JPH05226363A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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Publication number
JPH05226363A
JPH05226363A JP2512392A JP2512392A JPH05226363A JP H05226363 A JPH05226363 A JP H05226363A JP 2512392 A JP2512392 A JP 2512392A JP 2512392 A JP2512392 A JP 2512392A JP H05226363 A JPH05226363 A JP H05226363A
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JP
Japan
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film
forming
thin film
insulating film
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP2512392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Machida
佳彦 町田
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Publication of JPH05226363A publication Critical patent/JPH05226363A/en
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a manufacturing method by which a thin film transistor having an offset structure can be easily manufactured when a large-sized substrate is used. CONSTITUTION:The offset structure of a thin film transistor is formed by selectively forming an insulting film 105 on gate wiring 104 only. Therefore, a thin film transistor having a high on/off ratio can be formed without using any complicated process when a large-sized substrate is used. In addition, all processes can be carried out at 450 deg.C and a low-cost substrate can be utilized.

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
造方法に係わり、特に絶縁性非晶質材料上の半導体装置
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 its manufacturing method, and more particularly to a semiconductor device on an insulating amorphous material and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示パネル
や高速で高解像度の密着型イメージセンサ、三次元IC
等へのニーズから、ガラスや石英等の絶縁性非晶質基板
やSiO2等の絶縁性非晶質材料上に高性能な半導体素
子を形成する技術が求められている。
2. Description of the Related Art Recently, large-sized, high-resolution liquid crystal display panels, high-speed, high-resolution contact-type image sensors, and three-dimensional ICs.
In order to meet such needs, there is a demand for a technique for forming a high-performance semiconductor element on an insulating amorphous substrate such as glass or quartz or an insulating amorphous material such as SiO 2.

【0003】この様な半導体素子として、非晶質シリコ
ンもしくは多結晶シリコンを素子材としたものは、各素
子の特性のばらつきや、歩留まりといった点では良好な
結果が得られている。特に多結晶シリコンを素子材とし
たものは、レーザー光による溶融再結晶化の技術や、非
晶質シリコンを固相成長させ大粒径の多結晶シリコン膜
を形成する技術等により比較的高い移動度を有する素子
が比較的容易に作製できる様になっている。このためL
CDやイメージセンサのスイッチング素子や駆動素子と
しての応用が可能となってきている。
As such a semiconductor device using amorphous silicon or polycrystalline silicon as an element material, good results have been obtained in terms of variations in characteristics of each device and yield. In particular, the one using polycrystalline silicon as the element material has a relatively high movement due to the technique of melting and recrystallization by laser light and the technique of solid phase growing amorphous silicon to form a polycrystalline silicon film of large grain size. A device having a certain degree can be manufactured relatively easily. Therefore, L
It has become possible to be applied as a switching element or a driving element of a CD or an image sensor.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、液晶パ
ネルの高精細化やSRAMへの応用等で、オン電流ばか
りで無くオフリークの小さい、またより耐圧の高い素子
が求められる様になってきている。
However, in recent years, due to the high definition of liquid crystal panels and the application to SRAM, there has been a demand for an element which has not only an on-current but also an off-leakage and a higher breakdown voltage. There is.

【0005】MOS型のトランジスタとしてこの様な特
性を実現する構造として、LDD(ライトリー・ドープ
ト・ドレイン)構造が知られている。この構造は通常ゲ
ート電極形成後、低濃度の不純物イオンの打ち込みを行
なった後、ゲート電極の周囲にサイドウォールを形成し
て再度高濃度での不純物イオン打ち込みを行うと言った
方法で形成されるものである。
An LDD (lightly doped drain) structure is known as a structure for realizing such characteristics as a MOS transistor. This structure is usually formed by a method of implanting low-concentration impurity ions after forming the gate electrode, forming sidewalls around the gate electrode, and again implanting high-concentration impurity ions. It is a thing.

【0006】上述した様なLDD構造を作製するプロセ
スでは、低濃度のドレイン領域の長さはサイドウォール
の幅に直接依存することになり、このサイドウォールを
均一に形成するために基板全体にわたって非常に均一に
エッチングを行なうことが要求される。しかし、液晶パ
ネル等への応用では例えば20cm角と言った大型の基板
に素子を作製する必要があり、この様な基板全体で均一
なエッチングを行なうことは非常に難しい。また、基板
が絶縁体であるためにエッチバックによるダメージも起
こり易い。更に均質なサイドウォールを形成するために
は、その材料であるSiO2膜を成膜した後、比較的高
い温度での熱処理を必要とし、この点でも大型の基板を
用いる場合に好ましくない。
In the process of manufacturing the LDD structure as described above, the length of the low-concentration drain region depends directly on the width of the side wall, and in order to uniformly form the side wall, it is very difficult to form the side wall over the entire substrate. Uniform etching is required. However, in application to a liquid crystal panel or the like, it is necessary to fabricate an element on a large substrate of, for example, 20 cm square, and it is very difficult to perform uniform etching on such a whole substrate. Further, since the substrate is an insulator, damage due to etch back is likely to occur. In order to form a more uniform side wall, it is necessary to perform a heat treatment at a relatively high temperature after forming the SiO2 film, which is the material thereof, which is also not preferable when using a large substrate.

