JPH04287377A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH04287377A
JPH04287377A JP5194091A JP5194091A JPH04287377A JP H04287377 A JPH04287377 A JP H04287377A JP 5194091 A JP5194091 A JP 5194091A JP 5194091 A JP5194091 A JP 5194091A JP H04287377 A JPH04287377 A JP H04287377A
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JP
Japan
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region
gate electrode
channel
source
drain
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Withdrawn
Application number
JP5194091A
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Japanese (ja)
Inventor
Nariyoshi Andou
也義 安藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04287377A publication Critical patent/JPH04287377A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor device which can be improved in such a performance as driving ability, etc., and its manufacturing method. CONSTITUTION:A MOS transistor is constituted in such a way that the first n-type source and drain regions 6a and 6b are formed on the surface of a p-type silicon substrate 1 and the first polycrystalline silicon gate electrode 5 is formed in the first channel region between the regions 6a and 6b with the first gate oxide film 4 in between. Then a TFT type transistor is constituted in such a way that a p-type polycrystalline silicon layer 8 is formed on the electrode 5 with the second gate oxide film 7 in between and the second polycrystalline silicon gate electrode 10 is formed in the second channel region between the second n<+>-type source and drain regions 11a and 11b at both ends of the layer 8 with the third gate oxide film 9 in between.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に係り、特に電界効果トランジスタ及びその製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a field effect transistor and a method of manufacturing the same.

【0002】0002

【従来の技術】現在の電界効果トランジスタの主流をな
すのは、MOS(Metal Oxide Semic
onductor )型トランジスタである。図6に従
来構造のMOS型トランジスタの断面図を示す。例えば
p型シリコン基板21上にフィールド酸化膜22が形成
され、このフィールド酸化膜22下にp+ 型チャネル
ストッパ領域23が形成されて、素子分離を行なってい
る。そして素子領域のp型シリコン基板21表面には、
n+ 型ソース、ドレイン領域26a、26bが相対し
て形成されている。そしてこれらn+型ソース、ドレイ
ン領域26a、26bに挟まれたチャネル領域上には、
ゲート酸化膜24を介して、多結晶シリコンゲート電極
25が形成されている。この多結晶シリコンゲート電極
25は、絶縁膜32によって覆われている。また、n+
型ソース領域26a上には、コンタクトホールを介して
オーミックコンタクトしている例えばAl(アルミニウ
ム)からなるソース電極33aが形成され、同様に、n
+ 型ドレイン領域26b上には、コンタクトホールを
介してオーミックコンタクトするAlからなるドレイン
電極33bが形成されている。
[Prior Art] The mainstream of current field effect transistors is MOS (Metal Oxide Semiconductor).
It is a conductor ) type transistor. FIG. 6 shows a cross-sectional view of a MOS transistor with a conventional structure. For example, a field oxide film 22 is formed on a p-type silicon substrate 21, and a p + -type channel stopper region 23 is formed under this field oxide film 22 for element isolation. Then, on the surface of the p-type silicon substrate 21 in the element region,
N+ type source and drain regions 26a and 26b are formed facing each other. On the channel region sandwiched between these n+ type source and drain regions 26a and 26b,
A polycrystalline silicon gate electrode 25 is formed with a gate oxide film 24 interposed therebetween. This polycrystalline silicon gate electrode 25 is covered with an insulating film 32. Also, n+
A source electrode 33a made of, for example, Al (aluminum) is formed on the type source region 26a and is in ohmic contact through a contact hole.
A drain electrode 33b made of Al is formed on the + type drain region 26b to make ohmic contact with it through a contact hole.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のM
OS型トランジスタは電流が流れるチャネルが1つであ
り、その駆動能力を向上させるには限界があった。とこ
ろで、MOS型トランジスタと同様に電界効果を利用し
たトランジスタであって、液晶と組み合わせた平板形大
面積表示デバイスに応用されるものに、TFT(Thi
n Film Transistor)型トランジスタ
がある。図7に最も一般的な逆スタガ型のTFT型トラ
ンジスタの断面図を示す。
[Problem to be solved by the invention] In this way, the conventional M
An OS type transistor has only one channel through which current flows, and there is a limit to improving its driving ability. By the way, TFTs (Th) are transistors that utilize field effects like MOS transistors and are applied to large-area flat panel display devices combined with liquid crystals.
n Film Transistor) type transistor. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the most common inverted staggered TFT transistor.

【0004】絶縁基板41上に多結晶シリコンゲート電
極42が形成され、またこの多結晶シリコンゲート電極
42上にゲート酸化膜43が形成されている。そしてこ
のゲート酸化膜43上及び絶縁基板41上には、TFT
型トランジスタ基板となる多結晶シリコン層44が形成
されている。また、この多結晶シリコン層44上には、
オーミックコンタクトするソース、ドレイン電極45a
、45bが相対して形成されている。
A polycrystalline silicon gate electrode 42 is formed on an insulating substrate 41, and a gate oxide film 43 is formed on this polycrystalline silicon gate electrode 42. On this gate oxide film 43 and on the insulating substrate 41, there are TFTs.
A polycrystalline silicon layer 44 is formed to serve as a type transistor substrate. Moreover, on this polycrystalline silicon layer 44,
Source and drain electrodes 45a in ohmic contact
, 45b are formed opposite to each other.

