部がシリサイド化されて領域が減少
されて高濃度不純物領域211となる。なお、高濃度不純物領域の一部にシリサイド領域
が形成されるともいえる。例えば、金属層223としてニッケルを形成した場合はシリサ
イド領域224としてニッケルシリサイドが形成される。同様に、金属層223としてチ
タン、コバルト、又は白金を形成した場合は、それぞれシリサイド領域224としてチタ
ンシリサイド、コバルトシリサイド、白金シリサイドが形成される。
The
A region in contact with is formed by reaction. In addition, the
A part of the high-
熱処理は、RTA又はファーネスアニール炉を用いて行うことができる。具体的には、
300℃乃至700℃の温度範囲で、10秒乃至1時間、好ましくは20秒乃至30分の
範囲で行うとよい。本実施の形態では、550℃30秒の熱処理を行って、ニッケルシリ
サイドでなるシリサイド領域224を形成する。
The heat treatment can be performed using an RTA or a furnace annealing furnace. In particular,
The temperature may be from 300 ° C. to 700 ° C. for 10 seconds to 1 hour, preferably 20 seconds to 30 minutes. In this embodiment, a heat treatment at 550 ° C. for 30 seconds is performed to form a
図9(C)では、シリサイド領域224を、半導体層205においてチャネル形成領域
206が形成されている領域の膜厚未満となるように形成する。詳しくは、サイドウォー
ル絶縁層226と重ならない領域の半導体層205において、該領域における半導体層2
05の絶縁層204と接する側に高濃度不純物211が形成され、当該高濃度不純物21
1の上層に接してシリサイド領域224が形成される。
In FIG. 9C, the
A high-
A
なお、シリサイド領域224の形状、膜厚等は、反応させる金属層223の膜厚、熱処
理の温度、熱処理の時間等を適宜制御することにより、選択することができる。例えば、
図11(A)に示すように、サイドウォール絶縁層226と重ならない領域の半導体層3
05において、該領域における半導体層305の一部又は全体に、上面から下面までの全
体をシリサイド化したシリサイド領域314を形成してもよい。ここで上面とは半導体層
305においてシリサイド化のための金属層が形成される面側であり、下面とは絶縁層2
04と接する面側である。また、図11(A)では、シリサイド領域314下に高濃度不
純物領域310がある例を示すが、サイドウォール絶縁層226と重ならない領域の半導
体層305全体をシリサイド領域とすることも可能である。サイドウォール絶縁層226
下には高濃度不純物領域があるものとする。なお、本発明は特に限定されず、シリサイド
領域の一部が、サイドウォール絶縁層226下の半導体層305(但し、チャネル形成領
域306は除く)まで形成されていてもよい。
Note that the shape, film thickness, and the like of the
As shown in FIG. 11A, the semiconductor layer 3 in a region not overlapping with the
In 05, a
04 is the surface side in contact with 04. 11A illustrates an example in which the high-
It is assumed that there is a high concentration impurity region below. Note that the present invention is not particularly limited, and part of the silicide region may be formed up to the semiconductor layer 305 (except the channel formation region 306) under the
また、上述した図10(A)に示すように、半導体層255に形成された高濃度不純物
領域260及びその上層に形成されたシリサイド領域274において、導電層222に接
する領域及びその近傍以外が、チャネル形成領域206が形成されている領域とほぼ同じ
膜厚となるようにエッチングされている場合も、図11(B)に示すように、サイドウォ
ール絶縁層226と重ならない領域の半導体層355において、該領域における半導体層
355の一部又は全体に、上面から下面までの全体をシリサイド化したシリサイド領域3
14を形成してもよい。図11(B)では、シリサイド領域364下に高濃度不純物領域
360があり、サイドウォール絶縁層226下に高濃度不純物領域309がある例を示す
。
Further, as shown in FIG. 10A described above, in the high
14 may be formed. FIG. 11B illustrates an example in which the high
また、未反応の金属層が残存する場合は、熱処理によるシリサイド領域224形成後に
未反応の金属層を除去する。具体的には、側面絶縁層212、サイドウォール絶縁層22
6、導電層218及び絶縁層204上に形成された金属層223を除去する。また、形成
されたシリサイド領域224上に未反応の金属層が残存する場合は、その残存する金属層
も除去する。未反応の金属層除去は、ウェットエッチングやドライエッチングを用いるこ
とができる。このとき、エッチングガス又はエッチング溶液としては、未反応の金属層と
他の層(例えば、側面絶縁層212、サイドウォール絶縁層226、導電層218、絶縁
層204及びシリサイド領域224)とのエッチング選択比が十分にとれるものを用いる
。つまり、金属層に対するエッチングレートが高く、他の層に対するエッチングレートが
低いものを用いればよい。例えば、金属層223としてニッケルを用いて形成した場合、
塩酸(HCl)、硝酸(HNO3)及び純水(H2O)の混合溶液を用いたウェットエッ
チングにより除去することができる。例えば、溶液の混合比は、HCl:HNO3:H2
O=3:2:1とすることができる。
If an unreacted metal layer remains, the unreacted metal layer is removed after the
6. The
It can be removed by wet etching using a mixed solution of hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ) and pure water (H 2 O). For example, the mixing ratio of the solution is HCl: HNO 3 : H 2
O = 3: 2: 1.
なお、本発明は、半導体層端部の側面と接して側面絶縁層を形成することを特徴の1つ
としている。側面絶縁層を形成しておくことで、未反応の金属層をエッチング除去する際
に、半導体層の側面がエッチングされてしまうことを防止することもできる。
Note that one feature of the present invention is that a side insulating layer is formed in contact with a side surface of an end portion of a semiconductor layer. By forming the side surface insulating layer, it is possible to prevent the side surface of the semiconductor layer from being etched when the unreacted metal layer is removed by etching.
なお、シリサイド領域を形成する場合には、該シリサイド領域及びゲート電極を形成す
る導電層が接しないようにする必要がある。これは、シリサイド領域及びゲート電極が接
してしまうと、ゲート電極と、ソース領域又はドレイン領域がショートしてスイッチング
特性(オンオフ比)が取れなくなり、半導体装置として動作することができなくなるから
である。したがって、本実施の形態では、ゲート電極219を形成する導電層216、2
18の幅をゲート絶縁層として機能する絶縁層214よりも小さくし、サイドウォール絶
縁層226の端部を絶縁層214の端部と略一致するようにする。
Note that when a silicide region is formed, it is necessary that the silicide region and a conductive layer forming a gate electrode do not contact each other. This is because if the silicide region and the gate electrode are in contact with each other, the gate electrode and the source region or the drain region are short-circuited so that switching characteristics (on / off ratio) cannot be obtained and the semiconductor device cannot be operated. Therefore, in this embodiment mode, the
The width of 18 is made smaller than that of the insulating
次に、基板202上に設けられた絶縁層や導電層等を覆うように絶縁層220を形成す
る。次に、シリサイド領域224を間に介して、半導体層205に形成された高濃度不純
物領域211と電気的に接続される導電層222を形成する(図9(D)参照)。導電層
222は、ソース電極又はドレイン電極として機能する。絶縁層220、導電層222は
、上記実施の形態1で示した絶縁層120、導電層122と同様に形成すればよい。
Next, the insulating
なお、導電層222は、半導体層205においてチャネル形成領域206と比較して膜
厚が大きい領域に形成されたシリサイド領域224と接するように形成される。よって、
絶縁層220に導電層222を形成する開口を形成する際に、該開口近傍の半導体層が除
去されるのを防止することができる。その結果、製造工程において歩留まりの低下を防止
することができる。また、本実施の形態では、半導体層及びソース電極又はドレイン電極
として機能する導電層を電気的に接続させる際に、シリサイド領域を間に介する構成とし
ている。よって、コンタクト抵抗の低減を図ることができるため、低消費電力化を可能と
する。
Note that the
When the opening for forming the
以上により、本発明を適用した薄膜トランジスタ200を形成することができる。なお
、本実施の形態で示したトランジスタの構造は一例であり、図示した構造に限定されるも
のではない。
Through the above, a
例えば、上述した図10(A)に示す薄膜トランジスタは、高濃度不純物領域260及
びシリサイド領域274が形成された領域の半導体層255において、導電層222接す
る領域及びその近傍以外はチャネル形成領域206と略同じ膜厚にエッチングされている
。ここで、半導体層255の作製方法の一例を説明する。
For example, the thin film transistor illustrated in FIG. 10A described above is substantially the same as the
基板202上に絶縁層204を介して形成された島状の半導体層203の側面と接して
側面絶縁層262を形成する(図10(B)参照)。
A
側面絶縁層262は、半導体層203と比較して、底面(絶縁層204と接する面)か
らの垂直方向の高さが低くなるように、エッチング条件を制御する。好ましくは、後に半
導体層203を選択的にエッチングした際に、エッチングされた領域の半導体層の底面か
らの垂直方向の高さと同程度になるようにする。例えば、半導体層203を選択的にエッ
チングして、当該エッチングした領域を膜厚50nmとする場合、側面絶縁層262の高
さを50nmとする。側面絶縁層262の材料や形成方法等は、上記実施の形態1で示し
た側面絶縁層112と同様にすればよい。また、半導体層203の形成方法も、上記実施
の形態1で示した半導体層103の説明に準じる。
The
次に、半導体層203を選択的にエッチングして、異なる膜厚の領域を有する半導体層
255を形成する(図10(C)参照)。
Next, the
半導体層255は、半導体層203を選択的にエッチングする。ここで、図10(A)
のOP断面図に示す半導体層255と、上述の図8(A)に示すOP断面図の半導体層2
05との違いは、側面絶縁層と接する領域の半導体層の膜厚である。図8(A)のOP断
面図では半導体層205の端部はエッチングされていないのに対し、図10(A)のOP
断面図では半導体層の端部もエッチングされて側面絶縁層の高さがチャネル形成領域20
6と略一致する。なお、少なくとも、半導体層255においてソース電極又はドレイン電
極を形成する導電層222と接する領域はエッチングしないものとする。
The
The
The difference from 05 is the film thickness of the semiconductor layer in the region in contact with the side insulating layer. In the OP cross-sectional view of FIG. 8A, the end of the
In the cross-sectional view, the end portion of the semiconductor layer is also etched, and the height of the side insulating layer becomes the channel forming region 20.
6 substantially matches. Note that at least a region in the
半導体層255は、半導体層203を選択的にレジストマスク264で覆い、当該レジ
ストマスク264に覆われていない半導体層203を選択的にエッチングする。レジスト
マスク264に覆われていない領域は、所望の膜厚の半導体層が残存するようにエッチン
グ条件を制御する。レジストマスク264に覆われた領域は、エッチングされた領域と比
較して膜厚が大きい領域となる。選択的にエッチングする方法は、上記実施の形態1の半
導体層105を形成する方法と同様である。エッチング後、形成された半導体層255は
凹凸を有する。凸部はレジストマスク264に覆われてエッチングされなかった領域であ
り、後に導電層222と接する領域となる。所望の形状の半導体層255を形成した後、
レジストマスク264は除去する。なお、半導体層255の膜厚は30nm乃至200n
m(但し30nmは除く)、好ましくは50nm乃至100nmの範囲とする。エッチン
グされた領域の膜厚は、30nm乃至150nm(但し30nmは除く)、好ましくは5
0nm乃至70nm程度とする。
The
The resist
m (excluding 30 nm), preferably in the range of 50 nm to 100 nm. The thickness of the etched region is 30 nm to 150 nm (excluding 30 nm), preferably 5
It is set to about 0 nm to 70 nm.
この後、半導体層255上に絶縁層214を形成する以降の工程は、図9で説明したも
のと同様である。
Thereafter, the steps after the formation of the insulating
なお、図10(A)に示す薄膜トランジスタ250は、上記作製方法に限定されない。
島状の半導体層203及びその側面と接し、且つ半導体層側面の高さと略一致する側面絶
縁層を形成した後、半導体層203及び側面絶縁層のエッチングレートが略同じになるよ
うなエッチング条件で半導体層203及び側面絶縁層を選択的にエッチングすることで、
図10(C)に示す半導体層155を形成することも可能である。
Note that the
After forming the island-shaped
A
本発明を適用して作製した半導体装置は、ソース電極又はドレイン電極として機能する
導電層及び半導体層の接続領域の不良を防止することができる。また、半導体層の端部に
起因する不良を低減させることができる。よって、半導体装置を歩留まり良く製造するこ
とができる。また、信頼性の高い半導体装置を作製することができる。
A semiconductor device manufactured by applying the present invention can prevent a connection region between a conductive layer and a semiconductor layer functioning as a source electrode or a drain electrode from being defective. In addition, defects due to the end portion of the semiconductor layer can be reduced. Therefore, the semiconductor device can be manufactured with high yield. In addition, a highly reliable semiconductor device can be manufactured.
また、ソース領域又はドレイン領域として機能する高濃度不純物領域と、ソース電極又
はドレイン電極を形成する導電層と、を電気的に接続する際に、両者の間にシリサイド領
域を間に介する構造としている。その結果、コンタクト抵抗を低減することができるため
、半導体装置の消費電力を低減させることが可能である。
In addition, when a high-concentration impurity region that functions as a source region or a drain region and a conductive layer that forms a source electrode or a drain electrode are electrically connected, a silicide region is interposed therebetween. . As a result, contact resistance can be reduced, so that power consumption of the semiconductor device can be reduced.
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と、適宜組み合わせることがで
きる。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる構成の半導体装置の例について、図面を用
いて説明する。具体的には、ゲート電極の側面に接してサイドウォール絶縁層を形成し、
該サイドウォール絶縁層をLDD領域を形成する際のドーピング用マスクとして利用する
例を示す。なお、上記実施の形態1又は2と重複する構成は、簡略化及び一部省略して説
明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a semiconductor device having a structure different from that in the above embodiment is described with reference to drawings. Specifically, a sidewall insulating layer is formed in contact with the side surface of the gate electrode,
An example in which the sidewall insulating layer is used as a doping mask when forming an LDD region will be described. Note that the description of the same structure as
基板402上に絶縁層404を介して島状の半導体層を形成した後、当該半導体層の側
面と接して側面絶縁層412を形成する。次に、島状の半導体層を選択的にエッチングし
て異なる膜厚の領域を有する半導体層405を形成する。次に、半導体層405及び側面
絶縁層412上に絶縁層414を形成する。次に、絶縁層414を介して半導体層405
上にゲート電極419として機能する導電層416、導電層418を積層形成する。次に
、半導体層405に対して第1の濃度の一導電型を付与する不純物元素を選択的に添加し
て、一対の低濃度不純物領域407と、チャネル形成領域406を形成する(図13(A
)参照)。ここでは、導電層418をマスクとして、自己整合的に一対の低濃度不純物領
域407と、当該一対の低濃度不純物領域407の間に位置するチャネル形成領域406
を形成する。
After an island-shaped semiconductor layer is formed over the
A
)reference). Here, using the
Form.
