JPH07183521A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JPH07183521A
JPH07183521A JP32763393A JP32763393A JPH07183521A JP H07183521 A JPH07183521 A JP H07183521A JP 32763393 A JP32763393 A JP 32763393A JP 32763393 A JP32763393 A JP 32763393A JP H07183521 A JPH07183521 A JP H07183521A
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JP
Japan
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thin film
film transistor
tft
gate electrode
semiconductor device
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JP32763393A
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Kunio Watanabe
邦雄 渡辺
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】フォトリソグラフィーによる合わせずれの影響
を受けずにTFTのソース、ドレインのイオン注入をお
こなえるTFTを有する半導体装置及びその製造方法を
提供する。 【構成】TFTのチャネル部8及びオフセット部9とな
るバルク層をゲ−ト電極4の側壁、縦方向に形成し、自
己整合的にTFTのソース部6及びドレイン部7のイオ
ン注入を行う。 【効果】フォトリソグラフィーによる合わせずれの影響
を受けずにTFTのソース、ドレインのイオン注入をお
こなえる構造及び製造方法のため、TFT特性が安定す
る。また、本発明の半導体装置を用いたセルを用いるこ
とにより、IDDSが低く、セルのデ−タ保持特性が良好
な微細SRAMを作ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の中の薄膜
トランジスタ(TFT)に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、TFTは液晶等の表示体デバイス
によく用いられている。TFTは絶縁膜上であれば、容
易に形成できるといった利点を有していることが知られ
ている。
【0003】まず、TFTの構造断面図を図7に示す。
図7において1は半導体基板、4はTFTゲ−ト電極、
5はTFTゲ−ト酸化膜、6はTFTソ−ス部、7はT
FTドレイン部、8はTFTチャネル部、9はTFTオ
フセット部である。
【0004】次に、従来の半導体装置の製造方法を図8
(a)〜図8(b)を用いて説明する。
【0005】まず、シリコン酸化膜等の絶縁膜が形成さ
れた半導体基板1上に、TFTゲート電極4をポリシリ
コンで形成し、TFTゲート膜5であるところのシリコ
ン酸化膜をCVD法または熱酸化法により形成する。そ
して、TFTバルク部11をアモルファスシリコンまた
はポリシリコンで形成する。この状態を示す図が図8
(a)である。
【0006】そして、イオン打ち込みによりBF2また
はBを導入することにより、TFTトランジスタのソー
ス部6、ドレイン部7、チャネル部8及びオフセット部
9を形成する。なお、ソース部及びドレイン部とチャネ
ル部及びオフセット部の打ち分けはパターニングされた
フォトレジスト16を用いて行っている。この状態を示
すのが図8(b)である。
【0007】また、現在、TFTはSRAMでメモリセ
ルの負荷として用いることによりSRAMの低消費電力
性を更に向上させると共にセルの良好なデータ保持特性
の確保を可能にする新技術として注目されている。
【0008】pMOS負荷型セルと呼ばれるTFTをS
RAMセルに用いたSRAMセル構造断面図を図9に示
す。図9において、1は半導体基板、10は拡散層、1
2は基板上のMOSトランジスタゲ−ト酸化膜、13は
基板上のMOSトランジスタゲ−ト電極、2は層間膜、
3はTFTのドレインと拡散層とをつなぐコンタクト、
4はTFTゲ−ト電極、5はTFTゲ−ト酸化膜、6は
TFTソ−ス部、7はTFTドレイン部、8はTFTチ
ャネル部、9はTFTのオフセット部である。
【0009】この構造は、基板のMOSトランジスタの
上に負荷となるTFTpMOSトランジスタを積み上げ
たものでこの構造をとることによりさらに高集積化もは
かれるという利点がある。
【0010】また、従来のpMOS負荷型セルと呼ばれ
るTFTをSRAMセルに用いた半導体装置の製造方法
を図10(a)〜図10(b)を用いて説明する。
【0011】まず、拡散層10、MOSトランジスタの
ゲ−ト酸化膜12、MOSトランジスタゲ−ト電極13
が形成された半導体基板1上に層間絶縁膜としてシリコ
ン酸化膜2を形成する。
【0012】次に、TFTゲート電極4をポリシリコン
で形成し、TFTゲート膜5をシリコン酸化膜をCVD
法または熱酸化法により形成する。そして、TFTと半