【0005】従って、多結晶シリコンゲート電極42に
印加するゲート電圧により、ソース、ドレイン電極45
a、45b間のチャネル領域として多結晶シリコン層4
4に流れるドレイン電流を制御することができる。即ち
、MOS型トランジスタと同様の電流−電圧特性を得る
ことができる。そこで本発明は、MOS型トランジスタ
にTFT型トランジスタを組み合わせて、トランジスタ
としての駆動能力向上等の高性能化を実現することがで
きる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的
とする。
Therefore, the gate voltage applied to the polycrystalline silicon gate electrode 42 causes the source and drain electrodes 45 to
A polycrystalline silicon layer 4 is used as a channel region between a and 45b.
4 can be controlled. That is, current-voltage characteristics similar to those of a MOS transistor can be obtained. SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can achieve higher performance such as improved driving ability as a transistor by combining a MOS transistor with a TFT transistor.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体基板
と、前記半導体基板表面に相対して形成された第1のソ
ース領域及び第1のドレイン領域と、前記第1のソース
領域と前記第1のドレイン領域とに挟まれた第1のチャ
ネル領域上に、第1のゲート絶縁膜を介して形成された
第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極上に、第2
のゲート絶縁膜を介して形成された多結晶半導体層と、
前記多結晶半導体層に相対して形成された第2のソース
領域及び第2のドレイン領域と、前記第2のソース領域
と前記第2のドレイン領域とに挟まれた第2のチャネル
領域上に、第3のゲート絶縁膜を介して形成された第2
のゲート電極とを有することを特徴とする半導体装置に
よって達成される。
[Means for Solving the Problems] The above object is to provide a semiconductor substrate, a first source region and a first drain region formed opposite to the surface of the semiconductor substrate, and a first source region and a first drain region formed opposite to the surface of the semiconductor substrate. a first gate electrode formed on a first channel region sandwiched between a first drain region and a first gate insulating film;
a polycrystalline semiconductor layer formed through a gate insulating film;
a second source region and a second drain region formed opposite to the polycrystalline semiconductor layer; and a second channel region sandwiched between the second source region and the second drain region. , a second gate insulating film formed through a third gate insulating film.
This is achieved by a semiconductor device characterized in that it has a gate electrode.

【0007】また、上記の半導体装置において、前記第
1のソース領域と前記第2のソース領域とが接続され、
前記第1のドレイン領域と前記第2のドレイン領域とが
接続されていることを特徴とする半導体装置によって達
成される。また、上記の半導体装置において、前記第2
のチャネル領域のチャネル長が前記第1のチャネル領域
のチャネル長よりも短く設定され、前記第1及び第2の
チャネル領域を流れるキャリアの移動時間がほぼ等しく
なっていることを特徴とする半導体装置によって達成さ
れる。
Further, in the above semiconductor device, the first source region and the second source region are connected,
This is achieved by a semiconductor device characterized in that the first drain region and the second drain region are connected. Further, in the above semiconductor device, the second
A semiconductor device characterized in that the channel length of the channel region is set shorter than the channel length of the first channel region, and the travel time of carriers flowing through the first and second channel regions is approximately equal. achieved by.

【0008】また、上記の半導体装置において、前記第
1のゲート電極と前記第2のゲート電極とが接続されて
いることを特徴とする半導体装置によって達成される。 更に、上記課題は、半導体基板上に第1のゲート絶縁膜
を介して第1のゲート電極を形成する第1の工程と、前
記第1のゲート電極をマスクとして不純物のイオン注入
を行ない、前記半導体基板表面に相対して第1のソース
領域、第1のドレイン領域、及び前記第1のソース領域
と前記第1のドレイン領域とに挟まれた第1のチャネル
領域を形成する第2の工程と、前記第1のゲート電極上
に第2のゲート絶縁膜を介して多結晶半導体層を形成す
る第3の工程と、前記多結晶半導体層上に第3のゲート
絶縁膜を介して第2のゲート電極を形成する第4の工程
と、前記第2のゲート電極をマスクとして不純物のイオ
ン注入を行ない、前記多結晶半導体層に相対して第2の
ソース領域、第2のドレイン領域、及び前記第2のソー
ス領域と前記第2のドレイン領域とに挟まれた第2のチ
ャネル領域を形成する第5の工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法によって達成される。
[0008] The present invention is also achieved by the semiconductor device described above, characterized in that the first gate electrode and the second gate electrode are connected. Furthermore, the above problem is solved by a first step of forming a first gate electrode on a semiconductor substrate via a first gate insulating film, and implanting impurity ions using the first gate electrode as a mask. a second step of forming a first source region, a first drain region, and a first channel region sandwiched between the first source region and the first drain region facing the semiconductor substrate surface; a third step of forming a polycrystalline semiconductor layer on the first gate electrode via a second gate insulating film; and forming a second polycrystalline semiconductor layer on the polycrystalline semiconductor layer via a third gate insulating film. a fourth step of forming a gate electrode, and implanting impurity ions using the second gate electrode as a mask, forming a second source region, a second drain region, and a second drain region facing the polycrystalline semiconductor layer; A fifth step of forming a second channel region sandwiched between the second source region and the second drain region is achieved by a method for manufacturing a semiconductor device.

