JPH05235356A - Insulated-gate thin-film semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Insulated-gate thin-film semiconductor device and manufacture thereof

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JPH05235356A
JPH05235356A JP7331492A JP7331492A JPH05235356A JP H05235356 A JPH05235356 A JP H05235356A JP 7331492 A JP7331492 A JP 7331492A JP 7331492 A JP7331492 A JP 7331492A JP H05235356 A JPH05235356 A JP H05235356A
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舜平 山崎
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
Kouyuu Chiyou
宏勇 張
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Abstract

PURPOSE:To provide a structure for decreasing off-state current in an insulated- gate thin-film semiconductor device. CONSTITUTION:An insulated-gate thin-film semiconductor device comprises a channel region 103 under a gate insulator, and a semiconductor region 109 under the channel region. The semiconductor region 9 has a conductivity type opposite to that of source and drain regions to decrease the leakage current between the source and drain regions. In addition, this amorphous semiconductor region shields the channel region from effects of the substrate.

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、ON電流とOFF電流
の比率(ON/OFF比)が大きく、特にOFF電流が
少ない薄膜状絶縁ゲイト半導体装置、特に薄膜トランジ
スタ(TFT)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film insulating gate semiconductor device having a large ratio of ON current and OFF current (ON / OFF ratio) and particularly a small OFF current, and more particularly to a thin film transistor (TFT).

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、絶縁基板上に、薄膜状のチャネル
領域を有する絶縁ゲイト型の半導体装置の研究がなされ
ている。特に、薄膜状の絶縁ゲイトトランジスタ、いわ
ゆる薄膜トランジスタ(TFT)が熱心に研究されてい
る。これらは、液晶等の表示装置において、マトリクス
構造を有するものの各画素の制御用に利用することが目
的であり、利用する半導体の材料・結晶状態によって、
アモルファスシリコンTFTや多結晶シリコンTFTと
いうように区別されている。もっとも、最近では多結晶
シリコンとアモルファスの中間的な状態を呈する材料も
利用する研究がなされている。これは、セミアモルファ
スといわれ、アモルファス状の組織に小さな結晶が浮か
んだ状態であると考えられている。
2. Description of the Related Art Recently, research has been conducted on an insulating gate type semiconductor device having a thin film channel region on an insulating substrate. In particular, thin-film insulating gate transistors, so-called thin film transistors (TFTs), have been eagerly studied. These are intended to be used for controlling each pixel of a display device such as a liquid crystal having a matrix structure, and depending on the material and crystal state of the semiconductor to be used,
It is distinguished as an amorphous silicon TFT or a polycrystalline silicon TFT. However, recently, research has also been carried out using a material exhibiting an intermediate state between polycrystalline silicon and amorphous. This is called semi-amorphous, and it is considered that a small crystal floats in an amorphous structure.

【0003】また、単結晶シリコン集積回路において
も、いわゆるSOI技術として多結晶シリコンTFTが
用いられており、これは、例えば高集積度SRAMにお
いて、負荷トランジスタとして使用される。この場合に
は、アモルファスシリコンTFTを用いることはほとん
どない。
Also, in a single crystal silicon integrated circuit, a polycrystalline silicon TFT is used as a so-called SOI technology, and this is used as a load transistor in, for example, a highly integrated SRAM. In this case, the amorphous silicon TFT is rarely used.

【0004】一般にアモルファス状態の半導体の電界移
動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるTF
Tには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、P型の電界移動度は著しく小さいので、Pチャネル
型のTFT(PTFT)を作製することができず、した
がって、Nチャネル型TFT(NTFT)と組み合わせ
て、相補型のMOS回路(CMOS)を形成することが
できない。
Generally, a semiconductor in an amorphous state has a low electric field mobility, and therefore TF requiring high speed operation.
Not available for T. Further, since amorphous silicon has a remarkably small P-type electric field mobility, a P-channel type TFT (PTFT) cannot be manufactured. Therefore, in combination with an N-channel type TFT (NTFT), a complementary MOS type is formed. A circuit (CMOS) cannot be formed.

【0005】しかしながら、アモルファス半導体によっ
て形成したTFTはOFF電流が小さいという特徴を持
つ。そこで、液晶のアクティブマトリクスのトランジス
タのように、それほどの高速動作が要求されず、一方の
導電型だけで十分であり、かつ、電荷保持能力の高いT
FTが必要とされる用途に利用されている。
However, a TFT formed of an amorphous semiconductor has a feature that the OFF current is small. Therefore, unlike a transistor of a liquid crystal active matrix, such a high-speed operation is not required, and only one conductivity type is sufficient and the charge holding ability is high.
It is used in applications that require FT.

【0006】一方、多結晶半導体は、アモルファス半導
体よりも電界移動度が大きく、したがって、高速動作が
可能である。例えば、レーザーアニールによって再結晶
化させたシリコン膜を用いたTFTでは、電界移動度と
して300cm2 /Vsもの値が得られている。通常の
単結晶シリコン基板上に形成されたMOSトランジスタ
の電界移動度が500cm2 /Vs程度であることから
すると、極めて大きな値であり、単結晶シリコン上のM
OS回路が基板と配線間の寄生容量によって、動作速度
が制限されるのに対して、絶縁基板上であるのでそのよ
うな制約は何ら無く、著しい高速動作が期待されてい
る。
On the other hand, a polycrystalline semiconductor has a larger electric field mobility than an amorphous semiconductor, and therefore can operate at high speed. For example, a TFT using a silicon film recrystallized by laser annealing has a field mobility as high as 300 cm 2 / Vs. Considering that the electric field mobility of a MOS transistor formed on a normal single crystal silicon substrate is about 500 cm 2 / Vs, it is an extremely large value, and M on single crystal silicon is large.
While the operating speed of the OS circuit is limited by the parasitic capacitance between the substrate and the wiring, there is no such restriction because it is on the insulating substrate, and extremely high speed operation is expected.

【0007】また、多結晶シリコンでは、NTFTだけ
でなく、PTFTも同様に得られるのでCMOS回路を
形成することが可能で、例えば、アクティブマトリクス
方式の液晶表示装置においては、アクティブマトリクス
部分のみならず、周辺回路(ドライバー等)をもCMO
Sの多結晶TFTで構成する、いわゆるモノリシック構
造を有するものが知られている。
Further, since not only NTFT but also PTFT can be obtained with polycrystalline silicon, a CMOS circuit can be formed. For example, in an active matrix type liquid crystal display device, not only the active matrix portion but also the active matrix portion can be formed. , Peripheral circuits (drivers, etc.) also CMO
There is known one having a so-called monolithic structure, which is composed of an S polycrystal TFT.

【0008】前述のSRAMに使用されるTFTもこの
点に注目したものであり、PMOSをTFTで構成し、
これを負荷トランジスタとして用いている。
The TFT used in the above-mentioned SRAM also pays attention to this point, and the PMOS is constituted by the TFT,
This is used as a load transistor.

【0009】しかしながら、一般に多結晶TFTはアモ
ルファスTFTに比べて、電界移動度が大きな分だけ、
OFF電流が大きく、アクティブマトリクスの画素の電
荷を保持する能力には劣っていた。従来は画素の大きさ
が数100μm角で、画素容量が大きかったために特に
問題となることはなかったが、最近では、高精細化とと
もに画素の微細化が進み、画素容量が小さくなり、安定
なスタティック表示をおこなうのに不十分となってい
る。また、SRAMに用いる場合においても、OFF電
流が大きい場合には消費電力が大きくなった。
However, in general, a polycrystalline TFT has a larger electric field mobility than an amorphous TFT,
The OFF current was large, and the ability to hold the charge of the pixels of the active matrix was poor. In the past, there was no particular problem because the size of the pixel was several 100 μm square and the pixel capacity was large, but in recent years, the pixel capacity has become smaller and stable because the pixel has become finer with higher definition. Insufficient for static display. Also, when used in SRAM, the power consumption increases when the OFF current is large.

【0010】また、通常のアモルファスTFTにおいて
は、単結晶IC技術で使用されるようなセルフアライン
プロセスによってソース/ドレイン領域を形成すること
は困難であり、ゲイト電極とソース/ドレイン領域の幾
何学的な重なりによる寄生容量が問題となるのに対し、
多結晶TFTはセルフアラインプロセスが採用できるた
め、寄生容量が著しく抑えられるという特徴を持つ。
Further, in a normal amorphous TFT, it is difficult to form the source / drain regions by the self-alignment process as used in the single crystal IC technique, and the gate electrodes and the source / drain regions are geometrically shaped. While the parasitic capacitance due to overlap is a problem,
Since the polycrystalline TFT can adopt the self-alignment process, it has a feature that the parasitic capacitance can be significantly suppressed.

【0011】すなわち、従来の多結晶TFTは図2に示
すように、ほぼ同じ厚さのソース領域204とドレイン
領域202、チャネル領域203が基板201上に形成
され、セルフアラインプロセスを採用して作製されたT
FTでは、チャネル領域(活性層)203はゲイト電極
205とほぼ同じ形状に形成された。図において、20
6は層間絶縁物であり、207、208はそれぞれドレ
イン電極、ソース電極である。
That is, as shown in FIG. 2, a conventional polycrystalline TFT has a source region 204, a drain region 202, and a channel region 203 of approximately the same thickness formed on a substrate 201, and is manufactured by employing a self-alignment process. The T
In the FT, the channel region (active layer) 203 was formed in almost the same shape as the gate electrode 205. In the figure, 20
Reference numeral 6 is an interlayer insulator, and 207 and 208 are a drain electrode and a source electrode, respectively.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このような多結晶TF
Tの利点に対して、いくつかの問題点も指摘されてい
る。そのうちの一つである、OFF電流の問題に対して
は、いくつかの解決法が提案されている。その一つは、
活性化領域を薄くする方法である。こうすることによっ
て、OFF電流が小さくなることが報告されている。例
えば、チャネル領域の厚さを25nmとすることによっ
て、OFF電流が10-13 A以下にできることが知られ
ている。しかしながら、薄い半導体膜を結晶化させるこ
とは非常に難しく、容易に結晶化しないことが知られて
いる。すなわち、十分な結晶度を得て、実用に耐える電
界移動度を有する活性化領域(チャネル領域)を形成す
るには高温でアニールするか、長時間のアニールをおこ
なうかという方法が必要とされる。高温アニールを採用
する場合には、基板としては石英のような耐熱性のある
材料が求められる。しかしながら、石英基板は、特に大
面積のものは非常に高価であり、コスト的に問題があ
る。また、長時間のアニールをおこなうこともスループ
ットの低下をもたらし、やはりコスト的に難がある。
[Problems to be Solved by the Invention] Such a polycrystalline TF
Some problems have been pointed out for the advantage of T. Several solutions have been proposed for the problem of OFF current, which is one of them. One of them is
This is a method of thinning the active region. It has been reported that the OFF current is reduced by doing so. For example, it is known that the OFF current can be 10 −13 A or less by setting the thickness of the channel region to 25 nm. However, it is known that it is very difficult to crystallize a thin semiconductor film, and it is not easily crystallized. That is, in order to obtain a sufficient crystallinity and form an activated region (channel region) having a field mobility that can withstand practical use, a method of performing annealing at a high temperature or performing annealing for a long time is required. .. When high temperature annealing is adopted, a heat resistant material such as quartz is required for the substrate. However, the quartz substrate is very expensive, especially if it has a large area, and there is a cost problem. Further, performing annealing for a long time also causes a decrease in throughput, which is also difficult in terms of cost.

