JPH0613407A - Thin film semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Thin film semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0613407A
JPH0613407A JP16602092A JP16602092A JPH0613407A JP H0613407 A JPH0613407 A JP H0613407A JP 16602092 A JP16602092 A JP 16602092A JP 16602092 A JP16602092 A JP 16602092A JP H0613407 A JPH0613407 A JP H0613407A
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main gate
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Abstract

PURPOSE:To reduce off-leakage currents by forming a main gate electrode onto a gate insulating film and forming a sub-gate electrode electrically conducted with the main gate electrode while holding a second insulating film having a contact hole onto the main gate electrode. CONSTITUTION:A main gate electrode 1-1 is formed onto a gate insulating film 1-3. A second insulating film 1-4 is film-formed onto the main gate electrode 1-1. A gate contact hole is shaped to the second insulating film 1-4, and the main gate electrode 1-1 is exposed. A sub-gate electrode 1-2 completely overlapping the main gate electrode 1-1 is formed. The sub-gate electrode 1-2 is masked, and ions are implanted, thus shaping a source region 1-5, a drain region 1-6 and an offset region to the sub-gate electrode 1-2 in a self-alignment manner. Accordingly, the jumping-up of off leakage currents is inhibited, and a three- terminal thin-film transistor having excellent on-currents can be realized.

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、石英基板あるいはガラ
ス基板のような絶縁性非晶質材料上に形成されるプレー
ナー型の薄膜半導体装置において、オン電流が大きく、
オフリーク電流の極めて少ない薄膜半導体装置の構造お
よびその製造方法に関する。
The present invention relates to a planar type thin film semiconductor device formed on an insulating amorphous material such as a quartz substrate or a glass substrate, which has a large on-current.
The present invention relates to a structure of a thin film semiconductor device having extremely small off-leakage current and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜トランジスタのオン電流や易動度を
増大させるためは絶縁基板上に結晶性の優れた半導体薄
膜を形成することが必要であり、固相成長法あるいはレ
ーザーアニール法等の方法が知られている{SOI構造
形成技術、産業図書}。
2. Description of the Related Art In order to increase the on-current and mobility of a thin film transistor, it is necessary to form a semiconductor thin film having excellent crystallinity on an insulating substrate, and a solid phase growth method or a laser annealing method is used. Known {SOI structure formation technology, industrial books}.

【0003】また、通常の薄膜トランジスタのオフ領域
におけるリーク電流は、ドレイン領域近傍の電界強度に
強く依存しており、ゲート電圧をオフ側に大きくして行
くとオフリーク電流は大きくはね上がる。オフリーク電
流を低減させるためには、LDD(Lightly d
oped drain)構造あるいはオフセットゲート
構造を形成することが有効であることが知られている。
Further, the leak current in the off region of a normal thin film transistor strongly depends on the electric field strength in the vicinity of the drain region, and when the gate voltage is increased to the off side, the off leak current greatly increases. In order to reduce the off-leakage current, LDD (Lightly d
It is known that it is effective to form an open drain structure or an offset gate structure.

【0004】従来のLDD構造あるいはオフセットゲー
ト構造においては、異方性エッチングを利用してゲート
電極側壁を設けるなどの複雑な工程が必要であった。ま
た、チャネル部のオフセット領域は高抵抗であるため
に、オン電流が低減してしまうという問題点があった。
In the conventional LDD structure or offset gate structure, complicated steps such as providing a gate electrode side wall by utilizing anisotropic etching are required. Further, since the offset region of the channel portion has high resistance, there is a problem that the on-current is reduced.

【0005】オフセットゲート構造によるオン電流の低
下を抑えるために、第1のゲート電極のほかに電気的に
絶縁された第2のゲート電極をもうけ、第1のゲート電
極に対して独立にオフセット領域の導通状態を制御する
方法がある。{Extended Abstracts
of the 22nd Conferenceon
Solid State Devices and
Materials,Sendai,1990,pp.
1011−1014}。これについて図16に示す。1
6−1はソース領域、16−2はドレイン領域、16−
3は多結晶シリコン膜、16−4はゲート絶縁膜、そし
て16−5が第1のゲート電極、16−6が第2のゲー
ト電極であり、16−7はオフセット領域を示してい
る。しかし、ゲート電極が2個存在し、これでは4端子
の薄膜トランジスタになってしまう。
In order to suppress a decrease in on-current due to the offset gate structure, in addition to the first gate electrode, an electrically insulated second gate electrode is provided and an offset region is provided independently of the first gate electrode. There is a method of controlling the conduction state of. {Extended Abstracts
of the 22nd Conferenceon
Solid State Devices and
Materials, Sendai, 1990, pp.
1011-1014}. This is shown in FIG. 1
6-1 is a source region, 16-2 is a drain region, 16-
3 is a polycrystalline silicon film, 16-4 is a gate insulating film, 16-5 is a first gate electrode, 16-6 is a second gate electrode, and 16-7 is an offset region. However, since there are two gate electrodes, this results in a four-terminal thin film transistor.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の方
法によれば、ゲート電極側壁形成という困難な工程が必
要となる。また、オフセット領域が存在するためにオン
電流が低下するという問題点がある。さらに、オン電流
低減を抑えるために第2のゲート電極を設ける方法があ
るが、これでは4端子の薄膜トランジスタになってしま
うという問題点がある。
According to the conventional method as described above, the difficult step of forming the side wall of the gate electrode is required. Further, there is a problem that the on-current decreases due to the existence of the offset region. Further, there is a method of providing the second gate electrode in order to suppress the reduction of the on-current, but this has a problem that it becomes a four-terminal thin film transistor.

【0007】本発明は、以上述べたような問題点を解決
し、簡単な工程でオフセットゲート構造あるいはLDD
構造をつくり込むことによって、きわめてオフリーク電
流が低く、オフ領域でのオフリーク電流の跳ね上がりを
抑え、しかもオン電流の大きな優れた3端子薄膜トラン
ジスタを実現することを目的としている。
The present invention solves the problems as described above, and the offset gate structure or the LDD is manufactured by a simple process.
An object of the present invention is to realize an excellent three-terminal thin film transistor having a very low off-leakage current, suppressing a jump of the off-leakage current in the off-region, and having a large on-current by incorporating the structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、ソース領域、
ドレイン領域、ゲート絶縁膜およびゲート電極を有する
プレーナー型薄膜半導体装置において、ゲート絶縁膜の
上にメインゲート電極を有し、該メインゲート電極のう
えにコンタクトホールを有する第2の絶縁膜をはさんで
前記メインゲート電極と電気的に導通されたサブゲート
電極を有し、該サブゲート電極をマスクとして自己整合
的にソース領域およびドレイン領域が形成されているこ
とを特徴とする。
The present invention provides a source region,
In a planar thin film semiconductor device having a drain region, a gate insulating film and a gate electrode, a second insulating film having a main gate electrode on the gate insulating film and a contact hole on the main gate electrode is sandwiched. And a sub-gate electrode electrically connected to the main gate electrode, and a source region and a drain region are formed in a self-aligned manner by using the sub-gate electrode as a mask.

【0009】さらに、そのサブゲート電極長をLs、メ
インゲート電極長をLmとすると、すくなくともLs>L
mの条件を満たすことを特徴とする。
Furthermore, if the sub-gate electrode length is L s and the main gate electrode length is L m , then at least L s > L
It is characterized by satisfying the condition of m .

【0010】さらに、そのサブゲート電極は、メインゲ
ート電極を完全にオーバーラップしていることを特徴と
する。
Further, the sub-gate electrode is characterized by completely overlapping the main gate electrode.

【0011】さらに、その薄膜半導体装置の製造方法に
於て、(a) 絶縁性非晶質材料上に第1の半導体層を
形成し、該半導体層上にゲート絶縁膜を成膜する工程、
(b) 前記ゲート絶縁膜上にメインゲート電極を形成
する工程、(c) 前記メインゲート電極の上に第2の
絶縁膜を成膜する工程、(d) 前記第2の絶縁膜にゲ
ートコンタクトホールを形成し、前記メインゲート電極
の1部を露出させる工程、(e) 前記メインゲート電
極を完全にオーバーラップするようなサブゲート電極を
形成する工程、(f) 前記サブゲート電極をマスクと
してリン、ヒ素あるいはボロン等の不純物をイオン注入
することにより、前記サブゲート電極に対して自己整合
的に、ソース領域、ドレイン領域およびオフセット領域
を形成する工程、(g) 層間絶縁膜を積層する工程、
(h) 前記第1の半導体層とのコンタクトを形成する
ために、フォト工程により、前記層間絶縁膜にコンタク
トホールを形成し、電極を形成する工程を少なくとも有
することを特徴とする。
Further, in the method of manufacturing the thin film semiconductor device, the step of: (a) forming a first semiconductor layer on the insulating amorphous material and forming a gate insulating film on the semiconductor layer;
(B) a step of forming a main gate electrode on the gate insulating film, (c) a step of forming a second insulating film on the main gate electrode, (d) a gate contact to the second insulating film Forming a hole to expose a part of the main gate electrode, (e) forming a sub-gate electrode that completely overlaps the main gate electrode, (f) phosphorus using the sub-gate electrode as a mask, A step of forming a source region, a drain region and an offset region in a self-aligned manner with respect to the sub-gate electrode by ion-implanting an impurity such as arsenic or boron, (g) a step of laminating an interlayer insulating film,
(H) In order to form a contact with the first semiconductor layer, at least a step of forming a contact hole in the interlayer insulating film and forming an electrode by a photo step is included.

【0012】第2の発明として本発明は、ソース領域、
ドレイン領域、ゲート絶縁膜およびゲート電極を有する
プレーナー型薄膜半導体装置において、ゲート絶縁膜の
上にテーパー形状のメインゲート電極を有し、該メイン
ゲート電極を酸化させて該メインゲート電極上に第2の
絶縁膜を形成し、該第2の絶縁膜にコンタクトホールを
形成して前記メインゲート電極と電気的に導通されたサ
ブゲート電極を有し、該サブゲート電極をマスクとして
自己整合的にソース領域およびドレイン領域が形成され
ていることを特徴とする。
As a second invention, the present invention provides a source region,
A planar type thin film semiconductor device having a drain region, a gate insulating film and a gate electrode, wherein a tapered main gate electrode is provided on the gate insulating film, the main gate electrode is oxidized, and a second main electrode is provided on the main gate electrode. An insulating film is formed, a contact hole is formed in the second insulating film to have a sub-gate electrode electrically connected to the main gate electrode, and the sub-gate electrode is used as a mask to self-align with the source region and It is characterized in that a drain region is formed.

【0013】さらに、そのサブゲート電極長をLs、メ
インゲート電極長をLmとすると、すくなくともLs>L
mの条件を満たすことを特徴とする。
Further, assuming that the sub-gate electrode length is L s and the main gate electrode length is L m , at least L s > L
It is characterized by satisfying the condition of m .

【0014】さらに、そのサブゲート電極は、メインゲ
ート電極を完全にオーバーラップしていることを特徴と
する。
Furthermore, the sub-gate electrode completely overlaps the main gate electrode.

【0015】その薄膜半導体装置の製造方法に於て、
(a) 絶縁性非晶質材料上に第1の半導体層を形成
し、該半導体層上にゲート絶縁膜を成膜する工程、
(b) 前記ゲート絶縁膜上にテーパーエッチングによ
りテーパー形状のメインゲート電極を形成する工程、
(c) 前記メインゲート電極を直接酸化させて、第2
の絶縁膜を成膜する工程、(d) 前記第2の絶縁膜に
ゲートコンタクトホールを形成し、前記メインゲート電
極の1部を露出させる工程、(e) 前記メインゲート
電極を完全にオーバーラップするようなサブゲート電極
を形成する工程、(f) 前記サブゲート電極をマスク
としてリン、ヒ素あるいはボロン等の不純物をイオン注
入することにより、前記サブゲート電極に対して自己整
合的に、ソース領域、ドレイン領域およびオフセット領
域を形成する工程、(g) 層間絶縁膜を積層する工
程、(h) 前記第1の半導体層とのコンタクトを形成
するために、フォト工程により、前記層間絶縁膜にコン
タクトホールを形成し、電極を形成する工程を少なくと
も有することを特徴とする。
In the method of manufacturing the thin film semiconductor device,
(A) a step of forming a first semiconductor layer on an insulating amorphous material and forming a gate insulating film on the semiconductor layer;
(B) forming a tapered main gate electrode on the gate insulating film by taper etching,
(C) The main gate electrode is directly oxidized to form a second
Forming an insulating film, the step of: (d) forming a gate contact hole in the second insulating film to expose a part of the main gate electrode, and (e) completely overlapping the main gate electrode. And (f) by ion-implanting an impurity such as phosphorus, arsenic, or boron with the sub-gate electrode as a mask, the source region and the drain region are self-aligned with the sub-gate electrode. And a step of forming an offset region, (g) a step of laminating an interlayer insulating film, (h) a contact hole is formed in the interlayer insulating film by a photo step in order to form a contact with the first semiconductor layer. However, the method has at least a step of forming an electrode.

【0016】第3の発明として本発明は、ソース領域、
ドレイン領域、ゲート絶縁膜およびゲート電極を有する
プレーナー型薄膜半導体装置において、ゲート絶縁膜の
上にメインゲート電極を有し、該メインゲート電極をマ
スクとして低濃度の不純物をイオン注入してLDD(L
ightly Doped Drain)領域が形成さ
れ、該メインゲート電極のうえにコンタクトホールを有
する第2の絶縁膜をはさんで前記メインゲート電極と電
気的に導通されたサブゲート電極を有し、該サブゲート
電極をマスクとして高濃度の不純物をイオン注入して自
己整合的にソース領域およびドレイン領域が形成されて
いることを特徴とする薄膜半導体装置。
A third aspect of the present invention is a source region,
A planar thin-film semiconductor device having a drain region, a gate insulating film, and a gate electrode has a main gate electrode on the gate insulating film, and the main gate electrode is used as a mask to ion-implant a low-concentration impurity and LDD (L
a lightly doped drain region is formed, and a sub-gate electrode electrically connected to the main gate electrode is sandwiched between the main gate electrode and a second insulating film having a contact hole. A thin film semiconductor device, wherein a source region and a drain region are formed in a self-aligned manner by ion-implanting a high concentration of impurities as a mask.

【0017】さらに、そのサブゲート電極長をLs、メ
インゲート電極長をLmとすると、すくなくともLs>L
mの条件を満たすことを特徴とする。
Further, when the sub-gate electrode length is L s and the main gate electrode length is L m , at least L s > L
It is characterized by satisfying the condition of m .

【0018】さらに、そのサブゲート電極は、メインゲ
ート電極を完全にオーバーラップしていることを特徴と
する。
Furthermore, the sub-gate electrode completely overlaps the main gate electrode.