【0007】このため、この様な分野への利用に関して
は、低濃度のイオン打ち込みを行なった後、低濃度の領
域として残す部分の上にレジストを形成した後、高い濃
度の不純物イオンの打ち込みを行なうと言ったプロセス
が検討されている。しかし、この様なプロセスでは、上
述のレジストの形成がゲート電極を形成する工程と全く
別個に行なわれるため、そのアライメントの精度が問題
となる。特に大型の基板を用いる場合には、熱処理等に
より微妙な基板の変形や反り等が起こり、基板全体で高
い精度でアライメントを行なうことが難しい場合も少な
くない。
Therefore, for use in such a field, after performing low-concentration ion implantation, a resist is formed on a portion to be left as a low-concentration region, and then high-concentration impurity ion implantation is performed. The process of doing so is being considered. However, in such a process, since the above-mentioned resist formation is performed completely separately from the step of forming the gate electrode, the accuracy of the alignment becomes a problem. Especially when a large substrate is used, it is often difficult to perform alignment with high accuracy on the entire substrate due to subtle deformation or warpage of the substrate due to heat treatment or the like.

【0008】この様により大型の基板に対して容易にオ
フセット構造やLDD構造を有する薄膜トンランジスタ
を作製することの出来るプロセスが求められている。
As described above, there is a demand for a process capable of easily manufacturing a thin film transistor having an offset structure or an LDD structure on a large substrate.

【0009】そこで本発明はこの様な問題点を解決する
ためのもので、大型の基板で簡便なプロセスでオフセッ
ト構造やLDD構造を持つ薄膜トランジスタを形成する
ことを目的とする。
Therefore, the present invention is to solve such a problem, and an object thereof is to form a thin film transistor having an offset structure or an LDD structure on a large-sized substrate by a simple process.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、 1)絶縁ゲート型半導体装置のチャンネル領域がシリコ
ンを主体とする半導体で形成された半導体装置におい
て、チャンネル領域を含むシリコンを主体とし、ボロン
等の不純物をドーピングした多結晶半導体層、ゲート絶
縁膜、ゲート電極、該チャンネル領域を含むシリコンを
主体とする多結晶半導体層の少なくとも一部の領域上に
形成されたソース・ドレイン領域を成す薄膜を少なくと
も有することを特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, 1) a semiconductor device in which a channel region of an insulated gate semiconductor device is formed of a semiconductor mainly composed of silicon, silicon containing a channel region is used. Source / drain formed on at least a part of the polycrystalline semiconductor layer mainly containing silicon, including a polycrystalline semiconductor layer doped with impurities such as boron, a gate insulating film, a gate electrode, and the channel region At least a thin film forming a region is provided.

【0011】2)絶縁ゲート型半導体装置の製造方法に
於て、ゲート電極上に選択的に絶縁膜を形成する工程を
有する事を特徴とする。
2) A method of manufacturing an insulated gate semiconductor device is characterized by including a step of selectively forming an insulating film on a gate electrode.

【0012】3)前記ソース・ドレイン領域を成す薄膜
を形成する工程において、前記薄膜が少なくとも絶縁体
上には成膜しない条件で選択的に成膜することを特徴と
する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
3) The semiconductor according to claim 1, wherein in the step of forming the thin film forming the source / drain regions, the thin film is selectively formed under the condition that the thin film is not formed at least on the insulator. Device manufacturing method.

【0013】[0013]

【実施例】図1は、本発明の実施例における半導体装置
の製造方法の一例を示す工程断面図である。
FIG. 1 is a process sectional view showing an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0014】図1(a)は、絶縁性基板101上に多結
晶シリコン層102、ゲート絶縁膜103及びゲート配
線層104を形成する工程を示したものでる。
FIG. 1A shows a step of forming a polycrystalline silicon layer 102, a gate insulating film 103 and a gate wiring layer 104 on an insulating substrate 101.

【0015】絶縁性基板101としては、表面にスパッ
タ方によるSiO2層を形成したホウ珪酸ガラス(コー
ニング社7059)基板を用いている。
As the insulating substrate 101, there is used a borosilicate glass (Corning 7059) substrate having a SiO2 layer formed on the surface by sputtering.