【0009】また、上記の半導体装置の製造方法におい
て、前記第3の工程が、前記多結晶半導体層の両端が前
記第1のゲート電極を越えて前記第1のソース領域上方
及び前記第1のドレイン領域上方にまで達するように前
記多結晶半導体層を形成する工程であり、選択的エッチ
ングにより、前記第1のソース領域及び前記第2のソー
ス領域上、並びに前記第1のドレイン領域及び前記第2
のドレイン領域上にそれぞれコンタクトホールを開口し
た後、前記コンタクトホールを介して前記第1のソース
領域及び前記第2のソース領域接続するソース電極並び
に前記第1のドレイン領域及び前記第2のドレイン領域
上にドレイン電極を形成する第6の工程を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法によって達成される。
[0009] In the above method for manufacturing a semiconductor device, the third step may include a step in which both ends of the polycrystalline semiconductor layer extend beyond the first gate electrode and above the first source region and into the first source region. This is a step of forming the polycrystalline semiconductor layer so as to reach above the drain region, and by selective etching, the polycrystalline semiconductor layer is formed on the first source region and the second source region, and on the first drain region and the first source region. 2
After forming contact holes on the respective drain regions, a source electrode connecting the first source region and the second source region through the contact hole, and a source electrode connecting the first drain region and the second drain region. This is achieved by a method for manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a sixth step of forming a drain electrode thereon.

【0010】また、上記の半導体装置の製造方法におい
て、前記第5の工程が、前記第2のゲート電極が前記第
1のチャネル領域のチャネル長よりも短くなるように前
記第2のゲート電極を形成する工程であり、前記第1及
び第2のチャネル領域を流れるキャリアの移動時間がほ
ぼ等しくなるように前記第2のチャネル領域のチャネル
長を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法に
よって達成される。
[0010] Furthermore, in the above method for manufacturing a semiconductor device, the fifth step may include forming the second gate electrode so that the second gate electrode has a channel length shorter than the channel length of the first channel region. A method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising controlling the channel length of the second channel region so that carriers flowing through the first and second channel regions have approximately equal travel time. achieved.

【0011】[0011]

【作用】本発明は、TFT型トランジスタの素子領域が
多結晶半導体層に形成されることに着目し、MOS型ト
ランジスタの上方にTFT型トランジスタを重ねて形成
した立体構造のトランジスタである。即ち、半導体基板
表面に相対して形成された第1のソース領域及び第1の
ドレイン領域と、これらに挟まれた第1のチャネル領域
上に第1のゲート絶縁膜を介して形成された第1のゲー
ト電極とによってMOS型トランジスタを構成し、また
、このMOS型トランジスタの上方に、多結晶半導体層
と、多結晶半導体層に相対して形成された第2のソース
領域及び第2のドレイン領域と、これらに挟まれた第2
のチャネル領域上に第3のゲート絶縁膜を介して形成さ
れた第2のゲート電極とを有するTFT型トランジスタ
を設け、更に、MOS型トランジスタの第1のゲート電
極をTFT型トランジスタもう1つのゲート電極とする
ダブルゲート構造をとっている。
The present invention focuses on the fact that the element region of a TFT transistor is formed in a polycrystalline semiconductor layer, and provides a transistor with a three-dimensional structure in which a TFT transistor is stacked on top of a MOS transistor. That is, a first source region and a first drain region formed facing the surface of the semiconductor substrate, and a first channel region sandwiched between these regions with a first gate insulating film interposed therebetween. 1 constitutes a MOS type transistor, and above this MOS type transistor, a polycrystalline semiconductor layer, a second source region and a second drain formed opposite to the polycrystalline semiconductor layer are formed. area and the second area sandwiched between these areas.
A TFT type transistor having a second gate electrode formed on the channel region of the TFT type transistor through a third gate insulating film is provided, and the first gate electrode of the MOS type transistor is connected to the other gate of the TFT type transistor. It has a double gate structure that serves as an electrode.

【0012】これにより、多チャネル構造の電界効果ト
ランジスタが形成され、ドレイン電流の駆動能力を大幅
に向上させる等のトランジスタの高性能化を図ることが
できる。
[0012] As a result, a field effect transistor having a multi-channel structure is formed, and it is possible to improve the performance of the transistor, such as greatly improving the drain current driving ability.

【0013】[0013]

【実施例】本発明を図示する実施例に基づいて説明する
。図1は本発明の一実施例による電界効果トランジスタ
を示す断面図である。p型シリコン基板1上にフィール
ド酸化膜2が形成され、このフィールド酸化膜2下にp
+ 型チャネルストッパ領域3が形成されている。これ
らフィールド酸化膜2及びp+ 型チャネルストッパ領
域3によって分離された素子領域のp型シリコン基板1
表面には、n+ 型第1ソース、ドレイン領域6a、6
bが相対して形成されている。そしてこれらn+ 型第
1ソース、ドレイン領域6a、6bに挟まれた第1チャ
ネル領域上には、厚さ20nmの第1ゲート酸化膜4を
介して、厚さ300nmの第1多結晶シリコンゲート電
極5が形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained based on illustrated embodiments. FIG. 1 is a sectional view showing a field effect transistor according to an embodiment of the present invention. A field oxide film 2 is formed on a p-type silicon substrate 1, and a p-type silicon substrate 2 is formed under this field oxide film 2.
A + type channel stopper region 3 is formed. A p-type silicon substrate 1 in an element region separated by these field oxide films 2 and p+ type channel stopper regions 3.
On the surface, n+ type first source and drain regions 6a, 6
b are formed facing each other. A first polycrystalline silicon gate electrode with a thickness of 300 nm is placed on the first channel region sandwiched between these n+ type first source and drain regions 6a and 6b via a first gate oxide film 4 with a thickness of 20 nm. 5 is formed.