【0013】一方、活性層を薄くすることはソース/ド
レイン領域も薄くすることにつながる。すなわち、通常
の作製方法ではソース/ドレインも活性領域も同時に作
製された半導体膜から形成され、同じ厚さを有するから
である。このことはソース/ドレイン領域の抵抗が大き
くなることにつながる。
On the other hand, thinning the active layer also leads to thinning the source / drain regions. That is, in the usual manufacturing method, both the source / drain and the active region are formed from the semiconductor film manufactured at the same time and have the same thickness. This leads to an increase in the resistance of the source / drain region.

【0014】そのためには、ソース/ドレイン領域の大
部分を厚くなるように別に形成する方法が採用される
が、そのことはマスクプロセスを余分に追加することで
あり、歩留りの点から好ましくない。
For that purpose, a method of separately forming so as to thicken most of the source / drain regions is adopted, but this is an additional mask process, which is not preferable in terms of yield.

【0015】また、本発明人等の知見によると、活性層
が50nm以下のTFTでは、MOSしきい値電圧の絶
対値が小さく、したがって、このようなTFTでCMO
Sを作製すると、動作が極めて不安定となる。
Further, according to the knowledge of the present inventors, the absolute value of the MOS threshold voltage is small in a TFT having an active layer of 50 nm or less, and therefore the CMO in such a TFT is small.
When S is produced, the operation becomes extremely unstable.

【0016】一方、活性化層を厚くするとOFF電流が
大きくなるが、その大きさは活性層の厚さに比例するも
のでなく、したがって、何らかの要因によってOFF電
流が非線型的に大きくなるものと考えられる。活性層の
厚さが100nmであるTFTの特性の例を図3(A)
に示す。これは、ゲイト酸化膜の厚さが150nmであ
り、活性層は減圧CVD(LPCVD)法によって形成
され、600℃で24時間アニールされたものである。
ソース/ドレイン間の電圧は1Vである。図に示すよう
にON電流は大きいが、OFF電流も大きい。しかも、
ゲイト電極に逆バイアスを印加するとコブ状の異常な特
性を示す。
On the other hand, the thicker the activation layer is, the larger the OFF current becomes, but the magnitude thereof is not proportional to the thickness of the active layer. Therefore, the OFF current is nonlinearly increased due to some factor. Conceivable. An example of the characteristics of a TFT in which the thickness of the active layer is 100 nm is shown in FIG.
Shown in. The gate oxide film has a thickness of 150 nm, the active layer is formed by low pressure CVD (LPCVD), and annealed at 600 ° C. for 24 hours.
The voltage between the source and the drain is 1V. As shown in the figure, the ON current is large, but the OFF current is also large. Moreover,
When a reverse bias is applied to the gate electrode, it exhibits abnormal characteristics like a bump.

【0017】活性層が厚い場合には、活性層の結晶性は
良く、電界移動度の大きなTFTが得られる。特別な高
温や長時間のアニールが必要とされることはない。本発
明人等の研究の結果、活性層の厚いTFTのOFF電流
の大部分は、図2に矢印209で示されるように活性層
の基板側の部分を経由してバイパス的に流れることが明
らかにされた。理想的なOFF電流をIOFF 、ON電流
をIONとした場合には、TFTのON/OFF比はION
/IOFF で表される。しかしながら、もし、ゲイト電圧
にほとんど反応しないバイパス的なリーク電流ILKが流
れていた場合には、ON/OFF比は、(ION+ILK
/(IOFF +ILK)で表される。実際にはILKはIOFF
に比べると非常に大きく、しかし、IONよりかは小さい
ものと推定されるので、みかけのON/OFF比は、I
ON/ILKで表される。このため、TFTの特性の重要な
指標であるON/OFF比が著しく小さくなっているよ
うに見えるものと考えられる。
When the active layer is thick, the crystallinity of the active layer is good and a TFT having a large electric field mobility can be obtained. No special high temperatures or long annealing times are required. As a result of the research conducted by the present inventors, it is clear that most of the OFF current of a TFT having a thick active layer flows as a bypass via a portion of the active layer on the substrate side as indicated by an arrow 209 in FIG. I was killed. When the ideal OFF current is I OFF and the ON current is I ON , the ON / OFF ratio of the TFT is I ON.
/ I OFF . However, if a bypass leakage current I LK that hardly responds to the gate voltage is flowing, the ON / OFF ratio is (I ON + I LK ).
It is represented by / (I OFF + I LK ). Actually I LK is I OFF
It is estimated to be much larger than I ON but smaller than I ON , so the apparent ON / OFF ratio is I
Expressed as ON / I LK . For this reason, it is considered that the ON / OFF ratio, which is an important index of the characteristics of the TFT, is remarkably reduced.

【0018】このようなリーク電流の原因としては2つ
のことが考えられる。1つは、活性層の基板側の結晶度
が良くないためである。すなわち、あまりに粒界が多い
ため、そこに多くのトラップ準位ができ、このトラップ
準位をホッピングして電荷が移動するためである。この
トラップ準位はゲイトの電圧にかかわらず存在するた
め、常にオフセット的な電流の源となる。この場合には
結晶成長の条件の最適化によって克服できるはずである
が、それは非常に困難であることが予想される。
There are two possible causes for such a leak current. One is that the crystallinity of the active layer on the substrate side is not good. That is, since there are too many grain boundaries, many trap levels are formed there, and the trap levels hop to move charges. Since this trap level exists regardless of the gate voltage, it always acts as an offset current source. This case could be overcome by optimizing the crystal growth conditions, but it is expected to be very difficult.

【0019】もう一つは、基板側からナトリウム等の可
動イオンが活性層に侵入し、基板側の部分を導通化する
ためである。これはプロセスの清浄度を高めることによ
って克服される。
Another reason is that mobile ions such as sodium enter the active layer from the substrate side to make the portion on the substrate side conductive. This is overcome by increasing the cleanliness of the process.

【0020】しかしながら、いずれの方法によって解決
するにしても、チャネル層(活性層)が厚い場合にはオ
ーム的にOFF電流が大きくなる。一方、ソース/ドレ
インの厚さは十分であるので、その部分の抵抗は十分に
小さい。
However, whichever method is used, if the channel layer (active layer) is thick, the OFF current will increase in an ohmic manner. On the other hand, since the thickness of the source / drain is sufficient, the resistance in that portion is sufficiently small.

【0021】理想的なTFTとしては電界移動度は大き
いことが望まれる。また、ソース/ドレインの抵抗も小
さいことが望まれる。一方、OFF電流は小さいことが
望まれる。もちろん、作製に複雑なプロセスを導入する
ことは避けるべきである。このような現状を踏まえ、本
発明は、以上のような問題点の一部、もしくは全部を解
決し、理想的なTFTに近いTFTを提供せんとして成
されたものである。
It is desired that an ideal TFT has a large electric field mobility. In addition, it is desired that the resistance of the source / drain is small. On the other hand, it is desired that the OFF current is small. Of course, introducing complex processes into fabrication should be avoided. In view of such a current situation, the present invention is made to solve some or all of the above problems and provide a TFT close to an ideal TFT.

【0022】[0022]

【問題を解決する方法】以上の問題点を解決する方法と
して、本発明では、活性層のうち、結晶性がよくない、
あるいは可動イオンが残存している等の理由のため、特
性のよくない基板側の部分をチャネルとして使用しない
TFTを提案する。そのためには、本発明では基板側の
活性層の部分に不純物を添加し、ソース/ドレイン領域
とは逆の導電性をもたせることによって、該部分を実質
的にチャネルとして機能させないようにする。
As a method for solving the above problems, in the present invention, the crystallinity of the active layer is not good,
Alternatively, we propose a TFT that does not use a portion on the substrate side, which has poor characteristics, as a channel because, for example, mobile ions remain. To this end, in the present invention, an impurity is added to the active layer portion on the substrate side so as to have conductivity opposite to that of the source / drain regions, so that the portion does not substantially function as a channel.

【0023】本発明によるTFTの概念図を図1に示
す。図1はゲイト電極105下の活性層領域の下部領域
109にソース領域104、ドレイン領域102とは逆
の導電型の不純物半導体領域を形成したものである。活
性層の上部領域103は従来どおり、チャネルとして機
能するが、基板101側の特性の劣る下部領域109
は、添加された不純物のためにチャネルとしては機能し
ない。このような領域109に添加する不純物の濃度と
しては、ソース/ドレインに添加される不純物の濃度の
10分の1〜100分の1であっても十分である。なぜ
ならば、このとき必要とされる領域109の導電型はチ
ャネル領域103に比べて十分に異なる導電型を有して
いる、あるいはチャネル103と領域109の界面にお
ける伝導帯(価電子帯)のギャップが十分に大きければ
よいからである。伝導(価電子)帯の準位は、不純物が
少ない半導体においては、非常にわずかの不純物添加に
よって劇的に変化することが知られている。仮に、ソー
ス/ドレインに添加される不純物の濃度が1020cm-3
で、チャネル領域103の実効的な不純物濃度が1016
cm-3であれば、領域109の不純物濃度は1018cm
-3もあれば十分である。もちろん、領域109に添加さ
れる不純物の導電型はソース/ドレインと逆になるよう
に選ばれなければならない。
A conceptual diagram of the TFT according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, an impurity semiconductor region having a conductivity type opposite to that of the source region 104 and the drain region 102 is formed in the lower region 109 of the active layer region below the gate electrode 105. The upper region 103 of the active layer functions as a channel as before, but the lower region 109 on the substrate 101 side is inferior in characteristics.
Does not function as a channel due to the added impurities. It is sufficient that the concentration of the impurity added to the region 109 is 1/10 to 1/100 of the concentration of the impurity added to the source / drain. This is because the conductivity type of the region 109 required at this time has a conductivity type sufficiently different from that of the channel region 103, or the gap between the conduction band (valence band) at the interface between the channel 103 and the region 109. As long as is large enough. It is known that the level of the conduction (valence electron) band is dramatically changed by adding a very small amount of impurities in a semiconductor containing few impurities. If the concentration of impurities added to the source / drain is 10 20 cm −3
Therefore, the effective impurity concentration of the channel region 103 is 10 16
cm −3 , the impurity concentration of the region 109 is 10 18 cm
-3 is enough. Of course, the conductivity type of impurities added to the region 109 must be selected so as to be opposite to that of the source / drain.

