JPH06181311A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH06181311A
JPH06181311A JP33323692A JP33323692A JPH06181311A JP H06181311 A JPH06181311 A JP H06181311A JP 33323692 A JP33323692 A JP 33323692A JP 33323692 A JP33323692 A JP 33323692A JP H06181311 A JPH06181311 A JP H06181311A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
conductivity
film
forming
polycrystalline semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP33323692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Machida
佳彦 町田
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPH06181311A publication Critical patent/JPH06181311A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To form a CMOS thin film transistor at the prescribed temperature or lower by a method wherein by providing a first conductive thin film constituting a source and drain region on the lower side of a part of a polycrystalline semiconductor layer and also by providing another thin film constituting a, source and rain region, having a conductivity the opposite to the first conductivity, on the upper side of the above-mentioned thin film. CONSTITUTION:A polycrystalline silicon layer 103 is formed on an impurity- doped silicon polycrystalline layer 102 using a CVD method. After a gate insulating film 104, a gate wiring layer 105 and an interlayer insulating film have been formed on the polycrystalline silicon layer 103, an aperture part is provided on the thin film which constitutes the source and drain region of the interlayer insulating film 108 and the gate insulating film 104. An impurity-doped silicon layer 107 is formed on the aperture part, and a source and drain part is provided. As a result, all proceses can be conducted at a low temperature of 450 deg.C or lower, and many kinds of materials can be selected as a substrate 101.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に係わり、特に絶縁性非晶質材料上の半導体装置
及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and its manufacturing method, and more particularly to a semiconductor device on an insulating amorphous material and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、低融点ガラス基板上に、多結晶シ
リコンを素子材とした高性能なTFT(薄膜トランジス
タ)を低温形成する試みが活発化している。特に、基板
として、石英基板に比較して安価なホウ珪酸ガラス(コ
ーニング社の7059等)用い、プロセスの最高温度4
50℃程度以下で、高移動度でオンオフ比の高いCMO
S型のpoly−SiTFTを作製する低温プロセスの
実用化が待望されている。
2. Description of the Related Art In recent years, active attempts have been made to form high-performance TFTs (thin film transistors) using polycrystalline silicon as an element material at low temperature on a low-melting glass substrate. In particular, borosilicate glass (7059 manufactured by Corning Co., Ltd.), which is cheaper than a quartz substrate, is used as the substrate, and the maximum temperature of the process is 4
CMO with high mobility and high on / off ratio below 50 ° C
Practical application of a low-temperature process for producing an S-type poly-Si TFT is desired.

【0003】CMOS型のpoly−SiTFTを形成
する従来の方法としては、例えば1990 インターナ
ショナル エレクロトン デバイシス ミーティング
テクニカル ダイジェスト(1990 Interna
tional Electron Devices M
eeting Technical Digest),
pp.843等に見られる様にゲート電極をマスクとし
たセルフアライン法でイオン打ち込みによりソースドレ
イン領域を形成する方法が広く用いられている。
A conventional method for forming a CMOS type poly-Si TFT is, for example, the 1990 International Electroton Deviation Meeting.
Technical Digest (1990 Interna
regional Electron Devices M
eating Technical Digest),
pp. As seen in 843 and the like, a method of forming a source / drain region by ion implantation by a self-alignment method using a gate electrode as a mask is widely used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な従来よく用いられたTFT構造及び製造方法では、イ
オン打ち込みソース・ドレイン領域を形成するため、ソ
ース・ドレイン領域の結晶性が劣化してしまう。450
℃以下の低い温度での熱処理ではこの様な結晶性の劣化
を十分に回復させることができないため、ドレイン端で
の電子・正孔対の生成電流等を原因としたオフリーク電
流が発生し、充分なオンオフ比が得られない等の問題が
ある。そこで、本発明はより実用的なCMOS構成の薄
膜トランジスタを450℃程度以下の低温で形成するこ
との可能な素子構造及びその製造方法を提供するもので
ある。
However, in such a conventionally used TFT structure and manufacturing method, the ion-implanted source / drain regions are formed, so that the crystallinity of the source / drain regions deteriorates. 450
Since heat treatment at a low temperature of ℃ or less cannot sufficiently recover such deterioration of crystallinity, an off-leakage current due to an electron / hole pair generation current at the drain end is generated, There is a problem that a high on / off ratio cannot be obtained. Therefore, the present invention provides a device structure capable of forming a more practical CMOS thin film transistor at a low temperature of about 450 ° C. or less, and a method for manufacturing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】以上述べた様な問題点を
解決するために、本発明の半導体装置は、チャンネル領
域を含むシリコンを主体とし、ボロン等の不純物をドー
ピングした多結晶半導体層、ゲート絶縁膜、サイドウォ
ールを有するゲート電極、該チャンネル領域を含むシリ
コンを主体とする多結晶半導体層の少なくとも一部の領
域の下側に第一の導電性を有するソース・ドレイン領域
を成す薄膜を少なくとも有し、前記多結晶半導体層の少
なくとも一部の領域の上側に第一の導電性と反対の導電
性を有するソース・ドレイン領域を成す薄膜を少なくと
も有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor device of the present invention is a polycrystalline semiconductor layer mainly composed of silicon containing a channel region and doped with impurities such as boron, A gate insulating film, a gate electrode having a side wall, and a thin film forming a source / drain region having a first conductivity under at least a part of a polycrystalline semiconductor layer mainly containing silicon including the channel region. At least a thin film forming a source / drain region having conductivity opposite to the first conductivity is provided above at least a part of the region of the polycrystalline semiconductor layer.