【0019】さらに、その薄膜半導体装置の製造方法に
於て、(a) 絶縁性非晶質材料上に第1の半導体層を
形成し、該半導体層上にゲート絶縁膜を成膜する工程、
(b) 前記ゲート絶縁膜上にメインゲート電極を形成
する工程、(c) 前記メインゲート電極の上に第2の
絶縁膜を成膜する工程、(d) 前記メインゲート電極
をマスクとして、1×1019cm-3以下の低濃度のリ
ン、ヒ素あるいはボロン等の不純物をイオン注入するこ
とにより、LDD領域を形成する工程、(e) 前記第
2の絶縁膜にゲートコンタクトホールを形成し、前記メ
インゲート電極の1部を露出させる工程、(f) 前記
メインゲート電極を完全にオーバーラップするようなサ
ブゲート電極を形成する工程、(g) 前記サブゲート
電極をマスクとして1×1019cm-3以上の高濃度のリ
ン、ヒ素あるいはボロン等の不純物をイオン注入するこ
とにより、前記サブゲート電極に対して自己整合的に、
ソース領域、ドレイン領域およびオフセット領域を形成
する工程、(h) 層間絶縁膜を積層する工程、(i)
前記第1の半導体層とのコンタクトを形成するため
に、フォト工程により、前記層間絶縁膜にコンタクトホ
ールを形成し、電極を形成する工程を少なくとも有する
ことを特徴とする。
Further, in the method of manufacturing a thin film semiconductor device, the step of: (a) forming a first semiconductor layer on an insulating amorphous material and forming a gate insulating film on the semiconductor layer;
(B) forming a main gate electrode on the gate insulating film, (c) forming a second insulating film on the main gate electrode, (d) using the main gate electrode as a mask, 1 × 10 19 cm -3 or lower concentrations of phosphorus, by the impurity of arsenic or boron, or the like is ion-implanted to form a LDD region, a gate contact hole (e) of the second insulating film, Exposing part of the main gate electrode, (f) forming a sub-gate electrode that completely overlaps the main gate electrode, (g) 1 × 10 19 cm −3 with the sub-gate electrode as a mask By ion-implanting the above high-concentration impurities such as phosphorus, arsenic, or boron, in a self-aligned manner with respect to the sub-gate electrode,
A step of forming a source region, a drain region and an offset region, (h) a step of laminating an interlayer insulating film, (i)
In order to form a contact with the first semiconductor layer, at least a step of forming a contact hole in the interlayer insulating film and forming an electrode by a photo process is included.

【0020】最後に、ソース領域、ドレイン領域、ゲー
ト絶縁膜およびゲート電極を有するプレーナー型薄膜半
導体装置において、ゲート絶縁膜の上にテーパー形状の
メインゲート電極を有し、該メインゲート電極をマスク
として低濃度の不純物をイオン注入してLDD(Lig
htly Doped Drain)領域が形成され、
該メインゲート電極を酸化させて該メインゲート電極上
に第2の絶縁膜を形成し、該第2の絶縁膜にコンタクト
ホールを形成して前記メインゲート電極と電気的に導通
されたサブゲート電極を有し、該サブゲート電極をマス
クとして高濃度の不純物をイオン注入して自己整合的に
ソース領域およびドレイン領域が形成されていることを
特徴とする。
Finally, in a planar type thin film semiconductor device having a source region, a drain region, a gate insulating film and a gate electrode, a tapered main gate electrode is provided on the gate insulating film, and the main gate electrode is used as a mask. LDD (Lig
an area of the Htly Doped Drain) is formed,
The main gate electrode is oxidized to form a second insulating film on the main gate electrode, and a contact hole is formed in the second insulating film to form a sub-gate electrode electrically connected to the main gate electrode. A source region and a drain region are formed in a self-aligned manner by ion-implanting a high-concentration impurity with the sub-gate electrode as a mask.

【0021】さらに、そのサブゲート電極長をLs、メ
インゲート電極長をLmとすると、すくなくともLs>L
mの条件を満たすことを特徴とする。
Further, if the sub-gate electrode length is L s and the main gate electrode length is L m , at least L s > L
It is characterized by satisfying the condition of m .

【0022】さらに、そのサブゲート電極は、メインゲ
ート電極を完全にオーバーラップしていることを特徴と
する。
Furthermore, the sub-gate electrode completely overlaps the main gate electrode.

【0023】さらに、その薄膜半導体装置の製造方法に
於て、(a) 絶縁性非晶質材料上に第1の半導体層を
形成し、該半導体層上にゲート絶縁膜を成膜する工程、
(b) 前記ゲート絶縁膜上にテーパーエッチングによ
りテーパー形状のメインゲート電極を形成する工程、
(c) 前記メインゲート電極をマスクとして、1×1
19cm-3以下の低濃度のリン、ヒ素あるいはボロン等
の不純物をイオン注入することにより、LDD領域を形
成する工程、(d) 前記メインゲート電極を直接酸化
させて、第2の絶縁膜を成膜する工程、(e) 前記第
2の絶縁膜にゲートコンタクトホールを形成し、前記メ
インゲート電極の1部を露出させる工程、(f) 前記
メインゲート電極を完全にオーバーラップするようなサ
ブゲート電極を形成する工程、(g) 前記サブゲート
電極をマスクとして1×1019cm-3以上の高濃度のリ
ン、ヒ素あるいはボロン等の不純物をイオン注入するこ
とにより、前記サブゲート電極に対して自己整合的に、
ソース領域、ドレイン領域およびオフセット領域を形成
する工程、(h) 層間絶縁膜を積層する工程、(i)
前記第1の半導体層とのコンタクトを形成するため
に、フォト工程により、前記層間絶縁膜にコンタクトホ
ールを形成し、電極を形成する工程を少なくとも有する
ことを特徴とする。
Further, in the method of manufacturing a thin film semiconductor device, the step of: (a) forming a first semiconductor layer on an insulating amorphous material and forming a gate insulating film on the semiconductor layer;
(B) forming a tapered main gate electrode on the gate insulating film by taper etching,
(C) 1 × 1 using the main gate electrode as a mask
A step of forming an LDD region by ion-implanting a low-concentration impurity such as phosphorus, arsenic, or boron of 0 19 cm −3 or less, (d) directly oxidizing the main gate electrode to form a second insulating film (E) forming a gate contact hole in the second insulating film to expose a part of the main gate electrode, and (f) completely overlapping the main gate electrode. A step of forming a sub-gate electrode, (g) self-implanting the sub-gate electrode by ion-implanting a high-concentration impurity such as phosphorus, arsenic, or boron of 1 × 10 19 cm −3 or more with the sub-gate electrode as a mask. Consistently,
A step of forming a source region, a drain region and an offset region, (h) a step of laminating an interlayer insulating film, (i)
In order to form a contact with the first semiconductor layer, at least a step of forming a contact hole in the interlayer insulating film and forming an electrode by a photo process is included.

【0024】[0024]

【実施例】本発明の薄膜トランジスタの断面構造を図1
に示す。本発明によって提案する4個の構造を示す。詳
しくは製造方法に沿って説明するのでまず簡単に説明す
る。図1(a)と(b)はオフセットゲート構造、図1
(c)と(d)はLDD構造を示している。1−1はメ
インゲート電極、1−2はサブゲート電極、1−3はゲ
ート絶縁膜、1−4は第2の絶縁膜、1−5はソース領
域、1−6はドレイン領域、1−7はテーパー形状のメ
インゲート電極、1−8はLDD領域を示している。以
下に、実施例1から4として、図1(a)から(d)の
製造方法をそれぞれ説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The cross-sectional structure of the thin film transistor of the present invention is shown in FIG.
Shown in. 4 shows four structures proposed by the present invention. Since the details will be described along with the manufacturing method, a brief description will be given first. 1A and 1B show an offset gate structure, FIG.
(C) and (d) show the LDD structure. 1-1 is a main gate electrode, 1-2 is a sub-gate electrode, 1-3 is a gate insulating film, 1-4 is a second insulating film, 1-5 is a source region, 1-6 is a drain region, 1-7. Indicates a tapered main gate electrode, and 1-8 indicates an LDD region. Hereinafter, the manufacturing methods of FIGS. 1A to 1D will be described as Examples 1 to 4, respectively.

【0025】(実施例1)図1(a)に示した本発明の
オフセットゲート構造を有する薄膜トランジスタについ
て、製造プロセスにそって説明する。
Example 1 A thin film transistor having an offset gate structure of the present invention shown in FIG. 1A will be described along with a manufacturing process.

【0026】絶縁性非晶質材料上に、非単結晶半導体薄
膜を成膜する。前記絶縁性非晶質材料としては、石英基
板、ガラス基板、窒化膜あるいはSiO2膜等が用いら
れる。石英基板を用いる場合はプロセス温度は1200
℃程度まで許容されるが、ガラス基板を用いる場合は、
600℃以下の低温プロセスに制限される。以下では、
石英基板を用い、前記非単結晶半導体薄膜として固相成
長Si薄膜を用いた場合を実施例として説明する。もち
ろん、固相成長Si薄膜ばかりでなく、減圧CVD法や
プラズマCVD法あるいはスパッタ法等で成膜された多
結晶Si薄膜やSOI(Silicon on Ins
ulator)を用いても本発明を実現することができ
る。
A non-single crystal semiconductor thin film is formed on the insulating amorphous material. As the insulating amorphous material, a quartz substrate, a glass substrate, a nitride film, a SiO 2 film or the like is used. When using a quartz substrate, the process temperature is 1200
It is allowed up to about ℃, but when using a glass substrate,
Limited to low temperature processes below 600 ° C. Below,
An example will be described in which a quartz substrate is used and a solid phase growth Si thin film is used as the non-single crystal semiconductor thin film. Of course, not only the solid-phase-grown Si thin film, but also a polycrystalline Si thin film or SOI (Silicon on Ins) formed by a low pressure CVD method, a plasma CVD method, a sputtering method, or the like.
The present invention can be realized by using an ululator).

【0027】プラズマCVD装置を用い、図2(a)に
示すように石英基板2−1上に、SiH4とH2の混合ガ
スを、13.56MHzの高周波グロー放電により分解
させて非晶質Si膜2−2を堆積させる。前記混合ガス
のSiH4 分圧は10〜20%、デポ中の内圧は0.5
〜1.5torr程度である。基板温度は250℃以
下、180℃程度が適している。赤外吸収測定より結合
水素量を求めたところ約8atomic%であった。前
記非晶質Si膜2−2の堆積前のチェンバーをフレオン
洗浄し、続いて堆積させられた非晶質Si膜は2×10
18cm-3の弗素を含んでいる。従って、本発明において
は、前記フレオン洗浄後、ダミーの堆積を行ってから、
実際の堆積を行う。あるいは、フレオン洗浄を廃止し、
ビーズ処理等の別の方法でチェンバーの洗浄を行う。
Using a plasma CVD apparatus, a mixed gas of SiH 4 and H 2 is decomposed by a high frequency glow discharge of 13.56 MHz on a quartz substrate 2-1 as shown in FIG. The Si film 2-2 is deposited. The SiH 4 partial pressure of the mixed gas is 10 to 20%, and the internal pressure in the depot is 0.5.
It is about 1.5 torr. The substrate temperature is preferably 250 ° C. or lower, about 180 ° C. When the amount of bound hydrogen was determined by infrared absorption measurement, it was about 8 atomic%. The chamber before the deposition of the amorphous Si film 2-2 was subjected to Freon cleaning, and the amorphous Si film deposited subsequently was 2 × 10.
Contains 18 cm -3 of fluorine. Therefore, in the present invention, after the Freon cleaning, the dummy is deposited,
Perform the actual deposition. Or abolish Freon cleaning,
Clean the chamber by another method such as bead treatment.

【0028】続いて、該非晶質Si膜を、400℃〜5
00℃で熱処理して水素を放出させる。この工程は、水
素の爆発的な脱離を防ぐことを目的としている。
Then, the amorphous Si film is formed at 400 ° C. to 5 ° C.
Heat treatment is performed at 00 ° C. to release hydrogen. This process is intended to prevent the explosive desorption of hydrogen.

【0029】次に、前記非晶質薄膜2−2を固相成長さ
せる。固相成長方法は、石英管による炉アニールが便利
である。アニール雰囲気としては、窒素ガス、水素ガ
ス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いる。1×1
-6 から1×10-10Torrの高真空雰囲気でアニー
ルを行ってもよい。固相成長アニール温度は500℃〜
700℃とする。この様な低温アニールでは選択的に、
結晶成長の活性化エネルギーの小さな結晶方位を持つ結
晶粒のみが成長し、しかもゆっくりと大きく成長する。
発明者の実験において、アニール温度600℃、アニー
ル時間16時間で固相成長させることにより2μm以上
の大粒径シリコン薄膜が得られている。図2(b)にお
いて、2−3は固相成長シリコン薄膜を示している。
Next, the amorphous thin film 2-2 is solid-phase grown. As a solid phase growth method, furnace annealing with a quartz tube is convenient. Nitrogen gas, hydrogen gas, argon gas, helium gas or the like is used as the annealing atmosphere. 1 x 1
The annealing may be performed in a high vacuum atmosphere of 0 −6 to 1 × 10 −10 Torr. Solid phase growth annealing temperature is 500 ° C ~
The temperature is 700 ° C. In such low temperature annealing, selectively,
Only crystal grains having a crystal orientation with a small activation energy for crystal growth grow, and slowly grow large.
In an experiment by the inventor, a large grain size silicon thin film of 2 μm or more was obtained by solid phase growth at an annealing temperature of 600 ° C. and an annealing time of 16 hours. In FIG. 2B, 2-3 indicates a solid phase growth silicon thin film.

【0030】以上は、固相成長法によるシリコン薄膜の
作製方法について説明したが、そのほかに、LPCVD
法あるいはスパッタ法や蒸着法等の方法でシリコン薄膜
を作製してもよい。
The method for producing a silicon thin film by the solid phase growth method has been described above.
The silicon thin film may be formed by a method such as a sputtering method or a vapor deposition method.

【0031】次に、前記固相成長シリコン薄膜をフォト
リソグラフィ法によって図2(c)に示されているよう
に島状にパターニングする。
Next, the solid phase growth silicon thin film is patterned into an island shape by a photolithography method as shown in FIG.

【0032】次に図2(d)に示されているように、ゲ
ート酸化膜2−4を形成する。該ゲート酸化膜の形成方
法としてはLPCVD法、あるいは光励起CVD法、あ
るいはプラズマCVD法、ECRプラズマCVD法、あ
るいは高真空蒸着法、あるいはプラズマ酸化法、あるい
は高圧酸化法などのような500℃以下の低温方法があ
る。該低温方法で成膜されたゲート酸化膜は、熱処理す
ることによってより緻密で界面準位の少ない優れた膜と
なる。非晶質絶縁基板2−1として石英基板を用いる場
合は、熱酸化法によることができる。該熱酸化法にはd
ry酸化法とwet酸化法とがある。約800℃以上で
酸化膜が生成される。石英基板を用いるにはたとえば1
000℃以上のなるべく高い温度でdry酸化させるの
が適している。ゲート酸化膜の膜厚は、500Åから1
500Å程度が適している。
Next, as shown in FIG. 2D, a gate oxide film 2-4 is formed. As the method for forming the gate oxide film, LPCVD method, photo-excited CVD method, plasma CVD method, ECR plasma CVD method, high vacuum vapor deposition method, plasma oxidation method, high pressure oxidation method, etc. There is a low temperature method. The gate oxide film formed by the low temperature method is heat-treated to be a denser and excellent film having less interface states. When a quartz substrate is used as the amorphous insulating substrate 2-1, a thermal oxidation method can be used. D for the thermal oxidation method
There are a ry oxidation method and a wet oxidation method. An oxide film is formed at about 800 ° C. or higher. To use a quartz substrate, for example, 1
It is suitable to carry out dry oxidation at a temperature as high as possible of 000 ° C. or higher. Gate oxide film thickness is from 500Å to 1
About 500Å is suitable.

【0033】ゲート酸化膜形成後、必要に応じてボロン
をチャネルイオン注入し、チャネルドープしてもよい。
これは、Nch薄膜トランジスタのスレッシュホルド電
圧がマイナス側にシフトすることを防ぐことを目的とし
ている。前記非晶質シリコン膜のデポ膜厚が500〜1
500Å程度の場合は、ボロンのドーズ量は1×1012
〜5×1012cm-2程度が適している。前記非晶質シリ
コン膜の膜厚が500Å以下の薄い場合にはボロンドー
ズ量を少なくし、目安としては1×1012cm-2以下に
する。また、前記膜厚が1500Å以上の厚い場合には
ボロンドーズ量を多くし、目安としては5×1012cm
-2以上にする。
After forming the gate oxide film, boron may be channel-implanted and channel-doped if necessary.
This is intended to prevent the threshold voltage of the Nch thin film transistor from shifting to the negative side. The amorphous silicon film has a deposition thickness of 500 to 1
In case of about 500Å, the dose of boron is 1 × 10 12.
About 5 × 10 12 cm -2 is suitable. When the thickness of the amorphous silicon film is as thin as 500 Å or less, the boron dose amount is reduced, and as a guideline, it is set to 1 × 10 12 cm -2 or less. When the film thickness is 1500 Å or more, the boron dose is increased, and as a guide, it is 5 × 10 12 cm.
-Set to 2 or more.