【0014】また、第1多結晶シリコンゲート電極5上
には、厚さ50nmの第2ゲート酸化膜7を介して、厚
さ50nmのTFT型トランジスタ基板となるp型多結
晶シリコン層8が形成されている。そしてこのp型多結
晶シリコン層8の両端は第1多結晶シリコンゲート電極
5を越えてn+ 型第1ソース、ドレイン領域6a、6
b上方にまで達するまで延びている。
A p-type polycrystalline silicon layer 8 having a thickness of 50 nm and serving as a TFT type transistor substrate is formed on the first polycrystalline silicon gate electrode 5 via a second gate oxide film 7 having a thickness of 50 nm. has been done. Both ends of this p-type polycrystalline silicon layer 8 extend beyond the first polycrystalline silicon gate electrode 5 to form n+-type first source and drain regions 6a, 6.
b Extends until it reaches above.

【0015】p型多結晶シリコン層8の両端には、n+
 型第2ソース、ドレイン領域11a、11bが相対し
て形成されている。そしてこれらn+ 型第2ソース、
ドレイン領域11a、11bに挟まれた第2チャネル領
域の長さは、n+ 型第1ソース、ドレイン領域6a、
6b間の第1のチャネル領域のチャネル長よりも短い所
定の長さに制御されている。また、第2チャネル領域上
には、厚さ50nmの第3ゲート酸化膜9を介して、厚
さ300nmの第2多結晶シリコンゲート電極10が形
成されている。更に第2多結晶シリコンゲート電極10
は、厚さ400nmの絶縁膜12によって覆われている
At both ends of the p-type polycrystalline silicon layer 8, n+
Type second source and drain regions 11a and 11b are formed facing each other. And these n+ type second sources,
The length of the second channel region sandwiched between drain regions 11a and 11b is the length of the n+ type first source, drain region 6a,
The length is controlled to be a predetermined length shorter than the channel length of the first channel region between 6b. Furthermore, a second polycrystalline silicon gate electrode 10 with a thickness of 300 nm is formed on the second channel region with a third gate oxide film 9 having a thickness of 50 nm interposed therebetween. Furthermore, a second polycrystalline silicon gate electrode 10
is covered with an insulating film 12 having a thickness of 400 nm.

【0016】また、n+ 型第1ソース領域6a及びn
+ 型第2ソース11a上には、コンタクトホールを介
してオーミックコンタクトしている例えばAl(アルミ
ニウム)からなるソース電極13aが形成され、同様に
、n+型第1ドレイン領域6b及びn+ 型第2ドレイ
ン領域11b上には、コンタクトホールを介してオーミ
ックコンタクトするAlからなるドレイン電極13bが
形成されている。
Furthermore, the n+ type first source region 6a and the n+ type first source region 6a and n
A source electrode 13a made of, for example, Al (aluminum) is formed on the + type second source 11a and is in ohmic contact with it via a contact hole, and similarly, the n+ type first drain region 6b and the n+ type second drain region 6b are connected to each other. A drain electrode 13b made of Al is formed on the region 11b to make ohmic contact through a contact hole.

【0017】次に、図2乃至図5を用いて、上記図1に
示す電界効果トランジスタの製造方法について説明する
。 第2図(a)参照:LOCOS(Local Oxid
ation of Silicon)法を用いて、素子
分離を行なう。即ち、p型シリコン基板1上にシリコン
窒化膜(図示せず)を形成した後、フォトプロセスによ
り素子領域のみに形成したレジスト(図示せず)をマス
クとしてフィールドイオン注入を行なう。続いて、同じ
レジストをマスクとするエッチングにより、素子領域の
みにシリコン窒化膜を残した後、このシリコン窒化膜を
マスクとして選択酸化を行ない、フィールド酸化膜2を
形成する。このときの熱処理で注入されたフィールドイ
オンが活性化され、フィールド酸化膜2下にp+ 型チ
ャネルストッパ領域3が形成される。そしてシリコン窒
化膜を除去する。
Next, a method for manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 1 will be explained using FIGS. 2 to 5. See Figure 2 (a): LOCOS (Local Oxid
Element isolation is performed using the cation of silicon method. That is, after forming a silicon nitride film (not shown) on p-type silicon substrate 1, field ion implantation is performed using a resist (not shown) formed only in the element region by photo process as a mask. Subsequently, by etching using the same resist as a mask, a silicon nitride film is left only in the element region, and then selective oxidation is performed using this silicon nitride film as a mask to form field oxide film 2. The implanted field ions are activated by the heat treatment at this time, and a p+ type channel stopper region 3 is formed under the field oxide film 2. Then, the silicon nitride film is removed.

【0018】第2図(b)参照:温度1000℃、酸素
雰囲気中で10分、窒素雰囲気中で10分の熱酸化を行
ない、フィールド酸化膜2によって分離された素子領域
のp型シリコン基板1上に、厚さ20nmの第1ゲート
酸化膜4を形成する。 第2図(c)参照:全面に厚さ300nmの多結晶シリ
コン層をCVD法によって堆積した後、フォトプロセス
により所定の形状にパターニングしたレジストをマスク
としてRIE(Reactive Ion Etchi
ng)を行ない、第1多結晶シリコンゲート電極5を形
成する。
Refer to FIG. 2(b): Thermal oxidation is performed at a temperature of 1000° C. in an oxygen atmosphere for 10 minutes and in a nitrogen atmosphere for 10 minutes to remove the p-type silicon substrate 1 in the element region separated by the field oxide film 2. A first gate oxide film 4 having a thickness of 20 nm is formed thereon. Refer to Figure 2(c): After depositing a polycrystalline silicon layer with a thickness of 300 nm on the entire surface by CVD method, RIE (Reactive Ion Etchi
ng) to form a first polycrystalline silicon gate electrode 5.