【0006】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
第一の導電性を有する多結晶半導体薄膜を形成する工程
と、前記第一の導電性を有する多結晶半導体薄膜上にチ
ャネル領域を含むシリコンを主体とし、ボロン等の不純
物をドーピングした多結晶半導体層を形成する工程と、
前記チャネル領域を含む多結晶半導体層上にゲート絶縁
膜を形成する工程と、ゲート電極を形成する工程及び前
記チャネル領域を含む多結晶半導体層上に前記第一の導
電性と反対の導電性を有する多結晶半導体薄膜を形成す
る工程を有することを特徴とし、また前記第一の導電性
と反対の導電性を有する多結晶半導体薄膜を形成する工
程に於て、前記第一の導電性と反対の導電性を有する多
結晶半導体薄膜が絶縁性の材料の上に成膜されない条件
で選択的に成膜したこを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is
A step of forming a polycrystalline semiconductor thin film having a first conductivity, and a polycrystalline semiconductor mainly composed of silicon including a channel region on the polycrystalline semiconductor thin film having a first conductivity and doped with impurities such as boron Forming a layer,
A step of forming a gate insulating film on the polycrystalline semiconductor layer including the channel region, a step of forming a gate electrode, and a conductivity opposite to the first conductivity on the polycrystalline semiconductor layer including the channel region. In the step of forming a polycrystalline semiconductor thin film having a conductivity opposite to that of the first conductivity, it has a step of forming a polycrystalline semiconductor thin film having a conductivity opposite to that of the first conductivity. Is characterized in that the polycrystalline semiconductor thin film having conductivity is selectively formed under the condition that the polycrystalline semiconductor thin film is not formed on the insulating material.

【0007】[0007]

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

【0008】図1(a)は、絶縁性基板101上に不純
物をドープした多結晶シリコン層102、多結晶シリコ
ン層103を形成した状態を示すものである。不純物を
ドープしたシリコン層102は作製するP型の薄膜トラ
ンジスタのソース・ドレイン層を成すものであり、多結
晶シリコン層はP及びN型の薄膜トランジスタのチャネ
ル領域を成すものである。
FIG. 1 (a) shows a state in which an impurity-doped polycrystalline silicon layer 102 and polycrystalline silicon layer 103 are formed on an insulating substrate 101. The impurity-doped silicon layer 102 forms the source / drain layers of the P-type thin film transistor to be manufactured, and the polycrystalline silicon layer forms the channel regions of the P-type and N-type thin film transistors.

【0009】絶縁性基板101としては、表面にAPC
VD法(常圧CVD法)によるNSG層を形成したホウ
珪酸ガラス基板を用いている。
As the insulating substrate 101, APC is provided on the surface.
A borosilicate glass substrate having an NSG layer formed by the VD method (atmospheric pressure CVD method) is used.