【0016】多結晶シリコン層102の形成方法として
は、プラズマCVD法(PCVD法)を利用し、基板温
度400℃で400Å程度の膜厚に成膜を行っている。
反応ガスとして、モノシラン(SiH4)を利用し、水
素で1%に希釈して成膜を行った。原料ガスを0.5〜
4%の範囲で水素希釈して成膜を行うことで、450℃
以下の温度で多結晶シリコン膜を形成することが可能で
ある。基板温度としては、200℃程度まで多結晶シリ
コンの成膜を行うことが可能であるが、良好な膜質を得
るためには300℃以上とするのが望ましい。原料ガス
としてはジシラン(Si2H4)を用いても良い。また
原料ガスとして、シラン、ジシラン、水素に加えて、弗
素(F)、塩素(Cl)等の元素を含む反応ガスを適量
混合することで、より成膜速度の速い条件で多結晶シリ
コンを成膜することができ、成膜時間を短縮することが
可能である。成膜条件の一例を示すと、反応ガスとし
て、モノシラン、ジクロルシラン(SiH2Cl2)、
水素を用い、混合比を例えば、シラン:ジクロルシラン
=1:20〜1:200程度、シラン:水素=1:10
0〜1:1000程度の範囲で、基板温度300℃〜4
50℃程度とすると、良好な結果が得られる。前記多結
晶シリコンの膜厚は500Å以下とすることが、形成し
た薄膜トランジスタのオフ電流を下げ、Vth(しきい
値電圧)を現象させるのに望ましい。特に50〜350
Åの範囲とすると良好な特性が得られる。
As a method of forming the polycrystalline silicon layer 102, a plasma CVD method (PCVD method) is used, and a film is formed at a substrate temperature of 400 ° C. to a film thickness of about 400 Å.
Monosilane (SiH4) was used as a reaction gas, and the film was formed by diluting it with hydrogen to 1%. Raw gas 0.5 ~
By diluting with hydrogen in the range of 4% to form a film, 450 ° C
It is possible to form a polycrystalline silicon film at the following temperature. It is possible to form a film of polycrystalline silicon up to a substrate temperature of about 200 ° C., but it is desirable to set it to 300 ° C. or higher in order to obtain good film quality. Disilane (Si2H4) may be used as the source gas. In addition to silane, disilane, and hydrogen as a raw material gas, an appropriate amount of a reaction gas containing an element such as fluorine (F) or chlorine (Cl) is mixed to form polycrystalline silicon at a faster film forming rate. A film can be formed and the film formation time can be shortened. As an example of film forming conditions, as reaction gases, monosilane, dichlorosilane (SiH2Cl2),
Hydrogen is used, and the mixing ratio is, for example, silane: dichlorosilane = 1: 20 to 1: 200, silane: hydrogen = 1: 10.
In the range of 0 to 1: 1000, the substrate temperature is 300 ° C to 4
When the temperature is about 50 ° C., good results are obtained. It is desirable that the film thickness of the polycrystalline silicon be 500 Å or less in order to reduce the off current of the formed thin film transistor and cause Vth (threshold voltage) to occur. Especially 50-350
Good characteristics can be obtained in the range of Å.

【0017】該多結晶シリコン層にパターンを形成した
後、ゲート絶縁膜102を成膜する。ゲート絶縁膜10
3の形成方法としては、SiO2をターゲットとしたマ
グネトロンスパッタ法を利用し、10%の酸素を添加し
たアルゴン雰囲気中で、基板温度を300℃とし、10
00Å程度の膜厚で成膜を行っている。アルゴンに添加
する酸素の量は、3〜20%が適当で、5〜15%の範
囲で特に界面準位密度が低く耐圧の高いゲート膜を成膜
することが出来る。また、成膜の初期に酸素の分圧を高
くし、15〜50%とすると、更に界面準位密度の低い
ゲート膜を形成することが可能である。基板温度はある
程度高い方が、耐圧の高いゲート膜を成膜することが可
能であるが、400℃を超える温度とすると、作製した
素子の特性が大きく劣化するため、250〜350℃と
するのが適当である。但し層間絶縁膜を形成後の工程
で、水素を含む雰囲気中でのプラズマ処理を行うことを
前提とすれば、400〜450℃の基板温度でゲート絶
縁膜を成膜してもよい。
After forming a pattern on the polycrystalline silicon layer, a gate insulating film 102 is formed. Gate insulating film 10
As a method of forming No. 3, a magnetron sputtering method using SiO 2 as a target is used, and the substrate temperature is set to 300 ° C. in an argon atmosphere added with 10% oxygen.
The film is formed with a film thickness of about 00Å. The amount of oxygen added to argon is appropriately 3 to 20%, and in the range of 5 to 15%, a gate film having a low interface state density and a high breakdown voltage can be formed. Further, if the partial pressure of oxygen is increased at the initial stage of film formation to 15 to 50%, it is possible to form a gate film having a lower interface state density. It is possible to form a gate film having a high breakdown voltage when the substrate temperature is higher to some extent, but when the temperature exceeds 400 ° C., the characteristics of the manufactured element are significantly deteriorated, so the temperature is set to 250 to 350 ° C. Is appropriate. However, the gate insulating film may be formed at a substrate temperature of 400 to 450 ° C. on the assumption that plasma treatment is performed in an atmosphere containing hydrogen in the step after forming the interlayer insulating film.