【0024】このような領域109を形成しようとすれ
ば、不純物濃度の異なる2層の半導体膜を形成する必要
がある。そのためには、2層の不純物濃度の異なる半導
体膜を多層に形成する方法や、基板にあらかじめ不純物
を添加しておいて、半導体膜を形成したのち、基板から
不純物を拡散させてもよい。例えば、領域109の不純
物濃度がソース/ドレインの不純物濃度の10分の1で
あるとすれば、のちにセルフアラインプロセスによっ
て、ソース/ドレインが形成された場合に、先に形成さ
れた被膜のうち、領域109とはならない部分はのちの
不純物導入によって、簡単にソース/ドレインと同じ導
電型に変換されてしまう。それは不純物濃度が小さいか
らである。したがって、チャネル領域は薄く、ソース/
ドレイン領域は厚いという本発明の理想とするTFTが
得られる。
In order to form such a region 109, it is necessary to form two layers of semiconductor films having different impurity concentrations. For that purpose, a method of forming two layers of semiconductor films having different impurity concentrations in a multi-layer manner, or an impurity may be added to the substrate in advance to form the semiconductor film, and then the impurities may be diffused from the substrate. For example, assuming that the impurity concentration of the region 109 is 1/10 of the impurity concentration of the source / drain, when the source / drain is formed by the self-alignment process later, among the films formed earlier. The portion that does not become the region 109 is easily converted into the same conductivity type as the source / drain by the subsequent introduction of impurities. This is because the impurity concentration is low. Therefore, the channel region is thin and the source /
It is possible to obtain the ideal TFT of the present invention in which the drain region is thick.

【0025】もし、領域109の不純物濃度がソース/
ドレインの不純物濃度と同程度あるいはそれ以上であれ
ば、のちのソース/ドレイン形成の際にもその導電型を
換えることができず、結局、チャネルも薄いがソース/
ドレインも薄いという形状になってしまう。もちろん、
このような形状であっても、特性のよくない基板側の活
性層をチャネルとして使用しないという本発明の技術思
想に反するものではない。
If the impurity concentration of the region 109 is the source /
If the impurity concentration of the drain is equal to or higher than that of the drain, the conductivity type cannot be changed when the source / drain is formed later.
The drain is also thin. of course,
Even such a shape does not violate the technical idea of the present invention that the active layer on the substrate side having poor characteristics is not used as a channel.

【0026】図1では、チャネル領域103とその下の
領域109の間には明確な境界があるように記述されて
いるが、本発明の趣旨からして、そのような明確な境界
が存在しなければならない必要は全く無く、なだらかに
不純物や組成元素が変化しているような材料であっても
構わないことは明らかであろう。
In FIG. 1, it is described that there is a clear boundary between the channel region 103 and the region 109 therebelow, but such a clear boundary exists for the purpose of the present invention. It will be clear that there is no need to have to do so, and it is possible to use a material in which impurities and compositional elements change gently.

【0027】また、本発明ではソース/ドレイン領域が
厚さ方向にわたって、抵抗率等の電気特性が均一である
場合には、実質的なソース/ドレインの厚さがチャネル
の厚さよりも小さく、チャネルは薄く、なおかつソース
/ドレインの抵抗(シート抵抗)は大きいという理想的
なTFTとなる。
Further, in the present invention, when the source / drain regions have uniform electrical characteristics such as resistivity over the thickness direction, the substantial source / drain thickness is smaller than the channel thickness, Is an ideal TFT in which the source / drain resistance (sheet resistance) is large.

【0028】本発明では、図3(B)に示すようなバン
ドギャップが形成されていると推測される。すなわち、
図3(B)は、図1で記述された構造を有するTFTの
ソース/ドレインとチャネル、およびその下の部分のバ
ンド図である。この図では、PTFTを示しているが、
NTFTであっても同様である。このようなバンド図か
ら明らかなように、価電子帯のホール(NTFTでは伝
導帯の電子)は、チャネルの下の導電型の異なる領域1
09には入り込むことが困難であり、結果として、その
部分を介して電流がリークすることが少ない。
In the present invention, it is presumed that the band gap shown in FIG. 3 (B) is formed. That is,
FIG. 3B is a band diagram of the source / drain and the channel of the TFT having the structure described in FIG. 1 and a portion thereunder. In this figure, a PTFT is shown,
The same applies to NTFT. As is clear from such a band diagram, holes in the valence band (electrons in the conduction band in NTFT) are the regions 1 of different conductivity types under the channel.
09 is difficult to enter, and as a result, current rarely leaks through that portion.

【0029】本発明は、そのまま従来のTFTに適用し
ても構わないが、本発明人らの発明である特願平3−2
31188、あるいは特願平3−238713に記述さ
れるようなオフセット領域を有するTFTに対して適用
すると、より一層の効果がもたらされる。いずれの発明
もOFF電流を低下させ、特にゲイト電極に逆電圧を印
加した場合の逆方向リークを改善することには効果があ
ったが、OFF電流の絶対値を減らすうえでは効果が薄
かった。しかしながら、本発明とこれらの発明を併用す
ることにより、逆方向リークを抑えるとともに、OFF
電流の絶対値を小さくし、よってON/OFF比を大き
くすることができた。
The present invention may be applied to a conventional TFT as it is, but it is the invention of the present inventors, Japanese Patent Application No. 3-2.
When it is applied to a TFT having an offset region as described in 31188 or Japanese Patent Application No. 3-238713, a further effect is brought about. Each of the inventions was effective in reducing the OFF current, and in particular, in improving the reverse leakage when a reverse voltage was applied to the gate electrode, but was not effective in reducing the absolute value of the OFF current. However, by using the present invention and these inventions together, it is possible to suppress reverse leakage and
It was possible to reduce the absolute value of the current and thus increase the ON / OFF ratio.

【0030】その効果の例を図3(A)に示す。図にお
いて、(c)は従来のTFT(NTFT)の特性を示し
ている。(b)は、従来のTFTに本発明を適用したも
のであり、具体的には、チャネル領域をI型多結晶シリ
コン、その下の部分を不純物として2×1019cm-3
ボロンが添加された弱いP型多結晶シリコンで形成した
ものである。ソース/ドレインには、不純物としてリン
を1.1×1020cm-3だけ添加して強いN型とした。
すなわち、NTFTである。ゲイトはシリコンゲイトで
ある。この場合には、ゲイト電圧が0のときのOFF電
流は、従来例に比べて著しく削減されるが、逆方向リー
ク電流は依然大きい。これは負のゲイト電圧によってチ
ャネルがP型となり、ソース/ドレイン(N型)とチャ
ネル(P型)のバンド構造がブロークン(Broke
n)状態となり、多結晶半導体のような結晶性のよくな
い半導体では、この境界に存在する準位を経由してホッ
ピング電流が流れるためであると考えられる。
An example of the effect is shown in FIG. In the figure, (c) shows the characteristics of a conventional TFT (NTFT). (B) is the one in which the present invention is applied to a conventional TFT. Specifically, 2 × 10 19 cm −3 of boron is added to the channel region as an impurity and the lower portion as an impurity. Formed of weak P-type polycrystalline silicon. The source / drain was made to have a strong N-type by adding phosphorus as an impurity by 1.1 × 10 20 cm −3 .
That is, it is an NTFT. The gate is a silicon gate. In this case, the OFF current when the gate voltage is 0 is remarkably reduced as compared with the conventional example, but the reverse leakage current is still large. This is because the channel becomes P-type due to the negative gate voltage, and the band structure of the source / drain (N-type) and the channel (P-type) is broken.
It is considered that this is because in a semiconductor having poor crystallinity such as a polycrystalline semiconductor, the hopping current flows through the level existing at this boundary.

【0031】そこで、例えば特願平3−231188に
記述されるようなオフセット領域を有するTFT(アル
ミニウムゲイト)に本発明を適用すれば、このような逆
方向リークは抑えられ、(a)に示すような良好な特性
が得られる。この図において、ゲイト電極以外は、先に
示した(b)のものと同じである。特に、特願平3−2
31188、あるいは特願平3−238713に記述さ
れるようなオフセット領域をTFTに設ける場合におい
ても、結晶間の特性(粒界等)が良くないものには効果
が薄い。これは、逆方向リークの原因が先に説明したよ
うに粒界に存在する準位によるためであるから、粒界の
性質のよくない半導体にいくらオフセット領域を設けて
もあまり意味を成さないのである。
Therefore, if the present invention is applied to a TFT (aluminum gate) having an offset region as described in, for example, Japanese Patent Application No. 3-231188, such reverse leakage can be suppressed, as shown in (a). Such good characteristics can be obtained. In this figure, except for the gate electrode, it is the same as that shown in (b) above. Especially, Japanese Patent Application No. 3-2
In the case where the TFT is provided with an offset region as described in 31188 or Japanese Patent Application No. 3-238713, the effect is weak if the characteristics (grain boundaries, etc.) between crystals are not good. This is because the cause of the backward leakage is due to the level existing at the grain boundary as described above, so it does not make much sense to provide an offset region in a semiconductor with poor grain boundary properties. Of.

【0032】すなわち、前記特願平3−231188、
あるいは特願平3−238713に記述されるようなオ
フセット領域を設けるという発明を実施するには半導体
の特性については充分に注意を払わなければならない。
その意味で、本発明のように、特性の良くない部分(基
板側の活性層部分)を実質的にチャネルとして機能しな
いようにする方法を併せて実施することは相乗効果をも
たらす。
That is, Japanese Patent Application No. 3-231188,
Alternatively, in order to implement the invention of providing an offset region as described in Japanese Patent Application No. 3-238713, sufficient attention must be paid to the characteristics of the semiconductor.
In that sense, it is synergistic to carry out the method of the present invention such that the portion having poor characteristics (the active layer portion on the substrate side) does not substantially function as a channel.

【0033】以上の記述では、TFTとしては単純なソ
ース/ドレインを有するもの、あるいはオフセット領域
を有するもののみが扱われたが、公知の低濃度ドレイン
(LDD)構造を有するものであってもよい。さらに、
このLDD構造も、通常の方法で作製される以外に、例
えば、本発明人等の発明である、特願平3−23871
0乃至3−238712で記述される方法によって形成
されるものであってもよい。以下に実施例を示し、さら
に本発明を説明する。
In the above description, only a TFT having a simple source / drain or an TFT having an offset region is dealt with, but a TFT having a known low-concentration drain (LDD) structure may be used. .. further,
This LDD structure is also manufactured by a normal method, and is also an invention of the present inventors, for example, Japanese Patent Application No. 3-23871.
0 to 3-238712. Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

【0034】[0034]

【実施例】〔実施例1〕 図4に本発明を用いたCMO
Sの作製実施例を説明する。本実施例では基板401と
してコーニング社の7059番ガラス基板を使用した。
基板401上には基板からの可動イオンの侵入を阻止す
る目的で、厚さ20〜100nm、例えば50nmの窒
化珪素膜402をRFプラズマCVD法で形成した。さ
らに、窒化珪素膜上に、RFプラズマCVD法によっ
て、厚さ20〜100nm、例えば50nmの酸化珪素
膜403を形成した。これらの皮膜の膜厚は、可動イオ
ンの侵入の程度、あるいは活性層への影響にに応じて設
計される。
EXAMPLES Example 1 FIG. 4 shows a CMO using the present invention.
An example of producing S will be described. In this example, a No. 7059 glass substrate manufactured by Corning Inc. was used as the substrate 401.
A silicon nitride film 402 having a thickness of 20 to 100 nm, for example 50 nm, was formed on the substrate 401 by an RF plasma CVD method in order to prevent entry of mobile ions from the substrate. Further, a silicon oxide film 403 having a thickness of 20 to 100 nm, for example 50 nm, was formed on the silicon nitride film by the RF plasma CVD method. The thickness of these films is designed according to the degree of penetration of mobile ions or the influence on the active layer.