【0034】チャネルイオン注入のかわりに、2−2の
シリコン膜の堆積時にボロンを添加してもよい。これ
は、シリコン膜堆積時にチャンバー中にシランガスと共
にジボランガス(B26)を流して反応させることによ
って得られる。
Instead of channel ion implantation, boron may be added at the time of depositing the silicon film 2-2. This can be obtained by flowing diborane gas (B 2 H 6 ) together with silane gas into the chamber during the deposition of the silicon film to cause a reaction.

【0035】次に図2(e)に示されるように、メイン
ゲート電極2−5を形成する。該メインゲート電極材料
としては多結晶シリコン薄膜、あるいはモリブデンシリ
サイドやタングステンシリサイドやチタンシリサイドな
どのようなシリサイド膜、あるいはアルミニュウムやク
ロムなどのような金属膜、あるいはITOやSnO2
どのような透明性導電膜などを用いることができる。成
膜方法としては、CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、
プラズマCVD法等の方法があるが、ここでの詳しい説
明は省略する。
Next, as shown in FIG. 2E, a main gate electrode 2-5 is formed. The main gate electrode material is a polycrystalline silicon thin film, a silicide film such as molybdenum silicide, tungsten silicide or titanium silicide, a metal film such as aluminum or chromium, or a transparency such as ITO or SnO 2 . A conductive film or the like can be used. As a film forming method, a CVD method, a sputtering method, a vacuum deposition method,
Although there is a method such as a plasma CVD method, detailed description thereof is omitted here.

【0036】つぎに、図3(a)に示されるように第2
の絶縁膜2−6を成膜する。該第2の絶縁膜材料として
は、酸化膜あるいは窒化膜などを用いる。窒化膜の形成
方法としては、LPCVD法あるいはプラズマCVD法
などが簡単である。反応には、アンモニアガス(N
3)とシランガスと窒素ガスとの混合ガス、あるいは
シランガスと窒素ガスとの混合ガスなどを用いる。膜厚
は、厚すぎるとオン電流の低下が著しく、逆に薄すぎる
とオフリーク電流低減の効果がなくなってしまう。そこ
で、この第2の絶縁膜の膜厚は、オン電流とオフリーク
電流の関係から最適値を求める必要があるが、約500
Åから3000Å程度が適している。
Next, as shown in FIG. 3 (a), the second
The insulating film 2-6 is formed. An oxide film, a nitride film, or the like is used as the second insulating film material. LPCVD or plasma CVD is a simple method for forming the nitride film. Ammonia gas (N
A mixed gas of H 3 ), silane gas and nitrogen gas, a mixed gas of silane gas and nitrogen gas, or the like is used. If the film thickness is too thick, the on-current decreases significantly, and conversely if it is too thin, the effect of reducing the off-leakage current disappears. Therefore, it is necessary to find an optimum value for the film thickness of the second insulating film from the relationship between the on-current and the off-leakage current.
Å to 3000 Å is suitable.

【0037】続いて図3(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィ法により前記第2の絶縁膜2−6にゲートコ
ンタクトホール2−7を形成し、前記メインゲート電極
の1部を露出させる。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, a gate contact hole 2-7 is formed in the second insulating film 2-6 by photolithography to expose a part of the main gate electrode.

【0038】続いて図3(c)に示されるように、サブ
ゲート電極2−8を形成する。該サブゲート電極材料
は、前記メインゲート電極材料と基本的に同じなのでこ
こでの説明は省略する。サブゲート電極2−8はメイン
ゲート電極2−5を完全にオーバーラップさせる。前記
メインゲート電極パターン端からサブゲート電極パター
ン端までの距離Lはオフセット領域を表わしており、図
中では2−9で示されている。該オフセット長Lは、イ
オン注入された不純物の横方向拡散長Yj の値に依って
最適化されなければならないが、薄膜トランジスタにお
いては1.5μm〜4μm程度が適している。図中では
ゲート電極の両側にLが等しくなるように示している
が、これは必ずしも等しくならなくてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, a sub-gate electrode 2-8 is formed. The material of the sub-gate electrode is basically the same as the material of the main gate electrode, and a description thereof will be omitted. The sub-gate electrode 2-8 completely overlaps the main gate electrode 2-5. The distance L from the end of the main gate electrode pattern to the end of the sub gate electrode pattern represents an offset region, and is indicated by 2-9 in the figure. The offset length L has to be optimized depending on the value of the lateral diffusion length Y j of the ion-implanted impurities, but about 1.5 μm to 4 μm is suitable for a thin film transistor. In the figure, L is shown to be equal on both sides of the gate electrode, but this does not necessarily have to be equal.

【0039】次に図3(d)に示すように、イオン注入
法により、前記第1の半導体層にアクセプター型または
ドナー型の不純物をイオン注入し、自己整合的にソース
領域およびドレイン領域を形成する。図2(d)におい
て、2−10は高濃度にイオン注入されたソース領域、
および2−11はドレイン領域を示している。
Next, as shown in FIG. 3D, an acceptor type or donor type impurity is ion-implanted into the first semiconductor layer by an ion implantation method to form a source region and a drain region in a self-aligned manner. To do. In FIG. 2D, 2-10 is a source region in which high concentration ion implantation is performed,
Reference numerals 2-11 denote drain regions.

【0040】前記アクセプター型の不純物としては、ボ
ロン(B)等を用いる。前記ドナー型の不純物として
は、リン(P)あるいはひ素(As)等を用いる。不純
物添加方法としては、イオン注入法の他に、レーザード
ーピング法あるいはプラズマドーピング法などの方法が
ある。2−11で示される矢印は不純物のイオンビーム
を表している。前記絶縁性非晶質材料2−1として石英
基板を用いた場合には熱拡散法を使うことができる。不
純物ドーズ量は、1×1014から1×1017cm-2程度
とする。不純物濃度に換算すると、ソース2−10およ
びドレイン領域2−11で約1×1019から1×1022
cm-3程度である。
Boron (B) or the like is used as the acceptor type impurity. As the donor type impurity, phosphorus (P), arsenic (As) or the like is used. As an impurity addition method, there are methods such as a laser doping method and a plasma doping method other than the ion implantation method. The arrow indicated by 2-11 represents the ion beam of impurities. When a quartz substrate is used as the insulating amorphous material 2-1, a thermal diffusion method can be used. The impurity dose amount is about 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm -2 . Converted to the impurity concentration, in the source 2-10 and the drain region 2-11, about 1 × 10 19 to 1 × 10 22
It is about cm -3 .

【0041】次に、図4(a)に示すように層間絶縁膜
2−13を積層する。該層間絶縁膜材料としては、酸化
膜あるいは窒化膜などを用いる。絶縁性が良好ならば膜
厚はいくらでもよいが、数千Åから数μm程度が普通で
ある。窒化膜の形成方法としては、LPCVD法あるい
はプラズマCVD法などが簡単である。反応には、アン
モニアガス(NH3) とシランガスと窒素ガスとの混合
ガス、あるいはシランガスと窒素ガスとの混合ガスなど
を用いる。 続いて、前記層間絶縁膜の緻密化と前記ソ
ース領域及びドレイン領域の活性化と結晶性の回復を目
的として活性化アニールを行う。活性化アニールの条件
としては、N2 ガス雰囲気中で800〜1000℃程度
に低温化し、アニール時間を20分〜1時間程度とす
る。900〜1000℃では20分程度のアニールで不
純物はかなり活性化される。800〜900℃では20
分から1時間のアニールをする。一方、はじめに500
〜800℃で1〜20時間程度のアニールにより結晶性
を充分に回復させた後、900〜1000℃の高温で活
性化させるという2段階活性化アニール法も効果があ
る。また、赤外線ランプやハロゲンランプを用いたRT
A(Rapid Thermal Annealin
g)法も効果がある。さらには、レーザービーム等を用
いたレーザー活性化法を利用することも効果がある。
Next, as shown in FIG. 4A, an interlayer insulating film 2-13 is laminated. An oxide film, a nitride film, or the like is used as the material for the interlayer insulating film. The insulating layer may have any thickness as long as it has a good insulating property, but it is usually several thousand Å to several μm. LPCVD or plasma CVD is a simple method for forming the nitride film. For the reaction, a mixed gas of ammonia gas (NH 3 ) and silane gas and nitrogen gas, a mixed gas of silane gas and nitrogen gas, or the like is used. Then, activation annealing is performed for the purpose of densification of the interlayer insulating film, activation of the source region and drain region, and recovery of crystallinity. As the conditions of activation annealing, the temperature is lowered to about 800 to 1000 ° C. in an N 2 gas atmosphere, and the annealing time is set to about 20 minutes to 1 hour. At 900 to 1000 ° C., the impurities are considerably activated by annealing for about 20 minutes. 20 at 800-900 ° C
Anneal for 1 hour to 1 minute. On the other hand, first 500
A two-step activation annealing method in which the crystallinity is sufficiently recovered by annealing at ˜800 ° C. for about 1 to 20 hours and then activation is performed at a high temperature of 900 to 1000 ° C. is also effective. In addition, RT using infrared lamp or halogen lamp
A (Rapid Thermal Annealin
The g) method is also effective. Furthermore, it is also effective to use a laser activation method using a laser beam or the like.

【0042】次に、水素プラズマ法、あるいは水素イオ
ン注入法、あるいはプラズマ窒化膜からの水素の拡散法
などの方法で水素イオンを導入すると,結晶粒界に存在
するダングリングボンドや、ゲート酸化膜界面などに存
在する欠陥や、ソース、ドレイン部とチャネル部との接
合部に存在する欠陥が不活性化される。この様な水素化
工程は、層間絶縁膜2−13を積層する前におこなって
もよい。または、後に述べる、ソース電極とドレイン電
極を形成してから前記水素化工程を行ってもよい。
Next, when hydrogen ions are introduced by a method such as a hydrogen plasma method, a hydrogen ion implantation method, or a hydrogen diffusion method from a plasma nitride film, dangling bonds existing at crystal grain boundaries or a gate oxide film. Defects existing at the interface and the like, and defects existing at the junction between the source / drain portion and the channel portion are inactivated. Such a hydrogenation step may be performed before stacking the interlayer insulating films 2-13. Alternatively, the hydrogenation step may be performed after forming a source electrode and a drain electrode, which will be described later.

【0043】次に図4(b)に示すように、層間絶縁膜
2−13にコンタクトホールをフォトエッチングにより
形成する。そして同図に示すようにソース電極2−14
およびドレイン電極2−15を形成する。該ソース電極
及びドレイン電極は、アルミニュウムあるいはクロムな
どの金属材料で形成する。この様にして薄膜トランジス
タが形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 2-13 by photoetching. Then, as shown in FIG.
And a drain electrode 2-15 are formed. The source electrode and the drain electrode are formed of a metal material such as aluminum or chromium. In this way, a thin film transistor is formed.

【0044】(実施例2)図1(b)に示された第2の
発明について説明する。シリコン薄膜形成からゲート酸
化膜形成までの工程は、図5(a)から図5(d)まで
の図で表わされている。これらの工程は実施例1の項で
述べた内容と同様なのでここでの詳しい説明は省略す
る。石英基板を用い、前記非単結晶半導体薄膜として固
相成長Si薄膜を用いた場合を実施例として説明する。
もちろん、固相成長Si薄膜ばかりでなく、減圧CVD
法やプラズマCVD法あるいはスパッタ法等で成膜され
た多結晶Si薄膜やSOI(Silicon on I
nsulator)を用いても本発明を実現することが
できる。
(Embodiment 2) The second invention shown in FIG. 1 (b) will be described. The steps from the formation of the silicon thin film to the formation of the gate oxide film are shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d). Since these steps are the same as those described in the section of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here. An example will be described in which a quartz substrate is used and a solid phase growth Si thin film is used as the non-single crystal semiconductor thin film.
Of course, not only solid phase growth Si thin film but also low pressure CVD
Method, plasma CVD method, sputtering method, or other polycrystalline Si thin film or SOI (Silicon on I)
The present invention can also be realized by using a nsulator.

【0045】続いて、ゲート電極形成工程から説明す
る。テーパー形状のゲート電極は、エッチングガスとし
て酸素ガス(O2) を混合させてプラズマエッチングす
る事によって作製する。通常は、フレオンガス(C
4) によって多結晶シリコンあるいはシリサイド膜あ
るいはポリサイド膜等をプラズマエッチングする。この
時、O2 ガスを混合させるとマスクとなっているレジス
トもエッチング除去しながらゲート電極を加工していく
ことになる。従って、図5(e)で示したようなテーパ
ー形状のゲート電極5−5が形成される。O2ガスのガ
ス分圧を大きくすると、よりなだらかなテーパー形状に
なる。このように、分圧比によりテーパー形状を制御す
ることができる。
Next, the gate electrode forming step will be described. The tapered gate electrode is manufactured by mixing oxygen gas (O 2 ) as an etching gas and performing plasma etching. Normally, Freon gas (C
The polycrystalline silicon, the silicide film, the polycide film, or the like is plasma-etched with F 4 ). At this time, when O 2 gas is mixed, the gate electrode is processed while the resist serving as the mask is also removed by etching. Therefore, the tapered gate electrode 5-5 as shown in FIG. 5E is formed. When the gas partial pressure of O 2 gas is increased, the taper shape becomes gentler. In this way, the taper shape can be controlled by the voltage division ratio.

【0046】つぎに、図6(a)に示されるように、前
記メインゲート電極を直接酸化させることにより第2の
絶縁膜5−6を成膜する。該第2の絶縁膜の形成方法は
ゲート酸化膜形成方法の説明の時に少し述べた。熱酸化
法やプラズマ酸化法や高圧酸化法等の方法が考えられ
る。熱酸化法に関しては前に述べたので省略する。プラ
ズマ酸化法は、酸素プラズマ中でシリコン膜を直接酸化
させるもので、600°C以下の低温でも酸化膜が形成
できるという特徴を持っている。高圧酸化法は、高圧酸
素雰囲気中でシリコンを直接酸化させるものである。約
10000Torrから370000Torrという高
圧酸素雰囲気中では600°Cの低温で酸化膜を形成す
ることができる。ゲート酸化膜形成後なので第2の絶縁
膜はなるべく低温で形成することが望ましい。膜厚は、
厚すぎるとオン電流の低下が著しく、逆に薄すぎるとオ
フリーク電流低減の効果がなくなってしまう。そこで、
この第2の絶縁膜の膜厚は、オン電流とオフリーク電流
の関係から最適値を求める必要があるが、約500Åか
ら3000Å程度が適している。
Next, as shown in FIG. 6A, a second insulating film 5-6 is formed by directly oxidizing the main gate electrode. The method for forming the second insulating film was briefly described in the description of the method for forming the gate oxide film. A method such as a thermal oxidation method, a plasma oxidation method or a high pressure oxidation method can be considered. The thermal oxidation method has been described above and will not be described. The plasma oxidation method directly oxidizes a silicon film in oxygen plasma, and has a feature that an oxide film can be formed even at a low temperature of 600 ° C. or lower. The high-pressure oxidation method directly oxidizes silicon in a high-pressure oxygen atmosphere. An oxide film can be formed at a low temperature of 600 ° C. in a high pressure oxygen atmosphere of about 10,000 Torr to 370000 Torr. Since the gate oxide film is formed, it is desirable to form the second insulating film at a temperature as low as possible. The film thickness is
If it is too thick, the on-current will be significantly reduced, and if it is too thin, the off-leakage current reduction effect will be lost. Therefore,
An optimum value for the film thickness of the second insulating film needs to be obtained from the relationship between the on-current and the off-leakage current, but about 500Å to 3000Å is suitable.