【0018】ゲート絶縁膜103を形成した後、ゲート
配線層104を成膜する。ゲート配線層の成膜方法とし
ては、プラズマCVD法を利用し、基板温度350℃
で、4000Å程度の膜厚に成膜を行なっている。反応
ガスとしては、モノシランを利用し、水素で1%に希釈
して成膜を行なっている。更にここではドープガスとし
て、2000ppmの濃度の水素ベースのフォスフィン
(PH3)をモノシランの流量の1/3程度添加して、
成膜を行なっている。多結晶シリコン102を形成する
場合と同様に、弗素或は塩素を含む反応ガスを適量加え
た条件で成膜を行うことで、成膜速度を速くすることも
可能である。
After forming the gate insulating film 103, a gate wiring layer 104 is formed. A plasma CVD method is used as a method for forming the gate wiring layer, and the substrate temperature is 350 ° C.
Therefore, the film is formed to a film thickness of about 4000Å. Monosilane is used as the reaction gas, and the film is formed by diluting it with hydrogen to 1%. Further, here, as a doping gas, hydrogen-based phosphine (PH3) having a concentration of 2000 ppm is added by about 1/3 of the flow rate of monosilane,
The film is being formed. Similar to the case of forming the polycrystalline silicon 102, the film formation rate can be increased by performing the film formation under the condition that an appropriate amount of a reaction gas containing fluorine or chlorine is added.

【0019】図1(b)はゲート配線層上に選択的に絶
縁膜を成膜する工程を示したものである。同図に於て1
05はゲート配線層上に選択的に形成された絶縁膜であ
る。絶縁膜105はプラズマCVD法で成膜した非晶質
のシリコン窒化膜(Si2N3:H)で、基板温度を3
50℃で4000Å程度成膜している。反応ガスとして
は、モノシラン及びアンモニア(NH3)を利用し、水
素で3%に希釈して成膜を行なっている。原料ガスの濃
度を0.5〜7%の範囲で水素で希釈して成膜を行なう
ことで、ゲート配線層105上のみに選択的に成膜を行
う事ができる。基板温度は200〜400℃の範囲でこ
の様な成膜を行うことが可能であるが、良好な膜質を得
るためには350℃以上とするのが望ましい。反応ガス
として、ジクロルシランをシラン流量に対して1:10
〜1:20程度添加することで、より広い範囲で選択的
に非晶質窒化シリコン膜を成膜することができる。この
様な非晶質窒化シリコン膜な選択的成膜はゲート配線層
105として多結晶シリコンを用いた場合の他、チタン
(Ti)やアルミニウム(Al)等の金属を用いた場合
でも行うことが可能である。また、選択的な成膜を行う
下地としては、SiO2の他、PSGやBPSGを用い
ることも可能であり、BPSGを用いた場合に最も広い
範囲の条件で窒化シリコン膜の選択な成膜を行うことが
可能である。更に、成膜前にアルゴン或は窒素を含む雰
囲気中でプラズマ処理を行なうことは、安定的に選択的
成膜を行なうのに有効である。
FIG. 1B shows a step of selectively forming an insulating film on the gate wiring layer. 1 in the figure
Reference numeral 05 is an insulating film selectively formed on the gate wiring layer. The insulating film 105 is an amorphous silicon nitride film (Si2N3: H) formed by the plasma CVD method, and the substrate temperature is 3
A film of about 4000 Å is formed at 50 ° C. As the reaction gas, monosilane and ammonia (NH3) are used, and the film is formed by diluting with hydrogen to 3%. By forming a film by diluting the source gas concentration with hydrogen in the range of 0.5 to 7%, the film can be formed selectively only on the gate wiring layer 105. It is possible to perform such film formation at a substrate temperature in the range of 200 to 400 ° C., but it is desirable to set it to 350 ° C. or higher in order to obtain good film quality. Dichlorosilane was used as a reaction gas at a flow rate of 1:10 with respect to the silane flow rate.
By adding about 1:20, the amorphous silicon nitride film can be selectively formed in a wider range. Such selective formation of an amorphous silicon nitride film can be performed not only when using polycrystalline silicon as the gate wiring layer 105 but also when using a metal such as titanium (Ti) or aluminum (Al). It is possible. In addition to SiO2, PSG or BPSG can be used as a base for selective film formation. When BPSG is used, a silicon nitride film is selectively formed under the widest range of conditions. It is possible. Further, performing plasma treatment in an atmosphere containing argon or nitrogen before film formation is effective for stable and selective film formation.

【0020】図1(c)はゲート配線104及びゲート
配線上に成膜した絶縁膜105の下部を除く部分のゲー
ト絶縁膜を除去し、更に絶縁膜105を除去する工程を
示したものである。
FIG. 1C shows a step of removing the gate insulating film except the lower portion of the gate wiring 104 and the insulating film 105 formed on the gate wiring, and further removing the insulating film 105. ..