ゲート電極419を形成して、一対の低濃度不純物領域407を形成するまでは、上記
実施の形態1で示した基板102、絶縁層104、半導体層105、側面絶縁層112、
絶縁層114、導電層116、導電層118、チャネル形成領域106、及び低濃度不純
物領域107等の説明に準じるため、省略する。
Until the
The description is omitted because it follows the description of the insulating
次に、導電層416及び導電層418の側面と接するサイドウォール絶縁層426を形
成する。そして、半導体層405に対して第2の濃度の不純物元素を選択的に添加して、
LDD領域として機能する低濃度不純物領域408と、ソース領域又はドレイン領域とし
て機能する高濃度不純物領域410を形成する(図13(B)参照)。ここでは、サイド
ウォール絶縁層426及びゲート電極419をマスクとして、自己整合的にLDD領域と
して機能する低濃度不純物領域408と、ソース領域又はドレイン領域として機能する高
濃度不純物領域410を形成する。ここで、第1の濃度の不純物元素及び第2の濃度の不
純物元素は、同じ導電型の不純物元素を添加し、例えばp型を付与する不純物元素である
ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、n型を付与する不純物元素で
あるリン(P)、ヒ素(As)等を添加することができる。また、第1の濃度と比較して
、第2の濃度を高くして、不純物元素を添加する。つまり、高濃度不純物領域410には
、低濃度不純物領域407と比較して高い濃度の不純物元素が含まれるようにする。
Next, a
A low
ここでは、サイドウォール絶縁層426及びゲート電極419をマスクとして不純物元
素を添加する。よって、LDD領域として機能する低濃度不純物領域408は、半導体層
405においてサイドウォール絶縁層426及び導電層416が重なる領域であって、且
つ導電層418とは重ならない領域に形成される。また、高濃度不純物領域410は、半
導体層405においてサイドウォール絶縁層426及びゲート電極419と重ならない領
域に形成される。
Here, an impurity element is added using the
LDD領域として機能する低濃度不純物領域408は、ドレイン領域近傍の電界を緩和
する効果がある。よって、ホットキャリアの発生を抑制することができる。
The low
なお、チャネル形成領域406にトランジスタの閾値電圧を制御するための一導電型を
付与する不純物元素を添加してもよい。チャネル形成領域406に対する不純物元素の添
加は、ゲート電極419を形成する前に行えばよい。
Note that an impurity element imparting one conductivity type for controlling the threshold voltage of the transistor may be added to the
また、一導電型を付与する不純物元素を添加した後、熱処理を行って添加した不純物元
素を活性化してもよい。熱処理は、レーザビームの照射、又はRTA若しくはファーネス
アニール炉を用いて行うことができ、400℃乃至700℃、好ましくは500℃乃至6
50℃の温度範囲で行えばよい。また、熱処理は窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
Further, after the impurity element imparting one conductivity type is added, the added impurity element may be activated by heat treatment. The heat treatment can be performed using laser beam irradiation, an RTA or a furnace annealing furnace, and is 400 ° C. to 700 ° C., preferably 500 ° C. to 6 ° C.
What is necessary is just to perform in the temperature range of 50 degreeC. The heat treatment is preferably performed in a nitrogen atmosphere.
なお、サイドウォール絶縁層426を形成する際のエッチングにより、下層の絶縁層4
14もエッチングされて、半導体層405の一部、具体的にはサイドウォール絶縁層42
6と重ならない領域が選択的に露出される。このとき、エッチング条件によっては、半導
体層405上層もエッチングされて膜厚が減少する場合がある。
Note that the lower insulating layer 4 is etched by etching when forming the
14 is also etched, and a part of the semiconductor layer 405, specifically, the sidewall insulating layer 42
Areas that do not overlap 6 are selectively exposed. At this time, depending on the etching conditions, the upper layer of the semiconductor layer 405 may also be etched to reduce the film thickness.
次に、露出させた半導体層405上に金属層を形成した後、熱処理によりシリサイド領
域424を形成する(図13(C)参照)。
Next, after a metal layer is formed over the exposed semiconductor layer 405, a
シリサイド領域424は、少なくとも露出させた半導体層405上に金属層を形成した
後、熱処理することによって形成することができる。ここで金属層は、半導体層と反応し
てシリサイドを形成する材料、例えばニッケル(Ni)、チタン(Ti)、(Co)、又
は白金(Pt)等の金属元素、又は当該金属元素を含む合金材料を用いて、スパッタリン
グ法等により形成する。熱処理を行うことによって半導体層405及び金属層が接する領
域が反応し、該領域の半導体層405の一部がシリサイド化してシリサイド領域424が
形成される。このとき、半導体層405に形成されている高濃度不純物領域410は、そ
の一部がシリサイド化されて領域が減少し、高濃度不純物領域411となる。なお、シリ
サイド領域は、高濃度不純物領域の一部に形成されるともいえる。熱処理は、RTA又は
ファーネスアニール炉を用いればよい。また、露出させた半導体層405上に自然酸化膜
が形成されている場合は、自然酸化膜を除去してから金属層を形成する。
The
なお、シリサイド領域424の形状、膜厚等は、反応させる金属層の膜厚、熱処理温度
、又は熱処理時間等を適宜制御することによって選択できる。ここでは、シリサイド領域
424は、半導体層405においてチャネル形成領域406の膜厚未満となるように形成
されている例を示す。もちろん、半導体層405において、サイドウォール絶縁層426
及びゲート電極419と重ならない領域全体がシリサイド化されたシリサイド領域を形成
してもよい。また、シリサイド領域が、サイドウォール絶縁層426下の半導体層405
まで形成されていてもよい。なお、シリサイド領域424形成後、未反応の金属層はウェ
ットエッチングやドライエッチングを用いて除去する。なお、半導体層の側面には側面絶
縁層が形成されているため、未反応の金属層をエッチング除去する際に半導体層の側面ま
でエッチングされてしまうのを防止することもできる。
Note that the shape, film thickness, and the like of the
Alternatively, a silicide region in which the entire region that does not overlap with the
May be formed. Note that after the
次に、基板402上に形成された絶縁層や導電層等を覆うように絶縁層420を形成す
る。次に、シリサイド領域424を間に介して、半導体層405に形成された高濃度不純
物領域411と電気的に接続される導電層422を形成する(図13(D)参照)。導電
層422は、ソース電極又はドレイン電極として機能する。絶縁層420、導電層422
は、上記実施の形態1で示した絶縁層120、導電層122と同様に形成すればよい。
Next, an insulating
May be formed in a manner similar to that of the insulating
なお、導電層422は、半導体層405においてチャネル形成領域406と比較して膜
厚が大きい領域に形成されたシリサイド領域424と接するように形成される。よって、
絶縁層420に導電層422を形成する開口を形成する際に、該開口近傍の半導体層が除
去されるのを防止することができ、且つコンタクト抵抗の低減を防止することができる。
その結果、製造工程において歩留まりの低下を防止できる。また、本実施の形態では、半
導体層及びソース電極又はドレイン電極として機能する導電層を電気的に接続させる際に
、シリサイド領域を間に介する構成としている。よって、コンタクト抵抗の低減を図るこ
とができるため、低消費電力化を可能とする。また、シリサイド領域を形成することで、
ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域の低抵抗化を図ることができる。
よって、オン電流の低下を抑えることができ、半導体装置の動作特性の劣化を防止するこ
とができる。
Note that the
When an opening for forming the
As a result, it is possible to prevent a decrease in yield in the manufacturing process. In this embodiment mode, the silicide layer is interposed between the semiconductor layer and the conductive layer functioning as the source or drain electrode. Therefore, contact resistance can be reduced, and thus power consumption can be reduced. Also, by forming a silicide region,
The resistance of the impurity region functioning as a source region or a drain region can be reduced.
Accordingly, a decrease in on-state current can be suppressed, and deterioration in operating characteristics of the semiconductor device can be prevented.
以上により、本発明を適用した薄膜トランジスタ400を形成することができる。なお
、本実施の形態で示したトランジスタの構造は一例であり、図示した構造に限定されるも
のではない。
Through the above, a
本発明を適用して作製した半導体装置は、ソース電極又はドレイン電極を形成する導電
層と接続する領域を、チャネル形成領域よりも膜厚が大きい領域としている。このように
することで、チャネル形成領域を薄膜とする場合も、コンタクト開口の際の半導体層消失
等の不良を防止することができる。さらに、ソース電極又はドレイン電極を形成する導電
層及びソース領域又はドレイン領域として機能する高濃度不純物領域を、両者の間にシリ
サイド領域を介する構成とするため、コンタクト抵抗を低減することができ、半導体装置
の低消費電力化が可能になる。また、半導体層の端部に側面絶縁層を形成することで、半
導体層の形状に起因する不良を低減させることができ、信頼性の高い半導体装置を作製す
ることができる。よって、信頼性の高い半導体装置を、歩留まり良く製造することが可能
となる。
In a semiconductor device manufactured by applying the present invention, a region connected to a conductive layer for forming a source electrode or a drain electrode is a region whose film thickness is larger than that of a channel formation region. By doing so, even when the channel formation region is a thin film, it is possible to prevent defects such as disappearance of the semiconductor layer at the time of contact opening. Further, since the conductive layer for forming the source electrode or the drain electrode and the high concentration impurity region functioning as the source region or the drain region are interposed between the silicide regions, the contact resistance can be reduced, and the semiconductor The power consumption of the apparatus can be reduced. In addition, by forming the side insulating layer at the end portion of the semiconductor layer, defects due to the shape of the semiconductor layer can be reduced, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be manufactured with high yield.
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と、適宜組み合わせることがで
きる。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる構成の半導体装置の例について、図面を用
いて説明する。具体的には、トランジスタの閾値電圧を制御するための一導電型を付与す
る不純物元素を添加する例について説明する。なお、上記実施の形態1乃至3と重複する
構成は、簡略化及び一部省略して説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a semiconductor device having a structure different from that in the above embodiment is described with reference to drawings. Specifically, an example in which an impurity element imparting one conductivity type for controlling the threshold voltage of a transistor is added will be described. Note that the description of the same structure as
基板602上に第1絶縁層604を形成する(図29(A)参照)。
A first insulating
基板602は、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、又は表面に
絶縁層が形成された金属基板或いはシリコン基板等の半導体基板などを用いることができ
る。
As the
第1絶縁層604は、CVD法、スパッタリング法、ALD法等により、酸化シリコン
(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)、酸化窒化シリコン(SiOxNy)、窒化酸
化シリコン(SiNxOy)等を用いて形成する。第1絶縁層604は、下地絶縁層とし
て機能する。具体的には、基板602から半導体層へアルカリ金属等が拡散し、半導体層
が汚染することを防ぐブロッキング層として機能する。また、基板602の表面に凹凸が
ある場合、平坦化する層としても機能することができる。また、下地絶縁層として機能す
る絶縁層は単層構造でも、2層以上の積層構造でもよい。
The first insulating
次に、第1絶縁層604に対して一導電型を付与する不純物元素606を添加し、第2
絶縁層608を形成する(図29(B)参照)。第2絶縁層608は、添加された不純物
元素606を含む第1絶縁層604に相当する。
Next, an
An insulating
一導電型を付与する不純物元素606としては、ボロン(B)、アルミニウム(Al)
、ガリウム(Ga)等のp型を付与する元素、リン(P)、ヒ素(As)等のn型を付与
する元素を用いることができる。不純物元素606は、イオン注入法や熱拡散法等のドー
ピング法を用いて添加すればよい。なお、第1絶縁層604に対する不純物元素606添
加の際、下方の基板602まで不純物元素606が添加される場合もある。
As the
An element imparting p-type, such as gallium (Ga), or an element imparting n-type, such as phosphorus (P) or arsenic (As) can be used. The
第2絶縁層608上に半導体層610を形成する(図29(C)参照)。本実施の形態
では、半導体層610として非晶質半導体層を形成する。半導体層はシリコンを主成分と
する材料を用いて形成するのが好ましく、具体的には、シリコン、シリコンゲルマニウム
等を用いて、CVD法やスパッタリング法により形成することができる。また、ゲルマニ
ウムを用いて形成してもよい。
A
次に、半導体層610を結晶化して、結晶性を有する半導体層614を形成する。半導
体層614には、結晶化の際の熱処理により、第2絶縁層608に含まれる不純物元素6
06が拡散される(図29(D)参照)。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)若しくはファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化
を助長する金属元素を用いる結晶化法、を又はそれらの方法を組み合わせた方法等を適用
する。詳しい結晶化法の説明は、上記実施の形態1に準じる。例えば、本実施の形態では
、CWレーザを用いて結晶化を行うことができる。このとき、レーザビーム612の照射
によって第2絶縁層608に含まれる不純物元素606が半導体層610に拡散して、結
晶性を有する半導体層614が形成される。半導体層614には、第2絶縁層608から
拡散された不純物元素606が含まれ、該不純物元素により閾値電圧を制御することがで
きる。
Next, the
06 is diffused (see FIG. 29D). As a method for crystallizing a semiconductor layer, a laser crystallization method, a thermal crystallization method using a rapid thermal annealing (RTA) or a furnace annealing furnace, a crystallization method using a metal element that promotes crystallization, or those methods are used. Apply a combination of methods. The detailed description of the crystallization method is the same as in
半導体層614に含まれる不純物元素の濃度は、所望の閾値電圧により異なる。例えば
、p型を付与する不純物元素が含まれる場合、約1×1016cm−3乃至1×1018
cm−3程度となるようにすればよい。半導体層614の一部は後にチャネル形成領域を
形成するため、半導体層614に所定の濃度の不純物元素を拡散させることで、強制的に
トランジスタの閾値電圧をシフトさせ、所望の閾値電圧とすることが可能である。
The concentration of the impurity element contained in the
What is necessary is just to set it as about cm- 3 . Since a channel formation region is formed later in part of the
なお、第2絶縁層608は、結晶化の際の熱処理により含んでいた不純物元素606が
半導体層に拡散される。よって、半導体層結晶化後の第2絶縁層608は、含まれる不純
物元素の濃度が減少する。
Note that the
以上で得られた結晶性の半導体層614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3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
本実施の形態によれば、下地絶縁層に不純物元素を添加し、該不純物元素を結晶化を利
用して半導体層に間接的に添加することができる。よって、半導体層に直接不純物元素を
ドーピング法等によって添加せずにすむため、ドーピングの際に生じる欠陥等も防止でき
、半導体層の結晶性に影響を及ぼすことを防止することができる。また、結晶化のための
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。
According to this embodiment mode, an impurity element can be added to the base insulating layer, and the impurity element can be indirectly added to the semiconductor layer using crystallization. Accordingly, since it is not necessary to add an impurity element directly to the semiconductor layer by a doping method or the like, defects that occur during doping can be prevented and the crystallinity of the semiconductor layer can be prevented from being affected. Further, the impurity element can be activated by heat treatment for crystallization.