【0047】続いて図6(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィ法により前記第2の絶縁膜5−6にゲートコ
ンタクトホール5−7を形成し、前記メインゲート電極
の1部を露出させる。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, a gate contact hole 5-7 is formed in the second insulating film 5-6 by photolithography to expose a part of the main gate electrode.

【0048】続いて図6(c)に示されるように、サブ
ゲート電極5−8を形成する。該サブゲート電極材料
は、前記メインゲート電極材料と基本的に同じなのでこ
こでの説明は省略する。サブゲート電極5−8はメイン
ゲート電極5−5を完全にオーバーラップさせる。前記
メインゲート電極パターン端からサブゲート電極パター
ン端までの距離Lはオフセット領域を表わしており、図
中では5−9で示されている。該オフセット長Lは、イ
オン注入された不純物の横方向拡散長Yjの値に依って
最適化されなければならないが、薄膜トランジスタにお
いては1.5μm〜4μm程度が適している。図中では
ゲート電極の両側にLが等しくなるように示している
が、これは必ずしも等しくならなくてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, a sub-gate electrode 5-8 is formed. The material of the sub-gate electrode is basically the same as the material of the main gate electrode, and a description thereof will be omitted. The sub-gate electrode 5-8 completely overlaps the main gate electrode 5-5. A distance L from the end of the main gate electrode pattern to the end of the sub gate electrode pattern represents an offset region, which is indicated by 5-9 in the figure. The offset length L has to be optimized depending on the value of the lateral diffusion length Y j of the ion-implanted impurities, but about 1.5 μm to 4 μm is suitable for a thin film transistor. In the figure, L is shown to be equal on both sides of the gate electrode, but this does not necessarily have to be equal.

【0049】次に図6(d)に示すように、イオン注入
法により、前記第1の半導体層にアクセプター型または
ドナー型の不純物をイオン注入し、自己整合的にソース
領域およびドレイン領域を形成する。図6(d)におい
て、5−10は高濃度にイオン注入されたソース領域、
および5−11はドレイン領域を示している。
Next, as shown in FIG. 6D, an acceptor type or donor type impurity is ion-implanted into the first semiconductor layer by an ion implantation method to form a source region and a drain region in a self-aligned manner. To do. In FIG. 6D, 5-10 is a source region in which high concentration ion implantation is performed,
Reference numerals 5-11 denote drain regions.

【0050】前記アクセプター型の不純物としては、ボ
ロン(B)等を用いる。前記ドナー型の不純物として
は、リン(P)あるいはひ素(As)等を用いる。不純
物添加方法としては、イオン注入法の他に、レーザード
ーピング法あるいはプラズマドーピング法などの方法が
ある。5−12で示される矢印は不純物のイオンビーム
を表している。前記絶縁性非晶質材料5−1として石英
基板を用いた場合には熱拡散法を使うことができる。不
純物ドーズ量は、1×1014から1×1017cm-2程度
とする。不純物濃度に換算すると、ソース5−10およ
びドレイン領域5−11で約1×1019から1×1022
cm-3程度である。
Boron (B) or the like is used as the acceptor type impurity. As the donor type impurity, phosphorus (P), arsenic (As) or the like is used. As an impurity addition method, there are methods such as a laser doping method and a plasma doping method other than the ion implantation method. The arrow indicated by 5-12 represents the ion beam of impurities. When a quartz substrate is used as the insulating amorphous material 5-1, a thermal diffusion method can be used. The impurity dose amount is about 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm -2 . Converted to the impurity concentration, the source 5-10 and the drain region 5-11 have about 1 × 10 19 to 1 × 10 22.
It is about cm -3 .

【0051】次に、図7(a)に示すように層間絶縁膜
5−13を積層する。該層間絶縁膜材料としては、酸化
膜あるいは窒化膜などを用いる。絶縁性が良好ならば膜
厚はいくらでもよいが、数千Åから数μm程度が普通で
ある。窒化膜の形成方法としては、LPCVD法あるい
はプラズマCVD法などが簡単である。反応には、アン
モニアガス(NH3) とシランガスと窒素ガスとの混合
ガス、あるいはシランガスと窒素ガスとの混合ガスなど
を用いる。 続いて、前記層間絶縁膜の緻密化と前記ソ
ース領域及びドレイン領域の活性化と結晶性の回復を目
的として活性化アニールを行う。活性化アニールの条件
としては、N2 ガス雰囲気中で800〜1000℃程度
に低温化し、アニール時間を20分〜1時間程度とす
る。900〜1000℃では20分程度のアニールで不
純物はかなり活性化される。800〜900℃では20
分から1時間のアニールをする。一方、はじめに500
〜800℃で1〜20時間程度のアニールにより結晶性
を充分に回復させた後、900〜1000℃の高温で活
性化させるという2段階活性化アニール法も効果があ
る。また、赤外線ランプやハロゲンランプを用いたRT
A(Rapid Thermal Annealin
g)法も効果がある。さらには、レーザービーム等を用
いたレーザー活性化法を利用することも効果がある。
Next, as shown in FIG. 7A, an interlayer insulating film 5-13 is laminated. An oxide film, a nitride film, or the like is used as the material for the interlayer insulating film. The insulating layer may have any thickness as long as it has a good insulating property, but it is usually several thousand Å to several μm. LPCVD or plasma CVD is a simple method for forming the nitride film. For the reaction, a mixed gas of ammonia gas (NH 3 ) and silane gas and nitrogen gas, a mixed gas of silane gas and nitrogen gas, or the like is used. Then, activation annealing is performed for the purpose of densification of the interlayer insulating film, activation of the source region and drain region, and recovery of crystallinity. As the conditions of activation annealing, the temperature is lowered to about 800 to 1000 ° C. in an N 2 gas atmosphere, and the annealing time is set to about 20 minutes to 1 hour. At 900 to 1000 ° C., the impurities are considerably activated by annealing for about 20 minutes. 20 at 800-900 ° C
Anneal for 1 hour to 1 minute. On the other hand, first 500
A two-step activation annealing method in which the crystallinity is sufficiently recovered by annealing at ˜800 ° C. for about 1 to 20 hours and then activation is performed at a high temperature of 900 to 1000 ° C. is also effective. In addition, RT using infrared lamp or halogen lamp
A (Rapid Thermal Annealin
The g) method is also effective. Furthermore, it is also effective to use a laser activation method using a laser beam or the like.

【0052】次に、水素プラズマ法、あるいは水素イオ
ン注入法、あるいはプラズマ窒化膜からの水素の拡散法
などの方法で水素イオンを導入すると,結晶粒界に存在
するダングリングボンドや、ゲート酸化膜界面などに存
在する欠陥や、ソース、ドレイン部とチャネル部との接
合部に存在する欠陥が不活性化される。この様な水素化
工程は、層間絶縁膜5−13を積層する前におこなって
もよい。または、後に述べる、ソース電極とドレイン電
極を形成してから前記水素化工程を行ってもよい。
Next, when hydrogen ions are introduced by a method such as a hydrogen plasma method, a hydrogen ion implantation method, or a hydrogen diffusion method from a plasma nitride film, a dangling bond existing at a grain boundary or a gate oxide film is formed. Defects existing at the interface and the like, and defects existing at the junction between the source / drain portion and the channel portion are inactivated. Such a hydrogenation step may be performed before stacking the interlayer insulating film 5-13. Alternatively, the hydrogenation step may be performed after forming a source electrode and a drain electrode, which will be described later.

【0053】次に図7(b)に示すように、層間絶縁膜
5−13にコンタクトホールをフォトエッチングにより
形成する。そして同図に示すようにソース電極5−14
およびドレイン電極5−15を形成する。該ソース電極
及びドレイン電極は、アルミニュウムあるいはクロムな
どの金属材料で形成する。この様にして薄膜トランジス
タが形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 5-13 by photoetching. Then, as shown in FIG.
And the drain electrode 5-15 is formed. The source electrode and the drain electrode are formed of a metal material such as aluminum or chromium. In this way, a thin film transistor is formed.

【0054】(実施例3)次に、図1(c)で示された
本発明における第3の発明の実施例について説明する。
絶縁性非晶質材料上に、非単結晶半導体薄膜を成膜す
る。前記絶縁性非晶質材料としては、石英基板、ガラス
基板、窒化膜あるいはSiO2 膜等が用いられる。石英
基板を用いる場合はプロセス温度は1200℃程度まで
許容されるが、ガラス基板を用いる場合は、600℃以
下の低温プロセスに制限される。以下では、石英基板を
用い、前記非単結晶半導体薄膜として固相成長Si薄膜
を用いた場合を実施例として説明する。シリコン薄膜形
成からゲート酸化膜形成までの工程は図8(a)から図
8(d)までに表わされている。これらの工程は実施例
1や実施例2の項で述べたのでここでの詳しい説明は省
略する。
(Embodiment 3) Next, an embodiment of the third invention of the present invention shown in FIG. 1C will be described.
A non-single crystal semiconductor thin film is formed on the insulating amorphous material. As the insulating amorphous material, a quartz substrate, a glass substrate, a nitride film, a SiO 2 film or the like is used. When using a quartz substrate, the process temperature is allowed up to about 1200 ° C., but when using a glass substrate, it is limited to a low temperature process of 600 ° C. or lower. Hereinafter, a case where a quartz substrate is used and a solid phase growth Si thin film is used as the non-single crystal semiconductor thin film will be described as an example. The steps from the silicon thin film formation to the gate oxide film formation are shown in FIGS. 8 (a) to 8 (d). Since these steps have been described in the sections of the first and second embodiments, detailed description thereof will be omitted here.

【0055】続いて、ゲート電極形成工程から説明す
る。図8(e)に示されるように、メインゲート電極8
−5を形成する。該メインゲート電極材料としては多結
晶シリコン薄膜、あるいはモリブデンシリサイドやタン
グステンシリサイドやチタンシリサイドなどのようなシ
リサイド膜、あるいはアルミニュウムやクロムなどのよ
うな金属膜、あるいはITOやSnO2 などのような透
明性導電膜などを用いることができる。成膜方法として
は、CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、プラズマCV
D法等の方法があるが、ここでの詳しい説明は省略す
る。
Next, the gate electrode forming step will be described. As shown in FIG. 8E, the main gate electrode 8
-5 is formed. The main gate electrode material is a polycrystalline silicon thin film, a silicide film such as molybdenum silicide, tungsten silicide or titanium silicide, a metal film such as aluminum or chromium, or a transparency such as ITO or SnO 2 . A conductive film or the like can be used. As a film forming method, a CVD method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, a plasma CV
Although there is a method such as the D method, the detailed description is omitted here.

【0056】次に低濃度の不純物元素の添加を行い、図
9(a)に示すようなLDD領域8−6を形成する。メ
インゲート電極8−5をマスクとして自己整合的にLD
D領域8−6を形成する。8−7は不純物のイオンビー
ムをあらわしている。ソース、ドレイン領域と同様に、
Nch薄膜トランジスタの場合はドナー型の不純物を、
Pch薄膜トランジスタの場合はアクセプター型の不純
物を添加する。LDD領域の不純物濃度は、前記ソー
ス、ドレイン領域の不純物濃度よりも少なくする。イオ
ン注入法を用いる場合はイオン注入ドーズ量としては、
1×1012〜1×1014cm-2程度とする。不純物濃度
では1×1017〜1×1019cm-3程度となる。不純物
添加方法としては、イオン注入法の他に、先にも述べた
ように、レーザードーピング法あるいはプラズマドーピ
ング法などの方法がある。
Next, a low concentration impurity element is added to form an LDD region 8-6 as shown in FIG. 9 (a). LD with self-alignment using the main gate electrode 8-5 as a mask
The D region 8-6 is formed. 8-7 represents an ion beam of impurities. Like the source and drain regions,
In the case of an Nch thin film transistor, a donor type impurity is added,
In the case of a Pch thin film transistor, an acceptor type impurity is added. The impurity concentration of the LDD region is made lower than that of the source and drain regions. When using the ion implantation method, the ion implantation dose is
It is about 1 × 10 12 to 1 × 10 14 cm −2 . The impurity concentration is about 1 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 . As the impurity addition method, in addition to the ion implantation method, there are methods such as the laser doping method and the plasma doping method as described above.

【0057】つぎに、図9(b)に示されるように第2
の絶縁膜8−8を成膜する。該第2の絶縁膜材料として
は、酸化膜あるいは窒化膜などを用いる。窒化膜の形成
方法としては、LPCVD法あるいはプラズマCVD法
などが簡単である。反応には、アンモニアガス(N
3)とシランガスと窒素ガスとの混合ガス、あるいは
シランガスと窒素ガスとの混合ガスなどを用いる。膜厚
は、厚すぎるとオン電流の低下が著しく、逆に薄すぎる
とオフリーク電流低減の効果がなくなってしまう。そこ
で、この第2の絶縁膜の膜厚は、オン電流とオフリーク
電流の関係から最適値を求める必要があるが、約500
Åから3000Å程度が適している。
Next, as shown in FIG. 9B, the second
The insulating film 8-8 is formed. An oxide film, a nitride film, or the like is used as the second insulating film material. LPCVD or plasma CVD is a simple method for forming the nitride film. Ammonia gas (N
A mixed gas of H 3 ), silane gas and nitrogen gas, a mixed gas of silane gas and nitrogen gas, or the like is used. If the film thickness is too thick, the on-current decreases significantly, and conversely if it is too thin, the effect of reducing the off-leakage current disappears. Therefore, it is necessary to find an optimum value for the film thickness of the second insulating film from the relationship between the on-current and the off-leakage current.
Å to 3000 Å is suitable.

【0058】続いて図9(c)に示すように、フォトリ
ソグラフィ法により前記第2の絶縁膜8−8にゲートコ
ンタクトホール8−9を形成し、前記メインゲート電極
の1部を露出させる。
Subsequently, as shown in FIG. 9C, a gate contact hole 8-9 is formed in the second insulating film 8-8 by photolithography to expose a part of the main gate electrode.

【0059】続いて図9(d)に示されるように、サブ
ゲート電極8−10を形成する。該サブゲート電極材料
は、前記メインゲート電極材料と基本的に同じなのでこ
こでの説明は省略する。サブゲート電極8−10はメイ
ンゲート電極8−5を完全にオーバーラップさせる。前
記メインゲート電極パターン端からサブゲート電極パタ
ーン端までの距離LはLDD長を表わしており、図中で
は8−11で表されている。該オフセット長Lは、イオ
ン注入された不純物の横方向拡散長Yj の値に依って最
適化されなければならないが、薄膜トランジスタにおい
ては1.5μm〜4μm程度が適している。図中ではゲ
ート電極の両側にLが等しくなるように示しているが、
これは必ずしも等しくならなくてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 9D, a sub-gate electrode 8-10 is formed. The material of the sub-gate electrode is basically the same as the material of the main gate electrode, and a description thereof will be omitted. The sub-gate electrode 8-10 completely overlaps the main gate electrode 8-5. The distance L from the end of the main gate electrode pattern to the end of the sub-gate electrode pattern represents the LDD length, which is represented by 8-11 in the figure. The offset length L has to be optimized depending on the value of the lateral diffusion length Y j of the ion-implanted impurities, but about 1.5 μm to 4 μm is suitable for a thin film transistor. In the figure, L is shown to be equal on both sides of the gate electrode,
This does not necessarily have to be equal.