【0021】ゲート絶縁膜の除去は弗酸によるウエット
エッチにより行っている。ソース、ドレインのオフセッ
ト領域の寸法精度が必要な場合には、ドライエッチを用
いても良い。その場合、ゲート絶縁膜103よりも絶縁
膜105の方が厚いため必ずしも酸化シリコン膜と窒化
シリコン膜に対して選択性のあるエッチングを行なう必
要は無く、シリコンと酸化シリコンの間で選択性のある
条件で十分である。
The gate insulating film is removed by wet etching with hydrofluoric acid. If the dimensional accuracy of the source and drain offset regions is required, dry etching may be used. In that case, since the insulating film 105 is thicker than the gate insulating film 103, it is not always necessary to perform selective etching with respect to the silicon oxide film and the silicon nitride film, and there is selectivity between silicon and silicon oxide. The conditions are sufficient.

【0022】絶縁膜105の除去は、熱燐酸によるウエ
ットエッチにより行っている。
The insulating film 105 is removed by wet etching with hot phosphoric acid.

【0023】図1(d)は、多結晶シリコン層102と
のゲート絶縁膜を除去した部分及び、ゲート配線上に選
択的に不純物ドープしたシリコン層106を形成する工
程を示したものである。
FIG. 1D shows a step of forming a portion of the polycrystalline silicon layer 102 from which the gate insulating film is removed and a silicon layer 106 selectively doped with impurities on the gate wiring.

【0024】不純物をドープしたシリコン層106の形
成方法としては、プラズマCVD法を利用し、で基板温
度300℃で、500Å成膜を行った。反応ガスとし
て、モノシラン、ジクロルシラン、水素を用い、混合比
を、シラン、ジクロルシラン、水素=1:30:200
として成膜を行った。ドーピングガスとしては、水素ベ
ースの2000ppmの濃度のフォスフィンを用い、シ
ラン流量に対して1/3程度添加している。シランとジ
クロルシランの流量比=1:20〜1:200、シラン
と水素の流量比1:50〜1:300の範囲でシリコン
上に選択的に不純物をドープしたシリコン層を形成する
ことができる。ドーピングガスとして、ホスフィンの他
にもジボラン(B2H6)や、アルシン(AsH3)等
を用いることも可能である。安定的に多結晶シリコン上
のみに不純物をドープした多結晶シリコン膜を成膜する
ために、成膜前にアンモニア過水により洗浄や、水素含
む雰囲気中でのプラズマ処理を行うのも有効である。
As a method for forming the impurity-doped silicon layer 106, a plasma CVD method was used, and a 500 Å film was formed at a substrate temperature of 300 ° C. Monosilane, dichlorosilane, and hydrogen were used as the reaction gas, and the mixing ratio was silane, dichlorosilane, and hydrogen = 1: 30: 200.
Was formed as. As the doping gas, hydrogen-based phosphine having a concentration of 2000 ppm is used, and is added about 1/3 of the silane flow rate. A silicon layer in which impurities are selectively doped can be formed on silicon in a flow ratio of silane and dichlorosilane = 1: 20 to 1: 200 and a flow ratio of silane and hydrogen is 1:50 to 1: 300. In addition to phosphine, diborane (B2H6), arsine (AsH3), or the like can be used as the doping gas. In order to stably form an impurity-doped polycrystalline silicon film only on polycrystalline silicon, it is also effective to perform cleaning with ammonia hydrogen peroxide or plasma treatment in an atmosphere containing hydrogen before forming the film. ..

【0025】ゲート配線104直下のみでなく周囲の部
分までゲート絶縁膜が残されているため、シリコン上に
のみ選択的に成膜を行なうことでゲート配線とソース、
ドレイン領域がショートすることは無く、またこの領域
の大きさを調整することで、ゲート配線とソース、ドレ
イン領域の間にオフセット領域を設けることができる。
これにより、作製した薄膜トランジスタのオフ電流を低
減することができる。このオフセット領域の寸法は、絶
縁膜105の膜厚を変えることにより、ゲート配線層の
膜厚と独立に制御することができる。高いオン、オフ比
を有する薄膜トランジスタを作製するためには、100
0〜5000Åとするのが望ましく、特には1300〜
2500Åとすると良好な結果を得られる。但しゲート
絶縁膜103のエッチングに、異方性のあるドライエッ
チを用いる場合には300〜1500Åとした方が良好
な結果が得られる。
Since the gate insulating film is left not only directly under the gate wiring 104 but also in the peripheral portion, the gate wiring and the source are selectively formed only on silicon.
The drain region is not short-circuited, and by adjusting the size of this region, an offset region can be provided between the gate wiring and the source / drain region.
Thus, the off-state current of the manufactured thin film transistor can be reduced. The size of the offset region can be controlled independently of the thickness of the gate wiring layer by changing the thickness of the insulating film 105. In order to manufacture a thin film transistor having a high on / off ratio, 100
It is desirable to set 0 to 5000Å, and especially 1300 to
Good results can be obtained with 2500Å. However, when anisotropic dry etching is used for etching the gate insulating film 103, a better result is obtained by setting it to 300 to 1500 Å.