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と、適宜組み合わせることがで
きる。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(実施の形態5)
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる半導体装置及びその作製方法の例について
、図15乃至図22を用いて説明する。具体的には、異なる導電型の薄膜トランジスタを
具備する半導体装置の例を示す。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example of a semiconductor device and a manufacturing method thereof which are different from those of the above embodiments will be described with reference to FIGS. Specifically, an example of a semiconductor device including thin film transistors having different conductivity types is shown.
図15は、本実施の形態で示す半導体装置の上面図及び断面図であり、複数のトランジ
スタを具備する半導体装置の構成を示している。図15(A)は上面図、図15(B)は
図15(A)における破線A1B1間の断面図を示し、図15(C)は図15(A)にお
ける破線A2B2間の断面図を示している。なお、図15(A)は、一部薄膜等の構成要
素を省略している。
15A and 15B are a top view and a cross-sectional view of the semiconductor device described in this embodiment, which illustrate a structure of the semiconductor device including a plurality of transistors. 15A is a top view, FIG. 15B is a cross-sectional view between broken lines A1B1 in FIG. 15A, and FIG. 15C is a cross-sectional view between broken lines A2B2 in FIG. 15A. ing. Note that in FIG. 15A, some components such as a thin film are omitted.
図15に示す半導体装置は、基板800上に絶縁層802を介して島状に設けられた半
導体層805、半導体層813と、当該半導体層805、813上に絶縁層822を介し
て設けられたゲート電極を形成する導電層824、導電層826と、当該導電層826上
に絶縁層836、絶縁層838を介して設けられたソース電極又はドレイン電極を形成す
る導電層840と、を有している(図15(A)乃至(C)参照)。
15 includes a
ゲート電極は、導電層824及び導電層826の積層構造で形成されている。導電層8
24、826は、島状の半導体層805、813をそれぞれ横断するように設けられてい
る。また、導電層824及び導電層826の側面に接してサイドウォール絶縁層828が
設けられている。なお、ここではゲート電極を導電層824、826の2層の積層構造で
形成する例を示したが、本発明は特に限定されず、ゲート電極は単層構造でもよいし、3
層以上の積層構造でもよい。また、ゲート電極を積層構造にする場合、下層の導電層の幅
が大きくなるようにしてもよい。さらに、ゲート電極として形成される導電層の側面をテ
ーパ形状にしてもよいし、2層以上の導電層の積層構造として各層でテーパ角度が異なる
ようにしてもよい。また、後にシリサイド領域を形成しない場合には、サイドウォール絶
縁層828を形成しなくともよい。
The gate electrode is formed with a stacked structure of a
24 and 826 are provided so as to cross the island-shaped semiconductor layers 805 and 813, respectively. A
A laminated structure of more than one layer may be used. When the gate electrode has a stacked structure, the width of the lower conductive layer may be increased. Further, the side surface of the conductive layer formed as the gate electrode may be tapered, or the taper angle may be different in each layer as a stacked structure of two or more conductive layers. In the case where a silicide region is not formed later, the
島状に設けられた半導体層805は、チャネル形成領域806と、LDD領域として機
能する一対の低濃度不純物領域808と、ソース領域又はドレイン領域として機能する一
対の高濃度不純物領域810と、高濃度不純物領域810に接するシリサイド領域861
を有する。なお、シリサイド領域861は、高濃度不純物領域の一部ともいえる。
The
Have Note that the
半導体層805は異なる膜厚の領域を有し、具体的にはチャネル形成領域806と比較
して、ソース電極又はドレイン電極を形成する導電層840と接続される領域の膜厚が大
きくなっている。半導体層805に形成されたチャネル形成領域806は、絶縁層822
を介して導電層824、826と重なる領域に形成されている。高濃度不純物領域810
は、絶縁層822を介して導電層824、導電層826及びサイドウォール絶縁層828
と重ならない領域の半導体層805に形成されている。また、半導体層805において、
絶縁層822を介して導電層824、導電層826及びサイドウォール絶縁層828と重
ならない領域で、且つ高濃度不純物領域810上に接してシリサイド領域861が形成さ
れている。高濃度不純物領域810及びシリサイド領域861の積層部分は、少なくとも
その一部にチャネル形成領域806よりも厚い領域を有している。なお、上述したように
、シリサイド領域861は高濃度不純物領域の一部とも言える。よって、高濃度不純物領
域が、チャネル形成領域よりも厚い領域を有している。このようにすることで、導電層8
40を形成するための開口を形成する際に、該開口近傍の半導体層まで除去され消失する
ことを防止することができる。低濃度不純物領域808は、絶縁層822を介してサイド
ウォール絶縁層828と重なる領域の半導体層805に形成されている。
The
Is formed in a region overlapping with the
The
The
A
When the opening for forming 40 is formed, it is possible to prevent the semiconductor layer in the vicinity of the opening from being removed and lost. The low
シリサイド領域861は、少なくともその一部が、半導体層805においてチャネル形
成領域806よりも膜厚が大きい領域に形成される。なお、ここではシリサイド領域86
1を、半導体層805においてチャネル形成領域の膜厚未満となるように形成する例を示
すが、特に限定されない。例えば、サイドウォール絶縁層828と重ならない領域の半導
体層805において、該領域における半導体層805の一部又は全体に、上面から下面ま
での全体をシリサイド化したシリサイド領域を形成してもよい。ここで上面とは半導体層
805においてシリサイド化のための金属層が形成される面側であり、下面とは絶縁層8
02と接する面側である。また、シリサイド領域の一部が、サイドウォール絶縁層828
下の半導体層805(但し、チャネル形成領域806は除く)まで形成されていてもよい
。
At least a part of the
1 is formed so as to be less than the thickness of the channel formation region in the
This is the surface side in contact with 02. Further, part of the silicide region is formed on the
Up to the lower semiconductor layer 805 (excluding the channel formation region 806) may be formed.
また、ゲート絶縁層として機能する絶縁層822は、半導体層805と、サイドウォー
ル絶縁層828及びゲート電極を形成する導電層824、826が重なる領域のみに形成
されている。なお、シリサイド領域861を形成しない場合には、ゲート絶縁層として機
能する絶縁層822は、半導体層全体を覆うように形成してもよい。また、ソース電極又
はドレイン電極として機能する導電層840はシリサイド領域861に接し、当該シリサ
イド領域861を間に介して高濃度不純物領域810と電気的に接続されている。
The insulating
チャネル形成領域806は一対の高濃度不純物領域810の間に位置しており、低濃度
不純物領域808はチャネル形成領域806と高濃度不純物領域810の間にそれぞれ位
置している。つまり、チャネル形成領域806は、一対の高濃度不純物領域810の間、
及び一対の低濃度不純物領域808の間に位置しており、且つ一対の低濃度不純物領域8
08に接して形成されている。また、高濃度不純物領域810は、低濃度不純物領域80
8と比較して、高い濃度で一導電型を付与する不純物元素が添加されている。また、半導
体層805の側面に接して、側面絶縁層812が設けられている。
The
And the pair of low-
It is formed in contact with 08. Further, the high
Compared with 8, an impurity element imparting one conductivity type is added at a higher concentration. A
同様に、島状に設けられた半導体層813は、チャネル形成領域814と、LDD領域
として機能する低濃度不純物領域と816と、ソース領域又はドレイン領域として機能す
る高濃度不純物領域818と、高濃度不純物領域818上に接するシリサイド領域863
を有する。なお、シリサイド領域863は、高濃度不純物領域の一部ともいえる。半導体
層813は異なる膜厚の領域を有し、具体的にはチャネル形成領域814と比較して、ソ
ース電極又はドレイン電極を形成する導電層840と接続される領域の膜厚が大きくなっ
ている。半導体層813に形成されたチャネル形成領域814は、絶縁層822を介して
導電層824、826と重なる領域の半導体層813に形成されている。高濃度不純物領
域818は、絶縁層822を介して導電層824、導電層826及びサイドウォール絶縁
層828と重ならない領域の半導体層813に形成されている。また、半導体層813に
おいて、絶縁層822を介して導電層824、導電層826及びサイドウォール絶縁層8
28と重ならない領域で、且つ高濃度不純物領域818上に接してシリサイド領域863
が形成されている。高濃度不純物領域818及びシリサイド領域863の積層部分は、少
なくともその一部にチャネル形成領域814よりも厚い領域を有している。なお、上述し
たように、シリサイド領域863は高濃度不純物領域の一部とも言える。よって、高濃度
不純物領域が、チャネル形成領域814よりも厚い領域を有している。このようにするこ
とで、導電層840を形成するための開口を形成する際に、該開口近傍の半導体層まで除
去され消失することを防止することができる。低濃度不純物領域816は、絶縁層822
を介してサイドウォール絶縁層828と重なる領域の半導体層813に形成されている。
Similarly, an island-shaped
Have Note that the
28, a region that does not overlap with 28, and is in contact with the high-
Is formed. The stacked portion of the high-
The
シリサイド領域863は、少なくともその一部が、半導体層813においてチャネル形
成領域814よりも膜厚が大きい領域に形成される。なお、ここではシリサイド領域86
3を、半導体層813においてチャネル形成領域814の膜厚未満となるように形成する
例を示すが、特に限定されない。例えば、サイドウォール絶縁層828と重ならない領域
の半導体層813において、該領域における半導体層813の一部又は全体に、上面から
下面までの全体をシリサイド化したシリサイド領域を形成してもよい。ここで上面とは半
導体層813においてシリサイド化のための金属層が形成される面側であり、下面とは絶
縁層802と接する面側である。また、シリサイド領域の一部が、サイドウォール絶縁層
828下の半導体層813(但し、チャネル形成領域814は除く)まで形成されていて
もよい。
At least a portion of the
3 is formed so as to be less than the thickness of the
また、ゲート絶縁層として機能する絶縁層822は、半導体層813と、サイドウォー
ル絶縁層828及びゲート電極を形成する導電層824、826が重なる領域のみに形成
されている。なお、シリサイド領域863を形成しない場合には、ゲート絶縁層として機
能する絶縁層822は、半導体層全体を覆うように形成してもよい。また、ソース電極又
はドレイン電極として機能する導電層840はシリサイド領域863に接し、当該シリサ
イド領域863を間に介して高濃度不純物領域810と電気的に接続されている。
The insulating
チャネル形成領域814は一対の高濃度不純物領域818の間に位置しており、低濃度
不純物領域816はチャネル形成領域814と高濃度不純物領域818の間にそれぞれ位
置している。つまり、チャネル形成領域814は、一対の高濃度不純物領域818の間、
及び一対の低濃度不純物領域816の間に位置しており、且つ一対の低濃度不純物領域8
16に接して形成されている。また、高濃度不純物領域818は、低濃度不純物領域81
6と比較して、高い濃度で一導電型を付与する不純物元素が添加されている。また、半導
体層813の側面に接して、側面絶縁層820が設けられている。
The
And the pair of low-
16 is formed in contact with 16. In addition, the high
Compared with 6, impurity elements imparting one conductivity type are added at a higher concentration. A
本実施の形態において、半導体層805及び半導体層813には、相異なる導電型の不
純物元素が添加されているものとする。つまり、低濃度不純物領域808及び高濃度不純
物領域810は、低濃度不純物領域816及び高濃度不純物領域818と異なる導電型を
付与する不純物元素が添加されている。また、シリサイド領域861にも、シリサイド領
域863と異なる導電型を付与する不純物元素が添加されている場合もある。
In this embodiment, impurity elements having different conductivity types are added to the
半導体層805及び半導体層813と、ゲート電極を形成する導電層824、826と
の間には、絶縁層822が設けられている。絶縁層822は、ゲート絶縁層として機能す
る。また、半導体層805の側面と接して側面絶縁層812が形成され、同様に半導体層
813の側面と接して側面絶縁層820が形成されている。なお、図15(A)、(C)
に示されるように、半導体層805においてゲート電極を形成する導電層824、826
が横断する領域では、半導体層805及びその側面と接して形成された側面絶縁層812
上にゲート絶縁層として機能する絶縁層822が形成されている。同様に、半導体層81
3においてゲート電極を形成する導電層824、826が横断する領域では、半導体層8
13及びその側面と接して形成された側面絶縁層820上にゲート絶縁層として機能する
絶縁層822が形成されている。よって、半導体層805及び半導体層813の端部、特
に半導体層805及び半導体層813においてゲート電極を形成する導電層824、82
6が横断する領域(ゲート電極が半導体端部を乗り越える領域)における絶縁層の被覆不
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。その結果、完成する半導体装置の信頼性を向上させることが可
能となる。
An insulating
As shown in FIG. 6,
In the region traversed by the
An insulating
3, in the region traversed by the
13 and an insulating
It is possible to prevent defects caused by defective coating of the insulating layer in the region where the electrode 6 crosses (region where the gate electrode crosses the semiconductor edge), for example, short circuit between the semiconductor layer and the gate electrode, generation of leakage current, electrostatic breakdown, etc. it can. As a result, the reliability of the completed semiconductor device can be improved.
ソース電極又はドレイン電極を形成する導電層840は、絶縁層836、絶縁層838
に形成された開口を介して半導体層805に形成された高濃度不純物領域810、半導体
層813に形成された高濃度不純物領域818と電気的に接続されるように設けられてい
る。このとき、導電層840及び高濃度不純物領域810は、シリサイド領域861を間
に介して接続される。同様に、導電層840及び高濃度不純物領域818は、シリサイド
領域863を間に介して接続される。また、導電層840は、半導体層805及び半導体
層813においてチャネル形成領域806及びチャネル形成領域814と比較して膜厚が
大きい領域に接続される。なお、図15に示すように、半導体層805に形成された高濃
度不純物領域810と、半導体層813に形成され、且つ高濃度不純物領域810と導電
型が異なる高濃度不純物領域818とを電気的に接続することにより、CMOS回路を形
成してもよい。
The
The high-
次に、図15で示した半導体装置の作製方法の一例に関して、図面を用いて説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 15 is described with reference to drawings.