導体基板上のMOSトランジスタを接続するためのコン
タクト3を開孔し、TFTバルク部をアモルファスシリ
コンまたはポリシリコンで形成する。この状態を示すの
が図10(a)である。
【0013】そして、イオン打ち込みによりBF2また
はBを導入することにより、PchTFTトランジスタ
のソース部6、ドレイン部7、チャネル部8及びオフセ
ット部9を形成する。なお、ソース部及びドレイン部と
チャネル部及びオフセット部の打ち分けはパターニング
されたフォトレジスト16を用いて行っている。この状
態を示すのが図10(b)である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
製造方法においては、TFTのチャネル部及びオフセッ
ト部とソース部及びドレイン部とのイオン注入の打ち分
けに、パターニングされたフォトレジストを用いている
ため、フォトリソグラフィーの際の合わせずれにより、
TFTのゲ−ト電極とフォトレジストによる打ち分けに
より形成されたチャネル部とにずれが生じ、TFT特性
がばらついてしまう。つまり、製造時のフォトリソグラ
フィーの状態によりTFT特性がばらついてしまうこと
になる。
【0015】そこで、本発明はこのような問題を解決す
るためのもので、その目的とするところは、フォトリソ
グラフィーによる合わせずれの影響を受ずにTFTのソ
ース、ドレインのイオン注入をおこなえるTFTを有す
る半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、絶縁膜が形成されている半導体基板上に形成されて
いる薄膜トランジスタを有する半導体装置において、チ
ャネル領域が前記半導体基板に対して縦方向にのみ形成
され、薄膜トランジスタのチャネル長がゲート電極の膜
厚により定められていることを特徴とする。
【0017】また、本発明による半導体装置は、絶縁膜
が形成されている半導体基板上に形成されている薄膜ト
ランジスタを有する半導体装置において、薄膜トランジ
スタのチャネル領域及びオフセット領域が前記半導体基
板に対して縦方向にのみ形成され、薄膜トランジスタの
チャネル長がゲート電極の膜厚により定められ、薄膜ト
ランジスタのオフセット長が前記半導体半導体基板と前
記ゲート電極間の層間膜厚により定められていることを
特徴とする。
【0018】また、本発明による半導体装置は、絶縁膜
が形成されている半導体基板上に形成されている薄膜ト
ランジスタを有する半導体装置において、薄膜トランジ
スタのチャネル領域及びオフセット領域が前記半導体基
板に対して縦方向にのみ形成され、薄膜トランジスタの
チャネル長がゲート電極の膜厚により定められ、薄膜ト
ランジスタのオフセット長がゲート電極上の層間膜厚に
より定められていることを特徴とする。
【0019】また、本発明による半導体装置は、絶縁膜
が形成されている半導体基板上に形成されている薄膜ト
ランジスタを有する半導体装置において、薄膜トランジ
スタのチャネル領域が薄膜トランジスタのゲート電極に
開孔されたコンタクトホールの側壁にのみ形成されてい
ることを特徴とする。
【0020】また、本発明による半導体装置は、絶縁膜
が形成されている半導体基板上に形成されている薄膜ト
ランジスタを有する半導体装置において、薄膜トランジ
スタのチャネル領域及び薄膜トランジスタのオフセット
領域が薄膜トランジスタのゲート電極に開孔されたコン
タクトホールの側壁にのみ形成されていることを特徴と
する。
【0021】また、本発明による半導体装置は、絶縁膜
が形成されている半導体基板上に形成されている薄膜ト
ランジスタを有する半導体装置において、薄膜トランジ
スタのチャネル領域が薄膜トランジスタのゲート電極に
開孔されたコンタクトホール中に埋め込まれていること
を特徴とする。
【0022】また、本発明による半導体装置は、絶縁膜
が形成されている半導体基板上に形成されている薄膜ト
ランジスタを有する半導体装置において、薄膜トランジ
スタのチャネル領域及び薄膜トランジスタのオフセット
領域が薄膜トランジスタのゲート電極に開孔されたコン
タクトホール中に埋め込まれていることを特徴とする。
【0023】また、本発明による半導体装置の製造方法
は、薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜トランジス
タのゲート電極に開孔されたコンタクトホールの側壁に
のみ形成されている半導体装置の製造方法において、半
導体基板上に導電層を形成する工程と、前記導電層上に
絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に薄膜トランジ
スタのゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の
側壁にサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記
ゲート電極上に絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート電
極上から前記導電層につながるコンタクトホールを開孔
する工程と、前記半導体基板上に薄膜トランジスタのゲ
ート膜を形成する工程と、前記半導体基板上に異方性の
ドライエッチングによりエッチングし、コンタクトホー