【0019】第3図(a)参照:第1多結晶シリコンゲ
ート電極5をマスクにしてAs+ (ヒ素)イオンのイ
オン注入を行ない、n+ 型第1ソース、ドレイン領域
6a、6bを形成する。同時に、第1多結晶シリコンゲ
ート電極5にもAs+ イオンが注入され、導電性を有
するようになる。
Refer to FIG. 3(a): Using the first polycrystalline silicon gate electrode 5 as a mask, As+ (arsenic) ions are implanted to form n+ type first source and drain regions 6a and 6b. At the same time, As+ ions are implanted into the first polycrystalline silicon gate electrode 5 so that it becomes conductive.

【0020】第3図(b)参照:温度900℃、30分
の加湿酸化を行ない、厚さ50nmの第2ゲート酸化膜
7を形成する。 第3図(c)参照:全面に厚さ50nmの多結晶シリコ
ン層をCVD法によって堆積した後、フォトプロセスに
より所定の形状にパターニングしたレジストをマスクと
してRIEを行なう。このとき、この多結晶シリコン層
の両端が第1多結晶シリコンゲート電極5を越えてn+
 型第1ソース、ドレイン領域6a、6b上方にまで達
するようにする。そして所定のドーズ量のB+ (硼素
)イオンをイオン注入した後、温度850℃、30分程
度のアニールを行なってTFT型トランジスタ基板とな
るp型多結晶シリコン層8を形成する。
Refer to FIG. 3(b): Humid oxidation is performed at a temperature of 900° C. for 30 minutes to form a second gate oxide film 7 with a thickness of 50 nm. See FIG. 3(c): After depositing a polycrystalline silicon layer with a thickness of 50 nm over the entire surface by CVD, RIE is performed using a resist patterned into a predetermined shape by photo process as a mask. At this time, both ends of this polycrystalline silicon layer extend beyond the first polycrystalline silicon gate electrode 5 to n+
It is made to reach above the first source and drain regions 6a and 6b. After implanting B+ (boron) ions at a predetermined dose, annealing is performed at a temperature of 850° C. for about 30 minutes to form a p-type polycrystalline silicon layer 8 that will become a TFT-type transistor substrate.

【0021】第4図(a)参照:温度900℃、30分
の加湿酸化を行なった後、窒素雰囲気中で10分の熱酸
化を行ない、p型多結晶シリコン層8上に厚さ50nm
の第3ゲート酸化膜9を形成する。 第4図(b)参照:全面に厚さ300nmの多結晶シリ
コン層をCVD法によって堆積した後、フォトプロセス
により所定の形状にパターニングしたレジストをマスク
としてRIEを行なって第2多結晶シリコンゲート電極
10を形成する。このとき、この第2多結晶シリコンゲ
ート電極10の長さがn+ 型第1ソース、ドレイン領
域6a、6b間の第1のチャネル領域のチャネル長より
も短くなるように制御する。これは、後の工程でp型多
結晶シリコン層8に形成される第2チャネル領域の長さ
を、n+ 型第1ソース、ドレイン領域6a、6b間の
第1のチャネル領域のチャネル長よりも短い所定の長さ
にするためである。
Refer to FIG. 4(a): After performing humidified oxidation at a temperature of 900° C. for 30 minutes, thermal oxidation was performed for 10 minutes in a nitrogen atmosphere to form a 50 nm thick layer on the p-type polycrystalline silicon layer 8.
A third gate oxide film 9 is formed. Refer to FIG. 4(b): After depositing a polycrystalline silicon layer with a thickness of 300 nm on the entire surface by CVD method, RIE is performed using a resist patterned into a predetermined shape by photo process as a mask to form a second polycrystalline silicon gate electrode. form 10. At this time, the length of the second polycrystalline silicon gate electrode 10 is controlled to be shorter than the channel length of the first channel region between the n+ type first source and drain regions 6a and 6b. This means that the length of the second channel region formed in the p-type polycrystalline silicon layer 8 in a later step is longer than the channel length of the first channel region between the n+ type first source and drain regions 6a and 6b. This is to make it a short predetermined length.

【0022】第4図(c)参照:第2多結晶シリコンゲ
ート電極10をマスクにして、p型多結晶シリコン層8
にAs+ イオンをイオン注入した後、温度850℃、
10分程度のアニールを行なって、n+ 型第2ソース
、ドレイン領域11a、11bを形成する。同時に、第
2多結晶シリコンゲート電極10にもAs+ イオンが
注入され、導電性を有するようになる。
Refer to FIG. 4(c): Using the second polycrystalline silicon gate electrode 10 as a mask, the p-type polycrystalline silicon layer 8 is
After implanting As+ ions into the
Annealing is performed for about 10 minutes to form n+ type second source and drain regions 11a and 11b. At the same time, As+ ions are implanted into the second polycrystalline silicon gate electrode 10 so that it becomes conductive.