まず、基板800上に絶縁層802を介して島状の半導体層801、島状の半導体層8
03を形成する(図16(A)、図20(A)、図21(A)参照)。
First, the island-shaped
03 is formed (see FIGS. 16A, 20A, and 21A).
基板800は、絶縁表面を有する基板を用いればよい。例えばガラス基板、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。
As the
A sapphire substrate, a ceramic substrate, a metal substrate with an insulating layer formed on the surface, or the like can be used.
絶縁層802は、CVD法やスパッタリング法やALD法を用いて、酸化シリコン、窒
化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の材料を用いて形成する。絶縁層8
02は、基板800から半導体層801、803へアルカリ金属等が拡散し、半導体層8
01、803が汚染することを防ぐブロッキング層として機能する。また、基板800の
表面に凹凸がある場合、平坦化する層としても機能することができる。なお、絶縁層80
2は、基板800からの不純物拡散や基板800表面の凹凸が問題とならなければ、形成
しなくともよい。また、ここでは下地絶縁層を単層構造としているが、2層以上の積層構
造としてもよい。
The insulating
02, an alkali metal or the like diffuses from the
01 and 803 function as a blocking layer for preventing contamination. In the case where the surface of the
2 does not need to be formed if impurity diffusion from the
半導体層801、803は、CVD法やスパッタリング法を用いて、シリコン、ゲルマ
ニウム、シリコンゲルマニウム等のシリコンを主成分とする材料を用いて形成するのが好
ましい。例えば、半導体層801、803は、シリコンを主成分とする材料を用いて非晶
質半導体層を形成し、当該非晶質半導体層を結晶化させた後に選択的にエッチングするこ
とによって、島状の半導体層を形成することができる。非晶質半導体層を結晶化する場合
は、レーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助
長する金属元素を用いる熱結晶化法、又はこれらの方法を組み合わせて行うことができる
。なお、レーザ結晶化法を行う場合、CWレーザや繰り返し周波数が10MHz以上のパ
ルスレーザを用いると、一方向に長い結晶粒を形成することができるため好ましい。半導
体層801、803の膜厚は、30nm乃至200nm(但し30nmは除く)、好まし
くは50nm乃至100nmの範囲で形成する。
The semiconductor layers 801 and 803 are preferably formed using a material mainly containing silicon such as silicon, germanium, or silicon germanium by a CVD method or a sputtering method. For example, the semiconductor layers 801 and 803 are formed in an island shape by forming an amorphous semiconductor layer using a material containing silicon as a main component and crystallizing the amorphous semiconductor layer and then selectively etching the amorphous semiconductor layer. The semiconductor layer can be formed. When crystallizing an amorphous semiconductor layer, laser crystallization, thermal crystallization using an RTA or furnace annealing furnace, thermal crystallization using a metal element that promotes crystallization, or a combination of these methods It can be carried out. Note that in the case of performing the laser crystallization method, it is preferable to use a CW laser or a pulse laser having a repetition frequency of 10 MHz or more because long crystal grains can be formed in one direction. The thickness of the semiconductor layers 801 and 803 is 30 nm to 200 nm (excluding 30 nm), preferably 50 nm to 100 nm.
なお、半導体層801、813は、端部がテーパ形状となるように形成してもよいし、
垂直形状となるように形成してもよい。半導体層の端部の形状は、エッチング条件を適宜
選択することにより制御することができる。
Note that the semiconductor layers 801 and 813 may be formed so that end portions have a tapered shape,
You may form so that it may become a perpendicular | vertical shape. The shape of the end portion of the semiconductor layer can be controlled by appropriately selecting the etching conditions.
なお、ここでは種々の結晶化法を用いて半導体層801、803を形成する例を示した
が、このような薄膜プロセスに換えて、絶縁表面に単結晶半導体層を設けたSOI基板を
用いてもよい。この場合、絶縁表面に設けられた単結晶半導体層が半導体層801、80
3となる。
Note that here, an example in which the semiconductor layers 801 and 803 are formed by using various crystallization methods is shown; however, instead of such a thin film process, an SOI substrate in which a single crystal semiconductor layer is provided over an insulating surface is used. Also good. In this case, the single crystal semiconductor layer provided on the insulating surface is formed of the semiconductor layers 801 and 80.
3
次に、半導体層801の側面と接する側面絶縁層812、及び半導体層803の側面と
接する側面絶縁層820を形成する(図16(B)、図20(A)、図21(B)参照)
。
Next, a
.
側面絶縁層812、側面絶縁層820は、島状に設けられた半導体層801及び半導体
層803を覆って埋め込むように絶縁層を形成し、当該絶縁層を、垂直方向を主体とした
異方性エッチングを行うことにより選択的にエッチングして半導体層801、803の側
面と接する領域のみ残存させて形成することができる。
The
具体的には、まず、半導体層801及び半導体層803を埋め込むように絶縁層を形成
する。当該絶縁層は、CVD法やスパッタリング法を用いて、酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、SiOF、SiOC、DLC、ポーラスシリ
カ等の材料を用いて形成する。好ましくは、後に半導体層801及び半導体層803上に
形成する絶縁層822と比較して誘電率が小さい層を形成すると、半導体層端部の形状に
起因する電界集中を緩和することができる。また、半導体層801、803上を覆うよう
に形成する絶縁層は、少なくとも半導体層801、803の端部を十分に被覆できる膜厚
で形成し、好ましくは半導体層801、803の1.5倍乃至3倍の膜厚で形成する。
Specifically, first, an insulating layer is formed so as to bury the
次に、半導体層801及び半導体層803を覆うように形成した絶縁層を、垂直方向を
主体とした異方性エッチングを行うことにより選択的にエッチングして、側面絶縁層81
2、820を形成する。側面絶縁層812、820は丸みを帯びた形状でも、角を有する
形状としてもよい。好ましくは、側面絶縁層812、820のコーナー部を緩やかな形状
とすることで、上層に積層される層の被覆性を良好にすることができる。
Next, the insulating layer formed so as to cover the
2, 820 are formed. The
なお、側面絶縁層812、820を形成する際のエッチングの影響により、半導体層8
01、803の一部が非晶質化する場合がある。この場合、半導体層801、803の非
晶質化された領域を選択的にエッチングしてもよい。また、レーザビームの照射、又はR
TA若しくはファーネスアニール炉を用いて熱処理を行い、半導体層801、803を再
結晶化してもよい。また、半導体層に一導電型を付与する不純物元素を添加して不純物領
域を形成した後、不純物元素を活性化するための熱処理と併せて再結晶化してもよい。
Note that due to the influence of etching when the
Some of 01 and 803 may become amorphous. In this case, the amorphous regions of the semiconductor layers 801 and 803 may be selectively etched. Also, laser beam irradiation or R
The semiconductor layers 801 and 803 may be recrystallized by heat treatment using TA or a furnace annealing furnace. Further, after adding an impurity element imparting one conductivity type to the semiconductor layer to form an impurity region, recrystallization may be performed together with heat treatment for activating the impurity element.
次に、半導体層801及び半導体層803を選択的にエッチングして、異なる膜厚の領
域を有する半導体層805及び半導体層813を形成する(図16(C)、図20(B)
、図21(C)参照)。
Next, the
FIG. 21 (C)).
半導体層805は、半導体層801を選択的にエッチングして形成する。同様に、半導
体層813は、半導体層803を選択的にエッチングして形成する。このとき、エッチン
グしたくない領域は、レジストマスク849で覆っておく。なお、レジストマスクで覆わ
れていない領域において、所望の膜厚の半導体層が残存するように、エッチング条件を制
御する必要がある。半導体層801、803のエッチングは、レジストマスク849が形
成された側から絶縁層802側へ、垂直方向を主体として行われるのが好ましい。エッチ
ング後、形成された半導体層805及び半導体層813は凹凸を有し、凸部は後にソース
電極又はドレイン電極を形成する導電層840が接続される領域となる。なお、半導体層
をエッチングした後、レジストマスク849は除去する。
The
半導体層805及び半導体層813の膜厚範囲は30nm乃至200nm(但し30n
mは除く)、好ましくは50nm乃至100nmとする。そして、半導体層805及び半
導体層813のエッチングされた領域を膜厚30nm乃至150nm(但し30nmは除
く)程度、好ましくは50nm乃至70nm程度とする。
The thickness range of the
m is excluded), preferably 50 nm to 100 nm. The etched regions of the
なお、半導体層801、803を選択的にエッチングして異なる膜厚の領域を形成する
際、レジストマスク849に覆われていない領域の側面絶縁層112もほぼ同じ高さにな
るようにエッチングするのが好ましい(図20(B)、図21(C)参照)。これは、半
導体層801、803及び側面絶縁層812、820のエッチングレートが略同じになる
ようなエッチング条件、つまりエッチングの選択比を1に近い条件とすればよい。
Note that when the regions having different film thicknesses are formed by selectively etching the semiconductor layers 801 and 803, the
なお、後に完成する薄膜トランジスタの閾値電圧を制御するため、半導体層805、8
13に低濃度の一導電型を付与する不純物元素を添加してもよい。この場合は、完成する
薄膜トランジスタのチャネル形成領域にも不純物元素が添加されることになる。一導電型
を付与する不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等のn型を付与する不純物元
素、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等のp型を付与する不純物
元素を用いることができる。例えば、不純物元素として、ボロンを1×1016cm−3
乃至1×1018cm−3の濃度で半導体層805、813に含まれるように添加するこ
とが可能である。このとき、半導体層805、813には、異なる濃度の不純物元素を添
加してもよいし、異なる導電型の不純物元素を添加してもよい。
Note that the semiconductor layers 805 and 8 are used to control the threshold voltage of a thin film transistor to be completed later.
An impurity element imparting one conductivity type with a low concentration may be added to 13. In this case, the impurity element is also added to the channel formation region of the completed thin film transistor. As an impurity element imparting one conductivity type, an impurity element imparting n-type such as phosphorus (P) or arsenic (As), or p-type such as boron (B), aluminum (Al), or gallium (Ga) is imparted. An impurity element can be used. For example, as an impurity element, boron is 1 × 10 16 cm −3.
It can be added so as to be contained in the semiconductor layers 805 and 813 at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 . At this time, impurity elements having different concentrations may be added to the semiconductor layers 805 and 813, or impurity elements having different conductivity types may be added.
次に、半導体層805及びその側面と接する側面絶縁層812、並びに半導体層813
及びその側面と接する側面絶縁層820上に絶縁層822を形成する(図16(D)、図
21(D)参照)。
Next, the
Then, an insulating
絶縁層822は、CVD法やスパッタリング法、ALD法により、酸化シリコン、窒化
シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム等の材料を用いて形
成する。好ましくは、半導体層805の側面と接する側面絶縁層812、及び半導体層8
13の側面と接する側面絶縁層820よりも誘電率が大きい材料を用いて形成するとよい
。絶縁層822は、上述した材料のうち1つ又は複数を用いて単層構造又は積層構造で形
成する。また、絶縁層822は、高密度プラズマ処理による半導体層805、813の固
相酸化若しくは固相窒化で形成してもよい。絶縁層822はゲート絶縁層として機能する
。絶縁層822の膜厚は1nm乃至50nm、好ましくは1nm乃至20nm、より好ま
しくは1nm乃至10nmとする。
The insulating
It is preferable to use a material having a dielectric constant larger than that of the side
次に、絶縁層822を介して半導体層805、半導体層813上に、ゲート電極として
機能する導電層824、導電層826を、それぞれ積層形成する(図17(A)、図20
(C)、図22(A)参照)。なお、ゲート電極を形成する導電層824、826は、半
導体層805、813において、選択的にエッチングされた領域上に形成する。
Next, a
(C) and FIG. 22 (A)). Note that the
ゲート電極を形成する導電層は、CVD法やスパッタリング法により、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)、アル
ミニウム(Al)、銅(Cu)、又はニオブ(Nb)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を用いて基板全面に導電層を形成した後、当該導電層を
選択的にエッチングして形成することができる。また、リン等の一導電型を付与する不純
物元素が添加された多結晶シリコンに代表される半導体材料を用いて形成することもでき
る。なお、ゲート電極を形成する導電層は単層構造でも3層以上の積層構造でもよい。ま
た、導電層の側面をテーパ形状としてもよい。ゲート電極を導電層の積層構造とする場合
、下層の導電層の幅を大きくしてもよいし、各層の側面を異なる角度のテーパ形状として
もよい。
The conductive layer for forming the gate electrode is formed of tantalum (Ta
), Tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), copper (Cu), niobium (Nb), or an alloy material containing the metal element Alternatively, a conductive layer can be formed over the entire surface of the substrate using a compound material, and then the conductive layer can be selectively etched. Alternatively, a semiconductor material typified by polycrystalline silicon to which an impurity element imparting one conductivity type such as phosphorus is added can be used. Note that the conductive layer forming the gate electrode may have a single-layer structure or a stacked structure including three or more layers. Further, the side surface of the conductive layer may be tapered. When the gate electrode has a stacked structure of conductive layers, the width of the lower conductive layer may be increased, and the side surface of each layer may have a tapered shape with a different angle.
本実施の形態では、導電層を基板上全面に成膜した後、該導電層を選択的にエッチング
して所望の形状に加工して導電層824、826を形成している。ここでは、島状の半導
体層805、813を、分離した導電層がそれぞれ横断するように、基板全面に形成した
導電層をエッチング加工している。このとき、分離した導電層は、島状の半導体層805
、813と重ならない領域で一体となるように加工する。つまり、連続する導電層から枝
分かれした2本の導電層が、それぞれ島状の半導体層805、813を横断するように形
成している。
In this embodiment mode, after a conductive layer is formed over the entire surface of the substrate, the conductive layer is selectively etched and processed into a desired shape, so that the
, 813 is processed so as to be integrated in a region that does not overlap. That is, two conductive layers branched from continuous conductive layers are formed so as to cross the island-shaped semiconductor layers 805 and 813, respectively.