ルの側壁以外のゲート膜を除去する工程と、前記半導体
基板上に薄膜トランジスタのバルク層を形成する工程
と、前記薄膜トランジスタのバルク層に全面イオン打ち
込みすることにより、薄膜トランジスタのチャネル領域
及びオフセット領域以外の薄膜トランジスタのソース領
域及びドレイン領域を形成することを特徴とする。
【0024】また、薄膜トランジスタのチャネル領域が
薄膜トランジスタのゲート電極に開孔されたコンタクト
ホールの側壁にのみ形成されている半導体装置の製造方
法において、前記のバルク層へのイオン打ち込みのrP
がTFTバルク層の膜厚の5分の1以下であることを特
徴とする。
【0025】また、本発明による半導体装置の製造方法
は、薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜トランジス
タのゲート電極に開孔されたコンタクトホール中に埋め
込まれている半導体装置の製造方法において、半導体基
板上に導電層を形成する工程と、前記導電層上に絶縁膜
を形成する工程と、前記絶縁膜上に薄膜トランジスタの
ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁に
サイドウォールスペーサを形成する工程と、前記ゲート
電極上に絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート電極上か
ら前記導電層につながるコンタクトホールを開孔する工
程と、前記半導体基板に絶縁膜をマスクとして、全面イ
オン打ち込みすることにより、薄膜トランジスタのソー
ス領域、あるいは、ドレイン領域をゲート膜を形成する
工程と、前記半導体基板上に薄膜トランジスタのゲート
膜を形成する工程と、前記半導体基板上に異方性のドラ
イエッチングによりエッチングし、コンタクトホールの
側壁以外のゲート膜を除去する工程と、前記コンタクト
ホールを埋め込みに、さらに、前記半導体基板上に薄膜
トランジスタのバルク層を形成する工程と、前記薄膜ト
ランジスタのバルク層に全面イオン打ち込みすることに
より、薄膜トランジスタのチャネル領域及びオフセット
領域以外の薄膜トランジスタのソース領域あるいはドレ
イン領域を形成することを特徴とする。
【0026】また、本発明による半導体装置の製造方法
は、薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜トランジス
タのゲート電極に開孔されたコンタクトホール中に埋め
込まれている半導体装置の製造方法において、前記のT
FTのバルク層へのイオン打ち込みのrPがTFTバル
ク層の膜厚の5分の1以下であることを特徴とする。
【0027】また、本発明による半導体装置の製造方法
は、薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜トランジス
タのゲート電極に開孔されたコンタクトホール中に埋め
込まれている半導体装置の製造方法において、請求項1
0のコンタクトホール径が1.2ミクロン以下であるこ
とを特徴とする。
【0028】
【実施例】以下、本発明についての代表的な実施例を図
面を用いて詳細に説明する。
【0029】図1は、本発明の一実施例を示す半導体装
置の断面図である。図1において、1は半導体基板、2
は層間膜、4はTFTゲ−ト電極、5はTFTゲ−ト酸
化膜、6はTFTソ−ス部、7はTFTドレイン部、8
はTFTチャネル部、9はTFTのオフセット部であ
る。
【0030】この構造は、TFTをチャネル部及びオフ
セット部を縦方向に形成しており、自己整合的にTFT
のチャネル部及びオフセット部以外のイオン注入が行え
るため、フォトリソグラフィーによる合わせずれの影響
がなくなり、TFTのばらつきを低減でき、安定的に生
産することができる。また、TFTのチャネル長をTF
Tゲ−ト電極の膜厚により、TFTのオフセット長を層
間膜の膜厚により規定できるため、マスク変更無しに所
望のゲ−ト長、あるいは、オフセット長を持つTFTを
得ることが出来る。
【0031】では、本発明の一実施例を示す半導体装置
の製造方法を図2(a)〜図2(b)を用いて説明す
る。
【0032】まず、絶縁膜が形成された半導体基板1上
に層間絶縁膜2として2000オングストローム〜60
00オングストロームのシリコン酸化膜を形成する。こ
のシリコン酸化膜は約800度の減圧下(約0.1To
rr)において、300cc/minのSiH4と30
0cc/minのN2Oを化学気相成長させるCVD法
により形成され、この層間膜の膜厚によりTFTのオフ
セットの長さを決めている。
【0033】次に、TFTゲート電極4を500℃〜7
00℃の温度でSiH4を反応させる化学気相成長法
(CVD)で4000オングストローム〜8000オン
グストロームの多結晶シリコン層を形成する。このTF
Tゲ−ト電極の膜厚によりTFTのチャネルの長さを決
めている。なお、このTFTゲ−ト電極となる多結晶シ
リコンにイオン注入法等により不純物を導入することを
忘れてはならない。そして、ゲ−ト電極4はCF4とO2
の混合ガスからなる異方性のドライエッチングを用いて
エッチングする。次に、約0.1torrの真空度、約
900WのRFパワーを用い、CHF3とCF4を用いた