【0035】例えば、窒化珪素被膜402の質が良くな
く、電荷のトラップが多いと、酸化珪素膜を通して、上
の半導体層に影響を及ぼすので、その場合には酸化珪素
膜を厚くする必要がある。
For example, if the quality of the silicon nitride film 402 is not good and there are many charge traps, it affects the upper semiconductor layer through the silicon oxide film. In that case, it is necessary to thicken the silicon oxide film. ..

【0036】これらの被膜の形成には、上記のようなプ
ラズマCVD法だけでなく、減圧CVD法やスパッタ法
等の方法によって形成してもよい。それらの手段の選択
は投資規模や量産性等を考慮して決定すればよい。これ
らの被膜は連続的に成膜されてもよいことはいうまでも
ない。
The coatings may be formed not only by the plasma CVD method as described above but also by a method such as a low pressure CVD method or a sputtering method. The selection of these means may be determined in consideration of the scale of investment and mass productivity. Needless to say, these coatings may be continuously formed.

【0037】さらにフォトレジスト404を塗布し、こ
れをマスクとしてP型領域406とN型領域405を形
成した。P型不純物としては、ボロンを用い、5×10
12〜1×1014cm-2、例えば2×1013cm-2だけ、
イオンドープ法によって注入した。加速電圧は10ke
Vとした。また、N型不純物としては、リンを用い、5
×1012〜1×1014cm-2、例えば5×1013cm-2
だけ、イオンドープ法によって注入した。加速電圧は1
0keVとした。これらの加速電圧、ドーズ量は、酸化
珪素膜403の膜厚やその後の熱処理による各不純物の
拡散係数等を考慮して決定される。本実施例では、いわ
ゆるスルーインプラではないので、加速電圧は低くても
よかった。こうして図4(A)の状態を得た。
Further, a photoresist 404 was applied, and using this as a mask, a P-type region 406 and an N-type region 405 were formed. Boron is used as the P-type impurity, and it is 5 × 10.
12 to 1 × 10 14 cm -2 , for example, 2 × 10 13 cm -2 ,
It was implanted by the ion doping method. Accelerating voltage is 10 ke
It was set to V. Further, phosphorus is used as the N-type impurity, and
× 10 12 to 1 × 10 14 cm -2 , for example 5 × 10 13 cm -2
Only, it was injected by the ion doping method. Accelerating voltage is 1
It was set to 0 keV. The acceleration voltage and the dose amount are determined in consideration of the film thickness of the silicon oxide film 403, the diffusion coefficient of each impurity due to the subsequent heat treatment, and the like. In this embodiment, since the so-called through implantation is not used, the acceleration voltage may be low. Thus, the state of FIG. 4 (A) was obtained.

【0038】その後、減圧CVD法によって、厚さ20
〜200nm、例えば100nmのアモルファスシリコ
ン膜を形成した。原料はモノシランを使用し、基板温度
は550℃とした。基板温度は後の結晶化の際に重要な
影響を与えることが本発明人等の研究の結果、明らかに
された。例えば、モノシランを原料とし、480℃以下
で成膜したものは結晶化させることが難しかった。一
方、ジシランを原料として成膜したものは基板温度48
0℃で成膜したものでも、600℃のアニールで十分に
結晶化した。このようにして得られたアモルファスシリ
コン膜は、600℃で24時間熱アニールして、結晶化
させ、いわゆるセミアモルファスシリコンと言われる結
晶性シリコンを得た。このとき、酸化珪素膜403に注
入された各不純物(ボロン、リン)は、熱的にシリコン
層に拡散した。本発明人等の研究では、上記のアニール
によって、結晶性シリコン層の下側の約30nmの部分
に拡散した不純物領域が形成された。
After that, a thickness of 20 is obtained by the low pressure CVD method.
An amorphous silicon film having a thickness of 200 nm, for example 100 nm, was formed. Monosilane was used as the raw material, and the substrate temperature was 550 ° C. As a result of studies by the present inventors, it was revealed that the substrate temperature has an important influence on the subsequent crystallization. For example, it was difficult to crystallize a film formed from monosilane as a raw material at 480 ° C. or lower. On the other hand, when the film is formed using disilane as a raw material, the substrate temperature is
Even the film formed at 0 ° C. was sufficiently crystallized by annealing at 600 ° C. The amorphous silicon film thus obtained was thermally annealed at 600 ° C. for 24 hours to be crystallized to obtain crystalline silicon called so-called semi-amorphous silicon. At this time, the impurities (boron, phosphorus) implanted in the silicon oxide film 403 were thermally diffused into the silicon layer. In the research conducted by the present inventors, the above-described annealing formed a diffused impurity region in the lower portion of the crystalline silicon layer at a thickness of about 30 nm.

【0039】また、結晶化を促進するために、シリコン
膜中の炭素、窒素、酸素の濃度は7×1019cm-3以下
が望ましい。本実施例では、SIMS分析によって1×
1017cm-3以下であることを確認した。
Further, in order to promote crystallization, it is desirable that the concentration of carbon, nitrogen and oxygen in the silicon film is 7 × 10 19 cm −3 or less. In this example, SIMS analysis yields 1 ×.
It was confirmed to be 10 17 cm −3 or less.

【0040】従来のTFTにおいては、酸化珪素膜40
3の上には半導体皮膜の活性層が形成されるため、その
作製には細心の注意が必要であった。例えば、酸化珪素
膜403に可動イオンが存在することは絶対にあっては
ならないことであったが、それにもまして、トラップ準
位が存在することは致命的であった。可動イオンの侵入
はプロセスの清浄化によってある程度は解決できるもの
であったが、トラップ準位の問題はプロセスの制約から
ある一定以上の改善は不可能であった。特に酸化珪素膜
とその上の半導体活性層間の界面準位密度はそのTFT
の特性を左右する重要なファクターであった。通常の単
結晶半導体のMOSICで使用される熱酸化のゲイト酸
化膜(酸化珪素)と単結晶半導体の界面の準位密度は1
10cm-2程度であったが、例えば本実施例のようなプ
ラズマCVD法あるいは大気圧CVD法(APCVD
法)や減圧CVD法(LPCVD法)によって作製した
酸化珪素膜とその上の多結晶シリコン膜との界面準位密
度は1012cm-2以上であり、とても実用に耐えるもの
ではなかった。
In the conventional TFT, the silicon oxide film 40 is used.
Since the active layer of the semiconductor film is formed on the surface of No. 3, it has been necessary to be very careful in its production. For example, the presence of mobile ions in the silicon oxide film 403 should never have occurred, but the presence of trap levels was even more fatal. Mobile ion penetration could be solved to some extent by process cleaning, but the trap level problem could not be improved beyond a certain level due to process restrictions. In particular, the interface state density between the silicon oxide film and the semiconductor active layer on it is determined by the TFT
It was an important factor that influences the characteristics of. The level density at the interface between a thermal oxidation gate oxide film (silicon oxide) used in a normal single crystal semiconductor MOSIC and the single crystal semiconductor is 1
Although it was about 0 10 cm -2 , for example, the plasma CVD method or the atmospheric pressure CVD method (APCVD as in this embodiment).
Method) or low pressure CVD method (LPCVD method), and the interface state density between the silicon oxide film and the polycrystalline silicon film thereon is 10 12 cm −2 or more, which is not very practical.

【0041】すなわち、このように界面準位密度が大き
いと、様々な電荷がトラップされ、これらの電荷によっ
て活性層の導電型が、ゲイト電圧に依存しないで決定さ
れてしまい、リーク電流の増加を招いた。このため、従
来はこのような下地の酸化膜であってもゲイト酸化膜と
同じだけの高い品位が要求された。熱酸化方式が採用で
きない低温プロセスや中温プロセスにあっては、スパッ
タ法やECRプラズマCVD法が採用されたが、これら
の方法によって得られる界面での準位密度は、熱酸化法
よりも1桁程度大きなものであった。
That is, when the interface state density is high in this way, various charges are trapped, and the conductivity type of the active layer is determined by these charges without depending on the gate voltage, which increases the leak current. invited. Therefore, conventionally, even such an underlying oxide film has been required to have the same high quality as that of the gate oxide film. For low-temperature processes and medium-temperature processes where the thermal oxidation method cannot be adopted, the sputtering method and the ECR plasma CVD method were adopted, but the level density at the interface obtained by these methods is one digit higher than that of the thermal oxidation method. It was a big one.

【0042】しかしながら、本発明では後のプロセスに
おいて、酸化珪素膜403上の半導体膜のうち、酸化珪
素膜に接する部分は不純物添加によってソース/ドレイ
ン領域と異なった導電型とするので、従来に問題とされ
たようなことはほとんど生じない。すなわち、酸化珪素
膜403にどのようなトラップ準位が存在して、どのよ
うな電荷がトラップされたとしても、半導体皮膜には不
純物が導入され、予め導電型が決定されてしまっている
ので、電荷のトラップによって、半導体膜の導電型が依
存することはない。本発明人等の研究によると、熱アニ
ールの際の拡散によって形成された不純物領域の不純物
濃度が1018cm-3であれば、酸化珪素膜403とその
上の結晶性シリコン膜との界面準位密度は5×1012
-2程度まで問題がないことがわかった。酸化珪素膜4
03上に形成する結晶性シリコン膜の不純物濃度は、後
に形成するソース/ドレイン領域の不純物濃度との兼ね
合いで決まるが、本発明人等の研究では、酸化珪素膜4
03上の該半導体領域の不純物濃度は大きければ大きい
ほど、界面準位密度に対する条件もゆるやかなものとな
る。ソース/ドレイン領域の不純物濃度としては1020
cm-3まで可能であるので、該半導体濃度の不純物濃度
としては、1019cm-3程度まで可能である。この場合
には、計算上は1013cm-3の界面密度まで許される。
However, according to the present invention, in the subsequent process, the portion of the semiconductor film on the silicon oxide film 403 which is in contact with the silicon oxide film has a conductivity type different from that of the source / drain regions due to the addition of impurities. The things that are said to occur rarely occur. That is, no matter what trap level exists in the silicon oxide film 403 and what kind of charge is trapped, impurities are introduced into the semiconductor film and the conductivity type is determined in advance. The conductivity type of the semiconductor film does not depend on the charge trap. According to the study by the present inventors, if the impurity concentration of the impurity region formed by diffusion at the time of thermal annealing is 10 18 cm −3 , the interface level between the silicon oxide film 403 and the crystalline silicon film thereabove. The unit density is 5 × 10 12 c
It turns out that there is no problem up to about m -2 . Silicon oxide film 4
The impurity concentration of the crystalline silicon film formed on the silicon oxide film 03 is determined by the balance with the impurity concentration of the source / drain regions to be formed later.
The higher the impurity concentration of the semiconductor region on 03, the looser the condition for the interface state density. The impurity concentration of the source / drain region is 10 20
Since it is possible to reach cm −3, the impurity concentration of the semiconductor concentration can be up to about 10 19 cm −3 . In this case, a calculated interface density of 10 13 cm -3 is allowed.