【0026】図1(e)は、薄膜トランジスタの完成し
た状態を示すものである。不純物をドープしたシリコン
層を形成後、層間絶縁膜107を形成し、コンタクトホ
ールを形成した後、アルミ配線層108を形成する。
FIG. 1E shows a completed state of the thin film transistor. After forming a silicon layer doped with impurities, an interlayer insulating film 107 is formed, a contact hole is formed, and then an aluminum wiring layer 108 is formed.

【0027】層間絶縁膜107の形成方法としては、酸
化シリコンをターゲットとしたスパッタ法を利用し、基
板温度280℃、で4000Å成膜を行っている。成膜
前にアンモニア過水による洗浄や、弗酸によるライトエ
ッチを行うと歩留りの向上に効果がある。また、層間絶
縁膜107成膜後に、水素を含む雰囲気中でプラズマ処
理を行うことで、作製した薄膜トランジスタの特性の向
上を図ることが可能である。上記プラズマ処理を行う場
合には、300〜350℃程度の温度でアニールを行う
ことが、作製した薄膜トランジスタのしきい値電圧や等
のばらつきを抑えるために望ましい。
As a method for forming the interlayer insulating film 107, a sputtering method using silicon oxide as a target is used, and 4000 Å is formed at a substrate temperature of 280 ° C. Cleaning with ammonia-hydrogen peroxide mixture and light etching with hydrofluoric acid before film formation are effective in improving the yield. Further, by performing plasma treatment in an atmosphere containing hydrogen after forming the interlayer insulating film 107, characteristics of the manufactured thin film transistor can be improved. In the case of performing the above plasma treatment, it is desirable to perform annealing at a temperature of about 300 to 350 ° C. in order to suppress variations in the threshold voltage and the like of the manufactured thin film transistors.

【0028】コンタクトホールの形成には通常のフォト
エッチ工程を用い、アルミ配線の形成は、シリコンを1
〜5%程度含むアルミ−シリコン−銅のターゲットを用
たスパッタ法を利用している。アルミ配線108形成後
に250〜300℃のアニールを行い、作製した薄膜ト
ランジスタの特性のばらつきを低減を図っている。
A normal photo-etching process is used to form the contact hole, and silicon is used to form the aluminum wiring.
A sputtering method using an aluminum-silicon-copper target containing approximately 5% is used. After forming the aluminum wiring 108, annealing is performed at 250 to 300 ° C. to reduce variations in the characteristics of the manufactured thin film transistors.

【0029】以上本実施例では、全ての工程を400℃
以下(条件に依っては450℃以下)で行うことが可能
であり、基板101として多くの種類の材料を選択する
ことができる。無論、より高い耐熱性を有する高耐熱性
のガラスや石英ガラス、シリコン基板を用いる場合でも
有効である。
In this embodiment, all steps are performed at 400 ° C.
It can be performed below (450 ° C. or lower depending on conditions), and many kinds of materials can be selected for the substrate 101. Of course, it is also effective when using highly heat resistant glass, quartz glass, or a silicon substrate having higher heat resistance.

【0030】図2は、本発明の実施例における半導体装
置の製造方法の他の一例を示す工程断面図である。
FIG. 2 is a process sectional view showing another example of the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0031】図2(a)は、石英基板上201に多結晶
シリコン層202、ゲート絶縁膜203及びゲート配線
層204を形成する工程を示したものである。
FIG. 2A shows a step of forming a polycrystalline silicon layer 202, a gate insulating film 203 and a gate wiring layer 204 on a quartz substrate 201.

【0032】多結晶シリコン層202の形成方法として
は、LPCVD法(減圧CVD法)を利用し、設定温度
590℃で、1200Å程度成膜を行っている。原料ガ
スとしてはモノシランを利用している。多結晶シリコン
膜の成膜方法としは、原料ガスとしてモノシランを用い
たプラズマCVD法や520〜540℃の低い温度での
LPCVD法、ジシランを用いたより低い温度でのLP
CVD法、蒸着法等で成膜した非晶質シリコン膜を55
0〜750℃程度の温度のアニールにより結晶化させる
固相成長法や、同様の方法で成膜した非単結晶のシリコ
ン膜をレーザにより再結晶化するといったより高品質の
多結晶シリコン膜が得られる方法を利用することもでき
る。
As a method of forming the polycrystalline silicon layer 202, the LPCVD method (low pressure CVD method) is used, and the film is formed at a set temperature of 590 ° C. to about 1200 Å. Monosilane is used as the source gas. As a method for forming a polycrystalline silicon film, a plasma CVD method using monosilane as a source gas, an LPCVD method at a low temperature of 520 to 540 ° C., and an LPCVD method using disilane at a lower temperature are used.
The amorphous silicon film formed by the CVD method, the vapor deposition method, or the like is formed into 55
A higher quality polycrystalline silicon film can be obtained by solid phase growth method in which crystallization is performed by annealing at a temperature of 0 to 750 ° C., or non-single crystal silicon film formed by the same method is recrystallized by laser. It is also possible to use the method described above.