次に、半導体層813上を覆うようにレジストマスク850を選択的に形成し、当該レ
ジストマスク850、導電層824及び導電層826をマスクとして、半導体層805に
第1の濃度の一導電型を付与する不純物元素851を添加して、不純物領域807を形成
する(図17(B)、図20(C)参照)。ここでは、導電層824、826をマスクと
して不純物元素851を添加し、自己整合的に一対の不純物領域807と、当該一対の不
純物領域807の間に位置するチャネル形成領域806を形成する。不純物元素851と
しては、リンやヒ素等のn型を付与する不純物元素、ボロンやアルミニウム、ガリウム等
のp型を付与する不純物元素等を用いることができる。ここでは、不純物元素851とし
て、リン(P)を添加する。なお、不純物領域807は、後のLDD領域として機能する
低濃度不純物領域の一部を形成する。また、導電層824、826下の半導体層805に
は、チャネル形成領域806が形成される。よって、チャネル形成領域806は、半導体
層805において選択的にエッチングされた領域に形成される。
Next, a resist
次に、半導体層805上を覆うようにレジストマスク852を選択的に形成し、当該レ
ジストマスク852、導電層824、導電層826をマスクとして、半導体層813に第
2の濃度の一導電型を付与する不純物元素853を添加して、不純物領域815を形成す
る(図17(C)、図20(C)参照)。ここでは、導電層824、826をマスクとし
て不純物元素を添加し、自己整合的に一対の不純物領域815と、当該一対の不純物領域
815の間に位置するチャネル形成領域814を形成する。不純物元素853は、先に半
導体層805に添加した不純物元素851と異なる導電型の元素を添加するものとする。
本実施の形態では、ボロン(B)を添加する。なお、不純物領域815は、後のLDD領
域として機能する低濃度不純物領域の一部を形成する。また、導電層824、826下の
半導体層813には、チャネル形成領域814が形成される。よって、チャネル形成領域
814は、半導体層813において選択的にエッチングされた領域に形成される。
Next, a resist
In this embodiment mode, boron (B) is added. Note that the
次に、導電層824及び導電層826の側面と接するサイドウォール絶縁層828を形
成する(図17(D)、図20(C)、図22(A)参照)。サイドウォール絶縁層82
8は、CVD法やスパッタリング法により、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリ
コン、窒化酸化シリコン等の無機材料、有機樹脂などの有機材料を用いて、単層構造又は
積層構造の絶縁層を形成し、当該絶縁層を垂直方向を主体とした異方性エッチングにより
選択的にエッチングして、導電層824及び導電層826の側面に形成することができる
。ここでは、サイドウォール絶縁層828は、導電層824、826の側面と接しない面
を湾曲状に形成する。具体的には、任意の曲率を有し、接する導電層824、826の側
面に対して凸形状に湾曲するように形成する。もちろん、本発明は特に限定されず、サイ
ドウォール絶縁層828は丸みを帯びた形状でなく、角を有する形状としてよい。なお、
サイドウォール絶縁層828は、LDD領域として機能する低濃度不純物領域を形成する
際のドーピング用マスクとして用いることができる。
Next, a
8, an insulating layer having a single layer structure or a stacked structure is formed by CVD or sputtering using an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or silicon nitride oxide, or an organic material such as an organic resin. The insulating layer can be selectively etched by anisotropic etching mainly in the vertical direction to be formed on the side surfaces of the
The
また、サイドウォール絶縁層828を形成する際のエッチングにより下層の絶縁層82
2もエッチングして、半導体層805及び半導体層の一部、詳しくはサイドウォール絶縁
層828と重ならない領域を選択的に露出させる。絶縁層822は、サイドウォール絶縁
層828及び導電層824、826、並びに半導体層803又は半導体層813が重なる
領域に残存する。また、サイドウォール絶縁層828を形成する際のエッチング条件によ
っては、半導体層805、813上層もエッチングされて膜厚が減少する場合もある。
Further, the lower insulating layer 82 is etched by etching when the
2 is also etched to selectively expose the
次に、半導体層813上を覆うようにレジストマスク854を選択的に形成する。当該
レジストマスク854、導電層824、826及びその側面に接するサイドウォール絶縁
層828をマスクとして、半導体層805に第3の濃度の一導電型を付与する不純物元素
855を添加する(図18(A)、図20(C)参照)。ここでは、導電層824、82
6及びその側面に接するサイドウォール絶縁層828をマスクとして半導体層805に不
純物元素855を添加し、自己整合的に一対の高濃度不純物領域809、一対の低濃度不
純物領域808を形成する。高濃度不純物領域809はソース領域又はドレイン領域とし
て機能し、低濃度不純物領域808はLDD領域として機能する。不純物元素855は、
先に半導体層805に添加した不純物元素851と同じ導電型の不純物元素を添加するも
のとする。本実施の形態ではリン(P)を添加する。また、第1の濃度と比較して、第3
の濃度を高くして不純物元素を添加する。よって、高濃度不純物領域809には、低濃度
不純物領域808と比較して高い濃度の不純物元素が添加される。
Next, a resist
6 and the
An impurity element having the same conductivity type as the
Impurity elements are added at a high concentration. Therefore, an impurity element having a higher concentration than that of the low
次に、半導体層805上を覆うようにレジストマスク856を選択的に形成する。当該
レジストマスク856、導電層824、826及びその側面と接するサイドウォール絶縁
層828をマスクとして、半導体層813に第4の濃度の一導電型を付与する不純物元素
857を添加する(図18(B)、図20(C)参照)。ここでは、導電層824、82
6及びその側面に接するサイドウォール絶縁層828をマスクとして半導体層813に不
純物元素855を添加し、自己整合的に一対の高濃度不純物領域817、一対の低濃度不
純物領域816を形成する。高濃度不純物領域817はソース領域又はドレイン領域とし
て機能し、低濃度不純物領域816はLDD領域として機能する。不純物元素857は、
先に半導体層813に添加した不純物元素853と同じ導電型の不純物元素を添加するも
のとする。本実施の形態では、ボロン(B)を添加する。また、第2の濃度と比較して、
第4の濃度を高くして不純物元素を添加する。よって、高濃度不純物領域817には、低
濃度不純物領域816と比較して高い濃度の不純物元素が添加される。
Next, a resist
6 and a
An impurity element having the same conductivity type as the
Impurity elements are added by increasing the fourth concentration. Therefore, an impurity element having a higher concentration than that of the low
以上により、半導体層805にソース領域又はドレイン領域として機能する高濃度不純
物領域809と、LDD領域として機能する低濃度不純物領域808と、チャネル形成領
域806が形成される。また、半導体層813にソース領域又はドレイン領域として機能
する高濃度不純物領域817と、LDD領域として機能する低濃度不純物領域816と、
チャネル形成領域814が形成される。本実施の形態では、チャネル形成領域806、8
14は、導電層824、826を用いて自己整合的に形成することができる。また、低濃
度不純物領域808、816は、導電層824、826及びその側面と接するサイドウォ
ール絶縁層828を用いて自己整合的に形成することができる。
Through the above steps, a high
A
14 can be formed in a self-aligned manner using the
次に、露出させた半導体層805、813上に金属層860を形成する(図19(A)
参照)。
Next, a
reference).
金属層860は、少なくとも露出させた半導体層805、813上に形成する。ここで
は、基板全面に金属層860を形成する。金属層860は、半導体層と反応してシリサイ
ドを形成する材料を用いて形成すればよく、例えばニッケル、チタン、コバルト、白金等
の金属元素又は当該金属元素を含む合金材料を用いて、スパッタリング法等により形成す
ればよい。なお、金属層860の膜厚は、形成したいシリサイド領域の形状、膜厚等によ
り、適宜選択すればよい。金属層860を形成する際に、露出させた半導体層上に自然酸
化膜が形成されている場合は、自然酸化膜を除去してから形成する。
The
次に、熱処理を行うことにより、半導体層805の一部にシリサイド領域861、半導
体層813の一部にシリサイド領域863を形成する(図19(B)、図20(D)参照
)。
Next, heat treatment is performed to form a
シリサイド領域861は、熱処理を行うことにより、半導体層805及び金属層860
、並びに半導体層813及び金属層860が接する領域が反応し、該領域の半導体層の一
部がシリサイド化して形成される。なお、本実施の形態では、半導体層805に形成され
ている高濃度不純物領域809の一部はシリサイド化されて領域が減少し、高濃度不純物
領域810となる。同様に、半導体層813に形成されている高濃度不純物領域817の
一部はシリサイド化されて領域が減少し、高濃度不純物領域818となる。なお、シリサ
イド領域は、高濃度不純物領域の一部に形成されているともいえる。熱処理は、RTA又
はファーネスアニール炉を用いればよい。
The
In addition, a region where the
なお、シリサイド領域861、863の膜厚、形状等は、金属層860の膜厚、熱処理
時間、熱処理温度等を適宜制御することによって選択できる。本実施の形態では、シリサ
イド領域861、863は、それぞれ半導体層805、813に形成されたチャネル形成
領域806、814の膜厚未満となるように形成されている例を示す。なお、半導体層層
805、813において、ゲート電極を形成する導電層824、826及びその側面と接
するサイドウォール絶縁層828と重ならない領域全体をシリサイド化してもよい。また
、サイドウォール絶縁層828と重なる領域まで入り込んでシリサイド領域が形成されて
もよいが、チャネル形成領域まではシリサイド化されないようにする。
Note that the thickness, shape, and the like of the
所望のシリサイド領域861、863を形成した後、未反応の金属層をエッチングによ
り除去する。例えば、本実施の形態では基板全面に金属層を形成しているので、絶縁層8
02、側面絶縁層812、820、サイドウォール絶縁層828、導電層826上に形成
された金属層を除去する。また、シリサイド領域861、863上に未反応の金属層が残
存する場合は、その金属層も除去する。
After forming desired
02, the
次に、基板800上に設けられた絶縁層や導電層等を覆うように絶縁層836、絶縁層
838を形成し、当該絶縁層838上に半導体層805に形成された高濃度不純物領域8
10、半導体層813に形成された高濃度不純物領域818と電気的に接続される導電層
840を形成する(図19(C)、図20(D)、図22(B)参照)。導電層840は
ソース電極又はドレイン電極として機能する。
Next, an insulating
10. A
絶縁層836、838は、CVD法やスパッタリング法、ALD法、塗布法等により、
酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の酸素若しくは窒
素を含む無機絶縁材料や、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む絶縁材
料、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、
アクリル等の有機絶縁材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料を用いて形成する。
なお、シロキサン材料とは、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、フルオロ基を用いることもできる。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、絶縁層836、838は、CVD法やスパッ
タリング法、ALD法を用いて絶縁層を形成した後、当該絶縁層に酸素雰囲気下又は窒素
雰囲気下で高密度プラズマ処理を行うことにより形成してもよい。ここでは、導電層82
6等の上層に絶縁層836、838の2層の積層構造を形成しているが、単層構造として
も3層以上の積層構造としてもよい。
The insulating
Inorganic insulating materials containing oxygen or nitrogen such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride and silicon nitride oxide, insulating materials containing carbon such as DLC (diamond-like carbon), epoxy, polyimide, polyamide, polyvinylphenol, benzocyclo Butene,
It is formed using an organic insulating material such as acrylic or a siloxane material such as siloxane resin.
Note that the siloxane material corresponds to a material including a Si—O—Si bond. Siloxane is
A skeleton structure is formed by the 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 can also be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. The insulating
A two-layered structure of insulating
絶縁層836、838に、チャネル形成領域806と比較して膜厚が大きい領域に形成
されたシリサイド領域861に達する開口を形成する。同様に、チャネル形成領域814
と比較して膜厚が大きい領域に形成されたシリサイド領域863に達する開口を形成する
。開口は、適宜ドライエッチングやウェットエッチングを利用して形成する。そして、開
口を介して高濃度不純物領域と電気的に接続されるように、ソース電極又はドレイン電極
を形成する導電層840を形成する。
In the insulating
An opening reaching the
導電層840は、CVD法やスパッタリング法を用いて、アルミニウム(Al)、タン
グステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(
Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオ
ジウム(Nd)、炭素(C)、シリコン(Si)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を用いて、単層構造又は積層構造で形成する。アルミニウム
を含む合金材料としては、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は
、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素とシリコンの一方又は両方とを含む合金
材料があげられる。導電層840は、例えば、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−
Si)層とバリア層の積層構造、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−Si)層と窒
化チタン(TiN)層とバリア層の積層構造を採用することができる。なお、バリア層と
は、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当
する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電層8
40を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミ
ニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができるため好ましい。
The
Ni), platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), manganese (Mn), neodymium (Nd), carbon (C), silicon (Si) and other metal elements, or the metal An alloy material or a compound material containing an element is used to form a single layer structure or a stacked structure. Examples of the alloy material containing aluminum include a material containing aluminum as a main component and nickel, or an alloy material containing aluminum as a main component and containing nickel and one or both of carbon and silicon. The
A stacked structure of a Si) layer and a barrier layer, or a stacked structure of a barrier layer, an aluminum silicon (Al-Si) layer, a titanium nitride (TiN) layer, and a barrier layer can be employed. Note that the barrier layer corresponds to a thin film formed of titanium, a nitride of titanium, molybdenum, or a nitride of molybdenum. Since aluminum and aluminum silicon have low resistance and are inexpensive, the conductive layer 8
It is optimal as a material for forming 40. Further, it is preferable to provide an upper barrier layer and a lower barrier layer because generation of hillocks of aluminum or aluminum silicon can be prevented.