【0060】次に図10(a)に示すように、イオン注
入法により、前記第1の半導体層にアクセプター型また
はドナー型の不純物をイオン注入し、自己整合的にソー
ス領域およびドレイン領域を形成する。図10(a)に
おいて、8−12は高濃度にイオン注入されたソース領
域、および8−13はドレイン領域を示している。
Next, as shown in FIG. 10A, an acceptor type or a donor type impurity is ion-implanted into the first semiconductor layer by an ion implantation method to form a source region and a drain region in a self-aligned manner. To do. In FIG. 10A, 8-12 indicates a source region which is ion-implanted at a high concentration, and 8-13 indicates a drain region.

【0061】前記アクセプター型の不純物としては、ボ
ロン(B)等を用いる。前記ドナー型の不純物として
は、リン(P)あるいはひ素(As)等を用いる。不純
物添加方法としては、イオン注入法の他に、レーザード
ーピング法あるいはプラズマドーピング法などの方法が
ある。8−11で示される矢印は不純物のイオンビーム
を表している。前記絶縁性非晶質材料8−1として石英
基板を用いた場合には熱拡散法を使うことができる。不
純物ドーズ量は、1×1014から1×1017cm-2程度
とする。不純物濃度に換算すると、ソース8−12およ
びドレイン領域8−13で約1×1019から1×1022
cm-3程度である。
Boron (B) or the like is used as the acceptor type impurity. As the donor type impurity, phosphorus (P), arsenic (As) or the like is used. As an impurity addition method, there are methods such as a laser doping method and a plasma doping method other than the ion implantation method. The arrow indicated by 8-11 represents the ion beam of impurities. When a quartz substrate is used as the insulating amorphous material 8-1, a thermal diffusion method can be used. The impurity dose amount is about 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm -2 . Converted into impurity concentration, the source 8-12 and the drain region 8-13 have about 1 × 10 19 to 1 × 10 22.
It is about cm -3 .

【0062】次に、図10(b)に示すように層間絶縁
膜8−15を積層する。該層間絶縁膜材料としては、酸
化膜あるいは窒化膜などを用いる。絶縁性が良好ならば
膜厚はいくらでもよいが、数千Åから数μm程度が普通
である。窒化膜の形成方法としては、LPCVD法ある
いはプラズマCVD法などが簡単である。反応には、ア
ンモニアガス(NH3) とシランガスと窒素ガスとの混
合ガス、あるいはシランガスと窒素ガスとの混合ガスな
どを用いる。 続いて、前記層間絶縁膜の緻密化と前記
ソース領域及びドレイン領域の活性化と結晶性の回復を
目的として活性化アニールを行う。活性化アニールの条
件としては、N2 ガス雰囲気中で800〜1000℃程
度に低温化し、アニール時間を20分〜1時間程度とす
る。900〜1000℃では20分程度のアニールで不
純物はかなり活性化される。800〜900℃では20
分から1時間のアニールをする。一方、はじめに500
〜800℃で1〜20時間程度のアニールにより結晶性
を充分に回復させた後、900〜1000℃の高温で活
性化させるという2段階活性化アニール法も効果があ
る。また、赤外線ランプやハロゲンランプを用いたRT
A(Rapid Thermal Annealin
g)法も効果がある。さらには、レーザービーム等を用
いたレーザー活性化法を利用することも効果がある。
Next, as shown in FIG. 10B, an interlayer insulating film 8-15 is laminated. An oxide film, a nitride film, or the like is used as the material for the interlayer insulating film. The insulating layer may have any thickness as long as it has a good insulating property, but it is usually several thousand Å to several μm. LPCVD or plasma CVD is a simple method for forming the nitride film. For the reaction, a mixed gas of ammonia gas (NH 3 ) and silane gas and nitrogen gas, a mixed gas of silane gas and nitrogen gas, or the like is used. Then, activation annealing is performed for the purpose of densification of the interlayer insulating film, activation of the source region and drain region, and recovery of crystallinity. As the conditions of activation annealing, the temperature is lowered to about 800 to 1000 ° C. in an N 2 gas atmosphere, and the annealing time is set to about 20 minutes to 1 hour. At 900 to 1000 ° C., the impurities are considerably activated by annealing for about 20 minutes. 20 at 800-900 ° C
Anneal for 1 hour to 1 minute. On the other hand, first 500
A two-step activation annealing method in which the crystallinity is sufficiently recovered by annealing at ˜800 ° C. for about 1 to 20 hours and then activation is performed at a high temperature of 900 to 1000 ° C. is also effective. In addition, RT using infrared lamp or halogen lamp
A (Rapid Thermal Annealin
The g) method is also effective. Furthermore, it is also effective to use a laser activation method using a laser beam or the like.

【0063】次に、水素プラズマ法、あるいは水素イオ
ン注入法、あるいはプラズマ窒化膜からの水素の拡散法
などの方法で水素イオンを導入すると,結晶粒界に存在
するダングリングボンドや、ゲート酸化膜界面などに存
在する欠陥や、ソース、ドレイン部とチャネル部との接
合部に存在する欠陥が不活性化される。この様な水素化
工程は、層間絶縁膜8−15を積層する前におこなって
もよい。または、後に述べる、ソース電極とドレイン電
極を形成してから前記水素化工程を行ってもよい。
Next, when hydrogen ions are introduced by a method such as a hydrogen plasma method, a hydrogen ion implantation method, or a method of diffusing hydrogen from a plasma nitride film, dangling bonds existing at crystal grain boundaries or a gate oxide film. Defects existing at the interface and the like, and defects existing at the junction between the source / drain portion and the channel portion are inactivated. Such a hydrogenation process may be performed before stacking the interlayer insulating films 8-15. Alternatively, the hydrogenation step may be performed after forming a source electrode and a drain electrode, which will be described later.

【0064】次に図10(c)に示すように、層間絶縁
膜8−15にコンタクトホールをフォトエッチングによ
り形成する。そして同図に示すようにソース電極8−1
6およびドレイン電極8−17を形成する。該ソース電
極及びドレイン電極は、アルミニュウムあるいはクロム
などの金属材料で形成する。この様にして薄膜トランジ
スタが形成される。
Next, as shown in FIG. 10C, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 8-15 by photoetching. Then, as shown in FIG.
6 and the drain electrode 8-17 are formed. The source electrode and the drain electrode are formed of a metal material such as aluminum or chromium. In this way, a thin film transistor is formed.

【0065】(実施例4)最後に、図1(d)に示され
たテーパー形状のメインゲート電極を応用したLDD構
造薄膜トランジスタの作製方法について説明する。シリ
コン薄膜形成からゲート酸化膜形成までの工程は図11
(a)から図11(d)までに示されている。これらの
工程については実施例の1から3の項で述べたのでここ
での詳しい説明は省略する。
Example 4 Finally, a method of manufacturing an LDD structure thin film transistor to which the tapered main gate electrode shown in FIG. 1D is applied will be described. The process from the silicon thin film formation to the gate oxide film formation is shown in FIG.
It is shown from (a) to FIG. 11 (d). These steps have been described in the paragraphs 1 to 3 of the embodiment, so detailed description thereof will be omitted here.

【0066】続いて、ゲート電極形成工程から説明す
る。
Next, the gate electrode forming step will be described.

【0067】図11(e)に示されるように、テーパー
形状のメインゲート電極11−5を形成する。該メイン
ゲート電極材料としては多結晶シリコン薄膜、あるいは
モリブデンシリサイドやタングステンシリサイドやチタ
ンシリサイドなどのようなシリサイド膜、あるいは多結
晶シリコン膜上にシリサイド膜を積層したポリサイド
膜、あるいはアルミニュウムやクロムなどのような金属
膜、あるいはITOやSnO2 などのような透明性導電
膜などを用いることができる。成膜方法としては、CV
D法、スパッタ法、真空蒸着法、プラズマCVD法等の
方法があるが、ここでの詳しい説明は省略する。
As shown in FIG. 11E, a tapered main gate electrode 11-5 is formed. As the material of the main gate electrode, a polycrystalline silicon thin film, a silicide film such as molybdenum silicide, tungsten silicide or titanium silicide, a polycide film in which a silicide film is laminated on a polycrystalline silicon film, or aluminum or chromium is used. A metal film or a transparent conductive film such as ITO or SnO 2 can be used. As a film forming method, CV
There are methods such as the D method, the sputtering method, the vacuum deposition method, and the plasma CVD method, but the detailed description thereof is omitted here.

【0068】テーパー形状のゲート電極は、エッチング
ガスとして酸素ガス(O2) を混合させてプラズマエッ
チングする事によって作製する。通常は、フレオンガス
(CF4) によって多結晶シリコンあるいはシリサイド
膜あるいはポリサイド膜等をプラズマエッチングする。
この時、O2 ガスを混合させるとマスクとなっているレ
ジストもエッチング除去しながらゲート電極を加工して
いくことになる。従って、図11(e)で示したような
テーパー形状のゲート電極11−5が形成される。O2
ガスのガス分圧を大きくすると、よりなだらかなテーパ
ー形状になる。このように、分圧比によりテーパー形状
を制御することができる。
The tapered gate electrode is formed by mixing oxygen gas (O 2 ) as an etching gas and performing plasma etching. Usually, the polycrystalline silicon, the silicide film, the polycide film, or the like is plasma-etched by using Freon gas (CF 4 ).
At this time, when O 2 gas is mixed, the gate electrode is processed while the resist serving as the mask is also removed by etching. Therefore, the tapered gate electrode 11-5 as shown in FIG. 11E is formed. O 2
When the gas partial pressure of the gas is increased, the taper shape becomes gentler. In this way, the taper shape can be controlled by the voltage division ratio.

【0069】次に低濃度の不純物元素の添加を行い、図
12(a)に示すようなLDD領域11−6を形成す
る。メインゲート電極11−5をマスクとして自己整合
的にLDD領域11−6を形成する。11−7は不純物
のイオンビームをあらわしている。ソース、ドレイン領
域と同様に、Nch薄膜トランジスタの場合はドナー型
の不純物を、Pch薄膜トランジスタの場合はアクセプ
ター型の不純物を添加する。LDD領域の不純物濃度
は、前記ソース、ドレイン領域の不純物濃度よりも少な
くする。イオン注入法を用いる場合はイオン注入ドーズ
量としては、1×1012〜1×1014cm-2程度とす
る。不純物濃度では1×1017〜1×1019cm-3程度
となる。不純物添加方法としては、イオン注入法の他
に、先にも述べたように、レーザードーピング法あるい
はプラズマドーピング法などの方法がある。
Next, a low concentration impurity element is added to form an LDD region 11-6 as shown in FIG. LDD regions 11-6 are formed in a self-aligned manner using the main gate electrode 11-5 as a mask. 11-7 represents an ion beam of impurities. Similar to the source and drain regions, a donor type impurity is added in the case of an Nch thin film transistor, and an acceptor type impurity is added in the case of a Pch thin film transistor. The impurity concentration of the LDD region is made lower than that of the source and drain regions. When the ion implantation method is used, the ion implantation dose amount is about 1 × 10 12 to 1 × 10 14 cm −2 . The impurity concentration is about 1 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 . As the impurity addition method, in addition to the ion implantation method, there are methods such as the laser doping method and the plasma doping method as described above.

【0070】つぎに、図12(b)に示されるように、
前記メインゲート電極を直接酸化させることにより第2
の絶縁膜11−8を成膜する。該第2の絶縁膜の形成方
法はゲート酸化膜形成方法の説明の時に少し述べた。熱
酸化法やプラズマ酸化法や高圧酸化法等の方法が考えら
れる。熱酸化法に関しては前に述べたので省略する。プ
ラズマ酸化法は、酸素プラズマ中でシリコン膜を直接酸
化させるもので、600°C以下の低温でも酸化膜が形
成できるという特徴を持っている。高圧酸化法は、高圧
酸素雰囲気中でシリコンを直接酸化させるものである。
約10000Torrから370000Torrという
高圧酸素雰囲気中では600°Cの低温で酸化膜を形成
することができる。ゲート酸化膜形成後なので第2の絶
縁膜はなるべく低温で形成することが望ましい。膜厚
は、厚すぎるとオン電流の低下が著しく、逆に薄すぎる
とオフリーク電流低減の効果がなくなってしまう。そこ
で、この第2の絶縁膜の膜厚は、オン電流とオフリーク
電流の関係から最適値を求める必要があるが、約500
Åから3000Å程度が適している。
Next, as shown in FIG.
By directly oxidizing the main gate electrode, the second
The insulating film 11-8 is formed. The method for forming the second insulating film was briefly described in the description of the method for forming the gate oxide film. A method such as a thermal oxidation method, a plasma oxidation method or a high pressure oxidation method can be considered. The thermal oxidation method has been described above and will not be described. The plasma oxidation method directly oxidizes a silicon film in oxygen plasma, and has a feature that an oxide film can be formed even at a low temperature of 600 ° C. or lower. The high-pressure oxidation method directly oxidizes silicon in a high-pressure oxygen atmosphere.
An oxide film can be formed at a low temperature of 600 ° C. in a high pressure oxygen atmosphere of about 10,000 Torr to 370000 Torr. Since the gate oxide film is formed, it is desirable to form the second insulating film at a temperature as low as possible. If the film thickness is too thick, the on-current decreases significantly, and conversely if it is too thin, the effect of reducing the off-leakage current disappears. Therefore, it is necessary to find an optimum value for the film thickness of the second insulating film from the relationship between the on-current and the off-leakage current.
Å to 3000 Å is suitable.

【0071】続いて図12(c)に示すように、フォト
リソグラフィ法により前記第2の絶縁膜11−8にゲー
トコンタクトホール11−9を形成し、前記メインゲー
ト電極の1部を露出させる。
Subsequently, as shown in FIG. 12C, a gate contact hole 11-9 is formed in the second insulating film 11-8 by photolithography to expose a part of the main gate electrode.

【0072】続いて図12(d)に示されるように、サ
ブゲート電極11−10を形成する。該サブゲート電極
材料は、前記メインゲート電極材料と基本的に同じなの
でここでの説明は省略する。サブゲート電極11−10
はメインゲート電極11−5を完全にオーバーラップさ
せる。前記メインゲート電極パターン端からサブゲート
電極パターン端までの距離LはLDD長を表わしてお
り、図中では11−11で表されている。該オフセット
長Lは、イオン注入された不純物の横方向拡散長Yj
値に依って最適化されなければならないが、薄膜トラン
ジスタにおいては1.5μm〜4μm程度が適してい
る。図中ではゲート電極の両側にLが等しくなるように
示しているが、これは必ずしも等しくならなくてもよ
い。
Subsequently, as shown in FIG. 12D, a sub-gate electrode 11-10 is formed. The material of the sub-gate electrode is basically the same as the material of the main gate electrode, and a description thereof will be omitted. Sub-gate electrode 11-10
Completely overlaps the main gate electrode 11-5. The distance L from the end of the main gate electrode pattern to the end of the sub gate electrode pattern represents the LDD length, which is represented by 11-11 in the figure. The offset length L has to be optimized depending on the value of the lateral diffusion length Y j of the ion-implanted impurities, but about 1.5 μm to 4 μm is suitable for a thin film transistor. In the figure, L is shown to be equal on both sides of the gate electrode, but this does not necessarily have to be equal.

【0073】次に図13(a)に示すように、イオン注
入法により、前記第1の半導体層にアクセプター型また
はドナー型の不純物をイオン注入し、自己整合的にソー
ス領域およびドレイン領域を形成する。図13(a)に
おいて、11−12は高濃度にイオン注入されたソース
領域、および11−13はドレイン領域を示している。
Next, as shown in FIG. 13A, an acceptor type or donor type impurity is ion-implanted into the first semiconductor layer by an ion implantation method to form a source region and a drain region in a self-aligned manner. To do. In FIG. 13A, 11-12 indicates a source region which is ion-implanted at a high concentration, and 11-13 indicates a drain region.