【0033】多結晶シリコン層202にパターンを形成
した後、熱酸化によりゲート絶縁膜203を形成してい
る。1150℃のドライ酸化で、膜厚は1200Åであ
る。ゲート絶縁膜202を形成した後、ゲート配線層2
04を成膜する。ゲート配線層204の成膜方法として
は、LPCVD法を利用し、6000Å成膜を行っった
後N+拡散を行い低抵抗化している。
After forming a pattern on the polycrystalline silicon layer 202, a gate insulating film 203 is formed by thermal oxidation. The film thickness is 1200Å by dry oxidation at 1150 ° C. After forming the gate insulating film 202, the gate wiring layer 2
04 is deposited. As the film forming method of the gate wiring layer 204, the LPCVD method is used, and after forming 6000Å film, N + diffusion is performed to reduce the resistance.

【0034】図2(b)はゲート配線204上に選択的
に絶縁膜を形成する工程を示したものである。同図に於
て、205はゲート配線上に選択的に形成された絶縁膜
である。絶縁膜205はLPCVD法で成膜したシリコ
ン窒化膜である。反応ガスとしてはモノシラン、ジクロ
ルシラン、アンモニアを利用し、基板温度800℃で4
000Å程度成膜を行っている。反応ガスに弗素或は塩
素を含むものを添加し、低圧で成膜を行うことにより、
ゲート配線上のみに選択的に窒化シリコン膜を形成する
ことができる。無論、図1に示した実施例の様にプラズ
マCVD法により窒化シリコン膜を成膜することも可能
である。
FIG. 2B shows a step of selectively forming an insulating film on the gate wiring 204. In the figure, 205 is an insulating film selectively formed on the gate wiring. The insulating film 205 is a silicon nitride film formed by the LPCVD method. Monosilane, dichlorosilane, and ammonia are used as the reaction gas, and the substrate temperature is 800 ° C.
The film is formed at about 000Å. By adding a gas containing fluorine or chlorine to the reaction gas and performing film formation at low pressure,
The silicon nitride film can be selectively formed only on the gate wiring. Of course, it is also possible to form a silicon nitride film by the plasma CVD method as in the embodiment shown in FIG.

【0035】図2(c)はイオン打ち込み法により、ソ
ース、ドレイン領域206を形成する工程を示したもの
である。ゲート配線204上に絶縁膜層205が形成さ
れているために、ゲート配線と、ソース、ドレイン領域
の間にオフセット領域が形成され、薄膜トランジスタの
特性で問題とされる、オフ電流の低減を図ることができ
る。また、絶縁膜層205を形成する前に低濃度のイオ
ン打ち込みを行うことで、LDD構造としても良い。前
記オフセット領域の長さは、絶縁膜層205の膜厚で制
御することが可能で、ゲート配線層204の形状と個別
に制御することができる。高いオン、オフ比を有する薄
膜トランジスタを形成するためには、絶縁膜層205の
膜厚を、500〜5000Åとするのが望ましく、特に
1000〜2000Åとすると良好な結果を得られる。
FIG. 2C shows a step of forming the source / drain regions 206 by the ion implantation method. Since the insulating film layer 205 is formed over the gate wiring 204, an offset region is formed between the gate wiring and the source / drain regions, so that off current, which is a problem in thin film transistor characteristics, can be reduced. You can Alternatively, an LDD structure may be formed by performing low-concentration ion implantation before forming the insulating film layer 205. The length of the offset region can be controlled by the film thickness of the insulating film layer 205, and can be controlled separately from the shape of the gate wiring layer 204. In order to form a thin film transistor having a high on / off ratio, it is desirable that the film thickness of the insulating film layer 205 be 500 to 5000 Å, and particularly 1000 to 2000 Å will give good results.

【0036】図2(d)は、薄膜トランジスタの完成し
た状態を示すものである。
FIG. 2 (d) shows a completed state of the thin film transistor.

【0037】イオン打ち込み後、層間絶縁膜を形成し、
コンタクトホールを形成した後、アルミ配線層を形成す
る。
After ion implantation, an interlayer insulating film is formed,
After forming the contact holes, an aluminum wiring layer is formed.

【0038】層間絶縁膜207の形成方法としてはAP
CVD法(常圧CVD法)を利用し、480℃で400
0Å成膜を行っている。層間絶縁膜の安定化及びイオン
打ち込みで導入した不純物を活性化させるために、90
0℃、5時間のアニールを行っている。上記アニールの
後、水素を含む雰囲気中でのプラズマ処理を行うと作製
した薄膜トランジスタの特性の向上に効果がある。上記
プラズマ処理を行う場合は、300〜350℃程度の温
度でアニールを行うことが、作製した薄膜トランジスタ
のしきい値電圧等の特性のばらつきを抑える上で望まし
い。
AP is used as a method for forming the interlayer insulating film 207.
400 at 480 ° C using the CVD method (normal pressure CVD method)
0Å Deposition is performed. In order to stabilize the interlayer insulating film and activate the impurities introduced by ion implantation, 90
Annealing is performed at 0 ° C. for 5 hours. After the annealing, plasma treatment in an atmosphere containing hydrogen is effective in improving the characteristics of the manufactured thin film transistor. In the case of performing the above plasma treatment, it is preferable to perform annealing at a temperature of about 300 to 350 ° C. in order to suppress variations in characteristics such as threshold voltage of manufactured thin film transistors.