【0043】したがって、先のようなRFプラズマCV
D法やその他の簡便なCVD法によって酸化珪素膜を形
成することができる。RFプラズマCVD法やLPCV
D法、APCVD法は、スパッタ法やECRプラズマC
VD法に比べて量産性に優れた方法である。すなわち、
スパッタ法ではバッチ方式が採用できず、量産性に欠け
る上、ターゲットに可動イオンが付着しないように細心
の注意を払わなくてはならない。また、ターゲットのサ
イズをむやみに大きくできないので大面積化には不適当
である。ECRプラズマCVD法は、装置に対する投資
が巨額となり、また、一度に処理できる基板の枚数や大
きさも大きな制約を受ける。
Therefore, the above-described RF plasma CV
The silicon oxide film can be formed by the D method or another simple CVD method. RF plasma CVD method and LPCV
D method and APCVD method are sputtering method and ECR plasma C
It is a method that is superior in mass productivity to the VD method. That is,
Since the batch method cannot be adopted in the sputtering method, mass productivity is poor, and great care must be taken to prevent mobile ions from adhering to the target. Further, the size of the target cannot be unnecessarily increased, which is unsuitable for increasing the area. The ECR plasma CVD method requires a large amount of investment in the apparatus, and also has a large restriction on the number and size of substrates that can be processed at one time.

【0044】さて、アモルファスシリコン膜を熱アニー
ルによって、結晶性シリコン膜としたのち、これを適当
なパターンにエッチングして、NTFT用の島状半導体
領域408とPTFT用の島状半導体領域407とを形
成する。このときには、すでに熱アニールの際の不純物
の拡散によって、各半導体領域の下部にはP型領域41
0とN型領域409が形成されている。各島状半導体領
域の上部は実質的に真性であった。
After the amorphous silicon film is formed into a crystalline silicon film by thermal annealing, the crystalline silicon film is etched into an appropriate pattern to form an island-shaped semiconductor region 408 for NTFT and an island-shaped semiconductor region 407 for PTFT. Form. At this time, the P-type region 41 is formed below each semiconductor region due to the diffusion of impurities during the thermal annealing.
0 and an N-type region 409 are formed. The top of each island semiconductor region was substantially intrinsic.

【0045】その後、酸素雰囲気中での酸化珪素をター
ゲットとするスパッタ法によって、ゲイト絶縁膜(酸化
珪素)411を厚さ100〜200nm、例えば150
nmだけ形成した。この厚さは、TFTの動作条件等に
よって決定される。
Then, a gate insulating film (silicon oxide) 411 having a thickness of 100 to 200 nm, for example 150, is formed by a sputtering method targeting silicon oxide in an oxygen atmosphere.
Only nm is formed. This thickness is determined by the operating conditions of the TFT and the like.

【0046】次にスパッタ法によって、アルミニウム皮
膜を厚さ500nmだけ形成し、これを混酸(5%の硝
酸を添加した燐酸溶液)によってパターニングし、ゲイ
ト電極・配線413および412を形成した。エッチン
グレートは、エッチングの温度を40℃としたときに2
25nm/分であった。このようにして、TFTの外形
を整えた。このときのチャネルの大きさは、いずれも長
さ8μm、幅20μmとした。チャネルの大きさも素子
の動作特性に応じて設計すれなよい。このときの状態を
図4(B)に示す。
Next, an aluminum film having a thickness of 500 nm was formed by a sputtering method, and this was patterned with a mixed acid (phosphoric acid solution containing 5% nitric acid) to form gate electrodes / wirings 413 and 412. The etching rate is 2 when the etching temperature is 40 ° C.
It was 25 nm / min. In this way, the outer shape of the TFT was adjusted. At this time, the size of each channel was 8 μm in length and 20 μm in width. The size of the channel may also be designed according to the operating characteristics of the device. The state at this time is shown in FIG.

【0047】さらに、陽極酸化法によってアルミニウム
配線の表面に酸化アルミニウムを形成した。陽極酸化の
方法としては、本発明人等の発明である特願平3−23
1188もしくは特願平3−238713に記述される
方法を用いた。詳細な実施の様態については、目的とす
る素子の特性やプロセス条件、投資規模等によって変更
を加えればよい。本実施例では、陽極酸化によって、厚
さ350nmの酸化アルミニウム皮膜415および41
4を形成した。
Further, aluminum oxide was formed on the surface of the aluminum wiring by the anodic oxidation method. As the method of anodic oxidation, Japanese Patent Application No. 3-23, which is an invention of the present inventors, is used.
The method described in 1188 or Japanese Patent Application No. 3-238713 was used. The detailed mode of implementation may be changed according to the characteristics of the target element, process conditions, investment scale, and the like. In this embodiment, the aluminum oxide films 415 and 41 having a thickness of 350 nm are formed by anodic oxidation.
4 was formed.

【0048】その後、ゲイト酸化膜を通したイオン注入
法によって、公知のCMOS作製技術を援用し、N型ソ
ース/ドレイン領域417とP型ソース/ドレイン領域
416を形成した。いずれも不純物濃度は8×1019
-3となるようにした。イオン源としては、P型はフッ
化ホウ素イオンを、N型はリンイオンを用い、前者は加
速電圧80keVで、後者は加速電圧110keVで注
入した。加速電圧はゲイト酸化膜の厚さや半導体領域4
07、408の厚さを考慮して設定される。イオン注入
法のかわりに、イオンドーピング法を用いてもよい。イ
オン注入法では注入されるイオンは質量によって分離さ
れるので、不必要なイオンは注入されることがないが、
イオン注入装置で処理できる基板の大きさは限定され
る。一方、イオンドーピング法では、比較的大きな基板
(例えば対角30インチ角以上)も処理する能力を有す
るが、水素イオンやその他不必要なイオンまで同時に加
速されて注入されるので、基板が加熱されやすい。この
場合にはイオン注入法で使用するようなフォトレジスト
をマスクとした選択的な不純物注入は難しい。
After that, an N-type source / drain region 417 and a P-type source / drain region 416 were formed by a known CMOS fabrication technique by an ion implantation method through a gate oxide film. In both cases, the impurity concentration is 8 × 10 19 c
It was set to m -3 . As the ion source, boron fluoride ions were used for the P type and phosphorus ions for the N type, and the former was implanted at an accelerating voltage of 80 keV and the latter was implanted at an accelerating voltage of 110 keV. The acceleration voltage depends on the thickness of the gate oxide film and the semiconductor region 4.
It is set in consideration of the thicknesses of 07 and 408. An ion doping method may be used instead of the ion implantation method. In the ion implantation method, the implanted ions are separated by mass, so unnecessary ions are not implanted.
The size of the substrate that can be processed by the ion implantation apparatus is limited. On the other hand, the ion doping method has the ability to process a relatively large substrate (for example, a diagonal of 30 inches or more), but since hydrogen ions and other unnecessary ions are simultaneously accelerated and implanted, the substrate is heated. Cheap. In this case, it is difficult to selectively implant impurities using a photoresist as a mask, which is used in the ion implantation method.

【0049】このようにして、オフセット領域を有する
TFTが作製された。その様子を図4(C)に示す。最
後に、レーザーアニール法によって、ゲイト電極部をマ
スクとしてソース/ドレイン領域の再結晶化をおこなっ
た。レーアーアニールの条件は、例えば特願平3−23
1188や同3−238713に記述されている方法を
使用した。そして層間絶縁物420として、酸化珪素を
RFプラズマCVD法で形成し、これに電極形成用の穴
を開け、アルミニウム配線421〜423を形成して、
素子を完成させた。
In this way, a TFT having an offset region was manufactured. This is shown in FIG. 4 (C). Finally, the source / drain regions were recrystallized by laser annealing using the gate electrode portion as a mask. The conditions of layer annealing are, for example, Japanese Patent Application No. 3-23.
The method described in 1188 or 3-238713 was used. Then, as the interlayer insulator 420, silicon oxide is formed by the RF plasma CVD method, holes for forming electrodes are formed in this, and aluminum wirings 421 to 423 are formed,
The device is completed.

【0050】本実施例では最初に酸化珪素膜403から
拡散した不純物によって形成された不純物領域409、
410の不純物濃度が1018cm-3程度であるが、その
後、ソース/ドレインの形成のために注入された不純物
の濃度はその80倍であったので、図に示すように初期
の不純物領域409、410はチャネルの下の部分、す
なわち図4(D)の領域418、419以外は全てソー
ス/ドレインとおなじ導電型に変換されてしまった。そ
の結果、ソース/ドレインの厚さは島状半導体領域40
8、408と実質的に同じとなった。しかしながら、実
質的なチャネルの厚さは図から明らかなように、約70
nmというようにソース/ドレイン領域よりも薄かっ
た。その結果、ソース/ドレインのシート抵抗は小さ
く、また、チャネルが薄い分だけOFF電流が少ないと
いう優れた特性を示すことができた。
In this embodiment, the impurity region 409 formed by the impurities diffused from the silicon oxide film 403 first,
Although the impurity concentration of 410 is about 10 18 cm −3 , the concentration of the impurities injected for the formation of the source / drain was 80 times as high as that, so that the initial impurity region 409 as shown in FIG. , 410 have been converted into the same conductivity type as the source / drain except for the portion under the channel, that is, the regions 418 and 419 in FIG. As a result, the thickness of the source / drain is the island-shaped semiconductor region 40.
8 and 408. However, the substantial channel thickness is about 70
It was thinner than the source / drain region such as nm. As a result, the sheet resistance of the source / drain was small, and the excellent characteristics that the OFF current was small due to the thin channel were able to be exhibited.