【0074】前記アクセプター型の不純物としては、ボ
ロン(B)等を用いる。前記ドナー型の不純物として
は、リン(P)あるいはひ素(As)等を用いる。不純
物添加方法としては、イオン注入法の他に、レーザード
ーピング法あるいはプラズマドーピング法などの方法が
ある。11−14で示される矢印は不純物のイオンビー
ムを表している。前記絶縁性非晶質材料11−1として
石英基板を用いた場合には熱拡散法を使うことができ
る。不純物ドーズ量は、1×1014から1×1017cm
-2程度とする。不純物濃度に換算すると、ソース11−
12およびドレイン領域11−13で約1×1019から
1×1022cm-3程度である。
Boron (B) or the like is used as the acceptor type impurity. As the donor type impurity, phosphorus (P), arsenic (As) or the like is used. As an impurity addition method, there are methods such as a laser doping method and a plasma doping method other than the ion implantation method. The arrows indicated by 11-14 represent ion beams of impurities. When a quartz substrate is used as the insulating amorphous material 11-1, a thermal diffusion method can be used. Impurity dose amount is 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm
-2 . When converted to impurity concentration, the source 11-
12 and the drain region 11-13 have a size of about 1 × 10 19 to 1 × 10 22 cm −3 .

【0075】次に、図13(b)に示すように層間絶縁
膜11−15を積層する。該層間絶縁膜材料としては、
酸化膜あるいは窒化膜などを用いる。絶縁性が良好なら
ば膜厚はいくらでもよいが、数千Åから数μm程度が普
通である。窒化膜の形成方法としては、LPCVD法あ
るいはプラズマCVD法などが簡単である。反応には、
アンモニアガス(NH3) とシランガスと窒素ガスとの
混合ガス、あるいはシランガスと窒素ガスとの混合ガス
などを用いる。 続いて、前記層間絶縁膜の緻密化と前
記ソース領域及びドレイン領域の活性化と結晶性の回復
を目的として活性化アニールを行う。活性化アニールの
条件としては、N2 ガス雰囲気中で800〜1000℃
程度に低温化し、アニール時間を20分〜1時間程度と
する。900〜1000℃では20分程度のアニールで
不純物はかなり活性化される。800〜900℃では2
0分から1時間のアニールをする。一方、はじめに50
0〜800℃で1〜20時間程度のアニールにより結晶
性を充分に回復させた後、900〜1000℃の高温で
活性化させるという2段階活性化アニール法も効果があ
る。また、赤外線ランプやハロゲンランプを用いたRT
A(Rapid Thermal Annealin
g)法も効果がある。さらには、レーザービーム等を用
いたレーザー活性化法を利用することも効果がある。
Next, as shown in FIG. 13B, an interlayer insulating film 11-15 is laminated. As the material for the interlayer insulating film,
An oxide film or a nitride film is used. The insulating layer may have any thickness as long as it has a good insulating property, but it is usually several thousand Å to several μm. LPCVD or plasma CVD is a simple method for forming the nitride film. The reaction is
A mixed gas of ammonia gas (NH 3 ) and silane gas and nitrogen gas, a mixed gas of silane gas and nitrogen gas, or the like is used. Then, activation annealing is performed for the purpose of densification of the interlayer insulating film, activation of the source region and drain region, and recovery of crystallinity. The activation annealing conditions are 800 to 1000 ° C. in a N 2 gas atmosphere.
The temperature is lowered to about 10 minutes, and the annealing time is set to about 20 minutes to 1 hour. At 900 to 1000 ° C., the impurities are considerably activated by annealing for about 20 minutes. 2 at 800-900 ° C
Anneal for 0 minutes to 1 hour. On the other hand, first 50
A two-step activation annealing method in which the crystallinity is sufficiently recovered by annealing at 0 to 800 ° C. for about 1 to 20 hours and then activated at a high temperature of 900 to 1000 ° C. is also effective. In addition, RT using infrared lamp or halogen lamp
A (Rapid Thermal Annealin
The g) method is also effective. Furthermore, it is also effective to use a laser activation method using a laser beam or the like.

【0076】次に、水素プラズマ法、あるいは水素イオ
ン注入法、あるいはプラズマ窒化膜からの水素の拡散法
などの方法で水素イオンを導入すると,結晶粒界に存在
するダングリングボンドや、ゲート酸化膜界面などに存
在する欠陥や、ソース、ドレイン部とチャネル部との接
合部に存在する欠陥が不活性化される。この様な水素化
工程は、層間絶縁膜11−15を積層する前におこなっ
てもよい。または、後に述べる、ソース電極とドレイン
電極を形成してから前記水素化工程を行ってもよい。
Next, when hydrogen ions are introduced by a method such as a hydrogen plasma method, a hydrogen ion implantation method, or a hydrogen diffusion method from a plasma nitride film, dangling bonds existing at crystal grain boundaries and a gate oxide film are formed. Defects existing at the interface and the like, and defects existing at the junction between the source / drain portion and the channel portion are inactivated. Such a hydrogenation step may be performed before stacking the interlayer insulating films 11-15. Alternatively, the hydrogenation step may be performed after forming a source electrode and a drain electrode, which will be described later.

【0077】次に図13(c)に示すように、層間絶縁
膜11−15にコンタクトホールをフォトエッチングに
より形成する。そして同図に示すようにソース電極11
−16およびドレイン電極11−17を形成する。該ソ
ース電極及びドレイン電極は、アルミニュウムあるいは
クロムなどの金属材料で形成する。この様にして薄膜ト
ランジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 13C, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 11-15 by photoetching. Then, as shown in FIG.
-16 and the drain electrode 11-17 are formed. The source electrode and the drain electrode are formed of a metal material such as aluminum or chromium. In this way, a thin film transistor is formed.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上説明したように、実施例1および実
施例2で述べた本発明のようなオフセットゲート構造に
より、オフリーク電流の極めて低い薄膜トランジスタを
実現することができる。さらに、サブゲート電極を設け
たことに依って、薄膜トランジスタをオンさせたとき
に、オフセット領域にチャネルを形成させることが可能
となった。従って従来のオフセットゲート構造薄膜トラ
ンジスタではオン電流が低下すると言う問題があった
が、本発明によってオン電流の低下を防止することが可
能となった。実施例1の項で述べたように、メインゲー
ト電極の上に第2の絶縁膜を成膜し、その上にサブゲー
ト電極を設けているのでオフセット上のゲート酸化膜の
膜厚はチャネル部のゲート酸化膜の膜厚に比べて第2の
絶縁膜の膜厚分だけ厚い。このことは図1(a)の断面
図を参照すればわかる。従って、オフセット領域の電界
強度は非常に小さくなり、その結果としてオフリーク電
流は低減される。さらに、オフリーク電流のゲート電圧
依存性がおさえられ、オフ領域における電流の跳ね上が
りを無くすることが実現される。また、メインゲート電
極とサブゲート電極とは電気的に導通しているので4端
子とはならず、通常のように3端子の薄膜トランジスタ
である。
As described above, with the offset gate structure according to the present invention described in the first and second embodiments, a thin film transistor having an extremely low off-leakage current can be realized. Furthermore, by providing the sub-gate electrode, it becomes possible to form a channel in the offset region when the thin film transistor is turned on. Therefore, the conventional offset gate structure thin film transistor has a problem that the on-current decreases, but the present invention makes it possible to prevent the on-current from decreasing. As described in the first embodiment, since the second insulating film is formed on the main gate electrode and the sub-gate electrode is provided thereon, the thickness of the gate oxide film on the offset is It is thicker than the thickness of the gate oxide film by the thickness of the second insulating film. This can be seen by referring to the sectional view of FIG. Therefore, the electric field strength in the offset region becomes very small, and as a result, the off leak current is reduced. Further, the gate voltage dependence of the off-leakage current is suppressed, and the current jump in the off-region can be eliminated. Further, since the main gate electrode and the sub-gate electrode are electrically connected to each other, the main gate electrode does not have four terminals, and is a thin film transistor having three terminals as usual.

【0079】実施例2の項で述べたように、テーパー形
状のゲート電極を形成し、このゲート電極を直接酸化さ
せることによって、膜堆積をしなくても第2の絶縁膜を
形成することができる。メインゲート電極をテーパー形
状にしたことにより、これを酸化させたときに端の部分
は完全に膜全体が酸化膜になる。従って、図1(b)に
示されているようにオフセット上のゲート酸化膜の膜厚
はチャネル部のゲート酸化膜の膜厚に比べて非常に厚く
なるので、オフセット領域の電界強度は非常に小さくな
る。そのためオフリーク電流は低減される。さらに、オ
フリーク電流のゲート電圧依存性がおさえられ、オフ領
域における電流の跳ね上がりを無くすることが実現され
る。しかも4端子とはならず、通常のように3端子の薄
膜トランジスタである。本発明によれば、このように大
きな効果が得られる。
As described in the second embodiment, the tapered gate electrode is formed and the gate electrode is directly oxidized, whereby the second insulating film can be formed without film deposition. it can. Since the main gate electrode has a tapered shape, when the main gate electrode is oxidized, the entire end portion of the film becomes an oxide film. Therefore, as shown in FIG. 1B, the film thickness of the gate oxide film on the offset becomes much thicker than the film thickness of the gate oxide film in the channel portion, so that the electric field strength in the offset region is very large. Get smaller. Therefore, the off leak current is reduced. Further, the gate voltage dependence of the off-leakage current is suppressed, and the current jump in the off-region can be eliminated. Moreover, the thin film transistor does not have four terminals but has three terminals as usual. According to the present invention, such a great effect can be obtained.

【0080】オフセットゲート構造では、オフセット領
域の抵抗が高いためにオン電流の低下と言う問題点が考
えられる。そこで、実施例1および実施例2で説明した
発明を応用してLDD構造を作製する方法を述べたのが
実施例3および実施例4である。本発明のようなLDD
構造により、オフリーク電流の極めて低い薄膜トランジ
スタを実現することができる。実施例3の項で述べたよ
うに、サブゲート電極を設けたことに依って、薄膜トラ
ンジスタをオンさせたときに、LDD領域にチャネルを
形成させることが可能となった。従って従来のLDD構
造薄膜トランジスタやオフセットゲート構造薄膜トラン
ジスタではオン電流が低下すると言う問題があったが、
本発明によってオン電流の低下を防止することが可能と
なった。また、図1(c)に示されるように、LDD領
域上のゲート酸化膜の膜厚はチャネル部のゲート酸化膜
の膜厚に比べて非常に厚いので、LDD領域の電界強度
は非常に小さくなる。従ってオフリーク電流は低減され
る。さらに、オフリーク電流のゲート電圧依存性がおさ
えられ、オフ領域における電流の跳ね上がりを無くする
ことが実現される。しかも4端子とはならず、通常のよ
うに3端子の薄膜トランジスタである。
In the offset gate structure, the resistance in the offset region is high, which may cause a problem that the on-current is lowered. Therefore, it is the third and fourth embodiments that describe the method of manufacturing the LDD structure by applying the invention described in the first and second embodiments. LDD as in the present invention
With the structure, a thin film transistor with extremely low off-leakage current can be realized. As described in the section of Example 3, the provision of the sub-gate electrode makes it possible to form a channel in the LDD region when the thin film transistor is turned on. Therefore, the conventional LDD structure thin film transistor and the offset gate structure thin film transistor have a problem that the on-current decreases.
The present invention makes it possible to prevent a decrease in on-current. Further, as shown in FIG. 1C, the thickness of the gate oxide film on the LDD region is much thicker than the thickness of the gate oxide film on the channel portion, so that the electric field strength in the LDD region is very small. Become. Therefore, the off-leakage current is reduced. Further, the gate voltage dependence of the off-leakage current is suppressed, and the current jump in the off-region can be eliminated. Moreover, the thin film transistor does not have four terminals but has three terminals as usual.

【0081】実施例4の項で述べたように、テーパー形
状のメインゲート電極を形成し、これを直接酸化させる
ことにより、端の部分は膜全体が酸化膜になる。従っ
て、図1(d)に示されているようにLDD領域上ゲー
ト酸化膜の膜厚はチャネル部のゲート酸化膜の膜厚に比
べて非常に厚くなるので、LDD領域の電界強度は非常
に小さくなる。その結果オフリーク電流は低減される。
さらに、オフリーク電流のゲート電圧依存性がおさえら
れ、オフ領域における電流の跳ね上がりを無くすること
が実現される。しかも4端子とはならず、通常のように
3端子の薄膜トランジスタである。本発明によれば、こ
のように大きな効果が得られる。
As described in the section of Embodiment 4, by forming a tapered main gate electrode and directly oxidizing it, the entire film at the end portion becomes an oxide film. Therefore, as shown in FIG. 1D, the film thickness of the gate oxide film on the LDD region is much thicker than the film thickness of the gate oxide film on the channel portion, so that the electric field strength of the LDD region is very large. Get smaller. As a result, the off leak current is reduced.
Further, the gate voltage dependence of the off-leakage current is suppressed, and the current jump in the off-region can be eliminated. Moreover, the thin film transistor does not have four terminals but has three terminals as usual. According to the present invention, such a great effect can be obtained.

【0082】さらに、従来のオフセットゲート構造の薄
膜トランジスタを作製するには異方性エッチングにより
ゲート電極側壁をもうけてLDD領域を形成していた
が、本発明に依って、このような複雑な工程を省略する
ことが可能となった。
Further, in order to manufacture a conventional thin film transistor having an offset gate structure, the LDD region is formed by providing the gate electrode side wall by anisotropic etching, but according to the present invention, such a complicated process is performed. It has become possible to omit it.

【0083】以上述べたように、本発明により、3端子
のままで、オン電流の低減が極めて少なく、オフリーク
電流のきわめて少ない薄膜トランジスタを非常に簡単な
工程で作製することが可能となった。本発明は非常に大
きな効果をもたらすものである。
As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a thin film transistor in which the on-current is extremely reduced and the off-leakage current is extremely small in a very simple process with the three terminals. The present invention brings a great effect.

【0084】図14に、トランジスタ特性に対する本発
明の効果を図示して説明する。図14は、Nch薄膜ト
ランジスタの特性を示す図である。横軸はゲート電圧、
縦軸はドレイン電流を表している。14−1は従来の非
オフセットゲート構造薄膜トランジスタのトランジスタ
カーブである。大きなオン電流が得られるが、オフリー
ク電流が大きく、オフ領域においてゲート電圧に依存し
たオフリーク電流のはねあがりが非常に大きい。14−
2は従来のオフセットゲート構造薄膜トランジスタのト
ランジスタカーブである。オフリーク電流は低減されそ
のはね上がりも抑えられているが、オン電流が低下して
しまう。これは、オフセット領域が高抵抗領域としてチ
ャネル領域に直列につながっているからである。これに
対して本発明により作製した薄膜トランジスタのトラン
ジスタカーブは14−3に示す曲線で示されている。本
発明により、非オフセットゲート構造薄膜トランジスタ
と同程度のオン電流お確保したままで、オフリーク電流
の低減が実現される。
FIG. 14 illustrates the effect of the present invention on the transistor characteristics. FIG. 14 is a diagram showing the characteristics of the Nch thin film transistor. The horizontal axis is the gate voltage,
The vertical axis represents the drain current. 14-1 is a transistor curve of a conventional non-offset gate structure thin film transistor. Although a large on-current can be obtained, the off-leakage current is large, and the off-leakage current depending on the gate voltage in the off-region has a very large jump. 14-
Reference numeral 2 is a transistor curve of a conventional offset gate structure thin film transistor. The off-leakage current is reduced and the jump is suppressed, but the on-current is reduced. This is because the offset region is connected to the channel region in series as a high resistance region. On the other hand, the transistor curve of the thin film transistor manufactured according to the present invention is shown by the curve 14-3. According to the present invention, the reduction of the off-leakage current is realized while keeping the on-current as high as that of the non-offset gate structure thin film transistor.