【0010】不純物をドープしたシリコン層102の形
成方法としては、プラズマCVD法を利用し、基板温度
400℃で、500Å成膜した。反応ガスとして、シラ
ン(SiH4)、弗化シラン(SiF4)を用い、混合
比を、シラン、弗化シラン、水素=1:30として成膜
した。ドーピングガスとしては、アルゴンベースの20
00ppmの濃度のジボラン(B2H6)を用い、弗化
シランの流量に対して1/4程度添加している。シラン
と弗化シランの流量比=1:20〜1:100の範囲で
良好な特性を有する不純物をドープした多結晶シリコン
膜を成膜することが可能である。また、シランの代わり
にジシラン(Si2H6)を用いても良い。その場合に
は弗化シランとの流量比を1:5〜1:30の範囲とす
ると良好な特性の多結晶シリコン膜を成膜できる。基板
温度としては300℃程度までの低温で多結晶シリコン
膜を成膜することが可能であるが、350℃以上とする
ことが好ましい。
As a method for forming the impurity-doped silicon layer 102, a plasma CVD method was used, and a film was formed at a substrate temperature of 400.degree. Silane (SiH4) and fluorinated silane (SiF4) were used as the reaction gas, and the film was formed at a mixing ratio of silane, fluorinated silane, and hydrogen = 1: 30. As a doping gas, an argon-based 20
Diborane (B2H6) having a concentration of 00 ppm is used, and is added about 1/4 of the flow rate of fluorinated silane. It is possible to form an impurity-doped polycrystalline silicon film having good characteristics in a flow rate ratio of silane and silane fluoride = 1: 20 to 1: 100. Further, disilane (Si2H6) may be used instead of silane. In that case, a polycrystalline silicon film having good characteristics can be formed by setting the flow rate ratio to fluorinated silane in the range of 1: 5 to 1:30. Although it is possible to form a polycrystalline silicon film at a low substrate temperature of about 300 ° C., it is preferably 350 ° C. or higher.

【0011】また、原料ガス(シラン、ジシラン、弗化
シラン等)を水素で0.5〜5%の範囲で希釈しながら
成膜することでも同様に450℃以下の低温で良好な特
性を有する多結晶シリコン膜を成膜することができる。
基板温度としては200℃程度の低温まで多結晶シリコ
ンを成膜することが可能であるが、良好な膜質を得るた
めには300℃以上とすることが望ましい。更に原料ガ
スとして、シラン、ジシラン、水素に加えて、弗素
(F)、塩素(Cl)等の元素を含む反応ガスを適量混
合することで、より成膜速度の速い条件で多結晶シリコ
ンを成膜することができ、成膜時間を短縮することが可
能である。成膜条件の一例を示すと、反応ガスとしてシ
ラン、ジクロルシラン、水素を用い、混合比を例えば、
シラン:ジクロルシラン=1:20〜1:200程度、
シラン:水素=1:20〜1:100程度の範囲で、基
板温度300℃〜450℃程度とすると、良好な特性を
有する多結晶シリコン膜を形成することが可能である。
Similarly, by forming a film while diluting the source gas (silane, disilane, fluorinated silane, etc.) with hydrogen in the range of 0.5 to 5%, good characteristics can be obtained at a low temperature of 450 ° C. or lower. A polycrystalline silicon film can be formed.
Although it is possible to form a polycrystalline silicon film as a substrate temperature up to a low temperature of about 200 ° C., it is desirable to set it to 300 ° C. or higher in order to obtain good film quality. Further, as a raw material gas, in addition to silane, disilane, and hydrogen, an appropriate amount of a reaction gas containing an element such as fluorine (F) and chlorine (Cl) is mixed, so that polycrystalline silicon is formed at a higher film-forming rate. A film can be formed and the film formation time can be shortened. As an example of film forming conditions, silane, dichlorosilane, and hydrogen are used as the reaction gas, and the mixing ratio is, for example,
Silane: dichlorosilane = 1: 20 to 1: 200,
When the substrate temperature is about 300 ° C. to 450 ° C. in the range of silane: hydrogen = 1: 20 to 1: 100, a polycrystalline silicon film having good characteristics can be formed.

【0012】不純物をドープしたシリコン多結晶層10
2にフォトエッチ工程によりパターンを形成した後、多
結晶シリコン層103を成膜する。
Impurity-doped polycrystalline silicon layer 10
After forming a pattern on the second layer by a photo-etching process, a polycrystalline silicon layer 103 is formed.