【0023】第5図(a)参照:全面に厚さ400nm
の絶縁膜12をCVD法によって堆積する。 第5図(b)参照:フォトプロセスにより所定の形状に
パターニングしたレジストをマスクとする選択的エッチ
ングにより、n+ 型第1ソース、ドレイン領域6a、
6b上の絶縁膜12及び第1ゲート酸化膜4、並びにn
+ 型第2ソース、ドレイン領域11a、11b上の絶
縁膜12及び第3ゲート酸化膜9をエッチング除去し、
コンタクトホールを開口する。
Refer to FIG. 5(a): 400 nm thick on the entire surface.
An insulating film 12 is deposited by CVD. Refer to FIG. 5(b): By selective etching using a resist patterned into a predetermined shape by a photo process as a mask, the n+ type first source and drain regions 6a,
Insulating film 12 and first gate oxide film 4 on 6b, and n
The insulating film 12 and the third gate oxide film 9 on the + type second source and drain regions 11a and 11b are removed by etching,
Open a contact hole.

【0024】第5図(c)参照:全面に厚さ1μm程度
の例えばAl金属膜をPVD法により堆積した後、所定
の形状にパターニングして、n+ 型第1ソース領域6
a及びn+ 型第2ソース11aにオーミックコンタク
トするソース電極13a、並びにn+ 型第1ドレイン
領域6b及びn+ 型第2ドレイン領域11bにオーミ
ックコンタクトするドレイン電極13bをそれぞれ形成
する。
Refer to FIG. 5(c): After depositing, for example, an Al metal film with a thickness of about 1 μm on the entire surface by the PVD method, it is patterned into a predetermined shape to form the n+ type first source region 6.
A source electrode 13a is formed in ohmic contact with the a and n+ type second source 11a, and a drain electrode 13b is formed in ohmic contact with the n+ type first drain region 6b and the n+ type second drain region 11b.

【0025】このように本実施例によれば、素子領域の
p型シリコン基板1表面のn+ 型第1ソース、ドレイ
ン領域6a、6b及びこれらに挟まれた第1チャネル領
域上に第1ゲート酸化膜4を介して形成された第1多結
晶シリコンゲート電極5により、MOSトランジスタが
構成されている。そしてこのMOS型トランジスタ上方
に、p型多結晶シリコン層8に形成されたn+ 型第2
ソース、ドレイン領域11a、11b及びこれらに挟ま
れた第2チャネル領域を有するTFT型トランジスタが
構成されている。しかもこのTFT型トランジスタは、
その上下に第3ゲート酸化膜9及び第2ゲート酸化膜7
を介して、それぞれ第2多結晶シリコンゲート電極10
及び第1多結晶シリコンゲート電極5が形成され、いわ
ゆるダブルゲート構造をなしている。
As described above, according to this embodiment, the first gate oxide is formed on the n+ type first source and drain regions 6a and 6b on the surface of the p-type silicon substrate 1 in the element region and the first channel region sandwiched therebetween. The first polycrystalline silicon gate electrode 5 formed through the film 4 constitutes a MOS transistor. Above this MOS transistor, an n+ type second transistor is formed in the p type polycrystalline silicon layer 8.
A TFT type transistor is configured having source and drain regions 11a and 11b and a second channel region sandwiched therebetween. Moreover, this TFT type transistor
Above and below it, a third gate oxide film 9 and a second gate oxide film 7
respectively, a second polycrystalline silicon gate electrode 10
and a first polycrystalline silicon gate electrode 5 are formed, forming a so-called double gate structure.

【0026】従って、第2多結晶シリコンゲート電極1
0及び第1多結晶シリコンゲート電極5に同一のゲート
電圧を印加することにより、ソース電極13aとドレイ
ン電極13bとの間には、ドレイン電流の流れる3つの
チャネルが形成されることになり、トランジスタの駆動
能力を大幅に向上させることができる。また、第2多結
晶シリコンゲート電極10及び第1多結晶シリコンゲー
ト電極5に印加するゲート電圧をそれぞれ別個に制御す
ることにより、ドレイン電流のチャネル数を1乃至3に
自由に変えることができ、トランジスタの高性能化に利
用することができる。
Therefore, the second polycrystalline silicon gate electrode 1
By applying the same gate voltage to the 0 and first polycrystalline silicon gate electrodes 5, three channels through which drain current flows are formed between the source electrode 13a and the drain electrode 13b, and the transistor can significantly improve the driving capacity of the Furthermore, by separately controlling the gate voltages applied to the second polycrystalline silicon gate electrode 10 and the first polycrystalline silicon gate electrode 5, the number of drain current channels can be freely changed from 1 to 3. It can be used to improve the performance of transistors.

【0027】なお、本実施例において、p型シリコン基
板1表面に形成された第1チャネル領域とp型多結晶シ
リコン層8に形成された第2チャネル領域とは結晶構造
に依存するバルクの移動度が異なるため、そのキャリア
速度にも差異が生じる。そのため、第2チャネル領域の
不純物濃度及びそのチャネル長を制御することにより、
具体的には、p型多結晶シリコン層8にイオン注入する
B+ イオンのドーズ量を制御し(第3図(c)参照)
、また第2多結晶シリコンゲート電極10の長さを制御
することにより(第4図(b)参照)、第1及び第2の
チャネル領域を流れるキャリアの移動時間がほぼ等しく
なるようにしている。
In this embodiment, the first channel region formed on the surface of the p-type silicon substrate 1 and the second channel region formed on the p-type polycrystalline silicon layer 8 are separated by bulk movement depending on the crystal structure. Since the speed is different, the carrier velocity also differs. Therefore, by controlling the impurity concentration of the second channel region and its channel length,
Specifically, the dose of B+ ions implanted into the p-type polycrystalline silicon layer 8 is controlled (see FIG. 3(c)).
Furthermore, by controlling the length of the second polycrystalline silicon gate electrode 10 (see FIG. 4(b)), the travel time of carriers flowing through the first and second channel regions is made to be approximately equal. .