導電層840は、半導体層805においてチャネル形成領域806よりも膜厚が大きい
領域と接して電気的に接続されるように形成する。同様に、半導体層813においてもチ
ャネル形成領域814よりも膜厚が大きい領域と接して電気的に接続されるように形成す
る。このようにすることで、導電層840を形成するため絶縁層836、838に開口を
形成する際に、半導体層805、813が一部消失するような不良を防止することができ
、製造工程における歩留まりの低下を防止できる。また、導電層840は、シリサイド領
域861又はシリサイド領域863を間に介して、高濃度不純物領域810又は高濃度不
純物領域818と電気的に接続されるため、コンタクト抵抗(導電層及び半導体層の接触
抵抗)を低減することができ、消費電力を低減させることができる。
The
以上により、半導体層805を用いて形成されたnチャネルトランジスタ870及び半
導体層813を用いて形成されたpチャネルトランジスタ880を具備する半導体装置を
作製することができる。本実施の形態では、半導体層805に形成された高濃度不純物領
域810と電気的に接続される導電層840と、半導体層813に形成された高濃度不純
物領域818と電気的に接続される導電層840と、を電気的に接続させることによって
、nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタを有するCMOS回路を形成して
いる。
Through the above steps, a semiconductor device including the n-
なお、本実施の形態では相異なる導電型を有する2つの薄膜トランジスタを具備するC
MOS回路を作製する例を示したが、本発明は特に限定されない。例えば、複数のnチャ
ネル薄膜トランジスタを具備するnMOS回路、複数のpチャネル薄膜トランジスタを具
備するpMOS回路等を作製することもできる。nMOS回路、pMOS回路等は、半導
体層に添加する不純物元素を適宜選択すればよい。また、本発明に係るCMOS回路を構
成する薄膜トランジスタは、本実施の形態に示す薄膜トランジスタの構成に限定されず、
他の実施形態で示した薄膜トランジスタを、適宜適用することができる。
Note that in this embodiment, a C including two thin film transistors having different conductivity types is provided.
Although an example of manufacturing a MOS circuit has been shown, the present invention is not particularly limited. For example, an nMOS circuit including a plurality of n-channel thin film transistors, a pMOS circuit including a plurality of p-channel thin film transistors, and the like can be manufactured. For an nMOS circuit, a pMOS circuit, or the like, an impurity element added to a semiconductor layer may be selected as appropriate. Further, the thin film transistor included in the CMOS circuit according to the present invention is not limited to the structure of the thin film transistor described in this embodiment mode.
The thin film transistors described in other embodiments can be applied as appropriate.
本発明を適用した半導体装置は、導電層及び半導体層の接続に起因する不良を防止する
ことができる。また、半導体層の端部の形状及び特性等の影響による不良を防止、低減す
ることができる。よって、半導体装置を歩留まり良く製造することができる。また、半導
体装置の信頼性を向上させることも可能になる。さらに、半導体層及び電極(配線)のコ
ンタクト抵抗を低減することができるため、低消費電力化を実現することができる。
The semiconductor device to which the present invention is applied can prevent a defect due to the connection between the conductive layer and the semiconductor layer. In addition, defects due to the influence of the shape and characteristics of the end portion of the semiconductor layer can be prevented and reduced. Therefore, the semiconductor device can be manufactured with high yield. In addition, the reliability of the semiconductor device can be improved. Further, since the contact resistance of the semiconductor layer and the electrode (wiring) can be reduced, low power consumption can be realized.
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と、適宜組み合わせることがで
きる。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
(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 Process
ing 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、図15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)
A semiconductor device according to the present invention includes a CPU (Central Processing Circuit: Central Process).
ing Unit) or the like. In this embodiment, an example of a CPU to which the semiconductor device illustrated in FIG. 15 is applied will be described below with reference to the drawings.
図23に示すCPU3660は、基板3600上に演算回路(ALU:Arithme
tic logic unit)3601、演算回路用制御回路部(ALU Contr
oller)3602、命令解析部(Instruction Decoder)360
3、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(Registe
r)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、R
OMインターフェース(ROM I/F)3620を主に有している。また、ROM36
09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CPU3
660を構成する様々な回路は、上記実施の形態1乃至5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
tic logic unit) 3601, control circuit unit for arithmetic circuit (ALU Control)
operator) 3602, instruction analysis unit (Instruction Decoder) 360
3. Interrupt control unit (Interrupt Controller) 3604, timing control unit (Timing Controller) 3605, register (Register)
r) 3606, a register controller (Register Controller) 3607,
Bus interface (Bus I / F) 3608,
An OM interface (ROM I / F) 3620 is mainly included. ROM 36
09 and the
Various circuits included in 660 include the thin film transistors described in any of
A CMOS circuit, an nMOS circuit, a pMOS circuit, or the like in which the thin film transistors are combined can be used.
なお、図23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23に示すものに限定されるものではない。
Note that the
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
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。
Arithmetic circuit
The
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。
The
A signal for controlling the driving timing of the
また、図24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3
701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. 24 shows 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. A
A scanning
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
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 (a mobile phone,
It is also possible to manufacture an image reproducing device provided with a recording medium such as a portable game machine or a home game machine.
本発明を適用した半導体装置は、歩留まり良く製造することが可能である。また、ゲー
ト絶縁層を薄膜化した場合でも不良を防止・低減することができ、高速での回路駆動が実
現できる。
A semiconductor device to which the present invention is applied can be manufactured with high yield. Further, even when the gate insulating layer is thinned, defects can be prevented and reduced, and high-speed circuit driving can be realized.
また、上記実施の形態2乃至5に示すようなシリサイド領域を有する構成のトランジス
タを適用した場合、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
、より高速での回路駆動が可能となる。
In addition, when a transistor having a silicide region as described in any of Embodiments 2 to 5 is applied, contact resistance can be reduced, so that signal delay or the like can be prevented. Therefore, circuit driving at higher speed is possible.
(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, regarding an application example of a semiconductor device that can input and output data without contact,
This will be described below with reference to the drawings. A semiconductor device that can input and output data without contact depends on the form of use, such as an RFID tag, an ID tag, an IC tag, an IC chip, an RF tag, a wireless tag,
Also called an electronic tag or a wireless chip.
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26(A)を参照して説
明する。図26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
4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
また、図26(B)、(C)に図26(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5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26(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26(C)参照)。図26(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213
5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. 26B and 26C are schematic views of the cross section of FIG. The
5 shows an example of being electrically connected through
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 in this embodiment, the
Although an example in which an electromagnetic induction method or an electromagnetic coupling method is applied is shown, the semiconductor device of the present invention is not limited to this, and a microwave method can also be applied. In the case of a microwave method, the shape of the
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27(A)参照))、平坦な形状(例えば、パッチアンテナ
(図27(B)参照)またはリボン型の形状(図27(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
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
, Copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt) nickel (Ni), palladium (Pd), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), or other metal elements, or alloy materials or compound materials containing the metal elements Thus, a single layer structure or a stacked structure is formed.
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
In the case of using the following fine particles), the conductive layer can be formed by curing by baking in a temperature range of 150 ° C. to 300 ° C. 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.
本発明を適用することで、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を
歩留まり良く製造することができる。また、信頼性を向上させることも可能である。
By applying the present invention, data can be input / output without contact and a small semiconductor device can be manufactured with high yield. In addition, reliability can be improved.
次に、本実施の形態に係る半導体装置の動作例について説明する。 Next, an operation example of the semiconductor device according to the present embodiment will be described.
半導体装置2180は、非接触でデータを交信する機能を有し、高周波回路81、電源
回路82、リセット回路83、クロック発生回路84、データ復調回路85、データ変調
回路86、他の回路の制御を行う制御回路87、記憶回路88およびアンテナ89を有し
ている(図28(A)参照)。高周波回路81はアンテナ89より信号を受信して、デー
タ変調回路86より受信した信号をアンテナ89から出力する回路である。電源回路82
は受信信号から電源電位を生成する回路である。リセット回路83はリセット信号を生成
する回路である。クロック発生回路84はアンテナ89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る。データ復調回路85は受信信号を復調して制御回
路87に出力する回路である。データ変調回路86は制御回路87から受信した信号を変
調する回路である。また、制御回路87としては、例えばコード抽出回路91、コード判
定回路92、CRC判定回路93および出力ユニット回路94が設けられている。なお、
コード抽出回路91は制御回路87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92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93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。図28(A)では、制御
回路87の他に、アナログ回路である高周波回路81、電源回路82を含んでいる。
The
Is a circuit for generating a power supply potential from a received signal. The reset circuit 83 is a circuit that generates a reset signal. The clock generation circuit 84 is a circuit that generates various clock signals based on the reception signal input from the antenna 89. The data demodulation circuit 85 is a circuit that demodulates the received signal and outputs it to the control circuit 87. The data modulation circuit 86 is a circuit that modulates a signal received from the control circuit 87. Further, as the control circuit 87, for example, a code extraction circuit 91, a code determination circuit 92, a CRC determination circuit 93, and an output unit circuit 94 are provided. In addition,
The code extraction circuit 91 is a circuit that extracts a plurality of codes included in the instruction sent to the control circuit 87, and the code determination circuit 92 compares the extracted code with a code corresponding to the reference to determine the instruction. The CRC is a circuit that determines the content, and the CRC determination circuit 93 is a circuit that detects the presence or absence of a transmission error or the like based on the determined code. In FIG. 28A, in addition to the control circuit 87, a
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89により
無線信号が受信される。無線信号は高周波回路81を介して電源回路82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2180が有する各回
路に供給される。また、高周波回路81を介してデータ復調回路85に送られた信号は復
調される(以下、復調信号という)。さらに、高周波回路81を介してリセット回路83
およびクロック発生回路84を通った信号及び復調信号は制御回路87に送られる。制御
回路87に送られた信号は、コード抽出回路91、コード判定回路92およびCRC判定
回路93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88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94を通って符号化される。さらに、符号化された半導体装置2180の情報
はデータ変調回路86を通って、アンテナ89により無線信号に載せて送信される。なお
、半導体装置2180を構成する複数の回路においては、低電源電位(以下、VSSとい
う)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 89. The radio signal is sent to the power supply circuit 82 via the
The signal that has passed through the clock generation circuit 84 and the demodulated signal are sent to the control circuit 87. The signal sent to the control circuit 87 is analyzed by the code extraction circuit 91, the code determination circuit 92, the CRC determination circuit 93, and the like. Then, information on the semiconductor device stored in the
このように、リーダ/ライタから半導体装置2180に信号を送り、当該半導体装置2
180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。
In this manner, a signal is sent from the reader / writer to the
By receiving the signal sent from 180 with a reader / writer, the data of the semiconductor device can be read.
また、半導体装置2180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。
In addition, the
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28(B)参照)。品物322
0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28(C)参照)。半導体装置3230、
半導体装置3250としては、上述した半導体装置2180を適用することができる。こ
のように、システムに本発明に係る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。
Next, an example of a usage pattern of a semiconductor device capable of inputting and outputting data without contact will be described. A reader /
When the reader /
The
As the
なお、上述した以外にも本発明に係る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25
を用いて説明する。
In addition to the above, the semiconductor device according to the present invention has a wide range of uses, and is applicable to any product that can be used for production, management, etc. by clarifying information such as the history of the object without contact. can do. 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. With respect to these examples, FIG.
Will be described.
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、約束手形等を指す
(図25(A)参照)。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す(図25(B)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(図25(C)参照)。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す(図25(D)参照)。書籍
類とは、書物、本等を指す(図25(E)参照)。記録媒体とは、DVDソフト、ビデオ
テープ等を指す(図25(F)参照)。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す(図
25(G)参照)。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す(図25(H))。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)、携帯電話機等を指す。
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 (see FIG. 25A). Certificates refer to driver's licenses, resident's cards, etc. (see Figure 25 (B))
. Bearer bonds refer to stamps, gift cards, various gift certificates, and the like (see FIG. 25C). Packaging containers refer to wrapping paper for lunch boxes, plastic bottles, and the like (see FIG. 25D). Books refer to books, books, and the like (see FIG. 25E). The recording media refer to DVD software, video tapes, and the like (see FIG. 25F). The vehicles refer to vehicles such as bicycles, ships, and the like (see FIG. 25G). Personal belongings refer to bags, glasses, and the like (FIG. 25H). What are foods?
Refers to food and beverages. 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 (television receivers, thin television receivers), cellular phones, and the like.
紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に半導体装置2180を設けること
により、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の
回り品、食品類、生活用品類、電子機器等に半導体装置2180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。乗物類、保健用品
類、薬品類等に半導体装置2180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、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。半導体装置21
80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。
Forgery can be prevented by providing the
As a method of providing 80, it is attached to the surface of the article or embedded in the 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現在の
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 status such as the current body temperature as well as the year of birth, gender or type.
なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment.
(実施の形態8)
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる構成の半導体装置の例について、図30を
用いて説明する。具体的には、半導体装置として、不揮発性半導体記憶装置の1つである
メモリトランジスタの例を説明する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, an example of a semiconductor device having a structure different from that of the above embodiment will be described with reference to FIGS. Specifically, an example of a memory transistor which is one of nonvolatile semiconductor memory devices will be described as a semiconductor device.
本実施の形態で示すメモリトランジスタは、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。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
浮遊ゲート電極とも呼ばれる。浮遊ゲート電極上には、絶縁層を介して制御ゲート電極を
備えている。
The memory transistor described in this embodiment is a MOSFET (Metal Oxide).
A region having a structure similar to that of a semiconductor field effect transistor) and capable of accumulating charges for a long period is provided over the channel formation region. This charge storage region is formed on an insulating layer and is also called a floating gate electrode because it is isolated from the surroundings. A control gate electrode is provided on the floating gate electrode through an insulating layer.
上記のような構造を有するメモリトランジスタは、制御ゲート電極に印加する電圧によ
り、浮遊ゲート電極に電荷を蓄積させ、また放出させる動作が行われる。すなわち浮遊ゲ
ート電極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。浮
遊ゲート電極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、
制御ゲート電極の間に高電圧を印加する。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。チャネル形成領域上
に設けられる絶縁層は、トンネル絶縁層とも呼ばれている。
In the memory transistor having the above structure, an operation for accumulating and releasing charges in the floating gate electrode is performed by a voltage applied to the control gate electrode. In other words, data is stored by taking in and out the electric charge held in the floating gate electrode. The injection and extraction of charges into the floating gate electrode are performed by a semiconductor layer in which a channel formation region is formed,
A high voltage is applied between the control gate electrodes. 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. The insulating layer provided over the channel formation region is also called a tunnel insulating layer.
図30に、本実施の形態に係る半導体装置である不揮発性半導体記憶装置の主要な構成
を説明するための上面図及び断面図を示す。図30は、特にメモリトランジスタの構成を
示しており、図30(A)は上面図、図30(B)は図30(A)における破線OP間の
断面図、図30(C)は図30(A)における破線QR間の断面図を示している。なお、
図30(A)は、一部薄膜等を省略している。
30A and 30B are a top view and a cross-sectional view for explaining the main structure of the nonvolatile semiconductor memory device that is the semiconductor device according to this embodiment. 30 shows a structure of the memory transistor in particular, FIG. 30A is a top view, FIG. 30B is a cross-sectional view between broken lines OP in FIG. 30A, and FIG. 30C is FIG. Sectional drawing between the broken lines QR in (A) is shown. In addition,
In FIG. 30A, some thin films and the like are omitted.