【0013】多結晶シリコン層103に成膜方法として
は、プラズマCVD法を用い、不純物をドープしたシリ
コン層102と同様な成膜条件で、ドーピングガスとし
てアルゴンベースの30ppmのジボランを原料ガス
(シラン、ジシラン、弗化シラン)の流量に対して0.
5%程度添加して成膜を行なっている。この様なドープ
ガスを原料ガスの流量に対して0.1〜5%程度添加す
ることで、作製するP型及びN型の薄膜トランジスタの
特性を揃えることができる。
As a film forming method for the polycrystalline silicon layer 103, a plasma CVD method is used. Under the same film forming conditions as those for the impurity-doped silicon layer 102, argon-based 30 ppm diborane is used as a source gas (silane). , Disilane, fluorinated silane).
A film is formed by adding about 5%. The characteristics of the P-type and N-type thin film transistors to be manufactured can be made uniform by adding about 0.1 to 5% of such a doping gas to the flow rate of the source gas.

【0014】多結晶シリコン膜103の成膜前にはフッ
酸によるライトエッチ及び、水素雰囲気中でプラズマ処
理を行っている。この様な処理を行うことは作製する薄
膜トランジスタのオフ時のリーク電流を抑えるのに効果
がある。
Before the formation of the polycrystalline silicon film 103, light etching with hydrofluoric acid and plasma treatment in a hydrogen atmosphere are performed. Such treatment is effective in suppressing the leak current when the thin film transistor to be manufactured is off.

【0015】図1(b)は多結晶シリコン層103上に
ゲート絶縁膜104、ゲート配線層105及び層間絶縁
膜108を成膜した後、層間絶縁膜108及びゲート絶
縁膜104ののN型トランジスタのソース・ドレインを
形成する領域に開口部を設けた状態を示すものである。
FIG. 1B shows an N-type transistor of the interlayer insulating film 108 and the gate insulating film 104 after the gate insulating film 104, the gate wiring layer 105 and the interlayer insulating film 108 are formed on the polycrystalline silicon layer 103. 2 shows a state in which an opening is provided in the region where the source / drain is formed.

【0016】ゲート絶縁膜104の形成方法としては、
SiO2をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法を
利用し、10%の酸素を添加したアルゴン雰囲気中で、
基板温度を350℃とし、1500Å成膜した。アルゴ
ンに添加する酸素の量は、3〜20%が適当で、5〜1
5%の範囲で特に耐圧の高いゲート膜を成膜することが
出来る。基板温度はある程度高い方が耐圧の高いゲート
膜を成膜することが可能であるが、250〜400℃と
するのが適当である。また、ゲート絶縁膜203の形成
方法として、シラン及び酸素を原料ガスとするECR
(電子サイクロトロン共鳴)CVD法を用いても、良好
な特性を有する薄膜トランジスタを作製することができ
る。
As a method of forming the gate insulating film 104,
Using a magnetron sputtering method targeting SiO2, in an argon atmosphere containing 10% oxygen,
The substrate temperature was set to 350 ° C., and 1500 Å film was formed. The amount of oxygen added to argon is appropriately 3 to 20%, and 5 to 1
A gate film having a particularly high breakdown voltage can be formed within the range of 5%. It is possible to form a gate film having a higher breakdown voltage when the substrate temperature is higher to some extent, but it is suitable to set the temperature to 250 to 400 ° C. In addition, as a method for forming the gate insulating film 203, ECR using silane and oxygen as source gases
A thin film transistor having good characteristics can also be manufactured by using an (electron cyclotron resonance) CVD method.

【0017】ゲート配線層105は多結晶シリコン膜
で、不純物をドープしたシリコン層102と同様の成膜
条件でプラズマCVD法を用いて形成した。ドープガス
としてはアルゴンベースの2000ppmのフォスフィ
ン(PH3)を原料ガスの流量に対して1/3程度添加
して成膜を行なっている。成膜後フォトエッチ工程によ
りパターンを形成を行っている。
The gate wiring layer 105 is a polycrystalline silicon film and is formed by the plasma CVD method under the same film forming conditions as the impurity-doped silicon layer 102. As a doping gas, arsenic-based 2000 ppm phosphine (PH3) is added by about 1/3 of the flow rate of the source gas to form a film. After film formation, a pattern is formed by a photoetching process.

【0018】層間絶縁膜108はNSG膜で、原料ガス
としてシラン及び酸素を用いた減圧CVD法を用いて、
基板温度430℃で800nm成膜している。その後、
フォトエッチによりN型薄膜トランジスタのソース・ド
レインとなる領域に開口部を形成している。
The interlayer insulating film 108 is an NSG film, which is formed by a low pressure CVD method using silane and oxygen as source gases.
A 800 nm film is formed at a substrate temperature of 430 ° C. afterwards,
Openings are formed in the regions serving as the source / drain of the N-type thin film transistor by photoetching.