【0051】〔実施例2〕 図5に本発明を用いたNT
FTとPTFTの作製実施例を示す。本実施例では基板
501として日本電気硝子社のN−0ガラス基板を使用
した。N−0ガラス基板は、実施例1で使用したコーニ
ング7059にくらべて、ガラス転移点が150℃程度
高く、650℃〜750℃のアニールに対しても有効で
ある。しかし、基板中に含まれる可動イオンの量が多い
ので、それに対する対策を十分に講じなければならな
い。基板501上には基板からの可動イオンの侵入を阻
止する目的で、厚さ50nmの窒化珪素膜502をRF
プラズマCVD法で形成した。さらに、窒化珪素膜上
に、RFプラズマCVD法によって、厚さ100nmの
酸化珪素膜503を形成した。
Example 2 FIG. 5 shows an NT using the present invention.
An example of manufacturing FT and PTFT will be shown. In this embodiment, a N-0 glass substrate manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. is used as the substrate 501. The N-0 glass substrate has a glass transition point higher by about 150 ° C. than Corning 7059 used in Example 1, and is also effective for annealing at 650 ° C. to 750 ° C. However, since the amount of mobile ions contained in the substrate is large, it is necessary to take sufficient measures against it. A silicon nitride film 502 with a thickness of 50 nm is formed on the substrate 501 by RF for the purpose of blocking the entry of mobile ions from the substrate.
It was formed by the plasma CVD method. Further, a 100-nm-thick silicon oxide film 503 was formed over the silicon nitride film by an RF plasma CVD method.

【0052】さらに、減圧CVD法によってボロンを2
×1018cm-3だけ含有するアモルファスシリコン膜5
04を厚さ10〜50nm、例えば30nmだけ形成し
た。そして、フォトレジスト506を塗布し、これをマ
スクとしてリンを、例えば5×1018cm-2だけイオン
ドープ法で注入し、N型領域505を形成した。すなわ
ち、最初はボロンが2×1018cm-3だけ含まれていた
が、リンのドープによって、その効果は打ち消され、領
域505はN型に転換する。なお、このときの加速電圧
は10keVとした。こうして図5(A)の状態を得
た。
Further, boron is added by the low pressure CVD method.
Amorphous silicon film 5 containing only x10 18 cm -3
04 was formed to a thickness of 10 to 50 nm, for example, 30 nm. Then, a photoresist 506 was applied, and phosphorus was implanted by, for example, 5 × 10 18 cm −2 by an ion doping method using this as a mask to form an N-type region 505. That is, boron was initially contained in an amount of 2 × 10 18 cm −3 , but the effect is canceled by the doping of phosphorus, and the region 505 is converted to N type. The acceleration voltage at this time was 10 keV. In this way, the state of FIG.

【0053】その後、減圧CVD法によって、厚さ10
〜150nm、例えば10nmの不純物を含まないアモ
ルファスシリコン膜を形成した。基板温度は550℃と
した。先のアモルファスシリコン膜504のときのそう
であったが、不純物の侵入には十分な注意が必要であ
る。いずれのアモルファスシリコン膜においても、膜中
の炭素、窒素、酸素の濃度は7×1019cm-3以下であ
ることが望ましく、本実施例では1×1017cm-3以下
であることを確認した。このようにして得られた2層の
アモルファスシリコン膜は、600℃で24時間熱アニ
ールして、結晶化させ、いわゆるセミアモルファスシリ
コンと言われる結晶性シリコンを得た。
After that, a thickness of 10 is obtained by the low pressure CVD method.
An amorphous silicon film containing no impurities of about 150 nm, for example, 10 nm was formed. The substrate temperature was 550 ° C. As was the case with the amorphous silicon film 504, it is necessary to pay sufficient attention to the intrusion of impurities. In any of the amorphous silicon films, it is desirable that the concentration of carbon, nitrogen, and oxygen in the film is 7 × 10 19 cm −3 or less, and in this embodiment, it is 1 × 10 17 cm −3 or less. did. The two-layer amorphous silicon film thus obtained was thermally annealed at 600 ° C. for 24 hours to be crystallized to obtain crystalline silicon so-called semi-amorphous silicon.

【0054】さて、アモルファスシリコン膜を熱アニー
ルによって、結晶性シリコン膜としたのち、これを適当
なパターンにエッチングして、NTFT用の島状半導体
領域507とPTFT用の島状半導体領域508とを形
成する。各島状半導体領域の上部は実質的に真性であっ
た。
After the amorphous silicon film is formed into a crystalline silicon film by thermal annealing, the crystalline silicon film is etched into an appropriate pattern to form an island-shaped semiconductor region 507 for NTFT and an island-shaped semiconductor region 508 for PTFT. Form. The top of each island semiconductor region was substantially intrinsic.

【0055】その後、酸素雰囲気中での酸化珪素をター
ゲットとするスパッタ法によって、ゲイト絶縁膜(酸化
珪素)509を厚さ150nmだけ形成した。この厚さ
は、TFTの動作条件等によって決定される。
After that, a gate insulating film (silicon oxide) 509 having a thickness of 150 nm was formed by a sputtering method targeting silicon oxide in an oxygen atmosphere. This thickness is determined by the operating conditions of the TFT and the like.

【0056】次に減圧CVD法によって、リンを1.2
×1020cm-3含有するシリコン膜を厚さ500nmだ
け形成し、これをパターニングし、ゲイト電極・配線5
10および511を形成した。このようにして、TFT
の外形を整えた。このときのチャネルの大きさは、いず
れも長さ8μm、幅20μmとした。このときの状態を
図5(B)に示す。
Next, phosphorus was added to 1.2 by the low pressure CVD method.
A silicon film containing x 10 20 cm -3 is formed to a thickness of 500 nm and is patterned to form a gate electrode / wiring 5
10 and 511 were formed. In this way, the TFT
The outer shape of At this time, the size of each channel was 8 μm in length and 20 μm in width. The state at this time is shown in FIG.

【0057】その後、図5(C)に示すようにゲイト酸
化膜を通したイオン注入法によって、ボロンを注入し
た。このときの加速電圧は、100keVとし、ボロン
の濃度は5×1019cm-2とした。このようにして、図
の左側のPTFTのソース/ドレイン領域512を形成
した。このとき、同時に、チャネル領域514とその下
のN型領域515も形成される。一方、図の右側のNT
FTにもソース/ドレインにはボロンがドープされる。
しかし、この段階ではTFTとして機能するような不純
物領域は形成されない。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, boron was implanted by an ion implantation method through a gate oxide film. The acceleration voltage at this time was 100 keV, and the boron concentration was 5 × 10 19 cm -2 . Thus, the source / drain regions 512 of the PTFT on the left side of the drawing were formed. At this time, at the same time, the channel region 514 and the N-type region 515 thereunder are also formed. On the other hand, NT on the right side of the figure
Boron is doped into the FT and the source / drain.
However, at this stage, an impurity region that functions as a TFT is not formed.

【0058】さらに、フォトレジスト513を塗布し、
これによって、PTFTだけを選択的に被覆し(図5
(D))、この状態で今度はリンをイオン注入した。加
速電圧は100keVであった。このようにしてNTF
Tのソース/ドレイン領域516が形成された。リンの
濃度は1.1×1020cm-3となるようにした。同時
に、チャネル領域517とその下のP型領域518も形
成される。
Further, a photoresist 513 is applied,
This selectively covers only the PTFT (see FIG.
(D)), and phosphorus was ion-implanted in this state. The acceleration voltage was 100 keV. In this way NTF
A T source / drain region 516 was formed. The phosphorus concentration was set to 1.1 × 10 20 cm −3 . At the same time, the channel region 517 and the P-type region 518 thereunder are also formed.

【0059】その後、600℃で24時間アニールをお
こない、イオン注入によって与えられたダメージを回復
させた。このようにして得られたTFTにおいては、例
えばPTFTの領域505がその後、どのように変化し
たかに注目すると、最初は5×1018cm-3のリンが含
まれてN型であったが、その後、それよりも1桁多い、
ボロンが注入されたのでP型に転換した。一方、NTF
Tのチャネルの下の領域に注目すると、最初は2×10
18cm-3のボロンを含有するP型であった。その後、さ
らに図5(C)のボロン注入によって、ボロンの濃度は
5×1019cm-3と増加した。しかしながら、図5
(D)のリン注入によって、ボロンの濃度の倍以上のリ
ンが注入され、N型に転換した。本実施例では、図から
明らかなように、ソース/ドレインの厚さは40nmで
あるのに対し、チャネル部分の厚さは10nmであっ
た。また、不純物領域515と518はチャネルとして
は機能しない。したがって、理想的なTFTを形成する
ことができた。
After that, annealing was performed at 600 ° C. for 24 hours to recover the damage given by the ion implantation. In the TFT thus obtained, for example, focusing on how the region 505 of the PTFT changed after that, although it was initially N type because it contained 5 × 10 18 cm −3 of phosphorus. , Then one more digit than that,
Since boron was injected, it was converted to P type. On the other hand, NTF
Focusing on the area under the channel of T, initially 2 × 10
It was a P type containing 18 cm -3 of boron. After that, by further implanting boron as shown in FIG. 5C, the concentration of boron was increased to 5 × 10 19 cm −3 . However, FIG.
By the phosphorus injection of (D), phosphorus was injected at a concentration more than double the concentration of boron and converted to N type. In this example, as is apparent from the figure, the thickness of the source / drain was 40 nm, while the thickness of the channel portion was 10 nm. Further, the impurity regions 515 and 518 do not function as channels. Therefore, an ideal TFT could be formed.

【0060】また、本実施例では、用いたマスクの枚数
は、領域505形成、島状領域507、508の形
成、ゲイト電極・配線510、511の形成、フォ
トレジスト513のパターニングの4枚であり、その
後、金属配線を形成するためにさらにマスクが使用され
る。
Further, in the present embodiment, the number of masks used is four for forming the region 505, forming the island regions 507 and 508, forming the gate electrodes / wirings 510 and 511, and patterning the photoresist 513. , Then a further mask is used to form the metal wiring.

【0061】一方、実施例1の方法では、本実施例と同
じ段階、すなわち、ソース/ドレイン領域の形成までに
使用されるマスクの枚数は、領域405の形成、領
域406の形成、島状領域407、408の形成、
ゲイト電極・配線412、413の形成、ソース/ド
レイン416(あるいは417)の形成、ソース/ド
レイン417(あるいは416)の形成の6枚のマスク
が必要である。このように、本実施例はプロセスの簡略
化と、それによる歩留りの向上に有効である。
On the other hand, in the method of the first embodiment, the number of masks used at the same stage as that of this embodiment, that is, up to the formation of the source / drain regions is as follows. Formation of 407 and 408,
Six masks are required to form the gate electrodes / wirings 412 and 413, the source / drain 416 (or 417), and the source / drain 417 (or 416). As described above, this embodiment is effective in simplifying the process and improving the yield accordingly.