【0085】図15は本発明において、前記メインゲー
ト電極パターン端からサブゲート電極パターン端までの
距離つまりオフセット長Lの効果を説明する図である。
これまでの実験の結果、多結晶シリコン膜に不純物原子
をイオン注入し1000℃程度で活性化アニールを行う
と、注入された不純物原子は約1μm横方向に拡散する
ことがわかっている。この結果がこの図に反映されてい
る。同図において、15−1はL=1μmの時のトラン
ジスタカーブを示し、15−2はL=1.5μmの時の
トランジスタカーブを示している。不純物の横方向拡散
長が約1μmあるために、L=1μmの場合はソース、
ドレイン領域がゲート電極の下まで入り込んでくる。従
って15−1のカーブで示したようにゲート電圧負の場
合のドレイン電流すなわちリーク電流は、ゲート電圧に
依存して大きくはね上がる。これに対して本発明におい
ては、L≧1.5μmとしたので不純物が横方向に拡散
してもソース、ドレイン領域がゲート電極の下までは入
り込んでくることはない。L=1.5μmの場合、片側
で約0.5μmのオフセット領域が形成されることとな
る。従って15−2のカーブで示したようにリーク電流
のゲート電圧に依存した跳ね上がりがまったくなくな
る。ただし、オフセット領域の影響でチャネル抵抗が大
きくなり、オン電流が低下することとなる。従ってLを
大きくし過ぎるとオン電流が極めて小さくなってしま
う。L=4.5μmの場合のカーブを8−3に示した。
オフセット領域は片側で約3.5μmにもなり、チャネ
ル抵抗が大きすぎて極端にオン電流が低下してしまう。
従って本発明においては、L≦4μmと規定した。本発
明の薄膜トランジスタにおいては、オンのときにはオフ
セット領域にも電界がかかるのでオン電流の低下はほと
んど抑えられる。
FIG. 15 is a diagram for explaining the effect of the distance from the edge of the main gate electrode pattern to the edge of the sub-gate electrode pattern, that is, the offset length L in the present invention.
As a result of the experiments so far, it is known that when impurity atoms are ion-implanted into a polycrystalline silicon film and activation annealing is performed at about 1000 ° C., the implanted impurity atoms diffuse laterally by about 1 μm. This result is reflected in this figure. In the figure, 15-1 shows a transistor curve when L = 1 μm, and 15-2 shows a transistor curve when L = 1.5 μm. Since the lateral diffusion length of impurities is about 1 μm, when L = 1 μm, the source,
The drain region extends under the gate electrode. Therefore, as shown by the curve 15-1, the drain current when the gate voltage is negative, that is, the leak current, greatly jumps depending on the gate voltage. On the other hand, in the present invention, since L ≧ 1.5 μm, even if impurities are diffused in the lateral direction, the source / drain regions do not reach under the gate electrode. When L = 1.5 μm, an offset region of about 0.5 μm is formed on one side. Therefore, as shown by the curve 15-2, the jump of the leak current depending on the gate voltage is completely eliminated. However, due to the influence of the offset region, the channel resistance increases and the on-current decreases. Therefore, if L is made too large, the on-current becomes extremely small. A curve when L = 4.5 μm is shown in 8-3.
The offset region is about 3.5 μm on one side, and the channel resistance is too large, resulting in an extremely low on-current.
Therefore, in the present invention, L ≦ 4 μm is defined. In the thin film transistor of the present invention, when it is turned on, an electric field is applied to the offset region as well, so that a decrease in on current can be almost suppressed.

【0086】固相成長法を用いることによって、非晶質
絶縁基板上に結晶性の優れたシリコン薄膜を作製するこ
とが可能になったのでSOI技術の発展に大きく寄与す
るものである。
By using the solid phase growth method, it becomes possible to form a silicon thin film having excellent crystallinity on an amorphous insulating substrate, which greatly contributes to the development of SOI technology.

【0087】本発明によって作製された薄膜トランジス
タは優れた特性を有する。従来に比べて、薄膜トランジ
スタのオフリーク電流は小さくなる。またスレッシュホ
ルド電圧も小さくなりトランジスタ特性が大きく改善さ
れる。オフセットゲート構造によるオン電流の低下がま
ったくない。
The thin film transistor manufactured by the present invention has excellent characteristics. The off-leakage current of the thin film transistor is smaller than that of the conventional one. Also, the threshold voltage is reduced and the transistor characteristics are greatly improved. There is no decrease in on-current due to the offset gate structure.

【0088】非晶質絶縁基板上に優れた特性の薄膜トラ
ンジスタを作製することが可能となるので、ドライバー
回路を同一基板上に集積したアクティブマトリクス基板
に応用した場合にも十分な高速動作が実現される。オフ
リーク電流が非常に小さいことから画素の保持特性も向
上する。さらに、電源電圧の低減、消費電流の低減、信
頼性の向上に対して大きな効果がある。また、600℃
以下の低温プロセスによる作製も可能なので、アクティ
ブマトリクス基板の低価格化及び大面積化に対してもそ
の効果は大きい。
Since it becomes possible to manufacture a thin film transistor having excellent characteristics on an amorphous insulating substrate, a sufficiently high speed operation can be realized even when applied to an active matrix substrate in which a driver circuit is integrated on the same substrate. It Since the off-leakage current is very small, the pixel retention characteristic is also improved. Further, it has a great effect on reduction of power supply voltage, reduction of current consumption, and improvement of reliability. Also, 600 ℃
Since it can be manufactured by the following low-temperature process, its effect is great even when the cost and the area of the active matrix substrate are reduced.

【0089】本発明を、光電変換素子とその走査回路を
同一チップ内に集積した密着型イメージセンサーに応用
した場合には、読み取り速度の高速化、高解像度化、さ
らに階調をとる場合に非常に大きな効果をうみだす。高
解像度化が達成されるとカラー読み取り用密着型イメー
ジセンサーへの応用も容易となる。もちろん電源電圧の
低減、消費電流の低減、信頼性の向上に対してもその効
果は大きい。また低温プロセスによって作製することが
できるので、密着型イメージセンサーチップの長尺化が
可能となり、一本のチップでA4サイズあるいはA3サ
イズの様な大型ファクシミリ用の読み取り装置を実現で
きる。従って、センサーチップの二本継ぎのような手数
がかかり信頼性の悪い技術を回避することができ、実装
歩留りも向上される。
When the present invention is applied to a contact-type image sensor in which a photoelectric conversion element and its scanning circuit are integrated in the same chip, it is extremely useful in increasing the reading speed, increasing the resolution, and obtaining gradation. Produce a great effect on. When higher resolution is achieved, it can be easily applied to a contact image sensor for color reading. Of course, the effect is great also for the reduction of power supply voltage, the reduction of current consumption, and the improvement of reliability. Further, since it can be manufactured by a low temperature process, the contact type image sensor chip can be lengthened, and a single chip can realize a reading device for a large facsimile such as A4 size or A3 size. Therefore, it is possible to avoid a technique such as double joining of the sensor chips and which is unreliable, and the mounting yield is improved.

【0090】石英基板やガラス基板だけではなく、サフ
ァイア基板あるいはMgO・Al23,BP,CaF2
等の結晶性絶縁基板も用いることができる。
Not only a quartz substrate or a glass substrate, but also a sapphire substrate or MgO.Al 2 O 3 , BP, CaF 2
A crystalline insulating substrate such as the above can also be used.

【0091】以上薄膜トランジスタを例として説明した
が、バイポーラトランジスタあるいはヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタなど薄膜を利用した素子に対しても、
本発明を応用することができる。また、三次元デバイス
のようなSOI技術を利用した素子に対しても、本発明
を応用することができる。
Although the thin film transistor has been described above as an example, an element using a thin film, such as a bipolar transistor or a heterojunction bipolar transistor,
The present invention can be applied. Further, the present invention can be applied to an element using SOI technology such as a three-dimensional device.

【0092】固相成長法を例にとって本発明について説
明したが、本発明は固相成長法ばかりではなく、LPC
VD法やその他の方法、例えばEB蒸着法やスパッタ法
やMBE法で成膜したpoly−Si薄膜を利用して薄
膜半導体装置を作成する場合にも応用することができ
る。また、一般的なMOS型半導体装置にも応用するこ
とができる。
Although the present invention has been described by taking the solid phase growth method as an example, the present invention is not limited to the solid phase growth method, and may be LPC.
The present invention can also be applied to the case where a thin film semiconductor device is formed by using a poly-Si thin film formed by the VD method or another method, for example, the EB vapor deposition method, the sputtering method or the MBE method. It can also be applied to a general MOS type semiconductor device.

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

【図1】 (a)から(d)は、本発明の薄膜トランジ
スタの構造断面図である。
1A to 1D are structural cross-sectional views of a thin film transistor of the present invention.

【図2】 (a)から(e)は、本発明の実施例を示す
薄膜トランジスタの工程断面図である。
2A to 2E are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention.

【図3】 (a)から(d)は、本発明の実施例を示す
薄膜トランジスタの工程断面図である。ただし、図3
(a)は、図2(e)から続いている。
3A to 3D are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention. However,
(A) continues from FIG. 2 (e).

【図4】 (a)から(b)は、本発明の実施例を示す
薄膜トランジスタの工程断面図である。ただし、図4
(a)は、図3(d)から続いている。
4A to 4B are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention. However,
(A) continues from FIG. 3 (d).

【図5】 (a)から(e)は、本発明の実施例を示す
薄膜トランジスタの工程断面図である。
5A to 5E are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention.

【図6】 (a)から(d)は、本発明の実施例を示す
薄膜トランジスタの工程断面図である。ただし、図6
(a)は、図5(e)から続いている。
6A to 6D are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention. However, FIG.
(A) continues from FIG. 5 (e).

【図7】 (a)から(b)は、本発明の実施例を示す
薄膜トランジスタの工程断面図である。ただし、図7
(a)は、図6(d)から続いている。
7A to 7B are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention. However,
(A) continues from FIG. 6 (d).

【図8】 (a)から(e)は、本発明の実施例を示す
薄膜トランジスタの工程断面図である。
8A to 8E are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention.

【図9】 (a)から(d)は、本発明の実施例を示す
薄膜トランジスタの工程断面図である。ただし、図9
(a)は、図8(e)から続いている。
9A to 9D are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention. However, in FIG.
(A) continues from FIG. 8 (e).

【図10】 (a)から(c)は、本発明の実施例を示
す薄膜トランジスタの工程断面図である。ただし、図1
0(a)は、図9(d)から続いている。
10A to 10C are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention. However,
0 (a) continues from FIG. 9 (d).

【図11】 (a)から(e)は、本発明の実施例を示
す薄膜トランジスタの工程断面図である。
11A to 11E are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention.

【図12】 (a)から(d)は、本発明の実施例を示
す薄膜トランジスタの工程断面図である。ただし、図1
2(a)は、図11(e)から続いている。
12A to 12D are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention. However,
2 (a) continues from FIG. 11 (e).

【図13】 (a)から(c)は、本発明の実施例を示
す薄膜トランジスタの工程断面図である。ただし、図1
3(a)は、図12(d)から続いている。
13A to 13C are process cross-sectional views of a thin film transistor showing an embodiment of the present invention. However,
3 (a) continues from FIG. 12 (d).

【図14】 本発明の効果を示すNch薄膜トランジス
タの特性図である。
FIG. 14 is a characteristic diagram of an Nch thin film transistor showing the effect of the present invention.

【図15】 本発明において、オフセット長Lの効果を
示すNch薄膜トランジスタの特性図である。
FIG. 15 is a characteristic diagram of an Nch thin film transistor showing the effect of the offset length L in the present invention.

【図16】 従来のオフセットゲート構造薄膜トランジ
スタを説明するための構造断面図である。
FIG. 16 is a structural cross-sectional view illustrating a conventional offset gate structure thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1− 1 メインゲート電極 1− 2 サブゲート電極 1− 3 ゲート絶縁膜 1− 4 第2の絶縁膜 1− 7 テーパー形状のメインゲート電極 1− 8 LDD領域 2− 4 ゲート絶縁膜 2− 5 メインゲート電極 2− 6 第2の絶縁膜 2− 7 ゲートコンタクトホール 2− 8 サブゲート電極 2− 9 オフセット領域 2−10 ソース領域 2−11 ドレイン領域 5− 4 ゲート絶縁膜 5− 5 テーパー形状のメインゲート電極 5− 6 メインゲート電極の酸化により形成された第
2の絶縁膜 5− 7 ゲートコンタクトホール 5− 8 サブゲート電極 5− 9 オフセット領域 5−10 ソース領域 5−11 ドレイン領域 8− 4 ゲート絶縁膜 8− 5 メインゲート電極 8− 6 LDD領域 8− 8 第2の絶縁膜 8− 9 ゲートコンタクトホール 8−10 サブゲート電極 8−11 LDD領域 8−12 ソース領域 8−13 ドレイン領域 11− 4 ゲート絶縁膜 11− 5 テーパー形状のメインゲート電極 11− 6 LDD領域 11− 8 メインゲート電極を酸化して形成した第2
の絶縁膜 11− 9 ゲートコンタクトホール 11−10 サブゲート電極 11−11 LDD領域 11−12 ソース領域 11−13 ドレイン領域 14− 1 従来方法により作製した非オフセットゲー
ト構造Nch薄膜トランジスタの特性 14− 2 従来方法により作製したオフセットゲート
構造Nch薄膜トランジスタの特性 14− 3 本発明により作製したNch薄膜トランジ
スタの特性 15− 1 L=1μmの場合のNch薄膜トランジス
タの特性 15− 2 L=1.5μmの場合のNch薄膜トラン
ジスタの特性 15− 3 L=4.5μmの場合のNch薄膜トラン
ジスタの特性
1-1 Main gate electrode 1-2 Sub-gate electrode 1-3 Gate insulating film 1-4 Fourth insulating film 1-7 Tapered main gate electrode 1-8 LDD region 2-4 Gate insulating film 2-5 Main gate Electrode 2-6 Second insulating film 2-7 Gate contact hole 2-8 Sub-gate electrode 2-9 Offset region 2-10 Source region 2-11 Drain region 5-4 Gate insulating film 5-5 Tapered main gate electrode 5-6 Second insulating film formed by oxidation of main gate electrode 5-7 Gate contact hole 5-8 Sub-gate electrode 5-9 Offset region 5-10 Source region 5-11 Drain region 8-4 Gate insulating film 8 -5 Main gate electrode 8-6 LDD region 8-8 Second insulating film 8-9 Gate contact hole 8 10 sub-gate electrode 8-11 LDD region 8-12 source region 8-13 drain region 11-4 gate insulating film 11-5 tapered main gate electrode 11-6 LDD region 11-8 formed by oxidizing main gate electrode Second
Insulating film 11-9 Gate contact hole 11-10 Sub-gate electrode 11-11 LDD region 11-12 Source region 11-13 Drain region 14-1 Characteristics of non-offset gate structure Nch thin film transistor manufactured by conventional method 14-2 Conventional method 14-3 Characteristics of Nch Thin-Film Transistor Produced by Offset Gate Structure 14-3 Characteristics of Nch Thin-Film Transistor Fabricated According to the Present Invention 15-1 Characteristics of Nch Thin-Film Transistor when L = 1 μm 15-2 Characteristics of Nch Thin-Film Transistor when L = 1.5 μm Characteristics of Nch thin film transistor when 15−3 L = 4.5 μm