【0019】P型の薄膜トランジスタではオフ時のリー
クを低減するために、ゲート配線層105と不純物をド
ープしたシリコン層102の間には約0.2μmのオフ
セット領域を設けてある。オフセット量は0.1μm程
度からオフ時のリークを低減する効果が認められるが、
アライメント時の余裕及びオン時の特性の関係から0.
2〜0.5μmとするのが適当である。
In the P-type thin film transistor, an offset region of about 0.2 μm is provided between the gate wiring layer 105 and the impurity-doped silicon layer 102 in order to reduce the leak when turned off. Although the offset amount is about 0.1 μm, the effect of reducing the leak at the time of off is recognized,
From the relationship between the margin at the time of alignment and the characteristics at the time of ON, 0.
It is suitable to set it to 2 to 0.5 μm.

【0020】図1(c)は図1(b)で形成した開口部
に不純物をドープしたシリコン層107を形成した状態
を示すものである。不純物をドープしたシリコン層10
7はN型の薄膜トランジスタのソース・ドレイン部を成
すものである。
FIG. 1 (c) shows a state in which an impurity-doped silicon layer 107 is formed in the opening formed in FIG. 1 (b). Impurity-doped silicon layer 10
Reference numeral 7 is a source / drain portion of an N-type thin film transistor.

【0021】不純物をドープしたシリコン層107は、
不純物をドープしたシリコン層102と同様の成膜条件
でプラズマCVD法を用いて形成した。ドープガスとし
てはアルゴンベースの2000ppmのフォスフィン
(PH3)を原料ガスの流量に対して1/3程度添加し
て成膜を行なっている。成膜後、図1(b)で形成した
開口部以外の部分の不純物をドープした多結晶シリコン
膜107はフォトエッチ工程を用いて取り除いている。
The silicon layer 107 doped with impurities is
It was formed by using a plasma CVD method under the same film forming conditions as the impurity-doped silicon layer 102. As a doping gas, arsenic-based 2000 ppm phosphine (PH3) is added by about 1/3 of the flow rate of the source gas to form a film. After the film formation, the polycrystalline silicon film 107 doped with impurities in the portion other than the opening formed in FIG. 1B is removed by using a photoetching process.

【0022】図1(d)は薄膜トランジスタの完成した
状態を示すものである。
FIG. 1D shows a completed state of the thin film transistor.

【0023】不純物をドープしたシリコン膜107のパ
ターン形成後、水素雰囲気中でプラズマ処理を行い、薄
膜トランジスタの特性の向上を図っている。この処理
は、水素の濃度が10%程度以上であれば有効であり、
また配線層109のパターンの形成後に行っても良い。
After forming the pattern of the silicon film 107 doped with impurities, plasma treatment is performed in a hydrogen atmosphere to improve the characteristics of the thin film transistor. This treatment is effective when the hydrogen concentration is about 10% or more,
Alternatively, it may be performed after the pattern of the wiring layer 109 is formed.

【0024】P型の薄膜トランジスタにフォトエッチ工
程によりコンタクトホールを形成した後、シリコンを1
〜5%程度含むアルミ−シリコン−銅のターゲットを用
いたスパッタ法により配線層109を形成している。フ
ォトエッチ工程により配線層109のパターンを形成し
た後、水素を10%程度含む窒素雰囲気中で250℃〜
300℃のアニールを行い、薄膜トランジスタの特性及
びコンタクト特性の安定化を図っている。
After forming a contact hole in the P-type thin film transistor by a photo-etching process, silicon is deposited on the contact hole.
The wiring layer 109 is formed by a sputtering method using an aluminum-silicon-copper target containing approximately 5%. After the pattern of the wiring layer 109 is formed by the photoetching process, the temperature is set to 250 ° C. in a nitrogen atmosphere containing about 10% hydrogen.
Annealing at 300 ° C. is performed to stabilize the characteristics and contact characteristics of the thin film transistor.

【0025】図2は、本発明の実施例における半導体装
置の製造方法の他の一例を示す工程断面図である。
FIG. 2 is a process cross-sectional view showing another example of the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0026】図2(a)は、絶縁性基板201上に不純
物をドープした多結晶シリコン層202、多結晶シリコ
ン層203を形成した状態を示すものである。
FIG. 2 (a) shows a state in which an impurity-doped polycrystalline silicon layer 202 and polycrystalline silicon layer 203 are formed on an insulating substrate 201.