異方性のドライエッチングにより層間膜2をエッチング
する。
【0034】引き続き、200オングストローム〜10
00オングストロームのシリコン酸化膜を約800度の
減圧下(約0.1Torr)において、300cc/m
inのSiH4と300cc/minのN2Oを化学気相
成長させるCVD法により形成する。このシリコン酸化
膜はTFTゲ−ト膜5となるものである。なお、このT
FTのゲ−ト膜はCVD法ではなく、熱酸化法を用いて
形成しても良い。
【0035】そして、アモルファスシリコンまたはポリ
シリコンで200オングストローム〜1000オングス
トロームのTFTのバルク層11を形成する。アモルフ
ァスシリコンの形成法としては、60パスカル、500
度〜600度の減圧下でSiH4を反応させる化学気相
成長法(CVD)があげられる。この状態を示す図が図
2(a)である。
【0036】そして、イオン打ち込みによりBF2また
はBを導入することにより、PchTFTトランジスタ
のソース部6、ドレイン部7、チャネル部8及びオフセ
ット部9を形成する。この時、チャネル部及びオフセッ
ト部はゲ−ト電極の側壁、縦方向に形成されているた
め、イオン注入が行われない。よって、パターニングさ
れたフォトレジストを用いて打ち分ける必要が無く、自
己整合的にチャネル部及びオフセット部が形成される。
このイオン打ち込みの条件としては、TFTのバルク層
が約500オングストロームの場合、BF2が25ke
V〜40keVが適している。この場合、イオン注入の
Pが約300オングストロームとなり、TFTのチャ
ネル部8及びオフセット部9が十分確保される。この状
態を示す図が図2(b)である。なお、イオン注入の透
過膜としてシリコン酸化膜を用いても良いことは言うま
でもない。また、、NchのTFTを形成する場合は、
イオン打ち込みする不純物として、As、P等を使用す
ればよい。
【0037】また、、層間膜2をゲ−ト電極上に形成す
ることにより、TFTのオフセットの位置を変更するこ
とが可能である。なお、TFTにオフセットが不要の場
合は、層間膜2を形成しないことにより実現できる。
【0038】図3は、本発明の他の一実施例を示す半導
体装置の断面図である。これは、pMOS負荷型セルと
呼ばれるTFTをSRAMセルに用いている。図3にお
いて、1は半導体基板、10は拡散層、12は基板上の
MOSトランジスタゲ−ト酸化膜、13は基板上のMO
Sトランジスタゲ−ト電極、2は層間膜、3はTFTの
チャネル、オフセット及びドレインを形成するととも
に、TFTを拡散層につなげるコンタクト、14はTF
Tのゲ−ト電極側壁のサイドウォ−ルスペーサでありゲ
ート電極による段差を平坦化するために形成されてい
る。15はTFTのバルクとTFTのゲ−ト電極とを分
離するの層間膜、4はTFTゲ−ト電極、5はTFTゲ
−ト酸化膜、6はTFTソ−ス部、7はTFTドレイン
部、8はTFTチャネル部、9はTFTのオフセット部
である。
【0039】この構造は、基板のMOSトランジスタの
上に負荷となるTFTpMOSトランジスタを積み上げ
たもので、TFTのチャネル部及びオフセット部を縦方
向に形成している。この構造は、自己整合的にTFTの
チャネル部及びオフセット部以外の部分にイオン注入を
行えるため、フォトリソグラフィーによる合わせずれの
影響を受けなくなり、TFTのばらつきを低減でき、安
定的に生産することができる。また、TFTのチャネル
長をTFTゲ−ト電極の膜厚により規定し、TFTのオ
フセット長をTFTゲ−ト電極下の層間膜厚により規定
できるため、マスク変更無しに所望のゲ−ト長、あるい
は、オフセット長を持つTFTを得ることが出来る。
【0040】では、本発明の一実施例を示す半導体装置
の製造方法を図4(a)〜図4(c)を用いて説明す
る。
【0041】まず、拡散層10、MOSトランジスタの
ゲ−ト酸化膜12、MOSトランジスタゲ−ト電極13
が形成された半導体基板1上に層間絶縁膜として200
0オングストローム〜6000オングストロームのシリ
コン酸化膜2を形成する。このシリコン酸化膜は約80
0度の減圧下(約0.1Torr)において、300c
c/minのSiH4と300cc/minのN2Oを化
学気相成長させるCVD法により形成され、この層間膜
の膜厚によりTFTのオフセットの長さを決めている。
【0042】次に、TFTゲート電極4を500℃〜7
00℃の温度でSiH4を反応させる化学気相成長法
(CVD)で4000オングストローム〜8000オン
グストロームの多結晶シリコン層を形成する。このTF
Tゲ−ト電極の膜厚によりTFTのチャネルの長さを決
めている。なお、このTFTゲ−ト電極となる多結晶シ
リコンにイオン注入法等により不純物を導入することを
忘れてはならない。そして、TFTゲ−ト電極の側壁に
サイドウォールスペーサ14を形成する。このサイドウ
ォールスペーサは、5000オングストローム〜120
00オングストロームのシリコン酸化膜をCVD法によ
り形成し、それを異方性のドライエッチングによりエッ
チングすることにより形成している。なお、このサイド
ウォ−ルスペーサはゲ−ト電極により発生した段差を平
坦化のために形成している。
【0043】そして、層間絶縁膜として1000オング
ストローム〜3000オングストロームのシリコン酸化