【0062】〔実施例3〕 本実施例では、本発明を単
結晶半導体基板に形成された半導体集積回路上に形成さ
れるTFTに対して適用した例を示す。半導体集積回路
の高集積化とともに、従来のような半導体基板の平面に
回路を展開するだけでなく、垂直方向にも回路を展開し
た立体集積回路(3次元集積回路)が要求されるように
なった。現在、実用化されているものは、例えば、完全
CMOS型のSRAMのように、フリップ・フロップ回
路のトランジスタのうち、PMOSのみをTFTとした
2層トランジスタ構造に限定されているが、今後、半導
体集積回路の高集積化が進展するにつれ、より多層な構
造が利用される。それとともに、TFTも特性の改善が
求められる。
[Embodiment 3] This embodiment shows an example in which the present invention is applied to a TFT formed on a semiconductor integrated circuit formed on a single crystal semiconductor substrate. With the high integration of semiconductor integrated circuits, three-dimensional integrated circuits (three-dimensional integrated circuits) have been developed in which not only the circuits are conventionally developed on the plane of the semiconductor substrate but also the circuits are developed vertically. It was At present, what has been put into practical use is limited to a two-layer transistor structure in which only PMOS is used as a TFT among the transistors of a flip-flop circuit such as a complete CMOS type SRAM. As the degree of integration of integrated circuits has advanced, more multilayer structures have been used. At the same time, TFTs are required to have improved characteristics.

【0063】本実施例では、単結晶シリコン基板上に第
1のトランジスタ(NMOS)を形成して、その上に第
2のトランジスタ(PMOS)をTFTによって形成し
た場合について説明する。
In this embodiment, a case where a first transistor (NMOS) is formed on a single crystal silicon substrate and a second transistor (PMOS) is formed thereon by a TFT will be described.

【0064】図6(A)は、そのような構造を有する半
導体回路である。簡略のために、金属配線は図中には記
述されていない。図において、基板601上にソース領
域602、ドレイン領域603(ともにN型)が設けら
れ、さらに、第1のトランジスタのゲイト電極604が
形成されている。また、これらを覆って層間絶縁物60
5が形成されている。従来は、この層間絶縁物としては
リンガラスやリンボロンガラスのような比較的融点の低
いガラス材料が使用され、リフローすることによって、
配線の形成によって生じた凹凸を減らすことがおこなわ
れていた。
FIG. 6A shows a semiconductor circuit having such a structure. For simplicity, metal wiring is not shown in the figure. In the figure, a source region 602 and a drain region 603 (both N-type) are provided on a substrate 601, and a gate electrode 604 of the first transistor is further formed. In addition, the interlayer insulator 60 is provided so as to cover these.
5 is formed. Conventionally, a glass material having a relatively low melting point such as phosphorus glass or phosphorus boron glass is used as the interlayer insulator, and by reflowing,
It has been performed to reduce the unevenness caused by the formation of the wiring.

【0065】TFTはこのような層間絶縁物の上に形成
される。すなわち、層間絶縁物605上にソース領域
(P型)606、ドレイン領域(P型)607、チャネ
ル領域608を有する多結晶シリコン被膜を形成する。
さらにこの多結晶シリコン膜の上にゲイト絶縁膜を形成
し、第2のトランジスタのゲイト電極609を形成す
る。最後に素子全体を絶縁膜610で被覆する。
The TFT is formed on such an interlayer insulator. That is, a polycrystalline silicon film having a source region (P type) 606, a drain region (P type) 607, and a channel region 608 is formed on the interlayer insulator 605.
Further, a gate insulating film is formed on this polycrystalline silicon film, and a gate electrode 609 of the second transistor is formed. Finally, the entire element is covered with the insulating film 610.

【0066】このような構造のTFTにおいて、もし、
層間絶縁物を従来のようなリンガラスやリンボロンガラ
スのような材料で構成すると、第1のトランジスタのゲ
イト電極604に印加された電圧によって層間絶縁物6
05に電荷がトラップされたり、層間絶縁物が分極を起
こす可能性がある。例えば、このような効果によって電
荷612が、第1のゲイト電極604の上面、チャネル
領域608の下面にトラップされたものとすると、チャ
ネル領域608の下部にP型の反転層611が形成さ
れ、その部分を経由して、ソースからドレインにリーク
電流が流れることとなる。
In the TFT having such a structure, if
When the interlayer insulator is made of a conventional material such as phosphorus glass or phosphorus boron glass, the interlayer insulator 6 is formed by the voltage applied to the gate electrode 604 of the first transistor.
There is a possibility that charge may be trapped in 05 or the interlayer insulator may be polarized. For example, if the charges 612 are trapped on the upper surface of the first gate electrode 604 and the lower surface of the channel region 608 by such an effect, a P-type inversion layer 611 is formed below the channel region 608, and A leak current flows from the source to the drain through the portion.

【0067】このためリンガラスやリンボロンガラスの
ような材料の上に直接、チャネル領域を形成することは
避けなければならなかった。理想的には純粋な酸化珪素
被膜で層間絶縁物を形成し、さらにその上に熱酸化によ
って高品位な酸化珪素膜を形成することが要求された。
しかしながら、その場合には、高融点材料である酸化珪
素を層間絶縁物とするのでリフローは困難であった。そ
こで、リフローをおこなうに適したガラス材料を用いて
層間絶縁物を形成し、その上に、スパッタ法やECRプ
ラズマCVD法のような低温成膜技術によって酸化膜を
形成することが要求される。いずれの方式を採用する場
合においても、成膜工程が2倍になることでスループッ
トの低下につながる。特に、低品位な酸化珪素やリンガ
ラス等は量産性のよい減圧CVD法によって形成される
のであるが、スパッタ法やECRプラズマCVD法は量
産性に劣る。特に、下部の絶縁物の電荷の影響を十分小
さくするには、高品位な酸化珪素の膜の厚さは300n
m以上は必要である。これだけの厚さの酸化珪素膜をス
パッタ法やECRプラズマCVD法によって形成するに
は非常に長い時間がかかる。
Therefore, it was necessary to avoid directly forming the channel region on a material such as phosphorus glass or phosphorus boron glass. Ideally, it was required to form an interlayer insulator with a pure silicon oxide film and further form a high-quality silicon oxide film thereon by thermal oxidation.
However, in that case, since silicon oxide, which is a high melting point material, is used as an interlayer insulator, reflow is difficult. Therefore, it is required to form an interlayer insulator using a glass material suitable for performing reflow and to form an oxide film thereon by a low temperature film forming technique such as a sputtering method or an ECR plasma CVD method. Whichever method is adopted, the number of film forming steps is doubled, which leads to a decrease in throughput. In particular, low-grade silicon oxide, phosphorus glass, and the like are formed by the low pressure CVD method, which has good mass productivity, but the sputtering method and the ECR plasma CVD method are inferior in mass productivity. In particular, in order to sufficiently reduce the influence of the electric charge of the lower insulator, the thickness of the high-quality silicon oxide film is 300 n.
m or more is necessary. It takes a very long time to form a silicon oxide film having such a thickness by a sputtering method or an ECR plasma CVD method.

【0068】本発明を適用することによってこの問題は
解決される。本発明の実施例は図6(B)に示される。
図において、基板651上にソース領域652、ドレイ
ン領域653(ともにN型)が設けられ、さらに、第1
のトランジスタのゲイト電極654が形成されている。
また、これらを覆って層間絶縁物655が形成されてい
る。これは、低品位な酸化珪素でも、あるいはリンガラ
スやリンボロンガラスのような材料であってもよい。
By applying the invention, this problem is solved. An example of the present invention is shown in FIG.
In the figure, a source region 652 and a drain region 653 (both N-type) are provided on a substrate 651, and the first region
The gate electrode 654 of the transistor is formed.
An interlayer insulator 655 is formed so as to cover them. This may be low grade silicon oxide or a material such as phosphorus glass or phosphorus boron glass.

【0069】TFTはこのような層間絶縁物の上に形成
される。すなわち、層間絶縁物655上にソース領域
(P型)656、ドレイン領域(P型)657が形成さ
れる。このソース/ドレイン間には従来はチャネル領域
が形成されていたのであるが、本発明では、下側にN型
の領域661が形成され、その上にチャネル領域658
が形成される。これらはいずれも多結晶シリコン被膜で
ある。さらにこの多結晶シリコン膜の上にゲイト絶縁膜
を形成し、第2のトランジスタのゲイト電極659を形
成する。最後に素子全体を絶縁膜660で被覆する。
The TFT is formed on such an interlayer insulator. That is, the source region (P type) 656 and the drain region (P type) 657 are formed on the interlayer insulator 655. Although a channel region was conventionally formed between the source / drain, in the present invention, an N-type region 661 is formed on the lower side and a channel region 658 is formed thereon.
Is formed. All of these are polycrystalline silicon coatings. Further, a gate insulating film is formed on this polycrystalline silicon film, and a gate electrode 659 of the second transistor is formed. Finally, the entire element is covered with the insulating film 660.

【0070】層間絶縁物655の材料を耐熱性に優れた
酸化珪素とするか、あるいはリフローが可能なガラス系
の材料とするかは、素子の特性に応じて選択しなければ
ならない。すなわち、ガラス系材料を採用した場合に
は、第2のトランジスタのゲイト酸化膜を熱酸化によっ
て形成することは困難である。したがって、特性はあま
りよくない。
Whether the material of the interlayer insulator 655 is silicon oxide having excellent heat resistance or the glass material capable of reflowing must be selected according to the characteristics of the element. That is, when a glass-based material is used, it is difficult to form the gate oxide film of the second transistor by thermal oxidation. Therefore, the characteristics are not very good.

【0071】本発明の特徴であるN型領域661の不純
物濃度は、ソース/ドレインの不純物濃度とチャネル領
域の不純物濃度、および下にある層間絶縁物の特性等を
考慮して決定されるが、代表的には1×1017〜5×1
19cm-3である。例えば、チャネル領域には3×10
16cm-3のN型不純物がドープされ、ソース/ドレイン
には、6×1019cm-3のP型不純物がドープされてい
て、層間絶縁物の界面準位密度が2×1012cm-2の場
合には、1×1018〜3×1019cm-3が適当である。
The impurity concentration of the N-type region 661, which is a feature of the present invention, is determined in consideration of the impurity concentration of the source / drain, the impurity concentration of the channel region, the characteristics of the underlying interlayer insulator, etc. 1 × 10 17 to 5 × 1
It is 0 19 cm -3 . For example, the channel region has 3 × 10
The source / drain is doped with N-type impurities of 16 cm −3 , the source / drain is doped with P-type impurities of 6 × 10 19 cm −3 , and the interface state density of the interlayer insulator is 2 × 10 12 cm −. In the case of 2 , 1 × 10 18 to 3 × 10 19 cm −3 is suitable.