【0027】不純物をドープしたシリコン層202は作
製するP型の薄膜トランジスタのソース・ドレイン層を
成すものであり、多結晶シリコン層203はP及びN型
の薄膜トランジスタのチャネル領域を成すもので、図1
(a)で示した不純物をドープしたシリコン層102及
び多結晶シリコン層103と同様の方法を用いて形成し
ている。
The impurity-doped silicon layer 202 forms the source / drain layers of the P-type thin film transistor to be manufactured, and the polycrystalline silicon layer 203 forms the channel regions of the P-type and N-type thin film transistors.
It is formed by using the same method as the impurity-doped silicon layer 102 and the polycrystalline silicon layer 103 shown in (a).

【0028】図2(b)は多結晶シリコン層203上に
ゲート絶縁膜204及びゲート配線層205を形成した
状態を示すものである。
FIG. 2B shows a state in which the gate insulating film 204 and the gate wiring layer 205 are formed on the polycrystalline silicon layer 203.

【0029】ゲート絶縁膜204及びゲート配線層20
5の形成には、各々図1(b)で示したゲート絶縁膜1
04及びゲート配線層105と同様の方法を用いてる。
The gate insulating film 204 and the gate wiring layer 20
5 is formed by forming the gate insulating film 1 shown in FIG.
04 and the gate wiring layer 105, the same method is used.

【0030】図2(c)はゲート配線層205にサイド
ウォール206を形成後、多結晶シリコンの選択成膜に
より多結晶シリコン層203上に不純物をドープしたシ
リコン層207を形成した状態を示すものである。不純
物をドープしたシリコン層207は作製するN型薄膜ト
ランジスタのソース・ドレイン領域を成すものである。
FIG. 2C shows a state in which a side wall 206 is formed on the gate wiring layer 205 and then an impurity-doped silicon layer 207 is formed on the polycrystalline silicon layer 203 by selective film formation of polycrystalline silicon. Is. The impurity-doped silicon layer 207 forms the source / drain regions of the N-type thin film transistor to be manufactured.

【0031】サイドウォール206は、シラン及び酸素
を原料ガスとする減圧CVD法により酸化膜を成膜した
後、P型の薄膜トランジスタを形成しようとする領域を
レジストで被い、異方性のエッチングで前記酸化膜をエ
ッチングすることにより形成している。
The side wall 206 is formed by forming a oxide film by a low pressure CVD method using silane and oxygen as source gases, then covering a region where a P-type thin film transistor is to be formed with resist, and performing anisotropic etching. It is formed by etching the oxide film.

【0032】不純物をドープしたシリコン層207の形
成方法としてはプラズマCVD法を用い基板温度350
℃で2000Å成膜した。原料ガスとして、モノシラ
ン、ジクロルシランを用い、混合比を例えば、シラン:
ジクロルシラン=1:50とし、水素で20%程度に希
釈して成膜を行っている。ドーピングガスとしてアルゴ
ンベースの2000ppmのフォスフィンを原料ガスの
流量に対して1/3程度添加している。モノシラン:ジ
クロルシラン=1:20〜1:200程度の範囲とし、
これらの原料ガスを水素で50%以下に希釈して成膜す
ることで、多結晶シリコン上にのみ選択的に多結晶シリ
コンを成膜することができる。基板温度としては200
℃程度から成膜可能であるが、良好な膜質を得るために
は300℃以上とすることが望ましい。
As a method of forming the silicon layer 207 doped with impurities, a plasma CVD method is used and a substrate temperature of 350 is used.
A 2000 Å film was formed at ℃. Monosilane or dichlorosilane is used as the source gas, and the mixing ratio is, for example, silane:
Dichlorosilane is 1:50, and the film is formed by diluting it with hydrogen to about 20%. Argon-based 2000 ppm phosphine as a doping gas is added to about 1/3 of the flow rate of the source gas. Monosilane: dichlorosilane = 1: 20 to 1: 200
By diluting these source gases with hydrogen to 50% or less to form a film, the polycrystalline silicon can be selectively formed only on the polycrystalline silicon. The substrate temperature is 200
It is possible to form a film from about 0 ° C, but it is desirable to set the temperature to 300 ° C or higher in order to obtain a good film quality.

【0033】安定的に多結晶シリコン上のみに不純物を
ドープした多結晶シリコン膜を成膜するために、成膜前
にRCA洗浄を行っている。この他にも、水素含む雰囲
気中でのプラズマ処理やフッ酸によるライトエッチを行
なうことも、選択的な成膜を安定に行なうために有効で
ある。
In order to stably form an impurity-doped polycrystalline silicon film only on the polycrystalline silicon, RCA cleaning is performed before the film formation. In addition to this, plasma treatment in an atmosphere containing hydrogen and light etching with hydrofluoric acid are also effective for stable selective film formation.