膜15をCVD法により形成する。この層間膜15は、
TFTゲ−ト電極とTFTのバルク層となるTFTのソ
ース領域を分離するためのものである。この状態を示す
図が図4(a)である。
【0044】そして、TFTのチャネル部及びオフセッ
ト部を形成する所であり、さらに、半導体基板上のMO
SトランジスタとTFTを接続するためのコンタクト3
を開孔する。このコンタクトは、層間膜15、TFTゲ
−ト電極4、層間膜2の3層を開孔するものであり、3
ステップの異方性のドライエッチングを用いて行う。ま
ず、約0.1torrの真空度、約900WのRFパワ
ーを用い、CHF3とCF4を用いた異方性のドライエッ
チングにより層間膜15を開孔する。なお、CHF3
CF4のガス流量はそれぞれ80sccm、20scc
mである。次に、CF4とO2の混合ガスからなる異方性
のドライエッチングを用いてTFTゲ−ト電極4を開孔
する。さらに、層間膜2をCHF3とCF4を用いた異方
性のドライエッチングにより開孔する。
【0045】引き続き、200オングストローム〜10
00オングストロームのシリコン酸化膜を約800度の
減圧下(約0.1Torr)において、300cc/m
inのSiH4と300cc/minのN2Oを化学気相
成長させるCVD法により形成する。このシリコン酸化
膜はTFTゲ−ト膜5となるものである。なお、このT
FTのゲ−ト膜はCVD法ではなく、熱酸化法を用いて
形成しても良い。そして異方性の、約0.1torrの
真空度、約900WのRFパワーを用い、CHF3とC
4を用いた異方性のドライエッチングによりコンタク
ト上のシリコン酸化膜を除去することにより、コンタク
ト3の側壁にのみTFTのゲ−ト膜5が形成される。こ
の状態を示す図が図4(b)である。
【0046】そして、アモルファスシリコンまたはポリ
シリコンで200オングストローム〜1000オングス
トロームのTFTのバルク層を形成する。アモルファス
シリコンの形成法としては、60パスカル、500度〜
600度の減圧下でSiH4を反応させる化学気相成長
法(CVD)があげられる。
【0047】そして、イオン打ち込みによりBF2また
はBを導入することにより、PchTFTトランジスタ
のソース部6、ドレイン部7、チャネル部8及びオフセ
ット部9を形成する。なお、チャネル部及びオフセット
部はコンタクト3の側壁に形成されるため、イオン注入
が行われない。よって、パターニングされたフォトレジ
ストを用いて打ち分ける必要が無く、自己整合的にチャ
ネル部及びオフセット部が形成される。また、イオン打
ち込みは、TFTバルク層の厚さの約5分の1の深さに
イオン打ち込みのrPがあるようにを行なえば、不純物
の拡散によりTFTのチャネル部やオフセット部がなく
なることはない。例えば、TFTのバルク層が約500
オングストロームの場合、BF2を10keV〜25k
eVの加速エネルギーで打ち込むことが適している。こ
の場合、イオン注入のrPが約100オングストローム
となり、Bの拡散を考えても、TFTのチャネル部8及
びオフセット部9が十分確保される。なお、イオン注入
の透過膜としてシリコン酸化膜を用いても良いことは言
うまでもない。この状態を示す図が図4(c)である。
【0048】また、本実施例の半導体装置では、TFT
を用いたpMOS負荷型のSRAMセルを用いて説明し
ているが、本発明をTFTの下層に他の構成を持つ半導
体装置に適用しても有効である。
【0049】図5は、本発明の他の一実施例を示す半導
体装置の断面図である。これは、pMOS負荷型セルと
呼ばれるTFTをSRAMセルに用いている。図5にお
いて、1は半導体基板、10は拡散層、12は基板上の
MOSトランジスタゲ−ト酸化膜、13は基板上のMO
Sトランジスタゲ−ト電極、2は層間膜、3はTFTの
チャネル及びオフセットを形成するところのコンタク
ト、14はTFTのゲ−ト電極側壁のサイドウォ−ルス
ペーサでありゲート電極による段差を平坦化するために
形成されている。15はTFTのバルクとTFTのゲ−
ト電極とを分離するの層間膜、4はTFTゲ−ト電極、
5はTFTゲ−ト酸化膜、6はTFTソ−ス部、7はT
FTドレイン部、8はTFTチャネル部、9はTFTの
オフセット部である。
【0050】この構造は、基板のMOSトランジスタの
上に負荷となるTFTpMOSトランジスタを積み上げ
たもので、TFTのチャネル部及びオフセット部をコン
タクト中に埋め込まれ、縦方向に形成されている。この
構造は、自己整合的にTFTのチャネル部及びオフセッ
ト部以外の部分(TFTソース部)にイオン注入を行え
るため、フォトリソグラフィーによる合わせずれの影響
を受けなくなり、TFTのばらつきを低減でき、安定的
に生産することができる。また、TFTのチャネル長を
TFTゲ−ト電極の膜厚により規定し、TFTのオフセ
ット長をTFTゲ−ト電極下の層間膜厚により規定でき
るため、マスク変更無しに所望のゲ−ト長、あるいは、
オフセット長を持つTFTを得ることが出来る。
【0051】では、本発明の一実施例を示す半導体装置
の製造方法を図6(a)〜図6(c)を用いて説明す
る。
【0052】まず、拡散層10、MOSトランジスタの
ゲ−ト酸化膜12、MOSトランジスタゲ−ト電極13
が形成された半導体基板1上に層間絶縁膜として200