【0028】[0028]

【発明の効果】以上のように本発明よれば、半導体基板
と、半導体基板表面に相対して形成された第1のソース
領域及び第1のドレイン領域と、これらに挟まれた第1
のチャネル領域上に第1のゲート絶縁膜を介して形成さ
れた第1のゲート電極とによってMOS型トランジスタ
を構成し、また、このMOS型トランジスタの上方に、
第1のゲート電極上に第2のゲート絶縁膜を介して形成
された多結晶半導体層と、多結晶半導体層に相対して形
成された第2のソース領域及び第2のドレイン領域と、
これらに挟まれた第2のチャネル領域上に第3のゲート
絶縁膜を介して形成された第2のゲート電極とを有する
ダブルゲート構造のTFT型トランジスタを構成するこ
とにより、多チャネル構造の電界効果トランジスタを形
成することができる。
As described above, according to the present invention, there is provided a semiconductor substrate, a first source region and a first drain region formed opposite to the surface of the semiconductor substrate, and a first drain region sandwiched therebetween.
A MOS type transistor is formed by a first gate electrode formed on the channel region of the MOS transistor via a first gate insulating film, and above this MOS type transistor,
a polycrystalline semiconductor layer formed on the first gate electrode via a second gate insulating film, a second source region and a second drain region formed opposite to the polycrystalline semiconductor layer;
By configuring a TFT type transistor with a double gate structure having a second gate electrode formed on the second channel region sandwiched between these with a third gate insulating film interposed therebetween, the electric field of the multi-channel structure can be reduced. An effect transistor can be formed.

【0029】これにより、ドレイン電流の駆動能力を大
幅に向上させるばかりでなく、トランジスタの高性能化
に寄与することができる。
[0029] This not only greatly improves the drain current driving ability but also contributes to higher performance of the transistor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の一実施例による電界効果トランジスタ
を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す電界効果トランジスタの製造方法を
説明するための工程図(その1)である。
FIG. 2 is a process diagram (Part 1) for explaining the method for manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 1;

【図3】図1に示す電界効果トランジスタの製造方法を
説明するための工程図(その2)である。
3 is a process diagram (part 2) for explaining the method for manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 1; FIG.

【図4】図1に示す電界効果トランジスタの製造方法を
説明するための工程図(その3)である。
4 is a process diagram (Part 3) for explaining the method for manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 1; FIG.

【図5】図1に示す電界効果トランジスタの製造方法を
説明するための工程図(その4)である。
5 is a process diagram (part 4) for explaining the method for manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 1; FIG.

【図6】従来のMOS型トランジスタを示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional MOS transistor.