【0034】図2(d)は薄膜トランジスタの完成した
状態を示すものである。
FIG. 2D shows a completed state of the thin film transistor.

【0035】不純物をドープしたシリコン層207を成
膜した後、減圧CVD法により層間絶縁膜208を形成
している。原料ガスとしてはシラン及び酸素を用い、基
板温度430℃で800nm成膜している。その後、フ
ォトエッチ工程によりコンタクトホールを形成してい
る。コンタクトホールのエッチングにはフッ酸を用いた
ウエットエッチを用いている。
After forming the silicon layer 207 doped with impurities, the interlayer insulating film 208 is formed by the low pressure CVD method. Silane and oxygen are used as a source gas, and a film having a thickness of 800 nm is formed at a substrate temperature of 430 ° C. After that, a contact hole is formed by a photoetching process. Wet etching using hydrofluoric acid is used for etching the contact holes.

【0036】層間絶縁膜208の成膜後、水素雰囲気中
でのプラズマ処理を行い作製する薄膜トランジスタの特
性の向上を図っている。この工程は配線層209のパタ
ーン形成後に行っても良い。
After the interlayer insulating film 208 is formed, plasma treatment is performed in a hydrogen atmosphere to improve the characteristics of the thin film transistor to be manufactured. This step may be performed after forming the pattern of the wiring layer 209.

【0037】コンタクトホール形成後、スパッタ法によ
り配線層209を形成している。配線層の形成は図1
(d)に示した配線層109と同様の方法を用いてい
る。フォトエッチ工程によりパターンを形成した後、水
素を10%程度含む窒素雰囲気中で250〜300℃の
アニールを行い薄膜トランジスタの特性及びコンタクト
特性の安定化を図っている。
After forming the contact hole, the wiring layer 209 is formed by the sputtering method. Wiring layer formation is shown in Figure 1.
The same method as the wiring layer 109 shown in (d) is used. After the pattern is formed by the photo-etching process, the characteristics of the thin film transistor and the contact characteristics are stabilized by annealing at 250 to 300 ° C. in a nitrogen atmosphere containing about 10% hydrogen.

【0038】以上本実施例では、全ての工程を450℃
以下で行うことが可能であり、基板101及び201と
して多くの種類の材料を選択することができる。基板と
しては、他にもより高い耐熱性を有するガラス基板(4
50℃以上の耐熱性を有するもの)や、より高い耐熱性
を有する石英ガラス、表面に絶縁膜を形成したシリコン
基板を用いることも可能である。
In this embodiment, all steps are performed at 450 ° C.
This can be done below, and many types of materials can be selected for the substrates 101 and 201. As the substrate, other glass substrates having higher heat resistance (4
It is also possible to use (a material having a heat resistance of 50 ° C. or more), quartz glass having a higher heat resistance, or a silicon substrate having an insulating film formed on the surface.

【0039】また、本実施例では先にP型の薄膜トラン
ジスタのソース・ドレインを形成する場合を示したが、
ドーピングガスを変えて、不純物をドープしたシリコン
層102及び202の成膜時にドーピングガスとしてフ
ォスフィン或はアルシンを添加し、不純物をドープした
シリコン層107及び207の成膜時にドーピングガス
としてジボランを添加することで、先にN型の薄膜トラ
ンジスタのソース・ドレインを形成することも可能であ
る。
In this embodiment, the case where the source / drain of the P-type thin film transistor is formed has been described above.
By changing the doping gas, phosphine or arsine is added as a doping gas when the impurity-doped silicon layers 102 and 202 are formed, and diborane is added as a doping gas when the impurity-doped silicon layers 107 and 207 are formed. Thus, the source / drain of the N-type thin film transistor can be formed first.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、実用
的なCMOS型の多結晶シリコン薄膜トランジスタを4
50℃程度以下の低温で形成することが可能となった。
このため、比較的安価なガラス基板上に実用的な特性を
有するCMOS構成の回路を形成することが可能とな
り、大型で高解像度の液晶表示パネルや大型で高速高解
像度の密着型イメージセンサや三次元IC等を低コスト
で製造できるようになった。
As described above, according to the present invention, a practical CMOS type polycrystalline silicon thin film transistor is provided.
It became possible to form at a low temperature of about 50 ° C. or less.
Therefore, it becomes possible to form a CMOS circuit having practical characteristics on a relatively inexpensive glass substrate, and a large high-resolution liquid crystal display panel, a large high-speed high-resolution contact image sensor, or a tertiary The original IC etc. can be manufactured at low cost.