0オングストローム〜6000オングストロームのシリ
コン酸化膜2を形成する。このシリコン酸化膜は約80
0度の減圧下(約0.1Torr)において、300c
c/minのSiH4と300cc/minのN2Oを化
学気相成長させるCVD法により形成され、この層間膜
の膜厚によりTFTのオフセットの長さを決めている。
【0053】次に、TFTゲート電極4を500℃〜7
00℃の温度でSiH4を反応させる化学気相成長法
(CVD)で4000オングストローム〜8000オン
グストロームの多結晶シリコン層を形成する。このTF
Tゲ−ト電極の膜厚によりTFTのチャネルの長さを決
めている。なお、このTFTゲ−ト電極となる多結晶シ
リコンにイオン注入法等により不純物を導入することを
忘れてはならない。そして、TFTゲ−ト電極の側壁に
サイドウォールスペーサ14を形成する。このサイドウ
ォールスペーサは、5000オングストローム〜120
00オングストロームのシリコン酸化膜をCVD法によ
り形成し、それを異方性のドライエッチングによりエッ
チングすることにより形成している。なお、このサイド
ウォ−ルスペーサはゲ−ト電極により発生した段差を平
坦化のために形成している。
【0054】そして、層間絶縁膜として1000オング
ストローム〜3000オングストロームのシリコン酸化
膜15をCVD法により形成する。この層間膜15は、
TFTゲ−ト電極とTFTのバルク層となるTFTのソ
ース領域を分離するためのものである。この状態を示す
図が図6(a)である。
【0055】そして、TFTのチャネル部及びオフセッ
ト部を形成する所であるコンタクト3を開孔する。この
コンタクトは、層間膜15、TFTゲ−ト電極4、層間
膜2の3層を開孔するものであり、3ステップの異方性
のドライエッチングを用いて行う。まず、約0.1to
rrの真空度、約900WのRFパワーを用い、CHF
3とCF4を用いた異方性のドライエッチングにより層間
膜15を開孔する。なお、CHF3とCF4のガス流量は
それぞれ80sccm、20sccmである。次に、C
4とO2の混合ガスからなる異方性のドライエッチング
を用いてTFTゲ−ト電極4を開孔する。さらに、層間
膜2をCHF3とCF4を用いた異方性のドライエッチン
グにより開孔する。このコンタクトにTFTのチャネル
部及びオフセット部を埋め込むことになる。なお、コン
タクト径としては0.3ミクロン〜1.2ミクロン程度
が適している。1.2ミクロン以上のコンタクト径にな
ると、TFTのゲート電極からの電界が十分にTFTの
チャネルに伝わらなくなり、TFTのオフ電流が上昇す
る。
【0056】そして、層間膜をマスクとしてイオン打ち
込みによりBF2またはBを導入することにより、Pc
hTFTトランジスタのドレイン部7を選択的に形成す
る。なお、MOSトランジスタの拡散層がN型の場合、
TFTのドレインがMOSトランジスタの拡散層を突き
抜けてはならない。
【0057】引き続き、3000オングストローム〜1
0000オングストロームのシリコン酸化膜を約800
度の減圧下(約0.1Torr)において、300cc
/minのSiH4と300cc/minのN2Oを化学
気相成長させるCVD法により形成し、コンタクト3を
埋め込む。このシリコン酸化膜はTFTゲ−ト膜5とな
るものである。なお、このTFTのゲ−ト膜はCVD法
ではなく、熱酸化法を用いて形成しても良い。そして異
方性の、約0.1torrの真空度、約900WのRF
パワーを用い、CHF3とCF4を用いた異方性のドライ
エッチングによりコンタクト上のシリコン酸化膜を除去
することにより、コンタクト3の側壁にのみTFTのゲ
−ト膜5が形成される。この状態を示す図が図6(b)
である。
【0058】そして、アモルファスシリコンまたはポリ
シリコンで200オングストローム〜1000オングス
トロームのTFTのバルク層を形成する。アモルファス
シリコンの形成法としては、60パスカル、500度〜
600度の減圧下でSiH4を反応させる化学気相成長
法(CVD)があげられる。
【0059】そして、イオン打ち込みによりBF2また
はBを導入することにより、PchTFTトランジスタ
のソース部6、チャネル部8及びオフセット部9を形成
する。なお、チャネル部及びオフセット部はコンタクト
3の中に埋め込まれ形成されるため、イオン注入が行わ
れない。よって、パターニングされたフォトレジストを
用いて打ち分ける必要が無く、自己整合的にチャネル部
及びオフセット部が形成される。また、イオン打ち込み
は、TFTバルク層の厚さの約5分の1の深さにイオン
打ち込みのrPがあるように行なえば、不純物の拡散に
よりTFTのチャネル部やオフセット部がなくなること
はない。例えば、コンタクト径が0.6μm、TFTの
バルク層が約5000オングストロームの場合、Bを2
5keV〜35keVの加速エネルギーで打ち込むこと
が適している。この場合、イオン注入のrPが約100
0オングストロームとなり、Bの拡散を考えても、TF
Tのチャネル部8及びオフセット部9が十分確保され
る。なお、イオン注入の透過膜としてシリコン酸化膜を
用いても良いことは言うまでもない。この状態を示す図
が図6(c)である。
【0060】本実施例の半導体装置では、TFTのドレ
イン部を半導体基板に形成しているが、ポリシリコン等