図30に示す不揮発性半導体記憶装置は、基板502上に絶縁層504を介して設けら
れたメモリトランジスタ500を有している。メモリトランジスタ500は、島状に設け
られた半導体層505と、当該半導体層の側面と接して設けられた側面絶縁層512と、
半導体層505の一表面上に順に設けられた第1絶縁層514、浮遊ゲート電極を形成す
る電荷蓄積層516、第2絶縁層517、制御ゲート電極を形成する導電層518の積層
構造と、半導体層505上に絶縁層550を介して設けられたソース電極又はドレイン電
極を形成する導電層522と、を有している。第1絶縁層514、電荷蓄積層516、第
2絶縁層517、導電層518の積層構造の側面と接してサイドウォール絶縁層526が
形成されている。また、導電層522は、絶縁層550を介して半導体層505と電気的
に接続されている。
The nonvolatile semiconductor memory device illustrated in FIG. 30 includes a
A stacked structure of a first insulating
島状に設けられた半導体層505は、異なる膜厚の領域を有する。半導体層505の膜
厚は30nm乃至200nm(但し30nmは除く)、好ましくは50nm乃至100n
mとする。また、半導体層505において薄い領域の膜厚は30nm乃至150nm(但
し30nmは除く)、好ましくは50nm乃至70nmとする。また、半導体層505の
端部は、上記実施の形態と同様、テーパ形状とすることができる。
The
m. The thickness of the thin region in the
また、半導体層505は、チャネル形成領域506と、LDD領域として機能する一対
の低濃度不純物領域508と、ソース領域又はドレイン領域として機能する一対の高濃度
不純物領域511と、高濃度不純物領域511上に接するシリサイド領域524を有する
。シリサイド領域524は、高濃度不純物領域の一部に形成されているともいえる。チャ
ネル形成領域506は、半導体層505において薄い膜厚の領域に形成される。シリサイ
ド領域524を含む高濃度不純物領域は、半導体層505において厚い膜厚の領域に形成
される。よって、シリサイド領域524を含む高濃度不純物領域の膜厚は、チャネル形成
領域506よりも厚くなっている。
The
シリサイド領域524は、少なくともその一部が、半導体層505においてチャネル形
成領域506よりも膜厚が大きい領域に形成される。また、シリサイド領域524は、半
導体層505において高濃度不純物領域511上に接する領域で、且つ半導体層505、
並びにサイドウォール絶縁層526及び導電層518が重ならない領域に形成されている
。ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層522はシリサイド領域524に接
し、当該シリサイド領域524を間に介して高濃度不純物領域511と電気的に接続され
ている。半導体層505において、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層5
22及び高濃度不純物領域511を電気的に接続させる際に、シリサイド領域524を間
に介する構造とすることで、コンタクト抵抗(半導体層及び導電層の接触抵抗)を低減す
ることができる。また、シリサイド領域を形成することで、ソース領域又はドレイン領域
として機能する不純物領域の低抵抗化を図ることができる。このようにシリサイド領域を
設けることで、完成する半導体装置の信号遅延防止や低消費電力化、並びに動作特性の劣
化防止が可能になる。
At least a part of the
In addition, the
22 and the high-
また、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層522を、半導体層505に
おいてチャネル形成領域506よりも膜厚が大きい領域と接するように形成することで、
チャネル形成領域506を薄膜とする場合も、絶縁層550に導電層522を形成するた
めの開口を形成する際に、形成する開口近傍の半導体層(高濃度不純物領域)まで除去さ
れてしまうことを防止できる。よって、製造工程における歩留まりの低下を抑制できる。
In addition, the
Even when the
なお、チャネル形成領域506は、半導体層505において導電層522が接続される
領域と比較して、薄い膜厚の領域に形成されている。チャネル形成領域506の膜厚は3
0nm乃至150nm(但し30nmは除く)程度、好ましくは50nm乃至70nm程
度とする。
Note that the
The thickness is about 0 nm to 150 nm (excluding 30 nm), preferably about 50 nm to 70 nm.
また、メモリトランジスタを構成する半導体層は図30に示す構造に限定されず、上記
実施の形態1乃至5で示したいずれの半導体層の構成を適用してもよい。例えば、シリサ
イド領域は形成されなくともよいし、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物
領域全体がシリサイド化されていてもよい。
Further, the semiconductor layer included in the memory transistor is not limited to the structure shown in FIG. 30, and any of the semiconductor layer structures described in
また、ここでは半導体層505にLDD領域として機能する低濃度不純物領域を形成す
る例を示すが、本発明は特に限定されず、LDD領域は形成しなくともよい。LDD領域
を形成しない場合は、半導体層はソース領域又はドレイン領域として機能する一対の不純
物領域の間に接してチャネル形成領域を有する構成となればよい。
Although an example in which a low concentration impurity region functioning as an LDD region is formed in the
半導体層505に形成されたチャネル形成領域506上には、第1絶縁層514、電荷
蓄積層516、第2絶縁層517、導電層518が積層形成されている。また、これらの
積層構造は、島状の半導体層505を横断するように設けられている。第1絶縁層514
はトンネル絶縁層として機能し、電荷蓄積層516は浮遊ゲート電極として機能する。第
2絶縁層517はコントロール絶縁層として機能し、導電層518は制御ゲート電極とし
て機能する。なお、ここでは第1絶縁層514、電荷蓄積層516、第2絶縁層517、
導電層518の各層を単層構造で形成する例を示すが、本発明は特に限定されず2層以上
の積層構造としてもよい。
Over the
Functions as a tunnel insulating layer, and the
Although an example in which each layer of the
島状に設けられた半導体層505の側面と接して側面絶縁層512が形成されている。
図30に示されるように、半導体層505において電荷蓄積層516、導電層518が横
断する領域(電荷蓄積層516等が半導体層505端部を乗り越える領域)では、半導体
層505及びその側面と接して形成された側面絶縁層512上にトンネル絶縁層として機
能する第1絶縁層514が形成されている。よって、半導体層505の端部、特に半導体
層505端部と電荷蓄積層516等が重畳する領域(電荷蓄積層516が半導体層505
端部を乗り越える領域)における絶縁層の被覆不良に起因した不良、例えばリーク電流の
発生、静電破壊等を防止することができる。また、メモリトランジスタは動作させるため
に高電圧を印加させるため、半導体層端部に局所的な電界集中が起きやすいが、本発明の
ような構成とすることで電界集中を緩和することができ、局所的劣化を抑制することがで
きる。その結果、完成する不揮発性半導体記憶装置の信頼性を向上させることが可能とな
る。
A
As shown in FIG. 30, in a region where the
It is possible to prevent defects resulting from defective coating of the insulating layer (regions over the end portion), such as generation of leakage current and electrostatic breakdown. In addition, since a high voltage is applied to operate the memory transistor, local electric field concentration tends to occur at the end of the semiconductor layer, but electric field concentration can be mitigated by adopting a configuration like the present invention, Local degradation can be suppressed. As a result, the reliability of the completed nonvolatile semiconductor memory device can be improved.
半導体層505は、単結晶半導体又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、CVD法やスパッタリング法によって基板全面に非晶質半導体層を形成
し、当該半導体層を結晶化させた後、所望の形状にエッチング加工して形成することがで
きる。半導体材料としてはシリコンを主成分とする材料を用いるのが好ましく、具体的に
は、シリコン、シリコンゲルマニウム等を用いて形成することができる。また、ゲルマニ
ウムを用いて形成してもよい。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る熱結晶化法、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の方法を組み合わせた方法等により行うことができる。
また、このような薄膜プロセスに換えて、絶縁表面に単結晶半導体層を設けたSOI基板
を用い、絶縁表面に設けられた単結晶半導体層を加工して半導体層505を形成してもよ
い。
The
Alternatively, instead of such a thin film process, an SOI substrate provided with a single crystal semiconductor layer over an insulating surface may be used, and the
半導体層505にはチャネル形成領域506、低濃度不純物領域508、高濃度不純物
領域511、シリサイド領域524が形成されている。チャネル形成領域506は一対の
高濃度不純物領域511の間に位置しており、低濃度不純物領域508はチャネル形成領
域506と高濃度不純物領域511の間にそれぞれ位置している。シリサイド領域524
は、高濃度不純物領域511上に位置している。
In the
Is located on the high
低濃度不純物領域508には一導電型を付与する不純物元素が第1の濃度で添加されて
おり、高濃度不純物領域511には一導電型を付与する不純物元素が第2の濃度で添加さ
れている。低濃度不純物領域508及び高濃度不純物領域には同じ導電型の不純物元素が
添加されている。また、第1の濃度と比較して、第2の濃度を高くして不純物元素が添加
されている。一導電型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)、アルミニウム(A
l)、ガリウム(Ga)等のp型を付与する元素、リン(P)、ヒ素(As)等のn型を
付与する元素を用いることができる。
An impurity element imparting one conductivity type is added to the low
l) An element imparting p-type, such as gallium (Ga), or an element imparting n-type, such as phosphorus (P) or arsenic (As) can be used.
なお、チャネル形成領域506に、メモリトランジスタの閾値電圧を制御するための一
導電型を付与する不純物元素を添加してもよい。チャネル形成領域506に所定の濃度の
不純物元素を添加することで、強制的にトランジスタの閾値電圧をシフトさせ、所望の閾
値電圧とすることが可能である。
Note that an impurity element imparting one conductivity type for controlling the threshold voltage of the memory transistor may be added to the
また、シリサイド領域524に、高濃度不純物領域511と同程度の不純物元素が添加
されていてもよい。
Further, an impurity element similar to that of the high
側面絶縁層512は、半導体層が埋め込まれるように絶縁層を形成し、当該絶縁層を、
垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして形成する。例えば
、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、SiOF、Si
OC、DLC、ポーラスシリカ等の材料を用いて形成することができる。なお、側面絶縁
層512は、半導体層を島状に形成した後、該半導体層を選択的にエッチングして異なる
膜厚の領域を形成する前に形成するのが好ましい。
The
It is formed by selective etching by anisotropic etching mainly in the vertical direction. For example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, SiOF, Si
It can be formed using materials such as OC, DLC, and porous silica. Note that the
第1絶縁層514は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリ
コン、窒化アルミニウム等を用いて単層構造又は積層構造で形成すればよい。第1絶縁層
514は、CVD法、スパッタリング法、ALD法等により形成してもよいが、好ましく
は高密度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よい。これは、半導
体層をプラズマ処理による固相酸化若しくは固相窒化することで、緻密で絶縁耐圧が高い
薄膜が形成できるためである。第1絶縁層514はメモリトランジスタのトンネル絶縁層
として機能するため、薄いほどトンネル電流が流れやすくなり、また上層に形成される浮
遊ゲート電極に低電圧で電荷を蓄積することが可能になるため、緻密で絶縁耐圧が高い薄
膜を形成すると効果的である。また、第1絶縁層514は、CVD法、スパッタリング法
、ALD法等により形成した絶縁層に対して高密度プラズマ処理による固相酸化若しくは
固相窒化をして形成してもよい。第1絶縁層514の膜厚は1nm乃至50nm、好まし
くは1nm乃至20nm、より好ましくは1nm乃至10nmの範囲で形成する。
The first insulating
電荷蓄積層516は第1絶縁層514上に単層構造又は積層構造で形成される。電荷蓄
積層516は、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)などの半導体材料、シリコンを
主成分とする化合物、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブ
デン(Mo)等から選ばれた金属、これら金属を主成分とする合金、およびこれら金属を
主成分とする金属化合物(金属窒化物、金属酸化物等)から選ばれる材料を用いて形成す
ればよい。例えば、シリコンを主成分とする化合物として、窒化シリコン、窒化酸化シリ
コン、炭化シリコン、およびシリサイド(タングステンシリサイド、チタンシリサイド、
ニッケルシリサイド)などがある。半導体材料として、n型またはp型のシリコン、およ
びゲルマニウムを10原子%未満の濃度で含むシリコンゲルマニウムなどがある。金属の
化合物として、窒化タンタル、酸化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、酸化チタ
ンおよび酸化スズなどがある。また、シリコンを用いる場合は、リンやボロンなどの導電
性を付与する不純物を添加してもよい。
The
Nickel silicide). Examples of the semiconductor material include n-type or p-type silicon and silicon germanium containing germanium at a concentration of less than 10 atomic%. Examples of the metal compound include tantalum nitride, tantalum oxide, tungsten nitride, titanium nitride, titanium oxide, and tin oxide. In the case of using silicon, an impurity imparting conductivity such as phosphorus or boron may be added.
また、電荷蓄積層516は、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。例えばシリコン化合物、ゲルマニウム化合物を用いて形成することが
できる。シリコン化合物としては、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、水素が添加された
酸化窒化シリコン等がある。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。
In addition, the
第2絶縁層517は、電荷蓄積層516上に単層構造又は積層構造で形成される。第2
絶縁層517は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シ
リコン、酸化アルミニウム等を用いて形成する。また、電荷蓄積層516に高密度プラズ
マ処理を行い、その表面を固相窒化した窒化膜(例えば、電荷蓄積層516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。第1絶縁層514又は第2絶縁層
517において、電荷蓄積層516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516の酸化を防ぐことができる。
The second
The insulating
導電層518は、第2絶縁層517上に単層構造又は積層構造で形成される。導電層5
18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)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、又はニオブ(Nb)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を用いて形成することができる
。また、リン等の一導電型を付与する不純物元素が添加された多結晶シリコンに代表され
る半導体材料を用いることもできる。
The
18 is tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo)
, Chromium (Cr), aluminum (Al), copper (Cu), niobium (Nb), or a metal element, or an alloy material or a compound material containing the metal element. Alternatively, a semiconductor material typified by polycrystalline silicon to which an impurity element imparting one conductivity type such as phosphorus is added can be used.