【0072】N型領域661の厚さは、その不純物濃度
と下にある層間絶縁物の特性(特に界面準位密度)とを
考慮して決定されるが、N型領域によって層間絶縁物の
表面に存在する電荷が遮蔽されるので、先に示したよう
な層間絶縁物の上にじかにチャネルを形成する場合より
薄くてもよい。典型的には10nm以上あれば問題な
い。例えば、N型領域661の不純物濃度が3×1019
cm-3で、層間絶縁物の表面に2×1012cm-2の電荷
がトラップされている場合には、厚さは7nmで十分で
ある。しかしながら、あまりに薄い場合には、膜厚の不
均質性などの他の要因によって信頼性が低下する。
The thickness of the N-type region 661 is determined in consideration of the impurity concentration and the characteristics of the underlying interlayer insulator (in particular, interface state density). Since the electric charge existing in the channel is shielded, it may be thinner than in the case where the channel is directly formed on the interlayer insulating material as described above. There is typically no problem if the thickness is 10 nm or more. For example, the impurity concentration of the N-type region 661 is 3 × 10 19.
A thickness of 7 nm is sufficient if a charge of 2 × 10 12 cm −2 is trapped on the surface of the interlayer insulator at cm −3 . However, if it is too thin, the reliability decreases due to other factors such as nonuniformity of the film thickness.

【0073】一方、あまりに厚い場合には成膜に長時間
を有する。以上のことを考慮すれば、10〜100nm
が適当である。このような領域を形成するにあたって
は、実施例2で示した方法を採用することが望ましい。
On the other hand, if it is too thick, the film formation will take a long time. Considering the above, 10 to 100 nm
Is appropriate. In forming such a region, it is desirable to adopt the method shown in the second embodiment.

【0074】すなわち、層間絶縁物655の上に、N型
のシリコン膜を形成し、その後、I型あるいはN- 型の
シリコン膜を形成する。この成膜は、いわゆるマルチチ
ャンバー方式によって、連続的におこなってもよい。そ
して、ゲイト絶縁膜とゲイト電極を形成し、セルフアラ
インプロセスによってソース606、ドレイン607を
形成する。
That is, an N type silicon film is formed on the inter-layer insulator 655, and then an I type or N type silicon film is formed. This film formation may be continuously performed by a so-called multi-chamber method. Then, a gate insulating film and a gate electrode are formed, and a source 606 and a drain 607 are formed by a self-alignment process.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明によって、ゲイトに逆の電圧が印
加された場合のOFF電流の極めて少ない良好なTFT
を作製することができた。本発明は他の発明と組み合わ
せるとより一層、効果的である。例えば、実施例にも示
したように本発明人等の発明である特願平3−2311
88や特願平3−238713と組み合わせることによ
って、より一層の効果を示す。また、本発明において
は、実施例にも示した通り、ソース/ドレインの厚みを
増して、そのシート抵抗を減らすことができる。これに
よってTFT回路の高速動作を実現することができた。
According to the present invention, a good TFT having an extremely small OFF current when a reverse voltage is applied to the gate.
Was able to be manufactured. The present invention is even more effective when combined with other inventions. For example, as shown in the examples, Japanese Patent Application No. 3-2311, which is the invention of the present inventors.
88 and the Japanese Patent Application No. 3-238713 show further effects. Further, in the present invention, as shown in the embodiments, the thickness of the source / drain can be increased to reduce the sheet resistance thereof. As a result, high speed operation of the TFT circuit could be realized.

【0076】従来、特に液晶表示装置のアクティブマト
リクスのような目的に対しては多結晶TFTはON/O
FF比が低く、実用化にはさまざまな困難があったが、
本発明によってそのような問題はほぼ解決されたと思わ
れる。また、単結晶半導体集積回路の立体化においても
本発明が利用できることは実施例3に示したとおりであ
る。このように本発明は産業上、極めて有益な発明であ
ると考えられる。
Conventionally, the polycrystalline TFT is ON / O for the purpose such as an active matrix of a liquid crystal display device.
Although the FF ratio was low, there were various difficulties in putting it to practical use.
The present invention appears to have largely solved such problems. Further, as shown in Example 3, the present invention can be applied to the three-dimensionalization of a single crystal semiconductor integrated circuit. Thus, the present invention is considered to be an extremely useful invention in industry.

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

【図1】本発明のTFTの概念図を示す。FIG. 1 shows a conceptual diagram of a TFT of the present invention.

【図2】従来のTFTの概念図を示す。FIG. 2 shows a conceptual diagram of a conventional TFT.

【図3】本発明および従来のTFTの特性の例、および
本発明のTFTの予想されるエネルギーバンド図を示
す。
FIG. 3 shows an example of the characteristics of a TFT of the invention and a conventional TFT, and an expected energy band diagram of the TFT of the invention.

【図4】本発明のTFTの作製工程を示す。FIG. 4 shows a manufacturing process of a TFT of the present invention.

【図5】本発明のTFTの作製工程を示す。FIG. 5 shows a manufacturing process of a TFT of the present invention.

【図6】本発明の利用例を示す。FIG. 6 shows an application example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・基板 102・・・ドレイン領域 103・・・チャネル領域 104・・・ソース領域 105・・・ゲイト電極 106・・・層間絶縁物 107・・・ドレイン電極・配線 108・・・ソース電極・配線 109・・・不純物領域 101 ... Substrate 102 ... Drain region 103 ... Channel region 104 ... Source region 105 ... Gate electrode 106 ... Interlayer insulator 107 ... Drain electrode / wiring 108 ... Source electrode・ Wiring 109 ... Impurity region

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板上に形成され、第1の導電型を
有するソース領域およびドレイン領域と、前記ソース/
ドレイン領域に挟まれたチャネル領域と、前記チャネル
領域の下にあり、第1の導電型とは異なる第2の導電型
を有する領域とを有することを特徴とする絶縁ゲイト型
半導体装置。
1. A source region and a drain region formed on an insulating substrate and having a first conductivity type, and the source / drain region.
An insulating gate type semiconductor device comprising: a channel region sandwiched between drain regions; and a region below the channel region and having a second conductivity type different from the first conductivity type.
【請求項2】 請求項1において、前記チャネル下の領
域は、該領域に添加された不純物と同種の不純物を含有
する絶縁性被膜に密着していることを特徴とする絶縁ゲ
イト型半導体装置。
2. The insulating gate type semiconductor device according to claim 1, wherein the region under the channel is in close contact with an insulating film containing an impurity of the same kind as the impurity added to the region.
【請求項3】 請求項1において、チャネル領域は珪素
を主たる材料とし、炭素、窒素、酸素の濃度は7×10
19cm-3以下であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導
体装置。
3. The channel region according to claim 1, wherein silicon is a main material, and the concentration of carbon, nitrogen and oxygen is 7 × 10.
An insulated gate type semiconductor device characterized by being 19 cm −3 or less.
【請求項4】 絶縁基板上に、リンまたはホウソを含有
する絶縁被膜を形成する工程と、該絶縁被膜上に少なく
とも500℃以上の熱処理工程を有する、半導体被膜を
形成する工程と、その後、ゲイト電極を設ける工程とを
有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製
方法。
4. A step of forming an insulating coating containing phosphorus or boroso on an insulating substrate, a step of forming a semiconductor coating on the insulating coating having a heat treatment step of at least 500 ° C., and then a gate. A method of manufacturing an insulating gate type semiconductor device, comprising the step of providing an electrode.
【請求項5】 絶縁基板上に、N型もしくはP型の第1
の半導体被膜を形成する工程と、実質的に真性な導電型
を示す第2の半導体被膜を形成する工程と、その後、ゲ
イト電極を設ける工程とを有することを特徴とする絶縁
ゲイト型半導体装置の作製方法。
5. An N-type or P-type first layer on an insulating substrate.
And a step of forming a second semiconductor film having a substantially intrinsic conductivity type, and then a step of providing a gate electrode. Manufacturing method.
【請求項6】 ソース領域、ドレイン領域と該ソース/
ドレイン領域に挟まれた半導体領域を有し、該半導体領
域は少なくとも2層の互いに異なる電気特性を有する半
導体層からなることを特徴とする薄膜状絶縁ゲイト型半
導体装置。
6. A source region, a drain region and the source / drain region.
A thin film insulating gate type semiconductor device having a semiconductor region sandwiched between drain regions, the semiconductor region being composed of at least two semiconductor layers having different electrical characteristics.
【請求項7】 請求項6において、前記半導体領域を構
成する1層の半導体層は、ソース/ドレイン領域とは異
なる導電型を有する半導体からなり、他の1層の半導体
領域は実質的に真性の導電型を有する半導体からなるこ
とを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
7. The semiconductor layer according to claim 6, wherein the one semiconductor layer forming the semiconductor region is made of a semiconductor having a conductivity type different from that of the source / drain regions, and the other semiconductor layer is substantially intrinsic. An insulating gate type semiconductor device characterized by comprising a semiconductor having the above conductivity type.
【請求項8】 請求項6において、前記半導体領域と、
それを挟むソース/ドレイン領域は、実質的に同じ厚み
を有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
8. The semiconductor region according to claim 6,
An insulating gate type semiconductor device, characterized in that the source / drain regions sandwiching it have substantially the same thickness.
【請求項9】 請求項6において、前記半導体領域を挟
むソース/ドレイン領域の少なくとも一部はレーザー照
射によって活性化されたことを特徴とする絶縁ゲイト型
半導体装置。
9. The insulated gate semiconductor device according to claim 6, wherein at least a part of the source / drain regions sandwiching the semiconductor region is activated by laser irradiation.
【請求項10】 請求項6において、前記半導体領域を
挟むソース/ドレイン領域の厚さは、前記半導体領域を
構成する半導体層のうちのゲイト絶縁膜に接する半導体
層の厚さよりも大きいことを特徴とするゲイト型半導体
装置。
10. The thickness of the source / drain regions sandwiching the semiconductor region is larger than the thickness of a semiconductor layer of the semiconductor layers forming the semiconductor region, which is in contact with the gate insulating film. Gate type semiconductor device.
【請求項11】 ソース領域、ドレイン領域と該ソース
/ドレイン領域に挟まれた半導体領域を有し、該半導体
領域の上部の不純物濃度は、該半導体領域の下部の不純
物濃度よりも小さく、また、下部の導電型はソース/ド
レインの導電型と異なることを特徴とする薄膜状絶縁ゲ
イト型半導体装置。
11. A semiconductor device having a source region, a drain region, and a semiconductor region sandwiched between the source / drain regions, wherein an impurity concentration in an upper portion of the semiconductor region is lower than an impurity concentration in a lower portion of the semiconductor region, and A thin film insulating gate type semiconductor device characterized in that the conductivity type of the lower part is different from the conductivity type of the source / drain.
【請求項12】 CVD法によって形成された酸化珪素
膜と、前記酸化珪素膜上にN型もしくはP型の結晶性の
第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に実質的に真
性な結晶性の第2の半導体層と、前記第2の半導体層の
上にゲイト酸化膜と、前記ゲイト酸化膜上にゲイト電極
とを有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
12. A silicon oxide film formed by a CVD method, an N-type or P-type crystalline first semiconductor layer on the silicon oxide film, and a substantially intrinsic intrinsic semiconductor on the first semiconductor layer. An insulating gate type semiconductor device having a crystalline second semiconductor layer, a gate oxide film on the second semiconductor layer, and a gate electrode on the gate oxide film.
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