【図7】従来のTFT型トランジスタを示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional TFT transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…p型シリコン基板 2…フィールド酸化膜 3…p+ 型チャネルストッパ領域 4…第1ゲート酸化膜 5…第1多結晶シリコンゲート電極 6a…n+ 型第1ソース領域 6b…n+ 型第1ドレイン領域 7…第2ゲート酸化膜 8…p型多結晶シリコン層 9…第3ゲート酸化膜 10…第2多結晶シリコンゲート電極 11a…n+ 型第2ソース領域 11b…n+ 型第2ドレイン領域 12…絶縁膜 13a…ソース電極 13b…ドレイン電極 21……p型シリコン基板 22…フィールド酸化膜 23…p+ 型チャネルストッパ領域 24…ゲート酸化膜 25…多結晶シリコンゲート電極 26a…n+ 型ソース領域 26b…n+ 型ドレイン領域 32…絶縁膜 33a…ソース電極 33b…ドレイン電極 41…絶縁基板 42…多結晶シリコンゲート電極 43…ゲート酸化膜 44…多結晶シリコン層 45a…ソース電極 45b…ドレイン電極 1...p-type silicon substrate 2...Field oxide film 3...p+ type channel stopper region 4...First gate oxide film 5...First polycrystalline silicon gate electrode 6a...n+ type first source region 6b...n+ type first drain region 7...Second gate oxide film 8...p-type polycrystalline silicon layer 9...Third gate oxide film 10...Second polycrystalline silicon gate electrode 11a...n+ type second source region 11b...n+ type second drain region 12...Insulating film 13a...source electrode 13b...Drain electrode 21...p-type silicon substrate 22...Field oxide film 23...p+ type channel stopper region 24...Gate oxide film 25...Polycrystalline silicon gate electrode 26a...n+ type source region 26b...n+ type drain region 32...Insulating film 33a...source electrode 33b...Drain electrode 41...Insulating substrate 42...Polycrystalline silicon gate electrode 43...Gate oxide film 44...Polycrystalline silicon layer 45a...source electrode 45b...Drain electrode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基板と、前記半導体基板表面に
相対して形成された第1のソース領域及び第1のドレイ
ン領域と、前記第1のソース領域と前記第1のドレイン
領域とに挟まれた第1のチャネル領域上に、第1のゲー
ト絶縁膜を介して形成された第1のゲート電極と、前記
第1のゲート電極上に、第2のゲート絶縁膜を介して形
成された多結晶半導体層と、前記多結晶半導体層に相対
して形成された第2のソース領域及び第2のドレイン領
域と、前記第2のソース領域と前記第2のドレイン領域
とに挟まれた第2のチャネル領域上に、第3のゲート絶
縁膜を介して形成された第2のゲート電極とを有するこ
とを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate, a first source region and a first drain region formed opposite to the surface of the semiconductor substrate, and a semiconductor substrate sandwiched between the first source region and the first drain region. A first gate electrode is formed on the first channel region with a first gate insulating film interposed therebetween, and a polygonal electrode is formed on the first gate electrode with a second gate insulating film interposed therebetween. a crystalline semiconductor layer, a second source region and a second drain region formed opposite to the polycrystalline semiconductor layer, and a second region sandwiched between the second source region and the second drain region. A semiconductor device comprising: a second gate electrode formed on a channel region of the semiconductor device with a third gate insulating film interposed therebetween.
【請求項2】  請求項1記載の半導体装置において、
前記第1のソース領域と前記第2のソース領域とが接続
され、前記第1のドレイン領域と前記第2のドレイン領
域とが接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein the first source region and the second source region are connected, and the first drain region and the second drain region are connected.
【請求項3】  請求項1又は2記載の半導体装置にお
いて、前記第2のチャネル領域のチャネル長が前記第1
のチャネル領域のチャネル長よりも短く設定され、前記
第1及び第2のチャネル領域を流れるキャリアの移動時
間がほぼ等しくなっていることを特徴とする半導体装置
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel length of the second channel region is equal to that of the first channel region.
A semiconductor device characterized in that the channel length of the channel region is set to be shorter than that of the channel region, and the travel time of carriers flowing through the first and second channel regions is approximately equal.
【請求項4】  請求項1乃至3記載のいずれかの半導
体装置において、前記第1のゲート電極と前記第2のゲ
ート電極とが接続されていることを特徴とする半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate electrode and the second gate electrode are connected.
【請求項5】  半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を
介して第1のゲート電極を形成する第1の工程と、前記
第1のゲート電極をマスクとして不純物のイオン注入を
行ない、前記半導体基板表面に相対して第1のソース領
域、第1のドレイン領域、及び前記第1のソース領域と
前記第1のドレイン領域とに挟まれた第1のチャネル領
域を形成する第2の工程と、前記第1のゲート電極上に
第2のゲート絶縁膜を介して多結晶半導体層を形成する
第3の工程と、前記多結晶半導体層上に第3のゲート絶
縁膜を介して第2のゲート電極を形成する第4の工程と
、前記第2のゲート電極をマスクとして不純物のイオン
注入を行ない、前記多結晶半導体層に相対して第2のソ
ース領域、第2のドレイン領域、及び前記第2のソース
領域と前記第2のドレイン領域とに挟まれた第2のチャ
ネル領域を形成する第5の工程とを有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
5. A first step of forming a first gate electrode on a semiconductor substrate via a first gate insulating film, and implanting impurity ions using the first gate electrode as a mask. a second step of forming a first source region, a first drain region, and a first channel region sandwiched between the first source region and the first drain region facing the substrate surface; , a third step of forming a polycrystalline semiconductor layer on the first gate electrode via a second gate insulating film; and forming a second polycrystalline semiconductor layer on the polycrystalline semiconductor layer via a third gate insulating film. A fourth step of forming a gate electrode, and implanting impurity ions using the second gate electrode as a mask, forming a second source region, a second drain region, and the second drain region facing the polycrystalline semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a fifth step of forming a second channel region sandwiched between a second source region and the second drain region.
【請求項6】  請求項5記載の半導体装置の製造方法
において、前記第3の工程が、前記多結晶半導体層の両
端が前記第1のゲート電極を越えて前記第1のソース領
域上方及び前記第1のドレイン領域上方にまで達するよ
うに前記多結晶半導体層を形成する工程であり、選択的
エッチングにより、前記第1のソース領域及び前記第2
のソース領域上、並びに前記第1のドレイン領域及び前
記第2のドレイン領域上にそれぞれコンタクトホールを
開口した後、前記コンタクトホールを介して前記第1の
ソース領域及び前記第2のソース領域接続するソース電
極並びに前記第1のドレイン領域及び前記第2のドレイ
ン領域上にドレイン電極を形成する第6の工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein in the third step, both ends of the polycrystalline semiconductor layer extend above the first source region and above the first gate electrode. This step is a step of forming the polycrystalline semiconductor layer so as to reach above the first drain region, and selectively etching the polycrystalline semiconductor layer to form the first source region and the second source region.
After forming contact holes on the source region, the first drain region, and the second drain region, respectively, the first source region and the second source region are connected through the contact holes. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a sixth step of forming a drain electrode on a source electrode, the first drain region, and the second drain region.
【請求項7】  請求項5又は6記載の半導体装置の製
造方法において、前記第5の工程が、前記第2のゲート
電極が前記第1のチャネル領域のチャネル長よりも短く
なるように前記第2のゲート電極を形成する工程であり
、前記第1及び第2のチャネル領域を流れるキャリアの
移動時間がほぼ等しくなるように前記第2のチャネル領
域のチャネル長を制御することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the fifth step includes forming the first channel region such that the second gate electrode is shorter than the channel length of the first channel region. a step of forming a second gate electrode, and the channel length of the second channel region is controlled so that the travel time of carriers flowing through the first and second channel regions is approximately equal. Method of manufacturing the device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003069022A (en) * 2001-08-16 2003-03-07 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Thin-film transistor and manufacturing method thereof, array substrate including it, display device and driving system therefor

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JP2003069022A (en) * 2001-08-16 2003-03-07 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Thin-film transistor and manufacturing method thereof, array substrate including it, display device and driving system therefor

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