第1絶縁層514、電荷蓄積層516、第2絶縁層517、導電層518の側面と接し
てサイドウォール絶縁層526が形成されている。サイドウォール絶縁層526は、CV
D法やスパッタリング法により、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化
酸化シリコン等の無機材料、有機樹脂などの有機材料を用いて単層構造又は積層構造の絶
縁層を形成し、当該絶縁層を垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッ
チングして形成することができる。サイドウォール絶縁層526は、シリサイド領域を形
成する場合は、シリサイド用マスクとして機能する。また、ここではLDD領域を形成す
るドーピング用マスクとしても機能する。
A
An insulating layer having a single layer structure or a stacked structure is formed using an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or silicon nitride oxide, or an organic material such as an organic resin by a D method or a sputtering method. Can be selectively etched by anisotropic etching mainly in the vertical direction. The
チャネル形成領域506は、絶縁層514を介して電荷蓄積層516、導電層518と
重なる領域に形成されている。つまり、電荷蓄積層516、導電層518は半導体層50
5を横断するように、且つチャネル形成領域506上に設けられている。低濃度不純物領
域508は、サイドウォール絶縁層526と重なる領域に形成されている。高濃度不純物
領域511は、電荷蓄積層516、導電層518、サイドウォール絶縁層526と重なら
ない領域に形成されている。また、高濃度不純物領域511は、少なくともその一部が、
半導体層505においてチャネル形成領域よりも膜厚が大きい領域に形成される。
The
5 and on the
The
ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層522は、基板502上に設けられ
た絶縁層や導電層等を覆うように絶縁層520を形成した後、該絶縁層520を介して半
導体層505に形成された高濃度不純物領域511と電気的に接続されるように形成する
。
The
絶縁層520は、CVD法、スパッタリング法、ALD法、塗布法、又はそれらの組み
合わせ法等により、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン
等の無機絶縁材料や、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む絶縁材料、
エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アク
リル等の有機絶縁材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料を用いて形成する。なお
、シロキサン材料とは、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、
フルオロ基を用いることもできる。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、絶縁層520は、CVD法やスパッタリング法等
を用いて絶縁層を形成した後、当該絶縁層に対して高密度プラズマ処理を行って形成して
もよい。
The insulating layer 520 is formed by an inorganic insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or silicon nitride oxide, or DLC (diamond-like carbon) by a CVD method, a sputtering method, an ALD method, a coating method, or a combination thereof. ) Insulating material containing carbon, such as
It is formed using an organic insulating material such as epoxy, polyimide, polyamide, polyvinylphenol, benzocyclobutene, acrylic, or a siloxane material such as a siloxane resin. Note that the siloxane material 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. As a substituent,
A fluoro group can also be used. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, the insulating layer 520 may be formed by forming an insulating layer using a CVD method, a sputtering method, or the like, and then performing high-density plasma treatment on the insulating layer.
導電層522は、CVD法やスパッタリング法により、アルミニウム(Al)、タング
ステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(N
i)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)又はネオ
ジウム(Nd)から選ばれる金属元素、又は当該金属元素を含む合金材料若しくは化合物
材料を用いて、単層構造又は積層構造で形成する。アルミニウムを含む合金材料としては
、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分
とし、ニッケルと、炭素とシリコンの一方又は両方とを含む合金材料があげられる。
The
i) a metal element selected from platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), manganese (Mn) or neodymium (Nd), or an alloy material or compound material containing the metal element Used to form a single layer structure or a laminated structure. Examples of the alloy material containing aluminum include a material containing aluminum as a main component and nickel, or an alloy material containing aluminum as a main component and containing nickel and one or both of carbon and silicon.
本発明を適用した不揮発性半導体記憶装置は、導電層及び半導体層の接続に起因する不
良、及び半導体層の端部の形状及び特性等の影響による不良を防止することができる。よ
って、歩留まり良く製造することが可能となり、また完成する不揮発性半導体記憶装置の
信頼性を向上させることができる。また、半導体層端部に起因するリーク電流を防止でき
、また局所的な電界集中を緩和することができるため、トンネル絶縁層として機能する絶
縁層を薄膜化することが可能である。よって、消費電力の低減を図ることができる。さら
に、半導体層及び電極(配線)のコンタクト抵抗を低減することで、消費電力の低減を図
ることができる。
A nonvolatile semiconductor memory device to which the present invention is applied can prevent a defect due to a connection between a conductive layer and a semiconductor layer, and a defect due to an influence of a shape and characteristics of an end portion of the semiconductor layer. Therefore, it is possible to manufacture with a high yield and to improve the reliability of the completed nonvolatile semiconductor memory device. In addition, leakage current due to the end portion of the semiconductor layer can be prevented and local electric field concentration can be reduced, so that the insulating layer functioning as a tunnel insulating layer can be thinned. Therefore, power consumption can be reduced. Furthermore, the power consumption can be reduced by reducing the contact resistance of the semiconductor layer and the electrode (wiring).
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と、適宜組み合わせることがで
きる。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.
100 薄膜トランジスタ
101 半導体層
102 基板
103 半導体層
104 絶縁層
105 半導体層
106 チャネル形成領域
107 低濃度不純物領域
108 低濃度不純物領域
110 高濃度不純物領域
112 側面絶縁層
114 絶縁層
116 導電層
118 導電層
119 ゲート電極
120 絶縁層
122 導電層
132 レジストマスク
150 薄膜トランジスタ
155 半導体層
160 高濃度不純物領域
162 側面絶縁層
164 レジストマスク
100
Claims (3)
前記半導体層の側面と接する領域を有する、第1絶縁層と、
前記半導体層と重なる領域を有する、ゲート電極と、
前記半導体層と、前記ゲート電極との間の、第2絶縁層と、
前記半導体層及び前記ゲート電極上の、第3絶縁層と、
前記半導体層と電気的に接続されたソース電極と、
前記半導体層と電気的に接続されたドレイン電極と、を有し、
前記ゲート電極は、第1の領域と、第2の領域とを有し、
前記第1の領域は、前記チャネル形成領域と重なる領域であり、
前記第2の領域は、前記半導体層から延在した領域であり、
少なくとも前記第2の領域において、前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層と重なり、
前記半導体層は、第3の領域と、第4の領域とを有し、
前記第3の領域は、前記半導体層に前記ソース電極が接している領域であり、
前記第4の領域は、前記半導体層に前記ドレイン電極が接している領域であり、
前記第3の領域の半導体層の膜厚は、前記チャネル形成領域の半導体層より厚く、
前記第4の領域の半導体層の膜厚は、前記チャネル形成領域の半導体層より厚く、
前記チャネル形成領域と前記第2絶縁層とが重なる領域において、前記第1絶縁層が重ならない領域を有し、
前記第1の絶縁層は、前記チャネル形成領域と接する第5の領域と、前記チャネル形成領域と接しない第6の領域とを有し、
前記第5の領域は、前記第6の領域より薄いことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor layer having a channel formation region;
A first insulating layer having a region in contact with a side surface of the semiconductor layer;
A gate electrode having a region overlapping with the semiconductor layer;
A second insulating layer between the semiconductor layer and the gate electrode;
A third insulating layer on the semiconductor layer and the gate electrode;
A source electrode electrically connected to the semiconductor layer;
A drain electrode electrically connected to the semiconductor layer,
The gate electrode has a first region and a second region,
The first region is a region overlapping with the channel formation region,
The second region is a region extending from the semiconductor layer;
At least in the second region, the second insulating layer overlaps the first insulating layer;
The semiconductor layer has a third region and a fourth region,
The third region is a region where the source electrode is in contact with the semiconductor layer,
The fourth region is a region where the drain electrode is in contact with the semiconductor layer,
The semiconductor layer in the third region is thicker than the semiconductor layer in the channel formation region,
The semiconductor layer in the fourth region is thicker than the semiconductor layer in the channel formation region,
In the channel formation region and the second region where the insulating layer and overlap, have a region where the first insulating layer do not overlap,
The first insulating layer has a fifth region in contact with the channel formation region and a sixth region not in contact with the channel formation region,
The semiconductor device according to claim 5, wherein the fifth region is thinner than the sixth region .
前記半導体層の側面と接する領域を有する、第1絶縁層と、
前記半導体層と重なる領域を有する、ゲート電極と、
前記半導体層と、前記ゲート電極との間の、第2絶縁層と、
前記半導体層及び前記ゲート電極上の、第3絶縁層と、
前記半導体層と電気的に接続されたソース電極と、
前記半導体層と電気的に接続されたドレイン電極と、を有し、
前記ゲート電極は、第1の領域と、第2の領域とを有し、
前記第1の領域は、前記チャネル形成領域と重なる領域であり、
前記第2の領域は、前記半導体層から延在した領域であり、
前記延在している方向は、チャネル幅方向と平行な方向であり、
少なくとも前記第2の領域において、前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層と重なり、
前記半導体層は、第3の領域と、第4の領域と、第5の領域と、第6の領域とを有し、
前記第3の領域は、前記半導体層に前記ソース電極が接している領域であり、
前記第4の領域は、前記半導体層に前記ドレイン電極が接している領域であり、
前記第5の領域は、前記第3の領域の外側にあり、
前記第6の領域は、前記第4の領域の外側にあり、
前記第3の領域の半導体層の膜厚は、前記チャネル形成領域の半導体層より厚く、
前記第4の領域の半導体層の膜厚は、前記チャネル形成領域の半導体層より厚く、
前記第5の領域の半導体層の膜厚は、前記第3の領域の半導体層より薄く、
前記第6の領域の半導体層の膜厚は、前記第4の領域の半導体層より薄く、
前記第1の絶縁層は、前記第5の領域の半導体層の膜厚と等しい領域を有し、
前記第1の絶縁層は、前記第6の領域の半導体層の膜厚と等しい領域を有し、
前記チャネル形成領域と前記第2絶縁層とが重なる領域において、前記第1絶縁層が重ならない領域を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor layer having a channel formation region;
A first insulating layer having a region in contact with a side surface of the semiconductor layer;
A gate electrode having a region overlapping with the semiconductor layer;
A second insulating layer between the semiconductor layer and the gate electrode;
A third insulating layer on the semiconductor layer and the gate electrode;
A source electrode electrically connected to the semiconductor layer;
A drain electrode electrically connected to the semiconductor layer,
The gate electrode has a first region and a second region,
The first region is a region overlapping with the channel formation region,
The second region is a region extending from the semiconductor layer;
The extending direction is a direction parallel to the channel width direction,
At least in the second region, the second insulating layer overlaps the first insulating layer;
The semiconductor layer has a third region, a fourth region, a fifth region, and a sixth region;
The third region is a region where the source electrode is in contact with the semiconductor layer,
The fourth region is a region where the drain electrode is in contact with the semiconductor layer,
The fifth region is outside the third region;
The sixth region is outside the fourth region;
The semiconductor layer in the third region is thicker than the semiconductor layer in the channel formation region,
The semiconductor layer in the fourth region is thicker than the semiconductor layer in the channel formation region,
The thickness of the semiconductor layer in the fifth region is thinner than the semiconductor layer in the third region,
The thickness of the semiconductor layer in the sixth region is thinner than the semiconductor layer in the fourth region,
The first insulating layer has a region equal to the film thickness of the semiconductor layer of the fifth region,
The first insulating layer has a region equal to the film thickness of the semiconductor layer in the sixth region;
A semiconductor device comprising a region where the channel formation region and the second insulating layer overlap with each other, wherein the first insulating layer does not overlap.
前記半導体層の側面と接する領域を有する、第1絶縁層と、
前記半導体層と重なる領域を有する、ゲート電極と、
前記半導体層と、前記ゲート電極との間の、第2絶縁層と、
前記半導体層及び前記ゲート電極上の、第3絶縁層と、
前記半導体層と電気的に接続されたソース電極と、
前記半導体層と電気的に接続されたドレイン電極と、を有し、
前記ゲート電極は、第1の領域と、第2の領域とを有し、
前記第1の領域は、前記チャネル形成領域と重なる領域であり、
前記第2の領域は、前記半導体層から延在した領域であり、
前記延在している方向は、チャネル幅方向と平行な方向であり、
少なくとも前記第2の領域において、前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層と重なり、
前記半導体層は、第3の領域と、第4の領域と、第5の領域と、第6の領域とを有し、
前記第3の領域は、前記半導体層に前記ソース電極が接している領域であり、
前記第4の領域は、前記半導体層に前記ドレイン電極が接している領域であり、
前記第5の領域は、前記第3の領域の外側にあり、
前記第6の領域は、前記第4の領域の外側にあり、
前記第3の領域の半導体層の膜厚は、前記チャネル形成領域の半導体層より厚く、
前記第4の領域の半導体層の膜厚は、前記チャネル形成領域の半導体層より厚く、
前記第5の領域の半導体層の膜厚は、前記第3の領域の半導体層より薄く、
前記第6の領域の半導体層の膜厚は、前記第4の領域の半導体層より薄く、
前記チャネル形成領域と、前記第3の領域と、前記第4の領域と、前記第5の領域と、前記第6の領域とは、同一のエッチング工程を経て形成されたものであり、
前記第1の絶縁層は、前記第5の領域の半導体層の膜厚と等しい領域を有し、
前記第1の絶縁層は、前記第6の領域の半導体層の膜厚と等しい領域を有し、
前記チャネル形成領域と前記第2絶縁層とが重なる領域において、前記第1絶縁層が重ならない領域を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor layer having a channel formation region;
A first insulating layer having a region in contact with a side surface of the semiconductor layer;
A gate electrode having a region overlapping with the semiconductor layer;
A second insulating layer between the semiconductor layer and the gate electrode;
A third insulating layer on the semiconductor layer and the gate electrode;
A source electrode electrically connected to the semiconductor layer;
A drain electrode electrically connected to the semiconductor layer,
The gate electrode has a first region and a second region,
The first region is a region overlapping with the channel formation region,
The second region is a region extending from the semiconductor layer;
The extending direction is a direction parallel to the channel width direction,
At least in the second region, the second insulating layer overlaps the first insulating layer;
The semiconductor layer has a third region, a fourth region, a fifth region, and a sixth region;
The third region is a region where the source electrode is in contact with the semiconductor layer,
The fourth region is a region where the drain electrode is in contact with the semiconductor layer,
The fifth region is outside the third region;
The sixth region is outside the fourth region;
The semiconductor layer in the third region is thicker than the semiconductor layer in the channel formation region,
The semiconductor layer in the fourth region is thicker than the semiconductor layer in the channel formation region,
The thickness of the semiconductor layer in the fifth region is thinner than the semiconductor layer in the third region,
The thickness of the semiconductor layer in the sixth region is thinner than the semiconductor layer in the fourth region,
The channel formation region, the third region, the fourth region, the fifth region, and the sixth region are formed through the same etching process,
The first insulating layer has a region equal to the film thickness of the semiconductor layer of the fifth region,
The first insulating layer has a region equal to the film thickness of the semiconductor layer in the sixth region;
A semiconductor device comprising a region where the channel formation region and the second insulating layer overlap with each other, wherein the first insulating layer does not overlap.
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