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソース領域、ドレイン領域、ゲート絶縁
膜およびゲート電極を有するプレーナー型薄膜半導体装
置において、ゲート絶縁膜の上にメインゲート電極を有
し、該メインゲート電極のうえにコンタクトホールを有
する第2の絶縁膜をはさんで前記メインゲート電極と電
気的に導通されたサブゲート電極を有し、該サブゲート
電極をマスクとして自己整合的にソース領域およびドレ
イン領域が形成されていることを特徴とする薄膜半導体
装置。
1. A planar type thin film semiconductor device having a source region, a drain region, a gate insulating film and a gate electrode, wherein a main gate electrode is provided on the gate insulating film, and a contact hole is provided on the main gate electrode. It has a sub-gate electrode electrically connected to the main gate electrode with a second insulating film interposed therebetween, and a source region and a drain region are formed in a self-aligned manner by using the sub-gate electrode as a mask. Thin film semiconductor device.
【請求項2】 請求項1のサブゲート電極長をLs、メ
インゲート電極長をLmとすると、すくなくともLs>L
mの条件を満たすことを特徴とする薄膜半導体装置。
2. When the sub-gate electrode length of claim 1 is L s and the main gate electrode length is L m , at least L s > L
A thin film semiconductor device characterized by satisfying the condition of m .
【請求項3】 請求項1のサブゲート電極は、メインゲ
ート電極を完全にオーバーラップしていることを特徴と
する薄膜半導体装置。
3. The thin film semiconductor device according to claim 1, wherein the sub-gate electrode completely overlaps the main gate electrode.
【請求項4】 請求項1の薄膜半導体装置の製造方法に
於て、 (a) 絶縁性非晶質材料上に第1の半導体層を形成
し、該半導体層上にゲート絶縁膜を成膜する工程、 (b) 前記ゲート絶縁膜上にメインゲート電極を形成
する工程、 (c) 前記メインゲート電極の上に第2の絶縁膜を成
膜する工程、 (d) 前記第2の絶縁膜にゲートコンタクトホールを
形成し、前記メインゲート電極の1部を露出させる工
程、 (e) 前記メインゲート電極を完全にオーバーラップ
するようなサブゲート電極を形成する工程、 (f) 前記サブゲート電極をマスクとしてリン、ヒ素
あるいはボロン等の不純物をイオン注入することによ
り、前記サブゲート電極に対して自己整合的に、ソース
領域、ドレイン領域およびオフセット領域を形成する工
程、 (g) 層間絶縁膜を積層する工程、 (h) 前記第1の半導体層とのコンタクトを形成する
ために、フォト工程により、前記層間絶縁膜にコンタク
トホールを形成し、電極を形成する工程を少なくとも有
することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 1, wherein (a) a first semiconductor layer is formed on the insulating amorphous material, and a gate insulating film is formed on the semiconductor layer. (B) forming a main gate electrode on the gate insulating film, (c) forming a second insulating film on the main gate electrode, (d) the second insulating film Forming a gate contact hole in the substrate to expose a part of the main gate electrode, (e) forming a sub-gate electrode that completely overlaps the main gate electrode, (f) masking the sub-gate electrode Forming a source region, a drain region, and an offset region in a self-aligned manner with respect to the sub-gate electrode by ion-implanting impurities such as phosphorus, arsenic, or boron. Stacking an interlayer insulating film, (h) at least including a step of forming a contact hole in the interlayer insulating film and forming an electrode by a photo process in order to form a contact with the first semiconductor layer A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising:
【請求項5】 ソース領域、ドレイン領域、ゲート絶縁
膜およびゲート電極を有するプレーナー型薄膜半導体装
置において、ゲート絶縁膜の上にテーパー形状のメイン
ゲート電極を有し、該メインゲート電極を酸化させて該
メインゲート電極上に第2の絶縁膜を形成し、該第2の
絶縁膜にコンタクトホールを形成して前記メインゲート
電極と電気的に導通されたサブゲート電極を有し、該サ
ブゲート電極をマスクとして自己整合的にソース領域お
よびドレイン領域が形成されていることを特徴とする薄
膜半導体装置。
5. A planar type thin film semiconductor device having a source region, a drain region, a gate insulating film and a gate electrode, wherein a tapered main gate electrode is provided on the gate insulating film and the main gate electrode is oxidized. A second insulating film is formed on the main gate electrode, a contact hole is formed in the second insulating film to have a sub-gate electrode electrically connected to the main gate electrode, and the sub-gate electrode is masked. And a source region and a drain region are formed in a self-aligned manner as a thin film semiconductor device.
【請求項6】 請求項5のサブゲート電極長をLs、メ
インゲート電極長をLmとすると、すくなくともLs>L
mの条件を満たすことを特徴とする薄膜半導体装置。
6. The sub-gate electrode length of claim 5 is L s , and the main gate electrode length is L m , at least L s > L
A thin film semiconductor device characterized by satisfying the condition of m .
【請求項7】 請求項5のサブゲート電極は、メインゲ
ート電極を完全にオーバーラップしていることを特徴と
する薄膜半導体装置。
7. The thin film semiconductor device according to claim 5, wherein the sub-gate electrode completely overlaps the main gate electrode.
【請求項8】 請求項5の薄膜半導体装置の製造方法に
於て、 (a) 絶縁性非晶質材料上に第1の半導体層を形成
し、該半導体層上にゲート絶縁膜を成膜する工程、 (b) 前記ゲート絶縁膜上にテーパーエッチングによ
りテーパー形状のメインゲート電極を形成する工程、 (c) 前記メインゲート電極を直接酸化させて、第2
の絶縁膜を成膜する工程、 (d) 前記第2の絶縁膜にゲートコンタクトホールを
形成し、前記メインゲート電極の1部を露出させる工
程、 (e) 前記メインゲート電極を完全にオーバーラップ
するようなサブゲート電極を形成する工程、 (f) 前記サブゲート電極をマスクとしてリン、ヒ素
あるいはボロン等の不純物をイオン注入することによ
り、前記サブゲート電極に対して自己整合的に、ソース
領域、ドレイン領域およびオフセット領域を形成する工
程、 (g) 層間絶縁膜を積層する工程、 (h) 前記第1の半導体層とのコンタクトを形成する
ために、フォト工程により、前記層間絶縁膜にコンタク
トホールを形成し、電極を形成する工程を少なくとも有
することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 5, wherein (a) a first semiconductor layer is formed on the insulating amorphous material, and a gate insulating film is formed on the semiconductor layer. And (b) forming a tapered main gate electrode on the gate insulating film by taper etching, (c) directly oxidizing the main gate electrode, and
And (d) forming a gate contact hole in the second insulating film to expose a part of the main gate electrode, (e) completely overlapping the main gate electrode And (f) by ion-implanting impurities such as phosphorus, arsenic, or boron with the sub-gate electrode as a mask, the source region and the drain region are self-aligned with the sub-gate electrode. And a step of forming an offset region, (g) a step of laminating an interlayer insulating film, (h) a contact hole is formed in the interlayer insulating film by a photo step in order to form a contact with the first semiconductor layer. And a method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising at least a step of forming an electrode.
【請求項9】 ソース領域、ドレイン領域、ゲート絶縁
膜およびゲート電極を有するプレーナー型薄膜半導体装
置において、ゲート絶縁膜の上にメインゲート電極を有
し、該メインゲート電極をマスクとして低濃度の不純物
をイオン注入してLDD(Lightly Doped
Drain)領域が形成され、該メインゲート電極の
うえにコンタクトホールを有する第2の絶縁膜をはさん
で前記メインゲート電極と電気的に導通されたサブゲー
ト電極を有し、該サブゲート電極をマスクとして高濃度
の不純物をイオン注入して自己整合的にソース領域およ
びドレイン領域が形成されていることを特徴とする薄膜
半導体装置。
9. A planar type thin film semiconductor device having a source region, a drain region, a gate insulating film and a gate electrode, wherein a main gate electrode is provided on the gate insulating film, and the main gate electrode is used as a mask for low-concentration impurities. LDD (Lightly Doped)
A drain region is formed, and a sub-gate electrode electrically connected to the main gate electrode is sandwiched between the main gate electrode and a second insulating film having a contact hole, and the sub-gate electrode is used as a mask. A thin film semiconductor device, wherein a source region and a drain region are formed in a self-aligned manner by ion-implanting a high concentration of impurities.
【請求項10】 請求項9のサブゲート電極長をLs
メインゲート電極長をLmとすると、すくなくともLs
mの条件を満たすことを特徴とする薄膜半導体装置。
10. The sub-gate electrode length of claim 9 is L s ,
If the length of the main gate electrode is L m , at least L s >
A thin film semiconductor device characterized by satisfying the condition of L m .
【請求項11】 請求項9のサブゲート電極は、メイン
ゲート電極を完全にオーバーラップしていることを特徴
とする薄膜半導体装置。
11. The thin film semiconductor device according to claim 9, wherein the sub-gate electrode completely overlaps the main gate electrode.
【請求項12】 請求項9の薄膜半導体装置の製造方法
に於て、 (a) 絶縁性非晶質材料上に第1の半導体層を形成
し、該半導体層上にゲート絶縁膜を成膜する工程、 (b) 前記ゲート絶縁膜上にメインゲート電極を形成
する工程、 (c) 前記メインゲート電極の上に第2の絶縁膜を成
膜する工程、 (d) 前記メインゲート電極をマスクとして、1×1
19cm-3以下の低濃度のリン、ヒ素あるいはボロン等
の不純物をイオン注入することにより、LDD領域を形
成する工程、 (e) 前記第2の絶縁膜にゲートコンタクトホールを
形成し、前記メインゲート電極の1部を露出させる工
程、 (f) 前記メインゲート電極を完全にオーバーラップ
するようなサブゲート電極を形成する工程、 (g) 前記サブゲート電極をマスクとして1×1019
cm-3以上の高濃度のリン、ヒ素あるいはボロン等の不
純物をイオン注入することにより、前記サブゲート電極
に対して自己整合的に、ソース領域、ドレイン領域およ
びオフセット領域を形成する工程、 (h) 層間絶縁膜を積層する工程、 (i) 前記第1の半導体層とのコンタクトを形成する
ために、フォト工程により、前記層間絶縁膜にコンタク
トホールを形成し、電極を形成する工程を少なくとも有
することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
12. The method for manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 9, wherein (a) a first semiconductor layer is formed on the insulating amorphous material, and a gate insulating film is formed on the semiconductor layer. (B) forming a main gate electrode on the gate insulating film, (c) forming a second insulating film on the main gate electrode, (d) masking the main gate electrode As 1 × 1
Forming an LDD region by ion-implanting an impurity such as phosphorus, arsenic, or boron at a low concentration of 0 19 cm -3 or less; (e) forming a gate contact hole in the second insulating film; Exposing a part of the main gate electrode, (f) forming a sub-gate electrode so as to completely overlap the main gate electrode, (g) 1 × 10 19 using the sub-gate electrode as a mask
a step of forming a source region, a drain region and an offset region in a self-aligned manner with respect to the sub-gate electrode by ion-implanting a high-concentration impurity such as phosphorus, arsenic or boron of cm −3 or more; Laminating an interlayer insulating film, (i) at least including a step of forming a contact hole in the interlayer insulating film and forming an electrode by a photo process in order to form a contact with the first semiconductor layer. A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising:
【請求項13】 ソース領域、ドレイン領域、ゲート絶
縁膜およびゲート電極を有するプレーナー型薄膜半導体
装置において、ゲート絶縁膜の上にテーパー形状のメイ
ンゲート電極を有し、該メインゲート電極をマスクとし
て低濃度の不純物をイオン注入してLDD(Light
ly Doped Drain)領域が形成され、該メ
インゲート電極を酸化させて該メインゲート電極上に第
2の絶縁膜を形成し、該第2の絶縁膜にコンタクトホー
ルを形成して前記メインゲート電極と電気的に導通され
たサブゲート電極を有し、該サブゲート電極をマスクと
して高濃度の不純物をイオン注入して自己整合的にソー
ス領域およびドレイン領域が形成されていることを特徴
とする薄膜半導体装置。
13. A planar type thin film semiconductor device having a source region, a drain region, a gate insulating film and a gate electrode, wherein a tapered main gate electrode is provided on the gate insulating film, and the main gate electrode is used as a mask to reduce the thickness. LDD (Light
and a second insulating film is formed on the main gate electrode by oxidizing the main gate electrode, and a contact hole is formed in the second insulating film to form the main gate electrode. A thin film semiconductor device having a sub-gate electrode that is electrically connected, wherein a high concentration impurity is ion-implanted using the sub-gate electrode as a mask to form a source region and a drain region in a self-aligned manner.
【請求項14】 請求項13のサブゲート電極長をL
s 、メインゲート電極長をLm とすると、すくなくとも
s >Lm の条件を満たすことを特徴とする薄膜半導体
装置。
14. The sub-gate electrode length of claim 13 is L
s and the length of the main gate electrode are L m , the thin film semiconductor device is characterized in that at least the condition of L s > L m is satisfied.
【請求項15】 請求項13のサブゲート電極は、メイ
ンゲート電極を完全にオーバーラップしていることを特
徴とする薄膜半導体装置。
15. The thin film semiconductor device according to claim 13, wherein the sub-gate electrode completely overlaps the main gate electrode.
【請求項16】 請求項13の薄膜半導体装置の製造方
法に於て、 (a) 絶縁性非晶質材料上に第1の半導体層を形成
し、該半導体層上にゲート絶縁膜を成膜する工程、 (b) 前記ゲート絶縁膜上にテーパーエッチングによ
りテーパー形状のメインゲート電極を形成する工程、 (c) 前記メインゲート電極をマスクとして、1×1
19cm-3以下の低濃度のリン、ヒ素あるいはボロン等
の不純物をイオン注入することにより、LDD領域を形
成する工程、 (d) 前記メインゲート電極を直接酸化させて、第2
の絶縁膜を成膜する工程、 (e) 前記第2の絶縁膜にゲートコンタクトホールを
形成し、前記メインゲート電極の1部を露出させる工
程、 (f) 前記メインゲート電極を完全にオーバーラップ
するようなサブゲート電極を形成する工程、 (g) 前記サブゲート電極をマスクとして1×1019
cm-3以上の高濃度のリン、ヒ素あるいはボロン等の不
純物をイオン注入することにより、前記サブゲート電極
に対して自己整合的に、ソース領域、ドレイン領域およ
びオフセット領域を形成する工程、 (h) 層間絶縁膜を積層する工程、 (i) 前記第1の半導体層とのコンタクトを形成する
ために、フォト工程により、前記層間絶縁膜にコンタク
トホールを形成し、電極を形成する工程を少なくとも有
することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
16. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 13, wherein (a) a first semiconductor layer is formed on the insulating amorphous material, and a gate insulating film is formed on the semiconductor layer. (B) forming a tapered main gate electrode on the gate insulating film by taper etching, (c) 1 × 1 using the main gate electrode as a mask
A step of forming an LDD region by ion-implanting an impurity such as phosphorus, arsenic, or boron at a low concentration of 0 19 cm -3 or less, (d) directly oxidizing the main gate electrode, and
And (e) forming a gate contact hole in the second insulating film to expose a part of the main gate electrode, (f) completely overlapping the main gate electrode Forming a sub-gate electrode as described above, (g) 1 × 10 19 using the sub-gate electrode as a mask
a step of forming a source region, a drain region and an offset region in a self-aligned manner with respect to the sub-gate electrode by ion-implanting a high-concentration impurity such as phosphorus, arsenic or boron of cm −3 or more, (h) Laminating an interlayer insulating film, (i) at least including a step of forming a contact hole in the interlayer insulating film and forming an electrode by a photo process in order to form a contact with the first semiconductor layer. A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising:
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