に形成してもよい。また、本実施例の半導体装置では、
TFTを用いたpMOS負荷型のSRAMセルを用いて
説明しているが、本発明をTFTの下層に他の構成を持
つ半導体装置に適用しても有効である。
【0061】
【発明の効果】本発明によれば、フォトリソグラフィー
による合わせずれの影響を受ずにTFTのソース、ドレ
インのイオン注入をおこなえる構造及び製造方法のた
め、TFT特性が安定する。
【0062】また、本発明の半導体装置を用いたセルを
用いることによりにより、IDDSが低く、セルのデ−タ
保持特性が良好な微細SRAMを作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の一実施例を示す構造断面
図。
【図2】本発明の半導体装置の製造方法の一実施例を示
す工程断面図。
【図3】本発明の半導体装置の他の一実施例を示す構造
断面図。
【図4】本発明の半導体装置の他の製造方法の一実施例
を示す工程断面図。
【図5】本発明の半導体装置の他の一実施例を示す構造
断面図。
【図6】本発明の半導体装置の他の製造方法の一実施例
を示す工程断面図。
【図7】従来の半導体装置を示す構造断面図。
【図8】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図。
【図9】従来の半導体装置を示す構造断面図。
【図10】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 層間膜 3 コンタクト 4 TFTゲ−ト電極 5 TFTゲ−ト膜 6 TFTソース 7 TFTドレイン 8 TFTチャネル 9 TFTオフセット 10 拡散層 11 TFTバルク層 12 ゲ−ト膜 13 ゲ−ト電極 14 サイドウォールスペーサ 15 層間膜 16 フォトレジスト

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁膜が形成されている半導体基板上に形
    成されている薄膜トランジスタを有する半導体装置にお
    いて、チャネル領域が前記半導体基板に対して縦方向に
    のみ形成され、薄膜トランジスタのチャネル長がゲート
    電極の膜厚により定められていることを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】絶縁膜が形成されている半導体基板上に形
    成されている薄膜トランジスタを有する半導体装置にお
    いて、薄膜トランジスタのチャネル領域及びオフセット
    領域が前記半導体基板に対して縦方向にのみ形成され、
    薄膜トランジスタのチャネル長がゲート電極の膜厚によ
    り定められ、薄膜トランジスタのオフセット長が前記半
    導体半導体基板と前記ゲート電極間の層間膜厚により定
    められていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】絶縁膜が形成されている半導体基板上に形
    成されている薄膜トランジスタを有する半導体装置にお
    いて、薄膜トランジスタのチャネル領域及びオフセット
    領域が前記半導体基板に対して縦方向にのみ形成され、
    薄膜トランジスタのチャネル長がゲート電極の膜厚によ
    り定められ、薄膜トランジスタのオフセット長がゲート
    電極上の層間膜厚により定められていることを特徴とす
    る半導体装置。
  4. 【請求項4】絶縁膜が形成されている半導体基板上に形
    成されている薄膜トランジスタを有する半導体装置にお
    いて、薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜トランジ
    スタのゲート電極に開孔されたコンタクトホールの側壁
    にのみ形成されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】絶縁膜が形成されている半導体基板上に形
    成されている薄膜トランジスタを有する半導体装置にお
    いて、薄膜トランジスタのチャネル領域及び薄膜トラン
    ジスタのオフセット領域が薄膜トランジスタのゲート電
    極に開孔されたコンタクトホールの側壁にのみ形成され
    ていることを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】絶縁膜が形成されている半導体基板上に形
    成されている薄膜トランジスタを有する半導体装置にお
    いて、薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜トランジ
    スタのゲート電極に開孔されたコンタクトホール中に埋
    め込まれていることを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項7】絶縁膜が形成されている半導体基板上に形
    成されている薄膜トランジスタを有する半導体装置にお
    いて、薄膜トランジスタのチャネル領域及び薄膜トラン
    ジスタのオフセット領域が薄膜トランジスタのゲート電
    極に開孔されたコンタクトホール中に埋め込まれている
    ことを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜ト
    ランジスタのゲート電極に開孔されたコンタクトホール
    の側壁にのみ形成されている半導体装置の製造方法にお
    いて、 半導体基板上に導電層を形成する工程と、 前記導電層上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に薄膜トランジスタのゲート電極を形成す
    る工程と、 前記ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成
    する工程と、 前記ゲート電極上に絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート電極上から前記導電層につながるコンタクト
    ホールを開孔する工程と、 前記半導体基板上に薄膜トランジスタのゲート膜を形成
    する工程と、 前記半導体基板上に異方性のドライエッチングによりエ
    ッチングし、コンタクトホールの側壁以外のゲート膜を
    除去する工程と、 前記半導体基板上に薄膜トランジスタのバルク層を形成
    する工程と、 前記薄膜トランジスタのバルク層に全面イオン打ち込み
    することにより、薄膜トランジスタのチャネル領域及び
    オフセット領域以外の薄膜トランジスタのソース領域及
    びドレイン領域を形成することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  9. 【請求項9】薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜ト
    ランジスタのゲート電極に開孔されたコンタクトホール
    の側壁にのみ形成されている半導体装置の製造方法にお
    いて、請求項8のTFTのバルク層へのイオン打ち込み
    のrPがTFTバルク層の膜厚の5分の1以下であるこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜
    トランジスタのゲート電極に開孔されたコンタクトホー
    ル中に埋め込まれている半導体装置の製造方法におい
    て、 半導体基板上に導電層を形成する工程と、 前記導電層上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に薄膜トランジスタのゲート電極を形成す
    る工程と、 前記ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成
    する工程と、 前記ゲート電極上に絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート電極上から前記導電層につながるコンタクト
    ホールを開孔する工程と、 前記半導体基板に絶縁膜をマスクとして、全面イオン打
    ち込みすることにより、薄膜トランジスタのソース領
    域、あるいは、ドレイン領域をゲート膜を形成する工程
    と、 前記半導体基板上に薄膜トランジスタのゲート膜を形成
    する工程と、 前記半導体基板上に異方性のドライエッチングによりエ
    ッチングし、コンタクトホールの側壁以外のゲート膜を
    除去する工程と、 前記コンタクトホールを埋め込みに、さらに、前記半導
    体基板上に薄膜トランジスタのバルク層を形成する工程
    と、 前記薄膜トランジスタのバルク層に全面イオン打ち込み
    することにより、薄膜トランジスタのチャネル領域及び
    オフセット領域以外の薄膜トランジスタのソース領域あ
    るいはドレイン領域を形成することを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  11. 【請求項11】薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜
    トランジスタのゲート電極に開孔されたコンタクトホー
    ル中に埋め込まれている半導体装置の製造方法におい
    て、請求項10のTFTのバルク層へのイオン打ち込み
    のrPがTFTバルク層の膜厚の5分の1以下であるこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】薄膜トランジスタのチャネル領域が薄膜
    トランジスタのゲート電極に開孔されたコンタクトホー
    ル中に埋め込まれている半導体装置の製造方法におい
    て、請求項10のコンタクトホール径が1.2ミクロン
    以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100298438B1 (ko) * 1998-01-26 2001-08-07 김영환 박막트랜지스터및이의제조방법
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CN104635388A (zh) * 2013-11-08 2015-05-20 群创光电股份有限公司 显示面板及包含该显示面板的显示装置

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