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

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

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

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201 ・・・ 基板 102、202 ・・・ 不純物をドープしたシリコン
層 103、203 ・・・ 多結晶シリコン層 104、204 ・・・ ゲート絶縁膜 105、205 ・・・ ゲート配線層 206 ・・・ サイドウォール 107、207 ・・・ 不純物をドープしたシリコン
層 108、208 ・・・ 層間絶縁膜 109、209 ・・・ 配線層
101, 201 ... Substrate 102, 202 ... Impurity-doped silicon layer 103, 203 ... Polycrystalline silicon layer 104, 204 ... Gate insulating film 105, 205 ... Gate wiring layer 206 ... -Sidewalls 107, 207 ... Impurity-doped silicon layers 108, 208 ... Interlayer insulating films 109, 209 ... Wiring layers

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁ゲート型半導体装置のチャネル領域
がシリコンを主体とする多結晶半導体で形成された半導
体装置において、チャンネル領域を含むシリコンを主体
とし、ボロン等の不純物をドーピングした多結晶半導体
層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、該チャネル領域を含む
シリコンを主体とする多結晶半導体層の少なくとも一部
の領域の下側に第一の導電性を有するソース・ドレイン
領域を成す薄膜を少なくとも有し、前記多結晶半導体層
の少なくとも一部の領域の上側に第一の導電性と反対の
導電性を有するソース・ドレイン領域を成す薄膜を少な
くとも有することを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device in which a channel region of an insulated gate semiconductor device is formed of a polycrystalline semiconductor containing silicon as a main component, and a polycrystalline semiconductor layer containing silicon containing the channel region as a main component and doped with impurities such as boron. A gate insulating film, a gate electrode, and at least a thin film forming a source / drain region having the first conductivity under at least a part of the polycrystalline semiconductor layer mainly containing silicon including the channel region. A semiconductor device comprising at least a thin film of a source / drain region having a conductivity opposite to the first conductivity above at least a part of the region of the polycrystalline semiconductor layer.
【請求項2】 絶縁ゲート型半導体装置のチャネル領域
がシリコンを主体とする多結晶半導体で形成された半導
体装置の製造方法に於て、第一の導電性を有する多結晶
半導体薄膜を形成する工程と、前記第一の導電性を有す
る多結晶半導体薄膜上にチャネル領域を含むシリコンを
主体とし、ボロン等の不純物をドーピングした多結晶半
導体層を形成する工程と、前記チャネル領域を含む多結
晶半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート
電極を形成する工程及び前記チャネル領域を含む多結晶
半導体層上に前記第一の導電性と反対の導電性を有する
多結晶半導体薄膜を形成する工程を有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
2. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a channel region of an insulated gate semiconductor device is formed of a polycrystalline semiconductor mainly containing silicon, and a step of forming a polycrystalline semiconductor thin film having a first conductivity. And a step of forming a polycrystalline semiconductor layer mainly composed of silicon including a channel region on the polycrystalline semiconductor thin film having the first conductivity and doped with impurities such as boron, and the polycrystalline semiconductor including the channel region. Forming a gate insulating film on the layer, forming a gate electrode, and forming a polycrystalline semiconductor thin film having conductivity opposite to the first conductivity on the polycrystalline semiconductor layer including the channel region. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of:
【請求項3】 前記第一の導電性と反対の導電性を有す
る多結晶半導体薄膜を形成する工程に於て、前記第一の
導電性と反対の導電性を有する多結晶半導体薄膜が絶縁
性の材料の上に成膜されない条件で選択的に成膜したこ
を特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
3. In the step of forming a polycrystalline semiconductor thin film having a conductivity opposite to the first conductivity, the polycrystalline semiconductor thin film having a conductivity opposite to the first conductivity is insulating. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the film is selectively formed on the material of claim 1 under the condition that the film is not formed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100790087B1 (en) * 2006-03-01 2008-01-02 우니베르지테트 스튜트가르트 Method for manufacturing cmos circuits
JP2011210940A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Casio Computer Co Ltd Thin film transistor, method of manufacturing thin film transistor, and light emitting device

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