【0039】コンタクトホールの形成には通常のフォト
エッチ工程を用い、アルミ配線の形成は、アルミ−シリ
コン−銅のターゲットを用たスパッタ法を利用してい
る。アルミ配線208形成後に250〜300℃のアニ
ールを行い、作製した薄膜トランジスタの特性のばらつ
きを低減を図っている。
A normal photo-etching process is used to form the contact hole, and a sputtering method using an aluminum-silicon-copper target is used to form the aluminum wiring. After the aluminum wiring 208 is formed, annealing is performed at 250 to 300 ° C. to reduce variations in characteristics of the manufactured thin film transistors.

【0040】上述した工程を用いることは、特に固相成
長法や、レーザアニール等の方法で作製した高品質な多
結晶シリコン膜を用いたプロセスで、良好なオフ特性を
得るために特に有効である。
The use of the steps described above is particularly effective for obtaining good off characteristics in a process using a high quality polycrystalline silicon film produced by a solid phase growth method or a method such as laser annealing. is there.

【0041】また、ここでは薄膜トランジスタを作製す
る場合についての実施例を示したが、本発明の半導体装
置の製造方法は絶縁ゲート型半導体素子全般に応用でき
る。
Further, although an example of manufacturing a thin film transistor is shown here, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be applied to all insulated gate type semiconductor elements.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、大型
の基板でも簡便なプロセスでオフセット構造やLDD構
造を持つ薄膜トランジスタを形成することが可能であ
る。また全プロセスを450℃以下の低い温度で構成す
る事も可能であり、ホウ珪酸ガラス(コーニング社の7
059等)の比較的安価なガラス基板上に形成すること
ができる。その結果、大型で高解像度の液晶表示パネル
や大型で高速高解像度の密着型イメージセンサや三次元
IC等を低コストで製造できるようになった。
As described above, according to the present invention, a thin film transistor having an offset structure or an LDD structure can be formed by a simple process even on a large substrate. It is also possible to configure the entire process at a low temperature of 450 ° C or lower, using borosilicate glass (Corning 7
(059 etc.) can be formed on a relatively inexpensive glass substrate. As a result, it has become possible to manufacture a large-sized, high-resolution liquid crystal display panel, a large-sized, high-speed, high-resolution contact image sensor, a three-dimensional IC, etc. at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例における半導体装置の製造工程
の一例示す工程断面図である。
FIG. 1 is a process sectional view showing an example of a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the invention.

【図2】本発明の実施例における半導体装置の製造工程
の他の一例を示す工程断面図である。
FIG. 2 is a process sectional view showing another example of the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201 絶縁性非晶質材料 102、202 多結晶シリコン層 103、203 ゲート絶縁膜 104、204 ゲート電極 105、205 絶縁膜層 106、206 不純物をドープした多結晶シリコン層 107、207 層間絶縁層 108、208 配線層 101, 201 Insulating amorphous material 102, 202 Polycrystalline silicon layer 103, 203 Gate insulating film 104, 204 Gate electrode 105, 205 Insulating film layer 106, 206 Impurity-doped polycrystalline silicon layer 107, 207 Interlayer insulating layer 108, 208 wiring layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁ゲート型半導体装置のチャンネル領
域がシリコンを主体とする半導体で形成された半導体装
置において、チャンネル領域を含むシリコンを主体と
し、ボロン等の不純物をドーピングした多結晶半導体
層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、該チャンネル領域を含
むシリコンを主体とする多結晶半導体層の少なくとも一
部の領域上に形成されたソース・ドレイン領域を成す薄
膜を少なくとも有することを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device in which a channel region of an insulated gate semiconductor device is formed of a semiconductor containing silicon as a main component, and a polycrystalline semiconductor layer and a gate mainly containing silicon containing a channel region and doped with impurities such as boron. A semiconductor device, comprising: an insulating film, a gate electrode, and at least a thin film forming a source / drain region formed on at least a part of a polycrystalline semiconductor layer mainly containing silicon including the channel region.
【請求項2】 絶縁ゲート型半導体装置の製造方法に於
て、ゲート電極上に選択的に絶縁膜を形成する工程を有
する事を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A method of manufacturing an insulated gate semiconductor device, comprising the step of selectively forming an insulating film on a gate electrode.
【請求項3】 前記ソース・ドレイン領域を成す薄膜を
形成する工程において、前記薄膜が少なくとも絶縁体上
には成膜しない条件で選択的に成膜することを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置の製造方法。
3. The semiconductor according to claim 1, wherein in the step of forming the thin film forming the source / drain regions, the thin film is selectively formed under the condition that the thin film is not formed at least on the insulator. Device manufacturing method.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011223026A (en) * 2011-07-04 2011-11-04 Getner Foundation Llc Nonvolatile storage and manufacturing method thereof

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